触媒コンバータ装置
【課題】排気中に含まれるカーボンに起因する触媒担体への通電効率の低下を抑制可能な触媒コンバータ装置を得る。
【解決手段】触媒担体１４の外周面側に配置される内側繊維層３０と、ケース筒体２８の内周面側に配置される外側繊維層３４との間に、絶縁性を有する中間筒層３２が備えられる。中間筒層３２には上流側に突出する上流側突出部３２Ｕが設けられる。上流側突出部３２Ｕの内側には、ケース筒体２８の中心に向けて張り出す上流側傾斜部材４６が設けられる。
【解決手段】触媒担体１４の外周面側に配置される内側繊維層３０と、ケース筒体２８の内周面側に配置される外側繊維層３４との間に、絶縁性を有する中間筒層３２が備えられる。中間筒層３２には上流側に突出する上流側突出部３２Ｕが設けられる。上流側突出部３２Ｕの内側には、ケース筒体２８の中心に向けて張り出す上流側傾斜部材４６が設けられる。
【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、緩衝機能を有するマット部材が嵌挿保持されている。
【０００４】
このような構造の触媒コンバータ装置において、排気中に含まれるカーボンが金属製触媒担体やマット部材等の上流側に付着すると、金属製触媒担体が収容された筒体（金属製シェル）と触媒担体との間の電気抵抗がカーボンによって低下してしまい、触媒担体への通電効率が低下する。
【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、排気中に含まれるカーボンに起因する触媒担体への通電効率の低下を抑制可能な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、前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、絶縁性を有しこれらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の上流側端部よりも上流側に突出する上流側突出部と、前記上流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す上流側張出部と、を有する。
【０００８】
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が通電され加熱昇温されると、担持された触媒による浄化効果をより早期に発揮させることができる。また、触媒担体は保持部材及び筒体を介して排気管に取り付けられており、保持部材の中間部材は絶縁性を有しているので、保持部材を解して触媒担体と筒体とが短絡されることはない。
【０００９】
排気中には、内燃機関の燃焼で生じたカーボンが含まれることがあり、このカーボンが触媒担体や筒体に付着すると、筒体と触媒担体との電気抵抗が低下して触媒担体への通電効率が低下することがある。本発明では、中間部材の上流側突出部に上流側張出部が設けられている。この上流側傾斜部は、筒体の中心に向かって張り出すことで、排気の流れに対向している。このため、このように対向することなく排気の流れ方向と平行になっている部材と比較して、排気が直接的に当たり、排気熱によって昇温されやすい。これにより、上流側張出部にカーボンが付着しても、カーボンの燃料を促進することができる。
【００１０】
また、上流側張出部は、筒体の中心に向かって張り出しており、排気の流れに対する絞りとなっている。このため、上流側張出部の箇所では排気圧力が高くなるので、昇温がより促進される。
【００１１】
しかも、上流側突出部が設けられた中間部材は、保持部材を構成する内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置されている。これにより、上流側突出部と筒体の間には、外側弾性部材の厚み分の隙間が生じている。上流側突出部は筒体に接触していないので、上流側張出部から上流側突出部を経て筒体への熱の逃げ（放熱）を抑制でき、上流側張出部を効果的に昇温できる。
【００１２】
このようにして、上流側張出部に付着したカーボンの燃料を促進することで、触媒担体や筒体へ付着したカーボンによって筒体と触媒担体との電気抵抗が低下することを抑制できる。これにより、電気が確実に触媒担体を流れるようになるので、触媒担体の通電効率の低下を抑制できる。
【００１３】
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、前記上流側張出部が、前記筒体の中心に向かうにしたがって前記流れ方向の下流側に傾斜する上流側傾斜部である。
【００１４】
このように、上流側張出部を、上流側傾斜部として傾斜させることで、傾斜していない構成（排気の流れ方向に対し垂直になっている）と比較して、排気が当たる面積を広く確保することが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の下流側端部よりも下流側に突出する下流側突出部と、前記下流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す下流側張出部と、を有する。
【００１６】
したがって、下流側張出部も排気の流れに対し、斜めに対向しているため、排気が直接的に当たり、排気熱によって昇温されやすい。しかも、排気の流れ方向下流側では、下流側張出部の内径が筒体の中心に向かって小さくなっており、排気圧力が高くなるため昇温がより促進される。これにより、下流側張出部に付着したカーボンの燃料を促進することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記上流側張出部及び前記下流側張出部の表面の少なくとも一部に塗布され、付着したカーボンの燃焼を促進する燃焼促進部材、を有する。
【００１８】
燃料促進部材が塗布されて部分では、カーボンの燃焼がさらに促進されるので、カーボンによる筒体と触媒担体との電気抵抗の低下をより効果的に抑制できる。
【００１９】
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、。
【００２０】
保持部材に形成された挿通孔には通電部材の一部が挿通され、さらに通電部材は触媒担体に接触配置されている。この通電部材によって、触媒担体に通電することで、触媒担体を昇温させることができる。
【００２１】
中間部材には、挿入孔部内に位置する部位に絞り部が設けられている。絞り部は触媒担体に接近しており、中間部材の内径が部分的に縮径されている。排気中に含まれる水蒸気が凝縮されて凝縮水（液体）となり内側弾性部材内に浸入しても、挿通孔部内に達することは絞り部によって抑制される。触媒担体に接触している内側弾性部材に水分が留まることになるので、触媒担体の熱を内側弾性部材内の水分に作用させて、この水分の蒸発を促進することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は上記構成としたので、排気中に含まれるカーボンに起因する触媒担体への通電効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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部分的に拡大して示す断面図であり、（Ａ）はカーボンが付着した状態、（Ｂ）はカーボンが燃焼された状態である。
【図３】本発明の第２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４】本発明の第３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５】本発明の第４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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
触媒コンバータ装置１２は、導電性及び剛性を有する材料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を構成する材料としては、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。
【００２６】
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た円柱状あるいは円筒状に形成されており、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。
【００２７】
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）中の物質（ＨＣ等）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。
【００２８】
