JPH09117639A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒コンバータ本体に通電用の電流路を簡易
に形成可能とする。 【解決手段】 波板材１と平板材２とからなる本体１０
と外筒３とよりなる。波板材１は、その波頂部に小突起
１３を有し、この小突起１３と平板材２とを当接させて
溶接することにより波板材１と平板材２との間に通電可
能な局部的接合部を形成する。通電時には、この接合部
が電流通路として機能する。波板１上に配置する小突起
１３の位置を変えることにより、触媒コンバータ本体上
の任意の位置に接合部を形成することができるため、電
流路の形状、配置の自由度が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンから排出
される排気ガスを浄化するための、触媒コンバータ、特
にその通電加熱手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンから排気される排気ガ
スは、その中に少量ではあるが、ＮＯx 、ＣＯ、ＨＣ等
の有害成分を含んでいる。そのため、これら有害成分を
Ｎ₂ 、ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏ等の無害物質に浄化するため、従
来より、触媒コンバータが用いられている。

【０００３】また、エンジンの始動直後においては、排
気ガスが低温であるために主モノリス触媒が、活性化温
度に達しない。そのため、これを補うために主モノリス
触媒の上流側に加熱式の触媒コンバータを配置すること
が提案されている。この方式では、触媒コンバータ全体
を強制的に電気加熱して、触媒を活性化させている（特
開平２−２２３６２２号公報、特開平３−１９３１４１
号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の通電加熱式触媒コンバータは、その触媒担体を構成
する金属構造体全体に通電を行ない、全体を一様に発
熱、昇温させるものである。そのため、触媒コンバータ
を短時間に昇温させ、排気ガスを浄化させるためには、
短時間に非常に高い電力を供給する必要がある。

【０００５】本発明はかかる従来の問題点に鑑み、低電
力で、全体を短時間に触媒活性化温度まで昇温でき、高
い浄化性能を発揮することができる、排気ガス浄化用触
媒コンバータ及びその製造方法を提供しようとするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、電気絶縁層を介して積層された金属製板材から
構成され、該金属製板材に通電することにより加熱され
る触媒コンバータ本体を有する排気ガス浄化用触媒コン
バータにおいて、前記金属製板材を、金属製板材上に設
けた小突起を介して互いに通電可能に接合する接合領域
部を局部的に形成したことを特徴とする排気ガス浄化用
触媒コンバータが提供される。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、前記触媒
コンバータ本体は、金属製波板材と金属製平板材とを相
互に積層することにより形成され、前記小突起は前記金
属製波板材の波頂部に設けられた請求項１に記載の排気
ガス浄化用触媒コンバータが提供される。請求項３に記
載の発明によれば、電気絶縁層を介して金属製板材を積
層して触媒コンバータ本体を形成し、次いで該触媒コン
バータ本体の互いに隣接する各層の金属製板材の一部を
相互に通電可能に接合して、金属製板材の積層方向に延
びる広い接合領域を形成し、その後前記接合領域のうち
予め定めた一部の領域を残して他の部分を除去し、残っ
た接合領域により触媒コンバータ本体上に予め定めた形
状の接合領域部を形成する、排気ガス浄化用触媒コンバ
ータの製造方法が提供される。

【０００８】請求項１から請求項３に記載の発明では、
いずれも隣接する金属製板材相互を通電可能に接合する
接合領域部により、触媒コンバータ本体内に局部的な電
流通路が形成されるため、通電時に電流がコンバータ本
体全体に分散することなく上記局部的電流通路に集中し
て流れることになる。このため、電流通路における電流
密度が高くなり電流通路部分が局所的に昇温する。ま
た、電流通路部分のみを局所的に発熱させるため、コン
バータ本体全体を一様に発熱、昇温させる場合に較べて
発熱部分の熱容量が小さくなり、少ない電力で短時間に
発熱部分の温度が上昇する。その結果、電流通路部分は
通電後短時間で触媒活性化温度に到達し、触媒反応が開
始される。

