JPWO2013105246A1

JPWO2013105246A1 - 電気加熱式触媒

Info

Publication number: JPWO2013105246A1
Application number: JP2012526777A
Authority: JP
Inventors: ▲吉▼岡　衛; 衛 ▲吉▼岡; 良晴斉藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2015-05-11
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: WO2013105246A1; EP2803402B1; US20130183205A1; CN103313773B; EP2803402A4; US8741224B2; JP5418680B2; EP2803402A1; CN103313773A

Abstract

電気加熱式触媒（１）のケース（５）に電気が流れることを抑制する。このために、発熱体（３）を収容するケース（５）は、中心軸と平行に形成される管状部（５３）と、該管状部（５３）よりも上流側に設けられ内径が管状部（５３）よりも小さい入口部（５１）と、管状部（５３）と入口部（５１）とを接続する傾斜部（５２）と、入口部（５１）と傾斜部（５２）との接続部からケース（５）の内側へ向かって延び外側に曲率中心が位置するように湾曲する導入部（５４）と、を備え、発熱体（３）を支持するマット（６）に挟まれる内管（４）は、中心軸と平行に形成される管状部（４２）と、該管状部（４２）よりも上流側に設けられ上流側ほど内径が小さくなり湾曲している傾斜部（４１）と、を備える。

Description

本発明は、電気加熱式触媒に関する。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒として、通電されることで発熱する発熱体によって触媒が加熱される電気加熱式触媒（Electrically Heated Catalyst：以下、ＥＨＣと称する場合もある）が開発されている。

そして、触媒を収容するケース内において触媒をマットで支持し、該マットに電気の絶縁部材である内管を挟んで触媒の外側を二重管とすると共に、該内管をマットよりも上流側及び下流側に突出させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、触媒よりも上流側及び下流側において、触媒を収容するケースをテーパ形状とすると共に、該テーパ形状の部位において上流側が閉塞し下流側が開口する二重管を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

上記の二重管によれば、凝縮水や粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が付着しても、ある程度の絶縁性能を確保することができる。しかし、排気の流れる方向によってはＰＭが付着する虞があるので、絶縁性能が低下する虞がある。これにより、ケースに電気が流れる虞がある。

ＷＯ２０１１／１２１７１０号公報ＷＯ２０１１／１２８９９６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明では、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記ケースと前記発熱体との間に設けられ、前記発熱体を支持するマットと、
前記マットに挟まれ前記マットから排気の流れの上流側及び下流側に突出し電気を絶縁する内管と、
を備えた電気加熱式触媒において、
前記ケースは、前記発熱体の外周側に設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、前記管状部よりも上流側に設けられ内径が前記管状部よりも小さい入口部と、前記管状部と前記入口部とを接続し断面積が下流側ほど大きくなる傾斜部と、前記入口部と前記傾斜部との接続部から前記ケースの内側へ向かって延びる導入部と、を備え、
前記導入部が、該導入部の外側に曲率中心が位置するように湾曲し、
前記内管は、前記発熱体の外周側に設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、前記管状部よりも上流側に設けられ上流側ほど内径が小さくなる傾斜部と、を備え、
前記内管の傾斜部が湾曲する。

発熱体は、触媒の担体としてもよく、触媒よりも上流側に設けてもよい。発熱体に通電することにより該発熱体が発熱するため、触媒の温度を上昇させることができる。また、マットは内管よりも排気の流れ方向に短い。このため、内管は、内側マット及び外側マットから、排気の流れ方向の上流側及び下流側へ向かって突出している。なお、ケースは、二重管の外管としてもよい。すなわち、ケースと内管とにより、二重管が形成されるとしてもよい。そして、マットは、ケースの管状部の内側に設けられ、内管の管状部を挟んでいる。ここで、内管の傾斜部と、ケースの傾斜部と、が平行であってもよい。

そして、ケースに導入部が備わることにより、排気が内管とケースとの間に向かって拡散することが抑制されるので、排気がケースと内管との間に流入することが抑制される。また、導入部は、該導入部の外側へ向かって曲がっている。ここでいう外側とは、中心軸から離れる側である。すなわち、導入部は、下流側ほど、中心軸からの距離が長くなるので、断面積が大きくなる。このため、導入部内を通過した後の排気は、発熱体に到達するまで外側へ向かって広がりながら進む。このため、発熱体の広い範囲に排気をより均一に流すことができる。また、これにより、発熱体の上流側端部に衝突して逆流する排気の量を減少させることができる。

