触媒コンバータ装置
【課題】排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる触媒コンバータ装置を得る。
【解決手段】触媒を担持する触媒担体１４は、ケース筒体２８の内部で、保持部材２６により保持される。２つの保持部材２６の間に電極収容部２４において、電極１６Ａ、１６Ｂが触媒担体１４に貼着されている。電極収容部２４には、絶縁性粉体３０が充填される。
【解決手段】触媒を担持する触媒担体１４は、ケース筒体２８の内部で、保持部材２６により保持される。２つの保持部材２６の間に電極収容部２４において、電極１６Ａ、１６Ｂが触媒担体１４に貼着されている。電極収容部２４には、絶縁性粉体３０が充填される。
【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、金属触媒担体に通電するための電極の周囲に、インタラムマットが接触配置されている。一般に、金属触媒担体の上流側では、内燃機関の燃焼によって生じた水分が凝縮水として飛散することがあり、このとき発生した水滴をインタラムマットが吸収し、インタラムマットを介して電極間が短絡されてしまうと、触媒担体の加熱効率が低下するおそれがある。このような短絡を回避するためには、たとえばインタラムマットを電極と非接触で配置することも考えられるが、電極の周囲に水滴が付着すると、この水滴によって電極間が短絡されてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制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】
【０００６】
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に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、絶縁性を有し、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保持部材と、前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、を有する。
【０００７】
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が電極を通じて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く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。
【０００８】
排気中には、内燃機関の燃焼で生じた水分が含まれることがあり、この水分が飛散して水滴が発生することがある。本発明では、筒体及び保持部材と電極との間に絶縁部材が配置されており、電極が筒体及び保持部材に対し絶縁されている。すなわち、電極と筒体との間、及び電極と保持部材の間の短絡が防止されるので、触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。
【０００９】
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、前記電極のそれぞれに対応して設けられ前記筒体を貫通する端子と、可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、を有し、前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している。
【００１０】
電極に対し、端子及び導線部材を通じて通電することができる。そして、絶縁部材は、導線部材を筒体及び保持部材に対し絶縁しているので、導線部材と筒体との間、及び導線部材と保持部材との間の短絡も防止される。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記保持部材が、前記電極よりも前記排気の流れ方向の上流側及び下流側に分割して設けられ、前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である。
【００１２】
このように、上流側の保持部材と下流側の保持部材の間で、且つ触媒担体または電極と筒体の間に絶縁性粉体を充填する簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも絶縁性粉体は、全体として変形可能なので、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）が生じても、これを吸収することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記絶縁部材が、可撓性を有し前記電極の表面及び前記導線部材の外面を覆う被覆部材である。
【００１４】
このように、電極の表面及び導線部材の外面を被覆部材で覆う簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも、被覆部材は可撓性を有しているので、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）が生じても、これを吸収することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記構成としたので、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】（Ａ）は本発明の第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り、（Ｂ）は第２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る。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。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。
【００１９】
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ、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、中心の芯材３２の周囲を絶縁性のガラスコート層３４及びセラミックコート層３６が覆い、さらにその外周が金属カバー筒３８でカバーされている。端子１８Ａ、１８Ｂの芯材３２は、ケース筒体２８を貫通している。
【００２０】
端子１８Ａ、１８Ｂの端部は、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を介して電極１６Ａ、１６Ｂに接続されている。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、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用をエンジン始動直後等であっても早く発揮させることができるようになっている。
【００２１】
触媒担体１４の外周には、絶縁性材料によって略円筒状に形成された保持部材２６が配置されている。さらに、保持部材２６の外周には、ステンレス等の金属で略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、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部材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部材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。
【００２２】
