(57)【要約】【課題】大きな高コスト化を伴うことなく、触媒加熱の時間を短縮する。触媒加熱装置１は、車の排気通路５に配備される触媒を加熱する加熱装置１であって、排気通路５の浄化触媒６の上流下面に設けた水溜まり部２と、水溜り部２の上方に配備され、電磁波を放射することにより該水溜り部２に貯蔵された水分を加熱して水蒸気を発生させる電磁波放射装置３と、電磁波放射装置３を制御する制御装置４を備え、前記制御装置４は、前記車の始動時又はハイブリッドモードからエンジンモードに移行する場合において、所定時間にわたり電磁波放射装置３から電磁波を放射させるように電磁波放射装置３を制御する。【選択図】図１
2017022714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車の排気通路に配備される触媒を加熱する触媒加熱装置であって、
排気通路の浄化触媒の上流下面に設けた上部を開放した水溜まり部と、
水溜り部の上方に配備され、電磁波を放射することにより該水溜り部に貯蔵された水分を加熱して水蒸気を発生させる電磁波放射装置と、
電磁波放射装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記車の始動時において、所定時間にわたり電磁波放射装置から電磁波を放射させるように制御する、触媒加熱装置。
【請求項２】
ハイブリッド車の排気通路に配備される触媒を加熱する触媒加熱装置であって、
排気通路の浄化触媒の上流下面に設けた上部を開放した水溜まり部と、
水溜り部の上方に配備され、電磁波を放射することにより該水溜り部に貯蔵された水分を加熱して水蒸気を発生させる電磁波放射装置と、
電磁波放射装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、ハイブリッドモードからエンジンモードに移行する場合において、所定時間にわたり電磁波放射装置から電磁波を放射させるように制御する触媒加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒加熱装置に関する。特に自動車の内燃機関の排気通路に設けられた浄化触媒を、マイクロ波を利用して加熱するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
寒冷地や、冬期においては、環境温度が低い為、自動車のエンジン始動直後は排気ガス浄化触媒が活性化温度に到達するのに時間がかかる。その間、浄化されていない排気ガスが排出されてしまう。これを避けるため、多くの自動車では、始動時に触媒を温めるためのヒータが設けられている。しかし、現状では、この触媒を温めるには数十秒程度の時間を要するものが多く、また、ヒータで使用する電力も大きいので低電力化が求められている。これは、特にハイブリッド車において、ハイブリッドモードからエンジンモードに移行する場合も同様である。【０００３】
この問題を解決するための方法として、カーボンマイクロコイルからなるヒータ層を触媒の近辺に置き、マイクロ波でこのヒータ層を温めることで、加熱時間の短縮化を図ることが考えられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３９１２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、カーボンマイクロコイルは、現時点では材料価格が高く、自動車に搭載する触媒ヒータという点では、コストの点で適当とは言えない。【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の触媒加熱装置は、車の排気通路に配備される触媒を加熱する加熱装置であって、排気通路の触媒の上流下面に設けた水溜まり部と、水溜り部の上方に配備され、電磁波を放射することにより該水溜り部に貯蔵された水分を加熱して水蒸気を発生させる電磁波放射装置と、電磁波放射装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記車の始動時において、所定時間にわたり電磁波放射装置から電磁波を放射させるように制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電磁波加熱装置によれば、大きな高コスト化を伴うことなく、触媒加熱の時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本第１実施形態の触媒加熱装置を説明する全体概略図である。
【図２】同触媒加熱装置の水溜り部の変形例を示す一部切り欠きの概略図である。
【図３】本第２実施形態の触媒加熱装置を説明する全体概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１１】
＜実施形態１＞
本実施形態１に係る触媒加熱装置を、図１を参照して説明する。この触媒加熱装置１は、自動車の排気通路５に設けられた浄化触媒６を加熱するものである。触媒加熱装置１は、排気通路５の浄化触媒６の上流下面に設けた上部を開放した水溜まり部２と、水溜り部２の上方に配備され、マイクロ波を放射することにより水溜り部２に貯蔵された水分を加熱して水蒸気を発生させるマイクロ波放射装置３（マイクロ波放射アンテナ３０と、マイクロ波発振器３１からなる）と、マイクロ波放射装置３を制御する制御装置４とを備える。制御装置４は、この自動車の始動時において、所定時間にわたりマイクロ波放射装置３からマイクロ波を放射させるように制御する。
【００１２】
水溜り部２に貯蔵された水分にマイクロ波放射装置３からマイクロ波を照射することにより、この水分が加熱されて水蒸気が発生する。この水蒸気は、内燃機関９の動作に伴う排気ガスと合流して、浄化触媒６の方向に流れ、高温の排気ガスと共に浄化触媒６の加熱に利用される。これにより、排気ガス浄化触媒が活性化温度に到達する時間を短縮できる。また、浄化触媒６の加熱に専用のヒータを設ける必要が無いから、低電力化が図れる。
【００１３】
