JPWO2011121710A1 - 触媒コンバータ装置 - Google Patents

Abstract

排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効果の低下を抑制できる触媒コンバータ装置を得る。ケース筒体（２８）内で触媒担体（１４）を保持する保持マット（２６）は、内側繊維層（３０）、固体層（３２）、外側繊維層（３４）の三層構造とされている。固体層（３２）は、触媒担体（１４）の上流側端面（１４Ａ）から上流側に突出されており、突出部（３８）とケース筒体（２８）との間に、隙間部（４０）が構成される。ケース筒体（２８）の内周面に付着した水滴は、突出部（３８）が障壁となるため、触媒担体（１４）に達しない。

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられる触媒コンバータ装置に関する。

内燃機関で生じた排気を浄化するために排気管に設けられる触媒コンバータ装置では、たとえば特許文献１に記載されているように、触媒を担持する金属製触媒担体を通電して昇温させ、十分な触媒効果が得られるようにしたものがある。

ところで、特許文献１に記載の構造では、シェル（ケース）内に金属製触媒担体が嵌挿されており、さらに、金属製触媒担体の導電部材とシェルの間に、緩衝機能を有するマット部材が嵌挿保持されている。ここで、金属製触媒担体の上流側において、内燃機関の燃焼によって生じた水分が凝縮水として飛散することが想定される。マット部材は電気絶縁材で構成されているが、飛散した凝縮水により発生した水滴で、シェルと金属製触媒担体とが短絡されてしまうと、シェルにも電気が流れるので、触媒担体の加熱効果が低下することがある。
特開平５−２５３４９１号公報

本発明は上記事実を考慮し、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効果の低下を抑制できる触媒コンバータ装置を得ることを課題とする。

本発明の第１の態様では、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、これらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、前記中間部材の、前記排気の流れ方向の上流側端部の少なくとも一部に設けられ、前記外側弾性層の上流側端部よりも上流側に位置する突出部と、を有する。

この触媒コンバータ装置では、触媒担体が通電により加熱されて昇温されると、担持された触媒による浄化効果を、昇温されていない場合と比較して、より高く発揮させることができる。また、触媒担体は保持部材及び筒体を介して排気管に取り付けられており、特に、触媒担体は保持部材を構成する内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性力によって筒体内に保持されているので、筒体と触媒担体との相対移動（熱膨張によるズレや、車両からの振動等）を吸収することができる。保持部材は、触媒担体と筒体とを電気的に絶縁しているので、保持部材を介して触媒担体と筒体とが短絡されることはない。

排気中には、内燃機関の燃焼で生じた水分が含まれることがあり、この水分が凝縮して水滴が発生することがある。本発明では、内側弾性部材と外側弾性部材との間に中間部材が配置されており、しかも、中間部材の、排気の流れ方向の上流側端部の少なくとも一部には、外側弾性層の上流側端部よりも上流側に位置する突出部が設けられている。このため、筒体と突出部との間には隙間が構成される。したがって、隙間に水滴が溜まると、この水滴に対しては、突出部が障壁となり、触媒担体に達することを抑制できる。すなわち、水滴は触媒担体までには達せず、水滴に起因する筒体と触媒担体との短絡を抑制できる。これにより、電気が確実に触媒担体を流れるようになるので、触媒担体の加熱効果の低下を抑制できる。

本発明において、前記中間部材が電気絶縁性を有している構成としてもよい。筒体と突出部の間、及び突出部と触媒担体との間に水滴が付着した場合や、内側弾性部材及び外側弾性部材が水分吸収した場合であっても、筒体から内側弾性部材及び外側弾性部材を経て触媒担体に至る電気的な経路が、突出部（中間部材）により遮断される。すなわち、突出部（中間部材）を介しての筒体と触媒担体との短絡が抑制される。

なお、ここでいう電気絶縁性とは、たとえば、中間部材の物性としては、その体積抵抗率が５００℃で１０^８Ω／ｃｍ程度以上であればよい。また、実際に触媒コンバータ装置を構成した状態では、中間部材の内周面と外周面との電気抵抗が１０ＭΩ以上であればよい。

