JPH08224443A - 電気加熱触媒装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒装置の中央部位から外周部位の全域にわ
たって温度上昇速度が上昇せしめられることにより、触
媒の活性化が迅速化され、エンジンの始動時に敏速に対
応して触媒による排気ガスの浄化作用が可能となる電気
加熱触媒装置を提供する。 【構成】 電気加熱触媒装置において、前記供給電流の
単位長さ当たりの抵抗値が中央部ほど大きくなるように
構成し、触媒装置の中央部位における発熱量を外周部位
よりも大きくする。そしてこのような電気抵抗値を変化
させる構成として、前記担体を構成する層板における平
板状帯部材と波板状帯部材との層の数を中央部位になる
程少なく設定してもよく、又前記担体を構成する層板に
おける波板状帯部材の波板ピッチを中央部位になる程密
に設定してもよく、更には前記帯部材の肉厚を変化させ
て構成する事も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気通路中
に設けられ、電熱により担体を加熱する電気加熱触媒装
置に係り、特に平板状帯部材と波板状帯部材とを交互に
備えた一又は複数の層板を螺旋状に巻回され、電極を介
して供給される電流により発熱する担体を含む電気加熱
触媒装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンにおいて、エンジンの
始動直後に排出される未燃炭化水素等の有害物質を低減
するため、エンジンの始動直後に触媒を急速に加熱する
電気加熱触媒装置が提供されている。

【０００３】図４に、かかる電気加熱触媒装置を備えた
自動車用エンジンの１例を示す。同図において、０１は
エンジン、０２はエンジンの燃焼室、０３は排気通路、
０４はマフラ、１０は前記燃焼室０２とマフラ０４との
間の排気通路０３中に設けられた電気加熱触媒装置であ
る。

【０００４】前記電気加熱触媒装置１０は、触媒が担持
され発熱体である担体１７に、スイッチ１２を介してバ
ッテリ電源１３から電圧を印加して担体を急速に加熱
し、担体１７に担持された触媒を活性化させ、燃焼室０
２から排出される排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ
Ｃ（炭化水素）等の有害物質を除去するものである。

【０００５】図５に自動車用エンジンに使用される電気
加熱触媒装置の従来の１例を示す。同図において、１５
ａ、１５ｂはコーディライトや耐熱合金からなる内側、
外側基筒、３１は両基筒１５ａ、１５ｂ間に介装された
断熱材、１６は外周部に設けられた電極であり、該電極
１６は、スイッチ１２を介してバッテリ電源１３に接続
されている。

【０００６】１７は基筒１５ａ、１５ｂ内に収納された
発熱体からなる担体であり、該担体１７は、後記する平
板状帯部材と波板状帯部材とを積層して多層化してなる
多層板を螺旋状に巻回して形成され、外周部に前記電極
１６が接続されているとともに、該層板の表面にパラジ
ューム、白金、白金ロジウム等の貴金属からなる触媒が
担持されている。１８は担体１７間に形成される排気ガ
ス通路である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて図４に示されるよ
うな自動車用エンジンでは、排気通路０３を構成する排
気管内を流れる排気ガスの流量は、流体摩擦の原理から
も排気管の中央部で多く外周部で少なくなっており、従
って前記担体１０内を流れる際にも中央部位で多く、周
縁側で少ない流量となる。

【０００８】然るに、図５に示す従来の触媒装置を構成
する担体にあっては、平板状帯部材と波板状帯部材から
なる１又は複数層の層板を螺旋状に巻回して内周部から
外周部に亘る全域で均一な層厚の多層構造に形成され
る。従ってかかる装置にあっては、触媒を担持する担体
１７の厚さが均一であるため、中央部位から周縁側まで
抵抗は同一となり、このため電極１６からの通電による
発熱量も中央、周縁側とも同一である。

【０００９】従って、前記のように中央部位の排気ガス
流量が周縁側よりも多いため、中央部位での触媒担体の
発熱量は、周縁側よりも大きいことが要求されるが、従
来のものにあっては中央、周縁側において発熱量が略同
一であるため、後記に示すように中央部位での温度上昇
が迅速でなく、また、周縁側の加熱効率も低い。従って
触媒装置全体の温度上昇速度が小さく、立ち上げ時（エ
ンジン始動時）の触媒の活性化が遅れ気味にならざるを
得ない。

