JPH0618615U - 排気浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、排気浄化用触媒コンバ−タに関
し、エンジン始動時から排気浄化が完全であると共に、
電気の短絡の虞がなく、しかも、不必要な電力消費がな
い該コンバ−タを提供することを目的とする。 【構成】 ハニカム状セラミックス担体の排気上流側
に、通電により発熱する小径の金属担体をその一部がセ
ラミックス担体に内包されるように連設して触媒本体を
形成し、この触媒本体の排気上流側に、上記金属担体に
優先的に排気を導く閉状態とハニカム状セラミックス担
体とこの金属担体との両方に排気を導く開状態とのいず
れか一方に切り替わる制御弁を設けると共にこの触媒本
体に温度センサを設け、さらにこの制御弁の開閉と金属
担体への通電とを制御するコントロ−ルユニットを設
け、温度センサの温度情報に基づいて、制御弁の開閉と
金属担体への通電の有無とを制御するように構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに関し、特に自動車用触媒コ ンバータとして有効に利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、特に自動車の排気については、環境保護の要請から、その規制が強まっ ている。

【０００３】 そして、自動車排気の浄化は、通常貴金属触媒をもちいた触媒コンバータによ って行われる。 ところが、この種の触媒コンバータは、排気中の有害物質を酸化反応により浄 化しているので、ある一定の温度以上にならないと、効率よく有害物質を浄化で きないという問題を有している。

【０００４】 そのため、排気温度が低い自動車の始動時においては、排気浄化が完全でない という問題があった。 そこで、始動時の排気浄化を可及的に促進するために、小型の触媒コンバータ を補助コンバータとしてエンジンの直後に設け、排気温度が低下しない位置で排 気浄化を行おうとする試みや、さらに、この種の補助コンバータを金属担体を用 いた触媒コンバータとして該コンバータの昇温時間を短縮しようとする試みがな された。

【０００５】 これらの試みは、上記問題を解決するために多少の寄与はするが、所詮根本的 な対策とはならず、その効果は微々たるものであった。 さらに、積極的な対策として、あらかじめ触媒コンバータを電気加熱させてお き、自動車の始動時から排気浄化を良好にしようという試みもなされている。

【０００６】 図６は、この種の触媒コンバータの一例であり、主触媒コンバータａの直前に 電気発熱式補助コンバータｂを設けたものである（特開平３ー２０２６１４号公 報）。

【０００７】 図７は、この種の触媒コンバータの他の例であり、主触媒コンバータｄを、セ ラミックス製モノリス主担体ｅと、このセラミックス製モノリス主担体ｅの直前 に連設した金属製モノリス従担体ｆとから構成し、この金属製モノリス従担体ｆ を、図８に示すように、通電により発熱する耐熱性合金薄鋼板の波板ｇと平板ｈ とを巻回してハニカム状組立体とするとともに、その中心に正電極ｉを、その外 周に負電極ｊを設けた構成として、必要に応じて通電して発熱させるようにした 電気発熱式触媒コンバータである（特開昭６３ー６７６０９号公報）。

【０００８】 しかし、図６の触媒コンバータは、アイデアのみで電気発熱式補助コンバータ ｂの具体的構成の開示が無く、実用に供せられるものではない。 一方、図７の触媒コンバータは、負電極ｊが触媒ケーシングを介してボディー アースされている。そして、種々の電子制御機器を搭載している最近の自動車に おいては、これらの電子制御機器の負電極もボディーアースされている。

【０００９】 このため、消費電力が大きいこの触媒コンバータｄに通電した際、電気回路の 電圧のバランスが不安定になり、電子制御機器の作動に悪影響を与えるおそれが 生じ、このような電気発熱式触媒コンバータは、最近の自動車には、適用できな い。

【００１０】 これらの問題が改善された電気発熱式触媒コンバータが、特表平３ー５００９ １１号公報に開示されている。 この電気発熱式触媒コンバータは、高熱耐久性が良好なＦｅーＣｒーＡｌ合金 製金属薄鋼板からなる平板と波板とを積層した積層ハニカム体をコア体とし、こ のコア体に通電して発熱させる構造となっている。

【００１１】 上記ＦｅーＣｒーＡｌ合金は、そもそもヒータ線として開発されたものである から、電気抵抗が高く、通電により発熱する。 この種の触媒コンバータを、図９ないし図１１に基いて説明する。