また、保持部材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、保持部材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、保持部材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、保持部材２６は、上記した絶縁性及び弾性を有すれば、材質は限定されないがが、材料の例としては、繊維マットが好ましく、この他にインタラムマットやムライト等も適用可能である。
【００２３】
本実施形態では、保持部材２６は、電極１６Ａ、１６Ｂと非接触になるように、軸方向に２分割されており、上流側保持部材２６Ｐと下流側保持部材２６Ｑとが構成されている。そして、上流側保持部材２６Ｐと下流側保持部材２６Ｑの間に、電極１６Ａ、１６Ｂを収容する電極収容部２４が形成されている。保持部材２６と電極１６Ａ、１６Ｂとは非接触となっている。
【００２４】
また、図１から分かるように、保持部材２６を全体で見たとき、触媒担体１４と保持部材２６とは軸方向で概ね同じ長さに形成されており、触媒担体１４の上流側端面１４Ａと保持部材２６の上流側端面２６Ａとは略面一になっている。同様に、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂと保持部材２６の下流側端面２６Ｂとは略面一になっている。
【００２５】
なお、保持部材２６を上記のように２分割することなく、その上流側端面２６Ａから下流側端面２６Ｂまで連続する略円筒状に形成してもよい。この場合には、電極収容部２４を、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれに対応する位置に、保持部材２６を厚み方向に貫通する孔部として構成することができる。
【００２６】
電極収容部２４には、絶縁性粉体３０が充填されている。絶縁性粉体３０は、絶縁性、可撓性（変形可能性）、耐熱性及び撥水性を備えた部材であり、本実施形態では粉体の状態で電極収容部２４に充填されている。絶縁性粉体３０としては、たとえばタルク（滑石、ケイ酸塩鉱物）等を粉末状にしたものが挙げられる。このような絶縁性粉体３０を電極収容部２４に充填したことで、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。また、絶縁性粉体３０は導線部材２０Ａ、２０Ｂの周囲を覆っており、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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１２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、排気の流れによって下流側へと飛散するため、水滴が触媒担体１４の外周面（触媒担体１４と保持部材２６の間）を通って電極収容部２４に達することがある。あるいは、触媒担体１４や保持部材２６が吸水し、その水分が電極収容部２４に染み出すことがある。さらに、気体の水分（水蒸気）も排気と共に触媒担体１４を通過し電極収容部２４に達することがある。水蒸気は、温度の低い電極１６Ａ、１６Ｂの周囲では液化し、電極１６Ａ、１６Ｂの表面に液体の水分として付着するおそれがある。
【００３０】
ここで、電極収容部２４に絶縁性粉体３０が充填されていない構成を想定すると、電極収容部２４に浸入した水分により、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８とが水分で短絡されたり、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと、水分を含んだ保持部材２６とが短絡されたりすることによって、電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗が低下することがある。このように電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗が低下すると、触媒担体１４への通電量が少なくなってしまう。
【００３１】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、電極収容部２４に絶縁性粉体３０が充填されており、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３２】
しかも、本実施形態の絶縁性粉体３０は電極収容部２４に充填されており、電極収容部２４内に隙間（空隙）が存在しないため、水分が浸入するスペースも生じないようになっている。加えて絶縁性粉体３０は撥水性を備えており、絶縁性粉体３０自体が吸水してしまうことも抑制されている。このように、絶縁性粉体３０は吸水しないため、絶縁性粉体３０の水分によって電極１６Ａ、１６Ｂの絶縁抵抗が低下することも抑制される。そして、これにより、触媒担体１４への通電量を確保して、触媒担体１４の加熱効率を高く維持できる。
【００３３】
なお、絶縁性粉体３０は、可撓性も有しており、全体として変形可能となっている。したがって、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の違いや、排気管１０を通じた振動の入力によるケース筒体２８と触媒担体１４との相対移動は、保持部材２６の弾性だけでなく、絶縁性粉体３０の変形により吸収される。
【００３４】
また、絶縁性粉体３０は、電極収容部２４に充填されることで、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する導線部材２０Ａ、２０Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３５】
図２（Ａ）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。また、図２（Ｂ）には、触媒コンバータ装置５２が部分的に拡大して示されている。第２実施形態において、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。
【００３６】
第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、第１実施形態に係る絶縁性粉体３０に代えて、被覆部材５４、５６、５８を有している。被覆部材５４は、電極収容部２４において、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの表面（触媒担体１４の外周面）を覆うように薄膜状に被覆されている。被覆部材５６は、同じく電極収容部２４において、ケース筒体２８の内周面及、上流側保持部材２６Ｐの下流側端面２６Ｃ及び下流側保持部材２６Ｑの上流側端面２６Ｄを覆っている。被覆部材５６は、導線部材２０Ａ、２０Ｂの外側をそれぞれ覆っている。
【００３７】
被覆部材５４、５６、５８はいずれも、絶縁性を有する材料（たとえば黒体コート等）で構成されている。特に、被覆部材５８は所定の弾性（可撓性）を有しており、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変形に対する抵抗を少なくして、変形に追従するようになっている。
【００３８】
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５２においても、被覆部材５４によって、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。さらに、被覆部材５６によっても、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３９】
また、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、被覆部材５８によって、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する導線部材２０Ａ、２０Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００４０】
