(57)【要約】【課題】電気加熱式触媒部の下流に下流側触媒部を備える場合に、電気加熱式触媒部の下流側の絶縁性向上を可能にする内燃機関の触媒装置を提供する。【解決手段】内燃機関の触媒装置１は、電気加熱式触媒部に相当する触媒部３と、触媒部３の下流に配置された下流側触媒部に相当する触媒部４と、触媒部３と触媒部４とを収容する外筒２と、外筒２のうち少なくとも触媒部３を収容する部分から触媒部４を収容する部分までを構成する部分２ｂの内面に設けられた絶縁材１０と、触媒部４の外周部４ａに排気を誘導する誘導部とを備える。例えば、内燃機関の触媒装置１の第１の具体例である内燃機関の触媒装置１Ａでは、外周部４ａに排気を誘導する誘導部が、外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部４ａを含むことで実現される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気加熱式触媒部と、
前記電気加熱式触媒部の下流に配置された下流側触媒部と、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部とを収容する外筒と、
前記外筒のうち少なくとも前記電気加熱式触媒部を収容する部分から前記下流側触媒部を収容する部分までの内面に設けられた第１の絶縁材と、を備え、
前記下流側触媒部は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画されており、内部を流れる排気の熱量よりその外周部を流れる排気の熱量が大きい内燃機関の触媒装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部よりも外周部の排気の流通抵抗を低減させた内燃機関の触媒装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、小空間であるセルを複数有するセル構造体を有し、その外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部のセル密度よりも外周部のセル密度が低い内燃機関の触媒装置。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部は、それぞれ小空間であるセルを複数有するセル構造体を有し、前記下流側触媒部の外周部のセル密度は、前記電気加熱式触媒部の外周部のセル密度よりも低い内燃機関の触媒装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部よりも外周部の方が、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い内燃機関の触媒装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部は、その外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、
前記電気加熱式触媒部の外周部が、その内部よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が少なく、前記電気加熱式触媒部の前記外周部が浄化する排気と、前記下流側触媒部の外周部が浄化する排気とに同じ排気成分が含まれる内燃機関の触媒装置。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項記載の内燃機関の触媒装置であって、
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部との間に設けられた第２の絶縁材をさらに備える内燃機関の触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通電により加熱可能な電気加熱式触媒部を備えた触媒装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、電気加熱式触媒部の下流に下流側触媒部を備える電気加熱式触媒装置が開示されている。この触媒装置では、電気加熱式触媒部の上流側の配管内に、リング上に堆積した排ガス中のすすを燃焼除去し得るように構成されたヒータリングが装着されている。特許文献２から４では、触媒担体のセル密度について記載されている。特許文献５では、担体収納部の内側の水分を排出する排気ガス浄化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１４８８号公報
【特許文献２】特開平８−２３８４２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８３４６号公報
【特許文献４】特開平１１−８２０００号公報
【特許文献５】特開２０１２−２３７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の触媒装置は、電気加熱式触媒部の下流に下流側触媒部を備える構成とすることができる。この場合、例えば機関冷間始動時など、金属触媒の温度が活性温度を下回っている場合に、次のようにして排気を浄化できる。すなわち、まず電気加熱式触媒部を通電により加熱することで、電気加熱式触媒部による排気の早期浄化を可能にする。その後は、下流側触媒部の金属触媒の温度が活性温度を上回った場合に、下流側触媒部で排気を浄化できる。
【０００５】
ところが、排気には導電性物質である水分やカーボンが含まれている。このため、上記構成の内燃機関の触媒装置では、電気加熱式触媒部から絶縁されていない部位に通じる漏電パスが、凝縮水やカーボンによって形成される虞がある。結果、電気加熱式触媒部への通電時に漏電が発生する虞がある。
【０００６】