なお、水溜り部２の水としては、内燃機関９を冷却するための冷却水を利用することができる。この冷却水はポンプ２１を用いて給水管２０により水溜り部２に供給される。但し、前日に自動車の運転を行った場合は、運転時に排気通路５内に発生した水分が、運転の終了後の夜間に結露して水溜り部２に結露水として溜まる。従って、エンジンの始動時に結露水の量が十分である場合は、ポンプ２１により冷却水を水溜り部２に導く必要がなく、外部からの水を供給することなく閉空間で結露水のみを用いるようにすることで排気通路５からのガス漏れを防止する。逆にエンジンの始動時に結露水の量が少ない場合は、先ずポンプ２１により冷却水を水溜り部２に導いた後に、マイクロ波放射装置３からマイクロ波を放射するようにしてもよい。ここで、結露水の量は光学センサ等により測定される。また、水溜まり部２に供給する水は触媒６を通過した排ガスが、完全燃焼した場合、ＣＯ２とＨ２Ｏになる。この水を循環し利用するように構成しても構わない。
【００１４】
また、水溜まり部２を構成する材料は腐食（酸化）を防止する観点から腐食防止材料を使用することが好ましい。腐食防止材料として、材料を非金属にするなど耐食材料の使用をすることもできるが、本実施形態においては、腐食防止（防食）処理を施すようにしている。防食処理としては、被覆防食、電気防食が挙げられ、何れの方法を採用しても構わない。
【００１５】
また、水溜まり部２は、図２に示すように、水溜まり部２の深さは可及的に浅く、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とし、水タンク２２からポンプ２１を介しての供給を、加熱作業を行う直前に供給し、マイクロ波の加熱によって水溜まり部２に溜まった水を完全に水蒸気として加熱終了後は水溜まり部２に水を残さないように加熱することが好ましい。また、水溜まり部２の底面を若干傾斜させ、鉛直方向に最深部となる箇所に放出孔２３を形成し、放出孔に配設する放出弁２４（ノーマルクローズの２方電磁弁等）の開放で水溜まり部２に水を残さないように制御することもできる。このように、水蒸気を発生させないときは、水溜まり部２に水がない状態を維持することで水溜まり部の２の腐食を防止することができる。
【００１６】
上記実施形態ではエンジンの始動時を前提に説明をしたが、ハイブリッドモードからエンジンモードに切り替わる際にこのような動作を行ってもよい。また、上記実施形態ではマイクロ波を利用するものとしたが、マイクロ波以外の電磁波を用いてもよい。
【００１７】
＜実施形態１の変形例＞
実施形態１の変形例は、水溜まり部２に、電磁波吸収体を配設する。電磁波吸収体７としては、特に限定するものではないが、マイクロ波の照射によって短時間で高温に加熱されるものであればよく、例えば、炭素原子又は炭素を含む分子を主成分とするマイクロコイル、具体的にはカーボンマイクロコイルを用いることができる。そして、カーボンマイクロコイルは短時間で３００℃まで昇温可能であるが、酸素のある雰囲気下では、６００〜７００℃程度で炭化する。そのため、８００℃以上になることがある自動車の排気通路５に配設する本実施形態においては、カーボンマイクロコイルを薄い被覆層で覆うことが好ましい。また、カーボンマイクロコイルの他に活性炭を利用することもできる。
【００１８】
上記構成において、触媒加熱を行うとき、つまり水蒸気の発生をさせる直前に、マイクロ波放射装置３からマイクロ波を放射し、電磁波吸収体を加熱する。そして、３００度程度にまで加熱した電磁波吸収体７のある水溜まり部２に水を供給し、３００℃程度に加熱された電磁波吸収体によって供給した水は瞬時に水蒸気となって触媒前の空間に充満され、実施形態１と同様、触媒の加熱・昇温に供される。
【００１９】
＜実施形態２＞
本実施形態２に係る触媒加熱装置を１、図３を参照して説明する。この触媒加熱装置１は、実施形態１と同様、自動車の排気通路５に設けられた浄化触媒６を加熱するものである。具体的には、排気通路５の浄化触媒６の上流側に液体を噴射する噴射装置と、この噴射装置と対面する箇所に配備され、電磁波を放射することにより噴射装置２Ａから噴射される霧状の液体を加熱して水蒸気を発生させる電磁波放射装置３と、電磁波放射装置３を制御する制御装置４とを備え、制御装置４は、車の始動時において、所定時間にわたり電磁波放射装置３から電磁波を放射させるように電磁波放射装置３を制御するようにしている。
【００２０】
実施形態１との違いは水溜まり部２を設けることなく、水タンク２２からポンプ２１によって、触媒前の空間にインジェクタ等の噴霧装置２Ａを使って噴霧状の水を供給し、その霧状の水をマイクロ波放射装置３からマイクロ波を放射して水蒸気にする。なお、この場合も予め水タンク２２の水を、内燃機関を冷却し高温状態の冷却水と熱交換することで加熱した状態の水を使うことが好ましい。
【００２１】
＜実施形態３＞
本実施形態３に係る触媒加熱装置１は、水の噴霧をプリンタインクジェットと同様に構成される噴射装置によって高速高圧ジェットで触媒６の端面に吹き付けるように構成する。このとき、噴射装置の噴射ノズル部分に電磁波吸収体を巻き付け、マイクロ波放射装置３からマイクロ波を放射して噴射ノズル部分を加熱し、圧縮して噴射することで２００℃以上として触媒端面に吹き付ける。これによって触媒６の端面をより効果的に加熱・昇温することができる。また、マイクロ波放射装置３を設けることなく、噴射ノズル部分を他の方法、例えば電熱線等によって加熱することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上説明したように、本発明は、車の触媒加熱装置について有用である。
【符号の説明】
【００２３】
１    触媒加熱装置
２    水溜り部
２Ａ  噴霧装置
３    マイクロ波放射装置
３０  マイクロ波放射アンテナ
３１  マイクロ波発振器
４    制御装置
５    排気通路
６    触媒
２０  給水管
２１  ポンプ
２２  内燃機関
【図１】
2017022714.tif 000003
【図２】
2017022714.tif 000004
【図３】
2017022714.tif 000005
【国際調査報告】
2017022714.tif 000006
2017022714.tif 000007
2017022714.tif 000008
2017022714.tif 000009