KR101495249B1 - 촉매 컨버터 장치 - Google Patents

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Abstract

배기 중의 수분에 기인하는 전극 부재 간의 절연성의 저하를 억제할 수 있는 촉매 컨버터 장치를 얻는다. 촉매 담체(14)를 통전하기 위한 전극 막대(32)의 주위에 절연층(34)이 구비되고, 전극 막대(32)가 케이스 통체(28)와 절연된다. 촉매 담체(14)는, 전압 인가에 의해 온도 상승하는 재료로 구성된다. 전원(48)으로부터 촉매 담체(14)로 전압 인가함으로써, 절연층(34)의 온도를 높인다.

Description

촉매 컨버터 장치{CATALYTIC CONVERTER DEVICE}
본 발명은, 내연 기관의 배기관에 설치되는 촉매 컨버터 장치에 관한 것이다.
내연 기관에서 생긴 배기를 정화하기 위하여 배기관에 설치되는 촉매 컨버터 장치로는, 예를 들면 일본 특허 공개 평11-257058호 공보(특허문헌 1)에 기재되어 있는 바와 같이, 촉매를 담지하는 촉매 담체(벌집 구조체)로 통전하여 승온시켜, 엔진 냉간(冷間) 시 등에서도 높은 촉매 효과가 얻어지도록 한 것이 있다.
그런데, 특허문헌 1에 기재된 구조에서는, 벌집 구조체로 통전하기 위한 전극 막대의 표면에 절연 코팅을 실시하여, 절연성의 열화를 방지하고 있다.
그러나, 배기 중의 수분(수증기) 등이 절연체의 표면에서 결로(結露)하면, 이 수분(액체)에 의해 전극과 케이스가 단락되기 때문에, 전극 간의 절연성이 저하하여, 촉매 담체로의 급전 효율도 저하될 우려가 있다.
본 발명은 상기 사실을 고려하여, 배기 중의 수분에 기인하는 전극 부재 간의 절연성의 저하를 억제 가능한 촉매 컨버터 장치를 얻는 것을 과제로 한다.
본 발명에서는, 배기관에 장착되어 내부에 배기가 흐르는 케이스 통체와, 상기 케이스 통체에 설치되고, 엔진으로부터 배출되는 배기를 정화하기 위한 촉매를 담지함과 함께 통전에 의해 가열되는 촉매 담체와, 상기 케이스 통체를 관통하고 상기 촉매 담체에 접촉되어 상기 촉매 담체로 통전하기 위한 한 쌍의 전극 부재와, 상기 전극 부재의 적어도 일방과 상기 케이스 통체 사이에 배치되어 전극 부재를 케이스 통체로부터 절연함과 함께 전압 인가에 의해 발열하는 절연 부재와, 상기 촉매 담체로의 통전 및 상기 절연 부재로의 전압 인가를 제어하는 제어 장치를 갖는다.
이 촉매 컨버터 장치에서는, 촉매 담체가 전극 부재를 통하여 통전되어 가열 승온되면, 촉매 담체에 담지된 촉매의 정화 효과를 보다 빨리 발휘시킬 수 있다. 또, 전극 부재의 적어도 일방과 케이스 통체 사이에는 절연 부재가 배치되어 있고, 이 절연 부재에 의해, 전극 부재가 케이스 통체로부터 절연되어 있다. 이 때문에, 2개의 전극 부재가 케이스 통체를 통하여 단락되는 것이 방지되어, 촉매 담체로의 효율적인 급전이 가능해진다.
배기 중에는, 내연 기관의 연소로 생긴 증기(기체의 수분)가 포함되는 경우가 있다. 절연 부재는, 특히 엔진의 시동 직후 등에 있어서 온도가 낮은 경우가 있어, 이 증기가 절연 부재의 표면에 접촉하면 결로할 우려가 있다.
절연 부재는, 전극 부재와 케이스 통체 사이를 전기적으로 절연할 수 있을 정도의 절연성을 가지고 있지만, 전압이 인가되면 발열하게 되어 있다. 그리고, 제어 장치에 의해, 절연 부재로 전압이 인가됨으로써, 절연 부재를 발열시켜 승온시킬 수 있다. 이것에 의해, 절연 부재의 표면에 있어서의 결로를 억제할 수 있다. 또, 절연 부재의 표면에 부착된 수분의 증발이 촉진된다. 그리고, 절연 부재로의 수분의 부착에 기인하는 전극 부재와 케이스 통체의 단락이 방지된다. 전극 부재 간의 절연성의 저하도 억제되므로, 촉매 담체로의 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 촉매 담체로의 통전 이전에 상기 절연 부재로 전압 인가하는 구성으로 해도 된다.
