JPH06146871A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電力で，全体を短時間に触媒活性化温度ま
で昇温することができ，高い浄化性能を発揮する，排気
ガス浄化用触媒コンバータを提供すること。 【構成】 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，上流側２０１において，
貫通穴１２を有し，貫通穴１２と端縁１１との間に電流
通路１４を有する。上流側における波板材１の端縁１１
と，平板材２の端縁２１とはその全部又は１部が接合さ
れて接合領域部４を形成している。電流通路１４に加熱
用電流を流し加熱する。これにより，まず上流側が昇温
し，触媒反応が生じて更に昇温する。そのため，次々と
下流側も昇温していき，同様に触媒反応が生じ，全体が
短時間に昇温され，早期に高い浄化性能を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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，ＮＯ，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】

【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。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を提供しようと
するものである。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は，エンジンの排気ガス浄化
用の触媒コンバータであって，該触媒コンバータは連続
して折曲成形された金属製の波板材と，平坦な帯状をな
す金属製の平板材とを交互に重ねてガス流路を形成して
なる本体と，該本体の外周に設けた外筒とよりなり，上
記波板材は，排気ガスの上流側において，その幅方向の
端縁近くに波板材の長手方向に沿った貫通穴を有すると
共に，該貫通穴と上記端縁との間に電流通路を形成して
おり，また，波板材と平板材との対面部分には，上記電
流通路よりも内側に電気絶縁層を有し，かつ，上記上流
側における波板材の端縁と平板材の端縁とはその全部又
は一部が接合されて接合領域部を形成し，上記接合領域
部と上記外筒との間には上記上流側を加熱するための加
熱用電源を介設したことを特徴とする排気ガス浄化用触
媒コンバータにある。

【０００６】本発明において，最も注目すべきことは，
波板材と平板材とにより構成した触媒コンバータの上流
側において，幅方向の端縁近くに波板材に対して上記貫
通穴及び電流通路を形成し，また該電流通路よりも内側
には波板材と平板材との間を絶縁する電気絶縁層を設
け，また波板材と平板材の上記端縁はその全部又は一部
を電気的に接合して，加熱用の接合領域部を形成したこ
とである。

【０００７】上記波板材は，例えばステンレス鋼により
凹凸状に成形された金属板等を用いる。一方，平板材
は，平坦状で，例えばステンレス鋼を用いた金属板等を
用いる。上記電気絶縁層は，上記波板材と平板材との間
に形成するが，アルミナ粉末，ジルコニア粉末等の絶縁
粉末を平板材の表面に焼付けることにより形成すること
が好ましい。これにより，電気絶縁層の形成が容易であ
る。

【０００８】上記絶縁粉末の焼付けは，上記平板材上に
アルミナスラリー，アルミナゾル等の絶縁材料を塗布
し，高温で加熱焼付けることにより行う。また，上記電
気絶縁層は，両者の間に空隙部を設けることによっても
形成できる。かかる空隙部は，波板材と平板材とを巻回
する際には，両者間に紙を介在させておき，巻回後この
紙を加熱焼失させることによっても形成できる。

【０００９】上記波板材と平板材とは，例えば，交互に
重ねて巻回することによりハニカム状（図１）とする。
これにより，両者の間に排気ガスのガス流路が形成され
る。波板材と平板材とは，触媒担体であり，ガス流路に
面する表面には，排気ガス浄化用の触媒が担持される。
波板材と平板材とにより形成された本体には，その外周
に，ガス流路に沿った外筒を設ける。

【００１０】また，波板材には，排気ガスの上流側にお
いて，その幅方向の端縁近くに貫通穴を設ける。該貫通
穴と波板材の端縁との間には，加熱用電流を流すための
電流通路を形成する。貫通穴は，波板材の長手方向に沿
って，間欠的に設ける（図１）。上記電流通路の幅，即
ち貫通穴と波板材の端縁との間の間隔は，０．１〜０．
５ｍｍ設けることが好ましい。０．１ｍｍ未満では加熱
時溶損の問題があり，一方０．５ｍｍを越えると加熱時
の昇温速度が鈍るという問題を生ずるおそれがある。

【００１１】上記電流通路よりも内側，即ち下流側に
は，波板材と平板材との間を電気的に絶縁する，前記電
気絶縁層を設ける。また，上記上流側においては，波板
材及び平板材の端縁が互いに電気的に接続されて接合領
域部を形成している。該接合領域部は，上流側の全面で
あっても，例えば十文字状等の一部分（図１，図８）で
あっても良く，触媒コンバータにおける所望加熱状態に
応じて形成する。

【００１２】上記接合領域部と上記外筒との間には，上
記電流通路に加熱用電流を通ずるための加熱用電源を介
設する。また，上記接合領域部形成における接合は，波
板材又は平板材のいずれか一方に小突起を設け（図６，
図１１），該小突起を介して両者を接合することが好ま
しい。

