(57)【要約】  電気加熱式触媒（１）のケース（５）に電気が流れることを抑制する。通電により発熱する発熱体（３）と、発熱体（３）を収容するケース（５）と、発熱体（３）とケース（５）との間に設けられ電気を絶縁する内管（４）と、発熱体（３）と内管（４）との間に設けられる内側マット（６２）と、内管（４）とケース（５）との間に設けられる外側マット（６４）と、を備えた電気加熱式触媒（１）において、内管（４）は、発熱体（３）の周りに設けられ該発熱体（３）の中心軸（Ａ）と平行に形成される管状部（４２）と、該管状部（４２）よりも下流側に設けられ下流側ほど内径が小さくなる下流側傾斜部（４３）と、を備え、管状部（４２）と下流側傾斜部（４３）との境である下流側屈曲部（４５）を、外側マット（６４）の下流側端部（６４Ａ）近傍に設ける。
2013057792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁する内管と、
前記発熱体と前記内管との間に設けられ電気を絶縁すると共に前記発熱体を支持し、前記内管よりも排気の流れ方向に短い内側マットと、
前記内管と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁すると共に前記内管を支持し、前記内管よりも排気の流れ方向に短い外側マットと、
を備えた電気加熱式触媒において、
前記内管は、前記発熱体の周りに設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、該管状部よりも下流側に設けられ下流側ほど内径が小さくなる下流側傾斜部と、を備え、
前記管状部と前記下流側傾斜部との境である下流側屈曲部を、前記外側マットの下流側端部近傍に設ける電気加熱式触媒。
【請求項２】
前記内管は、前記管状部よりも上流側に設けられ上流側ほど内径が小さくなる上流側傾斜部を備え、
前記管状部と前記上流側傾斜部との境である上流側屈曲部と、前記外側マットの上流側端部と、を離して設ける請求項１に記載の電気加熱式触媒。
【請求項３】
前記内側マットの上流側端部及び前記発熱体の上流側端部は、前記上流側屈曲部近傍に位置する請求項２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項４】
前記内管と、前記発熱体と、を接続して熱を移動させる伝熱部を備える請求項２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項５】
前記内管は、電気を絶縁する絶縁体を、前記管状部の外周面の表面に備え、前記上流側傾斜部の表面及び前記管状部の内周面の表面には備えない請求項２から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項６】
前記ケースの上流側端部の内径は、前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、前記ケースの下流側端部の内径は、前記内管の下流側端部の内径よりも大きい請求項１から５の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項７】
前記ケースは、上流側端部から下流側に向かって延びる導入管を有し、該導入管の内径が前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、
前記導入管の下流側端部は、前記内管の上流側端部よりも上流側に位置し、
前記導入管の下流側端部の外径が、前記内管の上流側端部の内径よりも大きい請求項１から６の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項８】
前記ケースは、上流側端部から下流側に向かって延びる導入管を有し、該導入管の内径が前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、
前記内管の上流側傾斜部を該内管の中心軸まで延長したと仮定したときに、該延長したと仮定した上流側傾斜部が、前記導入管と交差しない請求項１から７の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱式触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
二重管の内管よりも内側に電気加熱式触媒を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
また、二重管の内管と外管との間に触媒を設け、該触媒よりも上流側の内管の内径を、上流側ほど小さくする技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。【０００４】
また、二重管の内管と外管との間、または内管よりも内側に触媒を設け、該触媒よりも上流側の内管の内径を、上流側ほど小さくする技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００５】
また、二重管の内管と外管との間、及び内管よりも内側に触媒を設け、該触媒よりも上流側の内管の内径を、上流側ほど小さくする技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。【０００６】