즉, 촉매 담체로의 통전보다 후에 절연 부재로 전압 인가한 경우에는, 촉매 담체로의 통전으로부터, 절연 부재로의 전압 인가까지의 사이에, 절연 부재의 전기 저항이 저하된 상태에서 촉매 담체로 통전되는 경우가 있다. 그러나, 촉매 담체로의 통전 이전에 절연 부재로 전압 인가함으로써, 절연 부재의 전기 저항이 저하된 상태에서 촉매 담체로 통전하는 시간이 짧아지므로(바람직하게는 이 시간이 없어진다), 촉매 담체로의 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 절연 부재로의 전압 인가는, 촉매 담체로의 통전과 동시여도 되지만, 촉매 담체로의 통전보다 전에 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 촉매 담체의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 온도 검출 수단으로 검출된 상기 촉매 담체의 온도가 소정 온도 이하인 경우에 절연 부재로의 전압 인가 및 촉매 담체로의 통전을 행하는 구성으로 해도 된다.
따라서, 촉매 담체의 온도가 소정 온도를 넘은 경우에는, 절연 부재로의 전압 인가 및 촉매 담체로의 통전을 행하지 않게 함으로써, 효율적인 절연 부재로의 전압 인가와, 효율적인 촉매 담체로의 통전이 가능해진다.
본 발명에 있어서, 상기 절연 부재의 전기 저항을 검출하는 전기 저항 검출 수단을 가지며,
상기 제어 장치가, 상기 전기 저항 검출 수단으로 검출된 상기 절연 부재의 전기 저항이 소정값 이하인 경우에 절연 부재로 전압 인가하는 구성으로 해도 된다.
이와 같이, 절연 부재의 전기 저항을 전기 저항 검출 수단으로 검출하여, 이 전기 저항이 소정값 이하인 경우에, 절연 부재로 전압 인가함으로써, 절연 부재의 전기 저항이 소정값을 넘은 경우에는 절연 부재로 전압 인가하지 않으므로, 절연 부재로의 효율적인 전압 인가가 가능해진다.
본 발명에 있어서, 또한, 상기 제어 장치가, 상기 절연 부재의 상기 전기 저항이 소정값을 넘은 경우에 촉매 담체로의 통전을 행하는 구성으로 해도 된다.
이와 같이, 절연 부재의 전기 저항이 소정값을 넘은 경우에 전극 부재로의 통전을 행함으로써, 절연 부재의 전기 저항이 소정값 이하인 경우에 촉매 담체로 통전되는 사태를 방지하여, 효율적으로 촉매 담체를 가열할 수 있다.
본 발명에 있어서, 또한, 상기 촉매 담체의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 절연 부재의 상기 전기 저항이 소정값 이하인 경우에, 절연 부재로의 전압 인가를 행하여 전기 저항이 소정값을 초과한 후, 상기 온도 검출 수단으로 검출된 상기 촉매 담체의 온도가 소정 온도 이하인 경우에 촉매 담체로의 통전을 행하는 구성으로 해도 된다.
즉, 절연 부재의 전기 저항이 소정값 이하인 경우에는, 먼저, 절연 부재로의 전압 인가를 행한다. 그리고, 절연 부재의 전기 저항이 소정값을 넘은 후, 촉매 담체의 온도가 소정 온도 이하가 된 경우에, 촉매 담체로의 통전을 행한다. 이것에 의해, 더욱 효율적으로 촉매 담체를 가열할 수 있다.
본 발명은 상기 구성으로 했으므로, 배기 중의 수분에 기인하는 전극 부재 간의 절연성의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 차량용 배기 장치의 개략 구성을 배기관으로의 장착 상태에서 중심선을 포함하는 단면으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 차량용 배기 장치에 있어서의 촉매 담체로의 통전 및 절연층으로의 전압 인가의 플로우의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 차량용 배기 장치에 있어서의 촉매 담체로의 통전 및 절연층으로의 전압 인가의 플로우의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태의 차량용 배기 장치의 개략 구성을 배기관으로의 장착 상태에서 중심선을 포함하는 단면으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 차량용 배기 장치에 있어서의 촉매 담체로의 통전 및 절연층으로의 전압 인가의 플로우의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 차량용 배기 장치에 있어서의 촉매 담체로의 통전 및 절연층으로의 전압 인가의 플로우의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 차량용 배기 장치에 있어서의 촉매 담체로의 통전 및 절연층으로의 전압 인가의 플로우의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 1에는, 본 발명의 제1 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)가 배기관(10)으로의 장착 상태로 나타내어져 있다. 이 촉매 컨버터 장치(12)는, 엔진만으로 구동력을 얻는 자동차(이하, 「엔진 차」라고 칭한다) 및, 엔진과 모터의 조합에 의해 구동력을 얻는 자동차(이하, 「하이브리드 차」라고 칭한다)의 쌍방에 적용 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 촉매 컨버터 장치(12)는, 도전성 및 강성을 가지는 재료(도전성 세라믹, 도전성 수지나 금속 등을 적용 가능하지만, 본 실시 형태에서는 특히 도전성 세라믹으로 하고 있다)에 의해 형성된 촉매 담체(14)를 가지고 있다. 촉매 담체(14)는, 벌집 형상 또는 물결 형상 등으로 한 박판을 소용돌이 형상 또는 동심원 형상 등으로 구성함으로써 재료의 표면적이 증대된 원기둥 형상 또는 원통 형상으로 형성되어 있고, 표면에는 촉매(백금, 팔라듐, 로듐 등)가 부착된 상태로 담지되어 있다. 촉매는, 배기관(10) 내를 흐르는 배기(흐름 방향을 화살표 F1로 나타낸다) 중의 유해 물질을 정화하는 작용을 가지고 있다. 또한, 촉매 담체(14)의 표면적을 증대시키는 구조는, 상기한 벌집 형상이나 물결 형상에 한정되는 것은 아니다.
