(57)【要約】【課題】熱劣化を防止するとともに排ガス温度を触媒活性温度に加熱できる排ガス浄化構造を提供する。【解決手段】エンジンから遠い位置にあるサイレンサ３内のセパレータ１２ａに電気加熱式触媒１０を設けた。この電気加熱式触媒１０により低温の排ガスを触媒活性温度まで加熱する。電気加熱式触媒１０は、サイレンサ３内における排気管１１ａの外周面を取り囲むドーナツ形状である。排ガスは、排気管１１ａを通る際に触媒活性温度近くまで暖められて排気管１１ａを出て、その後電気加熱式触媒１０を通り抜けるときに触媒活性温度まで加熱される。【選択図】　　　　図２
2004138013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気加熱式触媒を備えた排ガス浄化構造であって、上記電気加熱式触媒をサイレンサ内に配置したことを特徴とする排ガス浄化構造。
【請求項２】
上記電気加熱式触媒とは別に主触媒をエンジン付近に配置したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化構造。
【請求項３】
上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内で膨張室を仕切るセパレータに貫通して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化構造。
【請求項４】
上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内における排ガス流路パイプの外周面を取り囲む形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排ガス浄化構造。
【請求項５】
上記電気加熱式触媒に取り囲まれている排ガス流路パイプを出た排ガスが上記電気加熱式触媒内を通過するＵターン構造であることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化構造。
【請求項６】
排ガスは、上記電気加熱式触媒内を通過する前に、該電気加熱式触媒に取り囲まれている第１の排ガス流路パイプ及び第２の排ガス流路パイプを通ることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化構造。
【請求項７】
上記排ガス流路パイプが途中で分岐して上記電気加熱式触媒を貫通していることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化構造。
【請求項８】
上記排ガス流路パイプの断面が波型形状であることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガスを触媒で浄化する排ガス浄化構造に関し、詳しくは触媒の劣化や出力ダウンを招くことなく優れた浄化性能を有するコンパクトな排ガス浄化構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関用の排ガス浄化触媒を活性化するには、触媒を一定の高温に保つことが重要である。そのため、触媒をエンジンの近くに配置し、その排ガス熱で暖めている。しかし、エンジン近傍の触媒が非常に高温の排ガスに常時曝される。しかも、反応熱により触媒がさらに高温になってしまう。このため、触媒が早期に熱劣化を起こし、浄化性能が著しく低下してしまう。
このような熱劣化を抑制するための技術として、例えば特許文献１ないし２がある。これらはいずれも、触媒をサイレンサ内に配置するというものである。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５７−１１４１２３号公報
【特許文献２】
特開平５−２３７３９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サイレンサ内では排ガス温度が低くなっているため、排ガスだけでは触媒を活性化できない。主触媒が十分にその性能を発揮できない冷間時や始動時に通電加熱して早期に活性温度にする電気加熱式触媒（ＥＨＣ）を別途装着する技術があるが、従来では、主触媒の上流すなわちマニホールドの直下に配置しているため、電気加熱式触媒の浄化性能が熱劣化により低下してしまう。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、熱劣化を防止するとともに排ガス温度を触媒活性温度に加熱できる排ガス浄化構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気加熱式触媒を備えた排ガス浄化構造であって、上記電気加熱式触媒をサイレンサ内に配置したものである。上記電気加熱式触媒とは別に主触媒をエンジン付近に配置した。上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内で膨張室を仕切るセパレータに貫通して設けられた。
上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内における排ガス流路パイプの外周面を取り囲む形状である。
