(57)【要約】【課題】排気中の水分を保持部材が吸収しても、触媒担体の通電加熱を維持できる触媒コンバータ装置を得る。【解決手段】ケース筒体２８の内部に触媒担体１４が収容され、触媒担体１４の外周には、内側から順に、内側絶縁層３０、繊維層３２、外側絶縁層３４の三層構造とされた略円筒状のマット層２６が配置される。繊維層３２と触媒担体１４及び電極１６Ａ、１６Ｂの間に内側絶縁層３０が介在されており、繊維層３２は、触媒担体１４及び電極１６Ａ、１６Ｂから絶縁されている。【選択図】図１
2011125767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、
筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、
前記筒体と前記触媒担体との間に配置され弾性により触媒担体を筒体内に保持する保持部材と、
前記保持部材と前記触媒担体との間に配置され保持部材と触媒担体とを電気的に絶縁する電気絶縁部材と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記電気絶縁部材が、前記保持部材と前記筒体との間にも配置されて保持部材と筒体とを電気的に絶縁している請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項３】
前記筒体を貫通して前記触媒担体に接続され、触媒担体に通電するための通電部材を備え、
前記電気絶縁部材が、前記通電部材の少なくとも一部を覆っている請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
前記電気絶縁部材が、前記触媒担体と前記筒体との間において前記通電部材を取り囲んでいる請求項３に記載の触媒コンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に設けられる触媒コンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で生じた排気を浄化するために排気管に設けられる触媒コンバータ装置では、たとえば特許文献１に記載されているように、触媒を担持する金属製触媒担体を通電して昇温させ、十分な触媒効果が得られるようにしたものがある。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の構造では、シェル内に金属製触媒担体が嵌挿されており、さらに、金属製触媒担体の導電部材とシェルの間に、緩衝機能を有するマット部材が嵌挿保持されている。マット部材は電気絶縁材で構成されているが、内燃機関の燃焼によって生じた水分が排気管内を流れ、この水分をマット部材が吸収すると、マット部材の絶縁抵抗が低下する。マット部材は金属製触媒担体を保持すべく、その周囲を取り巻くように配置されているため、絶縁抵抗が低下したマット部材（保持部材）に電気が流れてしまうと、触媒担体に流れる電流が少なくなり、触媒担体を十分に昇音できないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、排気中の水分を保持部材が吸収しても、触媒担体の通電加熱を維持できる触媒コンバータ装置を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、前記筒体と前記触媒担体との間に配置され弾性により触媒担体を筒体内に保持する保持部材と、前記保持部材と前記触媒担体との間に配置され保持部材と触媒担体とを電気的に絶縁する電気絶縁部材と、を有する。
【０００７】
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が通電により加熱昇温されると、担持された触媒による浄化効果をより高く発揮させることができる。また、触媒担体は保持部材及び筒体を介して排気管に取り付けられており、特に、触媒担体は保持部材の弾性力によって筒体内に保持されているので、筒体と触媒担体との相対移動（熱膨張によるズレや、車両からの振動等）を吸収することができる。
【０００８】
排気中には、内燃機関の燃焼で生じた水分が含まれることがあり、この水分を保持部材が吸収することがある。本発明では、保持部材と触媒担体との間に配置された電気絶縁部材によって保持部材と触媒担体とが電気的に絶縁されている。したがって、水分吸収した保持部材の電気抵抗が低下しても、触媒担体を流れる電気が保持部材に漏れて流れることはなく、触媒担体の通電加熱を維持できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記電気絶縁部材が、前記保持部材と前記筒体との間にも配置されて保持部材と筒体とを電気的に絶縁している。
【００１０】
