(57)【要約】【課題】電熱触媒の熱を利用して隣接する排気系部品を積極的に暖める。【解決手段】第２触媒６と電熱触媒５とが互いに近接するよう直列に排気通路３に配置する。第２触媒６と電熱触媒５とを、第２触媒６の中心軸と電熱触媒６の中心軸とが一致するように配置する。そして、第２触媒の排気上流側端面９と対向する電熱触媒５の排気下流側端面８を凹面となるよう形成する。これによって、電熱触媒５の排気下流側端面から第２触媒６の排気上流側端面９に、電熱触媒５の熱を効率よく伝えることができ、電熱触媒５の熱を有効に利用して、第２触媒６を早期に活性化させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化用の触媒と電熱触媒とが互いに近接するよう直列に排気通路に配置したエンジンの排気浄化装置において、
前記触媒の中心軸と前記電熱触媒の中心軸とが一致するように前記触媒及び前記電熱触媒を配置すると共に、前記触媒の一端面と対向する前記電熱触媒の一端面を凹面となるよう形成することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記電熱触媒を当該電熱触媒の中心軸を含む平面で切った断面において、前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上の点を曲率中心とする円弧によって構成した凹面となるよう形成することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上に中心を有する球によって構成された凹面となるよう形成することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記電熱触媒の一端面の中心に、前記触媒の一端面に向かって突出する凸部を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の一端面よりも大径となるよう形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒の一端面を、前記電熱触媒の一端面に向かって凸となる凸面となるよう形成することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記触媒を当該触媒の中心軸を含む平面で切った断面において、前記触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上の点を曲率中心とする円弧によって構成した凸面となるよう形成することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記電熱触媒は、前記触媒の排気上流側に位置していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関するものであって、特に電熱触媒を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、三元触媒の上流側にＨＣ吸着触媒を配置し、低温時にＨＣを吸着し一定温度を超えるとＨＣを離脱するというＨＣ吸着触媒の性質を利用して、三元触媒が活性温度に達する前の低温時にＨＣ吸着触媒にＨＣを吸着させたエンジンの排気浄化装置において、ＨＣ吸着触媒の上流側にさらに電熱触媒を配置し、ＨＣ吸着触媒が吸着能力をなくす直前に電熱触媒に電力を供給することで発熱させて電熱触媒を活性化すると共に、電熱触媒の熱で排気温度を上昇させ、ＨＣ吸着触媒の下流側に配置された三元触媒の温度をＨＣ吸着触媒が吸着能力をなくす直前の温度から一気に活性化温度まで上昇させることで、冷間始動時のＨＣの排出量を効果的に低減するようにした技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２５６８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるような従来の電熱触媒は、電力を供給して自身が発熱することで、自己の早期活性と通過する排気ガスを暖めているにすぎない。すなわち、従来の電熱触媒は、電力を供給することにより自身に発生した熱を利用して当該電熱触媒に隣接する排気系部品を積極的に暖めるものではなく、自身に発生した熱を必ずしも有効に利用していないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明のエンジンの排気浄化装置は、排気浄化用の触媒と電熱触媒とが互いに近接するよう直列に配置し、前記触媒の一端面と対向する前記電熱触媒の一端面を凹面となるよう形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、電熱触媒の一端面から触媒の一端面に、電熱触媒の熱を効率よく伝えることができ、電熱触媒の熱を有効に利用して、触媒を早期に活性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明の第１実施形態における排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図である。
