JPH05248233A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケーシングと電極との絶縁を確実且つ低コス
トにて実現し得る電気的に加熱する形式の排気ガス浄化
用触媒コンバータを提供する。 【構成】 基端部が触媒ユニット１７の一端側に接続す
ると共に先端側が絶縁保持層１８及び電極通し穴３５を
貫通してケーシング１４の外側に導かれる電極２７と、
この電極２７が貫通し且つケーシング１４の内側から電
極通し穴３５に差し込まれる中空ボルト３１と、ケーシ
ング１４の外側から中空ボルト３１にねじ込まれてこの
中空ボルト３１とで電極通し穴３５の周囲のケーシング
１４を挟み込むロックナット３３と、このロックナット
３３及び中空ボルト３１とケーシング１４との間にそれ
ぞれ介装される電気絶縁性の座金３６と、電極通し穴３
５と中空ボルト３１との間に介装される電気絶縁性の環
状部材３７とを具えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の冷態始動時
等の際に予め電気的に加熱して活性化させるようにした
排気ガス浄化用の触媒コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンや軽油等の化石燃料を使用する
内燃機関から排出される燃焼ガス（以下、これを排ガス
と呼称する）中には、炭化水素や窒素酸化物等の有害物
質が含まれていることが多く、この排ガスをそのまま大
気中に放出することは種々の点で問題がある。

【０００３】このようなことから、炭化水素の燃焼によ
る浄化を促進させたり、窒素酸化物の還元を促進させる
ことにより、これらの有害物質を無害化する三元触媒を
用いた排気ガス浄化装置が開発され、実用に供されてい
ることは周知の通りである。つまり、この三元触媒が担
持された触媒コンバータを内燃機関の排ガス通路の途中
に組み込み、これら有害物質が触媒コンバータを通過す
る間に無害化された状態となり、大気中に放出されるよ
うにしている。

【０００４】ところが、従来の触媒コンバータの三元触
媒は、その温度によって有害物質の酸化還元反応を促進
させる触媒能力に極端な相違があり、機関の冷態始動後
の未活性な状態では、炭化水素の浄化を充分促進させる
ことができなかった。

【０００５】そこで、三元触媒が担持された触媒コンバ
ータ（以下、主触媒コンバータと呼称する）よりも上流
側の排気通路の途中に、酸化触媒が担持された副触媒コ
ンバータを組み込み、主触媒コンバータの三元触媒が未
活性な状態の場合に、この副触媒コンバータを電気的に
加熱して酸化触媒を活性化させ、炭化水素の浄化を促進
させるようにした排気ガス浄化装置が開発されるに至っ
ている。

【０００６】このような副触媒コンバータを組み込んだ
排気ガス浄化装置の概念を表す図１０に示すように、三
元触媒を担持する触媒コンバータ１よりも上流側の排気
通路２の途中には、酸化触媒を担持した副触媒コンバー
タ３が設けられ、この副触媒コンバータ３には図示しな
いイグニッションキースイッチの操作に連動する触媒用
スイッチ４を介して電源５が接続している。つまり、機
関６の冷態始動時には触媒用スイッチ４が入って電源５
からの電流が副触媒コンバータ３に流れ、この副触媒コ
ンバータ３の酸化触媒が活性化温度まで加熱された後、
機関６が実際に始動して排気通路２内を流れる排気ガス
中に含まれる炭化水素の浄化を行い、主触媒コンバータ
１の三元触媒が活性化温度に達した時点で、触媒用スイ
ッチ４が切れて副触媒コンバータ３に対する通電を中止
するようにしている。

【０００７】このため、副触媒コンバータ３の酸化触媒
を迅速に活性化させる必要上、大容量の電源５が必要と
なり、副触媒コンバータ３のケーシングと電極との電気
的な絶縁を確実に行わなければならない。