上記電気加熱式触媒に取り囲まれている排ガス流路パイプを出た排ガスが上記電気加熱式触媒内を通過するＵターン構造である。排ガスは、上記電気加熱式触媒内を通過する前に、該電気加熱式触媒に取り囲まれている第１の排ガス流路パイプ及び第２の排ガス流路パイプを通る。上記排ガス流路パイプが途中で分岐して上記電気加熱式触媒を貫通している。上記排ガス流路パイプの断面が波型形状である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る排ガス浄化構造の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化構造を適用した排気装置を概略的に表した図面である。同図に示すように、エンジン１に排気管１１を接続し、この排気管１１の途中に主触媒２およびサイレンサ３を設けている。主触媒２は、サイレンサ３より上流側のエンジン１近傍に位置している。サイレンサ３内に、排気通路下流側の副触媒としての電気加熱式触媒１０を設けている。この電気加熱式触媒１０は、電気加熱による自己発熱型の触媒である。
本実施形態では、主触媒２がエンジン近傍に位置するので、エンジン暖気後に主触媒２内を通り抜ける排ガスの温度は化学反応に必要な温度（触媒活性温度）以上である。一方、サイレンサ３はエンジン１から離れて位置するので、排ガス温度が触媒活性温度よりも低くなっている。したがって、サイレンサ３内の電気加熱式触媒１０は直接高温の排ガスに曝されることがないので、熱劣化による浄化性能の著しい低下等を防止できる。
また、電気加熱式触媒１０は、通電加熱により自己発熱するので、触媒内で低温の排ガスを触媒活性温度まで暖めることができ、優れた浄化性能を得ることができる。さらに、全開運転時の排ガスによって触媒自体の温度が上昇した際には、電気加熱式触媒１０への電力供給をコントロールすることによって、熱による触媒金属のシンタリング（粉体や金属微粒子の加熱時に粉体粒子や金属微粒子の間で結合が起こって凝固する焼結現象）等を防止し、優れた浄化性能を維持できる。
【０００７】
図２は、サイレンサ３の一部を破断してその内部構造を示す斜視図である。同図に示すように、サイレンサ３は円筒形状で、その両端に蓋部３ａ、３ｂを設けている。サイレンサ３の内部を２つのセパレータ１２ａ、１２ｂにより３つの膨張室１３ａ、１３ｂ、１３ｃに仕切っている。排気管１１は、サイレンサ３の内部で、導入部の排気管１１ａと、中間部の排気管１１ｂと、導出部の排気管１１ｃに三分割されている。電気加熱式触媒１０は、主触媒２からサイレンサ３内に導入された排気管１１ａの外周部に接するように同心状に設けられたドーナツ型構造であり、膨張室１３ａ、１３ｂにまたがるようにセパレータ１２ａを貫通して設けられている。
排気管１１ａの下流端は、膨張室１３ｂ内に位置している。また、排気管１１ｂの上流端は膨張室１３ａ内に位置し、その下流端は膨張室１３ｃに位置している。排気管１１ｃの上流端は膨張室１３ｃに位置している。すなわち、排ガスは、最初に膨張室１３ｂに流入した後に、その上流側に位置する膨張室１３ａにＵターンし、最後に膨張室１３ｃへと移動するという経路をたどる。
サイレンサ３内における排ガスの加熱について説明する。図３に示すように、排ガスは、排気管１１ａ通過時に電気加熱式触媒１０の熱によって加熱され（第１段加熱）、触媒活性温度近くまで暖められる。さらに、排ガスは、電気加熱式触媒１０を通り抜けて膨張室１３ａに移動する時に、触媒活性温度まで昇温される（第２段加熱）。
【０００８】
図７に示すように、サイレンサ３１内に排気管３２ａと電気加熱式触媒３０とを並列配置することもできるが、図２に示すように、排ガスがＵターンして電気加熱式触媒１０を通過する外周Ｕターン構造を採用すると、サイレンサの非常にコンパクトな外径形状を実現しながら、十分な容積の触媒を搭載することができる。
また、図７に示すように、電気加熱式触媒３０通過時のみで触媒活性温度まで昇温するように構成することができるが、図２に示すように、ドーナツ型電気加熱式触媒１０では、非常に優れた浄化性能を得るために２段階の加熱によって排ガス温度を上げており、コンパクトな容積で十分な昇温性能を得ることができる。さらに、必要な電気エネルギー量を抑えることができる。電気加熱式触媒の容量コンパクト化に伴い、担持する触媒貴金属量も少なくて済むため、触媒コストを大幅に削除することができる。
【０００９】
本実施形態は、排ガス浄化触媒としてエンジン近傍に配置した主触媒とサイレンサ内に配置したドーナツ型の電気加熱式触媒によって、優れた排ガス浄化性能を有し、かつ触媒の熱劣化を抑制でき、さらにコンパクト化が可能な排ガス浄化装置を提案するものである。
なお、本実施形態では電気加熱式触媒１０をセパレータ１２ａに配置しているが、別のセパレータ１２ｂに配置してもよい。サイレンサ内に３つの膨張室１３ａ、１３ｂ、１３ｃを設けているが、膨張室の数に関わらず対応可能である。電気加熱式触媒１０の数は限定されず、複数個設けてもよい。
【００１０】