本発明において、前記触媒担体と前記内側弾性部材との間に配置されこれらを電気的に絶縁する絶縁層、を有する構成としてもよい。これにより、筒体と触媒担体との絶縁性をさらに高め、これらの短絡を抑制できる。

本発明において、突出部は、中間部材の上流側端面の少なくとも一部に設けられていれば、突出部が設けられた部位において、水滴による筒体と触媒担体との短絡を抑制できるが、水滴は、排気管内において重力により下方に溜まり易い。したがって、たとえば、前記突出部が、前記中間部材の前記上流側端部の最下端部を含む部分に設けられているようにすれば、この最下端部を含む部位に突出部が形成されていない構成と比較して、水滴による筒体と触媒担体との短絡をより効果的に抑制できる。

さらに、前記突出部が、前記筒体の内周面に沿って全周に形成されているようにすれば、筒体の全周において、水滴に起因する筒体と触媒担体との短絡を抑制できる。

本発明において、前記中間部材が、前記触媒担体の周方向で複数に分割されている構成としてもよい。このように中間部材を周方向で分割することで、触媒担体の周囲への中間部材の配置や装着が容易になる。そして、中間部材を分割した構成では、前記内側弾性部材から前記触媒担体に作用する内側荷重よりも、前記外側弾性部材から前記中間部材に作用する外側荷重が大きくされていれば、中間部材には外側から内側に向かう圧縮荷重が作用することになるので、中間部材の分割部分の隙間をより少なくすることができる。たとえば、中間部材が電気絶縁性を有している構成では、この隙間を少なくすることで絶縁性を向上させることができる。

本発明は上記構成としたので、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効果の低下を抑制できる。

本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。 本発明の触媒コンバータ装置を構成する固体層の一例を示す斜視図である。 本発明の触媒コンバータ装置を構成する固体層の図３に示したものとは異なる一例を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を示す図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 触媒コンバータ装置の分割固体層に作用する荷重と分割固体層の位置との関係を分割固体層の間に隙間が生じている状態で示す説明図である。 触媒コンバータ装置の分割固体層に作用する荷重と分割固体層の位置との関係を分割固体層が密着している状態で示す説明図である。

図１には、本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置１２が排気管１０への装着状態で示されている。

図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、導電性及び剛性を有する材料によって形成された触媒担体１４を有している。触媒担体１４を構成する材料としては、導電性セラミック、導電性樹脂や金属等を適用可能であるが、本実施形態では特に導電性セラミックとしている。

触媒担体１４は、ハニカム状または波状等とした薄板を渦巻状あるは同心円状等に構成することで材料の表面積が増大された円柱状あるいは円筒状に形成されており、表面には触媒（白金、パラジウム、ロジウム等）が付着された状態で担持されている。

触媒は、排気管１０内を流れる排気（流れ方向を矢印Ｆ１で示す）中の物質（ＨＣ等）を浄化する作用を有している。なお、触媒担体１４の表面積を増大させる構造は、上記したハニカム状や波状に限定されるものではない。

触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。端子１８Ａ、１８Ｂから電極１６Ａ、１６Ｂを通じて触媒担体１４に通電することで、触媒担体１４を加熱できる。この加熱により、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用を高く発揮させることができるようになっている。

触媒担体１４は、外周に配置された保持マット２６（本発明に係る保持部材）によって、ケース筒体２８（本発明に係る筒体）の内部に収容された状態で保持されている。

ケース筒体２８は、ステンレス等の金属で略円筒状に成形されており、流れ方向上流側において、下流へ向かって径が漸増された上流側テーパー部２８Ａと、流れ方向中間部分において上流側テーパー部２８Ａから連続し、排気管１０よりも大径の大径部２８Ｂ、及び長手方向下流側において、大径部２８Ｂから連続すると共に下流へ向かって径が漸減された下流側テーパー部２８Ｃを有している。

排気管１０の前側パイプ１０Ａの下流側端部は上流側テーパー部２８Ａの上流側端部に、排気管１０の後側パイプ１０Ｂの上流側端部が下流側テーパー部２８Ｃの下流側端部にそれぞれ接続されており、排気の流路断面積が、このケース筒体２８の部分（特に大径部２８Ｂ）では局所的に拡大されていることになる。

