(57)【要約】【課題】電気加熱式触媒での良好な排気浄化作用を確保しつつ、電気加熱式触媒に作用する熱応力を低減する。【解決手段】内燃機関の排気通路内に配置された電気加熱式触媒５１は、排気通路の中心軸線Ｌ方向に互いに平行に延びる複数の排気流通路５１Ｆを有する基材５１Ｓと、中心軸線を挟んで互いに対向するよう基材の外周面上に配置された一対の電極５４ａ，５４ｂと、一対の電極を含みかつ中心軸線に垂直な断面のうち電極にそれぞれ近接する一対の電極近接領域６０ａ，６０ｂ内の排気流通路内を排気ガスが流れるのを抑制する抑制部材６２ａ，６２ｂと、を備える。【選択図】図４
2017031829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置される電気加熱式触媒であって、
前記排気通路の中心軸線方向に互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材と、
前記中心軸線を挟んで互いに対向するよう前記基材の外周面上に配置された一対の電極と、
前記一対の電極を含みかつ前記中心軸線に垂直な断面のうち前記電極にそれぞれ近接する一対の電極近接領域内の前記排気流通路内を排気ガスが流れるのを抑制する抑制部材と、
を備えた、電気加熱式触媒。
【請求項２】
前記電極近接領域はそれぞれ、前記断面内においてそれぞれ対応する前記電極からの距離があらかじめ定められた設定値以下の領域である、請求項１に記載の電気加熱式触媒。
【請求項３】
前記抑制部材が、前記電極近接領域内に位置する前記排気流通路内に配置された栓部材を備える、請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項４】
前記抑制部材が、前記電極近接領域内に位置する前記排気流通路の入口又は出口に対面するよう配置された板部材を備える、請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項５】
前記基材が炭化ケイ素から形成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の電気加熱式触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気加熱式触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータのみ又は内燃機関及び電気モータにより駆動されるハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路内にバッテリにより通電される電気加熱式触媒が配置されており、内燃機関の停止中に電気加熱式触媒への通電を行うときには、バッテリの出力制限値から内燃機関の始動に必要な電力、補機の駆動に必要な電力、及び車両走行に必要な電力を差し引くことにより電気加熱式触媒に供給しうる電力を算出し、電気加熱式触媒に供給しうる電力がゼロ以下のときには電気加熱式触媒に通電することなく内燃機関の運転を開始する、ハイブリッド車両が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、一般に、電気加熱式触媒は、機関排気通路の中心軸線方向に互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材と、中心軸線を挟んで互いに対向するよう基材の外周面上に配置された一対の電極と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−００８９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、特許文献１では、電気加熱式触媒に供給しうる電力がゼロ以下のときには電気加熱式触媒への通電が行われることなく内燃機関の運転が開始される。その結果、電気加熱式触媒は排気ガスによって加熱される。この場合、電気加熱式触媒の中央部を流通する排気ガスの量は比較的多く、電気加熱式触媒の外周部を流通する排気ガスの量は比較的少ない。一方、電気加熱式触媒の中央部から周囲雰囲気への放熱量は比較的少なく、電気加熱式触媒の外周部から周囲雰囲気への放出量は比較的多い。このため、電気加熱式触媒の中心部の温度は比較的高くなり、電気加熱式触媒の外周部の温度は比較的低くなる。すなわち、電気加熱式触媒の温度が上昇する過程で、電気加熱式触媒の中心から電気加熱式触媒の外縁に向けて温度勾配が生ずる。この温度勾配は、電気加熱式触媒の中央部では比較的小さいけれども、電気加熱式触媒の外周部では比較的大きい。
【０００６】