しかも、被覆部材５８は弾性を有しており、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形に追従しやすいので、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形を阻害することはない。
【００４１】
なお、被覆部材５４、５６、５８としては、必要とされる絶縁性を有し、さらに、排気による熱で不用意に変質しない程度の耐熱性を有していればよいが、さらに、被覆部材５８としては、このように所定の弾性を有する構造とすることが望まれる。たとえば、マンガンと金属とを含有する黒体コートを被覆部材５８に用いれば、マンガンと金属が化学的に結合し、線膨張係数が金属に比較的近くなるため、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形に対する追従性が、一般的なガラスコート等と比較して高くなる。
【００４２】
第２実施形態において、被覆部材５６がない構成であっても、被覆部材５４によって、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８の間、及び電極１６Ａ、１６Ｂと保持部材２６の間が絶縁される。同様に、被覆部材５６のみによっても、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８の間、及び電極１６Ａ、１６Ｂと保持部材２６の間が絶縁される。すなわち、被覆部材５４、５６のいずれか一方のみを設けた構成であっても、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制するという上記効果は奏する。ただし、被覆部材５６の近傍は、被覆部材５４よりも触媒担体１４から離れており、温度が低いために気体水分が液化しやすい。このように、液体の水分が付着しやすい部位を被覆部材５６が覆うことで、電極収容部２４に浸入した水分に起因する絶縁抵抗の低下を、より効果的に抑制できる。これに対し、被覆部材５６を省略した構成では、より簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 排気管
１２ 触媒コンバータ装置
１４ 触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ 電極
１８Ａ、１８Ｂ 端子
２０Ａ、２０Ｂ 導線部材
２４ 電極収容部
２６ 保持部材
２８ ケース筒体
３０ 絶縁性粉体
５２ 触媒コンバータ装置
５４、５６、５８ 被覆部材
ＣＬ 中心線
【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、金属触媒担体に通電するための電極の周囲に、インタラムマットが接触配置されている。一般に、金属触媒担体の上流側では、内燃機関の燃焼によって生じた水分が凝縮水として飛散することがあり、このとき発生した水滴をインタラムマットが吸収し、インタラムマットを介して電極間が短絡されてしまうと、触媒担体の加熱効率が低下するおそれがある。このような短絡を回避するためには、たとえばインタラムマットを電極と非接触で配置することも考えられるが、電極の周囲に水滴が付着すると、この水滴によって電極間が短絡されてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制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】
【０００６】
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に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、絶縁性を有し、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保持部材と、前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、を有する。
【０００７】
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が電極を通じて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く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。
【０００８】
排気中には、内燃機関の燃焼で生じた水分が含まれることがあり、この水分が飛散して水滴が発生することがある。本発明では、筒体及び保持部材と電極との間に絶縁部材が配置されており、電極が筒体及び保持部材に対し絶縁されている。すなわち、電極と筒体との間、及び電極と保持部材の間の短絡が防止されるので、触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。
【０００９】
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、前記電極のそれぞれに対応して設けられ前記筒体を貫通する端子と、可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、を有し、前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している。
【００１０】
電極に対し、端子及び導線部材を通じて通電することができる。そして、絶縁部材は、導線部材を筒体及び保持部材に対し絶縁しているので、導線部材と筒体との間、及び導線部材と保持部材との間の短絡も防止される。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記保持部材が、前記電極よりも前記排気の流れ方向の上流側及び下流側に分割して設けられ、前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である。
【００１２】
このように、上流側の保持部材と下流側の保持部材の間で、且つ触媒担体または電極と筒体の間に絶縁性粉体を充填する簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも絶縁性粉体は、全体として変形可能なので、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）が生じても、これを吸収することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記絶縁部材が、可撓性を有し前記電極の表面及び前記導線部材の外面を覆う被覆部材である。
【００１４】
このように、電極の表面及び導線部材の外面を被覆部材で覆う簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも、被覆部材は可撓性を有しているので、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）が生じても、これを吸収することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記構成としたので、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】（Ａ）は本発明の第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り、（Ｂ）は第２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る。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。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。