触媒担体１４の外周に配置された保持マット２６は、内側から順に、内側繊維層３０、固体層３２、外側繊維層３４の三層構造とされた略円筒状に形成されている。さらに、保持マット２６の外周には、ケース筒体２８の大径部２８Ｂが配置されている。内側繊維層３０が本発明の内側弾性部材に、固体層３２が本発明の中間部材に、外側繊維層３４が本発明の外側弾性部材にそれぞれ対応する。

内側繊維層３０の内周面は触媒担体１４の外周面に接触し、外側繊維層３４の外周面はケース筒体２８の内周面に接触している。これらの内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。これにより、保持マット２６自体も所定の弾性を有することになり、保持マット２６は、触媒担体１４を略円筒状のケース筒体２８の内部において、これらが同心（中心線ＣＬ）となるように保持している。

これに対し、固体層３２は、本実施形態では、たとえば金属等の固体材料により構成されている。すなわち、固体材料により形状安定性を有する固体層３２の内周側及び外周側に、絶縁性及び弾性を有する内側繊維層３０及び外側繊維層３４が配置されて、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に安定的に保持されている。

特に、金属製のケース筒体２８と導電性セラミック製の触媒担体１４とでは線膨張係数が異なっているため、排気管１０内を通過する排気の熱や、触媒担体１４への通電加熱による膨張量が異なる。この膨張量の違いは、保持マット２６の弾性により吸収される。さらに、排気管１０を通じた振動の入力に対しても、保持マット２６が緩衝作用を発揮しつつケース筒体２８と触媒担体１４との位置ズレを吸収する。

しかも、絶縁性を有する保持マット２６が触媒担体１４とケース筒体２８との間に配置されているので、触媒担体１４からケース筒体２８への電気の流れが阻止されることになる。なお、内側繊維層３０及び外側繊維層３４を構成する材料としては、インタラムマットやムライト等も適用可能である。

内側繊維層３０は、径方向に圧縮された反力により、触媒担体１４に対し所定の保持荷重ＨＦ１を作用させて、触媒担体１４を保持している。また、外側繊維層３４は、径方向に圧縮された反力により、固体層３２に対し所定の保持荷重ＨＦ２を作用させて、固体層３２を保持している。なお、保持荷重ＨＦ１、ＨＦ２については後述する。

ケース筒体２８の大径部２８Ｂ、外側繊維層３４、固体層３２及び内側繊維層３０には、端子１８Ａ、１８Ｂが貫通される貫通孔３６が形成されており、端子１８Ａ、１８Ｂとは接触しないようになっている。

本実施形態では、図１から分かるように、内側繊維層３０の上流側端面３０Ａ及び外側繊維層３４の上流側端面３４Ａは、いずれも、触媒担体１４の上流側端面１４Ａと流れ方向で同位置とされている。これに対し、固体層３２からは、触媒担体１４の上流側端面１４Ａよりも上流側に突出された突出部３８が形成されている。このような突出部３８を形成したことで、突出部３８とケース筒体２８との間に、隙間部４０が構成されている。特に本実施形態では、突出部３８を、ケース筒体２８の大径部２６Ｂの内周面に沿うようにして、周方向で全周にわたって形成している。したがって、隙間部４０も、触媒担体１４の周方向において全周に構成されている。なお、隙間部４０を構成するためには、突出部３８と外側繊維層３４との相対的な位置関係において、突出部３８が外側繊維層３４よりも上流側に突出していれば十分であり、内側繊維層３０の位置（特に上流側端面の位置）は限定されるものではない。また、特に本実施形態では、図３にも示すように、突出部３８は、固体層３２の上流側端面３２Ａにおいて、周方向で全周にわたって形成されている。

なお、本実施形態では、内側繊維層３０の下流側端面３０Ｂ及び外側繊維層３４の下流側端面３４Ｂは、いずれも、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂと流れ方向で同位置とされているが、固体層３２は、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂから下流側に突出されている。したがって、触媒コンバータ装置１２は、流れ方向の前後で略対称な形状となっている。