特許文献１が開示するヒータリングは、電気加熱式触媒部の上流側の配管内に設けられる。このため、特許文献１が開示するヒータリングによれば、電気加熱式触媒部の上流側で、すすの燃焼除去や結露の加熱除去を行い得る。しかしながら、この場合にはコスト面で不利になる虞がある。また、絶縁性は電気加熱式触媒部の上流側だけでなく、下流側でも向上させる必要がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、電気加熱式触媒部の下流に下流側触媒部を備える場合に、電気加熱式触媒部の下流側の絶縁性向上を可能にする内燃機関の触媒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電気加熱式触媒部と、前記電気加熱式触媒部の下流に配置された下流側触媒部と、前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部とを収容する外筒と、前記外筒のうち少なくとも前記電気加熱式触媒部を収容する部分から前記下流側触媒部を収容する部分までの内面に設けられた第１の絶縁材と、を備え、前記下流側触媒部は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画されており、内部を流れる排気の熱量よりその外周部を流れる排気の熱量が大きい内燃機関の触媒装置である。
【０００９】
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部よりも外周部の排気の流通抵抗を低減させた構成とすることができる。
【００１０】
前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、小空間であるセルを複数有するセル構造体を有し、その外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部のセル密度よりも外周部のセル密度が低い構成とすることができる。
【００１１】
また、前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部は、それぞれ小空間であるセルを複数有するセル構造体を有し、前記下流側触媒部の外周部のセル密度は、前記電気加熱式触媒部の外周部のセル密度よりも低い構成とすることができる。
【００１２】
さらに、前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部の少なくとも一方は、外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、内部よりも外周部の方が、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い構成とすることができる。
【００１３】
また、前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部は、その外周部とその外周部に囲まれた内部とに区画され、前記電気加熱式触媒部の外周部が、その内部よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が少なく、前記電気加熱式触媒部の前記外周部が浄化する排気と、前記下流側触媒部の外周部が浄化する排気とに同じ排気成分が含まれる構成とすることもできる。
【００１４】
また、前記電気加熱式触媒部と前記下流側触媒部との間に設けられた第２の絶縁材をさらに備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、電気加熱式触媒部の下流に下流側触媒部を備える場合に、電気加熱式触媒部の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の触媒装置の概略構成図である。
【図２】内燃機関の触媒装置の第１の具体例の要部図である。
【図３】内燃機関の触媒装置の第２の具体例の要部図である。
【図４】内燃機関の触媒装置の第３の具体例の要部図である。
【図５】内燃機関の触媒装置の第４の具体例の要部図である。
【図６】内燃機関の触媒装置の第５の具体例の要部図である。
【図７】内燃機関の触媒装置の第６の具体例の要部図である。
【図８】内燃機関の触媒装置の第７の具体例の要部図である。
【図９】内燃機関の触媒装置の第８の具体例の要部図である。
【図１０】内燃機関の触媒装置の変形例の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【００１８】
図１は内燃機関の触媒装置（以下、触媒装置と称す）１の概略構成図である。矢印Ｆは排気の流通方向を示す。触媒装置１は、外筒２と、触媒部３と、触媒部４と、マット５と、マット６と、絶縁材７と、電極８、９と、絶縁材１０とを備えている。触媒装置１は、内燃機関の排気を浄化する。内燃機関は車両に搭載されている。
【００１９】
外筒２は第１の外筒であり、触媒部３と触媒部４とを収容する。外筒２は導電性を有している。外筒２のうち排気と接触する部分には、絶縁材１０が設けられている。当該部分は、外筒２のうち少なくとも部分２ｂの内面とすることができる。部分２ｂは、外筒２のうち触媒部３を収容する部分から触媒部４を収容する部分までを構成する。絶縁材１０は第１の絶縁材であり、漏電先となる車体からの触媒部３および触媒部４の絶縁性を確保する。絶縁材１０は例えばガラスコートである。絶縁材１０は塗布によって設けることができる。
【００２０】