ところで、上述したように、電気加熱式触媒の外周面上には電極が設けられるのが一般的である。ところが、これら電極は電気加熱式触媒の外周部から周囲雰囲気への放熱を促進する。その結果、電極に近接する外周部部分における温度勾配が過度に大きくなるおそれがある。温度勾配が過度に大きいと、電気加熱式触媒又は外周部に過度に大きな熱応力が作用するおそれがあり、電気加熱式触媒又は外周部が破損するおそれがある。したがって、この温度勾配を緩和するための何らかの対策が必要である。一方、電極に近接する部分以外の外周部部分では、電極による放熱促進がほとんどない。したがって、電極に近接する外周部部分とそれ以外の外周部部分とにおいて同じように上述の対策を講ずることは好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の排気通路内に配置される電気加熱式触媒であって、前記排気通路の中心軸線方向に互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材と、前記中心軸線を挟んで互いに対向するよう前記基材の外周面上に配置された一対の電極と、前記一対の電極を含みかつ前記中心軸線に垂直な断面のうち前記電極にそれぞれ近接する一対の電極近接領域内の前記排気流通路内を排気ガスが流れるのを抑制する抑制部材と、を備えた、電気加熱式触媒が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
電気加熱式触媒での良好な排気浄化作用を確保しつつ、電気加熱式触媒に作用する熱応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関及び出力調整装置の全体図である。
【図２】触媒コンバータの部分側面断面図である。
【図３】電気加熱式触媒の基材の概略斜視図である。
【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶに沿ってみた電気加熱式触媒の部分縦断面図である。
【図５】中央部及び外周部等を説明するための電気加熱式触媒の基材の縦断図である。
【図６】電気加熱式触媒の基材の半径方向の温度分布を示す線図である。
【図７】比較例における基材内の等温線を示す図である。
【図８】本発明による実施例における基材内の等温線を示す図である。
【図９】電極近傍部分における温度勾配ｄＴＣＥと、電気加熱式触媒が熱応力により破損する確率ＰＤとの関係を示す線図である。
【図１０】電極近接領域を垂直断面内においてそれぞれ対応する電極からの距離が値Ｄ以下の領域とした場合の、値Ｄと電極近傍部分における温度勾配ｄＴＣＥとの関係を示す線図である。
【図１１】本発明による実施例での排気ガスの流れを説明するための、触媒コンバータの部分側面断面図である。
【図１２】電極近接領域の別の実施例を示す、電気加熱式触媒の部分縦断面図である。
【図１３】電極及び電極近接領域の別の実施例を示す、電気加熱式触媒の部分縦断面図である。
【図１４】抑制部材の別の実施例を示す、触媒コンバータの部分側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、電気モータのみ又は内燃機関及び電気モータにより駆動されるハイブリッド車両に本発明の電気加熱式触媒を適用した場合を示している。この場合、ハイブリッド車両には内燃機関１と出力調整装置２とが搭載される。図示しない別の実施例では、内燃機関のみにより駆動される車両に本発明の電気加熱式触媒が適用される。図示しない更に別の実施例では、電気モータのみにより駆動される電動車両であって、発電機を駆動するための内燃機関を備えた電動車両に本発明の電気加熱式触媒が適用される。
【００１１】
まず初めに図１を参照しつつ出力調整装置２について簡単に説明する。本発明による実施例では出力調整装置２が、電気モータ及び発電機として作動する第１のモータジェネレータＭＧ１及び第２のモータジェネレータＭＧ２と遊星歯車機構３とにより構成される。この遊星歯車機構３はサンギア４と、リングギア５と、サンギア４とリングギア５間に配置されたプラネタリギア６と、プラネタリギア６を担持するプラネタリキャリア７とを具備する。サンギア４は第１のモータジェネレータＭＧ１の回転軸８に連結され、プラネタリキャリア７は内燃機関１の出力軸又はクランクシャフト９に連結される。また、リングギア５は一方では第２のモータジェネレータＭＧ２の回転軸１０に連結され、他方では駆動輪に連結された出力軸１２にベルト１１を介して連結される。したがってリングギア５が回転するとそれに伴って出力軸１２が回転せしめられることがわかる。
【００１２】
