JPH06505917A - 触媒器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 触媒器 本発明は、請求項１の前提部に記載された触媒器に関する。

内燃機関の排ガスのための触媒器として多くの実施形態のものが知られている。

それらは、ハウジングとその中に位置するセラミックブロックとを備えており、 セラミックブロックの表面に排ガスに作用する本来の層が設けられている。その 層は外被だけでなく、互いに平行に延びた蜂の巣状流路内にも設けられている。

これらの触媒器は確かに有効である。しかし、常温始動時には触媒作用層による 始動時有害物質の除去が全くできないという欠点がある。つまり、排ガスは始動 時において約１００°Ｃの温度を有し、この後、触媒器が加熱され、約４００’ Ｃを越えてようやく作用可能状態になる。従って、自動車の常温始動時における 初期段階では有害な排ガスが発生する。

この欠点を取り除くために、セラミックブロックの代わりに触媒層のための金属 支持体（いわゆるメタルブロック）を用いた、いわゆる始動時触媒器が知られて いる（ドイツ実用新案８８１０８１６）。この触媒器は、排ガスが貫流する互い に平行な複数の流路を有する蜂の巣状体を形成する構造化板材からなる。一般的 には、金属の触媒器支持体が電気的に加熱され、その上に形成された触媒器のセ ラミック作用層が熱伝導により加熱される。

しかしながら、触媒器支持体の直接的な電気加熱は大きな困難に突き当たってい た。というのは、普通の金属構造体の電気抵抗は、自動車において通常利用でき る電圧を直接用いて発熱体とするにはかなり低いものだからである（ドイツ特許 ５６３７５７）。技術的には一部では、触媒器本体を別体の電気ヒータ素子を用 いて加熱しようとする試みがある（ドイツ特許公開２２３０６６３）。この別体 のヒータ素子は触媒器支持体としては機能していない。実用新案公報８９０５０ ７３．８には、非常に費用のかかる構造の蜂の巣状体のみにより１２Ｖ電圧を用 いて系に合う給電を実現できるようにしたものが示されている。

この費用のかかる構造は特に組立コストをも増大させる。

さらに、本来の触媒作用層のみならずメタルブロックも加熱しなければならない 。加熱される金属材料は高い熱伝導性を有しており、セグメント毎に加えられた エネルギーか熱伝導により急速に拡散するので、必要とされる能力か高くなる。

そして、際立った温度上昇は妨げられる。この長所に対する原則的な欠点がある 。つまり、この種の触媒器は通常動作時においても非常に良く熱を伝えるので急 速に冷却され、比較的冷たい排ガスを出す動作時（例えばアイドリンク時）にお いて必要動作温度をすぐに下回る（ドイツ実用新案８９０５０７３．８）。

本発明の目的は、メタルブロック触媒器のもつ欠点を、回避しながら高速に作用 するとともにわずかな電気加熱エネルギーしか必要としない触媒器を提供するこ とにある。

この目的は、本発明によれば請求項１の前提部に記載した触媒器において、その 特徴部に記載した特徴によって解決される。

本発明では、支持体表面の一部分に少なくとも１つの導電性抵抗発熱体層が設け られている。この抵抗発熱体層は、白金、ルテニウムやロジウムやパラジウムの ような白金族、銀、金、又は上述の金属や白金族の合金、例えばＡｇ−Ｐｄから 構成できる。あるいは、例えば酸化チタン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化 マンガン、酸化亜鉛、酸化鋼、五酸化ニオブ、二酸化錫のような導電性金属酸化 物を単独で、又は上述の金属と組み合わせて用いることもできる。抵抗発熱体層 は、例えば上述の白金族から形成されていれば、それ自身が触媒作用層になるこ とができる。あるいは触媒作用層を付加的に形成し、又は含浸形成することがで きる。始動時に抵抗発熱体層が、印可される電圧によって発生する電流にて短時 間で予熱され、その表面が急速に暖められて触媒作用が可能な状態となる。続い て、熱伝導により抵抗発熱体層に隣接する支持体領域つまり触媒作用層が加熱さ れ、この残りの領域も有効になる。この過程は、始動時に増加する一酸化炭素に よって助けられる。つまり、−酸化炭素はこの状態において抵抗発熱体層と発熱 反応し、これによってこの部分の加熱が促進される。また本発明によれば本来の 触媒作用層のみが加熱され、支持体はほとんど加熱されないので急速な加熱が得 られ、比較的わずかなエネルギーが必要とされるだけである。電気的に機能する 層はセラミック層に直接形成され、あるいは電気絶縁されて、好ましくは熱伝導 性の悪いセラミック層を介して金属支持体に形成される。

支持体は好ましくは蜂の巣状流路の形にされ、その流路の断面は例えば４角形、 ６角形、８角形、又は円形、半円形とすることができる。

抵抗発熱体層の抵抗値は、好ましくは排ガス流れ方向に、つまり蜂の巣状流路の 前面から次第に減少するように形成される。これは、例えば抵抗発熱体層の材料 の厚さを変化させることにより実現する。蜂の巣状流路の前面は蜂の巣状流路の 対向する側壁の抵抗発熱体層の電気接続を前面で遮断するフライス加工部を備え ている。そのような蜂の巣状流路の対向する側壁が電源の電極と接続されて電位 差が生じると、前面で遮断された電気接続と排ガス流れ方向に減少する抵抗値と によって、抵抗発熱体層の加熱作用が抵抗発熱体層によって覆われている支持体 の全領域にわたって一様となる。

