(57)【要約】【課題】触媒担体の温度低下を抑制すると共に、触媒担体の下流側でカーボンの燃焼を促進できる触媒コンバータ装置を得る。【解決手段】触媒担体１４よりも下流側で触媒担体１４から離間して、筒状の下流筒４０が配置される。下流筒４０は、下流に向かって内径が縮径される下流側縮径部４０Ｃを備える。収容筒３０の内周面と下流筒４０の外周面の間には保持マット４２が配置され、下流筒４０が収容筒３０から離間させて収容筒３０内に保持される。【選択図】図１
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【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収容筒と、
前記触媒担体よりも前記排気の流れ方向の下流側で触媒担体から離間して筒状に形成され、下流に向かって内径が縮径される下流側縮径部を備えた下流筒と、
前記収容筒の内周面と前記下流筒の外周面の間に配置され下流筒を収容筒内に保持する下流筒保持部材と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記収容筒の内周面に設けられ無機物を含有する第１ガラスコート層と、
前記下流筒の表面に設けられ、第１ガラスコート層の前記無機物よりも粒径の大きい無機物を含有する第２ガラスコート層と、
を有する請求項１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、通電により発熱する発熱体よりも排気の上流側を、外管と内管の二重管構造にしたものがある。この特許文献１記載の構造では、内管は、徐々に内径が小さくなりつつ排気の上流側に延びている。
【特許文献１】特開２０１３−１８５５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の構造では、排気中のカーボン等が内管に付着しても、内管の温度が高くなることで、カーボンの酸化が促進される。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮し、触媒担体の温度低下を抑制すると共に、触媒担体の下流側でカーボンの燃焼を促進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】
【０００５】
本発明の第１の態様では、  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収容筒と、前記触媒担体よりも前記排気の流れ方向の下流側で触媒担体から離間して筒状に形成され、下流に向かって内径が縮径される下流側縮径部を備えた下流筒と、前記収容筒の内周面と前記下流筒の外周面の間に配置され下流筒を収容筒内に保持する下流筒保持部材と、を有する。
【０００６】
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されて昇温され、触媒担体の温度が維持されると、担持された触媒による浄化効果を、昇温されていない場合と比較して、より高く発揮させることができる。
【０００７】
触媒担体よりも下流側には、下流筒が形成される。下流筒には下流側縮径部が設けられており、排気の流速が速くなるので、下流筒は昇温しやすくなり、付着したカーボンの燃焼が促進される。
【０００８】
下流筒は、触媒担体から離間している。したがって、触媒担体の熱が下流筒に伝わりにくい。すなわち、触媒担体の熱が下流筒に伝わることによる触媒担体の温度低下を抑制できる。
【０００９】
収容筒の内周面と下流筒の外周面の間には、下流筒保持部材が配置されているので、下流筒は収容筒から離間している。したがって、下流筒が収容筒に接触している構造と比較して、下流筒の熱が収容筒に伝わりにくい。すなわち、下流筒の熱が収容筒に伝わることによる下流筒の温度低下を抑制でき、カーボンの燃焼を促進できる。
【００１０】
本発明の第２の態様では、第１の態様において、前記収容筒の内周面に設けられ無機物を含有する第１ガラスコート層と、前記下流筒の表面に設けられ、第１ガラスコート層の前記無機物よりも粒径の大きい無機物を含有する第２ガラスコート層と、を有する。
【００１１】
収容筒の内周面に第１ガラスコート層が設けられており、収容筒と触媒担体との絶縁性が高いので、触媒担体へ確実に電流を流し、昇温させることができる。
【００１２】
また、下流筒の表面に第２ガラスコート層が設けられているので、第２ガラスコート層がない構造と比較して、下流筒へのカーボンの付着を抑制できる。
【００１３】