【０００８】そこで、従来ではケーシングの電極通し穴
を段付きに形成し、セラミックス等で形成された段付き
の絶縁スリーブをこの電極通し穴に差し込み、電極が貫
通する絶縁スリーブをかしめ加工によりケーシングに対
して固定するようにしたものが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】酸化触媒と三元触媒と
を用いた図１０に示す排気ガス浄化装置における従来の
副触媒コンバータ３のケーシングと電極との絶縁構造の
場合、製造コストが嵩む段付きの絶縁スリーブが必要と
なる他、かしめ加工等を行って絶縁スリーブをケーシン
グに対して固定する必要があり、全体的な製造コストが
嵩む欠点がある。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、ケーシングと電極との絶縁を
確実且つ低コストにて実現し得る電気的に加熱する形式
の排気ガス浄化用触媒コンバータを提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による排気ガス浄
化用触媒コンバータは、内燃機関からの排気ガスを導く
多数の反応通路が相互に平行に形成された導電性の担体
と前記反応通路内の前記担体表面に固定された触媒とを
有する触媒ユニットと、この触媒ユニットを絶縁保持層
を介して取り囲むケーシングと、このケーシングに形成
された電極通し穴と、基端部が前記触媒ユニットの一端
側に接続すると共に先端側が前記絶縁保持層及び前記電
極通し穴を貫通して前記ケーシングの外側に導かれる電
極と、この電極が貫通し且つ前記ケーシングの内側から
前記電極通し穴に差し込まれる中空ボルトと、この中空
ボルトと前記電極との隙間をシールする封止手段と、前
記ケーシングの外側から前記中空ボルトにねじ込まれて
この中空ボルトとで前記電極通し穴の周囲の前記ケーシ
ングを挟み込むロックナットと、このロックナット及び
前記中空ボルトと前記ケーシングとの間にそれぞれ介装
される電気絶縁性の座金と、前記電極通し穴と前記中空
ボルトとの間に介装される電気絶縁性の環状部材とを具
えたものである。

【００１２】

【作用】電源から電極を介して触媒コンバータに電流を
流すと、この電流は触媒ユニットを流れ、この時の触媒
ユニットを構成する担体の電気抵抗により、触媒ユニッ
トが発熱して触媒の活性化がなされる。

【００１３】又、ケーシングの内側から電極通し穴に差
し込まれる中空ボルトと、ケーシングの外側から中空ボ
ルトにねじ込まれるロックナットとで電極通し穴の周囲
が挟み込まれ、ケーシングに対する中空ボルトの固定が
なされる。そして、電極は中空ボルトを貫通した状態で
中空ボルトに保持される。ケーシングと中空ボルト及び
ロックナットとの間には、電気絶縁性の座金及び環状部
材が介装され、ケーシングと電極とを電気的に絶縁して
いる。

【００１４】

【実施例】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータ
を図１０に示す従来の排気ガス浄化装置に応用した一実
施例の外観を表す図１及びそのII−II矢視断面構造を表
す図２及びその電極部分の拡大断面構造を表す図３に示
すように、車体の一部を構成するフロアパネル１１の中
央部に形成されたフロアトンネル１２内に収納される副
触媒コンバータ１３は、最終的にシーム溶接される左右
二分割構造のケーシング１４を有し、このケーシング１
４の両端部には、図１０に示す機関６の燃焼室７に連通
する排気マニホールド８の出口側に連結される接続フラ
ンジ１５と、図１０に示すように途中に三元触媒が担持
される主触媒コンバータ１を介装した排気管９の入口側
に連結される接続フランジ１６とが形成されている。

【００１５】ＳＵＳ４１０等で形成されるケーシング１
４内には、車体の幅方向（図２中、左右方向）に沿って
一定間隔で配列する多数の触媒ユニット１７と、これら
触媒ユニット１７とケーシング１４との間に介装される
サポータ１８と、配列方向に沿って隣接する触媒ユニッ
ト１７の間に介装されるシート状のスペーサ１９とが収
納されている。

【００１６】図示しないコルゲータ等を用いて製造され
る触媒ユニット１７は、それぞれ複数枚の平板部材２０
と波板部材２１とを交互に積層して多数の反応通路２２
を形成したものであり、担体を構成するこれら平板部材
２０や波板部材２１は４０〜５０μｍの厚さの鉄−クロ
ム−アルミニウム系等の耐熱合金にて形成され、これら
の当接部分はニッケル−クロム系のろう材を介して一体
的に接合される。又、担体となるこれら平板部材２０及
び波板部材２１の表面には、図示しない白金やパラジウ
ム等の酸化触媒が担持され、機関６の燃焼室７から排出
される排気ガス中の有害な炭化水素等の未燃成分の酸化
反応が、反応通路２２内を通過する間に酸化触媒により
促進されて無害化されるのである。