ここで、排気の一部は発熱体の上流側端部に衝突して逆流する。すなわち、排気の一部が上流側へ進もうとするが、内管の傾斜部が存在することにより、排気が内管の傾斜部に沿って上流側且つ中心軸側へ進む。この逆流する排気は、導入部から新たに流入する排気に押し返されて、下流側へ向きを変える。このため、内管の傾斜部と発熱体との間で排気が渦を巻く。この渦が大きくなると、ケースと内管との間に排気が流入してＰＭが付着しやすくなる。これに対し、導入部を備えることにより、逆流する排気の量が少なくなるので、ケースと内管との間に排気が流入することを抑制できる。したがって、ＰＭが内管とケースとの間に付着することを抑制できるため、絶縁性能が低下することを抑制できる。

また、内管の傾斜部が湾曲していることにより、内管とケースとの間に排気が流入することをより抑制できる。これにより、ＰＭが内管とケースとの間に付着することを抑制できるため、絶縁性能が低下することを抑制できる。このようにして、発熱体とケースとの間に電気が流れることを抑制できる。

また、本発明においては、前記内管の傾斜部は、該傾斜部の外側に曲率中心が位置するように湾曲してもよい。

すなわち、内管の傾斜部は、上流側ほどケースに近づいてもよい。これにより、導入部の下流側端部から流れてくる排気が、内管の傾斜部の上流側端部とケースとの間を通って、内管とケースとの間に流入することを抑制できる。また、発熱体側から逆流する排気を、内管よりも上流側であって、導入部の外側で且つケースの傾斜部の内側に導き、渦を発生させることができる。これによっても、排気が内管とケースとの間に流入することを抑制できる。このため、内管とケースとの間にＰＭが付着することを抑制できるので、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。

また、この場合には、前記内管の傾斜部の上流側端部は、前記導入管の下流側端部における接線よりも外側に位置することができる。

導入管の下流側端部の接線方向に排気が流れるので、この接線よりも外側に内管の傾斜部の上流側端部が位置すれば、排気の流れの外側に内管の傾斜部の上流側端部が位置することになる。したがって、排気が、内管の傾斜部の上流側端部とケースとの間を通って、内管とケースとの間に流入することを抑制できる。

また、本発明においては、前記内管の傾斜部は、該傾斜部の内側に曲率中心が位置するように湾曲してもよい。

すなわち、内管の傾斜部は、端部に近いほどケースから離れてもよい。そうすると、発熱体側から逆流する排気が、内管の傾斜部の内側に沿って進むことにより、ケースから離れる方向に進む。このため、排気が、内管とケースとの間に流入することを抑制できる。これにより、内管とケースとの間にＰＭが付着することを抑制できるので、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。

また、この場合には、前記内管の傾斜部の端部は、前記導入管の下流側端部と、前記内管の内側に備わる前記マットの外周と、を結ぶ線よりも外側に位置することができる。

これにより、導入部の下流側端部から流れてくる排気が内管とケースとの間に直接流入することを抑制できる。なお、導入部の壁面に沿って導入部の下流側端部からケース内に流入する排気が、発熱体の外周または内管の内側に備わるマットの外周に向かって進むように、導入部を形成してもよい。また、内管の傾斜部の端部が、導入管の下流側端部と、発熱体の上流側端面の外周と、を結ぶ線よりも外側に位置していてもよい。

本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。

実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。実施例１に係る排気の流れを示した図である。実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。実施例２に係る排気の流れを示した図である。実施例２に係る排気の流れを示した他の図である。参考例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。参考例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。

以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１（以下、ＥＨＣ１という。）の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係るＥＨＣ１は、車両に搭載される内燃機関の排気管２に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。

図１に示すＥＨＣ１は、該ＥＨＣ１の中心軸Ａに沿って該ＥＨＣ１を縦方向に切断した断面図である。なお、ＥＨＣ１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。また、ＥＨＣ１の下流側の形状は、上流側の形状と対称形状であってもよく、従来と同形状であってもよいため、図示を省略する。また、図１においてＢの矢印は、排気の流れ方向を示している。