外筒２は、その上流側から順に、部分２ａ、部分２ｂおよび部分２ｃに区分けすることができる。すなわち、部分２ａは、部分２ｂの上流側に配置されている。ここで、部分２ａは、さらに、部分２ａａ、部分２ａｂおよび部分２ａｃに区分けすることができる。部分２ａａは、部分２ｂから上流側に向かって次第に縮径されている。縮径されている部分は、断面において波形に形成されている。これにより、沿面距離の延長が図られている。部分２ａｂは、部分２ａａの上流側に配置されている。また、部分２ａｂは、部分２ａａに沿った形状を有している。部分２ａａの下流側端部と、部分２ａｂの下流側端部とは、同じ外径を有している。部分２ａｃは、環状の部分であり、部分２ａａの下流側端部と部分２ａｃの下流側端部とを接続している。このような構成の部分２ａでは、部分２ａａが上流側に向かって突き出た形状を有すると共に、その周囲を部分２ａｂ及び部分２ａｃが覆っている。このように、外筒２の上流側端部に位置する部分２ａは、二重化され、流通経路が複雑化された、いわばラビリンス構造を有している。
【００２１】
部分２ｂは、触媒部３と触媒部４とを収容する。触媒部３は第１のマットであるマット５を介して、触媒部４は第２のマットであるマット６を介して部分２ｂ内に保持されている。部分２ｂは一定の内径を有している。部分２ｂには、正負の電極８、９が設けられている。電極８、９は、外筒２から絶縁された状態で外筒２およびマット５を貫通して触媒部３の外周面に接する。
【００２２】
部分２ｃは、部分２ｂの下流側に配置されている。部分２ｃは、部分２ｂから下流側に向かって延びている。部分２ｃは、一定の内径を有している。部分２ｃには、センサ１１が設けられている。センサ１１は例えば排気温センサや空燃比センサであり、部分２ｃ内に突出している。
【００２３】
外筒２は、部分２ａ、部分２ｂおよび部分２ｃのうち少なくとも部分２ｂを備える構成とすることができる。したがって、外筒２は例えば部分２ｂや、部分２ａおよび部分２ｂであってもよい。部分２ａが含む部分２ａａと部分２ｂとは一体であってもよく、別体であってもよい。部分２ｂおよび部分２ｃについても同様である。
【００２４】
前述の通り、外筒２内には、触媒部３と触媒部４とが収容されている。触媒部３は通電により発熱することで、加熱される電気加熱式触媒部である。触媒部３は、基材と金属触媒とを備えている。基材は金属触媒を担持する。基材は具体的には、通電により発熱する材料から形成され、排気を流通可能とする通電発熱性基材である。基材には、通電により加熱可能な非金属材または金属材からなるセル構造体を適用できる。セル構造体は、小空間であるセルを有し、セルによって排気を流通可能とする。セル構造体は、セルの構造が規則的なものであってよく、不規則なものであってもよい。基材には例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）を適用できる。金属触媒は基材の表面に担持されている。金属触媒には、貴金属や金属化合物を含む適宜の金属が適用されてよい。
【００２５】
触媒部４は、触媒部３の下流に配置された下流側触媒部である。触媒部４は、金属触媒を担持する基材と金属触媒とを備えている。触媒部４の基材には、セルを有し、セルによって排気を流通可能とするセル構造体を適用できる。触媒部４には例えば、基材をコージェライトとする三元触媒を適用できる。
【００２６】
マット５は触媒部３を保持する保持部材である。マット６は触媒部４を保持する保持部材である。マット５およびマット６はともに、絶縁性を有している。マット５の全長は、触媒部３の全長と同じになるように設定されている。マット６の全長は、触媒部４の全長と同じになるように設定されている。マット５には、例えばセラミック繊維製のマットを適用できる。マット６についても同様である。セラミック繊維製のマットは、例えばアルミナ製のマットである。マット５は触媒部３の両端部を保持するように分割して設けられてもよい。マット６および触媒部４についても同様である。この場合、分割したマット同士の間に形成される空間が保温性を高める。結果、凝縮水の蒸発が促進される。
【００２７】
絶縁材７は第２の絶縁材であり、矢印Ｆで示す排気の流通方向において、触媒部３と触媒部４との間に設けられている。このように設けられた絶縁材７は同時に、マット５とマット６との間に設けられている。絶縁材７は筒状の形状を有している。絶縁材７は外筒２の内面に当接している。絶縁材７には、例えばセラミック繊維製のマットを適用できる。
【００２８】
触媒装置１には、上流側から排気管２１が接続されている。触媒装置１には、下流側からアンダーフロアコンバータ（以下、ＵＦＣと称す）２２が接続されている。ＵＦＣ２２は外筒２２ａと触媒部２２ｂとマット２２ｃと備えている。外筒２２ａは第２の外筒であり、触媒部２２ｂを収容する。外筒２２ａは、外筒２に下流側から接続されている。外筒２２ａは外筒２と一体であってもよく、別体であってもよい。触媒部２２ｂは、触媒部４と同様に構成できる。マット２２ｃは、外筒２２ａ内で触媒部２２ｂを保持する保持部材である。
【００２９】
触媒部４や触媒部２２ｂには、三元触媒以外の形態の触媒が適用されてもよい。触媒部４や触媒部２２ｂには、例えば触媒部３以外の形態の触媒を適用できる。具体的には、触媒部４や触媒部２２ｂには、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や、選択還元型ＮＯｘ触媒や、酸化触媒等を目的や、触媒部３および触媒部４の触媒反応（金属触媒が促進する化学反応）についての後述する構成条件に応じて適用できる。
【００３０】
ところで、排気には導電性物質である水分およびカーボンが含まれている。このため、外筒２内には凝縮水が溜まったり、カーボンが堆積したりする。凝縮水は例えばマット６に溜まる。カーボンは例えばＡ部やＢ部に堆積する。Ａ部は、矢印Ｆで示す排気の流通方向における触媒部３と触媒部４の間の部分である。Ｂ部は、矢印Ｆで示す排気の流通方向における触媒部４の下流側直後の部分である。
【００３１】
センサ１１や外筒２２ａは、触媒部３の下流側で車体に通じる絶縁されていない部位を構成している。そして、外筒２内に堆積したカーボンや、外筒２内に溜まった凝縮水が、触媒部３からセンサ１１や外筒２２ａに通じる漏電パスを形成すると、触媒部３から車体に電流がリークする。
