(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内に設けられた電気加熱式金属触媒担体を有する排気ガス浄化装置において、前記金属触媒担体の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、前記外周部を避けて前記金属触媒担体に流入するように導くための案内壁を備えた断熱室を、前記金属触媒担体の上流側であって前記金属触媒担体と接触しない位置に設けると共に、排気ガスの温度が所定値よりも低い場合に、前記断熱室内の圧力を大気圧状態より減圧させることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
排気ガスの温度が前記所定値以上になった場合に、前記断熱室内の圧力を大気圧状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガスを浄化するために排気管内に設けられる排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気ガスを浄化するために、図６に示すような、電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置が知られている。図６は従来の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の部分断面側面図である。図６において、１０１は電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置を不図示の排気管に結合するためのフランジである。１０２は排気ガスを浄化するための触媒を担持した金属ハニカム体構造の金属触媒担体である。１０３は、金属触媒担体１０２を収容した、排気管からの排気ガスを案内するための外筒である。１０４は、金属触媒担体１０２の中央に挿入された、金属触媒担体１０２に電流を流すことによって金属触媒担体１０２を発熱させるための電極である。１０５は、金属触媒担体１０２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れの向きをかえるために、金属触媒担体１０２の外周部に取付けられた板状そらせ部材である。金属触媒担体１０２は、電極１０４から金属触媒担体１０２に電流を流すことにより、温度が上昇する。ところが、金属触媒担体１０２の外周部は、比較的温度の低い外筒１０３と接触しているため、金属触媒担体１０２の内側部に比べて十分に温度が上昇しない。そこで、板状そらせ部材１０５により、排気ガス浄化装置は、金属触媒担体１０２の外周部に流入しようとする排気ガスを、温度が上昇している金属触媒担体１０２の内側部に向けている。この種の排気ガス浄化装置の例としては、例えば特開平９−４７６６５号公報に記載されたものがある。
【０００３】
更に上記公報は、図６に示した排気ガス浄化装置の変形例として、図７に示した排気ガス浄化装置も記載している。図７は従来の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の部分断面側面図である。図７において、１０１、１０２、１０３及び１０４は、図６に示した部品と同一の部品を示している。１０５’は、金属触媒担体１０２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れの向きをかえるために、金属触媒担体１０２の外周部に充填された、例えばアルミナコート材のような充填材である。充填材１０５’により、この排気ガス浄化装置も図６の排気ガス浄化装置と同様に、金属触媒担体１０２の外周部に流入しようとする排気ガスを、温度が上昇している金属触媒担体１０２の内側部に向けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６及び図７に示す排気ガス浄化装置の場合、金属触媒担体の外周部に流入しようとする排気ガスを、温度が上昇している金属触媒担体の内側部に向けているものの、金属触媒担体１０２と接している板状そらせ部材１０５又は充填材１０５’が金属触媒担体１０２の熱を吸収してしまうため、板状そらせ部材１０５又は充填材１０５’に隣接している金属触媒担体１０２は、温度が低下してしまっている。その結果、金属触媒担体１０２の内側部に向けられた排気ガスのうちの一部は、金属触媒担体１０２の温度が触媒活性化温度より低くなっている部分を通過してしまう。
【０００５】
更に、板状そらせ部材１０５又は充填材１０５’と金属触媒担体１０２とは熱膨張率が異なるため、金属触媒担体１０２及び板状そらせ部材１０５又は充填材１０５’の温度変化の際に板状そらせ部材１０５又は充填材１０５’が金属触媒担体１０２から剥離する可能性が生じてしまう。