本実施例に係るＥＨＣ１は、中心軸Ａを中心にした円柱形の触媒担体３を備えている。そして、中心軸Ａ側から順に、触媒担体３、内管４、ケース５が備わる。また、触媒担体３と内管４との間、及び内管４とケース５との間には、マット６が設けられている。

触媒担体３には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体３の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体３は、排気の流れ方向Ｂ（中心軸Ａの方向としてもよい。）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体３の外形は、たとえば排気管２の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体３の断面形状は、たとえば楕円形であっても良く、多角形であっても良い。中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管４、及びケース５で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体３が、本発明における発熱体に相当する。なお、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合の発熱体においても、本実施例を同様に適用することができる。

触媒担体３には、触媒が担持される。触媒には、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体３には、一対の電極７が接続されており、該電極７間に電圧をかけることにより触媒担体３に通電される。この触媒担体３の電気抵抗により該触媒担体３が発熱する。

内管４の材料には、たとえばアルミナのような電気絶縁体を用いることができる。また、内管４は、金属等の電気導電体の表面に電気絶縁体をコーティングしたものであってもよい。内管４は、上流側から順に、傾斜部４１及び管状部４２を備えて構成されている。傾斜部４１は、上流側ほど内径が小さくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。傾斜部４１の上流側端部４４は開口しており、該上流側端部４４から内管４の内側へ排気が流入する。また、傾斜部４１の下流側端部は、管状部４２の上流側端部に接続されている。なお、傾斜部４１と管状部４２との境は、内管４が折れ曲がる部位であり、以下、屈曲部４３と称する。

そして、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４の付近は、曲率中心が内管４の外側に存在するように湾曲している。すなわち、屈曲部４３から上流側において、傾斜部４１は徐々に断面積が減少するが、上流側端部４４の付近では、上流側へ向かうほど断面積が減少する度合いが小さくなる。これは、内管４の外側へ湾曲しているともいえる。また、内管４の傾斜部４１の接線の傾きが、上流側ほど小さくなるともいえる。このようにして、内管４の傾斜部４１は、上流側ほどケース５に近付く。なお、屈曲部４３の付近の傾斜部４１は、上流側へ向かうにしたがって一定の度合いで断面積が減少してもよく、上流側端部４４の付近のように上流側へ向かうほど断面積が減少する度合いが小さくなっていてもよい。

管状部４２は、中心軸Ａを中心とした管状に形成されている。管状部４２は、中心軸Ａと平行な曲面からなる。なお、管状部４２は、電極７よりも上流側と下流側とで分割されていてもよい。また、電極７と管状部４２とには、放電が起こらないように、ある程度の間隔が設けられる。

ケース５の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。このケース５は、二重管の外管としてもよい。そして、電極７を通すために、ケース５には孔が開けられており、ケース５と電極７とは、放電が起こらないように、ある程度の間隔が設けられる。そして、ケース５に開けられている孔には、電極７を支持する絶縁部８が設けられている。この絶縁部８の材料には、電気絶縁体が用いられる。そして、絶縁部８は、ケース５と電極７との間に隙間なく設けられる。

ケース５は、上流側から順に、入口部５１、傾斜部５２及び管状部５３を備えて構成されている。傾斜部５２は、下流側ほど内径が大きくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。傾斜部５２の上流側端部は入口部５１に接続されている。ケース５の入口部５１の上流側端部には、フランジが形成されており、排気管２と接続される。入口部５１は開口しており、該入口部５１を介してケース５の内側へ排気が流入する。また、ケース５の傾斜部５２の下流側端部は、管状部５３の上流側端部に接続されている。なお、ケース５の傾斜部５２と、内管４の傾斜部４１の一部であって屈曲部４３の付近と、は平行であってもよい。

ケース５の管状部５３は、中心軸Ａを中心とした管状に形成されている。ケース５の管状部５３は、中心軸Ａと平行な曲面からなる。

また、ケース５の入口部５１と、ケース５の傾斜部５２との接続部には、下流側へ向かって延びる導入部５４が接続されている。導入部５４は、上流側の傾斜部５４１と、下流側の曲がり部５４２とから構成されている。

