JPH0650135A

JPH0650135A - 多段ハニカムヒーターおよびその運転方法

Info

Publication number: JPH0650135A
Application number: JP4202061A
Authority: JP
Inventors: Fumio Abe; 文夫安部; Masato Ito; 匡人伊藤; Masahito Ogawa; 雅人小川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-02-22
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3058991B2

Abstract

(57)【要約】【構成】導電性のハニカム構造体からなる複数個のハ
ニカムヒーターが排ガスの流路方向に沿って配置されて
なる多段ハニカムヒーターで、該複数個のハニカムヒー
ターのうち、少なくとも最上流部のハニカムヒーターの
抵抗及び／又は熱容量を調節することにより、最上流部
のハニカムヒーターの投入電力／熱容量の値が、隣接す
る下流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容量の値よ
りも大きくなるようにした多段ハニカムヒーターであ
る。【効果】上流部のハニカムヒーターの方が下流部のハ
ニカムヒーターより昇温速度が速いので、エンジン作動
時の排ガスによる上流部の冷却及び下流部への熱移動が
生じても、上流部と下流部のヒーターに温度分布を生じ
ることなく比較的均一に昇温させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個のハニカムヒー
ターからなる多段ハニカムヒーターおよびその運転方法
に関し、詳しくは、自動車の排ガス浄化系に用いるため
のプレヒーター等として好適に使用できる多段ハニカム
ヒーターおよびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の排ガス中の窒素酸化物
（ＮＯ_X ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）
等の有害物質を浄化するための自動車用排ガス浄化装置
の研究開発が活発に行われているが、特に近年において
は、排ガス規制の強化とともに、エンジン作動時（コー
ルドスタート時）におけるこれら有害物質の浄化が重要
な技術課題となっている。すなわち、エンジン作動直後
のように排ガスの温度が低いときは、触媒がその作用温
度に到達しないので浄化能が低く、そのうえ、この時期
は、連続運転をしているときに比べ、大量のＨＣを排出
しているため、自動車の排ガスによる有害物質の全排出
量のうち、エンジン作動時の有害物質の排出量が大きな
割合を占めているのである。

【０００３】そして、このような技術課題を達成する手
段の１つとして、通電発熱型ヒーターをエンジン作動前
又はエンジン作動と同時に通電し、ヒーター上に担持さ
せた触媒や、ヒーターの後方に近接させて配置したメイ
ン触媒を、触媒の作用温度まで速やかに昇温する技術が
注目されている。例えば、本願出願人が先に出願した、
特開平３−２９５１８４号公報には、多数の貫通孔を有
するハニカム構造体に、通電のための少なくとも２つの
電極を設けるとともに、該電極間にスリット等の抵抗調
節機構を設けた抵抗調節型ヒーターが開示されている。
また、特表平３−５０９１１号公報には、電気的な加熱
ヒーターが、複数個、順次配列されたヒーターが開示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のヒーターは、その全体が均一に触媒作用温度にまで昇
温するのではなく、コールドスタート時に発生するまだ
温まっていない排ガスによって、ヒーターの上流部（排
ガスの入口側）が冷却され、この部分が触媒作用温度に
到達し難いという問題がある。一方、上流部で発生した
熱は、ヒーター内部を吹き抜ける排ガスに奪われて下流
部に移動し、このため排ガスの流路に沿ってヒーター内
部に温度分布が生じることになるが、下流部の温度が上
がり過ぎても浄化率はさほど向上しない。

【０００５】上記特開平３−２９５１８４号記載のヒー
ターは、スリット等の抵抗調節機構により発熱量を制御
でき、局所的又は全体的な昇温を行うことができるとさ
れているが、このようなガス流れ方向に対する温度分布
を解消するための具体的な方法については何等開示して
いない。また、特表平３−５０９１１号公報記載のヒー
ターにあっては、複数個の外部スイッチを用いて、各ヒ
ーターの通電を制御する方法が採られているものの、ヒ
ータの抵抗と熱容量の調節がとられていないので、上流
側の温度低下は回避し難く、加えて、外部スイッチとそ
の制御に関し、煩雑なシステムを必要とするという欠点
を有する。本発明は、このような従来技術の問題点に鑑
み、上流部と下流部のヒーターが温度分布を生じること
なく比較的均一に昇温するか、あるいは上流部のヒータ
の方が下流部のヒーターより速く昇温する多段ハニカム
ヒーターを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、導電性のハニカム構造体からなる
複数個のハニカムヒーターが排ガスの流路方向に沿って
配置されてなる多段ハニカムヒーターであって、該複数
個のハニカムヒータのうち、少なくとも最上流部のハニ
カムヒーターの抵抗及び／又は熱容量を調節することに
より、最上流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容量
の値が、隣接する下流部のハニカムヒーターの投入電力
／熱容量の値よりも大きくなるようにしたことを特徴と
する多段ハニカムヒーターが提供される。