【００１０】本発明の目的は、触媒装置の中央部位から
周縁側の全域にわたって温度上昇速度が均等に上昇せし
められることにより、更には中央側の温度上昇触媒の活
性化が迅速化され、エンジンの始動時に敏速に対応して
触媒による排気ガスの浄化作用が可能となる電気加熱触
媒装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気通路に設けられ、平板状帯部材と波板状帯部材とを交
互に備えた一又は複数の層板を螺旋状に巻回され、電極
を介して供給される電流により発熱する担体からなる電
機加熱触媒装置に適用されるもので、その特徴とすると
ころは、前記担体を構成する層板における平板状帯部材
と波板状帯部材との層の数を中央部位になる程少なく設
定して、前記担体に供給される電流の単位長さ当たりの
電気抵抗値が、担体周縁側に比して中央部位が大きくな
るように構成したことにある。

【００１２】尚、本発明の場合、周縁側から中央部位に
至る排気ガスの流量分布に対し、周縁側から中央部位に
至る担体における層板の電気抵抗分布を凸に設定し、単
位流量当たりの発熱量を中央部位側の方を大に設定する
のがよい。

【００１３】

【作用】図６に基づいて本発明の作用を説明する。担体
内では、周縁側から中央部位に至る排気ガスの流量分布
は上に凸の凸型二次曲線となる。これに対し、（Ａ）に
示すように従来技術では周縁側から中央部位に至る担体
における層板の電気抵抗分布は水平直線状の為に、単位
流量当たりの発熱量は中央部位側の方が小の下に凸の凹
型二次曲線となる。従って中央部位での温度上昇が遅延
化し、また周縁側の加熱効率も低い為に、触媒装置全体
の温度上昇速度が小さく、立ち上げ時（エンジン始動
時）の触媒の活性化が遅れ気味にならざるを得ない。

【００１４】一方本発明では（Ｂ）に示すように周縁側
から中央部位に至る担体における層板の電気抵抗分布
を、排気ガスの流量分布に対応させた凸型二次曲線とす
る事により、言換えれば周縁側に比して中央部位の抵抗
値が大きくなるように構成することにより、前記流量分
布に対応して中央部位の発熱量が周縁側よりも大きくな
る。

【００１５】一方この結果前記（Ｂ）では単位流量当た
りの発熱量が中央部位〜周縁側に向けてバランスさせる
ことが出来、中央部位での温度上昇と周縁側の温度上昇
がバランスし、担体の電気加熱及び排気ガスによる加熱
の相乗効果により迅速に行なわれ、エンジン始動時の触
媒の活性化が速やかに行う事が出来る。

【００１６】更に、同図（Ｃ）に示すように、周縁側か
ら中央部位に至る排気ガスの流量分布に対し、周縁側か
ら中央部位に至る担体における層板の電気抵抗分布を凸
に設定し、単位流量当たりの発熱量を中央部位側の方を
大に設定することにより、排気ガスの流量が多い中央部
位での担体の温度上昇が周縁側よりはやくなり、この結
果中央側より触媒活性化が一層速やかに始り、そしてこ
の中央側が基点となって周縁側の触媒の活性化にも波及
し、中央部位から周縁側に亘る全域においてエンジンの
始動に対して触媒が敏速に反応し、排気ガスの浄化効率
が向上する。

【００１７】本発明に類似する技術として、発熱体に渦
巻きフォイルを用いたハニカム型の電気加熱触媒装置に
おいて、前記フォイルの板厚を周縁側に比して中央側を
薄肉にした技術（特開平６ー３３７４６）が提示されて
いるが、かかる技術における担体はコージライトを主成
分とするセラミック粘土を押出し成型により成型するも
のであるために、薄肉な中央部に強度不足が生じやすい
が、本発明は層板を螺旋状に巻回して製造するものであ
り、而も平板状帯部材と波板状帯部材との層の数を中央
部位になる程少なくするだけで強度的には何等不安はな
く、この点において前記従来技術との有為性を有す。