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが触媒担体１４に対し対称の位置（図１では上下）に貼着されている。電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ、金属等の導電性を有する材料で構成された導線部材２０Ａ、２０Ｂを介して端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。端子１８Ａ、１８Ｂはいずれも、中心の電極棒２２の周囲を絶縁層２４が覆う構造とされている。電極棒２２の外側端部（導線部材２０Ａ、２０Ｂと反対側の端部）は、触媒担体１４への給電用のケーブルが接続される接続部２２Ｃとされている。電極棒２２、導線部材２０Ａ、２０Ｂ、電極１６Ａ、１６Ｂは、本発明の通電部材を構成している。
【００２９】
絶縁層２４は電気絶縁性を有する材料によって円筒状に形成されている。絶縁層２４は、電極棒２２の外周面を全周にわたって覆うことで、電極棒２２から、ケース筒体２８のカバー部３６への電気の流れが阻止されている。
【００３０】
導線部材２０Ａ、２０Ｂは、たとえばジグザグ状に、あるいは螺旋状に形成されて可撓性を有するようになっており、後述するようにケース筒体２８と触媒担体１４とが相対移動した場合に、この相対移動を吸収することが可能とされている。そして、端子１８Ａ、１８Ｂから導線部材２０Ａ、２０Ｂ及び電極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。この加熱により、触媒担体１４に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用をエンジン始動直後等であっても早期に発揮させることができるようになっている。
【００３１】
触媒担体１４は、外周に配置された保持マット２６（本発明に係る保持部材）によって、ケース筒体２８（本発明に係る筒体）の内部に収容された状態で保持されている。換言すれば、略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保持マット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、絶縁性を有する保持マット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。
【００３２】
ケース筒体２８は、ステンレス等の金属で略円筒状に成形されており、流れ方向上流側において、下流へ向かって径が漸増された上流側テーパー部２８Ａと、流れ方向中間部分において上流側テーパー部２８Ａから連続し、排気管１０よりも大径の大径部２８Ｂ、及び長手方向下流側において、大径部２８Ｂから連続すると共に下流へ向かって径が漸減された下流側テーパー部２８Ｃを有している。
【００３３】
排気管１０の前側パイプ１０Ａの下流側端部は上流側テーパー部２８Ａの上流側端部に、排気管１０の後側パイプ１０Ｂの上流側端部が下流側テーパー部２８Ｃの下流側端部にそれぞれ接続されており、排気の流路断面積が、このケース筒体２８の部分（特に大径部２８Ｂ）では局所的に拡大されていることになる。
【００３４】
大径部２８Ｂには、端子１８Ａ、１８Ｂを収容可能な略筒状のカバー部３６が設けられている。このカバー部３６の内部に端子１８Ａ、１８Ｂが挿通された状態で、カバー部３６の開口部分が蓋板３８で閉塞されている。
【００３５】
触媒担体１４の外周に配置された保持マット２６は、内側から順に、内側繊維層３０、中間筒層３２、外側繊維層３４の三層構造とされた略円筒状に形成されている。そして、保持マット２６の外周には、ケース筒体２８の大径部２８Ｂが位置している。内側繊維層３０が本発明の内側弾性部材に、中間筒層３２が本発明の中間部材に、外側繊維層３４が本発明の外側弾性部材にそれぞれ対応する。
【００３６】
内側繊維層３０の内周面は触媒担体１４の外周面に接触し、外側繊維層３４の外周面はケース筒体２８の内周面に接触している。これらの内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。これにより、保持マット２６自体も所定の弾性を有することになり、保持マット２６は、触媒担体１４を略円筒状のケース筒体２８の内部において、これらが同心（中心線ＣＬ）となるように保持している。
【００３７】
これに対し、中間筒層３２は、本実施形態では、少なくとも表面が絶縁性を有するように構成され、全体として円筒状に形成されている。たとえば、材料自体が絶縁性を有するもの（樹脂等）であってもよいし、円筒状の金属筒の表面に絶縁性材料をコーティングしたものであってもよい。いずれにしても、固体材料により形状安定性を有する中間筒層３２の内周側及び外周側に、絶縁性及び弾性を有する内側繊維層３０及び外側繊維層３４が配置されて、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に安定的に保持されている。但し、本実施形態では、中間筒層３２によって、保持マット２６の絶縁性が確保されているので、内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、必ずしも絶縁性は必要とされない。
【００３８】
特に、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。この膨張量の違いは、保持マット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、保持マット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。
【００３９】
しかも、全体として絶縁性を有する保持マット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ることになる。なお、内側繊維層３０及び外側繊維層３４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。
【００４０】
ケース筒体２８の大径部２８Ｂ、外側繊維層３４、中間筒層３２及び内側繊維層３０には、端子１８Ａ、１８Ｂが貫通される貫通孔が形成されており、端子１８Ａ、１８Ｂとは接触しないようになっている。そして、貫通孔の内側が、挿通孔部４２となっている。したがって、挿通孔部４２内に、端子１８Ａ、１８Ｂの一部と、導線部材２０Ａ，２０Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂが収容されている。
【００４１】
本実施形態では、内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、触媒担体１４と軸方向（排気の流れ方向）で同じ長さに形成されている。そして、内側繊維層３０の上流側端面３０Ａ及び下流側端面３０Ｂはそれぞれ、触媒担体１４の上流側端面１４Ａ及び下流側端面１４Ｂと軸方向（排気の流れ方向）で同位置とされている。同様に、外側繊維層３４の上流側端面３４Ａ及び下流側端面３４Ｂも、それぞれ、触媒担体１４の上流側端面１４Ａ及び下流側端面１４Ｂと軸方向で同位置とされている。
【００４２】
これに対し、中間筒層３２は、触媒担体１４、内側繊維層３０及び外側繊維層３４よりも軸方向に長く形成されている。そして、中間筒層３２には、内側繊維層３０よりも上流側に突出する上流側突出部３２Ｕが設けられている。さらに、中間筒層３２には、内側繊維層３０よりも下流側に突出する下流側突出部３２Ｌが設けられている。上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌは、ケース筒体２８とは非接触となっており、それぞれ、隙間部４４Ｕ、４４Ｌが構成されている。
【００４３】
特に本実施形態では、上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌを、ケース筒体２８の大径部２８Ｂの内周面との間で径方向に一定の間隔をあけるように、周方向で全周にわたって形成している。したがって、隙間部４４Ｕ、４４Ｌも、触媒担体１４の周方向において全周に構成されている。
【００４４】
中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕの内側には、上流側傾斜部材４６が設けられている。上流側傾斜部材４６は、全体として、略円錐台状（厳密には、円錐台から上底部分及び下底部分が取り除かれ、側面部分のみとなった形状）に形成されている。上流側傾斜部材４６は、大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かう方向が、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）となる向きで配置されており、大径部４６Ｌの部分で上流側突出部３２Ｕに取り付けられている。したがって、上流側傾斜部材４６は、全体として、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）に対し傾斜している。特に、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎが、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４６Ｎに直接的に当たる。また、排気の流路の実質的な断面積が、上流側傾斜部材４６の大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かって漸減されていることになる。上流側傾斜部材４６は、本発明の上流側張出部の一例である。