【０００７】本発明において、最上流部のハニカムヒー
ターの投入電力／熱容量の値が、隣接する下流部のハニ
カムヒーターの投入電力／熱容量の値よりも大きくなる
ようにするための抵抗の調節手法としては、本発明を構
成する複数個のハニカムヒーターを電気的に直列に連結
し、少なくとも最上流部のハニカムヒータの抵抗を、隣
接する下流部のハニカムヒーターの抵抗よりも大きくす
る方法や、複数個のハニカムヒーターを電気的に並列に
連結し、少なくとも最上流部のハニカムヒータの抵抗
を、隣接する下流部のハニカムヒーターの抵抗よりも小
さくする方法が好適なものとして挙げられる。なお、こ
の場合の抵抗調節は、ハニカム構造体の貫通軸方向に平
行なスリットを設けることにより行うのが好ましい。
又、本発明では、複数個のハニカムヒーターは、電気的
に直列及び／又は並列に連結されていることが好まし
い。

【０００８】また、同様の目的を達成するために、最上
流部のハニカムヒーターの熱容量を、隣接する下流部の
ハニカムヒーターの熱容量よりも小さくする手法として
は、最上流部のハニカムヒーターの開孔率を、隣接する
下流部のハニカムヒーターの開孔率よりも大きくする方
法や、最上流部のハニカムヒーターの体積を、隣接する
下流部のハニカムヒーターの体積よりも小さくする方法
が好ましい。

【０００９】更に、本発明では、ハニカム構造体が触媒
を担持したものであることが好ましく、また、ハニカム
構造体が、粉末原料をハニカム状に押出成形し、焼結さ
せたものであれば一層好ましい。なお、本発明において
ハニカム構造体とは、隔壁により仕切られた多数の貫通
孔を有する一体構造をいい、例えば貫通孔の断面形状
（セル形状）は、円形、多角形、コルゲート形等の任意
な形状が使用できる。

【００１０】

【作用】本発明の多段ハニカムヒーターは上記のように
構成され、上流部に配置されたハニカムヒーターの投入
電力／熱容量の値が、隣接する下流部のハニカムヒータ
ーの投入電力／熱容量の値よりも大きくなるように調節
されているので、上流部のハニカムヒーターの方が下流
部のハニカムヒーターより昇温速度が速い。したがっ
て、エンジン作動時の排ガスによる上流部の冷却を低減
できるとともに、熱移動によって生じる下流部の過剰な
加熱を抑制でき、ヒーター全体をはぼ均一に触媒作用温
度まで到達させることができる。また、上流部をより速
く昇温させることによって、上流部で発生した触媒反応
熱を、下流部の加熱に積極的に活用できる。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明において、投入電力／熱容量の値を調節する手法の
１つとして、まず、電気的に直列及び／又は並列に連結
された複数個のハニカムヒーターの抵抗を変えて、ヒー
ターにかかる印加電圧を調節する方法がある。この方法
は、ヒーターの体積を変えることなく、抵抗のみを調節
することで投入電力／熱容量の値を調節することも可能
である。なお、直列に連結した場合は、抵抗が比較的大
きくでき、低電流型になり、システムの電力ロスが小さ
くなる点で並列に連結した場合より好ましい。

【００１２】ハニカムヒーターの抵抗は、開孔率、ハニ
カムヒーターの厚み、材質、気孔率等に関係するので、
これらを適宜調節することによっても所望の抵抗を得る
ことができるが、比較的簡易な工程で作製できるものと
して、ハニカムヒーターの貫通軸方向に平行なスリット
を設ける方法が好ましい。この場合、例えば、大きな抵
抗を得たいときは、スリットの本数を増加し、ハニカム
構造体内部を通過する電流路を長くすることで抵抗を増
すことができる。

