(57)【要約】【課題】触媒床温度を昇温させるための電熱ヒータを有するエンジンの排気浄化装置において、排気通路内に配置される電熱ヒータを安定かつ合理的に保持することが可能な電熱ヒータの保持技術を提供する。【解決手段】エンジンから排出される排気ガスを浄化するエンジンの排気浄化装置であり、触媒収容ケース１１内には排気浄化用触媒１３が配置され、その排気浄化用触媒１３は、ケース内壁面と排気浄化用触媒１３のフィルター外周面との間に介在される触媒支持マット１５によって支持される。この触媒支持マット１５内に、触媒床温度を昇温させるための電熱ヒータ１７を組み込むことにより、電熱ヒータ１７が安定して保持される構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置された排気浄化用触媒と、前記排気通路の内壁面と前記排気浄化用触媒の外周面との間に配置されて該排気浄化用触媒を支持する触媒支持マットと、前記排気浄化用触媒の触媒床温度を昇温させる電熱ヒータとを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記触媒支持マット内に前記電熱ヒータが組み込まれていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記触媒支持マットは、少なくとも２枚のマット材を重ね合わせた積層構造とされ、前記電熱ヒータがマット材間に挟持されて保持されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記排気通路内温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度に基づいて前記電熱ヒータに対する通電と通電の中止を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記排気浄化用触媒は、セラミック製のフィルターに触媒作用を有する貴金属を担持した構成であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記電熱ヒータがＰＴＣヒータであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置であって、前記エンジンが、産業車両のエンジンであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
排気通路に配置された排気浄化用触媒と、前記排気通路の内壁面と前記排気浄化用触媒の外周面との間に配置されて該排気浄化用触媒を支持する触媒支持マットと、前記排気浄化用触媒の触媒床温度を昇温させる電熱ヒータとを備えたエンジンの排気浄化方法であって、
前記触媒支持マット内に前記電熱ヒータを組み込み、前記排気通路内に配置された温度検出手段による検出温度が所定値以下のときには、前記電熱ヒータに通電させるステップと、検出温度が所定値以上のときには電熱ヒータに対する通電を中止するステップとを繰り返すことにより前記排気浄化用触媒の触媒床温度を活性温度に保持して排気ガスを浄化処理することを特徴とするエンジンの排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスを排気浄化用触媒によって浄化処理する排気浄化処理技術に関し、詳しくは触媒床温度を活性温度に保持するために備えられる電熱ヒータの保持技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン、特にディーゼルエンジンにおいて、酸化触媒や三元触媒のような排気浄化用触媒を主体に構成される排気浄化装置を排気通路に設置し、エンジンから排出される排気ガス中の有害成分を浄化処理することが行われている。排気浄化用触媒には、活性温度があり、排気ガス温度が活性温度よりも低いときは、排気ガスの浄化作用が有効に実現されない。この点を考慮して、排気浄化用触媒の周囲に電熱ヒータを配置し、エンジンの運転状態に応じて電熱ヒータを制御することで触媒床温度を活性温度に保持するように構成した排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３３７４７号公報（段落番号（００２３）、図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の浄化装置によれば、電熱ヒータの加熱作用によって触媒床温度を活性温度まで高め、エンジンの運転状態の如何に拘わらず、排気浄化用触媒を活性化して浄化作用を向上することができる。しかしながら、電熱ヒータを排気通路内に保持する構造に関しては好適な提案がなされていない。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒床温度を昇温させるための電熱ヒータを有するエンジンの排気浄化装置において、排気通路内に配置される電熱ヒータを安定かつ合理的に保持することが可能な電熱ヒータの保持技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、特許請求の範囲の請求項１〜４に記載の通りに構成される。なお、これら各請求項に係る発明は、排気通路に配置された排気浄化用触媒と、排気通路の内壁面と排気浄化用触媒の外周面との間に配置されて該排気浄化用触媒を支持する触媒支持マットと、排気浄化用触媒の触媒床温度を昇温させる電熱ヒータとを備えたエンジンの排気浄化装置において、排気通路内に配置される電熱ヒータを安定かつ合理的に保持することができるようにした技術である。