各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれ対応する回転軸８，１０上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ１３，１５と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ１４，１６とを具備した交流同期電動機からなる。各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１４，１６の励磁コイルはそれぞれ対応するモータ駆動制御回路１７，１８に接続され、これらモータ駆動制御回路１７，１８は直流高電圧を充電又は放電するバッテリ１９に接続される。モータ駆動制御回路１７，１８はバッテリ１９からの直流低電圧を交流高電圧に変換し又はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からの交流高電圧を直流低電圧に変換する機能を有する。なお、本発明による実施例ではバッテリ１９は車両外部から充電可能であり、車両外部に放電可能である。図示しない別の実施例では、バッテリ１９は車両外部から充電不可能であり、車両外部に放電不可能である。また、本発明による実施例では第２のモータジェネレータＭＧ２は主に電気モータとして作動し、第１のモータジェネレータＭＧ１は主に発電機として作動する。
【００１３】
電子制御ユニット又は制御器２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５及び出力ポート２６を具備する。アクセルペダル２７にはアクセルペダル２７の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２８が接続され、負荷センサ２８の出力電圧は対応するＡＤ変換器２５ａを介して入力ポート２５に入力される。また入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２９が接続される。更に入力ポート２５にはバッテリ１９の充電量を表す信号及びその他の種々の信号が対応するＡＤ変換器２５ａを介して入力される。一方、出力ポート２６は各モータ駆動制御回路１７，１８に接続されると共に対応する駆動回路２６ａを介して内燃機関１の制御すべき要素、例えば燃料噴射弁、点火栓、スロットル弁、電気加熱式触媒等に接続される。
【００１４】
次に内燃機関１について説明する。本発明による実施例では内燃機関１は火花点火式内燃機関から構成される。図示しない別の実施例では内燃機関１は圧縮着火式内燃機関から構成される。
【００１５】
図１を参照すると、３０は機関本体、３１は燃焼室、３２は吸気枝管、３３はサージタンク、３４は吸気ダクト、３５はエアクリーナ、３６は排気マニホルド、３７は排気管、３８は触媒コンバータをそれぞれ示す。吸気枝管３２にはそれぞれ対応する吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３９が配置される。図示しない別の実施例では、燃料噴射弁３９は燃焼室３１にそれぞれ配置され、それぞれ対応する燃焼室３１内に燃料を直接噴射する。吸気ダクト３４内にはスロットル弁４０と、吸入空気量を検出するエアフロメータ４１とがそれぞれ配置される。更に燃焼室３１内には点火栓４２がそれぞれ配置される。また、機関本体３０には機関冷却水温を検出するための水温センサ４３が取り付けられる。
【００１６】
図２は触媒コンバータ３８の部分断面図を示している。触媒コンバータ３８は中空円筒状の金属製ケーシング５０を有し、ケーシング５０は円筒状部分５０ａと、円筒状部分５０ａの前端及び後端に取り付けられたコーン５０ｂと、コーン５０ｂに取り付けられたフランジ５０ｃとを備える。触媒コンバータ３８はフランジ５０ｃを介して排気管３７と連結される。なお、図２にはコーン５０ｂ及びフランジ５０ｃの一方のみが図示されている。ケーシング５０内には電気加熱式触媒５１が配置されると共に、電気加熱式触媒５１下流のケーシング５０内には後段触媒５３が配置される。この場合、電気加熱式触媒５１の長手方向中心軸線及び後段触媒５３の長手方向中心軸線がそれぞれ機関排気通路の中心軸線、すなわちケーシング５０の中心軸線Ｌに一致するように、電気加熱式触媒５１及び後段触媒５３がケーシング５０内に収容される。また、図２に示される実施例では電気加熱式触媒５１と後段触媒５３との間にわずかな隙間５０ｄが形成されている。ケーシング５０の内周面と電気加熱式触媒５１及び後段触媒５３の外周面との間にはそれぞれ、断熱性及び電気絶縁性を有する保持材５５が配置される。
【００１７】
電気加熱式触媒５１はハニカム構造をなす基材５１Ｓを有し、この基材５１Ｓは中心軸線Ｌ方向に互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５１Ｆと、これら排気流通路５１Ｆを互いに隔てる隔壁５１Ｗとを具備する。本発明による実施例では、隔壁５１Ｗには酸素貯蔵能力を有する三元触媒５２が担持される。すなわち、電気加熱式触媒５１は酸素貯蔵能力を有している。三元触媒５２は例えばアルミナから形成された担体に担持された白金、ロジウム、及びパラジウムのような貴金属と、セリアのような酸素貯蔵材とを含む。一方、基材５１Ｓは、例えば炭化ケイ素のような、通電されると発熱する材料から形成される。
