触媒担持用構造体及び触媒コンバータ装置
【課題】触媒担体の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能な触媒コンバータ装置、この触媒コンバータ装置を構成する触媒担持用構造体を得る。
【解決手段】触媒担体１４は、排気の流れ方向と直交する断面で見たとき、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、その幅Ｗが電極中心１６Ｃへ向かって漸減する漸減幅部１４Ｄが形成される。幅Ｗは、任意の位置において中心線ＣＬの長さＬよりも短くなっている。全体として、触媒担体１４の発熱と放熱がバランスされる。
【解決手段】触媒担体１４は、排気の流れ方向と直交する断面で見たとき、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、その幅Ｗが電極中心１６Ｃへ向かって漸減する漸減幅部１４Ｄが形成される。幅Ｗは、任意の位置において中心線ＣＬの長さＬよりも短くなっている。全体として、触媒担体１４の発熱と放熱がバランスされる。
【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と、この触媒コンバータ装置を構成する触媒担持用構造体に関する。
【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、触媒を担持する金属製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することが望まれる。たとえば、排気の流れ方向と直交する断面が円形とされた触媒担体（基材）に対し、この触媒担体を挟んで対向する位置に貼着された一対の電極により通電すると、電流の流れ方向の断面積が電極近傍と触媒担体の中央とで大きく異なるため、電流密度にも大きな差が生じ、発熱量のムラが生じやすくなる。
【０００３】
これに対し、たとえば、特許文献１に記載されているような、排気の流れ方向と直交する断面が四角形の触媒担体では、電流の流れの断面積が一定になるため、上記した発熱量のムラは生じにくい。しかし、電極からの放熱が多くなると、発熱と放熱のバランスが崩れ、触媒担体内の温度差が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２８００８６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、触媒担体の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能な触媒コンバータ装置と、この触媒コンバータ装置を構成する触媒担持用構造体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、通電によって加熱される触媒担体と、前記排気の流れ方向と直交する直交断面で見て前記触媒担体を挟んで対向する位置で触媒担体に接触配置された一対の電極と、前記触媒担体に形成され、前記直交断面で見て前記電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅が、前記電極が接触された部位において電極中心に向かって漸減する漸減幅部と、前記触媒担体の前記電極が接触されていない部位が、前記直交断面で見て前記漸減幅部よりも幅広とされた幅広部と、を有し、前記幅広部において幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、前記中心線の長さＬ１よりも短くされている。
【０００７】
この触媒担持用構造体では、触媒担体に接触配置された一対の電極により触媒担体が通電されると、触媒担体は加熱されて昇温される。たとえば、触媒担体に触媒を担持させた場合には、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。
【０００８】
電極は、排気の流れ方向と直交する直交断面で見て、触媒担体を挟んで対向する位置に設けられているため、電極をこのように対向配置していない構成と比較して、触媒担体を均一に加熱することができる。
【０００９】
さらに、触媒担体には、直交断面で見て電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅を考えると、電極が接触された部位においては、電極中心に向かって幅が漸減する漸減幅部が形成され、さらに、電極が接触されていない部位は、漸減幅部よりも幅広の幅広部とされている。すなわち、漸減幅部は幅広部よりも幅狭になっている。触媒担体は、電極が接触された部位においては電極を通じて触媒担体から放熱されるが、漸減幅部は幅狭なので電流が流れる部分の断面積が小さくなり、電流密度が高くなって発熱量も多くなる。このため、電極からの放熱とバランスされる。
【００１０】
また、幅広部では、その幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、中心線の長さＬ１よりも短くされている。このように最大幅部の幅Ｗ１を制限する（上限を設定する）ことで、電極間での電流の流れの断面積も制限される。すなわち、幅広部において、電流密度の局所的な低下が抑制されるので、触媒担体の各部位での発熱量が均一化される。
【００１１】
このように、本発明では、触媒担体の発熱と放熱とをバランスさせることで、触媒担体全体で温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【００１２】
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、前記最大幅部の幅Ｗ１が、前記長さＬ１の９３％以下とされている。
【００１３】
このように、最大幅部の幅Ｗ１を中心線の長さＬ１に対し９３％以下とすることで、電極間での電流の流れの断面積をより均一に近づけることになるので、触媒担体の各部位での発熱を均一化できる。