電気絶縁部材によって、保持部材と筒体との間も電気的に絶縁することで、水分吸収により電気抵抗が低下した保持部材及び筒体を通じて電気が不用意に流れることを防止できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記筒体を貫通して前記触媒担体に接続され、触媒担体に通電するための通電部材を備え、前記電気絶縁部材が、前記通電部材の少なくとも一部を覆っている。
【００１２】
したがって、通電部材を通じて触媒担体に通電することができる。電気絶縁部材は、通電部材の少なくとも一部を覆っているので、通電部材から筒体への不用意な電気の流れを抑制できる。特に、請求項４に記載のように、前記電気絶縁部材が、前記触媒担体と前記筒体との間において前記通電部材を取り囲んでいる構成とすることで、通電部材から筒体への電気の流れを効果的に抑制できる。そして、実質的に、電気絶縁部材が、保持部材と通電部材の双方を絶縁している（これら２つの絶縁部材を兼ねている）ので、部品点数が少なくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記構成としたので、排気中の水分を保持部材が吸収しても、触媒担体の通電加熱を維持出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を図１のＩＩ−ＩＩ線断面で示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を構成するマット層の全体構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を構成するマット層の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を構成するマット層の構成の図４とは異なる例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置１２が排気管１０への装着状態で示されている。また、図２には、触媒コンバータ装置１２が図１のＩＩ−ＩＩ線断面図にて示されている。
【００１６】
図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、導電性及び剛性を有する材料（導電性セラミック、導電性樹脂や金属等を適用可能であるが、本実施形態では特に導電性セラミックとしている）によって形成された触媒担体１４を有している。触媒担体１４は、ハニカム状または波状等とした薄板を渦巻状あるは同心円状等に構成することで材料の表面積が増大された円柱状あるいは円筒状に形成されており、表面には触媒本体（白金、パラジウム、ロジウム等）が付着された状態で担持されている。触媒本体は、排気管１０内を流れる排気（流れ方向を矢印Ｆ１で示す）中の有害物質を浄化する作用を有している。なお、触媒担体１４の表面積を増大させる構造は、上記したハニカム状や波状に限定されるものではない。
【００１７】
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。端子１８Ａ、１８Ｂはいずれも、中心の端子本体２０を端子絶縁層２２が被覆し、さらにその外周側が端子表皮層２４によって保護される構造となっている。この端子１８Ａ、１８Ｂから延出された導線１７Ａ、１７Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂを通じて触媒担体１４に通電することで、触媒担体１４を加熱できる。そして、この加熱により、表面に担持された触媒本体を昇温させることで、触媒本体の浄化作用を高く発揮させることができるようになっている。端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂは、本発明に係る通電部材となっている。
【００１８】
触媒担体１４の外周には、内側から順に、内側絶縁層３０、繊維層３２、外側絶縁層３４の三層構造とされた略円筒状のマット層２６が配置されている。さらに、マット層２６の外周には、ステンレス等の金属で略円筒状に成形されたケース筒体２８が配置されている。換言すれば、略円筒状のケース筒体２８の内部に、触媒担体１４が収容されると共に、ケース筒体２８と触媒担体１４との間に配置されたマット層２６により、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に、同心（中心線ＣＬ）で保持されている。したがって、内側絶縁層３０の内周面は触媒担体１４の外周面に接触し、外側絶縁層３４の外周面はケース筒体２８の内周面に接触している。
【００１９】
図３からも分かるように、ケース筒体２８、外側絶縁層３４及び内側絶縁層３０には、端子１８Ａ、１８Ｂ又は導線１７Ａ、１７Ｂが貫通される貫通孔３６が形成されている。また、繊維層３２は、触媒コンバータ装置１２の軸方向に２分割されており、端子１８Ａ、１８Ｂとは接触しないようになっている。
