(57)【要約】【課題】触媒担体への局所的な圧縮荷重を抑制して触媒担体を筒体内に確実に保持できる触媒コンバータ装置を得る。【解決手段】触媒担体１４の外周面には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらにその外周側にマット層２６が配置されている。マット層２６と電極１６Ａ、１６Ｂによって構成される中間部材２２の厚みが、軸方向及び周方向の少なくとも一方向で一定とされる。【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筒状の保持部材と、前記触媒担体と前記保持部材との間で触媒担体に接触配置され触媒担体に通電するための一対の電極と、を含む中間部材と、
を備え、
前記触媒担体の軸方向及び周方向の少なくとも一方向で見て、前記中間部材の厚みが一定とされている触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記保持部材が、電気絶縁性を有している請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項３】
前記保持部材が、
前記筒体の内周面に接触される弾性部材と、
前記弾性部材の前記径方向の内側に配置され電気絶縁性を有する絶縁部材と、
を備えている請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
一対の前記電極が、前記触媒担体を挟んで向き合う位置で前記触媒担体の外周面に接触配置されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項５】
一対の前記電極の厚みが、前記保持部材の軸方向の中央から端部に向かって漸減されている請求項１〜請求項４のいずれか１項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（ケース）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、電気絶縁材で構成されたマット部材が嵌挿されている。
【０００４】
特許文献１に記載の構造では、マット部材は、導電部材（電極）に対応した位置にのみ配置されている。この構造において、たとえば絶縁性の向上等の目的で、電極が設けられていない位置にもマット部材を配置すると、マット部材のみの部位と比較して、電極の存在する部位ではマット部材と電極とにより厚みが増すため、触媒担体が局所的に強く圧縮されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は上記事実を考慮し、触媒担体への局所的な圧縮荷重を抑制して触媒担体を筒体内に確実に保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】
【０００７】
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筒状の保持部材と、前記触媒担体と前記保持部材との間で触媒担体に接触配置され触媒担体に通電するための一対の電極と、を含む中間部材と、を備え、前記触媒担体の軸方向及び周方向の少なくとも一方向で見て、前記中間部材の厚みが一定とされている。
【０００８】
この触媒コンバータ装置では、筒体と触媒担体の間に配置された中間部材により、触媒担体が筒体内に保持されている。中間部材を構成する一対の電極は触媒担体に接触配置されており、この電極を通じて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。
【０００９】
また、触媒担体は筒状の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。
【００１０】
中間部材の厚みは、触媒担体の軸方向及び周方向の少なくとも一方向で見て、一定とされている。したがって、中間部材の厚みが、たとえば電極の存在により部分的に厚くなっている構成と比較して、触媒担体への局所的な圧縮荷重を抑制できる。
【００１１】
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、前記保持部材が、電気絶縁性を有している。
【００１２】
このように、保持部材が絶縁性を有していると、保持部材を介して触媒担体と筒体とが短絡されることを抑制できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記保持部材が、前記筒体の内周面に接触される弾性部材と、前記弾性部材の前記径方向の内側に配置され電気絶縁性を有する絶縁部材と、を備えている。
【００１４】
したがって、弾性部材の弾性により、触媒担体を筒体内に安定的に保持できる。また、絶縁部材により、触媒担体と筒体との短絡を防止できる。保持部材を、弾性部材と絶縁部材を備えた構成とすることで、それぞれの機能に適した形状や材料を選択できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、一対の前記電極が、前記触媒担体を挟んで向き合う位置で前記触媒担体の外周面に接触配置されている。
【００１６】
このようの一対の電極を、触媒担体を挟んで向き合う位置に配置することで、効率的に触媒担体に通電することが可能になる。
【００１７】
また、このように電極を配置しても、中間部材の厚みが一定とされているので、触媒担体において電極に挟まれた部分への局所的な圧縮荷重を抑制できる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、一対の前記電極の厚みが、前記保持部材の軸方向の中央から端部に向かって漸減されている。
【００１９】