【０００７】
一般に、排気浄化用触媒は、排気通路の一部を構成する触媒収容ケース内に配置される。そして、触媒収容ケースの内壁面と排気浄化用触媒の外周面との間に介在される触媒支持マットによって支持されている。触媒支持マットは耐熱性、熱膨張性、柔軟性等の性状を有することが好ましく、ケース内壁面と触媒外周面との間の隙間を塞ぎ排気ガスが隙間を通って流出することを防止している。排気浄化用触媒は、例えばハニカム状のフィルター内に排気ガスの浄化機能を有する貴金属を担持することで構成される。
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置では、排気浄化用触媒の構成部材であるフィルターの外周を触媒支持マットが取り巻いて支持していることに着目し、電熱ヒータを触媒支持マット内に組み込むことによって電熱ヒータを保持する構成としている。
したがって、請求項１の発明によれば、触媒支持マットに組み込まれた電熱ヒータで排気浄化用触媒を加熱あるいは保温できるため、始動直後の低温時や排気ガス温度が活性温度まで上昇しないような運転状態であっても、触媒床温度を活性温度まで昇温あるいは保持することができる。そして、電熱ヒータは、触媒支持マットに組み込む構成のため、安定した状態に保持することができるし、例えば排気浄化用触媒と触媒支持マットとの間に電熱ヒータを配置するような構成に比べると、排気通路内のスペースを狭めることがなく、しかも電熱ヒータが存在することで排気浄化用触媒や触媒支持マットの組付け性が損なわれるといった問題も生じない。
【０００８】
なお、電熱ヒータの触媒支持マットへの組み込みは、例えば請求項２に記載したように、触媒支持マットを少なくとも２枚のマット材を重ね合わせた積層構造とし、電熱ヒータをマット材間に挟み込むことで保持する構成とすることが好ましい。このような構成を採用すれば、触媒支持マットに対する電熱ヒータの組付け作業性を向上することができる。
【０００９】
請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置では、排気通路内温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出温度に基づいて電熱ヒータに対する通電と通電の中止を制御する制御手段とを備えている。制御手段は、例えば温度検出手段による検出温度が活性温度以下のときには、電熱ヒータに通電させ、検出温度が活性温度以上のときには、電熱ヒータに対する通電を中止するといった形態の制御を行うように構成される。これにより、電熱ヒータに対する通電と中止が繰り返されることで排気浄化用触媒の触媒床温度が活性温度まで高められあるいは保持される。その結果、排気浄化用触媒が活性化され、排気ガスを効果的に浄化処理することができる。
【００１０】
なお、排気浄化用触媒は、セラミック製のフィルターに触媒作用を有する貴金属を担持した構成とすることが好ましい（請求項４に対応する。）。また、電熱ヒータは、ＰＴＣヒータであることが好ましい（請求項５に対応する。）。
ここで、ＰＴＣヒータは、通電によって自己発熱し、その熱で抵抗値が増大して発熱量はさらに増大するが、温度上昇により抵抗値の増大率は減少し、やがて所定の上限温度（発熱量）にて一定の抵抗値となる抵抗素子である。したがって、上限温度として触媒が活性化する活性温度を設定することにより、簡単な構成で低コストの加熱手段を提供することができる。
【００１１】
フォークリフトのような産業車両の場合、作業形態の関係で、エンジンを高速回転で連続運転するという使われ方が少なく、排気ガス温度が排気浄化用触媒の活性温度まで上昇しないことが多い。このため、請求項６に記載したように、産業車両のエンジンに適用した場合においては、たとえ、排気バス温度が活性温度まで上昇しないような運転状態で使われたとしても、排気ガスの浄化処理を効果的に行うことができる。
【００１２】
請求項７に記載の発明によれば、触媒支持マット内に電熱ヒータを組み込み、排気通路内の排気ガス温度に基づいて電熱ヒータに対する通電と通電の中止を制御することにより、排気浄化用触媒の触媒床温度を活性温度まで高めあるいは保持して排気ガスを合理的に浄化処理することが可能なエンジンの排気浄化方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、例えばフォークリフトのような産業車両に搭載されているエンジン、特にディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用される。図１は本実施の形態に係るエンジンの排気浄化装置を示している。
