JPH06254404A - 自己発熱型触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高抵抗化による抵熱容量化と、外部への熱伝
導の低減を兼ね備え、早期昇温、低電力化を実現できる
触媒コンバータを提供する。 【構成】 メッシュ形状部７を有する平板材２と連続し
て折り曲げ形成された波板材３とが、中心電極４に溶接
接合され、平板材２と波板材３とが交互に重なり合うよ
う渦巻き状に巻回した構造となっている。そして、平板
材２と波板材３にメッシュ形状部７を形成することによ
り、低熱容量化および熱伝導の低減を実現している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用触媒コンバー
タに関し、特に触媒作用を行なう物質の活性化を促進す
るための触媒コンバータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンからの排気経路内に触媒
コンバータを介在させて、排ガス中に含まれているＣ
Ｏ，ＨＣおよびＮＯx 等の有害成分を無害な気体あるい
は水に変換することが行なわれている。しかしながら、
エンジン始動初期の排ガス温度の低い状態では、触媒物
質が活性化されず排気ガスが浄化されにくいという問題
が生じてしまう。

【０００３】このため米国特許第３７７０３８９号およ
び特開平３−１９３１４１号公報では、触媒コンバータ
を発熱部材により構成させた自己発熱型の触媒コンバー
タを設け、この自己発熱型触媒コンバータに通電加熱し
て触媒物質の活性化を図ることが提案されている。

【０００４】これら自己発熱型触媒コンバータは、波形
の凹凸が連続的に折曲形成させた金属性の波板と、帯状
をなす金属製の平板とを交互に重ね合わせて巻回して形
成されたものである。

【０００５】そして、この触媒コンバータを加熱する場
合には、中心と外側面に電極を設けて中心電極から外側
に向って電流を流して発熱させる構成となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような自
己発熱型の触媒コンバータでは、通電して発熱、昇温さ
せるために、波板と平板に所定の抵抗値を持たせる必要
がある。そのため、帯状の波板と平板を十分長く取り、
抵抗値を保持しなければならない。このため、触媒コン
バータ自身の熱容量が増大してしまい、通電の昇温速度
が極めて遅くなり、大電力を投入しなければ高い浄化性
能が得られないという問題が生じている。

【０００７】また、ヒータとして所定の抵抗値を得よう
とする場合には、必然的に波板および平板の長さ、幅が
決まってしまい、容量不足を招くおそれがある。そのた
め、触媒としての性能、例えば浄化率を保持することが
困難になるという問題も生じている。

【０００８】さらに、従来の触媒コンバータでは、通電
し、昇温させた際に、波板及び平板を構成する金属箔内
での熱伝導によって昇温された熱は、自己発熱型触媒コ
ンバータ内より、外側へ放熱され、触媒の活性化温度ま
で昇温させるのに非常に高い電力と長い時間を要してし
まうという問題も生じている。

【０００９】そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、適正な抵抗値を確保しつつ低熱容量化
と、外部への熱伝導の低減を兼ね備え、早期昇温、低電
力化を実現できる触媒コンバータを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、触媒物
質が担持されている平板と、触媒物質が担持されている
とともに波状に折り曲げ形成させた波板と、前記平板と
前記波板の少なくとも一方の一部に形成されたスリット
部と、中心電極と、前記平板と前記波板とが、交互に重
なり合うように前記中心電極に巻回され、前記中心電極
と外周側面との間で通電可能であるハニカム体とを備え
たことを特徴とする自己発熱型触媒コンバータである。

【００１１】

【作用】上記構成の触媒コンバータにおいて、エンジン
始動と同時に中心電極とハニカム体の外周側面との間に
加熱用電流を印加する。すると、この加熱用電流は、中
心電極からスリット形状部を通ってハニカム体の外周側
面に向かって流れる。このとき、ハニカム体は平板・波
板の少なくとも一方の一部に設けたスリット形状部の抵
抗によって発熱することになる。