このような電極の形状とすることで、触媒担体の周囲に中間部材を装着したものを筒体に対し軸方向に圧入する作業が容易になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上記構成としたので、触媒担体への局所的な圧縮荷重を抑制して触媒担体を筒体内に確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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構成する途中の状態を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例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４】本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を示し、（Ａ）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、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例の触媒コンバータ装置を図４（Ｂ）と同様の断面で示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置を示し、（Ａ）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、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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ており、全体として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）が付着された状態で担持されている。触媒は、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。
【００２４】
触媒担体１４の外周面には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂの中心にはそれぞれ端子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。そして、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。
【００２５】
特に本実施形態では、電極１６Ａ、１６Ｂを、触媒担体１４の中心線ＣＬを挟んで対向する位置（図１では上下）に配置している。また、電極１６Ａ、１６Ｂは、触媒担体１４の軸方向（長手方向）の中央に配置されている。
【００２６】
触媒担体１４の外周には、絶縁性材料によって円筒状に形成されたマット層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、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。そして、絶縁性を有するマット層２６が触媒担体１４とケース筒体２８との間に配置されているので、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。第１実施形態では、マット層２６が本発明の保持部材２４となっている。
【００２７】
マット層２６と電極１６Ａ、１６Ｂによって、本発明に係る中間部材２２が構成されている。以下において、マット層２６、電極１６Ａ、１６Ｂ及び中間部材２２の厚みとは、保持部材２４の軸方向、又は軸方向と直交する方向である周方向で見たときの、それぞれの部材の厚みをいうものとする。
【００２８】
また、マット層２６は所定の弾性も有している。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、マット層２６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。
【００２９】
図１から分かるように、本実施形態では、触媒担体１４とマット層２６とは軸方向で同じ長さに形成されており、触媒担体１４の上流側端面１４Ａとマット層２６の上流側端面２６Ａとは面一になっている。同様に、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂとマット層２６の下流側端面２６Ｂとは面一になっている。
【００３０】
なお、マット層２６には、端子１８Ａ、１８Ｂの周囲において挿通孔２６Ｈが形成されており、端子１８Ａ、１８Ｂがマット層２６に接触しないようになっている。なお、挿通孔２６Ｈに代えて、マット層２６を軸方向で２分割し、２分割されたマット層２６の間に、端子１８Ａ、１８Ｂを挿通させることが可能な隙間を構成してもよい。
【００３１】
電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれは、軸方向で見て、中央が最も厚く、両端（電極前端部１６Ｆ及び電極後端部１６Ｒ）に向かうにしたがって厚みが漸減する形状とされ、電極前端部１６Ｆが触媒担体１４の上流側端面１４Ａと同位置（あるいはその近傍位置）まで、電極後端部１６Ｒが触媒担体１４の下流側端面１４Ｂと同位置（あるいはその近傍位置）まで達している。
【００３２】