【０００６】
前記問題点に鑑み、本発明は、金属触媒担体の温度が触媒活性化温度よりも低い部分を排気ガスが通過することを防止しつつ、排気ガスの流れの向きをかえるための部材が金属触媒担体から剥離することを防止することができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、排気管内に設けられた電気加熱式金属触媒担体を有する排気ガス浄化装置において、前記金属触媒担体の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、前記外周部を避けて前記金属触媒担体に流入するように導くための案内壁を備えた断熱室を、前記金属触媒担体の上流側であって前記金属触媒担体と接触しない位置に設けると共に、排気ガスの温度が所定値よりも低い場合に、前記断熱室内の圧力を大気圧状態より減圧させることを特徴とする排気ガス浄化装置が提供される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置は、案内壁により、排気ガスが、金属触媒担体の温度が触媒活性化温度よりも低い部分、つまり外周部を通過するのを防止することができると共に、案内壁を備えた断熱室が金属触媒担体と接触しない位置に配置されているために、金属触媒担体の温度変化に係わらず、案内壁が金属触媒担体から剥離するのを防止することができる。その上、排気ガスの温度が所定値よりも低い場合、断熱室内の圧力が大気圧状態より減圧されるため、断熱効率が向上し、排気ガスから断熱室を介して排気ガス浄化装置外へ伝えられる熱量が減少し、その結果、排気ガスの温度低下を抑制することができ、それゆえ、排気ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガスの温度が前記所定値以上になった場合に、前記断熱室内の圧力を大気圧状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置が提供される。
【００１４】
請求項２に記載の排気ガス浄化装置は、排気ガスの温度が所定値以上になった場合、つまり、金属触媒担体の温度が触媒過加熱温度以上になった場合は、無駄に断熱室内の圧力を大気圧状態から減圧させることを止め、不要な金属触媒担体の温度上昇を防止することができる。尚、「過加熱温度」とは、触媒の活性化温度を過ぎて更に上昇した温度をいう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は排気管内に設けられた本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第一の実施形態の部分断面側面図である。図１において、１は電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置を不図示の排気管に結合するためのフランジである。２は排気ガスを浄化するための触媒を担持した金属ハニカム体構造の金属触媒担体である。３は金属触媒担体２を収容した外筒、４はフランジ１と外筒３とを連結した管状部材である。５は、金属触媒担体２の中央に挿入された、金属触媒担体２に電流を流すことによって金属触媒担体２を発熱させるための電極である。６は、金属触媒担体２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、外周部を避けて金属触媒担体２に流入するように導くための案内部材である。案内部材６は、熱容量の小さい材料、つまり薄肉の材料からほぼ切頭円錐形状に形成されており、金属触媒担体２の上流側であって金属触媒担体２と接触しない位置において、フランジ１又は管状部材４に取付けられている。案内部材６の自由端は、金属触媒担体２から案内部材６に熱が伝わらない範囲内で、可能な限り金属触媒担体２の近くまで延ばされている。そのため、排気ガスは金属触媒担体２の外周部に流入することができなくなっている。
【００１７】
図１に示すように、冷間後のエンジンの始動直後において、排気ガスがまだ低温であるため、金属触媒担体２は、排気ガス中の熱のみによっては、触媒活性化温度まで温度上昇しない。そのため、金属触媒担体２には、電極５から電流が流される。その結果、金属触媒担体２は、自ら発熱し、短時間で触媒活性化温度まで温度上昇する。ところが、金属触媒担体２の外周部は、比較的温度の低い外筒３と接触しているため、短時間で触媒活性化温度まで温度上昇しない。そのため、案内部材６は、排気ガスが金属触媒担体２の外周部に流入するのを回避するために、触媒活性化温度まで温度上昇している金属触媒担体２の外周部以外の部分に排気ガスが流入するように、排気ガスの流れを案内している。この結果、排気ガス浄化装置に流入する全排気ガスは、金属触媒担体２の触媒活性化温度まで温度上昇している部分を通過するために、適切に浄化される。