ところで、二重管の内管に排気中の粒子状物質（ＰＭ）が付着すると、電気加熱式触媒に通電したときに、該ＰＭを介してケースへ電流が通る虞がある。これを抑制するために、例えば内管とケースとの間にＰＭが入り難くなるような構造（ラビリンス構造）を採用することが考えられる。しかし、ＰＭの流入を完全に防ぐことは困難である。ここで、内管とケースとの間に付着したＰＭは、内管の温度を高くすることで酸化させて除去することができる。しかし、上記構造にすると、内管とケースとの間に排気が流れ難くなるため、排気の熱による温度上昇の度合いが小さくなる。このため、内管とケースとの間に付着したＰＭを除去するのが困難となる。そうすると、ＰＭを介してケースへ電気が流れる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２３２６４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９１０７号公報
【特許文献３】特開２００５−１２７２５７号公報
【特許文献４】特開平１１−００２１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁する内管と、
前記発熱体と前記内管との間に設けられ電気を絶縁すると共に前記発熱体を支持し、前記内管よりも排気の流れ方向に短い内側マットと、
前記内管と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁すると共に前記内管を支持し、前記内管よりも排気の流れ方向に短い外側マットと、
を備えた電気加熱式触媒において、
前記内管は、前記発熱体の周りに設けられ該発熱体の中心軸と平行に形成される管状部と、該管状部よりも下流側に設けられ下流側ほど内径が小さくなる下流側傾斜部と、を備え、
前記管状部と前記下流側傾斜部との境である下流側屈曲部を、前記外側マットの下流側端部近傍に設ける。【００１０】
発熱体は、触媒の担体としてもよく、触媒よりも上流側に設けてもよい。発熱体に通電することにより該発熱体が発熱するため、触媒の温度を上昇させることができる。また、内側マット及び外側マットは内管よりも排気の流れ方向に短い。このため、内管は、内側マット及び外側マットから、排気の流れ方向の上流側及び下流側へ向かって突出している。なお、ケースは、二重管の外管としてもよい。【００１１】
ここで、内側マット及び外側マット、内管は、それ自体は電気を絶縁することができるが、排気中のＰＭがそれらの表面に付着すると、該ＰＭを介して電気が流れ得る。これを抑制するために、内管の管状部と下流側傾斜部との境である下流側屈曲部を、外側マットの下流側端部近傍に設ける。すなわち、内管は、外側マットの下流側端部近傍において、内管の中心軸側に向かって屈曲している。このため、発熱体が設けられている箇所よりも下流側において、排気通路の断面積が小さくなる。【００１２】
そして、下流側屈曲部よりも下流側の下流側傾斜部には、発熱体を通過した後の温度の高い排気が直接当たるため、該下流側屈曲部よりも下流側の内管の温度は上昇しやすい。この熱は内管を伝わるため、内管全体の温度が上昇する。また、下流側屈曲部よりも下流側の内管に付着したＰＭは酸化されやすい。ところで、内管の温度が高くなっても、ケース側の温度は低いため、内管の熱がケース側に移動する。このため、内管の温度上昇が緩慢となる虞がある。これに対して、内管の管状部の外周面側に、外側マットを備えている。この外側マットが断熱材となって、内管から熱が奪われることを抑制できる。また、下流側屈曲部よりも下流側では、排気から熱を受けるため温度が上昇しやすいので、外側マットが無くてもＰＭを酸化させることができる。【００１３】
また、排気が発熱体を通過することにより、該排気の乱れや脈動が低減される。これにより、発熱体よりも下流側では、ケースと内管との間にＰＭが入り難い。【００１４】
このように、ケースと内管との間の空間にＰＭが侵入することを抑制しつつ、内管の温度を高くすることができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。これにより、発熱体とケースとの間に電気が流れることを抑制できる。【００１５】
また、本発明においては、前記内管は、前記管状部よりも上流側に設けられ上流側ほど内径が小さくなる上流側傾斜部を備え、
前記管状部と前記上流側傾斜部との境である上流側屈曲部と、前記外側マットの上流側端部と、を離して設けることができる。【００１６】
すなわち、内管は、発熱体よりも上流側においても、内管の中心軸側に向かって屈曲してもよい。ここで、発熱体よりも下流側と異なり、発熱体よりも上流側においては、内管に排気が当たり難い。このため、上流側傾斜部の温度は上昇しにくいので、内管とケースとの間にＰＭが入ってしまうと、除去するのが困難となる虞がある。これに対し、上流側屈曲部と、外側マットの上流側端部と、を離している。ここで、内管とケースとの間の空間を上流側傾斜部の外周面に沿って流れてきた排気が、上流側屈曲部よりも下流側においても上流側傾斜部の延長方向に直進しようとする。このため、上流側屈曲部と外側マットの上流側端部とを離していると、上流側屈曲部よりも下流側では、上流側傾斜部の延長線上の空間へ向かって排気が進む。すなわち、排気は、管状部から離れて進む。このため、上流側屈曲部よりも下流側の管状部の外周面には排気が直接当たり難くなるため、ＰＭが付着し難くなる。これにより、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。【００１７】
また、ケースと内管との間に排気が流入しても、管状部の外周面にＰＭが付着することが抑制されるので、該ケースと内管との間に排気を比較的多く流入させることができる。これにより、内管の温度を高くすることができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。なお、上流側屈曲部と、外側マットの上流側端部とは、沿面放電が起こらない所定距離だけ離してもよい。【００１８】