【００２０】
マット層２６を構成する内側絶縁層３０及び外側絶縁層３４は、本発明に係る電気絶縁部材の一例であり、たとえばマイカシート等の絶縁性を有する材料により構成されている。すなわち、絶縁性の部材が触媒担体１４とケース筒体２８との間に配置されていることになるので、触媒担体１４からケース筒体２８への電気の流れが阻止されている。特に、本実施形態では、図１から分かるように、マット層２６の内側絶縁層３０及び外側絶縁層３４は、いずれも繊維層３２より軸方向に長く形成されており、絶縁効果を確実に発揮できるようになっている。なお、内側絶縁層３０及び外側絶縁層３４を構成する材料としては、シリカ、シルコニア、マグネシア、窒化ケイ素、窒化ホウ素等も適用可能である。
【００２１】
これに対し、繊維層３２は、本発明に係る保持部材の一例であり、たとえばアルミナマット等により、所定の弾性を有する繊維状に形成されている。これにより、マット層２６自体も所定の弾性を有することになる。金属製のケース筒体２８と導電性セラミック製の触媒担体１４とでは線膨張係数が異なっているため、排気管１０内を通過する排気の熱や、触媒担体１４への通電加熱による膨張量が異なることとなるが、この膨張量の違いが、マット層２６の弾性により吸収される。さらに、排気管１０を通じた振動の入力に対しても、マット層２６が緩衝作用を発揮しつつケース筒体２８と触媒担体１４との位置ズレを吸収する。なお、繊維層３２を構成する材料としては、インタラムマットやムライト等も適用可能である。
【００２２】
なお、繊維層３２は、上記したように繊維状に形成されているため、水分を吸収する。また、通常状態（水分を吸収していない状態）では絶縁性を有するが、水分吸収により絶縁性が低下することがある。図１から分かるように、内側絶縁層３０は、端子１８Ａ、１８Ｂの近傍において電極１６Ａ、１６Ｂを部分的に覆って、電極１６Ａ、１６Ｂ及び触媒担体１４と繊維層３２とを電気的に隔離しており、水分吸収で絶縁性が低下した繊維層に、電極１６Ａから不用意に電気が流れないようにしている。
【００２３】
次に、本実施形態の触媒コンバータ装置１２の作用を説明する。
【００２４】
図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、そのケース筒体２８が排気管１０の途中に、排気管１０と同心になるように取り付けられ、触媒担体１４の内部を排気が通過する。このとき、触媒担体１４に担持された触媒本体により、排気中の有害物質が浄化される。本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ、導線１７Ａ、１７Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂによって触媒担体１４に通電し、触媒担体１４を加熱することで、触媒担体１４に担持された触媒本体を昇温させ、浄化作用をより高く発揮させることができる。たとえば、エンジンの始動直後等、排気の温度が低い場合には、あらかじめ触媒担体１４への通電加熱を行うことで、エンジン始動初期における触媒本体の浄化性能を確保できる。
【００２５】
排気中には水分が含まれているため、この水分を繊維層３２が吸着すると、繊維層３２の絶縁性が低下する（導電性が高くなる）。したがって、たとえば繊維層３２が２つの電極１６Ａ、１６Ｂに直接的に接触している構造では、電気の一部が繊維層３２を流れるため、触媒担体１４への通電量が少なくなってしまう。また、繊維層３２が電極１６Ａ、１６Ｂに接触していない構造であっても、触媒担体１４に接触していれば、その部分では電気の一部が繊維層３２に流れるため、触媒担体１４への通電量が少なくなってしまう。
【００２６】
しかし、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、繊維層３２と触媒担体１４及び電極１６Ａ、１６Ｂの間に内側絶縁層３０が介在されており、繊維層３２は、触媒担体１４及び電極１６Ａ、１６Ｂから絶縁されている。したがって、繊維層３２が水分吸収によりその絶縁性を低下させていても、電気の一部が繊維層３２を流れることはなく、触媒担体１４を流れるので、触媒担体１４への通電加熱を確実に行わせることができ、担持された触媒本体を確実に昇温できる。
【００２７】
特に、本実施形態の触媒コンバータ装置１２においては、繊維層３２とケース筒体２８の間においても、外側絶縁層３４が介在されて、これらが電気的に絶縁されている。電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８の間の間隙Ｇ１（端子１８Ａ、１８Ｂの周囲）における水蒸気量や窒素酸化物濃度、炭化水素濃度が増加すると、この間隙Ｇ１において、電極１６Ａ、１６Ｂからケース筒体２８への電流リークが懸念されるが、ケース筒体２８と電極１６Ａ、１６Ｂの間が外側絶縁層３４によって絶縁されているので、ケース筒体２８を不用意に電気が流れることも防止できる。