【００４５】
中間筒層３２の下流側突出部３２Ｌの内側には、下流側傾斜部材４８が設けられている。下流側傾斜部材４８も、全体として、上流側傾斜部材４６と同様の略円錐台状で、大径部４８Ｌから小径部４８Ｓに向かう方向が、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）となる向きで配置されており、大径部４６Ｌの部分で下流側突出部３２Ｌに取り付けられている。下流側傾斜部材４８の内周面４８Ｎは、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４８Ｎに直接的に当たる（外周面４８Ｇには直接的に当たらない）。また、排気の流路の実質的な断面積が、下流側傾斜部材４８の大径部４８Ｌから小径部４８Ｓに向かって漸減されていることになる。下流側傾斜部材４８は、本発明の下流側張出部の一例である。
【００４６】
なお、中間筒層３２には、挿通孔部４２内にわずかに延出された延出部５０が形成されている。
【００４７】
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。
【００４８】
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（前側パイプ１０Ａと後側パイプ１０Ｂの間）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、排気中の物質（ＨＣ等）が浄化される。
【００４９】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ、導線部材２０Ａ，２０Ｂ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、浄化作用をより早期に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。
【００５０】
排気中にはカーボンが含まれており、このカーボンによって触媒担体１４とケース筒体２８とが電気的に短絡されてしまうと触媒担体１４の通電効率が低下することがある。そしてこれにより、触媒担体１４に担持された触媒の加熱効率も低下する懸念がある。
【００５１】
ここで、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４よりも上流側に、上流側傾斜部材４６が配置されている。上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎは、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４６Ｎに直接的に当たる。すなわち、排気中のカーボンの一部を、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎに付着させることで、触媒担体１４に到達するカーボンの量を少なくすることができる。なお、上流側傾斜部材４６の外周面４６Ｇには、排気が直接的には当たらないので、カーボンの付着量は内周面４６Ｎと比較して少なくなる。
【００５２】
このように、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎには排気が直接的に当たるため、上流側傾斜部材４６は、排気の熱が伝わりやすい構造である。しかも、上流側傾斜部材４６により、排気の流路の断面積が、上流側傾斜部材４６の大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かって漸減されており、上流側傾斜部材４６の近傍では、排気の圧力が高くなる。
【００５３】
これらにより、上流側傾斜部材４６では、排気から作用する熱によって温度が上昇しやくすくなり、上流側傾斜部材４６に付着したカーボンの燃料を促進することができる。たとえば、図２（Ａ）に示すように、上流側傾斜部材４６及びその近傍にカーボンが付着するようなことがあっても、このカーボンの燃焼が促進され、図２（Ｂ）に示すように、上流側傾斜部材４６の近傍では、カーボンが存在しなくなるので、カーボンに起因する触媒担体１４とケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００５４】
なお、上流側傾斜部材４６の外周面４６Ｇには、上記したようにカーボンの付着量は少ないが、この外周面４６Ｇにも、内周面４６Ｎの熱が上流側傾斜部材４６の内部を伝わる。このため、外周面４６Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進できる。
【００５５】
さらに、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４より下流側に下流側傾斜部材４８が配置されている。触媒担体１４を通過した排気中のカーボンが下流側傾斜部材４８に付着していても、上流側傾斜部材４６と同様に下流側傾斜部材４８の昇温が促進される。付着したカーボンの燃料も促進されるので、下流側傾斜部材４８の近傍における、カーボンに起因する触媒担体１４とケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００５６】
また、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌがケース筒体２８と非接触になっており、ケース筒体２８と中間筒層３２との間に隙間部４４Ｕ、４４Ｌが構成されている。ここで、中間筒層３２がケース筒体２８と接触している構成を想定すると、この構成では、中間筒層３２の熱がケース筒体２８を経て外部に逃げやすい。しかし、本実施形態では、中間筒層３２からケース筒体２８へ熱が直接的に伝わらないため、中間筒層３２の温度上昇をより効果的に促進できる。これによっても、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８の近傍におけるカーボン燃料も促進できる。
【００５７】
図３には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置５２が示されている。第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と略同一構成とされているが、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎ及び下流側傾斜部材４８の内周面４８Ｎに、燃焼促進部材５４が塗布されている。これ以外は、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２は、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同一である。
【００５８】
したがって、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と略同様の作用効果を奏するが、特に、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８に付着したカーボンの燃料温度が、燃焼促進部材５４によって低下する。これにより、カーボンの燃焼をさらに促進することができる。
【００５９】
第２実施形態において、燃焼促進部材５４の具体的な材料としては、たとえばプラチナはバナジウム等、カーボンの燃料温度を低下させる効果を有する貴金属を挙げることができる。
【００６０】
図４には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置６２が示されている。第３実施形態においても、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。
【００６１】
第３実施形態の触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕを変形させることで（換言すれば、中間筒層３２自体に）、排気の流れ方向上流側に、上流側傾斜部６６が形成されている。上流側傾斜部６６の小径部６６Ｓは、中間筒層３２の円筒状部３２Ｐ（径が一定の部分）よりも小径とされており、この小径部６６Ｓと円筒状部３２Ｐとの間が、接続部６６Ｃで接続されている。上流側傾斜部６６の内周面６６Ｎが、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向している。
【００６２】
また、この触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２の下流側突出部３２Ｌを変形させることで、下流側傾斜部６８が形成されている。下流側傾斜部６８の大径部６８Ｌが排気の流れ方向上流側、小径部６８Ｓが下流側となる向きとされており、内周面６８Ｎが排気の流れに対し斜めに対向している。