【００１８】
図２及び図３に示されるように、基材５１Ｓの円筒状外周面５１ＳＳ上には、中心軸線Ｌを挟んで互いに対向するように配置された一対の電極５４ａ，５４ｂが設けられる。これら電極５４ａ，５４ｂは例えばペースト状のニッケルクロムＮｉＣｒのような導電性材料を外周面５１ＳＳに塗布することにより面状に形成される。電極５４ａ，５４ｂには図示しない導線が電気的に接続されており、基材５１Ｓは電極５４ａ，５４ｂ及び導線を介してバッテリ１９に電気的に接続可能になっている。バッテリから基材５１Ｓに通電されると、基材５１Ｓが発熱し、三元触媒５２の温度が高められる。
【００１９】
再び図２を参照すると、後段触媒５３もハニカム構造をなす基材を有し、この基材も中心軸線Ｌ方向に互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路と、これら排気流通路を互いに隔てる隔壁とを具備する。隔壁には例えば三元触媒、酸化触媒、又はＮＯｘ還元触媒が担持される。
【００２０】
更に、図１に示されるように、触媒コンバータ３８には電気加熱式触媒５１の温度を検出する温度センサ５６が取り付けられる。
【００２１】
図４は図２の線ＩＶ−ＩＶに沿ってみた電気加熱式触媒５１の縦断面図、すなわち一対の電極５４，５４ｂを含みかつ中心軸線Ｌに垂直な電気加熱式触媒５１の断面図を示している。以下では、一対の電極５４，５４ｂを含みかつ中心軸線Ｌに垂直な断面を垂直断面と称することにする。図４を参照すると、垂直断面のうち電極５４ａ，５４ｂにそれぞれ近接する一対の電極近接領域６０ａ，６０ｂが、ドットが付された領域として示される。本発明による実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂは、垂直断面内においてそれぞれ対応する電極５４ａ，５４ｂからの距離があらかじめ定められた設定値ＤＸ以下の領域である。一方、以下では、垂直断面のうち電極近接領域６０ａ，６０ｂ外の領域を別領域６１と称している。
【００２２】
さて、本発明による実施例では、別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆ内を排気ガスが流れるのを抑制することなく電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆ内を排気ガスが流れるのを抑制する抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられる。すなわち、図２及び図４に示される例では、抑制部材６２ａ，６２ｂは、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆの入口にそれぞれ設けられた栓部材を備える。図示しない別の実施例では、栓部材６２ａ，６２ｂは電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆの出口に設けられる。図示しない更に別の実施例では、栓部材６２ａ，６２ｂは電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆの入口と出口との間の中間位置に設けられる。言い換えると、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆが栓部材６２ａ，６２ｂによって封止される。したがって、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆ内に排気ガスが流入するのが栓部材６２ａ，６２ｂによって阻止又は抑制される。一方、別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆには抑制部材又は栓部材６２ａ，６２ｂは設けられない。すなわち、別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆは開放されたままである。したがって、排気ガスは別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆ内に流入し、排気ガスは別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆ内を流通する。
【００２３】
本発明による実施例では、栓部材６２ａ，６２ｂは排気流通路５１Ｆを完全に封止する。図示しない別の実施例では、栓部材６２ａ，６２ｂは排気流通路５１Ｆを部分的に封止する。
【００２４】
さて、本発明による実施例では、ハイブリッド車両の運転モードとしてＨＶモード又はＥＶモードが行われる。
【００２５】