【００１４】
なお、最大幅部の幅Ｗ１の下限値は、上記したように発熱を均一化する観点からは特に制限がないが、あまりに幅Ｗ１を小さくすると、触媒担体としての強度維持が困難になる。さらには、この触媒コンバータ装置の装着対象である排気管は一般に円筒状（断面が円形）とされているため、幅狭の触媒担体では排気管への搭載性が低下する。これらの観点から、最大幅部の幅Ｗ１の下限としては、中心線の長さＬ１に対し７７％とすることが好ましい。
【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、前記漸減幅部が、前記直交断面で見て前記電極側に凸となる湾曲形状とされている。
【００１６】
漸減幅部をこのように湾曲形状とすることで、円筒状に形成された配管に搭載することが容易になる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を長軸とする楕円形状とされている。
【００１８】
触媒担体を直交断面で見て楕円形状とすることで、触媒担体に角部がなくなるので、局所的な放熱を抑制できる。
【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、前記触媒担体の前記最大幅部が、前記漸減幅部以外の部分の全体に形成されている。
【００２０】
すなわち、最大幅部が漸減幅部以外の部位で、中心線の方向に沿って所定の長さで存在していることになるので、触媒担体の発熱をより均一に近づけることが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を中心とする対称形状とされている。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線の垂直二等分線を中心とする対称形状とされている。
【００２３】
このように、触媒担体を対称形状とすることで、温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は上記構成としたので、触媒担体の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を示し、（Ａ）は排気の流れ方向に沿った断面図、（Ｂ）は排気の流れ方向と直交する方向での断面図である。
【図２】比較例の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【図３】触媒コンバータ装置の触媒担体における最大幅Ｗ１／長さＬ１と最大温度差（温度勾配）との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１（Ａ）には、本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置１２が示されている。触媒コンバータ装置１２は、排気管の途中に装着されるようになっている。排気管内には、エンジンからの排気が流れるが、図１は、この排気の流れ方向と直交する方向の断面（図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面）にて、触媒コンバータ装置１２を示したものである。
【００２７】
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、たとえばハニカム状とすることで材料の表面積が増大されている。触媒担体１４の表面には触媒（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に限定されるものではなく、たとえば波状等であってもよい。但し、構造耐久性の観点からは、ハニカム状のものが好ましい。
【００２８】
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。触媒担体１４を構成する材料として、たとえば、少なくとも炭化珪素を含むようにすれば、高い強度や耐熱性が得られるので好ましい。気孔率の調整の容易さから、少なくとも炭化珪素と金属珪素とが含まれた材料が最も好ましい。さらに、電気抵抗率としては、１０〜２００Ω・ｃｍとすれば、後述するように通電したときに、担持した触媒を効率的に温度上昇させることができるので好ましい。触媒担体の気孔率としては、３０〜６０％の範囲とすることが好ましい。気孔率を３０％以上とすると、必要な表面積を確保して多くの触媒を担持可能となる。また、気孔率を６０％以下とすることで、触媒担体１４として求められる強度を維持することが可能となる。
【００２９】
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の中心にはそれぞれ端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。電極１６Ａ、１６Ｂは、触媒担体１４の外周面に沿って所定の広がりをもった範囲で触媒担体１４に接触配置されており、端子１８Ａ、１８Ｂから電極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。そして、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、触媒が有する排気の浄化作用をより高く発揮させることができるようになっている。
【００３０】
本実施形態では、図１（Ｂ）から分かるように、排気の流れ方向と直交する断面で見て、触媒担体１４を楕円形状としている。そして、この楕円の長軸ＬＡ上に、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの中心部分（電極中心１６Ｃ）が位置するように、触媒担体１４を挟んで対向する位置で電極１６Ａ、１６Ｂを配置している。
【００３１】