導入部５４の傾斜部５４１は、下流側ほど断面積が大きくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。そして、導入部５４の傾斜部５４１は、下流側に向かうにしたがい、一定の割合で断面積が大きくなる。なお、本実施例では、入口部５１の途中から傾斜が始まっているが、これに代えて、導入部５４の上流側端部から傾斜が始まっていてもよい。

一方、導入部５４の曲がり部５４２は、曲率中心が導入部５４の外側に存在するように湾曲している。すなわち、導入部５４の曲がり部５４２は、下流側に向かうにしたがって、徐々に断面積が拡大するが、下流側へ向かうほど断面積が拡大する度合いが大きくなる。これは、導入部５４が外側へ湾曲しているともいえる。また、導入部５４の接線の傾きが下流側ほど大きくなるともいえる。

さらに、導入部５４の下流側端部５４３の接線よりも外側に、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４が位置するように、導入部５４及び内管４の傾斜部４１が形成される。すなわち、導入部５４の下流側端部５４３から接線方向に排気が進んだときに、この排気が、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４よりも中心軸Ａ側を流通するようにしている。また、導入部５４の下流側端部５４３と、内管４の傾斜部４１との距離Ｌ１は、触媒担体３に通電したときに放電が起こることを抑制できる距離として設定される。同様に、ケース５の傾斜部５２と、内管４の傾斜部４１との距離Ｌ２は、触媒担体３に通電したときに放電が起こることを抑制できる距離として設定される。そして、これらの距離Ｌ１，Ｌ２は、実験等により得ることができる。

マット６には、電気絶縁体が用いられ、たとえばアルミナを主成分とするセラミックファイバーが用いられる。マット６は、触媒担体３の外周面及び内管４の管状部４２の外周面に巻きつけられる。マット６は、触媒担体３の外周面（中心軸Ａと平行な曲面）を覆っているため、触媒担体３に通電したときに、内管４及びケース５へ電気が流れることを抑制している。

マット６は、内管４の管状部４２と触媒担体３との間、及び、ケース５の管状部５３と内管４の管状部４２との間に設けられる。

触媒担体３にマット６を巻きつけたときの該マット６の外径は、内管４の内径よりも大きい。このため、内管４内にマット６を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力により内管４内に触媒担体３が固定される。

また、内管４にマット６を巻きつけたときの該マット６の外径は、ケース５の内径よりも大きい。このため、ケース５内にマット６を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力によりケース５内に内管４が固定される。そして、内管４は、マット６から上流側及び下流側に突出している。

なお、本実施例では、マット６が、電極７よりも上流側と下流側とで分かれているものとして説明するが、これらは、電極７の周り以外において上流側と下流側とで一体となっていてもよい。

ここで、本実施例では、導入部５４の断面積が下流側ほど大きくなるので、排気を広い範囲に拡散させることができる。これにより、触媒担体３に均一に排気が流入する。また、図２に示すように、触媒担体３よりも上流で発生する渦を低減させることができる。ここで、図２は、本実施例に係る排気の流れを示した図である。排気の流れ方向を破線または二点鎖線の矢印で示している。

導入部５４から流入する排気の一部は、触媒担体３の上流側端面に衝突して、該触媒担体３の上流側端面に沿って、該触媒担体３の外周側へ流れる。この排気は、内管４の管状部４２に衝突して、次に、内管４に沿って上流側へと逆流する。そして、内管４の傾斜部４１が中心軸Ａ側に傾斜しているため、排気は上流側且つ中心軸Ａ側に向かって進んだ後、導入部５４から新たに導入される排気に押し返される。これにより、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて、排気が渦を巻く。

仮に、導入部５４の断面積が下流側端部５４３まで一定とすると、触媒担体３の中心軸付近に多くの排気が衝突するため、該触媒担体３の上流側端面に沿って進む排気の量が多くなる。これにより、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて大きな渦が発生する。一方、本実施例のように、導入部５４の断面積が下流側ほど大きくなれば、排気が広い範囲に分散するため、発生する渦が小さくなる。