次に、本実施形態の触媒コンバータ装置１２の作用を説明する。

図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、そのケース筒体２８が排気管１０の途中（前側パイプ１０Ａと後側パイプ１０Ｂの間）に、排気管１０と同心になるように取り付けられ、触媒担体１４の内部を排気が通過する。このとき、触媒担体１４に担持された触媒により、排気中の物質（ＨＣ等）が浄化される。

本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂによって触媒担体１４に通電し、触媒担体１４を加熱することで、触媒担体１４に担持された触媒を昇温させ、浄化作用をより高く発揮させることができる。たとえば、エンジンの始動直後等、排気の温度が低い場合には、あらかじめ触媒担体１４への通電加熱を行うことで、エンジン始動初期における触媒の浄化性能を確保できる。

排気中には水分が含まれているため、触媒コンバータ装置１２よりも上流側では、排気管１０内の水分が凝縮し水滴となる。そして、排気の流れによって下流側へと飛散するため、水滴がケース筒体２８の内周面に付着することがある。

ここで、本実施形態のような突出部３８が形成されておらず、内側繊維層３０、固体層３２及び外側繊維層３４のすべての上流側端面が、触媒担体１４の上流側端面１４Ａと流れ方向で同位置にある触媒コンバータ装置（比較例）を想定する。このような触媒コンバータ装置では、触媒担体１４とケース筒体２８とに掛け渡されるように水滴が付着した場合に、これらが短絡されてしまうおそれがある。この短絡により、本来であれば触媒担体１４を流れる電気の一部が、ケース筒体２８を流れるため、触媒担体１４への通電量が少なくなってしまう。

これに対し、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、保持マット２６の固体層３２に、外側繊維層３４よりも上流側に突出する突出部３８が形成されており、突出部３８とケース筒体２８との間に、隙間部４０が構成されている。したがって、ケース筒体２８の内周面に付着した水滴が隙間部４０において成長しても、突出部３８が障壁となるため、触媒担体１４に達することはない。すなわち、上記した比較例の触媒コンバータ装置と比較して、水滴がケース筒体２８の内周面と触媒担体１４の双方にわたって接触することがなくなるので、触媒担体１４とケース筒体２８との、水滴による短絡を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、中心線ＣＬに沿った方向に見たとき、図３にも示すように、突出部３８が全周に形成されている例を挙げているが、実際には、触媒コンバータ装置１２の上流側において水分の凝縮により生じた水滴は、重力によって落下しつつ、下流側に移動する。したがって、図４にも示すように、固体層３２の周方向における最下端部３５を少なくとも含む部位に突出部３８を形成しておくことが好ましい。たとえば、固体層３２の下側の半周程度あるいは半周よりも短い程度に突出部３８を形成した構成であっても、触媒担体１４とケース筒体２８との、水滴による短絡を抑制することは可能となる。突出部３８を全周に形成すると、全周にわたって、水滴による触媒担体１４とケース筒体２８との短絡を抑制できる。図３に示すように、突出部３８を全周に形成した例においても、最下端部３５を少なくとも含む部位に突出部３８が形成されていることになる。

突出部３８の、軸方向（排気の流れ方向）における長さ（突出長）Ｌ１や、ケース筒体２８と固体層３２（突出部３８）との径方向の間隔Ｇ２は、ケース筒体２８の内周面への水滴の想定付着量等により決められる。

ただし、突出長Ｌ１や間隔Ｇ２をあまりに長くしても、触媒コンバータ装置１２の過度の大型化を招く。したがって、突出長Ｌ１としては、５０ｍｍ程度、間隔Ｇ２としては、１３ｍｍ程度とすればよい。なお、この間隔は、必然的に、ケース筒体２８内に触媒担体１４を保持した状態での、外側繊維層３４の厚みと一致する。

さらに、本実施形態では、固体層３２は、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂから下流側にも突出されている構成を挙げているが、触媒コンバータ装置１２の小型化の観点からは、下流側には突出されている必要はない。