【００１７】本実施例では、触媒ユニット１７をコルゲ
ータ等により連続的な帯状に製造し、一定長さ毎にジグ
ザグ状に折り返すことにより、触媒ユニット１７を多段
化している。

【００１８】本発明のユニット接続手段を構成するこの
折り返し部２３の製造手順を表す図４〜図６に示すよう
に、帯状をなす触媒ユニット１７の折り返し部２３を一
対のダイス２４とパンチ２５とにより押しつぶし（図４
参照）、塑性変形したこの折り返し部２３のダイス２４
側に心金２６を沿わせ（図５参照）、この心金２６を境
に触媒ユニット１７の先端側を心金２６に沿って１８０
度曲げた後（図６参照）、心金２６を抜き外すことによ
り折り返し部２３を形成している。

【００１９】なお、心金２６を触媒ユニット１７の折り
返し部２３に対してそのまま一体的に接合するようにし
ても良く、複数の矩形状に形成した複数の触媒ユニット
１７の端部を金属製の板材を介して接合し、この板材を
ユニット接続手段として機能させることも当然可能であ
る。

【００２０】本発明の絶縁保持層である前記サポータ１
８は、米国スリーエム社製のインタラム・マット等如き
の断熱性と電気絶縁性とを兼ね具えた無機質系の緩衝材
であり、触媒ユニット１７をケーシング１４内に安定し
て保持するものである。

【００２１】又、隣接する触媒ユニット１７の間にそれ
ぞれ挾まれる前記スペーサ１９は、触媒ユニット１７を
一定間隔に保持すると共に隣接する触媒ユニット１７が
折り返し部２３を介することなく電気的に短絡するのを
防止するものであり、電気絶縁性を有するセラミック系
の触媒担体として用いられるコーデュライト等にて形成
される。

【００２２】サポータ１８及びケーシング１４を貫通し
てケーシング１４の下端部の左右両側から突出する一対
の電極２７の基端には、反応通路２２と平行に延びる電
極連結棒２８の中央部が一体的に接合されており、この
電極連結棒２８の長手方向に沿って当該電極連結棒２８
に形成された連結溝２９には、ケーシング１４の左右両
側に位置する触媒ユニット１７の下端部にそれぞれプレ
ス加工により形成した連結部３０が差し込まれ、図示し
ないろう材を介して電極連結棒２８に一体的に接合され
ている。

【００２３】電極２７が貫通し且つケーシング１４に係
止する中空ボルト３１には、座金３２を介してロックナ
ット３３がねじ込まれ、これら電極２７及び中空ボルト
３１及びロックナット３３は溶接部３４にて相互にシー
ル溶接され、ケーシング１４の内部を確実に封止してい
る。これら電極２７,電極連結棒２８,中空ボルト３１,
座金３２,ロックナット３３等は耐熱性の良好なニッケ
ル等で形成されており、中空ボルト３１が貫通するケー
シング１４の電極通し穴３５の周囲には、人造マイカや
セラミックス等にて形成された一対のシール座金３６及
び絶縁環３７が介装されている。つまり、ケーシング１
４の内側及び外側を電気絶縁性を有するシール座金３６
及び絶縁環３７を介して中空ボルト３１とロックナット
３３とで挾み込むことにより、電極２７がケーシング１
４に対して固定された状態となっている。

【００２４】なお、電極２７の先端部には、この電極２
７にねじ込まれる一対のつば付きナット３８により図１
０に示す電源５に接続する端子３９が固定されており、
ケーシング１４の下流側には触媒ユニット１７の温度を
検出する熱電対等を利用した温度センサ４０が設けられ
ている。