【０００９】請求項１の発明では、金属製板材上に設け
た小突起を介して金属製板材相互を通電可能に接合して
上記接合領域部を形成している。このため、金属製板材
上の上記小突起設置部位を変えることにより、接合領域
部によって形成される電流通路の形状と位置とを自由に
設定できる。このため、触媒コンバータ本体内の任意の
位置に任意の形状の電流通路を形成することができる。

【００１０】また、請求項２の発明では、金属製板材と
して波板材と平板材とを交互に積層して触媒コンバータ
本体を形成するとともに、波板材の波頂部に小突起を設
けるようにしたことにより請求項１の作用に加えて、更
に小突起が必ず平板材と当接するようになる。このた
め、接合領域部が容易に形成されるとともに、接合領域
部の接合強度が増大する。

【００１１】請求項３の発明では、互いに隣接する各層
の金属製板材の一部を相互に接合して金属製板材積層方
向（すなわち、触媒コンバータに流入する排気流に直角
な方向）に延びる接合領域を広い範囲にわたって形成し
てから、その後電流路以外の接合領域を除去することに
より所定の形状の電流路を形成する。このため、正確か
つ容易に所望の形状の電流路を触媒コンバータ本体上に
形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。以下に説明する実施形態で
は、触媒コンバータ本体として、例えばステンレス鋼等
により凹凸状に形成された金属製波板材と、ステンレス
鋼等の金属製波板材を積層して形成されており、上記波
板材または平板材の一方または両方の表面に電気的絶縁
層を形成している。また、金属製波板材と金属製平板材
とは、その端縁部で局部的に通電可能に接合され、接合
領域部を形成している。

【００１３】本発明の一実施形態では、金属製板材上に
小突起を配置しこの小突起を介して金属製板材相互を接
合することにより上記接合領域部を形成しているが、こ
の実施形態の特長をより良く理解するために、まず図１
から図５を用いて、上記小突起を用いずに接合領域部を
形成する場合について説明する。本例の触媒コンバータ
１００は、図１に示すごとく、凹凸状に連続して折曲成
形された金属製の波板材１と、平坦な帯状をなす金属製
の平板材２とを交互に重ねて、ガス流路２０を形成した
本体１０と、該本体１０の外周に設けた外筒３とを有す
る。

【００１４】また、図１〜図３に示すごとく、上記波板
材１は、排気ガスの上流側２０１において、その幅方向
の端縁１１の近くに、波板材１の長手方向に沿った貫通
穴１２を有する。また、該貫通穴１２と上記端縁１１と
の間に電流通路１４（図３）を形成している。上記波板
材１と平板材２との対面部分には、図２、図３に示すご
とく、上記電流通路１４よりも内側に電気絶縁層２５を
有する。

【００１５】また、上記上流側２０１における波板材１
の端縁１１と平板材２の端縁２１とは、その一部が接合
された接合領域部４を形成している（図１の十文字状部
分）。上記接合領域部４と上記外筒３との間には、上記
上流側２０１を加熱するための加熱用電源４５を介設し
てある。以下、これを詳しく説明する。

【００１６】上記波板材１は、厚み約０．０５ｍｍのス
テンレス鋼板により作製されており、その端縁１１の近
くに貫通穴１２を有する。この貫通穴１２は１．５×
１．５ｍｍの小孔である。貫通穴１２と端縁１１との間
には、幅０．５ｍｍの電流通路１４が形成されている。
一方、平板材２は、平坦な、厚み０．０５ｍｍの帯状の
ステンレス鋼板で、その表面に上記電気絶縁層２５が形
成されている。この電気絶縁層２５は、平板材２の表面
に、アルミナゾルを塗布し、焼付けることにより、厚み
約０．０１〜０．０５ｍｍに形成されている。

【００１７】波板材１と平板材２とは、交互に重ねて、
図１に示すごとく、中心電極２９に対して渦巻き状に巻
回されている。上記波板材１と平板材２とは、上記巻き
付け後に、それぞれの端縁１１、１２の一部が、中心電
極２９と外筒３とを結ぶように接合部４１により接合さ
れ、図１に示すごとく、十文字状の接合領域部４を形成
している。