촉매 담체(14)에는 2매의 전극판(16A, 16B)이 점착되고, 또한 전극판(16A, 16B)에는 각각, 금속 등의 도전성을 가지는 재료로 구성된 도선 부재(20A, 20B)를 개재하여 단자(18A, 18B)가 접속되어 있다. 단자(18A, 18B)는 모두, 중심의 전극 막대(32)의 주위를 절연층(34)이 덮는 구조로 되어 있다. 전극 막대(32)의 외측 단부[도선 부재(20A, 20B)와 반대 측의 단부]는, 촉매 담체(14)에 급전용의 케이블이 접속되는 접속부(32C)로 되어 있다. 전극 막대(32)는, 본 발명의 전극 부재를 구성하고 있다.
도선 부재(20A, 20B)는, 예를 들면 지그재그 형상으로, 또는 나선 형상으로 형성되어 가요성(加撓性)을 가지게 되어 있고, 후술하는 바와 같이 케이스 통체(28)와 촉매 담체(14)가 상대 이동한 경우에, 이 상대 이동을 흡수하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 단자(18A, 18B)로부터 도선 부재(20A, 20B) 및 전극판(16A, 16B)을 통하여 촉매 담체(14)로 통전함으로써, 촉매 담체(14)를 가열할 수 있다. 이 가열에 의해, 표면에 담지된 촉매를 승온시킴으로써, 촉매의 정화 작용을 엔진 시동 직후 등에도 조기에 발휘시킬 수 있게 되어 있다.
절연층(34)은 전기 절연성을 가지는 재료에 의해 원통 형상으로 형성되어 있고, 전극 막대(32)의 외주면을 전체 둘레에 걸쳐 덮음으로써, 전극 막대(32)로부터 전극 장착 커버(36)(상세는 후술한다)로의 전기의 흐름이 저지되어 있다.
절연층(34)의 주위는, 전극 장착 커버(36)가 덮여 있다. 전극 장착 커버(36)는, 금속제로 이루어짐으로써 소정의 강성을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있다. 전극 장착 커버(36)의 내주면에는 암나사(38)가 형성되어 있다.
촉매 담체(14)의 외주에는, 절연성 재료에 의해 대략 원통 형상으로 형성된 유지 부재(26)가 배치되어 있다. 또한, 유지 부재(26)의 외주에는, 스테인리스 등의 금속으로 대략 원통 형상으로 성형된 케이스 통체(28)가 배치되어 있다. 다시 말하면, 대략 원통 형상의 케이스 통체(28)의 내부에, 촉매 담체(14)가 수용됨과 함께, 케이스 통체(28)와 촉매 담체(14) 사이에 배치된 유지 부재(26)에 의해, 촉매 담체(14)가 케이스 통체(28)의 내부에, 동심(중심선 CL)으로 유지되어 있다. 그리고, 절연성을 가지는 유지 부재(26)가 촉매 담체(14)와 케이스 통체(28) 사이에 배치되어 있으므로, 촉매 담체(14)로부터 케이스 통체(28)로의 전기의 흐름이 저지되어 있다.
또, 유지 부재(26)는 소정의 탄성도 가지고 있다. 금속제의 케이스 통체(28)와 도전성 세라믹제의 촉매 담체(14)에서는 선팽창 계수가 다르기 때문에, 배기관(10) 내를 통과하는 배기의 열이나 촉매 담체(14)로의 통전 가열에 의한 팽창량이 달라지게 되지만, 이 팽창량의 차이가, 유지 부재(26)의 탄성에 의해 흡수된다. 또한, 배기관(10)을 통한 진동의 입력에 대해서도, 유지 부재(26)가 완충 작용을 발휘하면서 케이스 통체(28)와 촉매 담체(14)의 위치 어긋남을 흡수한다. 또한, 유지 부재(26)는, 상기한 절연성 및 탄성을 가지면, 재질은 한정되지 않지만, 재료의 예로서는, 섬유 매트가 바람직하고, 이외에 인터램 매트나 멀라이트 등도 적용 가능하다.
또, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 유지 부재(26)를 전체로 보았을 때, 촉매 담체(14)와 유지 부재(26)는 축 방향에서 대체로 동일한 길이로 형성되어 있고, 촉매 담체(14)의 상류 측 단면(14A)과 유지 부재(26)의 상류 측 단면(26A)은 대략 면 일치되어 있다. 마찬가지로, 촉매 담체(14)의 하류 측 단면(14B)과 유지 부재(26)의 하류 측 단면(26B)은 대략 면 일치되어 있다.