【００１２】 図９は、この種の触媒コンバータの一例の軸方向断面図であり、図１０は、図 ９のＡーＡ断面図であり、図１１は、図１０のＢ部拡大図である。 図９および図１０から明らかなように、この触媒コンバータ１００は、Ｆｅー ＣｒーＡｌ合金製金属薄鋼板の平板１０１と波板１０２( 図１０参照) とを積層 し、連続して形成された積層ハニカム体１０３を、絶縁材１０４を介して折りた たんで、全体として楕円筒形のハニカム状金属担体１０５を形成し、その両端に 電極１０６を設けて通電することにより、この金属担体１０５を発熱させる構造 となっている。そして、この金属担体１０５は、図９および図１０に示すように 、熱膨張性無機質綿からなるインタラムマット（商品名）１０７で被覆されて、 金属製触媒ケーシング１０８に装着されている。

【００１３】 なお、積層ハニカム体１０３の両端部は、図１１に示すように、波板１０２は 押しつぶされて複数の平板１０１が圧着積層された圧着積層部１０９となってお り、そしてこの圧着積層部１０９に電極１０６が溶接されている。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上述のように構成された電気発熱式触媒コンバータ１００は、上述 のようにインタラムマット（商品名）１０７で被覆されて、金属製触媒ケーシン グ１０８に装着されているので、経時にともないこのインタラムマット（商品名 ）１０７が飛散して、積層ハニカム体１０３と金属製触媒ケーシング１０８とが 接触し、電気が短絡するおそれがある。

【００１５】 また、エンジン始動時は、排気排出量が少量であるので、加熱する金属担体も 小体積で十分排気浄化が可能であるが、この触媒コンバータ１００は、触媒担体 全体を通電発熱させるようにしているので、昇温時間がかかるとともに電力を必 要以上に消費してしまうという欠点がある。

【００１６】 上述の問題は、自動車用に限らず内燃機関のこの種の触媒コンバータすべてに 言えることである。 本考案は斯かる問題点を解決するために為されたもので、その目的は、エンジ ン始動時から排気浄化が完全であるとともに、電気の短絡のおそれがなく、しか も、不必要な電力消費がない排気浄化用触媒コンバータを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

本考案の排気浄化用触媒コンバータは、金属製触媒ケーシング内に、排気を浄 化する触媒を有する触媒本体を内蔵した内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに おいて、上記触媒本体が、排気浄化用触媒を担持するとともに、排気上流側の中 心部を部分的にくりぬいた形の空洞部を有するハニカム状セラミックス担体と、 同様に排気浄化用触媒を担持し、このハニカム状セラミックス担体より小径かつ 小体積であって、このハニカム状セラミックス担体の排気上流側の上記空洞部に 同心状に一部が内包される金属担体とからなり、この金属担体が、通電により発 熱する耐熱性合金薄鋼板の組立体からなるとともに、この金属担体に通電するた めの一対の電極を有し、上記金属担体の排気上流側近傍に、この金属担体に優先 的に排気を導く状態と、上記ハニカム状セラミックス担体とこの金属担体との両 方に排気を導く状態とのいずれか一方に選択的に切り替わる制御弁を設け、上記 ハニカム状セラミックス担体に第１温度センサを設け、上記金属担体に第２温度 センサを設け、上記制御弁に、この制御弁を作動する制御弁作動装置を連設し、 上記第１温度センサと第２温度センサとからの温度情報に基づいて、制御弁を適 当な切替へ位置に切り替えるように制御弁作動装置に制御弁作動指令を出力する とともに金属担体への通電指令を出力するコントロールユニットを連設してなる ものである。

【００１８】

【作用】

内燃機関の始動時に、この排気浄化用触媒コンバータに通電すると、金属担体 が発熱し、触媒活性を高めるので、従来は触媒コンバータが昇温する間は、有害 ガスの浄化が不十分であったのに対し、この排気浄化用触媒コンバータは、速や かに有害ガスの浄化を行うことができる。

【００１９】 また、この触媒コンバータは、金属担体が小体積であるとともに、上記制御弁 が、排気流量が少ない内燃機関の始動時は、金属担体に優先的に排気を導く状態 に位置しているので、通電により直ちに昇温して排気浄化を行うことができる。 一方、排気流量が多い内燃機関の常態運転時は、上記制御弁が、上記ハニカム状 セラミックス担体とこの金属担体との両方に排気を導く状態に位置しているので 、排気背圧を増大させることなく排気浄化を行うことができる。

【００２０】 さらに、この排気浄化用触媒コンバータは、金属担体が小体積であるとともに 、ハニカム状セラミックス担体に内装されているので、不必要な電力消費がなく 、しかも、電気が短絡するおそれがない。