【００６３】
なお、第３実施形態では、下流側傾斜部６８よりもさらに下流側にも中間筒層３２が延長されており、延長部６８Ｅが構成されている。これにより、第３実施形態に係る中間筒層３２として、排気の流れ方向（図４における左右方向）で対称な形状とされている。
【００６４】
このような構成とされた第３実施形態の触媒コンバータ装置６２においても、上流側傾斜部６６には排気が直接的に当たる。また、上流側傾斜部６６の小径部６６Ｓでは、排気流路の断面積が狭くなっている。これにより、上流側傾斜部６６を効果的に昇温させて、内周面４６Ｎに付着したカーボンの燃焼を促進することができる。
【００６５】
また、上流側傾斜部６６の外周面６６Ｇにはカーボンが付着しづらいが、外周面６６Ｇに付着したカーボンも、内周面６６Ｎから上流側傾斜部６６の内部を伝わった熱により昇温されるので、外周面６６Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進できる。
【００６６】
さらに、下流側傾斜部６８においても、上流側傾斜部６６と同様に昇温が促進される。内周面６８Ｎに付着したカーボンの燃料が促進されると共に、外周面６８Ｇにも熱が伝わり、外周面６８Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進される
【００６７】
また、第３実施形態では、中間筒層３２の上流側に上流側傾斜部６６及び接続部６６Ｃを設け、下流側に下流側傾斜部６８及び延長部６８Ｅを設けたことで、中間筒層３２においてカーボンが付着可能な面積が広くなっている。このため、中間筒層３２（特に上流側傾斜部６６や下流側傾斜部６８）に付着したカーボンの厚み（堆積方向の高さ）を低くすることも可能である。
【００６８】
図５には、本発明の第４実施形態の触媒コンバータ装置７２が示されている。第４実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２と略同一の構成とされているが、中間筒層３２に、絞り部７４が設けられている点が異なっている。
【００６９】
すなわち、第４実施形態の触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２において、延出部５０から触媒コンバータ装置１２の中心、すなわち触媒担体１４に接近する絞り部７４が形成されている。したがって、絞り部７４では、中間筒層３２が部分的に縮径されている。排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）に見たとき、内側繊維層３０よりも挿通孔部４２の中央寄りの位置に、絞り部７４が壁として存在していることになる。
【００７０】
このような構成とされた第４実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２と略同様の作用効果を奏するが、さらに、排気中の水蒸気が凝縮されて液化されても、凝縮水が挿通孔部４２に浸入することが抑制されている。
【００７１】
すなわち、排気中の水分は凝縮された凝縮水は、内側繊維層３０に浸透して下流側へ移動することがある。しかし、この凝縮水の移動は絞り部７４に阻止され、挿通孔部４２に達しないので、凝縮水に起因する、挿通孔部４２内での触媒担体１４や電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００７２】
そして、凝縮水は内側繊維層３０に留まることになるが、内側繊維層３０には、触媒担体１４からの熱が作用する。このため、凝縮水を蒸発させることで、さらに挿通孔部４２への流入を抑制できる。
【００７３】
また、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２や、第４実施形態の触媒コンバータ装置７２に、第２実施形態に係る燃焼促進部材５４を塗布してもよい。
【００７４】
上記各実施形態では、下流側突出部及び下流側傾斜部（あるいは下流側傾斜部材）を有する構造の触媒コンバータ装置を挙げたが、少なくとも上流側突出部及び上流側傾斜部（あるいは上流側傾斜部材）を有していれば、本発明の本質的な効果を奏する構成とすることが可能である。
【００７５】
第１実施形態及び第２実施形態では、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８を中間筒層３２（上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌ）とは別体としているので、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８の形状の自由度が高い。
【００７６】
これに対し、第３実施形態及び第４実施形態では、上流側傾斜部６６及び下流側傾斜部６８が中間筒層３２（上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌ）と一体化されているので、部品点数が少なくなる。
【００７７】
上記各実施形態において、中間筒層３２は、たとえば、材料自体が絶縁性を有するもの（樹脂はセラミック等）で構成されていてもよいが、絶縁性を有さない材料（たとえば金属）を基材として用い、この基材の表面に絶縁性の部材をコーティングしたものでもよい。特に、金属を中間筒層３２の基材として用いると、金属は一般的に樹脂やセラミック等と比較して熱伝導率が高いので、排気の熱を挿通孔部４２に効率的に伝えて、挿通孔部４２内（電極１６Ａ、１６Ｂの周囲）に堆積した水分の蒸発を促進することができる。
【００７８】
上記では、本発明の上流側張出部として、上流側傾斜部材４６及び上流側傾斜部６６を挙げているが、上流側張出部としてはこのように排気の流れ方向に対し傾斜している必要はなく、たとえば排気の流れ方向と直交する部材であってもよい。下流側張出部としても、下流側傾斜部材４８及び下流側傾斜部６８に限らず、排気の流れ方向と直交する部材であってもよい。ただし、上記実施形態のように、排気の流れ方向に対し傾斜させると、小径部４６Ｓ、４８Ｓ、６６Ｓ、６８Ｓの開口断面積は確保しつつ、表面積を広くすることができる。
【００７９】
本発明の中間部材としても、矢印Ｆ１方向に見たとき触媒担体１４の周囲を取り囲んでいる必要はないが、取り囲む形状にすることで、触媒担体１４や上流側張出部（上流側傾斜部）及び下流側張出部（下流側傾斜部）からケース筒体２８への伝熱を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 排気管
１２ 触媒コンバータ装置
１４ 触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ 電極（通電部材）
１８Ａ、１８Ｂ 端子（通電部材）
２０Ａ、２０Ｂ 導線部材（通電部材）
２６ 保持マット（保持部材）
２８ ケース筒体（筒体）
３０ 内側繊維層（内側弾性部材）
３０Ａ 上流側端面
３２ 中間筒層（中間部材）
３２Ｕ 上流側突出部
３２Ｌ 下流側突出部
３４ 外側繊維層（外側弾性部材）
４２ 挿通孔部
４６ 上流側傾斜部材（上流側傾斜部、上流側張出部）
４８ 下流側傾斜部材（下流側傾斜部、下流側張出部）
５２ 触媒コンバータ装置
５４ 燃焼促進部材
６２ 触媒コンバータ装置
６６ 上流側傾斜部（上流側張出部）
６８ 下流側傾斜部（下流側張出部）
７２ 触媒コンバータ装置
７４ 絞り部
【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、緩衝機能を有するマット部材が嵌挿保持されている。
【０００４】
このような構造の触媒コンバータ装置において、排気中に含まれるカーボンが金属製触媒担体やマット部材等の上流側に付着すると、金属製触媒担体が収容された筒体（金属製シェル）と触媒担体との間の電気抵抗がカーボンによって低下してしまい、触媒担体への通電効率が低下する。
【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、排気中に含まれるカーボンに起因する触媒担体への通電効率の低下を抑制可能な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、前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、絶縁性を有しこれらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の上流側端部よりも上流側に突出する上流側突出部と、前記上流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す上流側張出部と、を有する。
【０００８】
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が通電され加熱昇温されると、担持された触媒による浄化効果をより早期に発揮させることができる。また、触媒担体は保持部材及び筒体を介して排気管に取り付けられており、保持部材の中間部材は絶縁性を有しているので、保持部材を解して触媒担体と筒体とが短絡されることはない。