유지 부재(26)에는, 축 방향 중앙의 소정 위치에, 2지점의 전극실(40)이 형성되어 있다. 이 전극실(40)에, 도선 부재(20A, 20B)나 단자(18A, 18B)의 선단 부분이 수용되어 있다.
케이스 통체(28)에는, 전극실(40)에 대응하는 위치에 장착 구멍(42)이 형성되어 있다. 케이스 통체(28)에는, 이 장착 구멍(42)에 대응하여 전극 장착 보스(44)가 고정되어 있다. 전극 장착 보스(44)는, 단자(18A, 18B)의 선단 부분이 삽입 통과되는 삽입 통과 구멍이 형성됨과 함께, 장착 구멍(42)을 덮는 덮개판부(44F)와, 이 덮개판부(44F)의 중앙으로부터 세워 설치된 원통 형상의 원통부(44C)를 가지고 있다.
원통부(44C)의 내주면에는, 암나사(38)가 나사 결합되는 수나사(46)가 형성되어 있다. 케이스 통체(28)에 전극 장착 보스(44)가 고정된 상태에서, 원통부(44C)의 수나사(46)에 전극 장착 커버(36)의 암나사(38)를 나사 결합시켜 감으로써, 단자(18A, 18B)가, 전극 장착 보스(44)에 장착된다.
절연층(34)에는, 전원(48)으로부터 전압을 인가하기 위한 리드선(50)이 접속되어 있다. 절연층(34)은, 통상 상태에서는, 상기한 바와 같이 전극 막대(32)를 케이스 통체(28)에 대하여 절연하기 위하여 충분한 절연성(전기 저항)을 가지고 있지만, 충분한 고전압이 인가되는 것에 의해 줄열이 발생하여 온도 상승하는 재료로 구성되어 있다. 이러한 재료로서는, 예를 들면, 알루미나나 질화규소 등을 들 수 있다. 이들 재료를 성형하는데 있어서, 소정의 공극률을 가지는 다공질 형상으로 형성함으로써, 요구되는 절연성과, 전압인가 시의 발열성을 충족시키는 것이 가능해진다.
전원(48)은, 제어 장치(52)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또한, 전원(48)으로서는, 절연층(34)으로의 전압 인가를 위하여 새로이 형성해도 되지만, 예를 들면 차량 탑재의 배터리를 사용하는 것도 가능하다.
촉매 담체(14)에는, 그 온도를 검출하는 온도 센서(54)가 장착되어 있다. 온도 센서(54)로 검출된 촉매 담체(14)의 온도의 데이터는, 제어 장치(52)로 보내진다.
다음으로, 본 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)의 작용을 설명한다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 엔진으로부터의 배기는, 배기관(10) 내에 있어서, 먼저, 촉매 컨버터 장치(12)를 통과하고, 이것에 의해 배기 중의 유해 물질이 정화된다. 특히, 본 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)에서는, 단자(18A, 18B)[전극 막대(32)]로부터 전극판(16A, 16B)을 통하여 촉매 담체(14)로 통전하고, 촉매 담체(14)를 가열함으로써, 촉매 담체(14)에 담지된 촉매 본체를 승온시켜, 정화 작용을 보다 빨리 발휘시킬 수 있다. 예를 들면, 엔진의 시동 직후 등, 배기의 온도가 낮은 경우에는, 미리 촉매 담체(14)로의 통전 가열을 적극적으로 행함으로써, 엔진 시동 초기에 있어서의 촉매 본체의 정화 성능을 높게 확보할 수 있다. 또한, 배기의 온도가 충분히 높은 경우에는, 촉매 담체(14)가 배기로부터의 열로 승온되므로, 촉매 담체(14)로 통전할 필요는 없다.
배기 중에는 수분이 포함되어 있기 때문에, 이 수분을 포함한 배기가 유지 부재(26)나 촉매 담체(14)를 통과하여 전극실(40)로 들어가는 경우가 있다. 또한 이 수분은, 전극실(40) 내에 있어서 절연층(34)의 표면에서 결로하여 액화될 우려가 있다. 특히, 엔진의 시동 직후에는, 절연층(34)의 온도도 낮기 때문에, 배기 중의 수분이 절연층(34)에 접촉하면 결로되기 쉽다. 또, 절연층(34)은 촉매 담체(14)로부터 멀어져 있으므로, 가령 촉매 담체(14)가 승온되어도, 그 열은 절연층(34)에 전해지기 어려워, 절연층(34)의 온도는 높아지기 어렵다.
이와 같이 절연층(34)의 표면에 결로가 발생하면, 절연층(34)의 절연성이 저하하기 때문에, 전극 막대(32)와 케이스 통체(28)가, 절연층(34), 전극 장착 커버(36) 및 전극 장착 보스(44)를 통하여 단락될 우려가 있다. 결과적으로, 2개의 전극 막대(32)가 단락되면, 촉매 담체(14)로의 급전 효율이 저하된다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)에서는, 절연층(34)에 대하여 전원(48)으로부터 고전압을 인가함으로써 발열하고, 온도가 상승한다. 이 때문에, 절연층(34)의 표면에서의 결로 즉 액체 수분의 부착을 억제할 수 있다. 또, 가령 절연층(34)에 액체 수분이 부착되어 있어도, 이 수분의 증발을 촉진하여 제거하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 본 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)에서는, 배기 중의 수분에 기인하는 전극 막대(32) 사이의 절연성의 저하를 억제할 수 있다. 그리고, 촉매 담체(14)로의 급전 효율을 높게 유지하는 것이 가능해진다.