また、本発明においては、前記内側マットの上流側端部及び前記発熱体の上流側端部は、前記上流側屈曲部近傍に位置することができる。【００１９】
ここで、上流側屈曲部と外側マットの上流側端部との間の管状部の外周面に、ＰＭを全く付着させないことは困難である。これに対し、発熱体の上流側端部が、上流側屈曲部近傍に位置すれば、発熱体から管状部へ熱を供給することができる。このため、上流側屈曲部よりも下流側の管状部の外周面の温度をより高くすることができるため、ＰＭの酸化をより促進させることができる。さらに、内管の温度がより高くなることで、内管とケースとの温度差がより大きくなるので、熱泳動効果によりＰＭを内管側からケース側に移動させることができる。これにより、管状部の外周面にＰＭが付着することを抑制できる。【００２０】
また、本発明においては、前記内管と、前記発熱体と、を接続して熱を移動させる伝熱部を備えることができる。【００２１】
ここで、内側マットが存在することにより、発熱体の熱が内管に伝わり難くなる。これに対して伝熱部を備えると、発熱体の熱を内管により多く供給することができる。これにより、内管の温度をより高くすることができるため、該内管に付着したＰＭの酸化を促進させることができる。【００２２】
また、本発明においては、前記内管は、電気を絶縁する絶縁体を、前記管状部の外周面の表面に備え、前記上流側傾斜部の表面及び前記管状部の内周面の表面には備えなくてもよい。【００２３】
絶縁体は、例えば内管の表面にコーティングされる。この絶縁体は電気を絶縁するが、一般に、断熱材効果も高い。このため、絶縁体が備わると、排気から熱を受け難くなる。これに対し、上流側傾斜部には絶縁体を備えていないので、該上流側傾斜部では排気から熱を受けやすい。このため、内管の温度をより高くすることができるので、内管に付着したＰＭの酸化を促進させることができる。また、管状部では、発熱体から熱を受けることができるため、温度が上昇しやすい。さらに、管状部の外周面には排気が直接当たり難いので、ＰＭが付着し難い。そして、管状部の外周面にのみ絶縁体を備えておけば、該外周面において電気を遮断することができる。【００２４】
また、本発明においては、前記ケースの上流側端部の内径は、前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、前記ケースの下流側端部の内径は、前記内管の下流側端部の内径よりも大きくてもよい。【００２５】
そうすると、発熱体よりも上流側及び下流側において、ケースと内管との間に排気が流入し難くなるので、ＰＭが付着することを抑制できる。【００２６】
また、本発明においては、前記ケースは、上流側端部から下流側に向かって延びる導入管を有し、該導入管の内径が前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、
前記導入管の下流側端部は、前記内管の上流側端部よりも上流側に位置し、
前記導入管の下流側端部の外径が、前記内管の上流側端部の内径よりも大きくてもよい。【００２７】
そうすると、導入管を通過した排気が、内管の中心軸側に流入しやすくなる。また、排気が発熱体で跳ね返って逆流したとしても、該排気が導入管に当たることにより、ケースと内管との間に排気が流入することを抑制できる。これにより、ケースと内管との間にＰＭが付着することを抑制できる。【００２８】
また、本発明においては、前記ケースは、上流側端部から下流側に向かって延びる導入管を有し、該導入管の内径が前記内管の上流側端部の内径よりも小さく、
前記内管の上流側傾斜部を該内管の中心軸まで延長したと仮定したときに、該延長したと仮定した上流側傾斜部が、前記導入管と交差しなくてもよい。【００２９】
そうすると、発熱体に当たって跳ね返った排気が、内管の上流側傾斜部に沿って上流側に進んだ後、該上流側傾斜部の延長線上の空間を流れても、導入管の外周面に排気が当たることが抑制される。このため、逆流した排気は、導入管の内側を下流側へ向かって流れる排気によって押し戻されるので、内管とケースとの間に排気が流入することが抑制される。すなわち、内管とケースとの間にＰＭが付着することを抑制できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図２】実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図３】実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図４】実施例４に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図５】実施例５に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図６】実施例６に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図７】実施例７に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図８】内管延長面Ｋが中心軸Ａに到達するまでに導入管と交差する場合の電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。
【００３３】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管２に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。