次に、変形例について図４ないし図６を用いて説明する。第１の変形例では、図４に示すように、電気加熱式触媒２０をセパレータ１２ａと同じ大きさにしており、この電気加熱式触媒２０は、排気管１１ａの外周部に接するほか、排気管１１ｂの外周部にも接している。したがって、排ガスが３段で加熱されるため、排ガス加熱効率が向上し、さらに優れた排ガス浄化性能が得られる。
また、排気管１１ａの下流端が膨張室１３ｃまで延びており、排気管１１ｃの上流端が膨張室１３ｂまで延びている。排ガスのたどる経路が図２の場合と異なっている。すなわち、排ガスは、最初に膨張室１３ｃに流入した後に、その上流側に位置する膨張室１３ａに排気管１１ｂを介して移動してから、電気加熱式触媒２０を通り抜けて膨張室１３ｂに移動し、排気管１１ｃを介してサイレンサ３外に流出する。
【００１１】
第２の変形例では、図５に示すように、排気管２１が３つのパイプ２２ａ、２２ｂ、２２ｃに分岐しており、この３つのパイプ２２ａ、２２ｂ、２２ｃそれぞれの外周部が電気加熱式触媒１０に接している。このため、排ガス加熱効率が向上し、さらに優れた排ガス浄化性能が得られる。分岐数は３に限られず、それ以外の複数本でもよい。
【００１２】
第３の変形例では、図６に示すように、電気加熱式触媒１０を貫通する排気管２３を波形の周面を有するパイプ形状にしている。電気加熱式触媒１０と排気管２３との接触面積が増加することにより、排ガス加熱効率が向上し、優れた浄化性能を得られる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、電気加熱式触媒を備えた排ガス浄化構造であって、上記電気加熱式触媒をサイレンサ内に配置したので、サイレンサ内に配置することによってエンジン付近の高温な排ガスによる熱劣化を防止し、かつ電気加熱式触媒を用いることによって排ガス温度を浄化に適した温度に加熱することが可能である。
上記電気加熱式触媒とは別に主触媒をエンジン付近に配置すると、排ガス温度が高い時には主触媒による浄化をし、排ガス温度が低いエンジン始動時は電気加熱式触媒により浄化することにより、優れた排ガス性能の実現が可能となる。
上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内で膨張室を仕切るセパレータに貫通して設けられていると、排ガスの排出経路に電気加熱式触媒を配置できるため、確実な浄化が可能になる。
上記電気加熱式触媒は、上記サイレンサ内における排ガス流路パイプの外周面を取り囲む形状であるようにすると、流路パイプ内の排ガスを効率的に加熱することが可能になる。
上記電気加熱式触媒に取り囲まれている排ガス流路パイプを出た排ガスが上記電気加熱式触媒内を通過するＵターン構造であるようにすると、コンパクトな形状でありながら十分な容積の触媒を搭載することが可能になる。
排ガスは、上記電気加熱式触媒内を通過する前に、該電気加熱式触媒に取り囲まれている第１の排ガス流路パイプ及び第２の排ガス流路パイプを通るようにすると、排ガスを予め触媒活性温度に近くまで暖めることにより更に優れた浄化性能を得ることが可能になる。
上記排ガス流路パイプが途中で分岐して上記電気加熱式触媒を貫通しているようにすると、効率良く排ガスを加熱することが可能になる。
上記排ガス流路パイプの断面が波型形状であるようにすると、効率良く排ガスを加熱することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化構造を適用した排気装置の概略正面図である。
【図２】図１のサイレンサの一部を破断してその内部構造を示す斜視図である。
【図３】図２のサイレンサの部分的な断面図である。
【図４】第１の変形例のサイレンサの一部を破断してその内部構造を示す斜視図である。
【図５】第２の変形例のサイレンサの一部を破断してその内部構造を示す斜視図である。
【図６】第３の変形例の電気加熱式触媒とそれに貫通している排気管とを示す斜視図である。
【図７】図１のサイレンサの一部を破断してその内部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　主触媒
３　サイレンサ
３ａ、３ｂ　蓋部
１０、２０　電気加熱式触媒
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１、２３　排気管
１２ａ、１２ｂ　セパレータ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ　膨張室
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ　パイプ
【図１】
2004138013.tif 000003
【図２】
2004138013.tif 000004
【図３】
2004138013.tif 000005
【図４】
2004138013.tif 000006
【図５】
2004138013.tif 000007
【図６】
2004138013.tif 000008
【図７】
2004138013.tif 000009