도 2에는, 절연층(34)에 전원(48)으로부터 전압을 인가하는 경우의 플로우의 일례(제1 제어 플로우)가 나타내어져 있다.
또한, 이 플로우에서는, 가솔린 차의 경우에는 엔진이 시동되는 것에 의해, 하이브리드 차의 경우에는, 주행 가능 상태인 「Ready on」상태(이하, 이들을 총칭하여 「주행 가능 상태」라고 한다)가 되는 것에 의해 개시된다.
제어 장치(52)는, 단계 S102에 있어서, 절연층(34)으로 전압을 인가한다. 이 전압 인가는, 예를 들면, 미리 설정된 소정 시간 행한다. 이것에 의해, 절연층(34)이 발열하여, 온도가 상승한다. 이 때문에, 절연층(34)의 표면에 액체 수분이 부착되어 있던 경우에는, 이 액체 수분이 증발된다. 또, 절연층(34)의 표면에 있어서의 새로운 결로도 억제된다.
이어서, 단계 S104로 이행하여, 촉매 담체(14)로의 통전에 의한 가열이 필요한지의 여부를 판단한다. 본 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)는 온도 센서(54)를 가지고 있으므로, 이 판단을, 온도 센서(54)로 검출된 온도 데이터에 기초하여 행하는 것이 가능하다. 물론, 온도 센서(54)로부터의 온도 데이터 대신(또는 병용하여) 배기의 온도에 기초하여 이 판단을 행해도 된다.
촉매 담체(14)로의 가열이 불필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 촉매 담체(14)로 통전하지 않고, 단계 S108에 있어서 통상 주행 모드로 이행하여, 단계 S102로 되돌아간다. 통상 주행 모드에서는, 촉매 담체(14)로의 통전 및 절연층(34)으로의 전압 인가는 정지된다.
단계 S104에 있어서 촉매 담체(14)로의 가열이 필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 단계 S106에 있어서, 촉매 담체(14)로의 통전을 행한다. 이 통전도, 예를 들면, 미리 결정된 소정 시간 행한다.
그 후, 단계 S102로 되돌아간다. 따라서, 차량 주행 중에 절연층(34)으로 전압 인가를 계속적으로 행할 수 있다. 또, 차량 주행 중에 촉매 담체(14)의 온도가 저하된 경우에는, 촉매 담체(14)로의 재통전을 행하는 것이 가능하다.
이와 같이, 제1 제어 플로우에서는, 주행 가능 상태에서는, 반드시 절연층(34)으로의 전압 인가를 행하므로, 제어가 용이해진다. 또, 촉매 담체(14)로 통전할 때, 절연층(34)의 전기 저항을 높게 확보할 수 있는 가능성이 높아지므로, 촉매 담체(14)로의 통전에 관해서는, 효율적인 통전이 가능해진다.
도 3에는, 제1 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)에 있어서의, 도 2와는 다른 제어 플로우의 일례(제2 제어 플로우)가 나타내어져 있다.
제2 제어 플로우에서는, 제어 장치(52)는, 단계 S202에 있어서, 촉매 담체(14)로의 통전에 의한 가열이 필요한지의 여부를 판단한다. 제1 제어 플로우와 마찬가지로, 이 판단을, 온도 센서(54)로 검출된 온도 데이터에 기초하여, 또는 배기의 온도에 기초하여 행하는 것이 가능하다.
촉매 담체(14)로의 가열이 불필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 촉매 담체(14)로 통전하지 않고, 단계 S208에 있어서 통상 주행 모드로 이행하여, 단계 S202로 되돌아간다.
단계 S202에 있어서, 촉매 담체(14)로의 가열이 필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 단계 S204에 있어서, 절연층(34)으로 전압을 인가한다. 이 전압 인가는, 예를 들면, 미리 설정된 소정 시간 행한다. 이것에 의해, 절연층(34)이 발열하여, 온도가 상승한다. 이 때문에, 절연층(34)의 표면에 부착되어 있던 액체 수분이 증발된다(새로운 결로도 억제된다).
이어서, 단계 S206으로 이행하여, 촉매 담체(14)로의 통전을 행한다. 그 후, 단계 S208에 있어서 통상 주행 모드로 이행한다.
그 후, 단계 S202로 되돌아간다. 따라서, 차량 주행 중에 촉매 담체(14)의 온도가 저하된 경우에는, 절연층(34)으로 전압 인가를 행한 후, 촉매 담체(14)로의 재통전을 행하는 것이 가능하다.
이와 같이, 제2 제어 플로우에서는, 촉매 담체(14)로의 통전 가열이 필요하다고 판단된 경우에, 그에 앞서 반드시 절연층(34)으로의 전압 인가를 행하므로, 제어가 용이해진다. 또, 절연층(34)의 액체 수분을 증발시킨 후에는, 전극 막대(32)끼리 단락되지 않게 되므로, 촉매 담체(14)로의 효율적인 통전이 가능해진다.