図２には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置５２が示されている。また、図６には、触媒コンバータ装置５２が図２のＶＩ−ＶＩ線断面図にて示されている。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、保持マット５６を構成している固体層（中間部材）が、特に絶縁性材料で構成されている点、及び、絶縁コート層４２を有する点が第１実施形態と異なっている（以下では、特に第２実施形態における中間部材を絶縁固体層５８と記して、第１実施形態における固体層３２と区別する）。

すなわち、絶縁固体層５８は、触媒担体１４の上流側端面１４Ａから上流側に突出されて突出部３８が形成されると共に、突出部３８とケース筒体２８との間に、隙間部４０が構成されている。また、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、触媒担体１４の外周部分（少なくとも、触媒担体１４が内側繊維層３０と対向する部分）に、ガラスコート等で構成された絶縁コート層４２が施されている。絶縁コート層４２は、本発明に係る絶縁層の一例であり、触媒担体１４と内側繊維層３０との間にこの絶縁コート層４２が配置されることで、触媒担体１４と内側繊維層３０（保持マット２６）とが電気的に絶縁されている。これ以外は第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同一の構成とされているので、詳細な説明を省略する。

第２実施形態の絶縁固体層５８としては、たとえば、セラミックやマイカシート等の絶縁性を有する固体材料を用いることができる。また、第２実施形態では、保持マット５６の絶縁性が絶縁固体層５８によって確保されているので、内側繊維層３０及び外側繊維層３４としては、必ずしも絶縁性を有する材料で構成する必要はない。

このような構成とされた第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様の作用効果を奏する。

ところで、本実施形態のような触媒コンバータ装置５２では、内側繊維層３０及び外側繊維層３４が、上記したように繊維状に形成されているため、水分を吸収することがある。したがって、通常状態（水分を吸収していない状態）では絶縁性を有していても、水分吸収により内側繊維層３０及び外側繊維層３４の絶縁性が低下することがある。

しかし、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、内側繊維層３０及び外側繊維層３４が水分吸収した場合でも、保持マット５６としての絶縁性の低下を抑制できる。すなわち、内側繊維層３０及び外側繊維層３４の水分吸収による絶縁性の低下が生じても、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、絶縁固体層５８が内側繊維層３０と外側繊維層３４の間に配置されているので、保持マット５６を介しての、触媒担体１４とケース筒体２８との電気的な短絡を阻止でき、触媒担体１４への通電による加熱効率の低下を抑制できる。

加えて、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４の内側繊維層３０と対向する部分に、ガラスコート等で構成された絶縁コート層４２が形成されている。したがって、内側繊維層３０や外側繊維層３４がこのように水分を吸収して絶縁性が低下した場合には、絶縁コート層４２によっても、触媒担体１４から保持マット２６への漏電を抑制でき、触媒担体１４への通電による加熱効率の低下を抑制できる。

なお、上記したように、内側繊維層３０や外側繊維層３４が水分吸収した場合において触媒担体１４からケース筒体２８への漏電を抑制する観点からは、絶縁固体層５８と絶縁コート層４２の少なくとも一方を備えた構成でよい。すなわち、触媒担体１４からケース筒体２８の間に、少なくとも１層の絶縁性部材が配置されていればよい。中間部材に絶縁性を持たせた構成では、絶縁コート層４２を形成する必要がないので、触媒コンバータ装置の製造コストを低くすることが可能となる。これに対し、絶縁コート層４２を形成した構成では、絶縁性を有する部材が内側繊維層３０よりもさらに内側に位置していることになるので、より確実な漏電抑制効果が得られる。

図５には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置７２が示されている。第３実施形態では、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２と略同一の構成とされているが、排気管１０を構成する前側パイプ１０Ａの下流側端部が下流側に延出されて延出部１０Ｓが構成されており、触媒担体１４の近傍にまで至っている点が第２実施形態と異なっている。この前側パイプ１０Ａの延出長さは特に限定されないが、図５に示した例では、ケース筒体２８の径方向に見て、突出部３８とラップ代７４を有する程度まで延出されている。

このような構成とされた第３実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２と同様の作用効果を奏するが、さらに、排気中の物質（ＨＣ等）を浄化する効果を高めることが可能となっている。