【００１８】又、本発明によれば前記担体を構成する層
板における平板状帯部材と波板状帯部材との層の数を中
央部位になる程少なく設定しただけで、担体の直径等に
は何等改変させていないために、既存の装置への適用が
容易である。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜６を参照して本発明の実施例に
つき詳しく説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特
に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれの
みに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図
１には、本発明の実施例に係る電気加熱触媒装置の排気
ガス流路に直角方向の断面図が示され、図２、図３には
担体の形状及び製造プロセスを説明するための外観図が
示されている。図１〜図３において、１５ａ、１５ｂは
コーディライトや耐熱合金からなる筒状の内側基筒と外
側基筒、３１は前記内、外側基筒１５ａ、１５ｂ間に介
装された断熱材、１６、１６は外周部に設けられた電極
である。該電極１６、１６は、図４に示すようにスイッ
チ１２を介してバッテリ電源１３に接続されている。

【００２０】２５は基筒１５ａ、１５ｂ内に収納された
担体であり、平板状帯部材と波板状帯部材とを交互に備
えた後記に示す層板２０を螺旋状に巻回して構成され、
該層板２０の表面には、白金、白金ロジウム等の貴金属
からなる触媒２４が担持されている。１８は層板間に形
成される排気ガス通路である。かかる構成は前記図５に
示す従来技術と同様である。

【００２１】図２及び図３に、前記層板２０及び担体２
５の詳細及び製造過程を示す。前記担体２５を構成する
層板２０は、図２に示すように、両外側の絶縁性平板状
帯部材２１ｂの間に４枚の導電性平板状帯部材２１ａを
配設し、各平板状帯部材２１間に５枚の波板状帯部材２
２を介装した５層構造となす。

【００２２】波板状帯部材２２の内、中央に位置する帯
部材２２ａは中央から外側に至るまで同一波高（幅）で
且つ同一波ピッチで形成され、次に該中央帯部材２２ａ
の上下両側に位置する各二層の帯部材２２ｂは、中央部
位２０ａでは波部を形成せず外側に進むに連れ徐々に波
高を高くした、言換えれば両端の外周部２０ｂにおいて
は波板状帯部材２２ｂの高さが高く、中央部２０ａに進
むに連れ外側の波板状帯部材２２が押し潰され、中央部
位で直線状となる。この結果外側の平板状帯部材即ち絶
縁層２１ｂ、２１ｂは、図２に示すように略円弧状の曲
面に形成される。

【００２３】そして前記層板２０を基筒１５ａ内に収納
するにあたっては、図３に示されるように、層板２５の
中央部２０ａを２又状の回転用治具２３に嵌合し、該治
具２３を図３の例えばＭ方向に回転せしめ、中央部２０
ａが内側基筒１５ａの中央部位１５ｃに位置するような
円形状の担体２５を成形する。

【００２４】このようにして成形された担体２５を内側
基筒１５ａ内に収納すると、基筒１５ａの中央部位に、
波板状帯部材２２ａが１層という層の数が少ない中央部
２０ａが配置され、基筒１５ａ内の周縁側１５ｄに多層
の波板状帯部材２２ａ、２２ｂを有する外周部２０ｂが
配置されることとなる。

【００２５】従って、このようにして構成された担体２
５を備えた電気加熱触媒装置１０は、基筒１５ａの中央
部位１５ｃにおける層板２０は供給電流の単位長さ当た
りの電気抵抗値が大きく、基筒１５ａ内の周縁側１５ｄ
における層板２０は前記抵抗値が小さくなるような電気
的特性を備えることとなる。

【００２６】しかして前記のように構成された電気加熱
触媒装置１０を備えた自動車用エンジンの運転時におい
て、エンジン０１からの排気ガスは排気通路０３を通っ
て電気加熱触媒装置１０に導入される。