【００１２】ここで、発熱部であるスリット形状部は、
その形状を変化させることによって、容易に所定の抵抗
値を満足させることができる。このため、平板及び波板
の長さや幅を変化させることなく、抵抗を変化させるこ
とができ、発熱部を極めて低熱容量化することができ
る。したがって、低電力で短時間に昇温でき触媒物質を
早く活性化できる。

【００１３】また、発熱部であるスリット形状部は、熱
伝導を極めて小さくでき、昇温時の熱が触媒コンバータ
内から放熱することをを小さく抑えることができる。そ
のため、昇温速度を迅速にさせ、投入電力も少なくてす
む。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、昇温速度を
迅速にさせ、かつ低電力で早期に触媒活性化を図ること
ができることから、高い浄化性能を有する自己発熱型触
媒コンバータを提供することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。図１は、本発明の触媒コンバータを示す構成図
である。

【００１６】平担な帯状をなす平板材２と連続して折り
曲げ形成された波板材３とが、中心電極４に溶接接合さ
れ、平板材２と波板材３とが交互に重なり合うよう渦巻
き状に巻回し、ハニカム体１を構成している。このハニ
カム体１の外周側面には、接地電極８が設けられてお
り、中心電極４と接地電極８との間で通電可能な構成と
されている。さらに、中心電極４には、電力供給のため
の電源５がスイッチ６を介して設けられている。そし
て、図示されていない外筒が、ハニカム体１を包むよう
に支持することによって、本発明の触媒コンバータを構
成している。

【００１７】なお、この平板材２および波板材３の材質
は、Ｃｒが１８〜２４wt％，Ａｌが４．５〜５．５wt
％，希土類金属（ＲＥＭ）が０．０１〜０．２wt％で残
部がＦｅからなるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ組成よりなり、その
板厚は０．０５ｍｍである。また、連続して折り曲げ形
成されている波板材３は、波の高さ１．８ｍｍ、ピッチ
３．８ｍｍの波板に、平板材２を加工したものである。

【００１８】図２は、この触媒コンバータに用いられて
いる平板材２の詳細を示した正面図である。図２に示す
如く、平板材２のメッシュ形状部７は、図２に示す箇所
の寸法が各々、ｌ₁ ＝１ｍｍ，ｌ₂ ＝１２ｍｍ，ｌ₃ ＝
１ｍｍ，Ｌ₁ ＝１８５ｍｍ，Ｌ₂ ＝４００ｍｍ，Ｌ₃ ＝
１８５ｍｍ，Ｌ₄ ＝２４ｍｍとしている。

【００１９】ここで、ハニカム体１の製造工程を以下の
様に説明する。メッシュ形状部７を加工したＦｅ−Ｃｒ
−Ａｌ組成からなる平板材２および波板材３とを１セッ
トとし、中心電極４に平板材２と波板材３とを６セット
スポット溶接にて固定する。次に、平板材３と波板材４
とが交互に重なるよう渦状に巻回させ、ハニカム体１を
構成する。このとき、平板材３と波板材４によって構成
されるハニカム体１の端面接触部分において、メッシュ
形状部７の加工が施された部分以外をレーザ溶接、ろう
付、放電溶接等で接合している。またメッシュ形状部７
には渦巻き状に電流を流すため、メッシュ形状を加工し
た平板材２と波板材３を一層以上巻回して構成する場合
には表面に絶縁処理を施す。

【００２０】この表面の絶縁化の手段としては、８００
℃〜１２００℃で１〜１０時間加熱することによって、
金属表面にアルミの酸化物を析出させることで、表面に
絶縁を施す。

【００２１】もし、それでも十分な絶縁が得られない時
には、例えば、アルミナゾルを含有した水溶液を付着さ
せ、平板材２波板材３を巻回後、８００℃〜１２００℃
の温度で１〜１０時間焼成する。そして、この焼成によ
って、アルミナゾルは、アルミの酸化物となり、強固な
皮膜となって、表面の絶縁を十分なものとすることがで
きる。