【００３４】
図１に示す電気加熱式触媒１は、該電気加熱式触媒１の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。また、図１においてＢの矢印は、排気の流れ方向を示している。
【００３５】
本実施例に係る電気加熱式触媒１は、中心軸Ａを中心にした円柱形の触媒担体３を備えている。そして、中心軸Ａ側から順に、触媒担体３、内管４、ケース５が備わる。また、触媒担体３と内管４との間、及び内管４とケース５との間には、マット６が設けられている。
【００３６】
触媒担体３には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体３の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体３は、排気の流れ方向Ｂ（中心軸Ａの方向としてもよい。）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体３の外形は、たとえば排気管２の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体３の断面形状は、たとえば楕円形であっても良い。中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管４、及びケース５で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体３が、本発明における発熱体に相当する。なお、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合の発熱体においても、本実施例を同様に適用することができる。
【００３７】
触媒担体３には、触媒が担持される。触媒には、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体３には、電極７が２本接続されており、該電極７間に電圧をかけることにより触媒担体３に通電される。この触媒担体３の電気抵抗により該触媒担体３が発熱する。
【００３８】
内管４の材料には、たとえばアルミナのような電気絶縁体を用いることができる。また、内管４は、金属等の電気導電体の表面に電気絶縁体をコーティングしたものであってもよい。内管４は、上流側から順に、上流側傾斜部４１、管状部４２、下流側傾斜部４３を備えて構成されている。上流側傾斜部４１は、下流側ほど内径が大きくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。上流側傾斜部４１の上流側端部は開口しており、該上流側端部を介して内管４の内側へ排気が流入する。また、上流側傾斜部４１の下流側端部は、管状部４２の上流側端部に接続されている。
【００３９】
管状部４２は、中心軸Ａを中心とした管状に形成されている。管状部４２は、中心軸Ａと平行な面からなる。管状部４２の下流側端部は、下流側傾斜部４３の上流側端部に接続されている。下流側傾斜部４３は、下流側ほど内径が小さくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。下流側傾斜部４３の下流側端部は開口しており、内管４の内側から下流側端部を介して排気が流出する。なお、管状部４２は、電極７よりも上流側と下流側とで分割されていてもよい。また、電極７と管状部４２とには、放電が起こらないように、ある程度の間隔が設けられる。
【００４０】
なお、上流側傾斜部４１と管状部４２との境は、内管４が折れ曲がる箇所であり、以下、上流側屈曲部４４と称する。また、管状部４２と下流側傾斜部４３との境も、内管４が折れ曲がる箇所であり、以下、下流側屈曲部４５と称する。
【００４１】
ケース５の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。このケース５は、二重管の外管としてもよい。そして、電極７を通すために、ケース５には孔が開けられており、ケース５と電極７とは、放電が起こらないように、ある程度の間隔が設けられる。そして、ケース５に開けられている孔には、電極７を支持する絶縁部８が設けられている。この絶縁部８の材料には、電気絶縁体が用いられる。そして、絶縁部８は、ケース５と電極７との間に隙間なく設けられる。
【００４２】
ケース５は、上流側から順に、上流側傾斜部５１、管状部５２、下流側傾斜部５３を備えて構成されている。上流側傾斜部５１は、下流側ほど内径が大きくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。上流側傾斜部５１の上流側端部は開口しており、該上流側端部を介してケース５の内側へ排気が流入する。また、上流側傾斜部５１の下流側端部は、管状部５２の上流側端部に接続されている。
【００４３】
管状部５２は、中心軸Ａを中心とした管状に形成されている。管状部５２は、中心軸Ａと平行な面からなる。管状部５２の下流側端部は、下流側傾斜部５３の上流側端部に接続されている。下流側傾斜部５３は、下流側ほど内径が小さくなるように、中心軸Ａに対して傾斜している。下流側傾斜部５３の下流側端部は開口しており、ケース５の内側から下流側端部を介して排気管２へ排気が流出する。
【００４４】
ケース５の上流側端部及び下流側端部には、フランジが形成されており、排気管２と接続される。また、ケース５の上流側端部から下流側へ向かって、導入管５４が形成されている。導入管５４は、中心軸Ａを中心とした管状に形成され、内管４の上流側端部よりも上流側の範囲で中心軸Ａと平行に延びている。導入管５４の内径は、ケース５の上流側傾斜部５１の上流側端部の内径と等しい。