【０００８】
図１に示すように、エンジン１には、排気マニホールド２を介して、排気通路３が接続されている。この排気通路３には、排気浄化するための第１触媒４、電熱触媒５及び第２触媒６が直列に介装されている。
【０００９】
第１触媒４は、エンジン１の近傍、すなわち排気系の比較的の上流側に位置している。電熱触媒５は、コントロールユニット７からの指令により電力が供給されると発熱するものであって、第１触媒４から離れた排気系の比較的下流側に位置している。第２触媒６は、電熱触媒５の下流側に近接するよう配置されている。
【００１０】
図２は、第１実施形態の要部を模式的に示した説明図であって、電熱触媒５の一端面である排気下流側端面８と、第２触媒６の一端面である排気上流側端面９と、を模式的に示している。尚、図２は、電熱触媒５の中心軸及び第２触媒６の中心軸を含む平面に沿った断面を模式的に示したものである。
【００１１】
電熱触媒５及び第２触媒６は、全体として略円柱形状を呈し、両者の中心軸が一致するように排気通路３に配置されている。また、電熱触媒５と第２触媒６とは同一外径となるように形成されている。尚、図２中のＰは、電熱触媒５の中心軸及び第２触媒６の中心軸と一致する直線である。
【００１２】
電熱触媒５の排気下流側端面８と対向する第２触媒６の排気上流側端面９は、第２触媒６の中心軸に対して直交する平面、すなわち直線Ｐに対して直交する平面によって構成されている。
【００１３】
電熱触媒５の排気下流側端面８は、排気上流側（図２における左方向）に向かって凹んだ凹面となるよう形成されている。
【００１４】
詳述すると、電熱触媒５の排気下流側端面８は、電熱触媒５を当該電熱触媒５の中心軸を含む平面で切った断面において、第２触媒６の中心軸上の点Ｃ１を曲率中心とする円弧によって構成された凹面となるよう形成されている。換言すれば、電熱触媒５の排気下流側端面８は、第２触媒６の中心軸上の点Ｃ１を中心する半径Ｒ１の球によって構成された凹面となるよう形成されている。
【００１５】
ここで、Ｒ１の長さは、第２触媒６の排気上流側端面９のうち、電熱触媒５の熱を効率的に集めたい領域Ｄ１に熱が送られやすくなるように設定されている。この領域Ｄ１は、第２触媒６の排気上流側端面９の中央部分であり、第２触媒６の排気上流側端面９において排気ガスが流れやすい領域である。
【００１６】
そして、電熱触媒５の排気下流側端面８の中心には、第２触媒６の排気上流側端面９に向かって突出する略円錐台形状の凸部１０が形成されている。凸部１０の先端面１０ａは、電熱触媒５軸方向（図２における左右方向）で第２触媒６の排気上流側端面９に最も近接する排気下流側端面８の外周部８ａと同じ位置となるよう設定されている。
【００１７】
尚、電熱触媒５と第２触媒６との距離Ｌ１、すなわち電熱触媒５の排気下流側端面８の外周部８ａと第２触媒６の排気上流側端面９との距離Ｌ１は、電熱触媒５及び第２触媒６の熱膨張や、電熱触媒５で発生した熱の第２触媒６への伝わり方等を考慮して決定される。
【００１８】
このような第１実施形態においては、電熱触媒５の排気下流側端面８が凹面となるよう形成されているので、排気下流側端面８から放射される熱が第２触媒６の排気上流側端面９の外側に向かって放射されにくくなり、電熱触媒５の排気下流側端面８から放射される熱を第２触媒６の排気上流側端面９に効率よく伝えることができる。そのため、電熱触媒５の熱を有効に利用して、電熱触媒５の排気下流側に隣接する第２触媒６を早期に活性化させることができる。
【００１９】
そして、電熱触媒５の排気下流側端面８は、第２触媒６の排気上流側端面９のうち排気ガスが流れやすい中央部分（領域Ｄ１）に熱が伝えられやすい凹面となるよう設定されているので、第２触媒６の排気上流側端面９の中央部分（領域Ｄ１）の活性化を特に効率よく促進することができる。
【００２０】
また、電熱触媒５の排気下流側端面８の中央に凸部１０が形成されているので、第２触媒６の排気上流側端面９のうち排気ガスが流れやすい中央部分（領域Ｄ１）に凸部１０の先端面１０ａが近づくことになる。そのため、凸部１０の先端面１０ａから第２触媒６の排気上流側端面９の中央部分（領域Ｄ１）に熱が伝わりやすくなり、第２触媒６の排気上流側端面９の中央部分（領域Ｄ１）の活性化を特に効率よく促進することができる。
【００２１】
さらに、電熱触媒５が第２触媒６の排気上流側に位置しているので、電熱触媒５の排気下流側端面８から放射される熱が、排気ガスの流れにのって第２触媒６の排気上流側端面９に伝えられることになり、この点でも第２触媒６を早期に活性化させる上で有利である。
【００２２】