第２ガラスコート層に含有される無機物は、第１ガラスコート層に含有される無機物よりも粒径が大きい。したがって、収容筒と下流側保持部材との摩擦よりも、下流筒と下流側保持部材との摩擦の方が大きい。このため、下流筒の周囲に下流側保持部材を装着して一体化し、この一体化部材を収容筒内に圧入して組み付けるとき、下流筒と下流側保持部材とのズレが抑制され、組み付しやすい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記構成としたので、触媒担体の温度低下を抑制すると共に、触媒担体の下流側でカーボンの燃焼を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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部分的に拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を組付途中の状態で部分的に拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。以下において、単に「上流側」及び「下流側」というときは、排気管１０内での排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）における上流側及び下流側をそれぞれいうものとする。触媒コンバータ装置１２は、上流側排気管１０Ａと下流側排気管１０Ｂの間に取り付けられる。
【００１７】
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を構成する材料としては、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。
【００１８】
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いる。触媒担体１４の表面には触媒（白金、パラジウム、ロジウム等）が付着されて担持されている。
【００１９】
触媒は、排気管１０内を流れる排気中の物質（炭化水素等）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。
【００２０】
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から電極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。この加熱により、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒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。
【００２１】
触媒担体１４は、外周に配置された保持マット２６を介して、ケース筒体２８（本発明に係る収容筒）の内部に収容された状態で保持されている。保持マット２６は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール、インタラムマットやムライト等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。
【００２２】
ケース筒体２８は、本実施形態ではステンレス等の金属で成形されている。ケース筒体２８は、上流側から下流側まで一定の径を有する円筒状の収容筒３０と、この収容筒３０の上流端からさらに上流側に連続し、径が段階的に縮径された上流側縮径部３２を有している。図１に示した例では、上流側縮径部３２は２か所の縮径部３２Ｃで２段階に縮径されているが、縮径部３２Ｃの数は１つでも３つ以上でもよい。
【００２３】
ケース筒体２８の収容筒３０と、上流側排気管１０Ａの間には、上流側円錐部材２０及び接続部材２２が配置されている。上流側円錐部材２０は、上流側排気管１０Ａの外側に、溶接等により全周で固定される固定筒２０Ａと、接続部材２２の内側に溶接等により全周で固定される固定筒２０Ｂを有している。固定筒２０Ｂは固定筒２０Ａよりも大径であり、固定筒２０Ａと固定筒２０Ｂの間は、固定筒２０Ａから固定筒２０Ｂへと次第に拡径された円錐台部２０Ｃによって連続している。固定筒２０Ａの内側では、上流側排気管１０Ａが円錐台部２０Ｃの内側で下流側に突出しており、突出部１０Ｃが構成されている。
【００２４】
そして、触媒担体１４よりも上流側で、且つ円錐台部２０Ｃよりも下流側に、上流側縮径部３２が位置している。したがって、上流側から下流側に向かって拡径される円錐台形状の部材（円錐台部２０と上流側縮径部３２）が、排気の流れ方向に並んで２つ備えられていることになる。
【００２５】
上流側縮径部３２の上流端３２Ｓは、上流側排気管１０Ａ（突出部１０Ｃ）の下流端１０Ｔよりも下流側に位置しており、排気の流れ方向で上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２とは重ならない（ラップしない）ようになっている。そして、上流側円錐部材２０及び接続部材２２と上流側縮径部３２との間に、貯水領域３６が構成されている。後述するように、貯水領域３６は、排気中の水分が凝縮された凝縮水（液状の水）が貯留される領域である。
【００２６】