【００１３】これにより，両者の接触面積を大きくする
ことができ，両者の電気的接合が容易になる。また，エ
ンジン振動に対する耐震性，厳しい冷熱サイクルに対す
る接合耐久性が向上する。また，接合領域部における接
合は，放電溶接，レーザ溶接，ろう付け等により行う。
上記のごとく構成した触媒コンバータは，エンジンの排
気ガス通路に配設する。

【００１４】

【作用及び効果】本発明の触媒コンバータにおいては，
エンジン始動と同時に接合領域部と外筒との間に加熱用
電流を印加する。また，エンジン始動と共にその排気ガ
スが触媒コンバータに流入する。そして，上記電流は接
合領域部において波板材と平板材を通って流れる。ここ
に，波板材においては，上記貫通穴と端縁との間に電流
通路が設けられ，該電流通路の内側は平板材との間に電
気絶縁層が設けてある。それ故，波板材においては電流
は電流通路のみを流れる。

【００１５】そのため，電流通路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。それ故，触媒コ
ンバータの上流側が早期に触媒活性化温度に到達し，更
に触媒反応熱によって昇温する。その結果，下流側は，
上流側の熱によって次々と短時間に加熱され，更に上記
上流側と同様に触媒反応熱によっても加熱され昇温す
る。

【００１６】したがって，触媒コンバータ全体を短時間
に触媒活性化温度まで昇温することができる。また，そ
のため，エンジン始動時より，早期に優れた排気ガス浄
化能力を発揮することができる。また，上記の加熱用電
流は，貫通穴と端縁との間の狭い電流通路に流すのみで
良いため，低電力で済む。以上のごとく，本発明によれ
ば，低電力で全体を短時間に触媒活性化温度まで昇温す
ることができ，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を提供することができ
る。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる排気ガス浄化用触媒コンバータ
につき，図１〜図５を用いて説明する。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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】以下，これを詳しく説明する。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。

【００２１】一方，平板材２は，平坦な，厚み０．０５
ｍｍ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。

【００２２】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。

【００２３】上記の接合は，放電溶接により行っている
（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４６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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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，上記電流は狭
い通路の電流通路１４のみを流れることになる。それ
故，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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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１１
近傍における強度が高い。また，触媒コンバータ１００
をエンジン５１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。

【００３０】実施例２ 本例の触媒コンバータは，図６，図７に示すごとく，波
板材１と平板材２との，端縁１１，２１における接合に
関して，波板材１に小突起１３を設けたものである。上
記小突起１３は，波板材１の端縁１１に，四角溝状に設
けてある。

【００３１】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，実施例１と同様である。

【００３２】本例においては，上記小突起１３の背面１
３１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。なお，上記小突起１３
は，平板材２に設けることもできる。その他，実施例１
と同様の効果を得ることができる。

【００３３】実施例３ 本例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。上記接合領域部４においては，図９，図１１
に示すごとく，実施例２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２
１とを，接合部４１により接合している。

【００３４】また，接合領域部４以外の部分では，図１
０，図１１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１
１を貫通穴１２よりも上方において切り欠いた切欠き部
１６を有している。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２６を有して
いる（図１１）。

【００３５】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。その後，上記接合領域部４以外の部分の小突起１
３及びこれと溶接されている平板材２の端縁とを焼切
る。これにより上記切欠き部１６，２６が形成される。

【００３６】本例においては，中心電極２９より８方向
に伸びる接合領域部４を形成している。そのため，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
を防止できる。そのため，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。また，実施例１と同様の効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の触媒コンバータの一部切欠き斜視
図。

【図２】実施例１の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】実施例１における，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】実施例１の触媒コンバータの使用説明図。

【図６】実施例２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】実施例２の波板材と平板材との接合部分の説明
図。

【図８】実施例３の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】実施例３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.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/20 ＺＡＢ Ｋ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバ
   ータであって，該触媒コンバータは連続して折曲成形さ
   れた金属製の波板材と，平坦な帯状をなす金属製の平板
   材とを交互に重ねてガス流路を形成してなる本体と，該
   本体の外周に設けた外筒とよりなり，上記波板材は，排
   気ガスの上流側において，その幅方向の端縁近くに波板
   材の長手方向に沿った貫通穴を有すると共に，該貫通穴
   と上記端縁との間に電流通路を形成しており，また，波
   板材と平板材との対面部分には，上記電流通路よりも内
   側に電気絶縁層を有し，かつ，上記上流側における波板
   材の端縁と平板材の端縁とはその全部又は一部が接合さ
   れて接合領域部を形成し，上記接合領域部と上記外筒と
   の間には上記上流側を加熱するための加熱用電源を介設
   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】 請求項１において，接合領域部における
   接合は，波板材又は平板材のいずれか一方に小突起を設
   けることにより形成していることを特徴とする排気ガス
   浄化用触媒コンバータ。