【００２１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１ないし図４は本考案を自動車に適用した一実施例に係る排気浄化用触媒コ ンバータを示す。

【００２２】 図１に示すように、この排気浄化用触媒コンバータ１は、触媒本体２と、この 触媒本体２への排気の流れを制御する制御弁３と、この制御弁３への作動指令を 出力するとともに触媒本体２への通電指令を出力するコントロールユニット１７ と、触媒本体２を緩衝材４を介して装着している金属製触媒ケーシング５とから なる。

【００２３】 さらに、この触媒本体２は、排気上流側の中心部が部分的にくりぬかれた形の ハニカム状セラミックス担体６と、このハニカム状セラミックス担体６より小径 かつ小体積であって、このハニカム状セラミックス担体６の排気上流側に同心状 に一部が内包される金属担体７とからなる。

【００２４】 上記金属担体７は、図４に示すように、内側電極８と、この内側電極８を芯材 にして、平板状薄鋼板の表面に触媒を担持した触媒担持体９を半径方向外方に向 って渦巻き状に多数枚配置して形成した組立体１０と、それぞれの触媒担持体９ が固着されている筒状電極板１１と、この筒状電極板１１に立設した外側電極１ ２とからなり、全体として楕円柱状に形成されている。

【００２５】 そして、内側電極８と筒状電極板１１と外側電極１２とは、例えば、フェライ ト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０（１８Ｃｒ）等のような耐熱かつ良導電性の金属 からなり、一方触媒担持体９は、例えば、ＦｅーＣｒーＡｌ合金のような耐熱性 が良好でかつ比較的電気抵抗が高く通電により発熱する金属からなる。

【００２６】 上記ハニカム状セラミックス担体６は、公知のハニカム状セラミックス担体が 用いられ、図５に示すように、その排気上流側には、外周側数セルの環状ハニカ ム部１３を残してその中心部をくりぬいた形の空洞部１４が設けられている。こ の空洞部１４は、上記金属担体７が内包される大きさに形成されている。そして 、このハニカム状セラミックス担体６は、全体として楕円柱状をなし、そのハニ カムの全表面に、排気浄化用触媒が担持されている。

【００２７】 この触媒本体２の金属担体７の排気上流側近傍には、図２および図３に示すよ うな、排気上流側端部の角部がそれぞれ斜めに切り取られた一対の半円筒体３ａ ，３ｂからなる制御弁３が設けられている。

【００２８】 この制御弁３のそれぞれの半円筒体３ａ，３ｂには、図２に示すように、ロッ ド１５，１５が固着されており、その一端は金属製触媒ケーシング５の内側に設 けられた軸受（図示せず）に軸支されており、他端は金属製触媒ケーシング５を 貫通して設けられた軸受（図示せず）を介して金属製触媒ケーシング５の外部に 設けられた制御弁作動装置としてのアクチュエータ１６，１６に連設されている 。

【００２９】 なお、上方に位置する半円筒体３ａには、図３に示すように、金属担体７の内 側電極８が貫通するための切欠部３ｃが設けられている。 そして、この制御弁３は、アクチュエータ１６，１６の作動に応じて、金属担 体７に優先的に排気を導く閉状態（図１の実線）と、ハニカム状セラミックス担 体６と金属担体７との両方に排気を導く開状態（図１の一点鎖線）とのいずれか 一方に選択的に切り替わるようになっている。

【００３０】 このアクチュエータ１６，１６による制御弁３の開閉作動は、コントロールユ ニット１７の指令に基づいて実行される。 このコントローユニット１７は、ハニカム状セラミックス担体６に設けた第１ 温度センサ１８と、金属担体７に設けた第２温度センサ１９との温度情報が入力 されるようになっており、この入力された温度情報に基づいて、アクチュエータ １６，１６に制御弁３の作動指令を出力するとともに金属担体７への電気回路に 設けられたスイッチＳＷにＯＮーＯＦＦ指令を出力するようになっている。

【００３１】 上記の第１温度センサ１８と、第２温度センサ１９とは、公知の熱伝対等が用 いられる。 上記アクチュエータ１６，１６は、モータアクチュエータでも、負圧アクチュ エータでもよい。また、本実施例ではアクチュエータを２個用いているが、制御 弁３の一対の半円筒体３ａ，３ｂをリンク機構を用いて連動するようにして、１ 個のアクチュエータで制御弁３を開閉するようにすることもできる。