【００４５】
マット６には、電気絶縁体が用いられ、たとえばアルミナを主成分とするセラミックファイバーが用いられる。マット６は、触媒担体３の外周面及び内管４の管状部４２の外周面に巻きつけられる。マット６は、触媒担体３の外周面（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体３に通電したときに、内管４及びケース５へ電気が流れることを抑制している。
【００４６】
マット６は、内管４の管状部４２と触媒担体３との間に設けられる内側マット６１，６２と、ケース５の管状部５２と内管４の管状部４２との間に設けられる外側マット６３，６４と、からなる。また、内側マット６１，６２は、電極７よりも上流側の内側マット６１と、電極７よりも下流側の内側マット６２と、からなる。さらに、外側マット６３，６４は、電極７よりも上流側の外側マット６３と、電極７よりも下流側の外側マット６４と、からなる。
【００４７】
触媒担体３に内側マット６１，６２を巻きつけたときの該内側マット６１，６２の外径は、内管４の内径よりも大きい。このため、内管４内に内側マット６１，６２を収容するときには、該内側マット６１，６２が圧縮されるため、該内側マット６１，６２の反発力により内管４内に触媒担体３が固定される。
【００４８】
また、内管４に外側マット６３，６４を巻きつけたときの該外側マット６３，６４の外径は、ケース５の内径よりも大きい。このため、ケース５内に外側マット６３，６４を収容するときには、該外側マット６３，６４が圧縮されるため、該外側マット６３，６４の反発力によりケース５内に内管４が固定される。そして、内管４は、マット６から上流側及び下流側に突出している。
【００４９】
なお、本実施例では、内側マット６１，６２及び外側マット６３，６４が、電極７よりも上流側と下流側とで分かれているものとして説明するが、これらは、電極７の周り以外において上流側と下流側とで一体となっていてもよい。
【００５０】
ここで、内管４が上流側傾斜部４１を備えることにより、内管４とケース５との間に内燃機関の排気が入り難くなっている。しかし、内管４とケース５との間に内燃機関の排気が全く入らないと、内管４の温度上昇が緩慢となり、内管４に付着したＰＭを酸化することが困難となる。一方、内管４の温度を高くするために、内管４とケース５との間に多くの排気が流入するように内管４を形成すると、内管４とケース５との間にＰＭが付着する虞がある。そして、マット６及び内管４に付着しているＰＭの量が多くなると、該ＰＭを介して電気が流れ得る。
【００５１】
これに対して本実施例では、外側マット６３の上流側端部６３Ａと、上流側屈曲部４４とを、所定距離Ｃだけ離している。すなわち、外側マット６３の上流側端部６３Ａよりも上流側では、内管４の管状部４２の外周面が露出している。
【００５２】
ここで、内管４とケース５との間に流入した排気は、上流側傾斜部４１に沿って流れる。この排気は、上流側屈曲部４４においても、上流側傾斜部４１の延長線の方向へ進もうとする。このため、排気の流れは、内管４の管状部４２の外周面から離れる。そうすると、上流側屈曲部４４よりも下流側で且つ外側マット６３の上流側端部６３Ａよりも上流側の内管４の管状部４２の外周面には、排気が直接当たらない。このように、排気が直接当たらないことにより、この箇所にはＰＭが付着し難くなる。すなわち、外側マット６３の上流側端部６３Ａと、上流側屈曲部４４と、を所定距離Ｃだけ離すことにより、この間の内管４の外周面にＰＭが付着することを抑制できる。なお、所定距離Ｃは、例えば、上流側屈曲部４４と外側マット６３の上流側端部６３Ａとの間の沿面放電を抑制し得る距離であり、最適値を実験等により求めてもよい。
【００５３】
そして、内管４の上流側傾斜部４１にＰＭが付着しても、内管４の管状部４２の外周面にＰＭが付着していなければ、触媒担体３とケース５との間にＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。すなわち、内管４の少なくとも表面は電気絶縁体であるため、ＰＭが付着していなければ、電気は流れない。また、本実施例では、内管４とケース５との間に排気が流入するような構成としても、内管４の管状部４２にＰＭが付着することを抑制できる。このため、内管４とケース５との間に排気を流入させて、内管４の温度を上昇させることもできる。これにより、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００５４】
一方、本実施例では、外側マット６４の下流側端部６４Ａが、下流側屈曲部４５まで延びている。すなわち、外側マット６４の下流側端部６４Ａは、下流側屈曲部４５の近傍に位置する。このため、外側マット６４は、内側マット６２よりも、所定距離Ｄだけ下流側に長くなっている。
【００５５】
ここで、仮に、外側マット６３の上流側端部６３Ａの場合と同様に、外側マット６４の下流側端部６４Ａと、下流側屈曲部４５との間に間隔を設けると、内管４の露出している箇所の面積が大きくなる。そうすると、内管４の温度が低下する虞がある。すなわち、触媒担体３よりも下流側では、触媒担体３において加熱された比較的温度の高い排気が流通し、しかも、下流側傾斜部４３に排気が直接当たるため、内管４の温度が比較的高くなる。
【００５６】
一方、ケース５は外気と接しているため、比較的温度が低い。このため、内管４からケース５へ熱が移動して、内管４の温度が低下する虞がある。ここで、アルミナを主成分とするセラミックファイバーからなるマット６は、セラミックファイバー自体が熱を伝え難く、且つ、マット６内に多くの気体を含んでいるため、断熱性が高い。すなわち、外側マット６４の下流側端部６４Ａを下流側屈曲部４５まで延ばすことにより、外側マット６４が断熱材となる。これにより、内管４の管状部４２の外周面からケース５へ熱が移動することを抑制できる。