本実施の形態に係る排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジンの排気マニホールドに接続される排気通路の下流側、例えば消音器の中に組み込む形態で設けられる。排気浄化装置１０は、触媒収容ケース（容器）１１と、排気浄化用触媒１３と、触媒支持マット１５と、電熱ヒータ１７とを備えている。
【００１４】
触媒収容ケース１１は、排気通路の一部を構成するものであり、排気ガスの入口と出口を有する中空状に形成され、その内部に排気浄化用触媒１３が配置されている。図には排気ガスの流れ方向が矢印によって示されている。排気浄化用触媒１３は、例えばハニカム状に形成されたセラミック製のフィルターに、触媒作用を有する白金、パラジウム等の貴金属を担持した構成であり、触媒支持マット１５を介して触媒収容ケース１１に支持されている。
触媒支持マット１５は、耐熱性、熱膨張性、柔軟性等の性質を有し、排気浄化用触媒１３のフィルター外周面のほぼ全面に巻き付いた状態で配置されて排気浄化用触媒１３を支持する。すなわち、触媒支持マット１５は、触媒収容ケース１１の内壁面と排気浄化用触媒１３の外周面との間の空間を詰める形態で介在されて排気浄化用触媒１３を支持する。したがって、触媒支持マット１５は、排気ガスが触媒収容ケース１１の内壁面と排気浄化用触媒１３の外周面との間を通って下流側へ流出することを防止するシール機能と、フィルターと触媒収容ケース１１との直接の接触を回避してセラミック製フィルターの割れを防止する触媒保護機能とを有している。
【００１５】
触媒加熱手段としての電熱ヒータ１７は、触媒支持マット１５の内部全体にわたって組み込まれている。したがって、図示の如く触媒支持マット１５が、排気ガスの流れ方向において、排気浄化用触媒１３のほぼ全長にわたって介在されているとき、電熱ヒータ１７を構成する電熱線（ニクロム線）は、排気ガスの流れ方向に沿う方向に、例えば蛇行状に組み込まれている。すなわち、電熱ヒータ１７は、排気浄化用触媒１３をガス流れ方向の全体にわたって均一に加熱することができるように配置されている。そして、電熱線の一端にはプラス側のヒータ電極１７ａが接続され、電熱線の他端にはマイナス側のヒータ電極１７ｂが接続される。また、プラス側のヒータ電極１７ａは、リレースイッチ１９を介してバッテリー２１に接続され、マイナス側のヒータ電極１７ｂはボデーアースされている。
なお、電熱ヒータ１７の触媒支持マット１５内部への組み込みは、例えば図２に示すように、薄板状の２枚のマット材１５ａ，１５ｂを重ね合わせて積層構造の触媒支持マット１５を形成する構成とし、そのマット材１５ａ，１５ｂを重ね合わせる際に、合わせ面に電熱線をサンドイッチ状に挟み込むことで安定した保持構造のヒータ付き触媒支持マット１５を提供することができる。
【００１６】
また、排気浄化装置１０は、イグニッションスイッチ２３と、排気ガス温度を検出する温度センサ２５と、イグニッションスイッチ２３および温度センサ２５の出力に基づいて電熱ヒータ１７に対する通電を制御する電子制御装置２７（以下、ＥＣＵという）とを有している。温度センサ２５は、触媒収容ケース１１に取り付けられ、排気浄化用触媒１３を通過した直後の排気ガスの温度を検出する。ＥＣＵ２７は、温度センサ２５により検出される排気ガス温度が排気浄化用触媒１３の活性温度（例えば、３００℃）以下であれば、リレースイッチ１９をオン状態にし、電熱ヒータ１７に通電し、検出温度が活性温度（例えば、３００℃）以上であれば、リレースイッチ１９をオフ状態にして電熱ヒータ１７に対する通電を中止するように構成されている。上記の温度センサ２５が本発明でいう温度検出手段に対応し、ＥＣＵ２７が本発明でいう制御手段に対応する。
【００１７】
本実施の形態に係るエンジンの排気浄化装置１０は、上記のように構成したものである。したがって、イグニッションスイッチ２３がオン状態にされてエンジンが始動されると、ＥＣＵ２７は、温度センサ２５で検出される排気ガス温度が触媒の活性温度に達するまで、リレースイッチ１９をオン状態に保持する。このため、電熱ヒータ１７に通電されて排気浄化用触媒１３が加熱され、触媒床温度が昇温される。一方、温度センサ２５で検出される排気ガス温度が触媒の活性温度に達すると、リレースイッチ１９がオフ状態となり、電熱ヒータ１７に対する通電が中止される。すなわち、本実施の形態によれば、触媒の活性温度を基準値として、排気ガス温度の変動に基づき電熱ヒータ１７に対する通電と通電の中止を繰り返すことによって、排気浄化用触媒１３の触媒床温度が活性温度に保持されるように加熱あるいは保温する。このことにより、排気浄化用触媒１３が活性化され、排気ガスの浄化作用を向上することができる。