【００１９】
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ、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、中心の芯材３２の周囲を絶縁性のガラスコート層３４及びセラミックコート層３６が覆い、さらにその外周が金属カバー筒３８でカバーされている。端子１８Ａ、１８Ｂの芯材３２は、ケース筒体２８を貫通している。
【００２０】
端子１８Ａ、１８Ｂの端部は、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を介して電極１６Ａ、１６Ｂに接続されている。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、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用をエンジン始動直後等であっても早く発揮させることができるようになっている。
【００２１】
触媒担体１４の外周には、絶縁性材料によって略円筒状に形成された保持部材２６が配置されている。さらに、保持部材２６の外周には、ステンレス等の金属で略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、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部材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部材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。
【００２２】
また、保持部材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、保持部材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、保持部材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、保持部材２６は、上記した絶縁性及び弾性を有すれば、材質は限定されないがが、材料の例としては、繊維マットが好ましく、この他にインタラムマットやムライト等も適用可能である。
【００２３】
本実施形態では、保持部材２６は、電極１６Ａ、１６Ｂと非接触になるように、軸方向に２分割されており、上流側保持部材２６Ｐと下流側保持部材２６Ｑとが構成されている。そして、上流側保持部材２６Ｐと下流側保持部材２６Ｑの間に、電極１６Ａ、１６Ｂを収容する電極収容部２４が形成されている。保持部材２６と電極１６Ａ、１６Ｂとは非接触となっている。
【００２４】
また、図１から分かるように、保持部材２６を全体で見たとき、触媒担体１４と保持部材２６とは軸方向で概ね同じ長さに形成されており、触媒担体１４の上流側端面１４Ａと保持部材２６の上流側端面２６Ａとは略面一になっている。同様に、触媒担体１４の下流側端面１４Ｂと保持部材２６の下流側端面２６Ｂとは略面一になっている。
【００２５】
なお、保持部材２６を上記のように２分割することなく、その上流側端面２６Ａから下流側端面２６Ｂまで連続する略円筒状に形成してもよい。この場合には、電極収容部２４を、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれに対応する位置に、保持部材２６を厚み方向に貫通する孔部として構成することができる。
【００２６】
電極収容部２４には、絶縁性粉体３０が充填されている。絶縁性粉体３０は、絶縁性、可撓性（変形可能性）、耐熱性及び撥水性を備えた部材であり、本実施形態では粉体の状態で電極収容部２４に充填されている。絶縁性粉体３０としては、たとえばタルク（滑石、ケイ酸塩鉱物）等を粉末状にしたものが挙げられる。このような絶縁性粉体３０を電極収容部２４に充填したことで、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。また、絶縁性粉体３０は導線部材２０Ａ、２０Ｂの周囲を覆っており、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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１２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、排気の流れによって下流側へと飛散するため、水滴が触媒担体１４の外周面（触媒担体１４と保持部材２６の間）を通って電極収容部２４に達することがある。あるいは、触媒担体１４や保持部材２６が吸水し、その水分が電極収容部２４に染み出すことがある。さらに、気体の水分（水蒸気）も排気と共に触媒担体１４を通過し電極収容部２４に達することがある。水蒸気は、温度の低い電極１６Ａ、１６Ｂの周囲では液化し、電極１６Ａ、１６Ｂの表面に液体の水分として付着するおそれがある。
【００３０】
ここで、電極収容部２４に絶縁性粉体３０が充填されていない構成を想定すると、電極収容部２４に浸入した水分により、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８とが水分で短絡されたり、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと、水分を含んだ保持部材２６とが短絡されたりすることによって、電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗が低下することがある。このように電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗が低下すると、触媒担体１４への通電量が少なくなってしまう。
【００３１】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、電極収容部２４に絶縁性粉体３０が充填されており、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３２】
しかも、本実施形態の絶縁性粉体３０は電極収容部２４に充填されており、電極収容部２４内に隙間（空隙）が存在しないため、水分が浸入するスペースも生じないようになっている。加えて絶縁性粉体３０は撥水性を備えており、絶縁性粉体３０自体が吸水してしまうことも抑制されている。このように、絶縁性粉体３０は吸水しないため、絶縁性粉体３０の水分によって電極１６Ａ、１６Ｂの絶縁抵抗が低下することも抑制される。そして、これにより、触媒担体１４への通電量を確保して、触媒担体１４の加熱効率を高く維持できる。
【００３３】
なお、絶縁性粉体３０は、可撓性も有しており、全体として変形可能となっている。したがって、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の違いや、排気管１０を通じた振動の入力によるケース筒体２８と触媒担体１４との相対移動は、保持部材２６の弾性だけでなく、絶縁性粉体３０の変形により吸収される。
【００３４】
また、絶縁性粉体３０は、電極収容部２４に充填されることで、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する導線部材２０Ａ、２０Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３５】
図２（Ａ）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。また、図２（Ｂ）には、触媒コンバータ装置５２が部分的に拡大して示されている。第２実施形態において、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。
【００３６】