【００３２】
このような事情に鑑み、触媒装置１では、以下で説明するように触媒部３および触媒部４を構成する。結果、触媒部４の外周部４ａに排気を誘導する誘導部が実現される。誘導部は具体的には、触媒部３の外周部３ａおよび外周部４ａのうち少なくともいずれか一方を含むことで、実現される。外周部３ａは、触媒部３の外周を含む部分である。外周部４ａは、触媒部４の外周を含む部分である。
【００３３】
図２は触媒装置１の第１の具体例である触媒装置１Ａの要部を示す図である。図２では、排気の流通態様を白抜きの矢印で併せて示す。以下で説明する図３から図９でも同様である。触媒装置１Ａは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３１および触媒部４１を備える触媒装置１を称す。触媒部３１は、セルが次に説明するように構成された触媒部３を示す。触媒部４１は、セルが次に説明するように構成された触媒部４を示す。以下では、まず触媒部４１について説明する。
【００３４】
触媒部４１は、外周部４１ａと部分４１ｂとを備える。具体的に、触媒部４１は、外周部４１ａとその外周部４１ａに囲まれた内部である部分４１ｂとに区画されている。外周部４１ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４１の外周を含む。部分４１ｂは、外周部４１ａの内側に位置する。外周部４１ａは、部分４１ｂよりも低いセル密度を有する。すなわち、外周部４１ａは、部分４１ｂよりも流通抵抗が低い。外周部４１ａでは、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。部分４１ｂも同様である。均一であることは、製造誤差や製造公差の範囲内でばらつきがある場合を含む。
【００３５】
触媒部３１のセル密度は、外周部４１ａのセル密度と同じになるように設定されている。触媒部３１では、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。触媒部３１の外周部３１ａは外周部３ａの一例であり、触媒部３１の外周を含む。外周部３１ａは具体的には、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分４１ｂと重なり合わない部分とすることができる。
【００３６】
外周部４１ａのセルが上述のように構成される結果、触媒部４１では、排気が外周部４１ａを流通し易くなる。外周部４１ａは、このような排気の流通態様を生じさせることで、外周部４１ａに排気を誘導する。
【００３７】
触媒装置１Ａでは、外周部４１ａに排気を誘導することで、外周部４１ａを流通する排気の量が多くなる。結果、外周部４１ａが浄化する排気の量が多くなる。したがって、外周部４１ａの触媒反応量が多くなり、外周部４１ａから流出する排気の温度が高まる。すなわち、触媒部４１は、内部である部分４１ｂを流れる排気の熱量より、その外周部４１ａを流れる排気の熱量が大きくなる。結果、Ｂ部に堆積するカーボンが酸化され易くなる。このため、触媒装置１Ａは、触媒部３からセンサ１１や外筒２２ａに通じる漏電パスの形成を防止或いは抑制可能にする。結果、触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００３８】
外周部４１ａの触媒反応量が多くなると、マット６やＡ部の温度も高まる。結果、マット６において凝縮水の蒸発が促進され、マット６に凝縮水が溜まり難くなる。また、Ａ部に堆積するカーボンも酸化され易くなる。このため、触媒装置１Ａは同時にこれらの効果によっても、触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００３９】
触媒装置１Ａは、誘導部が外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部４ａを含むことで実現される場合の一例を示す。触媒装置１Ａでは具体的には、誘導部が外周部４１ａによって実現されている。触媒装置１Ａは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。
【００４０】
図３は触媒装置１の第２の具体例である触媒装置１Ｂの要部を示す図である。触媒装置１Ｂは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３２および触媒部４２を備える触媒装置１を示す。触媒部３２は、セルが次に説明するように構成された触媒部３を示す。触媒部４２は、セルが次に説明するように構成された触媒部４を示す。
【００４１】
触媒部３２は、外周部３２ａと部分３２ｂとを備える。具体的に、触媒部３２は、外周部３２ａとその外周部３２ａに囲まれた内部である部分３２ｂとに区画されている。外周部３２ａは外周部３ａの一例であり、触媒部３２の外周を含む。部分３２ｂは、外周部３２ａの内側に位置する。外周部３２ａは、部分３２ｂよりも低いセル密度を有する。すなわち、外周部３２ａは、部分３２ｂよりも流通抵抗が低い。外周部３２ａでは、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。部分３２ｂも同様である。
【００４２】
触媒部４２のセル密度は、外周部３２ａのセル密度と同じになるように設定されている。触媒部４２では、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。触媒部４２の外周部４２ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４２の外周を含む。外周部４２ａは具体的には、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分３２ｂと重なり合わない部分とすることができる。