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図３及び図４を用いて本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態における排気浄化装置は、上述した第１実施形態の排気浄化装置と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、電熱触媒２１には凸部１０に相当する構成が設けられておらず、また電熱触媒２１に対して第２触媒２２が小径となるよう形成されている。尚、第２実施形態における第１触媒４、電熱触媒２１及び第２触媒２２の相対的な位置関係は、第１実施形態における第１触媒４、電熱触媒５及び第２触媒６の相対的な位置関係と同じである。
【００２４】
そして、第２触媒２２の排気上流側端面２４が電熱触媒２１の排気下流側端面２３に向かって凸となる凸面となるように形成されている。
【００２５】
詳述すると、第２触媒２２の排気上流側端面２４は、第２触媒２２を当該第２触媒２２の中心軸を含む平面で切った断面において、第２触媒６の中心軸上の点Ｃ２を曲率中心とする半径ｒの円弧によって構成された凸面となるよう形成されている。換言すれば、第２触媒２２の排気上流側端面２４は、第２触媒２２の中心軸上の点Ｃ２を中心する半径ｒの球によって構成された凸面となるよう形成されている。
【００２６】
一方、電熱触媒２１は、上述した第１実施形態の電熱触媒５と同様に、排気下流側端面２３が、排気上流側（図４における左方向）に向かって凹んだ凹面となるよう形成されている。
【００２７】
詳述すると、電熱触媒２１の排気下流側端面２３は、電熱触媒２１を当該電熱触媒２１の中心軸を含む平面で切った断面において、第２触媒２２の中心軸上の点Ｃ２を曲率中心とする円弧によって構成された凹面となるよう形成されている。換言すれば、電熱触媒２１の排気下流側端面２３は、第２触媒２２の中心軸上の点Ｃ２を中心する半径Ｒ２の球によって構成された凹面となるよう形成されている。
【００２８】
ここで、Ｒ２は、電熱触媒２１と第２触媒２２との距離Ｌ２と、上述したｒとの和である。電熱触媒２１と第２触媒２２との距離Ｌ２、すなわち電熱触媒２１の排気下流側端面２３と第２触媒２２の排気上流側端面２４との距離Ｌ２は、上述した第１実施形態におけるＬ１と同様に、電熱触媒２１及び第２触媒２２の熱膨張や、電熱触媒２１で発生した熱の第２触媒２２への伝わり方等を考慮して決定される。
【００２９】
このような第２実施形態においても、電熱触媒２１の排気下流側端面２３が凹面となるよう形成されているので、排気下流側端面２３から放射される熱が第２触媒２２の排気上流側端面２４の外側に向かって放射されにくくなり、電熱触媒２１の排気下流側端面２３から放射される熱を第２触媒２２の排気上流側端面２４に効率よく伝えることができる。
【００３０】
また、この第２実施形態においては、電熱触媒２１が第２触媒２２よりも大径となるよう形成されているので、第２触媒２２の排気上流側端面２４が電熱触媒２１の排気下流側端面２３からの受ける単位面積当たりに熱量が相対的に大きくなり第２触媒を一層早期に活性化させることができる。
【００３１】
そして、第２触媒２２の排気上流側端面２４が凸面となるように形成されているので、電熱触媒２１の排気下流側端面２３から放射される熱を効率よく第２触媒２２の排気上流側端面２４で吸収することができ、電熱触媒２１の熱を有効に利用して、第２触媒２２を一層早期に活性化させることができる。
【００３２】
図５を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第２実施形態と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、第２触媒３１の排気上流側端面３２が、第２触媒６の中心軸に対して直交する平面、すなわち直線Ｐに対して直交する平面によって構成されている。
【００３３】
そして、電熱触媒２１の排気下流側端面２３は、図５における左方向に向かって凹んだ凹面となっている。詳述すると、電熱触媒２１の排気下流側端面２３は、電熱触媒２１を当該電熱触媒２１の中心軸を含む平面で切った断面において、第２触媒３１の中心軸上の点Ｃ３を曲率中心とする円弧によって構成された凹面となるよう形成されている。換言すれば、電熱触媒２１の排気下流側端面２４は、第２触媒３１の中心軸上の点Ｃ３を中心する半径Ｒ３の球によって構成された凹面となるよう形成されている。
【００３４】
尚、電熱触媒２１の排気下流側端面２４の中心、すなわち排気下流側端面２４の最も凹んだ部分と、第２触媒３１の排気上流側端面３２との距離Ｌ３は、電熱触媒２１及び第２触媒２２の熱膨張や、電熱触媒２１で発生した熱の第２触媒２２への伝わり方等を考慮して決定される。
【００３５】
このような第３実施形態においても上述した第２実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
尚、上述した各実施形態において、電熱触媒の排気下流側端面を構成する凸面を、電熱触媒を当該電熱触媒の中心軸を含む平面で切った断面において、円弧ではなく２次曲線等の各種曲線によって構成することも可能である。
【００３７】