ここで、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて発生する渦が大きくなるほど、ケース５と内管４との間に排気が流入しやすくなる。したがって、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて発生する渦を小さくすることにより、内管４とケース５との間に流入する排気の量を少なくすることができる。これにより、内管４とケース５との間にＰＭが付着することを抑制できる。

また、導入部５４の下流側端部５４３における接線よりも外側に、内管４の上流側端部４４が位置しているので、導入部５４から内管４の傾斜部４１に進む排気は、二点鎖線Ｍで示したように、内管４の傾斜部４１の内側の壁面に衝突する。この排気は、次に、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃに流れる。すなわち、Ｅで示される方向に排気が流れることを抑制できる。

また、内管４の上流側端部４４の付近がケース５の傾斜部５２へ向かって曲がっているため、内管４の上流側端部４４と、ケース５の傾斜部５２と、の距離Ｌ２が比較的短くなっている。これによっても、内管４とケース５との間に排気が流入し難くなっている。さらに、触媒担体３に衝突して逆流する排気の一部が、内管４の傾斜部４１の内壁に沿って進む。これにより、排気を、導入部５４とケース５の傾斜部５２との間の空間Ｄに導くことができる。すなわち、Ｆで示される方向に排気が流れることを抑制できる。そして、この空間Ｄで排気の渦を発生させることができるため、内管４とケース５との間に排気が流入することを抑制できる。

なお、本実施例では、マット６の上流側端部６Ａと、屈曲部４３とを、所定距離Ｌ３だけ離していてもよい。すなわち、マット６の上流側端部６Ａよりも上流側では、内管４の管状部４２の外周面が露出していてもよい。

ここで、内管４とケース５との間に流入した排気は、傾斜部４１に沿って流れる。この排気は、屈曲部４３においても、傾斜部４１の延長線の方向へ進もうとする。このため、排気の流れは、内管４の管状部４２の外周面から離れる。そうすると、屈曲部４３よりも下流側で且つマット６の上流側端部６Ａよりも上流側の内管４の管状部４２の外周面には、排気が直接当たらない。このように、排気が直接当たらないことにより、この箇所にはＰＭが付着し難くなる。すなわち、マット６の上流側端部６Ａと、屈曲部４３と、を所定距離Ｌ３だけ離すことにより、この間の内管４の外周面にＰＭが付着することを抑制できる。なお、所定距離Ｌ３は、例えば、屈曲部４３とマット６の上流側端部６Ａとの間の沿面放電を抑制し得る距離であり、最適値を実験等により求めてもよい。

そして、内管４の傾斜部４１にＰＭが付着しても、内管４の管状部４２の外周面にＰＭが付着していなければ、触媒担体３とケース５との間にＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。すなわち、内管４の少なくとも表面は電気絶縁体であるため、ＰＭが付着していなければ、電気は流れない。

以上説明したように本実施例においては、内管４とケース５との間を流通する排気の量を減少させることができるので、内管４とケース５との間にＰＭが付着することを抑制できる。これにより、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。

＜実施例２＞
図３は、本実施例に係るＥＨＣ１の概略構成を示す図である。実施例１と異なる点について説明する。ここで、実施例１では、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４が、ケース５の傾斜部５２に近付く方向に湾曲するが、本実施例では、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４が、ケース５の傾斜部５２から離れる方向に湾曲する。

すなわち、本実施例では、内管４の傾斜部４１の上流側端部４４の付近において、曲率中心が内管４の内側に存在するように湾曲している。また、内管４の傾斜部４１は、上流側端部４４側ほど断面積が小さい。そして、上流側端部４４側ほどケース５の傾斜部５２からの距離が長くなる。これは、内管４の内側へ湾曲しているともいえる。なお、内管４の上流側端部４４は、触媒担体３側を向いていても良い。すなわち、内管４の傾斜部４１において、接線の方向が中心軸Ａと直角になる箇所があってもよい。なお、屈曲部４３の付近の傾斜部４１は、上流側へ向かうにしたがって一定の度合いで断面積が減少してもよく、上流側端部４４の付近のように上流側へ向かうほど断面積が減少する度合いが大きくなっていてもよい。