ＨＶモードでは、内燃機関１が運転されると共に第２のモータジェネレータＭＧ２が電気モータとして作動され、内燃機関１の出力の一部及び第２のモータジェネレータＭＧ２の出力が出力軸１２に伝達される。すなわち、ハイブリッド車両は内燃機関１及び第２のモータジェネレータＭＧ２により駆動される。内燃機関１の出力の残りは発電機として作動する第１のモータジェネレータＭＧ１に伝達され、第１のモータジェネレータＭＧ１により発生された電力は第２のモータジェネレータＭＧ２又はバッテリ１９に送られる。内燃機関１の発生した出力に対する出力軸１２に送られる出力の割合は車両要求負荷に応じて変更される。なお、車両要求負荷がかなり低いときには内燃機関１は停止され、第２のモータジェネレータＭＧ２のみによってハイブリッド車両が駆動される。
【００２６】
一方、ＥＶモードでは、第２のモータジェネレータＭＧ２が電気モータとして作動され、第２のモータジェネレータＭＧ２の出力のみが出力軸１２に伝達される。ただし、例えば車両急加速時のように車両要求負荷があらかじめ定められた設定負荷よりも高くなったときには、第２のモータジェネレータＭＧ２に加えて内燃機関１が一時的に運転され、第２のモータジェネレータＭＧ２の出力に加えて内燃機関１の出力の一部が出力軸１２に一時的に伝達される。すなわち、ハイブリッド車両は主として第２のモータジェネレータＭＧ２により駆動され、一時的に内燃機関１及び第２のモータジェネレータＭＧ２により駆動される。なお、内燃機関１の出力の残りは発電機として作動する第１のモータジェネレータＭＧ１に伝達される。
【００２７】
また、ＨＶモード及びＥＶモード中の車両減速時には、発電機として作動される第１のモータジェネレータＭＧ１に外力が出力軸１２を介し伝達され、それによりエネルギが回生される。回生されたエネルギはバッテリ１９に蓄えられる。
【００２８】
本発明による実施例では、バッテリ１９の充電量があらかじめ定められた第１の設定充電量よりも多いときにはＥＶモードが行なわれ、バッテリ１９の充電量が第１の設定充電量よりも少なくなるとＨＶモードが行われる。バッテリ１９が車両外部から充電され、バッテリ１９の充電量が第１の設定充電量よりも多くなると、再びＥＶモードが行われる。
【００２９】
更に、本発明による実施例では、ＨＶモード及びＥＶモード中の内燃機関１の停止時に、バッテリ１９の充電量が第１の設定充電量よりも少なく設定された第２の設定充電量よりも少なくなったときには、内燃機関１が運転されると共に、内燃機関１の出力が発電機として作動される第１のモータジェネレータＭＧ１に伝達され、このとき発生された電気エネルギがバッテリ１９に蓄えられる。
【００３０】
そうすると、本発明による実施例では、ハイブリッド車両の運転モードがＥＶモードからＨＶモードに切り換えられるとき、ＥＶモードにおいて車両要求負荷が設定負荷よりも高くなったとき、及び、ＨＶモード及びＥＶモード中の内燃機関１の停止時にバッテリ１９の充電量があらかじめ定められた設定充電量よりも少なくなったときに、内燃機関１を始動すべき信号が発せられる。
【００３１】
本発明による実施例では、内燃機関１を始動すべき信号が発せられると、内燃機関１を停止したまま、電気加熱式触媒５１への通電が開始され、それにより電気加熱式触媒５１又は三元触媒５２の温度が高められる。次いで、三元触媒５２が活性化すると、内燃機関１が始動される。その結果、内燃機関１の排気ガスを三元触媒５２によって確実に浄化することができる。なお、本発明による実施例では内燃機関１を始動するために第１のモータジェネレータＭＧ１が電気モータとして作動され、第１のモータジェネレータＭＧ１の出力が内燃機関１の出力軸９に伝達される。
【００３２】
また、本発明による実施例では、内燃機関１を始動すべき信号が発せられたときに電気加熱式触媒５１への通電を行うことができないと判断されたときには、電気加熱式触媒５１への通電を行うことなく、内燃機関１の運転が開始される。例えば、バッテリ１９の充電量が三元触媒５２を活性化するのに必要な電力量よりも少ないときに、電気加熱式触媒５１への通電を行うことができないと判断される。
【００３３】
このように電気加熱式触媒５１への通電を行うことなく内燃機関１の運転が開始されたときには、電気加熱式触媒５１は排気ガスによって加熱される。この場合、冒頭で説明したように、電気加熱式触媒５１の温度が上昇する過程で、電気加熱式触媒５１の外周部に温度勾配が生ずる。ここで、電極５４ａ，５４ｂに近接する外周部部分での温度勾配は電極５４ａ，５４ｂに近接する部分以外の外周部部分での温度勾配よりも大きい。このことを、図５及び図６を参照して説明する。
【００３４】
図５に示されるように、垂直断面内において基材５１Ｓは、半径ＰＸの円で囲まれた中央部５１Ｃと、中央部５１Ｃを取り囲む外周部５１Ｐとに区分される。位置ＰＸは例えば電気加熱式触媒５１の外縁から距離ＤＤだけ離れており、距離ＤＤは例えば５ｍｍである。また、外周部５１Ｐは電極５４ａ，５４ｂに近接する電極近接部分Ｅａ，Ｅｂと、それ以外の別部分Ａｃ，Ａｄとに区分される。なお、本発明による実施例では、上述の電極近接領域６０ａ，６０ｂは電極近接部分Ｅａ，Ｅｂにそれぞれ概ね対応する。したがって、言い換えると、電極近接領域６０ａ，６０ｂは基材５１Ｓの外周部５１Ｐの一部に形成される。一方、上述の別領域６１は別部分Ａｃ，Ａｄ及び中央部５１Ｃに概ね対応する。