これに対し、マット層２６は、軸方向で見て、中央が最も薄く、両端（上流側端面２６Ａ及び下流側端面２６Ｂ）に向かうにしたがって厚さが漸増する形状とされている。そして、中間部材２２としての厚み、すなわち、電極１６Ａ、１６Ｂとマット層２６とを合わせた厚みは、軸方向で一定とされている。換言すれば、中間部材２２の厚みは軸方向で一定とされているが、軸方向端部に向かうにしたがって、電極１６Ａ、１６Ｂは薄くされると共に、その分だけ、マット層２６は厚くされている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４とケース筒体２８との間に配置される中間部材２２の厚みが、軸方向の断面で見て一定とされている。したがって、触媒担体１４がケース筒体２８内に保持された状態で、触媒担体１４に作用する圧縮力が、軸方向で均一化される。ここで比較例として、電極は本実施形態と同一形状とされているが、マット層２６が軸方向で一定の厚みとされている構造のものを考えると、比較例の構造では、中間部材の厚みは、電極が存在している部位では、マット層のみの部位と比較して、電極の分だけ凸形状となるために厚くなる。したがって、比較例では、電極が存在している部位において中間部材から触媒担体に作用する圧縮力が大きくなる。そして、この圧縮力による触媒担体の変形や破損を防止する必要が生じると、触媒担体の形状や構造の自由度が低くなる。
【００３６】
これに対し、本実施形態の触媒コンバータ装置１２の構造では、上記したように、中間部材２２において電極１６Ａ、１６Ｂに起因する凸形状が無くなっており、中間部材２２から触媒担体１４に作用する保持荷重（圧縮力）が軸方向で均一化される（完全に均一である必要はない）。このため、マット層２６の破損及び触媒担体１４の変形や破損を抑制できると共に、触媒担体１４の形状や構造の自由度が高くなる。
【００３７】
第１実施形態の触媒コンバータ装置１２を製造するときは、たとえば図２に示すように、触媒担体１４の外周面に中間部材２２を装着したもの（端子１８Ａ、１８Ｂは未接続）を構成し、これを、ケース筒体２８内に軸方向（図２の矢印Ｐ１方向）に圧入する工程を行うことがある。電極１６Ａ、１６Ｂの軸方向の厚みは中央から端部へと漸減されており、この工程において、圧入方向の先端側が薄くなっている（弾性を有するマット層２６が相対的に厚くなっている）ことになる。したがって、圧入作業の作業性が向上している。なお、圧入後に、ケース筒体２８の貫通孔を通じて端子１８Ａ、１８Ｂをケース筒体２８から電極１６Ａ、１６Ｂにそれぞれ接続する。
【００３８】
図３には、本発明の第１実施形態の変形例の触媒コンバータ装置３２が示されている。この触媒コンバータ装置３２では、電極１６Ａ、１６Ｂが軸方向に一定の厚みで、触媒担体１４よりも短く形成されている。そして、中間部材２２を構成するマット層２６は、電極１６Ａ、１６Ｂに対応する部分（電極１６Ａ、１６Ｂがない部分）電極１６Ａ、１６Ｂの厚み分だけ薄くなり、これ以外の部分が厚くなるように形成されている。これ以外は、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同一の構成とされている。
【００３９】
したがって、第１実施形態の変形例の触媒コンバータ装置３２においても、電極１６Ａ、１６Ｂに起因する凸形状が無くなっており、中間部材２２から触媒担体１４に作用する保持荷重（圧縮力）が軸方向で均一化される。このため、マット層２６の破損及び触媒担体１４の変形や破損を抑制できると共に、触媒担体１４の形状や構造の自由度が高くなる。
【００４０】
図４には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置４２が示されている。なお、第２実施形態では、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詳細な説明を省略する。
【００４１】
第２実施形態では、本発明に係る保持部材４４が、径方向内側の絶縁層４８と、径方向外側のマット層４６とを有する２重構造とされている。絶縁層４８は、電気絶縁性の他に、耐熱性及び可撓性を有する材料（たとえばタルク）により円筒状に形成されており、周方向で触媒担体１４の周囲を完全に覆っている。
【００４２】
マット層４６は、第１実施形態に係るマット層２６と同様の材料で円筒状に形成されており、所定の弾性及び絶縁性を有している。保持部材４４全体としては、マット層４６に加えて絶縁層４８を有することで、絶縁性がより高められている。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、第２実施形態に係る電極５０Ａ、５０Ｂは、軸方向では一定の厚みを有している。そして、第２実施形態において、電極５０Ａ、５０Ｂと保持部材４４とで構成される中間部材５２も、軸方向に一定の厚みを有している。
【００４４】
図４（Ｂ）から分かるように、電極５０Ａ、５０Ｂは、周方向に沿って見ると、中央部分すなわち端子１８Ａ、１８Ｂと接続された部分では厚く、周方向端部に向かうにしたがって厚みが漸減する形状とされている。そして、中間部材５２の厚みが周方向で一定になるように、電極５０Ａ、５０Ｂの上記形状に合わせて、保持部材４４の厚みが決められている。特に図４（Ｂ）に示した例では、絶縁層４８の厚みを周方向で変化させることで、絶縁層４８（中間部材５２）の外周が真円となるようにしている。
【００４５】
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４２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様に、端子１８Ａ、１８Ｂ及び電極５０Ａ、５０Ｂ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。
【００４６】
また、第２実施形態では、中間部材５２の厚みが、軸方向及び周方向の双方向で一定とされており、電極５０Ａ、５０Ｂに起因する凸形状が存在していない。保持部材４４（マット層４６）から触媒担体１４に作用する保持荷重（圧縮力）が軸方向及び周方向で均一化されるので、保持部材４４（特にマット層４６）破損及び触媒担体１４の変形や破損を抑制できると共に、触媒担体１４の形状や構造の自由度が高くなる。