【００１８】上記の接合は、本例では金属製板材上に小
突起を設けることなく、波板材１の波頂部と平板材表面
とを放電溶接により溶接している（図３）。上記接合領
域部４は中心電極２９にも接合されている。そして、接
合領域部４は中心電極２９、リード線４７、スイッチ４
６を介して電源４５に接続されている。また、上記波板
材１及び平板材２の表面には、触媒が担持してある。こ
の触媒は、上記本体１０の内部に酸化熱処理を施し、γ
−アルミナを被覆するウォッシュコートを施し、その後
このγ−アルミナ層に白金、ロジウム等の触媒成分を担
持させることにより形成してある。

【００１９】上記ように構成した触媒コンバータ１００
は、図５に示すごとく、排気通路内に配置する。即ち、
上記触媒コンバータ１００は、浄化コンバータ５のケー
ス５４内において、主モノリス触媒５５よりも上流側に
配置する。上記浄化コンバータ５は、エンジン５１の排
気パイプ５２に接続されている。

【００２０】次に、本例の作用効果につき説明する。ま
ず、エンジン５１を始動すると排気ガスが触媒コンバー
タ１００のガス流路２０内を通過して、主モノリス触媒
５５を経て、排出される。一方、上記エンジン始動と同
時に、触媒コンバータ１００のスイッチ４６をオンとす
る。これにより、加熱用電流４０は、中心電極２９より
接合領域部４における平板材２、接合部４１、波板材１
の電流通路１４を流れ（図３）、更に一方の接合部４１
より他方の平板材２へと順次半径方向に流れる。この流
れは、上記接合領域部４において、外筒３の方向へ向か
う。

【００２１】そして、上記電流通路１４は、貫通穴１２
と端縁１１との間にあり、電流通路１４よりも内側は電
気絶縁層２５が形成してある。そのため、上記電流は波
板材１上では狭い電流通路１４のみを流れることにな
る。また、同様に、電流は波板材１と平板材２との間で
は、局所的に形成された小さな接合部４１のみを通って
流れることになる。それ故、接合部４１と電流通路１４
における電流密度が高くなり、この部分が局所的に昇温
する。

【００２２】そのため、触媒コンバータ１００の上流側
２０１が早期に触媒活性化温度に到達する。また、それ
に伴って、触媒反応が生じ、昇温を助長する。それ故、
下流側も、上流側の熱によって次々と短時間に昇温し、
触媒反応が生じ、昇温される。そのため、短時間に、触
媒コンバータ全体を触媒活性化温度まで昇温させること
ができる。それ故、問題視されているエンジン始動期に
おける排気ガス浄化能力を、向上させることができる。

【００２３】また、本例の触媒コンバータは、上流側に
おいて上記電流通路に電流を通すのみで良いから、従来
の全体通電加熱方式に比較して、加熱電力が低くて済
む。また、本例では、図５に示すごとく、触媒コンバー
タ１００の下流側に近接して主モノリス触媒５５を配置
してある。そのため、エンジン始動期における触媒コン
バータ１００の上記加熱によって、主モノリス触媒５５
も早期に昇温させることができる。それ故、上記始動期
においても全体として高い排気ガス浄化性能を発揮する
ことができる。

【００２４】更に、本例では、平板材２と波板材１とは
単に巻回して積層したのみでなく、接合領域部を介して
相互に機械的に結合される。このため、触媒コンバータ
本体１０の構造的強度が増し運転中に排気ガスの流れや
振動等により平板材２と波板材１とのずれ等が生じる事
が防止される。なお、上記においては、波板材１の貫通
穴１２は、図３に示すごとく、波板材の１つの傾斜面に
おいて、１つの四角形穴としたが、図４に示すごとく、
多数の短冊穴とすることもできる。この場合には端縁１
１近傍における強度が高い。