すなわち、第３実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２と比較して、延出部１０Ｓにより、排気が触媒担体１４の近傍に案内されることになる。したがって、触媒担体１４の排気ガスによる昇温が促進されるため、排気中の物質（ＨＣ等）を浄化する効果を高めることが可能となる。

上記各実施形態において、固体層３２（以下では、絶縁固体層５８を含む）の周方向での構造及び形状は特に限定されず、周方向に一体的に形成されていてもよい。ここで、図６には一例として、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置５２が、図２のＶＩ−ＶＩ線断面図にて示されている。この図６に示すように、周方向に複数（図６の例では３つ）に分割された分割固体層５２Ｄで構成されていてもよい。なお、図６では第２実施形態の触媒コンバータ装置５２を例として挙げているため、固体層５８が分割固体層５８Ｄで構成されているが、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２であれば、固体層３２が、分割固体層５８Ｄと同様に分割された分割固体層で構成される。

特に、触媒コンバータ装置の製造方法として、触媒担体１４に対し、その周囲に保持マット２６やケース筒体２８を配置する前に、高温焼成により電極１６Ａ、１６Ｂや端子１８Ａ、１８Ｂを取り付ける方法を適用した場合には、固体層３２には、上下の端子１８Ａ、１８Ｂを貫通させる必要が生じる。したがって、固体層３２を周方向に少なくとも２分割しておくと、端子１８Ａ、１８Ｂを貫通させて触媒担体１４の周囲を取り囲むように装着でき、触媒コンバータ装置の製造が容易になる。

そして本発明では、このように固体層３２を、周方向の複数の分割固体層で構成しているため、内側繊維層３０の保持荷重ＨＦ１に対し、外側繊維層３４の保持荷重ＨＦ２の方が高く設定されている（すなわち、保持荷重ＨＦ１＜保持荷重ＨＦ２）。

ここで、内側繊維層３０の保持荷重ＨＦ１とは、径方向に圧縮された内側繊維層３０が触媒担体１４に対し径方向内側に荷重を作用させて保持している場合に、内側繊維層３０から触媒担体１４に作用する荷重（単位面積当たりの荷重（面圧）に接触面積を乗じたもの）をいう。なお、この保持荷重ＨＦ１は、触媒担体１４の強度を考慮し、触媒担体１４を破壊しない程度を上限として設定されている。

また、外側繊維層３４の保持荷重とは、径方向に圧縮された外側繊維層３４が固体層３２に対し径方向内側に荷重を作用させて保持している場合に、外側繊維層３４から固体層３２に作用する荷重（単位面積当たりの荷重（面圧）に接触面積を乗じたもの）をいう。なお、この保持荷重ＨＦ２は、固体層３２の強度を考慮し、固体層３２を破壊しない程度を上限として設定されている。

このように、保持荷重ＨＦ２を保持荷重ＨＦ１よりも大きく設定したことで、固体層３２には、全体として、径方向内側への圧縮荷重が作用する。

図７Ａには、参考として、保持荷重ＨＦ２が保持荷重ＨＦ１と等しいか、若しくは保持荷重ＨＦ１に満たない場合の固体層３２が、上流側（又は下流側）から見た端面として模式的に示されている。

この図７Ａに示すように、分割固体層３２Ｄの境界部分では、成形上の都合等により、それぞれの合わせ部３２Ｆの間に、周方向のわずかな間隙３２Ｇが生じることがある。また、間隙３２Ｇが生じない場合でも、合わせ部３２Ｆの密着度が低くなることがある。特に、固体層（中間部材）として絶縁固体層５８を用いた構成（第２実施形態）の場合には、間隙３２Ｇによって絶縁性が低下することがある。

これに対し、保持荷重ＨＦ２を保持荷重ＨＦ１よりも大きく設定し、図７Ａに矢印Ｆ２で示すように、固体層３２に径方向内側への圧縮荷重を作用させると、図７Ｂに示すように、分割固体層３２Ｄのそれぞれの合わせ部３２Ｆが密着する方向へ移動して隙間を解消できる（既に密着している場合には、密着性が高くなる）。特に、固体層３２として絶縁固体層５８を用いた構成の場合は、間隙３２Ｇが生じること（あるいは合わせ部３２Ｆの密着性が低いこと）に起因する絶縁性の低下を抑制できる。