ここで、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃを結ぶ線分として中心線ＣＬを設定し、この中心線と直交する方向で測った触媒担体１４の長さとして幅Ｗを定義する。このとき、中心線ＣＬが、楕円形状とされた触媒担体１４の長軸ＬＡと一致している。また、中心線ＣＬの垂直二等分線ＶＤが、触媒担体１４の短軸ＳＡと一致している。
【００３２】
触媒担体１４は、中心線ＣＬ（長軸ＬＡ）を中心として、図１（Ｂ）において左右対称の形状となっている。さらに、触媒担体１４は、垂直二等分線ＶＤ（短軸ＳＡ）を中心として、同じく図１（Ｂ）において上下対称の形状となっている。触媒担体１４の幅Ｗは、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、触媒担体１４の中心１４Ｃ（長軸ＬＡと短軸ＳＡの交点）側から電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃへ向かうにしたがって漸減しており、本発明に係る漸減幅部１４Ｄが形成されている。特に、本実施形態では、電極１６Ａ、１６Ｂが貼着された部分は、触媒担体１４の表面が断面で見て楕円形状の一部であり、電極１６Ａまたは電極１６Ｂに向かって凸に湾曲する曲面部１４Ｂとなっている。これに対し、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位は、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位と比較して全体的に幅広となっており、本発明に係る幅広部１４Ｗとなっている。
【００３３】
さらに、本実施形態の触媒担体１４は楕円形状とされているため、幅Ｗは、任意の位置において、中心線ＣＬ（長軸ＬＡ）の長さＬ１よりも短くなっている。そして、触媒担体１４の短軸ＳＡにおいて、幅Ｗが最大（この最大幅をＷ１とする）となり、本発明に係る最大幅部１４Ｍが構成されている。
【００３４】
本実施形態では、電極中心１６Ｃの間の長さ（長軸ＬＡの長さ）Ｌ１に対し、最大幅（短軸ＳＡの長さ）Ｗ１が、７７％〜９３％、好ましくは７７％〜８５％の範囲となるように触媒担体１４の形状が決められている。
【００３５】
触媒担体１４の外周には、絶縁性材料によって円筒状に形成された保持部材２４が配置されている。さらに、保持部材２４の外周には、ステンレス等の金属で円筒状に成形されたケース筒体２８が配置されている。すなわち、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２４により、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に隙間なく保持されている。そして、絶縁性を有する保持部材２４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。
このような構成とされた触媒コンバータ装置１２において触媒担体１４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体１３となっている。換言すれば、触媒担持用構造体１３の触媒担体１４に触媒を担持させたものが、触媒コンバータ装置１２である。
【００３６】
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。
【００３７】
触媒コンバータ装置１２は、そのケース筒体２８が排気管の途中に取り付けられており、触媒担体１４の内部を排気が矢印Ｆ１方向に通過する。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、浄化作用をより高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。
【００３８】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４が、排気の流れ方向と直交する断面で見て楕円形状とされており、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃ間の長さＬ１よりも、最大幅Ｗ１が短くされている。
【００３９】
ここで、図２に示すように、排気の流れ方向と直交する断面で見て円形とされた触媒担体１１４を有する第１比較例の触媒コンバータ装置１１２を想定する。この第１比較例の触媒コンバータ装置１１２では、触媒担体１１４の断面形状が円形なので、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃを結ぶ中心線ＣＬの長さＬ１と、最大幅部１１４Ｍにおける最大幅Ｗ１とが一致している。
【００４０】
したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２では、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍における幅Ｗ（特にＷ２として示す）と、最大幅部１１４Ｍにおける幅Ｗ（最大幅Ｗ１）との差が大きくなっている。電極１６Ａ、１６Ｂ間の電流が矢印ＥＣのように流れることを考慮すると、電流の流れに対する断面積が、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍では相対的に狭くなり、最大幅部１１４Ｍでは相対的に広くなる。すなわち、最大幅部１１４Ｍでは、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して電流密度が相対的に小さくなるため、最大幅部１１４Ｍでの発熱量も、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して相対的に小さくなる。したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１２では、最大幅部１１４Ｍの温度が、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して、より低くなりやすい傾向がある。