【００１３】抵抗のみを調節することで投入電力／熱容
量の値を調節する手法について、２段ヒーターの例で説
明すると、上流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容
量の値が、下流部のハニカムヒーターのそれよりも大き
くなるようにするには、直列連結の場合は上流部の抵抗
を下流部の抵抗よりも大きくし、並列連結の場合は逆に
上流部の抵抗を下流部の抵抗よりも小さくする必要があ
る。上流部と下流部の抵抗比は、どちらの場合も１．２
〜５倍が好ましい。抵抗比が１．２倍未満では、コール
ドスタート時の上流部のヒーターの冷却を低減できず、
一方、５倍を超えると、スリット本数が増加し、浄化性
能が低下する。更に好ましい抵抗比は１．５〜２．５倍
であり、抵抗比がこの範囲にあるときは、コールドスタ
ート時、上流部のハニカムヒーターも下流部のハニカム
ヒーターも共に比較的に均一な温度を示す。

【００１４】また、本発明において、投入電力／熱容量
の値を調節する別の手法としては、熱容量を変化させる
手法がある。この手法では、ヒーターの抵抗を変えるこ
となく、熱容量のみを調節して投入電力／熱容量の値を
調節することも可能である。熱容量の調節手法には、主
として、ヒーターの体積、開孔率（リブ厚、セル数）の
調節が好適なものとして挙げられるが、その他、材質、
気孔率、ウオッシュコート厚の調節を行ってもよく、ま
たこれら全部を調節することも可能である。

【００１５】熱容量のみを調節して投入電力／熱容量の
値を調節する手法について、２段型ヒーターを例に説明
すると、上流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容量
の値が、下流部のハニカムヒーターのそれよりも大きく
なるようにするには、上流部の熱容量を、下流部の熱容
量よりも小さくする必要がある。したがって。例えば、
開孔率によって熱容量を調節する場合は、上流部のハニ
カムヒータの開孔率が下流部のハニカムヒーターの開孔
率よりも大きくなるようにし、また、体積によって熱容
量を調節する場合は、上流部のハニカムヒータの体積が
下流部のハニカムヒーターの体積よりも小さくなるよう
にする。

【００１６】上流部と下流部の熱容量比は、１．２〜５
倍が好ましい。熱容量比が１．２倍未満では、コールド
スタート時の上流部のヒーターの冷却を低減できず、一
方、５倍を超えると、上流部のハニカムヒーターの体積
が小さくなり過ぎる、開孔率が大きくなり過ぎる等が原
因で浄化性能が低下する。更に好ましい熱容量比は１．
５〜２．５倍であり、熱容量比がこの範囲にあるとき
は、コールドスタート時、上流部のハニカムヒーターも
下流部のハニカムヒーターも共に比較的に均一な温度を
示す。

【００１７】以上の抵抗及び／又は熱容量の調節によ
る、投入電力／熱容量の値を調節手法の総括として、２
段ヒーターの場合は、上流部のハニカムヒーターと、下
流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容量の値の比が
１．２〜５倍であることが好ましく、１．５〜２．５倍
であれば更に好ましい。１．２倍未満では、コールドス
タート時の上流部のヒーターの冷却を低減できず、一
方、５倍を超えると、浄化性能が低下する。また、３段
以上の多段ヒーターの場合は、最上流部のハニカムヒー
ターと、これに隣接する下流部（２段目）のハニカムヒ
ーターの投入電力／熱容量の値の比が、上記関係になる
ことが必須であるが、３段目以降のハニカムヒーターに
関しても、多段ヒーター全体の温度が均一になるように
投入電力／熱容量の値を調節する。

【００１８】なお、本発明において、投入電力(kw)／熱
容量(J/ ℃) の値はハニカムヒーター昇温速度を示すも
のであり、それは最上流部のヒーターについて、１０〜
４００( ℃/sec) であることが好ましい。この値が１０
( ℃/sec) 未満では浄化能が低下し、一方、４００( ℃
/sec) を超えると電力が大きくなり、システムの電力ロ
スが大きい。更に好ましい範囲は１５〜１００( ℃/se
c) である。