【００３５】
図６において、実線は基材５１Ｓの中心から電極近接部分Ｅａ，Ｅｂに向かう方向に関する基材５１Ｓの温度ＴＣの分布を示しており、破線は基材５１Ｓの中心から別部分Ａｃ，Ａｄに向かう方向に関する基材５１Ｓの温度ＴＣの分布を示している。図６からわかるように、いずれの場合も、中央部５１Ｃでは温度勾配は比較的小さく、外周部５１Ｐでは温度勾配は比較的大きい。ここで、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂ及び別部分Ａｃ，Ａｄにおける温度勾配はそれぞれ、位置ＰＸにおける基材温度ＴＣと外縁における温度との差ｄＴＣで表される。更に図６からわかるように、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥは別部分Ａｃ，Ａｄにおける温度勾配ｄＴＣＡよりも大きい。これは、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂでは電極５４ａ，５４ｂにより周囲雰囲気への放熱が促進され、外縁における温度がより低くなるからである。その結果、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂに過度に大きな熱応力が作用するおそれがあり、基材５１Ｓ又は電気加熱式触媒５１が破損するおそれがある。
【００３６】
そこで本発明による実施例では、電極５４ａ，５４ｂに近接する基材５１Ｓに電極近接領域６０ａ，６０ｂを区画し、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆ内を排気ガスが流れるのを抑制する抑制部材６２ａ，６２ｂを設けている。このようにすると、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に空気層が形成され、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂにおいて電極５４ａ，５４ｂによる周囲雰囲気への放熱が抑制される。その結果、電極近接部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配が緩やかになり、したがって基材５１Ｓ又は電気加熱式触媒５１が破損する危険性が低減される。
【００３７】
図７（Ａ），７（Ｂ）には、抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられていない比較例における基材５１Ｓ内の複数の等温線が点線でもって示されており、図７（Ａ）には電極近接部分Ｅａ，Ｅｂを通る断面における等温線が、図７（Ｂ）には図７（Ａ）に示される線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿ってみた断面内における等温線が、それぞれ示されている。一方、図８（Ａ），８（Ｂ）には、抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられている本発明による実施例における基材５１Ｓ内の複数の等温線が点線でもって示されており、図８（Ａ）には電極近接部分Ｅａ，Ｅｂを通る断面における等温線が、図８（Ｂ）には図８（Ａ）に示される線ＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿ってみた断面内における等温線が、それぞれ示されている。なお、図８（Ａ）において抑制部材６２ａ，６２ｂは概略的に描かれている。
【００３８】
図７（Ａ），７（Ｂ）に示される比較例では、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける等温線の間隔が比較的狭く、すなわち温度勾配が比較的大きい。これに対し、図８（Ａ），８（Ｂ）に示される本発明による実施例では、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける等温線の間隔が比較的広くなっており、すなわち温度勾配が比較的小さくなっている。すなわち、抑制部材６２ａ，６２ｂにより電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配が低減されるのである。
【００３９】