【０００９】
排気中には、内燃機関の燃焼で生じたカーボンが含まれることがあり、このカーボンが触媒担体や筒体に付着すると、筒体と触媒担体との電気抵抗が低下して触媒担体への通電効率が低下することがある。本発明では、中間部材の上流側突出部に上流側張出部が設けられている。この上流側傾斜部は、筒体の中心に向かって張り出すことで、排気の流れに対向している。このため、このように対向することなく排気の流れ方向と平行になっている部材と比較して、排気が直接的に当たり、排気熱によって昇温されやすい。これにより、上流側張出部にカーボンが付着しても、カーボンの燃料を促進することができる。
【００１０】
また、上流側張出部は、筒体の中心に向かって張り出しており、排気の流れに対する絞りとなっている。このため、上流側張出部の箇所では排気圧力が高くなるので、昇温がより促進される。
【００１１】
しかも、上流側突出部が設けられた中間部材は、保持部材を構成する内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置されている。これにより、上流側突出部と筒体の間には、外側弾性部材の厚み分の隙間が生じている。上流側突出部は筒体に接触していないので、上流側張出部から上流側突出部を経て筒体への熱の逃げ（放熱）を抑制でき、上流側張出部を効果的に昇温できる。
【００１２】
このようにして、上流側張出部に付着したカーボンの燃料を促進することで、触媒担体や筒体へ付着したカーボンによって筒体と触媒担体との電気抵抗が低下することを抑制できる。これにより、電気が確実に触媒担体を流れるようになるので、触媒担体の通電効率の低下を抑制できる。
【００１３】
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、前記上流側張出部が、前記筒体の中心に向かうにしたがって前記流れ方向の下流側に傾斜する上流側傾斜部である。
【００１４】
このように、上流側張出部を、上流側傾斜部として傾斜させることで、傾斜していない構成（排気の流れ方向に対し垂直になっている）と比較して、排気が当たる面積を広く確保することが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の下流側端部よりも下流側に突出する下流側突出部と、前記下流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す下流側張出部と、を有する。
【００１６】
したがって、下流側張出部も排気の流れに対し、斜めに対向しているため、排気が直接的に当たり、排気熱によって昇温されやすい。しかも、排気の流れ方向下流側では、下流側張出部の内径が筒体の中心に向かって小さくなっており、排気圧力が高くなるため昇温がより促進される。これにより、下流側張出部に付着したカーボンの燃料を促進することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記上流側張出部及び前記下流側張出部の表面の少なくとも一部に塗布され、付着したカーボンの燃焼を促進する燃焼促進部材、を有する。
【００１８】
燃料促進部材が塗布されて部分では、カーボンの燃焼がさらに促進されるので、カーボンによる筒体と触媒担体との電気抵抗の低下をより効果的に抑制できる。
【００１９】
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、。
【００２０】
保持部材に形成された挿通孔には通電部材の一部が挿通され、さらに通電部材は触媒担体に接触配置されている。この通電部材によって、触媒担体に通電することで、触媒担体を昇温させることができる。
【００２１】
中間部材には、挿入孔部内に位置する部位に絞り部が設けられている。絞り部は触媒担体に接近しており、中間部材の内径が部分的に縮径されている。排気中に含まれる水蒸気が凝縮されて凝縮水（液体）となり内側弾性部材内に浸入しても、挿通孔部内に達することは絞り部によって抑制される。触媒担体に接触している内側弾性部材に水分が留まることになるので、触媒担体の熱を内側弾性部材内の水分に作用させて、この水分の蒸発を促進することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は上記構成としたので、排気中に含まれるカーボンに起因する触媒担体への通電効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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部分的に拡大して示す断面図であり、（Ａ）はカーボンが付着した状態、（Ｂ）はカーボンが燃焼された状態である。
【図３】本発明の第２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４】本発明の第３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５】本発明の第４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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
触媒コンバータ装置１２は、導電性及び剛性を有する材料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を構成する材料としては、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。
【００２６】
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た円柱状あるいは円筒状に形成されており、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。
【００２７】
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）中の物質（ＨＣ等）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。
【００２８】
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが触媒担体１４に対し対称の位置（図１では上下）に貼着されている。電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ、金属等の導電性を有する材料で構成された導線部材２０Ａ、２０Ｂを介して端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。端子１８Ａ、１８Ｂはいずれも、中心の電極棒２２の周囲を絶縁層２４が覆う構造とされている。電極棒２２の外側端部（導線部材２０Ａ、２０Ｂと反対側の端部）は、触媒担体１４への給電用のケーブルが接続される接続部２２Ｃとされている。電極棒２２、導線部材２０Ａ、２０Ｂ、電極１６Ａ、１６Ｂは、本発明の通電部材を構成している。
【００２９】
絶縁層２４は電気絶縁性を有する材料によって円筒状に形成されている。絶縁層２４は、電極棒２２の外周面を全周にわたって覆うことで、電極棒２２から、ケース筒体２８のカバー部３６への電気の流れが阻止されている。
【００３０】
導線部材２０Ａ、２０Ｂは、たとえばジグザグ状に、あるいは螺旋状に形成されて可撓性を有するようになっており、後述するようにケース筒体２８と触媒担体１４とが相対移動した場合に、この相対移動を吸収することが可能とされている。そして、端子１８Ａ、１８Ｂから導線部材２０Ａ、２０Ｂ及び電極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。この加熱により、触媒担体１４に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用をエンジン始動直後等であっても早期に発揮させることができるようになっている。
【００３１】
触媒担体１４は、外周に配置された保持マット２６（本発明に係る保持部材）によって、ケース筒体２８（本発明に係る筒体）の内部に収容された状態で保持されている。換言すれば、略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保持マット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、絶縁性を有する保持マット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。
【００３２】
ケース筒体２８は、ステンレス等の金属で略円筒状に成形されており、流れ方向上流側において、下流へ向かって径が漸増された上流側テーパー部２８Ａと、流れ方向中間部分において上流側テーパー部２８Ａから連続し、排気管１０よりも大径の大径部２８Ｂ、及び長手方向下流側において、大径部２８Ｂから連続すると共に下流へ向かって径が漸減された下流側テーパー部２８Ｃを有している。