【００２５】また、本例では波板材１に貫通穴１２を設
けることにより電流路１４の幅を機械的に狭めている
が、実際には波板材２上では電流の大部分は波板材２の
両側の接合部４１を結ぶ直線上を流れるため、貫通穴１
２を設けない場合であっても波板材１４上にはある程度
電流が集中して流れる電流通路が自然に形成される。こ
のため、波板材２上に貫通穴１２を全く設けないように
して端縁１１近傍における強度をさらに増大させること
も可能である。

【００２６】更に、触媒コンバータ１００をエンジン５
１の排気マニホールドの成るべく近くに設ける場合に
は、排気ガスの温度を触媒コンバータ１００の昇温に有
効利用することができる。次に、上記の接合部４１を金
属製板材上（本実施形態では波板材１の波頂部）に設け
た小突起１３により形成する本発明の実施形態について
図６、図７を用いて説明する。

【００２７】図６、図７に示すように、本実施形態では
上記小突起１３は、波板材１の波頂部の端縁１１に、四
角溝状に設けてある。このため、波板材１と平板材２と
を巻き回して積層した場合には、必ず小突起１３が平板
材２と接触するようになる。この小突起１３の突出高さ
は、図７に示すごとく、電気絶縁層２５の厚みとほぼ同
じである。そのため、端縁１１においては、図７に示す
ごとく、平板材２の端縁２１と小突起１３の四角面状の
背面１３１とが直接に接触している。そして、両者が接
合部４１により接合されている。その他は、図１から図
５に示した例と同様の構成である。

【００２８】本実施形態においては、上記小突起１３の
背面１３１と平板材２とが面状に密接し、接合部４１に
より溶接されている。そのため、エンジン振動に対し
て、強い耐震性を有し、また厳しい冷熱サイクルにも優
れた接合耐久性を発揮する。また、そのため、排気マニ
ホールド直下への取付けも可能となる。更に、上記小突
起１３は波板材１の各波頂部上の任意の位置に形成する
ことができる。このため、接合部４１により形成される
接合領域部の形状を小突起１３の設置位置を変えること
により任意に変化させることが可能となるため、接合領
域部４（すなわち、電流が流れる局部的な電流通路）の
形状設定の自由度が大幅に増大する。 なお、上記小突
起１３は、平板材２に設けることもできる。

【００２９】その他の効果は、図１から図５に示した例
と同様となる。次に、本発明の触媒コンバータ本体の接
合領域部４の形成方法の一実施形態について図８から図
１１を用いて説明する。本実施形態の触媒コンバータ
は、図８〜図１１に示すごとく、中心電極２９より８方
向に、接合領域部４を形成したものである。

【００３０】上記接合領域部４においては、図９、図１
１に示すごとく、図６、図７の実施形態と同様に、波板
材１の端縁１１に小突起１３を設け、該小突起１３と平
板材２の端縁２１とを、接合部４１により接合してい
る。また、接合領域部４以外の部分では、図１０、図１
１に示すごとく、上記小突起１３は設けないと共に、接
合領域部４において小突起１３を設けた端縁１１を貫通
穴１２よりも上方において切り欠いた切欠き部（除去
部）１６を有している。

【００３１】また、この切欠き部１６に対面する、平板
材２の端縁も切欠いて、切欠き部（除去部）２６を有し
ている（図１１）。上記構造の触媒コンバータを作製す
るに当たっては、まず波板材１の全ての端縁１１に小突
起１３を設けておき、これと平板材２の端縁２１とを放
電溶接する。これにより、触媒コンバータ本体端面全面
に触媒コンバータ中の排気流方向に直角方向（すなわち
金属製板材の積層方向）に延びる接合領域が形成され
る。

【００３２】その後、上記により端面全体にわたって形
成された接合領域のうち、図８の接合領域部４以外の部
分の小突起１３及びこれと溶接されている平板材２の端
縁とを焼切って除去する。これにより上記切欠き部１
６、２６に相当する部分の波板材２と平板材１との間に
形成された接合部４１が除去され、残った接合部４１に
より、図８の形状の接合領域部４が形成されることにな
る。