【００５７】
なお、内燃機関の排気が触媒担体３を通過することにより、排気の乱れや脈動が大幅に低減する。このため、触媒担体３よりも下流側では、内管４とケース５との間に排気が流入し難ので、内管４とケース５との間にＰＭが付着し難い。したがって、下流側屈曲部４５の周辺では、内管４の管状部４２の外周面を露出させる必要がない。
【００５８】
なお、内側マット６１の上流側端面と、触媒担体３の上流側端面とは、同一平面上にあるか、比較的近い距離に設定される。また、内側マット６２の下流側端面と、触媒担体３の下流側端面とは、同一平面上にあるか、比較的近い距離に設定される。
【００５９】
以上説明したように本実施例においては、外側マット６３の上流側端部６３Ａと、上流側屈曲部４４とを所定距離Ｃだけ離しているので、外側マット６３の上流側端部６３Ａよりも上流側において、内管４の管状部４２の外周面にＰＭが付着することを抑制できる。これにより、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。また、内管４の上流側傾斜部４１と、ケース５の上流側傾斜部５１との間に、排気を流すことができるため、内管４の温度を高めることができるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００６０】
また、外側マット６４の下流側端部６４Ａと、下流側屈曲部４５とを近付けることにより、内管４の管状部４２からケース５へ熱が移動することを抑制できる。これにより、内管４の温度を高く保つことができるので、該内管４に付着したＰＭの酸化を促進させることができる。これにより、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。
【００６１】
＜実施例２＞
図２は、本実施例に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。図２に示す電気加熱式触媒１０は、該電気加熱式触媒１０の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１０を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１０の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図２では、上側の部分のみを示している。
【００６２】
本実施例では、触媒担体３０及び内側マット６１０の形状が、実施例１と異なるため、この点について説明する。本実施例では、内側マット６１０の上流側端部６１０Ａ及び触媒担体３０の上流側端部３０Ａが、実施例１の場合よりも上流側に延びている。そして、内側マット６１０の上流側端部６１０Ａ及び触媒担体３０の上流側端部３０Ａが、中心軸Ａと直交し且つ上流側屈曲部４４を含む平面上またはその近傍に位置する。これにより、内側マット６１０及び触媒担体３０を、内管４の上流側傾斜部４１に近付けている。
【００６３】
このように構成された電気加熱式触媒１０では、触媒担体３０よりも上流側から流れてきた排気の一部が、該触媒担体３０で跳ね返ったときに、排気が内管４の上流側傾斜部４１に当たりやすくなる。これにより、内燃機関の低温始動時において、内管４の上流側傾斜部４１の温度を速やかに上昇させることができる。そうすると、熱泳動効果により、内管４の外周面にＰＭが付着することを抑制できる。
【００６４】
また、内管４の管状部４２の外周面であって露出している箇所に、内管４の内側から触媒担体３０により熱を供給することができる。これにより、内管４の管状部４２の外周面であって露出している箇所にＰＭが付着したとしても、速やかに酸化させることができる。これにより、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。
【００６５】
また、内管４において露出している面積を小さくすることができるので、排気から内管４に移動する熱が少なくなる。このため、触媒担体３０に流入する排気の温度を高めることができる。これにより、触媒担体３０の温度を速やかに高めることができる。
【００６６】
＜実施例３＞
図３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。図３に示す電気加熱式触媒１１は、該電気加熱式触媒１１の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図３では、上側の部分のみを示している。また、図３に示した箇所よりも下流側は、図１に示した電気加熱式触媒１と同じ構造のため省略している。
【００６７】
本実施例では、内側マット６１よりも上流側の内管４の内周面と、触媒担体３との外周面と、を接続する伝熱部９０を備えている。この伝熱部９０は、熱伝導率が比較的高い例えば金属からなる。
【００６８】
ここで、内側マット６１に例えばセラミックファイバーを採用することで、触媒担体３の破損を抑制しつつ支持することができる。また、内側マット６１の断熱効果により触媒担体３の温度低下を抑制できる。しかし、内側マット６１が存在することにより、触媒担体３の熱を内管４に伝え難くなる。
【００６９】