作用する発熱体層の抵抗値は、テストピース法及び簡単で幾何学的な形状の選択 により、その抵抗値を広い範囲にわたって、好ましくは０．Ｏ１〜２オームの間 に設定することができる。こ、の製造方法は、例えば含浸技術として実施しされ ており、達成すべき技術データへの簡単且つ固有の適合を蜂の巣状体の幾何学的 な構成を変えることなく可能ならしめる。特に金属支持体の場合、触媒作用層は 厚膜形成技術を用いて、好ましくはスクリーン印刷法によって形成される。

さらに適切な実施態様において、抵抗発熱体層が支持体の排ガス流れ方向上流側 に設けられるならば、触媒作用層を有する支持体表面の残りの領域の加熱が促進 される。つまり、排ガスが熱の一部を触媒器の残りの領域に対流によっても伝達 する。

本発明のさらに好適な実施態様は下位の請求項に記載されている。

次に、本発明を図１〜４に基づいて、さらに詳しい実施例を用いて説明する。こ こで、 図１は触媒器の垂直断面、 図２は例えば図１のような円筒状触媒器の横断面、図３は触媒器の蜂の巣状流路 の個々の蜂の巣状体、図４は図３のような個々の蜂の巣状体の長手方向の抵抗発 熱体層の厚さ、 を示している。

支持体２は、触媒作用層８を有するセラミック材、つまり流れ方向１０に互いに 平行に延びている複数の蜂の巣状流路５を備えている。さらに排ガスの流れ方向 ｌＯに関する触媒器の前側領域４に抵抗発熱体層６が設けられ、この発熱体層は 触媒器の前面３を含む前端部を取り囲んでいる。その周縁部は流れ方向に１〜２ ｃｍの長さであり、含浸によって支持体に形成されている。これは触媒器の外被 ８の全表面積の約５％を覆っている。

図２は蜂の巣状流路５の形をした複数の支持体から構成されている支持体２の断 面を示している。図３と図４に示されているように、蜂の巣状流路５内に抵抗値 が排ガスの流れ方向に減少している抵抗発熱体層６が設けられている。このこと は、例えば抵抗発熱体層６の厚さを変えることによって可能である。蜂の巣状流 路５の前面３は、蜂の巣状流路の対向する側壁の抵抗発熱体層６の電気接続を前 面で遮断するフライス加工部１１を備えている。これによって、前面において蜂 の巣状流路の対向する側面とその抵抗発熱体層との間に特に高い抵抗が形成され る。フライス加工部１１によって電気的に遮断された対向する側壁の抵抗発熱体 層６には電位差が形成される。したがって、抵抗発熱体層の全面にわたって均一 な加熱が保証されることになる。

ＦＩＧ、　１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジングとその中に配置された支持体とを備える、内燃機関の排ガスのた めの触媒器であって、特に、排ガスに対する触媒作用層を有する互いに平行に延 びた蜂の巣状の複数の流路を有するものにおいて、前記支持体（２）の表面の少 なくとも部分領域（４）が少なくとも一つの導電性抵抗発熱体層（６）を備えて いることを特徴とする触媒器。 ２．前記導電性抵抗発熱体層（６）が電気絶縁性中間層を介して金属材料からな る前記支持体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の触媒器。 ３．前記導電性抵抗発熱体層（６）がセラミックからなる前記支持体に直接形成 されていることを特徴とする請求項１記載の触媒器。 ４．前記抵抗発熱体層（６）が触媒作用を行うことを特徴とする請求項１、２、 又は３記載の触媒器。 ５．前記抵抗発熱体層（６）上に触媒作用層が形成されていることを特徴とする 請求項１、２、又は３記載の触媒器。 ６．前記触媒作用層が厚膜技術のスクリーン印刷によって形成されていることを 特徴とする請求項５記載の触媒器。 ７．支持体の前記部分領域（４）が、蜂の巣状流路（５）の形をしている前記支 持体（２）の排ガス流れ方向（１０）における前側部分に配置されていることを 特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の触媒器。 ８．前記支持体（２）が実質的に円筒状に形成され、前記部分領域（４）が前面 （３）、外被、及び流路内面を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする 請求項７記載の触媒器。 ９．前記抵抗発熱体層（６）の抵抗値が排ガスの流れ方向（１０）に沿って減少 していることを特徴とする請求項７記載の触媒器。 １０．前記蜂の巣状流路（５）の前面（３）が、前記蜂の巣状流路（５）の対向 する側壁の抵抗発熱体層（６）の電気接続を前面で遮断するフライス加工部（１ １）を備えていることを特徴とする請求項７又は９記載の触媒器。 １１．前記フライス加工部（１１）によって電気的に遮断された、前記蜂の巣状 流路（５）の対向する側壁の抵抗発熱体層が電位差を有することを特徴とする請 求項７、９、又は１０記載の触媒器。 １２．前記部分領域（４）が排ガスの流れ方向（１０）に０．２〜５ｃｍの長さ を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の触媒器。 １３．前記部分領域（４）が排ガスの流れ方向（１０）に１〜２ｃｍの長さを有 することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の触媒器。