【００１８】
上述したように、案内部材６は、金属触媒担体２と接触しない位置に配置されているため、案内部材６によって、金属触媒担体２の温度が触媒活性化温度よりも低くなってしまうことがない。更に、案内部材６は、金属触媒担体２にではなく、フランジ１又は管状部材４に取付けられている。そのため、当然ながら、従来の技術で問題であった、案内部材６が金属触媒担体２から剥離することは起こり得ない。その上、案内部材６が熱容量の小さい材料、つまり薄肉の材料から形成されているため、排気ガスの低温時に、案内部材６によって、金属触媒担体２に流入する排気ガスの温度が更に低下してしまうことを抑制することができる。
【００１９】
図２は、排気管内に設けられた本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第二の実施形態の部分断面側面図である。本実施形態は第一の実施形態とほぼ同様であるため、本実施形態が第一の実施形態と異なる部分についてのみ、以下説明する。図２において、図１に示した参照番号と同様の参照番号は同一の部品を示している。２４はフランジ１と外筒３とを連結した管状部材である。２６は、金属触媒担体２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、外周部を避けて金属触媒担体２に流入するように導くための案内部材である。案内部材２６は、熱容量の小さい材料、つまり薄肉の材料からほぼ切頭円錐形状に形成されており、金属触媒担体２の上流側であって金属触媒担体２と接触しない位置において管状部材２４に取付けられており、管状部材２４と共に断熱室２７を形成している。断熱室２７内を真空状態にすることにより、排気ガスから案内部材２６及び管状部材２４を介して排気ガス浄化装置外へ伝えられる熱量を減少させる効果を高めることができる。管状部材２４及び案内部材２６の金属触媒担体２の側の端部は、金属触媒担体２から管状部材２４又は案内部材２６に熱が伝わらない範囲内で、可能な限り金属触媒担体２の近くまで延ばされている。そのため、排気ガスは金属触媒担体２の外周部に流入することができなくなっている。
【００２０】
上述したように、管状部材２４及び案内部材２６は、金属触媒担体２と接触しない位置に配置されているため、管状部材２４又は案内部材２６によって、金属触媒担体２の温度が触媒活性化温度よりも低くなってしまうことがない。更に、案内部材２６は、金属触媒担体２にではなく、管状部材２４に取付けられている。そのため、当然ながら、従来の技術で問題であった、案内部材２６が金属触媒担体２から剥離することは起こり得ない。
【００２１】
図３は排気管内に設けられた本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第三の実施形態の部分断面側面図である。本実施形態は第一及び第二の実施形態とほぼ同様であるため、本実施形態が第一又は第二の実施形態と異なる部分についてのみ、以下説明する。図３において、図１に示した参照番号と同様の参照番号は同一の部品を示している。３３は金属触媒担体２を収容した外筒、３４はフランジ１と外筒３３とを連結した管状部材である。３６は、金属触媒担体２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、外周部を避けて金属触媒担体２に流入するように導くための案内部材である。案内部材３６は、熱容量の小さい材料、つまり薄肉の材料からほぼ切頭円錐形状に形成されており、金属触媒担体２の上流側であって金属触媒担体２と接触しない位置において外筒３３及び管状部材３４に取付けられており、外筒３３及び管状部材３４と共に断熱室３７を形成している。断熱室３７内を真空状態にすることにより、排気ガスから案内部材３６及び管状部材３４を介して排気ガス浄化装置外へ伝えられる熱量を減少させる効果を高めることができる。外筒３３と案内部材３６との接合端部は、金属触媒担体２から案内部材３６に熱が伝わらない範囲内で、可能な限り金属触媒担体２の近くまで延ばされている。そのため、排気ガスは金属触媒担体２の外周部に流入することができなくなっている。
【００２２】
上述したように、案内部材３６は、金属触媒担体２と接触しない位置に配置されているため、案内部材３６によって、金属触媒担体２の温度が低下してしまうことがない。更に、案内部材３６は、金属触媒担体２にではなく、外筒３３及び管状部材３４に取付けられている。そのため、当然ながら、従来の技術で問題であった、案内部材６が金属触媒担体２から剥離することは起こり得ない。