これに対し、本実施例に係る電気加熱式触媒１１では、触媒担体３から内管４へ伝熱部９０を介して熱を供給することができる。この熱により、内管４の温度を高くすることができる。したがって、内管４に付着したＰＭの酸化を促進させることができるので、ＰＭを介して電気が流れることを抑制できる。なお、伝熱部９０は、触媒担体３の外周面よりも中心軸Ａ側に接続されていてもよい。また、伝熱部９０は、内管４の上流側傾斜部４１に接続されていてもよい。
【００７０】
＜実施例４＞
図４は、本実施例に係る電気加熱式触媒１２の概略構成を示す図である。図４に示す電気加熱式触媒１２は、該電気加熱式触媒１２の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１２を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１２の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図４では、上側の部分のみを示している。また、図４に示した箇所よりも下流側は、図１に示した電気加熱式触媒１と同じ構造のため省略している。
【００７１】
ここで、本実施例では、金属製の内管４を採用している。そして、内管４の管状部４２の外周面にのみ絶縁層９１を設けている。この絶縁層９１は、電気絶縁体からなる。すなわち、内管４の上流側傾斜部４１の表面や、内管４の管状部４２の内周面には、絶縁層９１を設けていない。この絶縁層９１を設けた箇所では、表面に電気が流れることを抑制し得る。しかし、絶縁層９１の表面にＰＭが付着すると、該ＰＭを介して電気が流れ得る。一方、絶縁層９１を設けていない箇所では、表面にＰＭが付着しなくても電気が流れ得る。
【００７２】
絶縁層９１は、電気を絶縁するが、このような材料は一般に、断熱効果も高い。したがって、絶縁層９１を設けた箇所においては、外部から熱を受け難くなるため、温度が上昇し難くなる。これに対し本実施例では、内管４の管状部４２の外周面にのみ絶縁層９１を設けている。そうすると、内管４の他の箇所においては、排気または触媒担体３から熱を受けやすくなるため、温度が上昇し易くなる。このように、内管４の温度が上昇し易くなるので、内管４に付着するＰＭの酸化を促進させることができる。また、絶縁層９１の面積を小さくすることで、製造コストを低下させることができる。
【００７３】
また、内管４の管状部４２の外周面には排気が直接当たらないため、例え絶縁層９１を設けなくても排気から熱を受け難い。したがって、内管４の管状部４２の外周面に絶縁層９１を設けても、内管４の温度には、ほとんど影響がない。そして、この箇所において絶縁層９１を設けておけば、ケース５へ電気が流れることを抑制できる。
【００７４】
＜実施例５＞
図５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。図５に示す電気加熱式触媒１は、該電気加熱式触媒１の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１２を縦方向に切断した断面図である。
【００７５】
ここで、本実施例に係る電気加熱式触媒１では、導入管５４の内径Ｅが、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部の内径Ｆよりも小さくなるように形成されている。また、導入管５４の下流側端部は、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部よりも上流側に位置する。
【００７６】
このように構成された電気加熱式触媒１では、導入管５４を通過する排気が、内管４の内側に流入しやすくなる。これにより、触媒担体３よりも上流側において、内管４とケース５との間に排気が流入することを抑制できるため、該内管４とケース５との間にＰＭが付着することを抑制できる。これにより、ケース５へ電気が流れることを抑制できる。
【００７７】
また、本実施例に係る電気加熱式触媒１では、内管４の下流側傾斜部４３の下流側端部の内径Ｇが、ケース５の下流側傾斜部５３の下流側端部の内径Ｈよりも小さくなるように形成されている。また、内管４の下流側傾斜部４３の下流側端部は、ケース５の下流側傾斜部５３の下流側端部よりも上流側に位置する。
【００７８】
このように構成された電気加熱式触媒１では、内管４の内側から流出する排気が、ケース５の下流側傾斜部５３の下流側端部から排出され易くなる。これにより、触媒担体３よりも下流側において、内管４とケース５との間に排気が流入することを抑制できるため、該内管４とケース５との間にＰＭが付着することを抑制できる。これにより、ケース５へ電気が流れることを抑制できる。
【００７９】
なお、内管４とケース５との距離は、触媒担体３に通電したときに放電が起こることを抑制できる距離として設定される。この距離は、実験等により得ることができる。
【００８０】
＜実施例６＞
図６は、本実施例に係る電気加熱式触媒１３の概略構成を示す図である。図６に示す電気加熱式触媒１３は、該電気加熱式触媒１３の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１３を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１３の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図６では、上側の部分のみを示している。また、図６に示した箇所よりも下流側では、図１に示した電気加熱式触媒１と同じ構造のため省略している。
【００８１】