【００３３】
排気管１０の前側パイプ１０Ａの下流側端部は上流側テーパー部２８Ａの上流側端部に、排気管１０の後側パイプ１０Ｂの上流側端部が下流側テーパー部２８Ｃの下流側端部にそれぞれ接続されており、排気の流路断面積が、このケース筒体２８の部分（特に大径部２８Ｂ）では局所的に拡大されていることになる。
【００３４】
大径部２８Ｂには、端子１８Ａ、１８Ｂを収容可能な略筒状のカバー部３６が設けられている。このカバー部３６の内部に端子１８Ａ、１８Ｂが挿通された状態で、カバー部３６の開口部分が蓋板３８で閉塞されている。
【００３５】
触媒担体１４の外周に配置された保持マット２６は、内側から順に、内側繊維層３０、中間筒層３２、外側繊維層３４の三層構造とされた略円筒状に形成されている。そして、保持マット２６の外周には、ケース筒体２８の大径部２８Ｂが位置している。内側繊維層３０が本発明の内側弾性部材に、中間筒層３２が本発明の中間部材に、外側繊維層３４が本発明の外側弾性部材にそれぞれ対応する。
【００３６】
内側繊維層３０の内周面は触媒担体１４の外周面に接触し、外側繊維層３４の外周面はケース筒体２８の内周面に接触している。これらの内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。これにより、保持マット２６自体も所定の弾性を有することになり、保持マット２６は、触媒担体１４を略円筒状のケース筒体２８の内部において、これらが同心（中心線ＣＬ）となるように保持している。
【００３７】
これに対し、中間筒層３２は、本実施形態では、少なくとも表面が絶縁性を有するように構成され、全体として円筒状に形成されている。たとえば、材料自体が絶縁性を有するもの（樹脂等）であってもよいし、円筒状の金属筒の表面に絶縁性材料をコーティングしたものであってもよい。いずれにしても、固体材料により形状安定性を有する中間筒層３２の内周側及び外周側に、絶縁性及び弾性を有する内側繊維層３０及び外側繊維層３４が配置されて、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に安定的に保持されている。但し、本実施形態では、中間筒層３２によって、保持マット２６の絶縁性が確保されているので、内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、必ずしも絶縁性は必要とされない。
【００３８】
特に、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。この膨張量の違いは、保持マット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、保持マット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。
【００３９】
しかも、全体として絶縁性を有する保持マット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ることになる。なお、内側繊維層３０及び外側繊維層３４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。
【００４０】
ケース筒体２８の大径部２８Ｂ、外側繊維層３４、中間筒層３２及び内側繊維層３０には、端子１８Ａ、１８Ｂが貫通される貫通孔が形成されており、端子１８Ａ、１８Ｂとは接触しないようになっている。そして、貫通孔の内側が、挿通孔部４２となっている。したがって、挿通孔部４２内に、端子１８Ａ、１８Ｂの一部と、導線部材２０Ａ，２０Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂが収容されている。
【００４１】
本実施形態では、内側繊維層３０及び外側繊維層３４は、触媒担体１４と軸方向（排気の流れ方向）で同じ長さに形成されている。そして、内側繊維層３０の上流側端面３０Ａ及び下流側端面３０Ｂはそれぞれ、触媒担体１４の上流側端面１４Ａ及び下流側端面１４Ｂと軸方向（排気の流れ方向）で同位置とされている。同様に、外側繊維層３４の上流側端面３４Ａ及び下流側端面３４Ｂも、それぞれ、触媒担体１４の上流側端面１４Ａ及び下流側端面１４Ｂと軸方向で同位置とされている。
【００４２】
これに対し、中間筒層３２は、触媒担体１４、内側繊維層３０及び外側繊維層３４よりも軸方向に長く形成されている。そして、中間筒層３２には、内側繊維層３０よりも上流側に突出する上流側突出部３２Ｕが設けられている。さらに、中間筒層３２には、内側繊維層３０よりも下流側に突出する下流側突出部３２Ｌが設けられている。上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌは、ケース筒体２８とは非接触となっており、それぞれ、隙間部４４Ｕ、４４Ｌが構成されている。
【００４３】
特に本実施形態では、上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌを、ケース筒体２８の大径部２８Ｂの内周面との間で径方向に一定の間隔をあけるように、周方向で全周にわたって形成している。したがって、隙間部４４Ｕ、４４Ｌも、触媒担体１４の周方向において全周に構成されている。
【００４４】
中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕの内側には、上流側傾斜部材４６が設けられている。上流側傾斜部材４６は、全体として、略円錐台状（厳密には、円錐台から上底部分及び下底部分が取り除かれ、側面部分のみとなった形状）に形成されている。上流側傾斜部材４６は、大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かう方向が、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）となる向きで配置されており、大径部４６Ｌの部分で上流側突出部３２Ｕに取り付けられている。したがって、上流側傾斜部材４６は、全体として、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）に対し傾斜している。特に、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎが、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４６Ｎに直接的に当たる。また、排気の流路の実質的な断面積が、上流側傾斜部材４６の大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かって漸減されていることになる。上流側傾斜部材４６は、本発明の上流側張出部の一例である。
【００４５】
中間筒層３２の下流側突出部３２Ｌの内側には、下流側傾斜部材４８が設けられている。下流側傾斜部材４８も、全体として、上流側傾斜部材４６と同様の略円錐台状で、大径部４８Ｌから小径部４８Ｓに向かう方向が、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）となる向きで配置されており、大径部４６Ｌの部分で下流側突出部３２Ｌに取り付けられている。下流側傾斜部材４８の内周面４８Ｎは、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４８Ｎに直接的に当たる（外周面４８Ｇには直接的に当たらない）。また、排気の流路の実質的な断面積が、下流側傾斜部材４８の大径部４８Ｌから小径部４８Ｓに向かって漸減されていることになる。下流側傾斜部材４８は、本発明の下流側張出部の一例である。
【００４６】
なお、中間筒層３２には、挿通孔部４２内にわずかに延出された延出部５０が形成されている。
【００４７】
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。
【００４８】
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（前側パイプ１０Ａと後側パイプ１０Ｂの間）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、排気中の物質（ＨＣ等）が浄化される。
【００４９】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ、導線部材２０Ａ，２０Ｂ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、浄化作用をより早期に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。
【００５０】
排気中にはカーボンが含まれており、このカーボンによって触媒担体１４とケース筒体２８とが電気的に短絡されてしまうと触媒担体１４の通電効率が低下することがある。そしてこれにより、触媒担体１４に担持された触媒の加熱効率も低下する懸念がある。
【００５１】