【００２８】
また、ケース筒体２８と触媒担体１４との間にはマット層２６が介在されており、特に、マット層２６の繊維層３２は、所定の弾性を有している。触媒担体１４とケース筒体いとは異なる線膨張係数を有しているため、上記した触媒担体への通電加熱や、排気からの熱によって、触媒担体１４とケース筒体２８とが軸方向にずれた場合でも、このずれをマット層２６（繊維層３２）の弾性変形により吸収できる。
【００２９】
なお、本発明の触媒コンバータ装置１２において、触媒担体１４の外周側を包囲するマット層２６の構造は特に限定されないが、たとえば、図４に示す構造や、図５に示す構造とすることができる。
【００３０】
図４に示す構造では、マット層２６を、貫通孔３６の中心位置において、軸方向に２分割した形状の分割体２６Ａ、２６Ｂを用いており、これらの分割体２６Ａ、２６Ｂを、端子１８Ａ、１８Ｂがそれぞれ対応する貫通孔３６に収容されるようにして、軸方向に接合している。このような形状の分割体２６Ａ、２６Ｂのそれぞれは、内側絶縁層３０、繊維層３２及び外側絶縁層３４を、まず所定幅のシート状に形成しておき、これらシート状の部材を積層状態で巻いて製造することができる。
【００３１】
また、分割体２６Ａ、２６Ｂの接合時に、端子１８Ａ、１８Ｂがそれぞれ対応する貫通孔３６に収容されるので、円形の貫通孔に端子１８Ａ、１８Ｂを挿通する作業を省略でき、作業性が高い。
【００３２】
これに対し、図５に示す構造では、マット層２６を、一方の端子１８Ａに対応する貫通孔３６が形成された側と、他方の端子１８Ｂに対応する貫通孔３６が形成された側とに２分割した形状の分割体２６Ｃ、２６Ｄを用いている。このような形状の分割体２６Ｃ、２６Ｄと用いると、接合部分が直線状になるので、接合時の位置あわせが容易となる。
【００３３】
上記説明から分かるように、本発明は、本質的には、電極１６Ａ、１６Ｂ及び触媒担体１４と繊維層３２との間が、電気絶縁部材によって絶縁されていれば、水分吸収により絶縁性（電気抵抗）が低下した繊維層３２に電気が流れることを防止できる。このような観点から、以下に、本発明の他の実施形態を挙げる。なお、これらの各実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
図６には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置５２が示されている。この触媒コンバータ装置５２では、第１実施形態に係る外側絶縁層３４（図１参照）は設けられておらず、繊維層３２の外周面が直接的にケース筒体２８の内周面に接触している。
【００３５】
このような構成とされた第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、電極１６Ａ、１６Ｂ及び触媒担体１４と繊維層３２との間が、内側絶縁層３０によって絶縁されているので、水分吸収により絶縁性（電気抵抗）が低下した繊維層３２に電気が流れることを防止できる。
【００３６】
しかも、第２実施形態では、外側絶縁層３４を設けていないので、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と比較して、部品点数が少なくなる。また、図１と図６とを比較すれば分かるように、繊維層３２の厚み（中心線ＣＬを基準とした径方向の厚み）を厚くすることも可能であり、これにより、触媒担体１４とケース筒体２８との軸方向のずれを、より効果的に吸収可能となる。
【００３７】
図７には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置６２が示されている。この触媒コンバータ装置６２では、内側絶縁層３０が、触媒コンバータ装置６２の軸方向の中央、すなわち端子１８Ａ、１８Ｂに向かって延出されており、ケース筒体２８と電極１６Ａ、１６Ｂとの間で端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂを外周側から取り囲むように密着する略円筒状の端子包囲部６４が構成されている。すなわち、第３実施形態では、端子包囲部６４の内側が、内側絶縁層３０における貫通孔３６となっている。
【００３８】