또한, 촉매 담체(14)로의 통전 가열이 필요하지 않은 경우에는, 촉매 담체(14)로의 통전 뿐만 아니라 절연층(34)으로의 전압 인가도 행하지 않으므로, 효율적인 절연 부재(34)로의 전압 인가 및 촉매 담체(14)로의 통전이 가능해진다.
도 4에는, 본 발명의 제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)가 나타내어져 있다. 제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)에 있어서, 제1 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)와 동일한 구성 요소, 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)는, 제1 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(12)에 대하여, 추가로, 절연층(34)의 전기 저항을 검출하는 저항계(74)를 구비하고 있다. 저항계(74)로 검출된 절연층(34)의 전기 저항의 데이터는, 제어 장치(52)에 보내진다. 또한, 절연층(34)의 전기 저항을 저항계(74)로 직접적으로 계측하는 대신, 예를 들면, 절연층(34)의 함수율이나 산소 농도 등으로부터, 절연층(34)의 전기 저항을 추측해도 된다.
도 5에는, 제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)에 있어서, 절연층(34)에 전원(48)으로부터 전압을 인가하는 경우의 플로우의 예(제3 제어 플로우)가 나타내어져 있다.
이 플로우에서는, 주행 가능 상태에 있을 때, 제어 장치(52)는, 단계 S302에 있어서, 촉매 담체(14)로의 통전에 의한 가열이 필요한지 여부의 판단을 행한다. 제1 제어 플로우와 마찬가지로, 온도 센서(54)로 검출된 온도 데이터에 기초하여 이 판단을 행하는 것이 가능하고, 이 대신(또는 병용하여) 배기의 온도를 사용해도 된다.
촉매 담체(14)로의 가열이 불필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 촉매 담체(14)로 통전하지 않고, 단계 S310에 있어서 통상 주행 모드로 이행하여, 단계 S302로 되돌아간다. 여기까지는, 도 3에 나타낸 제2 제어 플로우와 동일하다.
단계 S302에 있어서, 촉매 담체(14)로의 가열이 필요하다고 판단된 경우에는, 단계 S304로 이행한다. 단계 S304에서는, 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요한지의 여부를 판단한다. 이 판단은, 저항계(74)에 의해 검출된 절연층(34)의 전기 저항의 데이터에 기초하여 행하는 것이 가능하다.
단계 S304에 있어서 절연층(34)으로의 전압 인가가 불필요하다고 판단된 경우에는, 절연층(34)은 절연성을 가지고 있으므로, 단계 S308로 이행한다. 단계S308에서는, 촉매 담체(14)로의 통전을 행한다. 이것에 의해, 촉매 담체(14)에 담지된 촉매 본체를 승온시켜, 정화 작용을 보다 빨리 발휘시킬 수 있다.
단계 S304에 있어서 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요하다고 판단된 경우에는, 제어 장치(52)는, 단계 S306에서 절연층(34)으로 전압을 인가한다. 이 전압 인가는, 예를 들면, 미리 설정된 소정 시간 행한다. 이것에 의해, 절연층(34)이 발열하여, 온도가 상승한다. 이 때문에, 절연층(34)의 표면에 부착되어 있던 액체 수분이 증발된다.
이어서, 단계 S308로 이행하여, 촉매 담체(14)로의 통전을 행한다. 그 후, 단계 S310에 있어서 통상 주행 모드로 이행한다.
그 후, 단계 S302로 되돌아간다. 따라서, 차량 주행 중에 촉매 담체(14)의 온도가 저하된 경우에는, 필요에 따라 절연층(34)으로 전압 인가를 행한 후, 촉매 담체(14)로의 재통전을 행하는 것이 가능하다.
이와 같이, 제3 제어 플로우에서는, 촉매 담체(14)로의 통전 가열이 필요해진 상태에서, 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요한지의 여부를 판단하고 있고, 절연층(34)으로의 전압 인가가 불필요한 경우에는 전압 인가하지 않으므로, 과분한 전압 인가를 억제할 수 있다.
또, 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요한 경우에는, 촉매 담체(14)로의 통전보다 먼저 확실히 전압 인가하므로, 전극 막대(32)끼리의 단락을 억제하여, 촉매 담체(14)로의 효율적인 통전이 가능해진다.
도 6에는, 제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)에 있어서, 절연층(34)에 전원(48)으로부터 전압을 인가하는 경우의 제3 제어 플로우와는 다른 플로우의 예(제4 제어 플로우)가 나타내어져 있다.
이 플로우에서는, 주행 가능 상태에 있을 때, 제어 장치(52)는, 단계 S402에 있어서, 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요한지의 여부를 판단한다. 이 판단은, 저항계(74)에 의해 검출된 절연층(34)의 전기 저항의 데이터에 기초하여 행하는 것이 가능하다. 이 판단은, 제3 제어 플로우와 마찬가지로, 저항계(74)에 의해 검출된 절연층(34)의 전기 저항의 데이터에 기초하여 행하는 것이 가능하다.