【００４７】
なお、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４２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。そして、排気の流れに沿って下流側へと飛散し、マット層４６が吸水することがある。このような場合でも、マット層４６と触媒担体１４との間にたとえばタルク製の絶縁層４８を配置すると、タルクは吸水しないので、吸水したマット層４６を介して触媒担体１４とケース筒体２８が短絡されることを抑制できる。すなわち、中間部材５２全体として、高く絶縁性を維持でき、触媒担体１４への給電効率の低下も抑制できる。
【００４８】
しかも、保持部材４４を、マット層４６と絶縁層４８の２層構造とすることで、保持部材４４に求められる物性をそれぞれの部材で満たすようにすることができる。たとえば、マット層４６としては弾性に優れたものと、絶縁層４８としては絶縁性に優れたものなど、それぞれの機能に適した材料や形状を選択可能となる。
【００４９】
図５には、本発明の第２実施形態の変形例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、電極５０Ａ、５０Ｂが周方向で一定の厚みに形成されている。そして、中間部材５２を構成するマット層４６は、電極５０Ａ、５０Ｂに対応する部分が電極５０Ａ、５０Ｂの厚み分だけ薄くなり、これ以外の部分が厚くなるように形成されている。これ以外は、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２と同一の構成とされている。
【００５０】
したがって、第２実施形態の変形例の触媒コンバータ装置６２においても、電極５０Ａ、５０Ｂに起因する凸形状が無くなっており、中間部材５２（第２実施形態として示す図５（Ａ）参照）から触媒担体１４に作用する保持荷重（圧縮力）が周方向で均一化される。このため、マット層４６の破損及び触媒担体１４の変形や破損を抑制できると共に、触媒担体１４の形状や構造の自由度が高くなる。
【００５１】
なお、第２実施形態及びその変形例において、中間部材５２の外周を真円とするためには、上記したように、絶縁層４８の厚みを周方向で変化させることに代えて（あるいは併用して）、マット層４６の厚みを周方向で変化させてもよい。
【００５２】
図６には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置７２が示されている。第３実施形態では、第２実施形態と比較して、マット層７６の構造のみが相違している。以下では、第２実施形態と異なる部分のみ説明し、第２実施形態と同一の部分については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００５３】
第３実施形態のマット層７６は、図６（Ｂ）に示すように、アルミナマット等により長尺板状に形成されたマット層構成部材７８を用いており、このマット層構成部材７８の長手方向に一端に形成された凸部７６Ｐを、他端に形成された凹部７６Ｑにはめ込み、全体として円筒状に形成されることでマット層７６とされる。
【００５４】
マット層７６には、このように円筒状とされて触媒担体１４の外周に装着された状態における電極５０Ａ、５０Ｂに対応する位置に、多数の充填密度調整孔７６Ｈが形成されている。この充填密度調整孔７６Ｈは、電極５０Ａ、５０Ｂにあたる位置に存在するため、中間部材５２を全体で考えたときの充填密度が周方向で均一化される。
【００５５】
このように、第３実施形態の触媒コンバータ装置７２においても、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
上記各実施形態では、２枚の電極を、触媒担体１４の中心線ＣＬを挟んで対向する位置（各図において上下）に配置しており、触媒担体１４への通電の効率化、均一化を図ることが可能となっている。そして、このように電極を触媒担体１４に対し挟み込むように対向配置しても、中間部材としては厚みが一定なので、触媒担体１４に対し電極で挟まれた部分への局所的な荷重を抑制できる。もちろん、電極がこのように対向配置されていない構造でも、本発明を適用可能である。
【００５７】
また、上記各実施形態では、中間部材の厚みを、保持部材の軸方向及び中方向の一方向で一定とされているものを挙げているが、中間部材の厚みは、これら双方向で一定とされていてもよい。これらの構造において、中間部材としては、第１実施形態及びその変形例のように、電極とマット層で構成されていてもよいし、第２実施形態及びその変形例（第３実施形態も含む）のように、電極と絶縁層及びマット層で構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０  排気管
１２  触媒コンバータ装置
１４  触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ    電極
２２  中間部材
２４  保持部材
２６  マット層
２８  ケース筒体
３２  触媒コンバータ装置
４２  触媒コンバータ装置
４４  保持部材
４６  マット層
４８  絶縁層
５０Ａ、５０Ｂ    電極
５２  中間部材
６２  触媒コンバータ装置
７２  触媒コンバータ装置
７６  マット層
【図１】
2012041875.tif 000003
【図２】
2012041875.tif 000004
【図３】
2012041875.tif 000005
【図４】
2012041875.tif 000006
【図５】
2012041875.tif 000007
【図６】
2012041875.tif 000008