【００３２】 さらに、この制御弁３の開閉は、これらのアクチュエータに限らず、同様に制 御可能な物ならば、どのような作動装置を用いて行っても良い。 上記金属製触媒ケーシング５は、中心軸上で上下２つの半割体に分割され、そ の上部半割体には、上記のそれぞれの電極８，１２が貫通する２つの孔が穿孔さ れており、これらの孔を絶縁ブッシュ２３，２３を介して上記の電極８，１２が 貫通している。

【００３３】 一方、下部半割体には、上記の第１温度センサ１８と第２温度センサ１９とが 貫通する２つの孔が穿孔されている。 また、これら上下部半割体には、その内側側面の図１の紙面前後方向対称位置 に、制御弁３のロッド１５，１５が軸支される一対の軸受（図示せず）がそれぞ れ設けられている。これら軸受のうち図１の紙面後方向側面に設けられた軸受は 、金属製触媒ケーシング５を貫通して設けられており、ロッド１５，１５がこの 軸受を介して金属製触媒ケーシング５の外部に伸延するように軸支されている。

【００３４】 そして、金属製触媒ケーシング５は、触媒本体２を固定するための緩衝材４を 介して触媒本体２を内蔵している。 この緩衝材４は、上記ハニカム状セラミックス担体６の前後の角部を覆って取 り付けられるリング状キャップ２０，２０と、前方のリング状キャップ２０の後 流側に連設されて帯状に巻回されるインタラムマット（商品名）２１と、さらに その後流側に連設されて帯状に巻回されるステンレスメッシュ２２とからなって いる。

【００３５】 次に、このように構成された本実施例に係る排気浄化用触媒コンバータの作用 を説明する。 自動車の始動時は、温度が低い排気が、排気系を流下する。

【００３６】 この温度が低い排気が、金属担体７に達すると、ここに設けられた第２温度セ ンサ１９が排気温度を検知し、この排気温度をコントローユニット１７に入力す る。

【００３７】 この入力された排気温度が、３００℃以下の場合には、コントローユニット１ ７は、直ちに、金属担体７への電気回路のスイッチＳＷをＯＮする指令を出力す るとともにアクチュエータ１６，１６に制御弁３を、金属担体７に優先的に排気 を導く閉状態（図１の実線）に制御する作動指令を出力する。

【００３８】 これに伴い、金属担体７は通電されるとともに制御弁３は閉状態となる。 金属担体７は発熱して触媒活性化温度である３００℃以上にたちまち昇温する とともに、制御弁３により金属担体７に優先的に導かれた温度が低い排気は直ち に暖められ、エンジン始動時から極短時間で排気中の有害成分は浄化される。

【００３９】 この状態は、ハニカム状セラミックス担体６に設けた第１温度センサ１８が、 排気温度が３００℃以上であることを検知するまで持続される。 第１温度センサ１８が、排気温度が３００℃以上であることを検知し、この排 気温度をコントローユニット１７に入力すると、コントローユニット１７は、金 属担体７への電気回路のスイッチＳＷをＯＦＦする指令を出力するとともに、ア クチュエータ１６，１６に制御弁３を、ハニカム状セラミックス担体６と金属担 体７との両方に排気を導く開状態（図１の一点鎖線）に制御する作動指令を出力 する。

【００４０】 このように始動時から時間が経過し、排気温度が、触媒本体２の全ての部位で ３００℃以上の高温になった後は、通電を切り通常の排気浄化用触媒コンバータ と同様に使用する。

【００４１】 なお、本実施例では、基準制御温度を３００℃に取ったが、この温度に限定さ れるわけではなく、触媒の種類およびエンジン性能等に応じて適当な温度が設定 されることは勿論である。

【００４２】 通常この温度は、３００℃〜４００℃の範囲の適当値が定められる。 本実施例に係る排気浄化用触媒コンバータは、このように作用するので、エン ジン始動直後からほぼ完全に排気を浄化することができる。

【００４３】 そして、このような使用に際して、エンジン始動時のいわゆるアイドリング時 は、排気温度が低いとともに排気流量も少ないので、通電により発熱する金属担 体７を可及的に小体積にするとともに、排気が優先的に金属担体７に導かれるよ うに制御弁３を閉状態に位置することにより、必要温度までの昇温時間を極短時 間で達成させるばかりか消費電力も少量で済ますことが可能になった。

【００４４】 また、排気流量が増大する常態運転時は、制御弁３が、ハニカム状セラミック ス担体６と金属担体７との両方に排気を導く開状態（図１の一点鎖線）に位置し ているので、排気背圧を増大させることなく排気浄化を行うことができる。

【００４５】 さらに、金属担体７がハニカム状セラミック担体６に同心状に内包されている ので、従来のように経時に伴ないインタラムマット（商品名）２１が飛散して、 金属担体と金属製触媒ケーシングとが接触し、電気が短絡するというおそれがな い。