【００２３】
図４は排気管内に設けられた本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第四の実施形態の部分断面側面図である。図４において、４１は電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置を不図示の排気管に結合するためのフランジである。４２は排気ガスを浄化するための触媒を担持した金属ハニカム体構造の金属触媒担体である。４３は金属触媒担体４２を収容した外筒、４４はフランジ４１と外筒４３とを連結した管状部材である。４５は、金属触媒担体４２の中央に挿入された、金属触媒担体４２に電流を流すことによって金属触媒担体４２を発熱させるための電極である。４６は、金属触媒担体４２の外周部に流入しようとする排気ガスの流れを、外周部を避けて金属触媒担体４２に流入するように導くための案内部材である。案内部材４６は、熱容量の小さい材料、つまり薄肉の材料からほぼ切頭円錐形状に形成されており、金属触媒担体４２の上流側であって金属触媒担体４２と接触しない位置において管状部材４４に取付けられており、管状部材４４と共に断熱室４７を形成している。管状部材４４及び案内部材４６の金属触媒担体４２の側の端部は、金属触媒担体４２から管状部材４４又は案内部材４６に熱が伝わらない範囲内で、可能な限り金属触媒担体４２の近くまで延ばされているため、排気ガスは金属触媒担体４２の外周部に流入することができなくなっている。４８は断熱室４７と吸気管４９とを連通している断熱室吸気管連通パイプである。５０は、断熱室吸気管連通パイプ４８の途中に設けられた制御弁５２から分岐している、断熱室吸気管連通パイプ４８と大気とを連通している空気導入パイプである。５１は、制御弁５２と吸気管４９との間に設けられたチェック弁である。このチェック弁５１を介して、空気は、断熱室４７の側から吸気管４９の側へのみ移動することができる。５３は制御弁５２を駆動するための制御弁駆動部、５４は制御弁駆動部５３に接続されたＥＣＵ、５５はＥＣＵ５４に排気ガスの温度情報を提供する排気温度検出手段である。制御弁５２の通電時（黒ぬり状態）において、空気導入パイプ５０及び断熱室吸気管連通パイプ４８を介して大気が断熱室４７内に流入する。一方、非通電時において、断熱室吸気管連通パイプ４８及びチェック弁５１を介して断熱室４７内の空気が吸気管４９内に吸引される。
【００２４】
図５は本実施形態の排気ガス浄化装置に適用された断熱室内圧力制御プログラムのフローチャートである。図４及び図５に示すように、断熱室内圧力制御プログラムは、例えばエンジンの始動と同時に開始される。ＥＣＵ５４は、まずステップ２０１において、排気温度検出手段５５によって提供された排気ガス温度とＥＣＵ５４内のＲＯＭに格納された所定値とを比較し、排気ガス温度が所定値Ａより小さいか否かを判断する。Ｙｅｓと判断した場合には金属触媒担体４２の温度がまだ触媒過加熱温度に到達していないとみなしてステップ２０２に移行し、Ｎｏと判断した場合には金属触媒担体４２の温度が触媒過加熱化温度に到達したとみなしてステップ２０３に移行する。ＥＣＵ５４は、ステップ２０２において、制御弁駆動部５３に閉弁信号を送り、制御弁５２は制御弁駆動部５３によって閉弁される。一方、ＥＣＵ５４は、ステップ２０３において、制御弁駆動部５３に開弁信号を送り、制御弁５２は制御弁駆動部５３によって開弁される。続いてステップ２０４に移行し、ステップ２０４において、このプログラムを終了するか否かを判断する。例えばエンジンが停止された場合にはＹｅｓと判断してこのプログラムを終了し、エンジンが運転中である場合にはＮｏと判断してステップ２０１に戻り、上述したステップを繰り返す。
【００２５】
図４に示すように、冷間後のエンジン始動直後において、排気ガスがまだ低温であるため、金属触媒担体４２は、排気ガス中の熱のみによっては、触媒活性化温度まで温度上昇しない。そのため、金属触媒担体４２には、電極４５から電流が流される。その結果、金属触媒担体４２は、自ら発熱し、短時間で触媒活性化温度まで温度上昇する。ところが、金属触媒担体４２の外周部は、比較的温度の低い外筒４３と接触しているため、短時間で触媒活性温度まで温度上昇しない。そのため、案内部材４６は、排気ガスが金属触媒担体４２の外周部に流入するのを回避するために、触媒活性化温度まで温度上昇している金属触媒担体４２の外周部以外の部分に排気ガスが流入するように、排気ガスの流れを案内している。この結果、排気ガス浄化装置に流入する全排気ガスは、金属触媒担体２の触媒活性化温度まで温度上昇している部分を通過するために、適切に浄化される。