ここで、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４よりも上流側に、上流側傾斜部材４６が配置されている。上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎは、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向しており、排気が内周面４６Ｎに直接的に当たる。すなわち、排気中のカーボンの一部を、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎに付着させることで、触媒担体１４に到達するカーボンの量を少なくすることができる。なお、上流側傾斜部材４６の外周面４６Ｇには、排気が直接的には当たらないので、カーボンの付着量は内周面４６Ｎと比較して少なくなる。
【００５２】
このように、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎには排気が直接的に当たるため、上流側傾斜部材４６は、排気の熱が伝わりやすい構造である。しかも、上流側傾斜部材４６により、排気の流路の断面積が、上流側傾斜部材４６の大径部４６Ｌから小径部４６Ｓに向かって漸減されており、上流側傾斜部材４６の近傍では、排気の圧力が高くなる。
【００５３】
これらにより、上流側傾斜部材４６では、排気から作用する熱によって温度が上昇しやくすくなり、上流側傾斜部材４６に付着したカーボンの燃料を促進することができる。たとえば、図２（Ａ）に示すように、上流側傾斜部材４６及びその近傍にカーボンが付着するようなことがあっても、このカーボンの燃焼が促進され、図２（Ｂ）に示すように、上流側傾斜部材４６の近傍では、カーボンが存在しなくなるので、カーボンに起因する触媒担体１４とケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００５４】
なお、上流側傾斜部材４６の外周面４６Ｇには、上記したようにカーボンの付着量は少ないが、この外周面４６Ｇにも、内周面４６Ｎの熱が上流側傾斜部材４６の内部を伝わる。このため、外周面４６Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進できる。
【００５５】
さらに、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４より下流側に下流側傾斜部材４８が配置されている。触媒担体１４を通過した排気中のカーボンが下流側傾斜部材４８に付着していても、上流側傾斜部材４６と同様に下流側傾斜部材４８の昇温が促進される。付着したカーボンの燃料も促進されるので、下流側傾斜部材４８の近傍における、カーボンに起因する触媒担体１４とケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００５６】
また、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌがケース筒体２８と非接触になっており、ケース筒体２８と中間筒層３２との間に隙間部４４Ｕ、４４Ｌが構成されている。ここで、中間筒層３２がケース筒体２８と接触している構成を想定すると、この構成では、中間筒層３２の熱がケース筒体２８を経て外部に逃げやすい。しかし、本実施形態では、中間筒層３２からケース筒体２８へ熱が直接的に伝わらないため、中間筒層３２の温度上昇をより効果的に促進できる。これによっても、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８の近傍におけるカーボン燃料も促進できる。
【００５７】
図３には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置５２が示されている。第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と略同一構成とされているが、上流側傾斜部材４６の内周面４６Ｎ及び下流側傾斜部材４８の内周面４８Ｎに、燃焼促進部材５４が塗布されている。これ以外は、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２は、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同一である。
【００５８】
したがって、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と略同様の作用効果を奏するが、特に、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８に付着したカーボンの燃料温度が、燃焼促進部材５４によって低下する。これにより、カーボンの燃焼をさらに促進することができる。
【００５９】
第２実施形態において、燃焼促進部材５４の具体的な材料としては、たとえばプラチナはバナジウム等、カーボンの燃料温度を低下させる効果を有する貴金属を挙げることができる。
【００６０】
図４には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置６２が示されている。第３実施形態においても、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。
【００６１】
第３実施形態の触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２の上流側突出部３２Ｕを変形させることで（換言すれば、中間筒層３２自体に）、排気の流れ方向上流側に、上流側傾斜部６６が形成されている。上流側傾斜部６６の小径部６６Ｓは、中間筒層３２の円筒状部３２Ｐ（径が一定の部分）よりも小径とされており、この小径部６６Ｓと円筒状部３２Ｐとの間が、接続部６６Ｃで接続されている。上流側傾斜部６６の内周面６６Ｎが、矢印Ｆ１方向に流れる排気に対し斜めに対向している。
【００６２】
また、この触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２の下流側突出部３２Ｌを変形させることで、下流側傾斜部６８が形成されている。下流側傾斜部６８の大径部６８Ｌが排気の流れ方向上流側、小径部６８Ｓが下流側となる向きとされており、内周面６８Ｎが排気の流れに対し斜めに対向している。
【００６３】
なお、第３実施形態では、下流側傾斜部６８よりもさらに下流側にも中間筒層３２が延長されており、延長部６８Ｅが構成されている。これにより、第３実施形態に係る中間筒層３２として、排気の流れ方向（図４における左右方向）で対称な形状とされている。
【００６４】
このような構成とされた第３実施形態の触媒コンバータ装置６２においても、上流側傾斜部６６には排気が直接的に当たる。また、上流側傾斜部６６の小径部６６Ｓでは、排気流路の断面積が狭くなっている。これにより、上流側傾斜部６６を効果的に昇温させて、内周面４６Ｎに付着したカーボンの燃焼を促進することができる。
【００６５】
また、上流側傾斜部６６の外周面６６Ｇにはカーボンが付着しづらいが、外周面６６Ｇに付着したカーボンも、内周面６６Ｎから上流側傾斜部６６の内部を伝わった熱により昇温されるので、外周面６６Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進できる。
【００６６】
さらに、下流側傾斜部６８においても、上流側傾斜部６６と同様に昇温が促進される。内周面６８Ｎに付着したカーボンの燃料が促進されると共に、外周面６８Ｇにも熱が伝わり、外周面６８Ｇに付着したカーボンの燃焼も促進される
【００６７】
また、第３実施形態では、中間筒層３２の上流側に上流側傾斜部６６及び接続部６６Ｃを設け、下流側に下流側傾斜部６８及び延長部６８Ｅを設けたことで、中間筒層３２においてカーボンが付着可能な面積が広くなっている。このため、中間筒層３２（特に上流側傾斜部６６や下流側傾斜部６８）に付着したカーボンの厚み（堆積方向の高さ）を低くすることも可能である。
【００６８】
図５には、本発明の第４実施形態の触媒コンバータ装置７２が示されている。第４実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２と略同一の構成とされているが、中間筒層３２に、絞り部７４が設けられている点が異なっている。
【００６９】
すなわち、第４実施形態の触媒コンバータ装置６２では、中間筒層３２において、延出部５０から触媒コンバータ装置１２の中心、すなわち触媒担体１４に接近する絞り部７４が形成されている。したがって、絞り部７４では、中間筒層３２が部分的に縮径されている。排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）に見たとき、内側繊維層３０よりも挿通孔部４２の中央寄りの位置に、絞り部７４が壁として存在していることになる。
【００７０】
このような構成とされた第４実施形態の触媒コンバータ装置７２では、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２と略同様の作用効果を奏するが、さらに、排気中の水蒸気が凝縮されて液化されても、凝縮水が挿通孔部４２に浸入することが抑制されている。