【００２２】次に、上記ハニカム体１をγ−Ａｌ₂ ０₃
を含有したスラリー中に含浸し、焼成するウォッシュコ
ートを行う。その後、触媒金属，例えばＰｔ，Ｒｈを溶
解した水溶液中に含浸して、再度焼成する。その結果、
γ−Ａｌ₂ ０₃ と触媒物質とが付着する。

【００２３】以上の構成の触媒コンバータを自動車の排
気経路中に装着させた後、エンジン始動後、直ちに１２
Ｖで約４０Ａの電力を供給すると、電流が中心電極４か
らハニカム体１の外側面に向かって、渦巻き状に平板材
２および波板材３を通って流れる。この時、平板材２と
波板材３の少なくとも一方の一部に形成されているメッ
シュ形状部７は、高い抵抗体となっていることから、昇
温、発熱することとなる。そして、電力が供給されてか
ら、約２０秒（エンジンはアイドリング状態）で、触媒
コンバータは、約４５０℃に加熱され、触媒物質が活性
化し排出される排ガスが浄化できる。

【００２４】このように本実施例の触媒コンバータで
は、平板材２と波板材３の少なくとも一方の一部に形成
したメッシュ形状部７を設けることによって容易に、高
抵抗部を構成できる。そのため、抵抗値確保のために平
板材２および波板材３を長く取る必要がなく、発熱部の
低熱容量化が実現できる。従って、低電力で短時間に昇
温でき触媒物質を早く活性化できる。そして、抵抗値
は、平板材２および波板材３のメッシュ形状部７を変え
ることのみで任意の容量の触媒が制作可能であり、極め
て設計自由度が大きい。

【００２５】また、高抵抗体であるメッシュ形状部７で
まず触媒反応が始まり、メッシュ形状部７以外の部分
は、この触媒反応熱で昇温される。このことから、全体
が短時間で触媒活性化温度まで昇温するため、従来の低
熱容量化を図った極めて容量の少ない触媒コンバータに
対し、高い浄化率を得ることが可能となる。

【００２６】さらに、開口部であるメッシュ形状部７を
形成したことにより、従来の触媒コンバータに対し、極
めて熱伝導を小さくしている。そのため、昇温時の熱が
触媒コンバータ外に放熱しにくく、昇温速度を迅速にさ
せることができ、投入電力も極めて少なくてすむ。

【００２７】また、本発明の最も注目すべき平板材２と
波板材３の少なくとも一方の一部に形成したメッシュ形
状部７は、エッチングやプレス等で容易に加工を施すこ
とができ、従来の自己発熱型の触媒コンバータに対して
コスト面においてほぼ同等のレベルである。

【００２８】ここで本実施例では、スリット形状が略菱
形形状を有するメッシュ形状部７に限るものではなく、
図３に示す如く、格子形状部８であってもよい。なお、
本実施例では平板材２と波板材３の少なくとも一方の一
部にメッシュ形状部７を形成した例を示したが、例え
ば、スリット形状部７を全面に設け、全体を均一に発熱
させても可能である。

【００２９】さらに、本実施例では中心電極４からハニ
カム体１の外周側面への電流を渦巻き状としているが、
半径方向放射状に流すようにすれば、平板材２と波板材
３の絶縁処理を省略することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の触媒コンバータを示す構成図であ
る。

【図２】平板材２および波板材３に形成されるメッシュ
形状部７の詳細を示した正面図である。

【図３】スリット形状の他の実施例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ ハニカム体 ２ 平板材 ３ 波板材 ４ 中心電極 ７ メッシュ形状部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒物質が担持されている平板と、 触媒物質が担持されているとともに波状に折り曲げ形成
   させた波板と、 前記平板と前記波板の少なくとも一方の一部に形成され
   たスリット部と、 中心電極と、 前記平板と前記波板とが、交互に重なり合うように前記
   中心電極に巻回され、前記中心電極と外周側面との間で
   通電可能であるハニカム体とを備えたことを特徴とする
   自己発熱型触媒コンバータ。