第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、第１実施形態に係る絶縁性粉体３０に代えて、被覆部材５４、５６、５８を有している。被覆部材５４は、電極収容部２４において、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの表面（触媒担体１４の外周面）を覆うように薄膜状に被覆されている。被覆部材５６は、同じく電極収容部２４において、ケース筒体２８の内周面及、上流側保持部材２６Ｐの下流側端面２６Ｃ及び下流側保持部材２６Ｑの上流側端面２６Ｄを覆っている。被覆部材５６は、導線部材２０Ａ、２０Ｂの外側をそれぞれ覆っている。
【００３７】
被覆部材５４、５６、５８はいずれも、絶縁性を有する材料（たとえば黒体コート等）で構成されている。特に、被覆部材５８は所定の弾性（可撓性）を有しており、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変形に対する抵抗を少なくして、変形に追従するようになっている。
【００３８】
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５２においても、被覆部材５４によって、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。さらに、被覆部材５６によっても、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００３９】
また、第２実施形態の触媒コンバータ装置５２では、被覆部材５８によって、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれとケース筒体２８の間、及び、導線部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれと保持部材２６との間が絶縁されている。したがって、電極収容部２４に浸入した水分に起因する導線部材２０Ａ、２０Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００４０】
しかも、被覆部材５８は弾性を有しており、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形に追従しやすいので、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形を阻害することはない。
【００４１】
なお、被覆部材５４、５６、５８としては、必要とされる絶縁性を有し、さらに、排気による熱で不用意に変質しない程度の耐熱性を有していればよいが、さらに、被覆部材５８としては、このように所定の弾性を有する構造とすることが望まれる。たとえば、マンガンと金属とを含有する黒体コートを被覆部材５８に用いれば、マンガンと金属が化学的に結合し、線膨張係数が金属に比較的近くなるため、導線部材２０Ａ、２０Ｂの変位及び変形に対する追従性が、一般的なガラスコート等と比較して高くなる。
【００４２】
第２実施形態において、被覆部材５６がない構成であっても、被覆部材５４によって、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８の間、及び電極１６Ａ、１６Ｂと保持部材２６の間が絶縁される。同様に、被覆部材５６のみによっても、電極１６Ａ、１６Ｂとケース筒体２８の間、及び電極１６Ａ、１６Ｂと保持部材２６の間が絶縁される。すなわち、被覆部材５４、５６のいずれか一方のみを設けた構成であっても、電極収容部２４に浸入した水分に起因する電極１６Ａ、１６Ｂの間の絶縁抵抗の低下を抑制するという上記効果は奏する。ただし、被覆部材５６の近傍は、被覆部材５４よりも触媒担体１４から離れており、温度が低いために気体水分が液化しやすい。このように、液体の水分が付着しやすい部位を被覆部材５６が覆うことで、電極収容部２４に浸入した水分に起因する絶縁抵抗の低下を、より効果的に抑制できる。これに対し、被覆部材５６を省略した構成では、より簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 排気管
１２ 触媒コンバータ装置
１４ 触媒担体
１６Ａ、１６Ｂ 電極
１８Ａ、１８Ｂ 端子
２０Ａ、２０Ｂ 導線部材
２４ 電極収容部
２６ 保持部材
２８ ケース筒体
３０ 絶縁性粉体
５２ 触媒コンバータ装置
５４、５６、５８ 被覆部材
ＣＬ 中心線
【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に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、
絶縁性を有し、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保持部材と、
前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記電極のそれぞれに対応して設けられ前記筒体を貫通する端子と、
可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、
を有し、
前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している請求項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、前記電極よりも前記排気の流れ方向の上流側及び下流側に分割して設けられ、
前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
前記絶縁部材が、可撓性を有し前記電極の表面及び前記導線部材の外面を覆う被覆部材である請求項２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に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、
絶縁性を有し、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保持部材と、
前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項２】
前記電極のそれぞれに対応して設けられ前記筒体を貫通する端子と、
可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、
を有し、
前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している請求項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、前記電極よりも前記排気の流れ方向の上流側及び下流側に分割して設けられ、
前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【請求項４】
前記絶縁部材が、可撓性を有し前記電極の表面及び前記導線部材の外面を覆う被覆部材である請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−６２８３２（Ｐ２０１２−６２８３２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８２４６（Ｐ２０１０−２０８２４６）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【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３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【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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