なお、このように、保持荷重ＨＦ２を保持荷重ＨＦ１よりも大きくするための具体的構成は特に限定されないが、たとえば、内側繊維層３０と外側繊維層３４のそれぞれにおいて、触媒担体１４の周囲への装着前の状態（弾性的に圧縮されていない自然状態）での面密度が等しい場合には、外側繊維層３４を内側繊維層３０よりも径方向により圧縮させることで、外側繊維層３４の弾性反力が内側繊維層３０の弾性反力よりも大きくなり、保持荷重ＨＦ２が保持荷重ＨＦ１よりも大きくなる。

したがって、保持マット２６によってケース筒体２８内で触媒担体１４を保持した状態（合わせ部３２Ｆが密着している状態）で、触媒担体１４と固体層３２との径方向の間隔Ｇ１（図１及び図２参照）よりも、固体層３２とケース筒体２８との径方向の間隔Ｇ２（図１及び図２参照）が小さくなるようにしておけば、保持荷重ＨＦ２が保持荷重ＨＦ１よりも大きくなる。たとえば、間隔Ｇ１を５ｍｍ、間隔Ｇ２を３ｍｍとすればよい。

また、上記の間隔Ｇ１、Ｇ２が等しい構造であれば、内側繊維層３０の面密度よりも外側繊維層３４の面密度を大きくすることで、保持荷重ＨＦ２を保持荷重ＨＦ１よりも大きくすることができる。たとえば、内側繊維層３０の面密度を１３００ｇ／ｍ^２、外側繊維層３４の面密度を１７００ｇ／ｍ^２とすればよい。また、外側繊維層３４として、内側繊維層３０よりも反発力が大きい材料を使用しても、保持荷重ＨＦ２を保持荷重ＨＦ１よりも大きくすることが可能である。

いずれの構成であっても、触媒担体１４に実質的に作用する荷重は、保持荷重ＨＦ２と保持荷重ＨＦ１の差になる。したがって、たとえば保持荷重ＨＦ２のみが作用する構造と比較して、触媒担体１４に作用する荷重は小さくなる。このため、触媒担体１４は、その強度が低い場合でも、破壊される可能性が低下する。触媒担体１４の材料としてＳｉＣを用いた場合、特に本実施形態の触媒本体では、たとえばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ：ディーゼルエンジンの排気に対応したフィルター）に用いられるＳｉＣと比較して、電気抵抗を高める等の目的から気孔の割合が高く軽量であり、より小さな荷重で保持することが可能である。

分割固体層３２Ｄの数、すなわち、固体層３２の周方向の分割数も特に限定されないが、より分割数を多くすると、分割固体層３２Ｄのそれぞれの形状としては平面に近づくことになり、分割固体層３２Ｄのそれぞれに作用する応力は減少する。これにより、分割固体層３２Ｄを薄肉として、固体層３２の軽量化や構造の単純化を図ると共に、生産性を向上させることが可能になる。

また、上記では、触媒コンバータ装置１２、５２が水平に配置されている例を図示したが、触媒コンバータ装置１２は、車両前後方向に傾斜して配置されていてもよい。

Claims (6)

1. 内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、
   筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、
   前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、これらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、
   前記中間部材の、前記排気の流れ方向の上流側端部の少なくとも一部に設けられ、前記外側弾性層の上流側端部よりも上流側に位置する突出部と、
   を有する触媒コンバータ装置。
2. 前記中間部材が電気絶縁性を有している請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
3. 前記触媒担体と前記内側弾性部材との間に配置されこれらを電気的に絶縁する絶縁層、を有する請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
4. 前記突出部が、前記中間部材の前記上流側端部の最下端部を含む部分に設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の触媒コンバータ装置。
5. 前記突出部が、前記筒体の内周面に沿って全周に形成されている請求項４に記載の触媒コンバータ装置。
6. 前記中間部材が、前記触媒担体の周方向で複数に分割され、
   前記内側弾性部材から前記触媒担体に作用する内側荷重よりも、前記外側弾性部材から前記中間部材に作用する外側荷重が大きくされている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ装置。

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