この点、外周部５１Ｐに周方向に一様に、すなわち電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂと別部分Ａｃ，Ａｄとの両方に、抑制部材６２ａ，６２ｂを設けても、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配が低減される。しかしながら、別部分Ａｃ，Ａｄでは、抑制部材６２ａ，６２ｂがなくても温度勾配は比較的小さい。一方、排気ガスは抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられた排気流通路５１Ｆを流通しないので、抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられた排気流通路５１Ｆを画定する隔壁５１Ｗ上の三元触媒を排気ガス浄化のために有効利用できない。
【００４０】
そこで本発明による実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂ外の別領域６１内に位置する排気流通路５１Ｆには抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられない。したがって、別領域６１内の触媒により排気ガスが良好に浄化される。すなわち、電気加熱式触媒５１での良好な排気浄化作用を確保しつつ、電気加熱式触媒５１に作用する熱応力を低減することができるのである。
【００４１】
ところで、本発明による実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂは上述したように、垂直断面内においてそれぞれ対応する電極５４ａ，５４ｂからの距離が設定値ＤＸ以下の領域である。この設定値ＤＸは例えば次のようにして設定される。
【００４２】
図９は、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥと、電気加熱式触媒５１又は基材５１Ｓが熱応力により破損する確率ＰＤとの関係を示している。図９に示されるように、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥが小さくなるにつれて破損確率ＰＤは小さくなる。特に、温度勾配ｄＴＣＥがしきい値ｄＴＣＥ１よりも小さいと破損確率ＰＤはほぼゼロとなる。
【００４３】
一方、図１０は、電極近接領域６０ａ，６０ｂを垂直断面内においてそれぞれ対応する電極５４ａ，５４ｂからの距離が値Ｄ以下の領域とした場合の、値Ｄと電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥとの関係を示している。図１０に示されるように、値Ｄが大きくなるにつれて、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥは小さくなる。特に、値Ｄが値Ｄ１以下であると温度勾配ｄＴＣＥはしきい値ｄＴＣＥ１以下となる。
【００４４】
したがって、設定値ＤＸは値Ｄ１以上に設定されるのが好ましい。また、設定ＤＸは値Ｄ１以上値Ｄ２（＞Ｄ１）以下に設定されるのが更に好ましい。ここで、値Ｄ１は例えば５ｍｍである。一方、値Ｄ２は例えば１０ｍｍである。本発明による実施例では、設定値ＤＸは値Ｄ１に設定される。その結果、電極近傍部分Ｅａ，Ｅｂにおける温度勾配ｄＴＣＥとなり、破損確率ＰＤがほぼゼロとなる。すなわち、電気加熱式触媒５１が熱応力により破損するのが確実に抑制される。
【００４５】
ところで、電気加熱式触媒５１内を通過した排気ガスは隙間５０ｄ（図２）内に流出し、次いで後段触媒５３内に流入する。具体的には、排気ガスは電気加熱式触媒５１の別領域６１内を流通し、次いで隙間５０ｄ内に流出する。この場合、電極近接領域６０ａ，６０ｂに隣接する別領域６１内を流通した排気ガスは隙間５０ｄ内に流出する際に、図１１に矢印Ｆで示されるように半径方向外向きに広がりながら進行し、次いで後段触媒５３内に流入する。その結果、触媒コンバータ３８内における排気ガスの撹拌効果が高められ、したがって後段触媒５３における良好な排気浄化が確保される。
【００４６】
一方、上述したように、排気ガスは抑制部材６２ａ，６２ｂが設けられた排気流通路５１Ｆを流通しない。そこで本発明による実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆを画定する隔壁５１Ｗ上には三元触媒５２が担持されず、別領域Ａ内に位置する排気流通路５１Ｆを画定する隔壁５１Ｗ上に三元触媒５２が担持される。その結果、電気加熱式触媒５１の製造コストが低減される。図示しない別の実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆを画定する隔壁５１Ｗ上にも三元触媒５２が担持される。
【００４７】