단계 S402에 있어서 절연층(34)으로의 전압 인가가 불필요하다고 판단된 경우에는, 절연층(34)은 절연성을 가지고 있으므로, 단계 S406으로 이행한다. 단계 S406에서는, 촉매 담체(14)로의 통전에 의한 가열이 필요한지 여부의 판단을 행한다. 제3 제어 플로우와 마찬가지로, 온도 센서(54)로 검출된 온도 데이터에 기초하여 이 판단을 행하는 것이 가능하고, 이 대신(또는 병용하여) 배기의 온도를 이용해도 된다.
단계 S406에 있어서 절연층(34)으로의 전압 인가가 불필요하다고 판단된 경우에는, 단계 S410으로 이행하여, 통상 주행 모드로 이행하고, 단계 S402로 되돌아간다. 단계 S406에 있어서 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요하다고 판단된 경우에는, 단계 S408로 이행하여, 촉매 담체(14)로의 통전을 행한다.
그 후, 단계 S402로 되돌아간다. 따라서, 차량 주행 중에 촉매 담체(14)의 온도가 저하된 경우에는, 필요에 따라 절연층(34)으로 전압 인가를 행한 후, 촉매 담체(14)로의 재통전을 행하는 것이 가능하다.
이와 같이, 제4 제어 플로우에 있어서도, 촉매 담체(14)로의 통전보다 먼저 확실히 전압 인가하므로, 전극 막대(32)끼리의 단락을 억제하여, 촉매 담체(14)로의 효율적인 통전이 가능해진다.
도 7에는, 제2 실시 형태의 촉매 컨버터 장치(72)에 있어서, 절연층(34)에 전원(48)으로부터 전압을 인가하는 경우의 제3 제어 플로우 및 제4 제어 플로우와는 다른 플로우의 예(제5 제어 플로우)가 나타내어져 있다.
이 플로우에 있어서, 제4 제어 플로우와 동일한 단계에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
제5 제어 플로우에서는, 제4 제어 플로우에 대하여, 단계 S404에 있어서의 절연층(34)으로의 전압 인가 후, 단계 S412에 있어서, 절연층(34)의 전기 저항이 소정값을 넘었는지의 여부를 판단한다. 이 판단은, 저항계(74)에 의해 검출된 절연층(34)의 전기 저항의 데이터에 기초하여 행하는 것이 가능하다.
그리고, 절연층(34)의 전기 저항이 소정값[전극 막대(32)로부터 케이스 통체(28)로의 단락을 억제하는 것이 가능한 정도의 높은 저항값]을 넘지 않은 경우에는, 단계 S404로 되돌아가고, 계속해서 절연층(34)으로의 전압 인가를 행한다. 이에 대하여, 절연층(34)의 전기 저항이 소정값을 넘은 경우에는, 단계 S406으로 이행한다. 즉, 제5 제어 플로우에서는, 절연층(34)으로의 전압 인가의 종료는, 시간에 기초하는 것이 아니라, 실제의 절연층(34)의 전기 저항에 기초하고 있다. 이 때문에, 절연층(34)의 전기 저항이 확실히 소정값을 넘은 상태에서, 촉매 담체(14)로 통전할 수 있다.
또한, 이처럼, 절연층(34)으로의 전압 인가의 종료를, 시간이 아니라, 절연층(34)의 전기 저항이 소정값을 넘은 것을 기준으로 행하는 제어를, 제4 제어 플로우에 추가해도 된다.
제2 실시 형태에 있어서, 상기에서는 절연층(34)의 전기 저항을 저항계(74)로 직접적으로 검출하는 예를 들었지만, 예를 들면, 절연층(34)의 함수율을 검출하고, 이 함수율에 기초하여[간접적으로 절연층(34)의 전기 저항을 알 수 있다], 절연층(34)으로의 전압 인가를 제어하는 것도 가능하다.
또, 제2 실시 형태의 각 플로우에 있어서, 절연층(34)으로의 전압 인가가 필요한지 여부의 판단과, 그 후의 전압 인가를, 주행 가능 상태에 관계없이 행해도 된다. 이것에 의해, 항상 절연층(34)의 결로를 억제하여, 전기 저항이 높은 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에, 주행 가능 상태가 된 직후로부터, 촉매 담체(14)로의 효율적인 통전이 가능해진다.
어느 구성에 있어서도, 촉매 담체(14)로의 통전 전에, 절연층(34)으로 전압 인가하고 있다. 이와는 반대로, 촉매 담체(14)로의 통전보다 나중에 절연층(34)으로 전압 인가하면, 절연층(34)에 부착된 액체 수분이 증발되기 전, 즉, 절연층(34)의 전기 저항이 저하된 상태에서 촉매 담체(14)로 통전될 우려가 있다. 이에 대하여, 각 제어 플로우의 방법에서는, 절연층(34)에 부착된 액체 수분을 적게 하여(바람직하게는 완전히 증발시켜) 전기 저항을 크게 한 상태에서 촉매 담체(14)로 통전시킨다. 따라서, 촉매 담체(14)로의 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 촉매 담체(14)로의 통전과 동시에, 절연층(34)으로 전압 인가하는 구성이어도, 촉매 담체(14)로의 통전 후에 절연층(34)으로 전압 인가하는 구성과 비교하면, 촉매 담체(14)로의 급전 효율은 높아질 가능성이 높다. 그러나, 촉매 담체(14)로의 통전 전에 절연층(34)으로 전압 인가하는 것이, 촉매 담체(14)로의 급전 효율 저하를 보다 확실히 억제하는 관점에서는 바람직하다.