【００１９】本発明で用いるハニカム構造体の構成材料
としては、、通電により発熱する材料からなるものであ
れば制限はなく、金属質でもセラミックス質でもよい
が、機械的強度を考慮すると、金属質のものが好まし
い。金属質の場合、例えば、ステンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ
−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃ
ｏ、Ｎｉ−Ｃｒ等の組成を有する材料からなるものが挙
げられる。上記のうち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃ
ｒ、Ｆｅ−Ａｌが耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、か
つ安価で好ましい。

【００２０】更に、金属質の場合、フォイルタイプに形
成したものも、粉末原料をハニカム状に押出成形し、焼
結して作製したものも用いることができるが、後者のハ
ニカム構造体の方が、工程が簡略で低コスト化が図れる
点で好ましい。また、このように、いわゆる粉末冶金及
び押出成形法を用いて作製したヒーターは、テレスコー
プ現象が生じず、均一な発熱ができる点でも好ましいも
のである。また、ハニカム構造体は、多孔質であっても
非多孔質であってもよいが、触媒を担持する場合には、
多孔質のハニカム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨
張差による触媒の剥離が生ずることがほとんどないこと
から好ましい。

【００２１】次に、本発明のハニカム構造体のうち、金
属質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。まず、
所望の組成となるように、例えばＦｅ粉末、Ａｌ粉末、
Ｃｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末原
料を調製する。次いで、このように調製された金属粉末
原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の
有機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望の
ハニカム形状に押出成形する。なお、金属粉末原料と有
機バインダー、水の混合に際し、水を添加する前に金属
粉末にオレイン酸等の酸化防止剤を混合するか、あるい
は予め酸化されない処理を施した金属粉末を使用するこ
とが好ましい。

【００２２】続いて、押出成形されたハニカム成形体
を、非酸化雰囲気下１０００〜１４００℃で焼成する。
ここで、水素を含む非酸化雰囲気下において焼成を行な
うと、有機バインダーがＦｅ等を触媒にして分解除去さ
れるので、良好な焼結体を得ることができ好ましい。焼
成温度が１０００℃未満の場合、成形体が焼結せず、焼
成温度が１４００℃を超えると得られる焼結体が変形す
るため好ましくない。

【００２３】なお、望ましくは、次いで、得られた焼結
体の隔壁及び気孔の表面を耐熱性金属酸化物で被覆す
る。この耐熱性金属酸化物による被覆方法としては、下
記の方法が好ましいものとして挙げられる。金属ハニカム構造体を酸化雰囲気中７００〜１１００
℃で熱処理する。Ａｌ等を焼結体の隔壁及び気孔の表面にメッキ（例え
ば気相メッキ）し、酸化雰囲気中７００〜１１００℃で
熱処理する。Ａｌ等の金属溶湯中に浸漬し、酸化雰囲気中７００〜
１１００℃で熱処理する。アルミナゾル等を用い焼結体の隔壁及び気孔の表面に
被覆し、酸化雰囲気中７００〜１１００℃で熱処理す
る。なお、熱処理温度は、耐熱性、耐酸化性の点で９００〜
１１００℃とすることが好ましい。

【００２４】次いで、得られたハニカム構造体につい
て、抵抗調節機構を設けることが、比較的均一な昇温特
性を得られることから好ましく、抵抗調節機構として
は、貫通軸方向に平行なスリットが、簡易な工程で設け
られるので好ましい。上記のようにして得られた金属ハ
ニカム構造体は、通常その外周部の隔壁または内部に、
ろう付け、溶接などの手段によって電極を設け、ハニカ
ムヒーターが製作される。この金属質ハニカム構造体
は、全体としてその抵抗値が０．００１Ω〜０．５Ωの
範囲となるように形成することが好ましい。