上流側縮径部３２の上流端３２Ｓの径Ｄ２は、上流側排気管１０Ａの下流端１０Ｔの径Ｄ１よりも大きい。
【００２７】
ケース筒体２８の収容筒３０と、下流側排気管１０Ｂの間には、下流側円錐部材５０が配置されている。下流側円錐部材２０は、下流側排気管１０Ｂの外側に、溶接等により全周で固定される固定筒５０Ａと、収容筒３０の内側に溶接等により全周で固定される固定筒５０Ｂを有している。固定筒５０Ｂは固定筒５０Ａよりも大径であり、固定筒５０Ａと固定筒５０Ｂの間は、固定筒５０Ａから固定筒５０Ｂへと次第に拡径された円錐台部５０Ｃによって連続している。
【００２８】
触媒担体１４の下流側には、下流筒４０が設けられている。下流筒４０は、触媒担体１４から下流側へ離間し、ケース筒体２８の収容筒３０よりもわずかに小径とされた第１円筒部４０Ａと、この第１円筒部４０Ａから下流側縮径部４０Ｃを経て下流側に連続し、径が段第１円筒部４０Ａよりも小径の第２円筒部４０Ｂを有している。図１に示した例では、下流筒４０は１か所の下流側縮径部４０Ｃによって１段階で縮径されているが、２段階以上に縮径されていてもよい。
【００２９】
下流筒４０の第１円筒部４０Ａの外周には、保持マット４２が装着されている。下流筒４０は、保持マット４２によって、ケース筒体２８の内部に収容された状態で保持されている。
【００３０】
保持マット４２は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール、インタラムマットやムライト等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。保持マット４２は、保持マット２６と同じ材質でもよいし、異なる材質でもよい。
【００３１】
図２にも詳細に示すように、ケース筒体２８の収容筒３０の内周面から、上流側縮径部３２の内周面を経て外周面に至る範囲（実質的に上流側縮径部３２の全面）には、第１ガラスコート層４４が施されている。特に、実質的に上流側縮径部３２の全面にわたる範囲に、第１ガラスコート層４４が施されている。
【００３２】
第１ガラスコート層４４は、セラミック等の無機物を含有しており、ケース筒体２８よりも熱伝導率が低い材料で、且つ所定の気孔率に形成されている。さらに、第１ガラスコート層４４は、電気絶縁性を有している。
【００３３】
下流筒４０の全面には、第２ガラスコート層４６が施されている。第２ガラスコート層４６も、第１ガラスコート層４４と同様にセラミック等の無機物を含有しており、下流筒４０よりも熱伝導率が低い材料で所定の気孔率とされ、さらに電気絶縁性を有している。ただし、第１ガラスコート層４４の無機物の粒径と比較して、第２ガラスコート層４６の無機物の粒径の方が大きい。
【００３４】
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。
【００３５】
図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、ケース筒体２８が排気管１０の途中（上流側排気管１０Ａと下流側排気管１０Ｂの間）で、排気管１０と同芯になるように取り付けられている。触媒担体１４の内部を排気が通過すると、触媒担体１４に担持された触媒により、排気中の物質（炭化水素）等が浄化される。
【００３６】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ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の浄化性能を確保できる。
【００３７】
ケース筒体２８の内周面には、第１ガラスコート層４４が施されており、ケース筒体２８の絶縁性が高められている。したがって、触媒担体１４への通電時に電流がケース筒体２８へ漏れることが抑制される。これにより、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させることができる。
【００３８】
下流筒４０は、触媒担体１４から離間して配置されている。すなわち、下流筒４０は触媒担体１４と非接触なので、触媒担体１４の熱が下流筒４０に伝わることが抑制される。これにより、触媒担体１４の熱が下流筒４０に伝わることによる触媒担体１４の温度低下を抑制できる。
【００３９】
排気中には水分が含まれているため、触媒コンバータ装置１２よりも上流側では、排気管１０内の水分が凝縮し水滴となることがある。
【００４０】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、排気の流れ方向で上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２とは重なっていない。したがって、排気中の凝縮水は、上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２の間を通り、上流側円錐部材２０及び接続部材２２と上流側縮径部３２との間の貯水領域３６に貯留される。凝縮水が触媒担体１４に付着することが抑制されるため、凝縮水によって電極１６Ａ、１６Ｂ間が短絡することが抑制される。そして、短絡が抑制されることで、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させることができる。