【００２７】一方、スイッチ１２をオンして電気加熱触
媒装置１０をバッテリ電源１３に接続すると、外周の電
極１６、１６を介して担体２５が加熱される。この際に
おいて、前記のように基筒１５ａの中央部位１５ｃは層
の数が少ない層板２０ａが配置され電気抵抗値が大きい
ので発熱量が大きく、又基筒１５ａの周縁側１５ｄ近傍
は層の数が多い層板２０ｂが配置され電気抵抗値が小さ
いので発熱量が小さい。

【００２８】前記のように、排気ガスの流量は排気管の
中央部で多く、外周寄りの部位で少ないことから電気加
熱触媒装置１０内においても、排気ガスの流量は基筒の
中央部位１５ｃ近傍で多く、周縁側１５ｄで少ない。

【００２９】然るに、前記触媒装置１０においては、担
体２５の発熱量は中央部位１５ｃ近傍において大きいの
で、担体２５の温度上昇が極めて迅速になされ、外周部
よりも流量の多い排気ガスに対して充分な触媒反応がな
される。

【００３０】さらに図６（Ｃ）のように電気抵抗分布を
形成する事により、中央部位１５ｃにおいては排気ガス
温度が高いので、排気ガスによる担体２０の加熱作用が
附加される。そして該中央部位１５ｃ近傍の高温の担体
２０が基筒内の触媒活性化の基点となって周縁側の触媒
の活性化にも波及し、殊にエンジンの始動時において触
媒装置１０の中央部位１５ｃから周縁側の全域に亘って
触媒が敏速に反応し、高い排気ガスの浄化効率が得られ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、前記
担体を構成する層板における平板状帯部材と波板状帯部
材との層の数を中央部位になる程少なく設定して、エン
ジンの排気ガス浄化用の電気加熱式の触媒装置におい
て、触媒を担持する担体の供給電流の単位長さ当たりの
電気抵抗値が中央部ほど大きくなるように構成したの
で、触媒装置の中央部位における発熱量が周縁側よりも
大きくなる。これにより、排気ガスの流量が多い中央部
位での担体の温度上昇が迅速に行なわれ、ここが触媒活
性化の基点となって周縁側の触媒の活性化にも波及し、
中央部位から周縁側に亘る全域においてエンジンの始動
に対して触媒が敏速に反応し、排気ガスの浄化効率が向
上する。

【００３２】又本発明は層板を構成する平板状帯部材と
波板状帯部材との層の数を中央部位になる程少なくする
だけで強度的には何等問題のない担体の提供が可能とな
る。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る自動車エンジン用電気加
熱触媒装置の排気ガス流路に直角方向の断面図。

【図２】前記触媒装置の担体の組み込み前の形状を示す
正面外観図。

【図３】前記担体の成形状況を示す外観斜視図。

【図４】自動車用エンジンの排気系統図。

【図５】従来の電気加熱触媒装置の図１応当図。

【図６】従来技術と本発明の担体の抵抗分布／流量分布
／発熱分布を示すグラフ図である。

【符号の説明】

０１ エンジン ０３ 排気通路 １０ 電気加熱触媒装置 15a、15b 基筒 １５ｃ 基筒の中央部位 １５ｄ 基筒の周縁側 １６ 電極 １８ 排気ガス通路 ２０ 層板 ２０ａ 層板の中央部 ２０ｂ 層板の外周部 ２１ 平板状帯部材 ２２ 波板状帯部材 ２４ 触媒

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＬ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に設けられ、平板状
   帯部材と波板状帯部材とを交互に備えた一又は複数の層
   板を螺旋状に巻回され、電極を介して供給される電流に
   より発熱する担体を含む電気加熱触媒装置において、 前記担体を構成する層板における平板状帯部材と波板状
   帯部材との層の数を中央部位になる程少なく設定して、
   前記担体に供給される電流の単位長さ当たりの電気抵抗
   値が、担体周縁側に比して中央部位が大きくなるように
   前記層板を構成したことを特徴とする電気加熱触媒装
   置。
2. 【請求項２】 前記担体の周縁側から中央部位に至る排
   気ガスの流量分布に対し、周縁側から中央部位に至る担
   体における層板の電気抵抗分布を凸に設定し、単位流量
   当たりの発熱量を中央部位側の方を大に設定したこと特
   徴とする請求項１記載の電気加熱触媒装置。