【００２５】従って、イグニッションキーをオンにした
状態で温度センサ４０からの検出信号が例えば３００℃
未満である、即ち副触媒コンバータ１３の酸化触媒が活
性化していないと図示しない電子制御ユニットが判断し
た場合、電源５からの電流が端子３９を介して電極２７
に供給され、車体の幅方向一端側の触媒ユニット１７か
ら他端側の触媒ユニット１７へジグザグ状に電流が流
れ、この触媒ユニット１７が発熱して酸化触媒を活性化
させる。そして、温度センサ４０からの検出信号が例え
ば３００℃以上である、即ち副触媒コンバータ１３の酸
化触媒が既に活性化していると前記電子制御ユニットが
判断した場合、機関６を始動して排気ガス中の未燃成分
をこの副触媒コンバータ１３にて燃やし、次いで主触媒
コンバータ１の三元触媒が活性化した時点で、副触媒コ
ンバータ１３に対する通電を停止し、主として主触媒コ
ンバータ１により排気ガスの浄化を行うようにする。

【００２６】前記主触媒コンバータ１の三元触媒の活性
化は、主触媒コンバータ１に温度センサを組み込んで判
断するか、或いは活性化までの時間を予め予測して副触
媒コンバータ１３に対する通電時間をタイマにより制御
すると良い。

【００２７】この場合、副触媒コンバータ１３の担体の
電流通路長を非常に長くすることができるため、副触媒
コンバータ１３に対する供給電圧を上げることにより、
電源５の容量を変えずとも絶対的な発熱量を増大させる
ことができ、短時間のうちに酸化触媒を活性化させるこ
とが可能となる。

【００２８】なお、本実施例では端子３９を電極２７の
先端部に直接ねじ止めするようにしたが、中空ボルト３
１の軸部を長尺化してここに端子３９をねじ止めするこ
とも可能である。

【００２９】このような本発明による排気ガス浄化用触
媒コンバータの他の一実施例における主要部の断面構造
を表す図７に示すように、電極２７が差し込まれ且つケ
ーシング１４に係止する中空ボルト３１には、座金３２
を介してロックナット３３がねじ込まれている。これら
中空ボルト３１とロックナット３３とは、溶接部４１に
て相互にシール溶接され、電極２７の先端部及び中空ボ
ルト３１の先端部も溶接部４２により相互にシール溶接
され、ケーシング１４の内部を確実に封止している。

【００３０】前記中空ボルト３１の先端部には、この中
空ボルト３１にねじ込まれる一対のつば付きナット３８
により図１０に示す電源５に接続する端子３９が固定さ
れており、本実施例では電極２７の外径よりも太い中空
ボルト３１につば付きナット３８をねじ込むようにした
ので、端子３９に対する締め付け固定力を図１〜図６に
示した先の実施例よりも強力に設定することができる。
又、つば付きナット３８のねじ径を先の実施例と同一に
設定した場合には、中空ボルト３１やロックナット３３
のねじ径を先の実施例よりも小さく設定することが可能
となるため、先の実施例よりもこれら中空ボルト３１,
ロックナット３３の周囲の部分のコンパクト化を達成し
得る。

【００３１】上述した二つの実施例では、電極２７と中
空ボルト３１とをシール溶接するようにしたが、これら
の間にシール材を介装することによってもケーシング１
４内を封止することが可能であり、このような本発明に
よる排気ガス浄化用触媒コンバータの更に別な一実施例
における主要部の断面構造を表す図８に示すように、電
極２７が貫通し且つケーシング１４に係止する中空ボル
ト３１には、座金３２を介してロックナット３３がねじ
込まれている。

【００３２】これら中空ボルト３１とロックナット３３
とは溶接部４３にて相互にシール溶接されており、中空
ボルト３１の内周には、電極２７の基端側の外周面に緊
密に当接するシールリング４４が本発明の封止手段とし
て嵌着されている。このシールリング４４として、例え
ば熱膨張率が比較的大きな前述のインタラム・マット等
の他に、シールリング４４を電極２７の外周面に付勢す
るバックアップリングを組み込んだ場合には、石綿やカ
ーボングラファイト或いはセラミックスファイバ等を採
用することができ、これら溶接部４３及びシールリング
４４によってケーシング１４の内部が確実に封止され
る。