図１２（Ａ），１２（Ｂ），１２（Ｃ），１２（Ｄ）は電極近接領域６０ａ，６０ｂの別の実施例を示している。図１２（Ａ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂのそれぞれの両端６０ｅａ，６０ｅｂが電気加熱式触媒５１の半径方向に延びる対応する線分Ｌ１ａ１，Ｌ１ａ２，Ｌ１ｂ１，Ｌ１ｂ２により区画される点で図４に示される実施例と構成を異にしている。図１２（Ｂ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂのそれぞれの両端６０ｅａ，６０ｅｂがそれぞれ対応する線分Ｌ２ａ，Ｌ２ｂにより区画される点で図４に示される実施例と構成を異にしている。なお、線分Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは電極５４ａ，５４ｂの幅方向中心を互いに結ぶ幅方向中心線Ｌ３に垂直に延びる。図１２（Ｃ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、対応する電極５４ａ，５４ｂに隣接しつつ延びる円弧と、幅方向中心線Ｌ３に垂直に延びる対応する線分Ｌ４ａ，Ｌ４ｂとにより区画される。図１２（Ｄ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、対応する電極５４ａ，５４ｂに隣接しつつ延びる円弧と、中心軸線Ｌに向けて凹状をなす対応する円弧とにより区画される。図１２（Ｃ），１２（Ｄ）に示される実施例の電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、図４に示される実施例の電極近接領域６０ａ，６０ｂよりも大きい。
【００４８】
図１３（Ａ），１３（Ｂ），１３（Ｃ）は電極５４ａ，５４ｂ及び電極近接領域６０ａ，６０ｂの別の実施例を示している。図１３（Ａ），１３（Ｂ），１３（Ｃ）に示される実施例では、電極５４ａ，５４ｂはピン形状をなしている。また、図１３（Ａ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ対応する電極５４ａ，５４ｂからの距離が上述の設定値Ｄ以下の領域である。図１３（Ｂ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、対応する電極５４ａ，５４ｂに隣接しつつ延びる円弧と、幅方向中心線Ｌ３に垂直に延びる対応する線分Ｌ５ａ，Ｌ５ｂとにより区画される。図１３（Ｃ）に示される実施例では、電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、対応する電極５４ａ，５４ｂに隣接しつつ延びる円弧と、互いに平行に延びる対応する線分Ｌ６ｃ，Ｌ６ｄと、幅方向中心線Ｌ３に垂直に延びる対応する線分Ｌ７ａ，Ｌ７ｂとにより区画される。図１３（Ｂ），１３（Ｃ）に示される実施例の電極近接領域６０ａ，６０ｂはそれぞれ、図１３（Ａ）に示される実施例の電極近接領域６０ａ，６０ｂよりも大きい。
【００４９】
図１４は抑制部材６２ａ，６２ｂの別の実施例を示している。図１４に示される実施例では抑制部材６２ａ，６２ｂは、電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆの入口に対面するよう配置された板部材を備えている。板部材６２ａ，６２ｂは例えば基材５１Ｓと同じ材料から形成される。また、板部材６２ａ，６２ｂは上述の各実施例における電極近接領域６０ａ，６０ｂと同じ形状を有する。図示しない別の実施例では、板部材６２ａ，６２ｂは電極近接領域６０ａ，６０ｂ内に位置する排気流通路５１Ｆの出口に対面するよう配置される。なお、板部材６２ａ，６２ｂは電気加熱式触媒５１又はケーシング５０に取り付けられる。
【符号の説明】
【００５０】
１    内燃機関
３７    排気管
３８    触媒コンバータ
５１    電気加熱式触媒
５１Ｃ    中央部
５１Ｐ    外周部
５１Ｓ    基材
５１Ｆ    排気流通路
５４ａ，５４ｂ    電極
６０ａ，６０ｂ    電極近接領域
６１    別領域
６２ａ，６２ｂ    抑制部材
【図１】
2017031829.tif 000003
【図２】
2017031829.tif 000004
【図３】
2017031829.tif 000005
【図４】
2017031829.tif 000006
【図５】
2017031829.tif 000007
【図６】
2017031829.tif 000008
【図７】
2017031829.tif 000009
【図８】
2017031829.tif 000010
【図９】
2017031829.tif 000011
【図１０】
2017031829.tif 000012
【図１１】
2017031829.tif 000013
【図１２】
2017031829.tif 000014
【図１３】
2017031829.tif 000015
【図１４】
2017031829.tif 000016