【００４３】
外周部３２ａのセルが上述のように構成される結果、触媒部３２では、排気が外周部３２ａを流通し易くなる。そして、外周部３２ａを流通した排気は、それまでの流れに従って主に外周部４２ａに流入する。外周部３２ａは、このような排気の流通態様を生じさせることで、外周部４２ａに排気を誘導する。
【００４４】
触媒装置１Ｂでは、外周部４２ａに排気を誘導することで、外周部４２ａを流通する排気の量が多くなる。すなわち、触媒部４２では、外周部４２ａを流れる排気の熱量が大きくなる。このため、触媒装置１Ｂも触媒装置１Ａと同様、触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００４５】
触媒装置１Ａの場合、触媒部３として触媒部３１を備えることで、触媒部３のセルの構造が規則的で均一な構造となる。ところが、排気にとっては一般に、外周部３ａよりも外周部３ａの内側に位置する部分のほうが配置上、流入し易いといえる。このためこの場合には、外周部３ａの触媒反応量が、外周部３ａの内側に位置する部分の触媒反応量よりも少なくなる可能性がある。結果、径方向に温度勾配が生じ、熱応力による触媒部３の基材割れが発生し易くなる可能性がある。
【００４６】
触媒装置１Ｂの場合、触媒部３として触媒部３２を備えることで、外周部３ａを流通する排気の量を多くし、外周部３ａと、外周部３ａの内側に位置する部分との触媒反応量の差を縮めることができる。このため、触媒装置１Ｂは触媒部３の触媒反応量も調整可能にする。結果、熱応力による触媒部３の基材割れの発生も防止或いは抑制可能にする。
【００４７】
触媒装置１Ｂは、誘導部が外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部３ａを含むことで実現される場合の一例を示す。触媒装置１Ｂでは具体的には、誘導部が外周部３２ａによって実現されている。触媒装置１Ｂは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。
【００４８】
触媒装置１Ｂは、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部３が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成であってもよい。この場合、外周部３ａを流通する排気の量を多くする結果、外周部３ａが浄化する排気の量が多くなれば、外周部３ａから流出する排気の熱量が大きくなり、温度が高まることになる。したがって、外周部４ａに流入する排気の温度や、外周部４ａを流通する排気の熱量が大きくなって、その温度も高くなり、さらに、外周部４ａから流出する排気の温度も高まることになる。結果、この場合でも、Ｂ部のほかマット６やＡ部の温度を高めることで、触媒部３の下流側の絶縁性向上が可能になる。
【００４９】
図４は触媒装置１の第３の具体例である触媒装置１Ｃの要部を示す図である。触媒装置１Ｃは、触媒部３および触媒部４として、前述した触媒部３２および触媒部４１を備える触媒装置１を示す。触媒装置１Ｃは、外周部３ａおよび外周部４ａの両方によって、外周部４ａに排気を誘導する。結果、触媒装置１Ａや触媒装置１Ｂと比較して、より多く排気を外周部４ａに誘導可能にする。したがって、触媒装置１Ａや触媒装置１Ｂよりも、外周部４ａの触媒反応量を多くすることが可能になる。すなわち、触媒部４１では、外周部４ａを流れる排気の熱量が大きくなる。よって、触媒装置１Ａや触媒装置１Ｂよりも、触媒部３の下流側の絶縁性向上効果を高めることが可能になる。
【００５０】
触媒装置１Ｃは、誘導部が外周部３ａおよび外周部４ａを含むことで実現される場合の一例を示す。触媒装置１Ｃでは具体的には、誘導部が外周部３２ａおよび外周部４１ａによって実現されている。
【００５１】
触媒装置１Ｃは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。触媒装置１Ｃは、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部３が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成であってもよい。
【００５２】
図５は触媒装置１の第４の具体例である触媒装置１Ｄの要部を示す図である。触媒装置１Ｄは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３２および触媒部４３を備える触媒装置１を示す。触媒部３２は前述の通りである。触媒部４３は、セルが次に説明するように構成された触媒部４を示す。
【００５３】
触媒部４３は、外周部３２ａよりも低いセル密度を有している。触媒部４３では、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。このため、触媒部４３の外周部４３ａは、外周部３２ａよりも低いセル密度を有している。外周部４３ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４３の外周を含む。外周部４３ａは具体的には、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分３２ｂと重なり合わない部分とすることができる。
【００５４】
外周部４３ａのセルが上述のように構成される結果、触媒装置１Ｄでは、外周部３２ａを流通した排気の流通状態が、触媒装置１Ｂの場合よりも乱され難くなる。換言すれば、触媒装置１Ｄでは、外周部３２ａを流通した排気が、触媒装置１Ｂの場合よりも外周部４ａに流入し易くなる。
【００５５】