このような構成とされた第３実施形態の触媒コンバータ装置６２では、ケース筒体２８に電気が流れてしまうことを抑制できる。すなわち、前述したように、間隙Ｇ１における水蒸気量、窒素酸化物濃度、炭化水素濃度の増加により、端子１８Ａ、１８Ｂや導線１７Ａ、１７Ｂからケース筒体２８への電流リークが懸念される場合でも、ケース筒体２８と端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂが端子包囲部６４によって絶縁されているので、ケース筒体２８を不用意に電気が流れることをより効果的に防止できる。
【００３９】
しかも、内側絶縁層３０が、繊維層３２に対する電気絶縁部材と、端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂに対する電気絶縁部材とを兼ねていることになるので、これらの電気絶縁部材を別体で構成したものに比べ、部品点数が少なくなる。なお、端子包囲部６４は、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８との間において、端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂを完全に取り囲んでいない（一部のみを覆っている）構成でも、上記した絶縁効果は発揮できるが、図７に示したように、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８との間では、端子１８Ａ、１８Ｂ及び導線１７Ａ、１７Ｂを完全に取り囲んでいると、より確実に絶縁できる。
【００４０】
図８には、本発明の第４実施形態の触媒コンバータ装置７２が示されている。この触媒コンバータ装置７２では、内側絶縁層３０が、触媒コンバータ装置６２の軸方向の中央に向かって延出されて、端子包囲部６４が構成されている点は第３実施形態と同様であるが、さらに、外側絶縁層３４も触媒コンバータ装置７２の軸方向の中央に向かって延出されて、内側絶縁層３０（端子包囲部６４）と一体化されている。
【００４１】
このように、第４実施形態の触媒コンバータ装置７２では内側絶縁層３０、外側絶縁層３４が、内側絶縁層３０の端子包囲部６４を介して一体化されているので、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２と比較して、さらに部品点数が少なくなる。
【００４２】
図９には、本発明の第５実施形態の触媒コンバータ装置８２が示されている。この触媒コンバータ装置８２では、内側絶縁層３０と外側絶縁層３４とが端子包囲部６４を介して一体化されている点は第４実施形態と同様であるが、さらに、内側絶縁層３０及び外側絶縁層３４における、端子１８Ａ、１８Ｂ側と反対の部分（軸方向の端部）にも連続部８４が形成されており、内側絶縁層３０と外側絶縁層３４とが連続部８４によって連続している。すなわち、第５実施形態では、繊維層３２が、内側絶縁層３０（端子包囲部６４）、外側絶縁層３４及び連続部８４によって外側から完全に覆われている。
【００４３】
このような構成とされた第５実施形態の触媒コンバータ装置８２では、繊維層３２に排気が触れないため、排気中の水分を繊維層３２が吸着することが抑制される。したがって、第１〜第４実施形態の触媒コンバータ装置と比較して、繊維層３２の水分吸収による絶縁性の低下の懸念が少ない。
【００４４】
また、連続部８４等を浸透した水分を繊維層３２が吸着してしまった場合でも、内側絶縁層３０及び外側絶縁層３４（特に内側絶縁層３０）によって繊維層３２は、触媒担体１４及び電極１６Ａ、１６Ｂから絶縁されているので、電気の一部が繊維層３２を流れることを防止できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  排気管
１２  触媒コンバータ装置
１４  触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ    電極
１７Ａ、１７Ｂ    導線（通電部材）
１８Ａ、１８Ｂ    端子（通電部材）
２０  端子本体
２６  マット層
２６Ａ、２６Ｂ    分割体
２６Ｃ、２６Ｄ    分割体
２８  ケース筒体
３０  内側絶縁層（電気絶縁部材）
３２  繊維層（保持部材）
３４  外側絶縁層（電気絶縁部材）
３６  貫通孔
５２  触媒コンバータ装置
６２  触媒コンバータ装置
６４  端子包囲部
７２  触媒コンバータ装置
８２  触媒コンバータ装置
８４  連続部
Ｇ１  間隙
【図１】
2011125767.tif 000003
【図２】
2011125767.tif 000004
【図３】
2011125767.tif 000005
【図４】
2011125767.tif 000006
【図５】
2011125767.tif 000007
【図６】
2011125767.tif 000008
【図７】
2011125767.tif 000009
【図８】
2011125767.tif 000010
【図９】
2011125767.tif 000011