【００２６】
上述したように、案内部材４６は、金属触媒担体４２と接触しない位置に配置されているため、案内部材４６によって、金属触媒担体４２の温度が触媒活性化温度よりも低くなってしまうことがない。更に、案内部材４６は、金属触媒担体４２にではなく、管状部材４４に取付けられている。そのため、当然ながら、従来の技術で問題であった、案内部材４６が金属触媒担体４２から剥離することは起こり得ない。
【００２７】
更に、冷間後のエンジン始動直後、つまり排気ガスがまだ低温である場合において、制御弁５２が閉弁されて、断熱室４７内の空気が断熱室吸気管連通パイプ４８を介して吸気管４９内に吸引されることにより、断熱室４７内は真空状態にされる。そのため、排気ガスから案内部材４６及び管状部材４４を介して排気ガス浄化装置外へ伝えられる熱量が減少され、その結果、金属触媒担体２に流入する排気ガスの温度低下を抑制することができ、それゆえ、排気ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【００２８】
一方、エンジン始動からある程度の時間が経過し、排気ガス温度が上昇し、金属触媒担体４２が触媒過加熱化温度まで温度上昇した場合、もう排気ガスの温度低下を抑制する必要がないため、制御弁５２が開弁されて、大気中の空気が空気導入パイプ５０及び断熱室吸気管連通パイプ４８を介して断熱室４７内に流入することにより、断熱室４７内の真空状態が解除される。そのため、無駄に断熱室４７内の圧力を減少させることにより、案内部材４６及び管状部材４４に応力がかけられることを回避することができる。更に、空気を媒体にして、排気ガスの熱エネルギーを外側に逃がす為に、触媒の過加熱を抑制することができる。
【００２９】
尚、上述した第一から第四の実施形態の場合、排気ガス浄化装置内の金属触媒担体の上流側において、排気ガスは、案内部材と管状部材とによって二重に包囲されている。そのため、排気ガス浄化装置から外に漏れる排気音を減少させることができる。
【００３０】
また、上述した実施形態における、案内部材の熱容量を小さくする構成及び断熱室内を真空状態にする構成は、電気加熱式金属触媒担体だけではなく、他の排気ガス浄化装置用触媒担体にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、排気ガスが、金属触媒担体の温度が触媒活性化温度よりも低い部分、つまり外周部を通過するのを防止することができると共に、金属触媒担体の温度変化に係わらず、案内壁が金属触媒担体から剥離するのを防止することができ、その上、排気ガスの温度が所定値よりも低い場合に、排気ガスから断熱室を介して排気ガス浄化装置外へ伝えられる熱量を減少させ、その結果、排気ガスの温度低下を抑制することができ、それゆえ、排気ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガスの温度が所定値以上になった場合、つまり、金属触媒担体が過加熱状態になった場合に、無駄に断熱室内の圧力を大気圧状態より減圧させることを止め、不要な金属触媒担体の温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第一の実施形態の部分断面側面図である。
【図２】本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第二の実施形態の部分断面側面図である。
【図３】本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第三の実施形態の部分断面側面図である。
【図４】本発明の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の第四の実施形態の部分断面側面図である。
【図５】第四の実施形態の排気ガス浄化装置に適用された断熱室内圧力制御プログラムのフローチャートである。
【図６】従来の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の部分断面側面図である。
【図７】従来の電気加熱式金属触媒担体を備えた排気ガス浄化装置の部分断面側面図である。
【符号の説明】
２…金属触媒担体
５…電極
６…案内部材
【図１】
0003787973.tif 000002
【図２】
0003787973.tif 000003
【図３】
0003787973.tif 000004
【図４】
0003787973.tif 000005
【図５】
0003787973.tif 000006
【図６】
0003787973.tif 000007
【図７】
0003787973.tif 000008