このように構成された触媒装置１Ｄは、触媒装置１Ｂと比較して、より多く排気を外周部４ａに誘導可能にする。したがって、触媒装置１Ｂよりも、外周部４ａの触媒反応量を多くすることが可能になる。よって、触媒装置１Ｂよりも、触媒部３の下流側の絶縁性向上効果を高めることが可能になる。
【００５６】
触媒装置１Ｄは、誘導部が外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部３ａを含むことで実現される場合の一例を示す。触媒装置１Ｄでは具体的には、誘導部が外周部３２ａによって実現されている。触媒装置１Ｄにおいて、誘導部は外周部３２ａおよび外周部４３ａによって実現されると把握されてもよい。
【００５７】
触媒装置１Ｄは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。触媒装置１Ｄは、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部３が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成であってもよい。
【００５８】
図６は触媒装置１の第５の具体例である触媒装置１Ｅの要部を示す図である。触媒装置１Ｅは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３２および触媒部４４を備える触媒装置１を示す。触媒部３２は前述の通りである。触媒部４４は、セルが次に説明するように構成された触媒部４を示す。
【００５９】
触媒部４４は、外周部４４ａと部分４４ｂとを備える。外周部４４ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４４の外周を含む。部分４４ｂは、外周部４４ａの内側に位置する。外周部４４ａは、部分４４ｂよりも低いセル密度を有する。外周部４４ａは、さらに外周部３２ａよりも低いセル密度を有する。外周部４４ａでは、セルの構造が規則的で均一な構造となっている。部分４４ｂも同様である。
【００６０】
外周部４４ａのセルが上述のように構成される結果、触媒装置１Ｅでは、外周部３２ａを流通した排気が、触媒装置１Ｃや触媒装置１Ｄの場合よりも外周部４ａに流入し易くなる。
【００６１】
このように構成された触媒装置１Ｅは、触媒装置１Ｃや触媒装置１Ｄと比較して、より多く排気を外周部４ａに誘導可能にする。したがって、触媒装置１Ｃや触媒装置１Ｄよりも、外周部４ａの触媒反応量を多くすることが可能になる。よって、触媒装置１Ｃや触媒装置１Ｄよりも、触媒部３の下流側の絶縁性向上効果を高めることが可能になる。
【００６２】
触媒装置１Ｅは、誘導部が外周部３ａおよび外周部４ａを含むことで実現される場合の一例を示す。触媒装置１Ｅでは具体的には、誘導部が外周部３２ａおよび外周部４４ａによって実現されている。
【００６３】
触媒装置１Ｅは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。触媒装置１Ｅは、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部３が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成であってもよい。
【００６４】
ところで、触媒装置１において触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にするには、以下で説明するように触媒部３および触媒部４を構成することもできる。触媒装置１は、以下で説明するように触媒部３および触媒部４を構成することで、外周部３ａおよび外周部４ａのうち少なくともいずれか一方の外周部が、当該外周部の内側に位置する部分よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い構成とされる。
【００６５】
図７は触媒装置１の第６の具体例である触媒装置１Ｆの要部を示す図である。触媒装置１Ｆは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３６および触媒部４６を備える触媒装置１を示す。触媒部３６は、金属触媒の担持量が次に説明するように構成された触媒部３を示す。触媒部４６は、金属触媒の担持量が次に説明するように構成された触媒部４を示す。以下では、まず触媒部４６について説明する。
【００６６】
触媒部４６は、外周部４６ａと部分４６ｂとを備える。具体的に、触媒部４６は、外周部４６ａとその外周部４６ａに囲まれた内部である部分４６ｂとに区画されている。外周部４６ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４６の外周を含む。部分４６ｂは、外周部４６ａの内側に位置する。外周部４６ａは、部分４６ｂよりも金属触媒の担持量が多くなっている。このため、外周部４６ａでは、部分４６ｂよりも同一排気流入量に対する触媒反応量が多くなる。この結果、触媒部４６では、部分４６ｂを流れる排気の熱量よりも外周部４６ａを流れる排気の熱量が大きくなる。外周部４６ａは、金属触媒が均一に担持されるように構成されている。部分４６ｂも同様である。
【００６７】
触媒部３６の外周部３６ａは外周部３ａの一例であり、触媒部３６の外周を含む。外周部３６ａは具体的には、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分４６ｂと重なり合わない部分とすることができる。触媒部３６は、金属触媒が均一に担持されるように構成されている。このため、外周部３６ａは金属触媒が均一に担持されるように構成されている。
【００６８】
触媒装置１Ｆでは、外周部４６ａの触媒反応量が多くなる結果、外周部４６ａから流出する排気の熱量が大きくなり、温度が高まる。触媒装置１Ｆは、触媒装置１Ａと同様に触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００６９】