また、上述した各実施形態おいては、電熱触媒で、この電熱触媒の排気下流側に近接する触媒を暖める場合を例に説明したが、本願発明は、電熱触媒で、この電熱触媒の排気上流側に近接する触媒を暖める場合にも適用可能である。
【００３８】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００３９】
（１）  排気浄化用の触媒と電熱触媒とが互いに近接するよう直列に排気通路に配置したエンジンの排気浄化装置において、前記触媒の中心軸と前記電熱触媒の中心軸とが一致するように前記触媒及び前記電熱触媒を配置すると共に、前記触媒の一端面と対向する前記電熱触媒の一端面を凹面となるよう形成する。これによって、電熱触媒の一端面から触媒の一端面に、電熱触媒の熱を効率よく伝えることができ、電熱触媒の熱を有効に利用して、触媒を早期に活性化させることができる。
【００４０】
（２）  上記（１）に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記電熱触媒を当該電熱触媒の中心軸を含む平面で切った断面において、前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上の点を曲率中心とする円弧によって構成した凹面となるよう形成する。これによって、触媒の中心部分に電熱触媒からの熱が効率良く伝えられる。そのため、排気ガスが流れやすい触媒の中心部分の活性化を特に効果的に促進することができる。
【００４１】
（３）  上記（１）に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上に中心を有する球によって構成された凹面となるよう形成する。これによって、触媒の中心部分に電熱触媒からの熱が効率良く伝えられる。そのため、排気ガスが流れやすい触媒の中心部分の活性化を特に効果的に促進することができる。
【００４２】
（４）  上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、前記電熱触媒の一端面の中心に、前記触媒の一端面に向かって突出する凸部を形成する。これによって、さらに効率よく触媒の中心部分に電熱触媒からの熱が伝えられ、触媒の中心部分の活性化を一層効果的に促進することができる。
【００４３】
（５）  上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、前記電熱触媒の一端面を、前記触媒の一端面よりも大径となるよう形成する。これによって、触媒の一端面が電熱触媒の一端面からの受ける単位面積当たりに熱量が相対的に大きくなり、触媒を一層早期に活性化させることができる。
【００４４】
（６）  上記（５）に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記触媒の一端面を、前記電熱触媒の一端面に向かって凸となる凸面となるよう形成する。これによって、電熱触媒の一端面から放射される熱を効率よく触媒の一端面で吸収することができ、電熱触媒の熱を有効に利用して、触媒をより一層早期に活性化させることができる。
【００４５】
（７）  上記（６）に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記触媒を当該触媒の中心軸を含む平面で切った断面において、前記触媒の一端面を、前記触媒の中心軸上の点を曲率中心とする円弧によって構成した凸面となるよう形成する。これによって、電熱触媒の一端面から放射される熱をさらに効率よく触媒の一端面で吸収することができ、電熱触媒の熱を有効に利用して触媒を早期に活性化させる上でさらに有利となる。
【００４６】
（８）  上記（１）〜（７）のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、前記電熱触媒は、前記触媒の排気上流側に位置している。これによって、電熱触媒の一端面から放射される熱は、排気ガスの流れにのって触媒の一端面に到達することになるため、電熱触媒の熱を有効に利用して触媒を早期に活性化させる上でさらに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエンジンの排気浄化装置を模式的に示した説明図。
【図２】第１実施形態の要部を模式的に示した説明図。
【図３】本発明の第２実施形態におけるエンジンの排気浄化装置を模式的に示した説明図。
【図４】第２実施形態の要部を模式的に示した説明図。
【図５】第３実施形態の要部を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
【００４８】
１…エンジン
２…排気マニホールド
３…排気通路
４…第１触媒
５…電熱触媒
６…第２触媒
７…コントロールユニット
８…排気下流側端面
９…排気上流側端面
１０…凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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