상기한 각 제어 플로우는, 임의의 단계에 있어서, 예를 들면, 엔진의 정지나, 이그니션 키의 오프 등, 차량 주행의 가능성이 없어진 시점에서 종료된다.
상기 각 실시 형태에 있어서, 온도 센서(54)를 생략하고, 촉매 담체(14)의 온도를, 예를 들면 배기의 온도로부터 추정하도록 해도 된다. 또는, 엔진의 시동 직후에는, 일반적으로 배기의 온도가 낮아, 촉매 담체(14)의 온도도 낮다고 생각되므로, 엔진 시동 후의 일정 시간은 촉매 담체(14)로 통전하는 제어를 행해도 된다.
전원(48)으로서는, 일반적으로 차량에 탑재되어 있는 배터리(예를 들면 전압 12V 정도)를 사용하는 것이 가능하다. 단, 특히 하이브리드 차의 경우에는, 차량의 구동용 전력을 공급하는 구동용 배터리(예를 들면 전압 500V 정도)를 사용하고, 보다 높은 전압을 절연층(34)으로 인가할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
본 발명의 절연 부재로서도, 상기에서는 전극 막대(32)(전극 부재)의 주위에 배치된 절연층(34)을 예로 들었지만, 요컨대, 전극 막대(32)를 케이스 통체(28)로부터 전기적으로 절연할 수 있으면 되고, 예를 들면, 전극 장착 보스(44)와 케이스 통체(28) 사이에 절연 부재가 설치되어 있어도 된다. 또한, 절연 부재는, 2개의 전극 막대(32)의 쌍방에 대응하여 설치되어 있을 필요는 없고, 일방의 전극 막대(32)에만 대응하여 설치되어 있어도, 전극 막대(32)끼리 케이스 통체(28)를 통하여 전기적으로 단락되는 것을 억제할 수 있다. 2개의 전극 막대(32)의 쌍방에 대응하여 절연 부재를 배치하면, 절연 효과를 더 확실히 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 부재로서는, 전극 막대(32)에 더하여, 전극판(16A, 16B)이나 도선 부재(20A, 20B)를 포함시키는 것도 가능하다. 이 경우, 전극판(16A, 16B)이나 도선 부재(20A, 20B)와 케이스 통체(28) 사이에, 본 발명에 관련된 절연 부재를 배치하면 된다.

Claims (6)

  1. 배기관에 장착되어 내부에 배기가 흐르는 케이스 통체와,
    상기 케이스 통체에 설치되고, 엔진으로부터 배출되는 배기를 정화하기 위한 촉매를 담지함과 함께 통전에 의해 가열되는 촉매 담체와,
    상기 케이스 통체를 관통하고 상기 촉매 담체에 접촉되어 상기 촉매 담체로 통전하기 위한 한 쌍의 전극 부재와,
    상기 전극 부재의 적어도 일방과 상기 케이스 통체 사이에 배치되어 전극 부재를 케이스 통체로부터 절연시킴과 함께 전압 인가에 의해 발열하는 절연 부재와,
    상기 촉매 담체로의 통전 및 상기 절연 부재로의 전압 인가를 제어하는 제어 장치를 가지는 촉매 컨버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치가, 상기 촉매 담체로의 통전 이전에 상기 절연 부재로 전압 인가하는 촉매 컨버터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촉매 담체의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고,
    상기 제어 장치가, 상기 온도 검출 수단으로 검출된 상기 촉매 담체의 온도가 소정 온도 이하인 경우에 절연 부재로의 전압 인가 및 촉매 담체로의 통전을 행하는 촉매 컨버터 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연 부재의 전기 저항을 검출하는 전기 저항 검출 수단을 가지며,
    상기 제어 장치가, 상기 전기 저항 검출 수단으로 검출된 상기 절연 부재의 전기 저항이 소정값 이하인 경우에 절연 부재로 전압 인가하는 촉매 컨버터 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어 장치가, 상기 절연 부재의 전기 저항이 소정값을 넘은 경우에 촉매 담체로의 통전을 행하는 촉매 컨버터 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 촉매 담체의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고,
    상기 제어 장치가, 상기 절연 부재의 전기 저항이 소정값 이하인 경우에, 절연 부재로의 전압 인가를 행하여 전기 저항이 소정값을 초과한 후, 상기 온도 검출 수단으로 검출된 상기 촉매 담체의 온도가 소정 온도 이하인 경우에 촉매 담체로의 통전을 행하는 촉매 컨버터 장치.
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