【００３３】上記のように、本実施形態の製造方法によ
れば、まず広い範囲に渡って接合領域を形成し、その後
接合領域の一部を除去して所望の形状の接合領域部４を
残すようにしたことにより、所望の形状の接合領域部
（電流路）を触媒コンバータ本体上に正確かつ容易に形
成することが可能となる。本実施形態の製造方法では、
例えば図８のように複雑な形状の接合領域部４をも正確
かつ容易に形成できるため、触媒コンバータ１００の加
熱過程を容易に最適化することができる。例えば、図８
に示すように中心電極２９より８方向に伸びる接合領域
部４を形成することにより、触媒コンバータ１００の中
心から外方へ向かって流れる半径方向電流が、中心電極
２９付近において過密になることを防止して触媒コンバ
ータ１００の端縁全体をほぼ均一に発熱させることがで
き、適正な抵抗値を確保することができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、金属製
板材上に配置した小突起を介して金属製板材相互を接合
するようにしたことにより、接合領域部により形成され
る電流通路の形状設定の自由度が増大するという効果を
奏する。請求項２に記載の発明によれば、更に上記小突
起を波板材の波頂部に配置したことにより、請求項１の
効果に加えて接合領域部の接合強度を増大させることが
可能となる効果を奏する。

【００３５】請求項３に記載の発明によれば、予め広い
接合領域を触媒コンバータ本体上に形成し、その後所望
の形状の接合領域部を残して他の接合領域を除去するよ
うにしたことにより、所望の形状の接合領域部を正確か
つ容易に形成することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】触媒コンバータの一部切欠き斜視図。

【図２】触媒コンバータの波板材と平板材との配置状態
を示す説明図。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図４】図１の波板材の貫通穴の他の状態を示す、図３
と同様の断面図。

【図５】触媒コンバータの使用説明図。

【図６】本発明の一実施形態の触媒コンバータにおける
上流側端縁の部分斜視図。

【図７】図６の実施形態における波板材と平板材との接
合部分の説明図。

【図８】本発明の他の実施形態における触媒コンバータ
の平面図。

【図９】図８のＢ部分の拡大図。

【図１０】図８のＣ部分の拡大図。

【図１１】図８の実施形態の触媒コンバータにおける、
上流側端縁の部分斜視図。

【符号の説明】

１…波板材 １０…本体 １１…端縁 １２…貫通穴 １３…小突起 １４…電流通路 １００…触媒コンバータ ２…平板材 ２０…ガス通路 ２０１…上流側 ２１…端縁 ２５…電気絶縁層 ２９…中心電極 ３…外筒 ４１…接合部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＬ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁層を介して積層された金属製板
   材から構成され、該金属製板材に通電することにより加
   熱される触媒コンバータ本体を有する排気ガス浄化用触
   媒コンバータにおいて、前記金属製板材を、金属製板材
   上に設けた小突起を介して互いに通電可能に接合する接
   合領域部を局部的に形成したことを特徴とする排気ガス
   浄化用触媒コンバータ。
2. 【請求項２】 前記触媒コンバータ本体は、金属製波板
   材と金属製平板材とを相互に積層することにより形成さ
   れ、前記小突起は前記金属製波板材の波頂部に設けられ
   た請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒コンバータ。
3. 【請求項３】 電気絶縁層を介して金属製板材を積層し
   て触媒コンバータ本体を形成し、次いで該触媒コンバー
   タ本体の互いに隣接する各層の金属製板材の一部を相互
   に通電可能に接合して、金属製板材の積層方向に延びる
   広い接合領域を形成し、その後前記接合領域のうち予め
   定めた一部の領域を残して他の部分を除去し、残った接
   合領域により触媒コンバータ本体上に予め定めた形状の
   接合領域部を形成する、請求項１に記載の排気ガス浄化
   用触媒コンバータの製造方法。