【００３３】又、本発明における封止手段の別な一実施
例の断面構造を表す図９に示すように、シール性の向上
を狙って電極２７の外周面と当接する内周側にカーボン
グラファイトやセラミックス等のシール層４５が形成さ
れたベローズ状をなすシールばね４６を中空ボルト３１
の内周側に装着することも有効である。

【００３４】なお、図７〜び図９中の符号で図１〜図６
に示した実施例と同一機能の部材には、これと同一の符
号を記してある。

【００３５】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用触媒コンバータ
によると、電極が貫通する中空ボルトをケーシングの内
側から電極通し穴に差し込み、この中空ボルトと当該中
空ボルトにねじ込まれるロックナットとで電極通し穴の
周囲のケーシングを挟み込み、これらロックナット及び
中空ボルトとケーシングとの間に電気絶縁性の座金及び
環状部材をそれぞれ介装するようにしたので、かしめ加
工等を行うためにケーシングを複雑な形状に加工する必
要がなくなり、又、特殊な段付きの電気絶縁部材が不要
となり、製造コストを従来のものよりも削減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータを
図９に示す従来の排気ガス浄化装置に応用した一実施例
の概略構造を表す概念図である。

【図２】そのII−II矢視断面図である。

【図３】その電極の部分を抽出した拡大断面図である。

【図４】図５及び図６と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図５】図４及び図６と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図６】図４及び図５と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図７】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータの
他の一実施例の概略構造を表す断面図である。

【図８】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータの
別な一実施例の概略構造を表す断面図である。

【図９】封止手段の更に別な一実施例の概略構造を表す
断面図である。

【図１０】本発明の対象となった排気ガス浄化装置の一
例を表す概念図である。

【符号の説明】

１１はフロアパネル、１２はフロアトンネル、１３は副
触媒コンバータ、１４はケーシング、１５は接続フラン
ジ、１６も接続フランジ、１７は触媒ユニット、１８は
サポータ、１９はスペーサ、２０は平板部材、２１は波
板部材、２２は反応通路、２３は折り返し部、２４はダ
イス、２５はパンチ、２６は心金、２７は電極、２８は
電極連結棒、２９は連結溝、３０は連結部、３１は中空
ボルト、３２は座金、３３はロックナット、３４は溶接
部、３５は電極通し穴、３６はシール座金、３７は絶縁
環、３８はつば付きナット、３９は端子、４０は温度セ
ンサ、４１は溶接部、４２,４３も溶接部、４４はシー
ルリング、４５はシール層、４６はシールばねである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１ Ｓ (72)発明者 谷田 哲也 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 自動車エンジニアリング株式会社京都事業 所内 (72)発明者 石田 秀一 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 自動車エンジニアリング株式会社京都事業 所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関からの排気ガスを導く多数の反
   応通路が相互に平行に形成された導電性の担体と前記反
   応通路内の前記担体表面に固定された触媒とを有する触
   媒ユニットと、この触媒ユニットを絶縁保持層を介して
   取り囲むケーシングと、このケーシングに形成された電
   極通し穴と、基端部が前記触媒ユニットの一端側に接続
   すると共に先端側が前記絶縁保持層及び前記電極通し穴
   を貫通して前記ケーシングの外側に導かれる電極と、こ
   の電極が貫通し且つ前記ケーシングの内側から前記電極
   通し穴に差し込まれる中空ボルトと、この中空ボルトと
   前記電極との隙間をシールする封止手段と、前記ケーシ
   ングの外側から前記中空ボルトにねじ込まれてこの中空
   ボルトとで前記電極通し穴の周囲の前記ケーシングを挟
   み込むロックナットと、このロックナット及び前記中空
   ボルトと前記ケーシングとの間にそれぞれ介装される電
   気絶縁性の座金と、前記電極通し穴と前記中空ボルトと
   の間に介装される電気絶縁性の環状部材とを具えた排気
   ガス浄化用触媒コンバータ。
2. 【請求項２】 封止手段がシール溶接であることを特徴
   とする請求項１に記載した排気ガス浄化用触媒コンバー
   タ。
3. 【請求項３】 封止手段が中空ボルトと前記電極との間
   に介装されるシールリングであることを特徴とする請求
   項１に記載した排気ガス浄化用触媒コンバータ。