【００２５】また、上記の金属質ハニカム構造体の表面
にさらに触媒を担持させることにより、排気ガスの浄化
反応（酸化反応熱等）による温度上昇が期待できるた
め、ヒーターとしてより好ましいものとなる。金属質ハ
ニカム構造体の表面に担持する触媒は、大きな表面積を
有する担体に触媒活性物質を担持させたものである。こ
こで、大きな表面積を有する担体としては、例えばγ−
Ａｌ₂ Ｏ₃ 系、ＴｉＯ₂ 系、ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系な
どやγ−Ａｌ₂ Ｏ₃ にさらにＣｅＯ₂ 等の希土類成分を
含むもの、またペロブスカイト系のものが代表的なもの
として挙げられる。触媒活性物質としては、例えばＰ
ｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ等
の卑金属などを挙げることができる。上記のうち、γ−
Ａｌ₂ Ｏ₃ 系にＰｔ、Ｐｄを１０〜１００g/ft³ 担持し
たものが好ましい。

【００２６】本発明におけるハニカム構造体のハニカム
形状としては特に限定はされないが、具体的には、例え
ば６〜１５００セル／インチ² （０．９〜２３３セル／
cm²）の範囲のセル密度を有するように形成することが
好ましい。また、隔壁の厚さ（リブ厚）は５０〜２００
０μm の範囲が好ましい。また、上記したようにハニカ
ム構造体は多孔質であっても非多孔質もよくその気孔率
は制限されないが、０〜５０％、好ましくは２５％未満
の範囲とすることが強度特性、耐酸化性、耐食性の面か
ら望ましい。なお、触媒を担持する場合には、触媒層と
の密着性の点から５％以上の気孔率を有することが好ま
しい。

【００２７】本発明の多段ハニカムヒーターは、このよ
うなハニカムヒーターが、複数個、電気的に直列及び／
又は並列に連結されたものであり、通電のための少なく
とも２個の電極が、任意のハニカムに構造体に接続され
る。また、ハニカムヒーター間は導電性の材料で連結さ
れ、一般に、缶体内に絶縁物を介在して保持される。な
お、場合によっては、一方の電極を缶体と接合し、アー
スとして用いることもできる。

【００２８】次に、本発明の多段ハニカムヒーターの効
果を好適に発揮させるための投入電力／熱容量の値の調
節・設定について実際の使用態様とともに説明する。本
発明の多段ハニカムヒーターは、一般に、エンジン作動
前に加熱を開始するいわゆるプレヒートと、エンジン作
動と実質的に同時に加熱を開始するいわゆるポストヒー
トの両方に用いることができる。

【００２９】プレヒートの場合、エンジン作動前まで
は、各ヒーターにかかる投入電力／熱容量の値に対応し
て、到達温度が決まる。したがって、少なくとも最上流
部のハニカムヒーターの、好ましくは多段ハニカムヒー
ター全体の到達温度が、一般に触媒の作用温度（例えば
３００℃）になるように投入電力／熱容量の値を調節す
る。エンジン作動時には、通常ヒーターは通電しないの
で、排ガスによって上流側より冷却され、ヒーターの温
度が低下することになるが、エンジン作動後３０秒間
は、上流側に配置されたハニカムヒーターが触媒の作用
温度以上の温度を保てるように、更に好ましくは下流側
に配置されたハニカムヒーターも、その間、触媒の作用
温度以上の温度を保てるように、予めプレヒートしてお
く。

【００３０】このプレヒートにより、上流側のハニカム
ヒーター上の触媒は、コールドスタート時に発生する多
量のＨＣやＣＯを好適に除去し、その反応熱で下流側の
ハニカムヒーターが更に加熱される。なお、プレヒート
に引き続き、エンジン作動後にヒーターを加熱してもよ
く、この場合、少なくとも最上流部のハニカムヒーター
が、更に好ましくは多段ハニカムヒーター全体が、触媒
の作用温度を超えるようにヒーターに通電してもよい。

【００３１】一方、ポストヒートの場合は、実質的にエ
ンジンの作動と同時に通電するので、ヒーターが触媒作
用温度に到達するまでに時間がかかる。したがって、エ
ンジン作動後３０秒、更に好ましくは１山加速前の２０
秒までに、最上流部のハニカムヒーターが触媒作用温度
に到達するように、投入電力／熱容量の値を調節する。
また、最上流部のハニカムヒーターは、排ガスにより冷
却されるが、最上流部のハニカムヒーターの温度が、隣
接する下流部のハニカムヒーターの温度よりも、１００
℃を超えて低くならないように、最上流部と隣接する下
流部の投入電力／熱容量の値を調節する。さらには、最
上流部のハニカムヒーター温度が隣接する下流部のハニ
カムヒーター温度と同一か、あるいは最上流部のハニカ
ムヒーター温度が、隣接する下流部のハニカムヒーター
温度よりも高い方が浄化能の点で好ましい。また、浄化
能の点で最も好ましい例は、エンジン作動後２０秒まで
に、多段ハニカムヒーター全体が触媒作用温度に到達す
るように投入電力／熱容量の値を調節することである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。