触媒装置１Ｆは、外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部４ａが、外周部４ａの内側に位置する部分よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い場合の一例を示す。触媒装置１Ｆは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。
【００７０】
図８は触媒装置１の第７の具体例である触媒装置１Ｇの要部を示す図である。触媒装置１Ｇは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３７および触媒部４７を備える触媒装置１を示す。触媒部３７は、金属触媒の担持量が次に説明するように構成された触媒部３を示す。触媒部４７は、金属触媒の担持量が次に説明するように構成された触媒部４を示す。
【００７１】
触媒部３７は、外周部３７ａと部分３７ｂとを備える。具体的に、触媒部３７は、外周部３７ａとその外周部３７ａに囲まれた内部である部分３７ｂとに区画されている。外周部３７ａは外周部３ａの一例であり、触媒部３７の外周を含む。部分３７ｂは、外周部３７ａの内側に位置する。外周部３７ａは、部分３７ｂよりも金属触媒の担持量が多くなっている。このため、外周部３７ａでは、部分３７ｂよりも同一排気流入量に対する触媒反応量が多くなる。外周部３７ａは、金属触媒が均一に担持されるように構成されている。部分３７ｂも同様である。
【００７２】
触媒部４７の外周部４７ａは外周部４ａの一例であり、触媒部４７の外周を含む。外周部４７ａは具体的には、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分３７ｂと重なり合わない部分とすることができる。触媒部４７は、金属触媒が均一に担持されるように構成されている。このため、外周部４７ａは金属触媒が均一に担持されるように構成されている。
【００７３】
触媒装置１Ｇでは、外周部３７ａの触媒反応量が多くなる結果、外周部３７ａを流通した排気の温度が高まる。外周部３７ａを流通した排気は、それまでの流れに従って主に外周部４７ａに流入する。このため、触媒装置１Ｇでは、外周部４７ａに流入する排気の熱量が大きく、外周部４７ａに流入する排気の温度が高い状態となる。また、外周部４７ａを流通する排気の温度や、外周部４７ａから流出する排気の温度を高める。結果、Ｂ部のほかマット６やＡ部の温度を高めることで、触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００７４】
触媒装置１Ｆの場合、触媒部３として触媒部３６を備えることで、触媒部３の金属触媒の担持量が均一になる。ところが、排気にとっては一般に、外周部３ａよりも外周部３ａの内側に位置する部分のほうが配置上、流入し易いといえる。このためこの場合には、外周部３ａの触媒反応量が、外周部３ａの内側に位置する部分の触媒反応量よりも少なくなる可能性がある。結果、径方向に温度勾配が生じ、熱応力による触媒部３の基材割れが発生し易くなる可能性がある。
【００７５】
触媒装置１Ｇの場合、触媒部３として触媒部３７を備えることで、外周部３ａと、外周部３ａの内側に位置する部分との触媒反応量の差を縮めることができる。このため、触媒装置１Ｇは、触媒部３の触媒反応量も調整可能にする。結果、熱応力による触媒部３の基材割れの発生も防止或いは抑制可能にする。
【００７６】
触媒装置１Ｇは、外周部３ａおよび外周部４ａのうち外周部３ａが、外周部３ａの内側に位置する部分よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い場合の一例を示す。触媒装置１Ｇは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部３が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。
【００７７】
図９は触媒装置１の第８の具体例である触媒装置１Ｈの要部を示す図である。触媒装置１Ｈは、触媒部３および触媒部４として、触媒部３８および触媒部４７を備える触媒装置１を示す。触媒部３８は、金属触媒の担持量が次に説明するように構成された触媒部３を示す。触媒部４７は前述の通りである。
【００７８】
触媒部３８は、外周部３８ａと部分３８ｂとを備える。具体的に、触媒部３８は、外周部３８ａとその外周部３８ａに囲まれた内部である部分３８ｂとに区画されている。外周部３８ａは外周部３ａの一例であり、触媒部３８の外周を含む。部分３８ｂは、外周部３８ａの内側に位置する。外周部３８ａは、部分３８ｂよりも金属触媒の担持量が少なくなっている。このため、外周部３８ａでは、部分３８ｂよりも同一排気流入量に対する触媒反応量が少なくなる。外周部３８ａは、金属触媒が均一に担持されるように構成されている。部分３８ｂも同様である。触媒装置１Ｈにおいて、外周部４７ａは、矢印Ｆで示す排気の流通方向に沿って見た場合に、部分３８ｂと重なり合わない部分とすることができる。
【００７９】
外周部３８ａでは、金属触媒の担持量が少ない分、排気が浄化され難くなる。このため、外周部３８ａから流出した排気においては、浄化されていない排気の濃度が高まる。外周部３８ａから流出した排気は、それまでの流れに従って主に外周部４７ａに流入する。外周部３８ａが浄化する排気と、外周部４７ａが浄化する排気とには同じ排気成分が含まれる。当該排気成分は具体的には、未浄化成分である。外周部４７ａでは、浄化されていない排気の濃度が高まることで、排気の浄化量が多くなる。結果、外周部４７ａでは、触媒反応量が多くなり、反応による熱量が大きくなって、外周部４７ａから流出する排気の温度が高まる。このため、触媒装置１Ｈは、触媒装置１Ａと同様に触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。触媒装置１Ｈは金属触媒の担持量も低減可能にする。このため、触媒装置１Ｈはコスト面でも有利である。