【００１８】
ところで、フォークリフトのような産業車両をはじめとする特殊自動車の中には、エンジン付近に排気浄化装置を設置するためのスペースを確保することが車両構造上困難な場合が多々あり、エンジンから離れた位置、例えば消音器の中に触媒を組み込んで装着するといった形態での搭載を余儀なくされている。このため、排気ガスが排気浄化装置に流入するまでの間に冷却されてしまい、十分に熱を利用できないといった傾向にある。また、フォークリフトの場合、作業形態の関係からアイドリングでの長時間放置、始動、停止の繰り返しといった使い方で運転されることが多い。このような場合、排気ガス温度が触媒の活性温度まで上昇しないことがある。本実施の形態によれば、電熱ヒータ１７を備えることによって排気浄化用触媒１３を加熱しあるいは保温して触媒床温度を活性温度に確保し、エンジンの運転状態の如何に拘わらず、安定した触媒の浄化作用を得ることができる。
【００１９】
また、本実施の形態では、触媒支持マット１５内に電熱ヒータ１７を組み込む構成のため、例えば排気浄化用触媒１３のフィルター外周面に電熱ヒータ１７を直接取り付けるような場合に比べると、電熱ヒータ１７の組付けスペースを容易に確保することができる。また、触媒支持マット１５内に電熱ヒータ１７を組み込む構成とすることにより、触媒収容ケース１１に対する排気浄化用触媒１３および触媒支持マット１５の組付けに先だって、電熱ヒータ１７を触媒支持マット１５内に組付けて置くことができる。このことにより、電熱ヒータ１７が存在することが原因となって排気浄化用触媒１３および触媒支持マット１５の触媒収容ケース１１内への組付け性が損なわれるといった問題も生じない。
また、図２に示すように、２枚のマット材１５ａ，１５ｂを重ね合わせて積層構造の触媒支持マット１５を構成するときは、両マット材１５ａ，１５ｂ間に電熱ヒータ１７を挟み込むことによってヒータ付き触媒支持マット１５を簡単に得ることができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することが可能である。
例えば、上述した実施の形態では、電熱ヒータ１７として電熱線（ニクロム線）を用いたが、これに代えてＰＴＣヒータを用いてもよい。ＰＴＣヒータは、通電によって自己発熱し、その熱で抵抗値が増大して発熱量はさらに増大するが、温度上昇により抵抗値の増大率は減少し、やがて所定の上限温度（発熱量）にて一定の抵抗値となる、いわゆる自己温度制御機能を有する抵抗素子である。したがって、ＰＴＣヒータの上限温度として触媒が活性化する活性温度を設定することことにより、自己温度制御機能を利用して排気浄化用触媒１３を加熱あるいは保温することができる。これにより、実施の形態で説明したＥＣＵ２７、温度センサ２５、リレースイッチ１９を廃止できるため、簡単な構成で低コストの触媒加熱手段を提供することができる。
また、上述した実施の形態では、フォークリフトに搭載されるディーゼルエンジンに適用する場合で説明しているが、車両の種類やエンジンの種類については限定するものではない。
また、電熱ヒータ１７の触媒支持マット１５への組み付けについては、２枚のマット材１５ａ，１５ｂによる挟着構造に限られるものではない。触媒支持マット１５を、例えば成形型を用いて成形するような場合であれば、電熱ヒータ１７をインサート成形することで触媒支持マット１５に組付けることも可能である。その場合、図３に示すように、電熱ヒータ１７を構成する電熱線の外表面がマット表面から一部露出するような形で成形し、触媒収容ケース１１内への組付け時において電熱線の露出部分が排気浄化用触媒１３のフィルター外面に直接接触する構成としてもよい。
また、排気浄化用触媒１３は、フィルターがセラミック製であるとしたが、金属製のフィルターであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、触媒床温度を昇温させるための電熱ヒータを有するエンジンの排気浄化用装置において、排気通路内に配置される電熱ヒータを安定かつ合理的に保持することが可能なヒータ保持技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す図面である。
【図２】電熱ヒータの触媒支持マットへの組付け構造を説明する図面である。
【図３】電熱ヒータの触媒支持マットへの組付け構造の変更例を示す図面である。
【符号の説明】
１０    排気浄化装置
１１    触媒収容ケース（排気通路）
１３    排気浄化用触媒
１５    触媒支持マット
１７    電熱ヒータ
２５    温度センサ（温度検出手段）
２７    電子制御装置（制御手段）
【図１】
2004176592.tif 000003
【図２】
2004176592.tif 000004
【図３】
2004176592.tif 000005