本実施例では、導入管５４０の下流側端部において、該導入管５４０の外側へ直角に折れ曲がるフランジ５４１が設けられている。このフランジ５４１の内径は導入管５４０の内径Ｅと等しい。そして、本実施例では、この導入管５４０の内径Ｅが、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部の内径Ｆよりも小さくなるように形成されている。また、導入管５４０の下流側端部は、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部よりも上流側に位置する。さらに、フランジ５４１の外径Ｊが、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部の内径Ｆよりも大きくなるように形成されている。
【００８２】
このように構成された電気加熱式触媒１３では、導入管５４０を通過する排気が、内管４の内側に流入しやすくなる。さらに、触媒担体３に当たった後に逆流する排気が内管４から上流側に流出しても、該排気はフランジ５４１に当たる。仮にフランジ５４１が存在しない場合には、逆流する排気が導入管５４０の外周面に沿って進んだ後にケース５０の上流側傾斜部５１で跳ね返って、内管４とケース５０との間に流入する虞がある。これに対し、フランジ５４１に排気が当たることにより、内管４とケース５０との間に排気が流入し難くなる。これにより、内管４とケース５０との間にＰＭが付着することを抑制できる。
【００８３】
なお、本実施例では、フランジ５４１を形成しているが、これに代えて、導入管５４０の板厚を大きくしてもよい。すなわち、導入管５４０の外径が、内管４の上流側傾斜部４１の上流側端部の内径Ｆよりも大きくなるようにしてもよい。
【００８４】
＜実施例７＞
図７は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。図７に示す電気加熱式触媒１は、該電気加熱式触媒１の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図７では、上側の部分のみを示している。また、図７に示した箇所よりも下流側では、図１に示した電気加熱式触媒１と同じ構造のため省略している。
【００８５】
ここで本実施例では、内管４の上流側傾斜部４１を中心軸Ａまで延長したと仮定したときの面Ｋ（以下、内管延長面Ｋという。）が、導入管５４と接しないように内管４の上流側傾斜部４１及び導入管５４を形成している。これは、内管延長面Ｋが、導入管５４を下流側に延長した面Ｋと交差するように、内管４の上流側傾斜部４１及び導入管５４を形成しているとしてもよい。
【００８６】
ここで、図８は、内管延長面Ｋが中心軸Ａに到達するまでに導入管５４と交差する場合の電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。このように構成された電気加熱式触媒１では、内管４に流入して触媒担体３で跳ね返った排気が、内管４の上流側傾斜部４１の内周面に沿って進行する。この排気は、導入管５４の外周面に当たって、該導入管５４の外周面に沿って上流側に進む。この排気が、ケース５の上流側傾斜部５１で跳ね返ると、内管４とケース５との間に流入しやすくなる。
【００８７】
一方、図７に示したように、本実施例に係る電気加熱式触媒１では、内管４の上流側傾斜部４１の内周面に沿って進む排気は、導入管５４の外周面には当たらずに、該導入管５４の内側へ向かって進む。この排気は、新たにケース５内に流入する排気に押されて下流側へ戻される。このため、内管４とケース５との間に排気が流入することを抑制できるので、該内管４とケース５との間にＰＭが付着することを抑制できる。
【符号の説明】
【００８８】
１     電気加熱式触媒
２     排気管
３     触媒担体
４     内管
５     ケース
６     マット
７     電極
８     絶縁部
４１   上流側傾斜部
４２   管状部
４３   下流側傾斜部
４４   上流側屈曲部
４５   下流側屈曲部
５１   上流側傾斜部
５２   管状部
５３   下流側傾斜部
５４   導入管
６１   内側マット
６２   内側マット
６３   外側マット
６３Ａ 上流側端部
６４   外側マット
６４Ａ 下流側端部
【図１】
2013057792.tif 000003
【図２】
2013057792.tif 000004
【図３】
2013057792.tif 000005
【図４】
2013057792.tif 000006
【図５】
2013057792.tif 000007
【図６】
2013057792.tif 000008
【図７】
2013057792.tif 000009
【図８】
2013057792.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
＜実施例５＞
図５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。図５に示す電気加熱式触媒１は、該電気加熱式触媒１の中心軸Ａに沿って該電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
ここで本実施例では、内管４の上流側傾斜部４１を中心軸Ａまで延長したと仮定したときの面Ｋ（以下、内管延長面Ｋという。）が、導入管５４と接しないように内管４の上流側傾斜部４１及び導入管５４を形成している。これは、内管延長面Ｋが、導入管５４を下流側に延長した面Ｌと交差するように、内管４の上流側傾斜部４１及び導入管５４を形成しているとしてもよい。
【国際調査報告】
2013057792.tif 000011
2013057792.tif 000012
2013057792.tif 000013
2013057792.tif 000014