ここで、図４は、本実施例に係る排気の流れを示した図である。排気の流れ方向を破線の矢印で示している。本実施例においては、導入部５４の下流側端部５４３と、内管４の内側に備わるマット６の上流側端部６Ａの外周と、を結ぶ線Ｇよりも外側に、内管４の上流側端部４４が位置するように、導入部５４及び内管４の傾斜部４１が形成される。これにより、排気が内管４とケース５との間に流入することを抑制できる。なお、導入部５４の下流側端部５４３と、触媒担体３の外周の上流側端部と、を結ぶ線よりも外側に、内管４の上流側端部４４が位置するように、導入部５４及び内管４の傾斜部４１を形成してもよい。

このように構成されたＥＨＣ１では、導入部５４の下流側端部５４３からケース５内に流入する排気は、中心軸Ａから離れるように拡散する。ただし、導入部５４の下流側端部５４３から触媒担体３までの距離が比較的短い場合には、排気が拡散し難くなる。この場合、導入部５４の下流側端部５４３から流入する排気が、内管４側へ向かって拡散することが抑制されるため、内管４の上流側端部４４よりも外側へ排気が流れることを抑制できる。

また、内管４の上流側端部４４が中心軸Ａ側に曲がっているため、触媒担体３に衝突して逆流する排気が、上流側端部４４付近を流通するときに、図４に示した方向の渦が発生しやすくなる。すなわち、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて渦が発生する。さらに、導入部５４の下流側端部５４３から流れてくる排気が、内管４の傾斜部４１に沿って流れることを抑制できる。これにより、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて渦が発生しやすくなる。これらによっても、排気が、内管４とケース５との間に流入することを抑制できる。

また、図５に示すように、内管４の傾斜部４１の内側で渦が発生しない場合も考えられる。ここで、図５は、本実施例に係る排気の流れを示した他の図である。Ｈで示されるように内管４の管状部４２の内周面に沿って上流側から下流側に排気が流れた場合には、触媒担体３と、内管４の傾斜部４１との間の空間Ｃにおいて渦が発生し難くなる。しかし、内管４の管状部４２の内周面付近において排気の密度が上昇するので、Ｊで示されるように触媒担体３の上流側端面において中心軸Ａに向かう方向に排気が流れる。これにより、内管４とケース５との間に排気が流入することを抑制できる。

＜参考例１＞
図６は、本参考例に係るＥＨＣ１の概略構成を示す図である。実施例１と異なる点について説明する。なお、図６において破線は、排気の流れを示している。

本参考例では、内管４の屈曲部４３から上流側に向かうほど断面積が小さくなる下流側傾斜部４１１と、該下流側傾斜部から上流側に向かって曲がり１８０度向きを変える曲がり部４１２と、該曲がり部４１２から下流側且つ外側へ延びる上流側傾斜部４１３と、上流側傾斜部４１３から下流側へ中心軸Ａと平行に延びる折り返し部４１４と、を備えて構成されている。なお、折り返し部４１４の下流側端部を、内管４の端部４１５とする。

ここで、下流側傾斜部４１１と、上流側傾斜部４１３とが、平行になるように形成してもよい。そして、本実施例においては、折り返し部４１４が、内管４の管状部４２の延長線上に位置する。

すなわち、本参考例に係る内管４は、下流側傾斜部４１１において上流側に向かって断面積が徐々に小さくなった後、曲がり部４１２において外側に曲がり、上流側傾斜部４１３において下流側且つ外側へと向かう。そして、内管４の端部４１５と、屈曲部４３とは、距離が置かれている。

このように構成された内管４には、下流側傾斜部４１１、曲がり部４１２、上流側傾斜部４１３で囲まれ、内管４の端部４１５と屈曲部４３との間で開口する空間Ｋが形成される。

また、導入部５４は、中心軸Ａと平行な管となるように形成される。そして、実施例１と比較して、導入部５４の下流側端部５４３と、内管４との距離Ｌ１を長くし、且つ、内管４とケース５の傾斜部５２との距離Ｌ２を長くしている。なお、実施例１と同様に、導入部５４が湾曲していてもよい。

さらに、内管４の屈曲部４３が、マット６の上流側端部６Ａの近傍に備わる。

このように構成されたＥＨＣ１では、内管４とケース５との距離が拡大することにより、製造バラツキに対する管理が容易となる。ただし、内管４とケース５との間に排気が流入しやすくなるため、ＰＭが付着しやすくなる。