【００４１】
特に、本実施形態では、上流側縮径部３２を収容筒３０から一体的に延出しており、上流側縮径部３２と収容筒３０との間に継ぎ目がない。このため、貯水領域３６に溜まった水が、上流側縮径部３２と収容筒３０との継ぎ目から触媒担体１４側に浸入することがない。
【００４２】
しかも、ケース筒体２８と上流側縮径部３２とを、このように継ぎ目のない一体的な部材として構成しているので、ケース筒体２８と上流側縮径部３２とを別体とした構造と比較して熱容量が小さい。このため、触媒担体１４からケース筒体２８及び上流側縮径部３２に移動する熱量が少なく、触媒担体１４を効果的に昇温できる。
【００４３】
排気中には、たとえばエンジンの低温始動時等にカーボンが含まれることがある。本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、上流側縮径部３２の上流端３２Ｓの径Ｄ２は、上流側排気管１０Ａの下流端１０Ｔの径Ｄ１よりも大きい。したがって、上流側排気管１０Ａを流れた排気中のカーボンが、貯水領域３６に流入することが抑制される。これにより、上流側縮径部３２の外周面へのカーボンの付着が抑制されるので、このカーボンによって電極１６Ａ、１６Ｂ間が短絡することが抑制される。そして、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させることができる。
【００４４】
しかも、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、上流側縮径部３２の径が上流側に向かって縮径されている。これにより、上流側縮径部３２の内側を流れる排気に渦が生じるので、縮径されていない（一定径の円筒状の）構造と比較して、上流側縮径部３２が排気から熱を受けやすくなる。上流側縮径部３２の温度が上昇しやすくなるので、上流側縮径部３２に付着したカーボンの燃焼を促進できる。
【００４５】
さらに、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、下流筒４０にも下流側縮径部４０Ｃが設けられているので、下流側縮径部４０Ｃが設けられていない下流筒（一定の径を有する円筒状の部材）と比較して、下流側縮径部４０Ｃにおいて排気の流速が上昇する。これにより、下流筒４０の温度が上昇しやすくなるので、下流筒４０に付着したカーボンの燃焼を促進できる。
【００４６】
下流筒４０とケース筒体２８の間には保持マット４２が配置されており、下流筒４０はケース筒体２８と非接触である。したがって、下流筒４０がケース筒体２８と接触している構造と比較して、下流筒４０の熱がケース筒体２８に伝わることが抑制される。これにより、下流筒４０の熱がケース筒体２８に伝わることによる下流筒４０の温度低下を抑制できる。
【００４７】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、下流筒４０の全面に第２ガラスコート層４６が施されているので、下流筒４０へのカーボンの付着を抑制できる。
【００４８】
しかも、第２ガラスコート層４６の無機物の粒径は、第１ガラスコート層４４の無機物の粒径よりも大きい。
【００４９】
ここで、図３には、下流筒４０をケース筒体２８に組み付ける途中の工程が示されている。ケース筒体２８に圧入する前の下流筒４０の第１円筒部４０Ａには、保持マット４２が装着されている。すなわち、保持マット４２が装着された状態の下流筒４０が、矢印Ａ１で示すように、ケース筒体２８の内部に圧入される。
【００５０】
第２ガラスコート層４６の無機物の粒径は、第１ガラスコート層４４の無機物の粒径よりも大きいので、下流筒４０と保持マット４２との間に作用する摩擦力は、ケース筒体２８と保持マット４２との間に作用する摩擦力より大きい。このため、保持マット４２が装着された下流筒４０をケース筒体２８に圧入するとき、保持マット４２はケース筒体２８内を滑ると共に、保持マット４２が下流筒４０からずれることが抑制され、圧入作業の作業性が向上している。
【符号の説明】
【００５１】
１０  排気管
１２  触媒コンバータ装置
１４  触媒担体
２８  ケース筒体
３０  円筒部（収容筒）
４０  下流筒
４０Ｃ      下流側縮径部
４２  保持マット（下流側保持部材）
４４  第１ガラスコート層
４６  第２ガラスコート層
【図１】
2015086783.tif 000003
【図２】
2015086783.tif 000004
【図３】
2015086783.tif 000005