【００４６】 以上は、特に好ましい実施例について述べたが、本考案は、上記実施例に限ら ず、請求の範囲を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 例えば、コントローユニット１７にイグニッション回路を入力するとともにタ イマーを設け、イグニッション回路の導通と同時に一定時間の間は、温度センサ とは無関係に金属担体７に通電するとともに制御弁３を閉状態としても良い。

【００４７】 この場合は、エンジン始動と同時にかつ確実に排気浄化が行われ、さらに好ま しい。 また、コントローユニット１７から警告回路を取り出し、金属担体７への通電 時は、警告灯その他の警告手段により通電状態であることを知らしめて、アイド リングを持続するように喚起するようにしても良い。

【００４８】 さらに、金属担体７は、通電により発熱する物ならどのような物でもよく、図 １０および図１１、または、図８のような平板と波板とで形成されたハニカム体 でも良い。

【００４９】

【考案の効果】

本考案に係る排気浄化用触媒コンバータは、上述のように構成されているので 、従来に比べて速やかに有害ガスの浄化を行うことができる。

【００５０】 また、この排気浄化用触媒コンバータは、排気流量が少ない内燃機関の始動時 は、通電により直ちに昇温して排気浄化を行うことができる一方、排気流量が多 い内燃機関の常態運転時は、排気背圧を増大させることなく排気浄化を行うこと ができる。

【００５１】 さらに、この排気浄化用触媒コンバータは、不必要な電力消費がなく、しかも 、電気が短絡するおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る排気浄化用触媒コンバ
ータの軸方向における部分断面図である。

【図２】同コンバータの上記制御弁の正面図である。

【図３】同コンバータの上記制御弁の斜視図である。

【図４】同コンバータの金属担体を示す斜視図である。

【図５】同コンバータのハニカム状セラミックス担体を
示す斜視図である。

【図６】従来の触媒コンバータの一例の軸方向部分断面
図である。

【図７】従来の触媒コンバータの一例の軸方向断面図で
ある。

【図８】図７の触媒コンバータの金属製モノリス従担体
の正面図である。

【図９】従来の触媒コンバータの一例の軸方向断面図で
ある。

【図１０】図９のＡーＡ断面図である。

【図１１】図１０のＢ部拡大図である。

【符号の説明】

１ 排気浄化用触媒コンバータ ２ 触媒本体 ３ 制御弁 ５ 金属製触媒ケーシング ６ ハニカム状セラミックス担体 ７ 金属担体 １４ 空胴部 １６ 制御弁作動装置 １７ コントロールユニット １８ 第１温度センサ １９ 第２温度センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製触媒ケーシング（５）内に、排気
   を浄化する触媒を有する触媒本体（２）を内蔵した内燃
   機関の排気浄化用触媒コンバータ（１）において、 上記触媒本体（２）が、排気浄化用触媒を担持するとと
   もに、排気上流側の中心部を部分的にくりぬいた形の空
   洞部（１４）を有するハニカム状セラミックス担体
   （６）と、同様に排気浄化用触媒を担持し、このハニカ
   ム状セラミックス担体（６）より小径かつ小体積であっ
   て、このハニカム状セラミックス担体（６）の排気上流
   側の上記空洞部（１４）に同心状に一部が内包される金
   属担体（７）とからなり、 この金属担体（７）が、通電により発熱する耐熱性合金
   薄鋼板の組立体（１０）からなるとともに、この金属担
   体（７）に通電するための一対の電極（８，１２）を有
   し、 上記金属担体（７）の排気上流側近傍に、この金属担体
   （７）に優先的に排気を導く状態と、上記ハニカム状セ
   ラミックス担体（６）とこの金属担体（７）との両方に
   排気を導く状態とのいずれか一方に選択的に切り替わる
   制御弁（３）を設け、 上記ハニカム状セラミックス担体（６）に第１温度セン
   サ（１８）を設け、上記金属担体（７）に第２温度セン
   サ（１９）を設け、 上記制御弁（３）に、この制御弁（３）を作動する制御
   弁作動装置（１６）を連設し、 上記第１温度センサ（１８）と第２温度センサ（１９）
   とからの温度情報に基づいて、制御弁（３）を適当な切
   替へ位置に切り替えるように制御弁作動装置（１６）に
   制御弁作動指令を出力するとともに金属担体（７）への
   通電指令を出力するコントロールユニット（１７）を連
   設してなることを特徴とする内燃機関の排気浄化用触媒
   コンバータ。