【００７１】
すなわち、排気中の水分は凝縮された凝縮水は、内側繊維層３０に浸透して下流側へ移動することがある。しかし、この凝縮水の移動は絞り部７４に阻止され、挿通孔部４２に達しないので、凝縮水に起因する、挿通孔部４２内での触媒担体１４や電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８との短絡を抑制できる。
【００７２】
そして、凝縮水は内側繊維層３０に留まることになるが、内側繊維層３０には、触媒担体１４からの熱が作用する。このため、凝縮水を蒸発させることで、さらに挿通孔部４２への流入を抑制できる。
【００７３】
また、第３実施形態の触媒コンバータ装置６２や、第４実施形態の触媒コンバータ装置７２に、第２実施形態に係る燃焼促進部材５４を塗布してもよい。
【００７４】
上記各実施形態では、下流側突出部及び下流側傾斜部（あるいは下流側傾斜部材）を有する構造の触媒コンバータ装置を挙げたが、少なくとも上流側突出部及び上流側傾斜部（あるいは上流側傾斜部材）を有していれば、本発明の本質的な効果を奏する構成とすることが可能である。
【００７５】
第１実施形態及び第２実施形態では、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８を中間筒層３２（上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌ）とは別体としているので、上流側傾斜部材４６及び下流側傾斜部材４８の形状の自由度が高い。
【００７６】
これに対し、第３実施形態及び第４実施形態では、上流側傾斜部６６及び下流側傾斜部６８が中間筒層３２（上流側突出部３２Ｕ及び下流側突出部３２Ｌ）と一体化されているので、部品点数が少なくなる。
【００７７】
上記各実施形態において、中間筒層３２は、たとえば、材料自体が絶縁性を有するもの（樹脂はセラミック等）で構成されていてもよいが、絶縁性を有さない材料（たとえば金属）を基材として用い、この基材の表面に絶縁性の部材をコーティングしたものでもよい。特に、金属を中間筒層３２の基材として用いると、金属は一般的に樹脂やセラミック等と比較して熱伝導率が高いので、排気の熱を挿通孔部４２に効率的に伝えて、挿通孔部４２内（電極１６Ａ、１６Ｂの周囲）に堆積した水分の蒸発を促進することができる。
【００７８】
上記では、本発明の上流側張出部として、上流側傾斜部材４６及び上流側傾斜部６６を挙げているが、上流側張出部としてはこのように排気の流れ方向に対し傾斜している必要はなく、たとえば排気の流れ方向と直交する部材であってもよい。下流側張出部としても、下流側傾斜部材４８及び下流側傾斜部６８に限らず、排気の流れ方向と直交する部材であってもよい。ただし、上記実施形態のように、排気の流れ方向に対し傾斜させると、小径部４６Ｓ、４８Ｓ、６６Ｓ、６８Ｓの開口断面積は確保しつつ、表面積を広くすることができる。
【００７９】
本発明の中間部材としても、矢印Ｆ１方向に見たとき触媒担体１４の周囲を取り囲んでいる必要はないが、取り囲む形状にすることで、触媒担体１４や上流側張出部（上流側傾斜部）及び下流側張出部（下流側傾斜部）からケース筒体２８への伝熱を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 排気管
１２ 触媒コンバータ装置
１４ 触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ 電極（通電部材）
１８Ａ、１８Ｂ 端子（通電部材）
２０Ａ、２０Ｂ 導線部材（通電部材）
２６ 保持マット（保持部材）
２８ ケース筒体（筒体）
３０ 内側繊維層（内側弾性部材）
３０Ａ 上流側端面
３２ 中間筒層（中間部材）
３２Ｕ 上流側突出部
３２Ｌ 下流側突出部
３４ 外側繊維層（外側弾性部材）
４２ 挿通孔部
４６ 上流側傾斜部材（上流側傾斜部、上流側張出部）
４８ 下流側傾斜部材（下流側傾斜部、下流側張出部）
５２ 触媒コンバータ装置
５４ 燃焼促進部材
６２ 触媒コンバータ装置
６６ 上流側傾斜部（上流側張出部）
６８ 下流側傾斜部（下流側張出部）
７２ 触媒コンバータ装置
７４ 絞り部
【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、
前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、絶縁性を有しこれらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、
前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の上流側端部よりも上流側に突出する上流側突出部と、
前記上流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す上流側張出部と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記上流側張出部が、前記筒体の中心に向かうにしたがって前記流れ方向の下流側に傾斜する上流側傾斜部である請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項３】
前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の下流側端部よりも下流側に突出する下流側突出部と、
前記下流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す下流側張出部と、
を有する請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
前記上流側張出部及び前記下流側張出部の表面の少なくとも一部に塗布され、付着したカーボンの燃焼を促進する燃焼促進部材、を有する請求項３に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項５】
前記触媒担体に接触配置され、触媒担体に通電するための通電部材と、
前記保持部材を厚み方向に貫通して形成され前記通電部材の一部を挿通するための挿通孔部と、
前記中間部材の前記挿通孔部内に位置する部位に設けられ、触媒担体に接近する絞り部と、
を有する請求項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。
【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、
前記触媒担体の外周面側に配置される内側弾性部材と、前記筒体の内周面側に配置される外側弾性部材と、絶縁性を有しこれらの内側弾性部材と外側弾性部材との間に配置される中間部材と、を備え、内側弾性部材及び外側弾性部材の弾性により触媒担体を筒体内に保持するとともに触媒担体と筒体とを電気的に絶縁する保持部材と、
前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の上流側端部よりも上流側に突出する上流側突出部と、
前記上流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す上流側張出部と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記上流側張出部が、前記筒体の中心に向かうにしたがって前記流れ方向の下流側に傾斜する上流側傾斜部である請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項３】
前記中間部材に設けられ、前記内側弾性層の下流側端部よりも下流側に突出する下流側突出部と、
前記下流側突出部に設けられ、前記筒体の中心に向けて張り出す下流側張出部と、
を有する請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
前記上流側張出部及び前記下流側張出部の表面の少なくとも一部に塗布され、付着したカーボンの燃焼を促進する燃焼促進部材、を有する請求項３に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項５】
前記触媒担体に接触配置され、触媒担体に通電するための通電部材と、
前記保持部材を厚み方向に貫通して形成され前記通電部材の一部を挿通するための挿通孔部と、
前記中間部材の前記挿通孔部内に位置する部位に設けられ、触媒担体に接近する絞り部と、
を有する請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９３７２６（Ｐ２０１２−１９３７２６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０３２０（Ｐ２０１１−６０３２０）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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