【００３３】〔多段ハニカムヒーターの調製〕平均粒径
４４μｍ以下のＦｅ粉末、Ｃｒ−３０重量％Ａｌ粉末、
Ｆ−５０重量％Ａｌ粉末、Ｆｅ−２０重量％Ｂ粉末、及
びＹ₂ Ｏ₃ 粉末をＦｅ−１２Ｃｒ−１０Ａｌ−０．０５
Ｂ−０．５Ｙ₂ Ｏ₃ という組成になるように添加・混合
した。更に、この混合物１００ｇあたり、有機バインダ
ーとしてメチルセルロース４ｇ、酸化防止剤としてオレ
イン酸１ｇを添加して押出用坏土を調製し、直径３．６
６インチ（９３cm）のハニカム成形体を押出成形により
得た。得られたハニカム成形体を、９０℃で１６時間乾
燥し、次いで、水素雰囲気下、１３２５℃の最高温度で
２時間保持して焼結した後、図１に示すように、貫通孔
の軸方向にスリット１２を形成した。スリット形成後、
γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣｅＯ₂ （γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＣｅＯ₂
＝７０／３０）からなるウォッシュコート材を被覆し、
ＰｔとＲｈをＰｔ／Ｒｈ比で５：１、総担持量４０g/ft
³ になるように含浸担時させ、触媒を形成した。この触
媒を担持したハニカム構造体に、電極としてボルトを溶
接し、外周部を絶縁材を介して缶体に保持して、表１に
示す実施例１〜９及び比較例の多段ヒーターを得た。な
お、多段ヒーターの総体積は全て０．３ｌとし、実施例
９のみ３段ヒーターで、他は全て２段ヒーターとした。

【００３４】

【表１】

【００３５】〔ＦＴＰ試験〕排気量２４００ｃｃの試験
車を用い、床下位置に上記実施例１〜９及び比較例の多
段ハニカムヒーターを配置した。なお、多段ハニカムヒ
ーターの下流側は、フランジを介して市販の３元触媒
（直径３．６６インチ、長さ１７７ｍｍ、体積１．２
ｌ）を配置し、ハニカムヒーターの前方には、二次空気
導入孔を設けた。また、１２Ｖのバッテリーを２個直列
にして、２４Ｖの電圧を多段ハニカムヒーターに印加で
きるようにした。このような条件の下、ＦＴＰ(Federal
Test Prdedure) に準じて、Bag エミッションを測定し
た。なお、多段ハニカムヒーターには、エンジン作動と
実質的に同時に通電を開始し、最上流部のハニカムヒー
ターの中心温度が３００℃になるように、オン−オフ制
御で６０秒間通電した。また、二次空気はエンジンを作
動と同時に２００ｌ／ｍｉｎで導入し、４０秒後に停止
した。得られた結果を表２に示す。また、実施例１と比
較例の多段ハニカムヒーターの温度分布をそれぞれ図２
（ａ）、（ｂ）に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】上記、試験結果より次のことがわかる。 (1) 上流部と下流部のハニカムヒーターの投入電力／熱
容量の値が同じである比較例の多段ヒーターよりも、本
発明に係る実施例の多段ハニカムヒーターの方が優れた
浄化能を示す。 (2) 特に、最上流部のハニカムヒーターにおける投入電
力／熱容量の値と、隣接する下流部のハニカムヒーター
における投入電力／熱容量の値の比が１．５〜２．５の
範囲にある実施例１〜４、７〜９の多段ハニカムヒータ
ーが、エミッション低減に最も効果がある。 (3) 投入電力／熱容量の値の調節法としては、熱容量は
一定で抵抗のみを調節する方法や、抵抗は一定でハニカ
ムヒーターの体積、開孔率を調節する方法、あるいはそ
れらを組み合わせた方法があるが、いずれの方法を採用
しても比較例に対してエミッション低減に効果がある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多段ハニ
カムヒーターは、上流部のハニカムヒーターの方が下流
部のハニカムヒーターより昇温速度が速いので、エンジ
ン作動時の排ガスによる上流部の冷却及び下流部への熱
移動が生じても、上流部と下流部のヒーターに温度分布
を生じることなく比較的均一に昇温させることができ、
したがって、ヒータ上に触媒を担時させた場合、ヒータ
ー全体をはぼ均一に触媒作用温度まで到達させることが
できる。また、上流部のハニカムヒータを下流部のヒー
ターより速く昇温させることによって、上流部で発生し
た触媒反応熱を、下流部の加熱に積極的に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカム構造体のスリット形成状態の一例を示
す図である。