これに対し、内管４が曲がり部４１２において１８０度曲がっていることにより、前記空間Ｋには、排気が流入し難くなる。したがって、この空間Ｋを形成している壁面には、ＰＭが付着し難くなるので、絶縁性能を確保することができる。

また、導入部５４の断面積が変化しないことで、ケース５の組み付け後であっても、後から導入部５４を取り付けることができる。これにより、製造バラツキの管理が容易になる。

さらに、内管４において触媒担体３を臨む面積が縮小されるので、排気の温度低下を抑制できる。これにより、触媒担体３の温度上昇を促進させることができる。

また、内管４の屈曲部４３が、マット６の近傍に備わることで、内管４の下流側傾斜部４１１と触媒担体３との距離が短くなるので、内管４の温度を高くすることができる。これにより、内管４に付着したＰＭの酸化を促進させることができる。

＜参考例２＞
図７は、本参考例に係るＥＨＣ１の概略構成を示す図である。参考例１と異なる点について説明する。なお、図７において破線は、排気の流れを示している。

本参考例に係るＥＨＣ１は、折り返し部４１４が内管４の管状部４２の延長線上よりも中心軸Ａ側に位置する点で、参考例１と相違する。すなわち、上流側傾斜部４１３が内管４の管状部４２の延長線に到達しないようにしている。そして、折り返し部４１４は、内管４の管状部４２の延長線の手前で、中心軸Ａと平行に下流側へ向かって延びる。

さらに、内管４の屈曲部４３が、内管４の外側のマット６から離れて設けられている。

このように構成されたＥＨＣ１では、内管４とケース５との間に流入した排気は、ケース５の壁面に沿って下流側に流れ、マット６に到達する。そして、マット６に衝突した排気は、内管４の管状部４２の外周面に沿って上流側へ向かって流れる。このときに、内管４の端部４１５は、内管４の管状部４２の延長線よりも中心軸Ａ側に位置するため、排気は前記空間Ｋには流入せずに、内管４の端部４１５の外側を通って、ケース５の傾斜部５２の壁面方向に流れる。このため、前記空間Ｋに排気が流入することを抑制できるので、該空間ＫにＰＭが流入することを抑制できる。したがって、この空間Ｋの周りの壁面には、ＰＭが付着し難くなるので、絶縁性能を確保することができる。

１電気加熱式触媒（ＥＨＣ）
２排気管
３触媒担体
４内管
５ケース
６マット
６Ａ上流側端部
７電極
８絶縁部
４１傾斜部
４２管状部
４３屈曲部
４４上流側端部
５１入口部
５２傾斜部
５３管状部
５４導入部

Claims

通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記ケースと前記発熱体との間に設けられ、前記発熱体を支持するマットと、
前記マットに挟まれ前記マットから排気の流れの上流側及び下流側に突出し電気を絶縁する内管と、
を備えた電気加熱式触媒において、
前記ケースは、前記発熱体の外周側に設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、前記管状部よりも上流側に設けられ内径が前記管状部よりも小さい入口部と、前記管状部と前記入口部とを接続し断面積が下流側ほど大きくなる傾斜部と、前記入口部と前記傾斜部との接続部から前記ケースの内側へ向かって延びる導入部と、を備え、
前記導入部が、該導入部の外側に曲率中心が位置するように湾曲し、
前記内管は、前記発熱体の外周側に設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、前記管状部よりも上流側に設けられ上流側ほど内径が小さくなる傾斜部と、を備え、
前記内管の傾斜部が湾曲する電気加熱式触媒。
前記内管の傾斜部は、該傾斜部の外側に曲率中心が位置するように湾曲する請求項１に記載の電気加熱式触媒。
前記内管の傾斜部の上流側端部は、前記導入管の下流側端部における接線よりも外側に位置する請求項２に記載の電気加熱式触媒。
前記内管の傾斜部は、該傾斜部の内側に曲率中心が位置するように湾曲する請求項１に記載の電気加熱式触媒。
前記内管の傾斜部の端部は、前記導入管の下流側端部と、前記内管の内側に備わる前記マットの外周と、を結ぶ線よりも外側に位置する請求項４に記載の電気加熱式触媒。