【００８０】
触媒装置１Ｈは、外周部３ａが外周部３ａの内側に位置する部分よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が少ない場合の一例を示す。触媒装置１Ｇは具体的には、触媒部３および触媒部４のうち少なくとも触媒部４が発熱反応の触媒反応を行うことで、排気を浄化する構成とすることができる。
【００８１】
金属触媒の担持量を多くする場合、必要となる金属触媒の担持量や、得られる作用効果の観点から、触媒装置１は、触媒装置１Ｆまたは触媒装置１Ｇのように構成されることが好ましい。但し、触媒装置１は、触媒部３として触媒部３７を備えるとともに、触媒部４として触媒部４６を備える構成とすることも可能である。すなわち、触媒装置１は、外周部３ａおよび外周部４ａのうち両方の外周部が、当該外周部の内側に位置する部分よりも、同一排気流入量に対する触媒反応量が多い構成であってもよい。
【００８２】
触媒装置１は、触媒装置１Ａ、触媒装置１Ｂ、触媒装置１Ｃ、触媒装置１Ｄおよび触媒装置１Ｅのうちいずれかにおける触媒部３および触媒部４のセルの構成を、触媒装置１Ｆ、触媒装置１Ｇおよび触媒装置１Ｈの触媒部３および触媒部４に適用した構成であってもよい。この場合には、セルの構成と金属触媒の担持量の構成との両方に基づく作用効果が得られる点で好適である。
【００８３】
触媒装置１の前述した各具体例は、触媒反応量を多くすることで、外周部４ａから流出する排気の温度を高め、これにより触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする点で共通する。
【００８４】
ところで、触媒装置１は以下に示す構成となっている。
【００８５】
触媒装置１は、触媒部３と触媒部４とを収容する外筒２と、外筒２のうち少なくとも部分２ｂの内面に設けられた絶縁材１０とを備える構成となっている。触媒装置１は、このような構成である場合に、触媒部３の下流側の絶縁性向上を可能にする。
【００８６】
触媒装置１は、触媒部３と触媒部４との間に設けられた絶縁材７を備える構成となっている。絶縁材７は、Ａ部にカーボンを堆積し難くすることで、触媒部３からセンサ１１や外筒２２ａに通じる漏電パスの形成を抑制可能にする。このような構成の触媒装置１は、触媒部３の下流側直後での絶縁性向上を可能にする。
【００８７】
触媒装置１は、外筒２のうち部分２ａがラビリンス構造を有する構成となっている。部分２ａはラビリンス構造を有することで、カーボンを堆積し難くする。また、触媒部３から排気管２１への沿面距離を確保する。排気管２１は、触媒部３の上流側で車体に通じる絶縁されていない部位を構成する。このため、このような構成の触媒装置１は、例えばヒータリングを備える場合と比較して、コスト面で有利な構成で触媒部３の上流側の絶縁性向上も可能にする。
【００８８】
絶縁材７は、マット５およびマット６のうち少なくともいずれかと一体であってもよい。図１０は触媒装置１の変形例の一例である触媒装置１´を示す図である。触媒装置１´は、マット５、マット６および絶縁材７の代わりに絶縁材７´を備える。絶縁材７´は、触媒部３および触媒部４を保持する。絶縁材７´は、マット５およびマット６と一体化された絶縁材７相当の絶縁材である。絶縁材７´の一部は、矢印Ｆで示す排気の流通方向において、触媒部３と触媒部４との間に設けられた絶縁材を構成する。
【００８９】
絶縁材７´も、絶縁材７と同様、Ａ部にカーボンを堆積し難くすることで、触媒部３からセンサ１１や外筒２２ａに通じる漏電パスの形成を抑制可能にする。このような構成の触媒装置１´も、触媒装置１と同様、触媒部３の下流側直後での絶縁性向上を可能にする。
【００９０】
上記実施形態は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【００９１】
例えば、電気加熱式触媒部や下流側触媒部において、外周部、外周部の内側に位置する部分、または触媒部全体のセルの構造は、必ずしも規則的で均一な構造でなくてもよい。本発明において、セル密度が相対的に低いことには、セルの構造が相対的に隙間が多い不均一な構造である場合も含まれる。電気加熱式触媒部や下流側触媒部において、外周部、外周部の内側に位置する部分、または触媒部全体の金属触媒は、必ずしも均一に担持されなくてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
触媒装置                    １、１´、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ
外筒（第１の外筒）          ２
触媒部（電気加熱式触媒部）  ３、３１、３２、３６、３７、３８
触媒部（下流側触媒部）      ４、４１、４２、４３、４４、４６、４７
絶縁材（第２の絶縁材）      ７、７´
絶縁材（第１の絶縁材）      １０
【図１】
2015132256.tif 000003
【図２】
2015132256.tif 000004
【図３】
2015132256.tif 000005
【図４】
2015132256.tif 000006
【図５】
2015132256.tif 000007
【図６】
2015132256.tif 000008
【図７】
2015132256.tif 000009
【図８】
2015132256.tif 000010
【図９】
2015132256.tif 000011
【図１０】
2015132256.tif 000012