【図２】実施例１と比較例の多段ハニカムヒーターの温
度分布を示す図である。

【符号の説明】

１２スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性のハニカム構造体からなる複数個
のハニカムヒーターが排ガスの流路方向に沿って配置さ
れてなる多段ハニカムヒーターであって、該複数個のハ
ニカムヒーターのうち、少なくとも最上流部のハニカム
ヒーターの抵抗及び／又は熱容量を調節することによ
り、最上流部のハニカムヒーターの投入電力／熱容量の
値が、隣接する下流部のハニカムヒーターの投入電力／
熱容量の値よりも大きくなるようにしたことを特徴とす
る多段ハニカムヒーター。
【請求項２】複数個のハニカムヒーターが電気的に直
列及び／又は並列に連結されている請求項１記載の多段
式ハニカムヒーター。
【請求項３】ハニカム構造体が触媒を担持したもので
ある請求項１又は２記載の多段式ハニカムヒーター。
【請求項４】複数個のハニカムヒーターが電気的に直
列に連結され、かつ、少なくとも最上流部のハニカムヒ
ータの抵抗が、隣接する下流部のハニカムヒーターの抵
抗よりも大きい請求項１ないし３のいずれかに記載の多
段ハニカムヒーター。
【請求項５】複数個のハニカムヒーターが電気的に並
列に連結され、かつ、少なくとも最上流部のハニカムヒ
ーターの抵抗が、隣接する下流部のハニカムヒーターの
抵抗よりも小さい請求項１ないし３のいずれかに記載の
多段ハニカムヒーター。
【請求項６】最上流部のハニカムヒーターの熱容量
が、隣接する下流部のハニカムヒーターの熱容量よりも
小さい請求項１ないし３のいずれかに記載の多段ハニカ
ムヒーター。
【請求項７】最上流部のハニカムヒーターの開孔率
が、隣接する下流部のハニカムヒーターの開孔率よりも
大きい請求項１ないし３のいずれかに記載の多段ハニカ
ムヒーター。
【請求項８】最上流部のハニカムヒーターの体積が、
隣接する下流部のハニカムヒーターの体積よりも小さい
請求項１ないし３のいずれかに記載の多段ハニカムヒー
ター。
【請求項９】ハニカムヒーターが、抵抗調節機構とし
て、貫通軸方向に平行なスリットを有している請求項１
ないし８のいずれかに記載の多段ハニカムヒーター。
【請求項１０】ハニカム構造体が、粉末原料をハニカ
ム状に押出成形し、焼結させたものである請求項１ない
し９のいずれかに記載の多段ハニカムヒーター。
【請求項１１】請求項１の多段ハニカムヒーターを用
いる運転方法であって、エンジン作動前に該多段ハニカ
ムヒーターに通電してこれを加熱し、少なくとも最上流
部のハニカムヒーター温度を触媒の作用温度まで到達さ
せることを特徴とする多段ハニカムヒーターの運転方
法。
【請求項１２】請求項１の多段ハニカムヒーターを用
いる運転方法であって、エンジン作動と実質的に同時に
該多段ハニカムヒーターに通電してこれを加熱し、エン
ジン作動後３０秒以内に、少なくとも最上流部のハニカ
ムヒーター温度を触媒の作用温度まで到達させることを
特徴とする多段ハニカムヒーターの運転方法。