【００４１】
これに対し、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４が断面で見て楕円形状とされており、最大幅Ｗ１が中心線ＣＬの長さＬ１よりも短くなっている。したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、最大幅部１４Ｍにおける電流の流れの断面積の減少量が少なくなり、電流密度の低下量も少なくなっている。このため、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２では、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、触媒担体１４における発熱量の均一化が図られていることになる。
【００４２】
図３には、触媒担体１４の中心線ＣＬの長さＬ１に対する最大幅Ｗ１の比（Ｗ１／Ｌ１）と、触媒担体１４内での最大温度差との関係が示されている。この最大温度差とは、図１（Ｂ）に示す断面で見て、触媒担体１４の加熱時の最高温度部位と最低温度部位との温度差を、これらの部位の距離で割ったもの（温度勾配）である。したがって、この数値が小さい程、触媒担体１４の温度の均一化が図られていることになる。
【００４３】
ここで、一般に、触媒担体１４の内部の温度の均一化の観点からは、最大温度差を６０℃／ｃｍ以下、さらに４０℃／ｃｍ以下とすることが好ましい。そして、この図３のグラフから、最大幅Ｗ１／長さＬ１の値を９３％以下にすれば、上記した最大温度差が６０℃／ｃｍ以下を、さらに８５％にすれば４０℃／ｃｍ以下を実現できることが分かる。
【００４４】
なお、かかる観点からは、最大幅Ｗ１／長さＬ１に下限値はないが、あまりの幅Ｗ１を小さくすると、触媒担体１４としての強度維持が困難になるおそれがある。また、触媒コンバータ装置１２の装着対象である排気管は一般に円筒状とされ、これに合わせてケース筒体２８も円筒状とされるため、最大幅Ｗ１が小さいと、ケース筒体２８と触媒担体１４との隙間が大きくなる。この隙間を埋めるべく、実際には保持部材２４を厚肉にしたり、ケース筒体２８の形状を一部変更したりする必要が生じ、排気管への搭載性（搭載のしやすさ）が低下する。かかる観点から、最大幅Ｗ１／長さＬ１の値は７７％以上とすることが好ましい。
【００４５】
また、触媒担体１４には、図１（Ｂ）から分かるように、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位が、電極中心１６Ｃに向かって幅Ｗが漸減する漸減幅部１４Ｄとされ、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位では、漸減幅部１４Ｄよりも幅広の幅広部１４Ｗとされている。電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、触媒担体１４の熱が、電極１６Ａ、１６Ｂ、さらには端子１８Ａ、１８Ｂを介して放熱されることがあり、この放熱は、触媒担体１４の局所的な（電極１６Ａ、１６Ｂの近傍部位での）温度低下の要因となり得る。しかし、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位である漸減幅部１４Ｄが、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位である幅広部１４Ｗよりも幅狭となっており、漸減幅部１４Ｄにおける電流密度が幅広部１４Ｗの電流密度よりも相対的に高くなっている。すなわち、漸減幅部１４Ｄでは、発熱量が多くなり、電極１６Ａ、１６Ｂからの放熱量の一部を補うことになる。このため、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位においても、放熱と発熱とがバランスされ、温度の均一化が図られている。
【００４６】
特に、本実施形態では、漸減幅部１４Ｄが幅広部１４Ｗに対し単に幅狭とされているだけでなく、電極中心１６Ｃに向かって幅が漸減する形状とされている。電極中心１６Ｃの位置には、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれに対応して端子１８Ａ、１８Ｂが接続されているので、端子１８Ａ、１８Ｂを介しての放熱も発生し、触媒担体１４の温度が低下しやすい。すなわち、放熱による温度低下が著しいと想定される部位（電極中心１６Ｃ）に向かって触媒担体１４の幅Ｗが狭くなっており、電流密度をより高くすることになるので、放熱と発熱とを、さらに効果的にバランスさせることができる。
【００４７】
このように、本実施形態では、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位及び接触配置されていない部位のいずれにおいても、触媒担体１４の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【００４８】
図４には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置４２が示されている。以下において、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様の構成要素、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。
【００４９】
第２実施形態に係る触媒担体４４は、排気の流れ方向と直交する断面で見て、幅広部４４Ｗが直線状に形成されている。すなわち、幅広部４４Ｗは、中心線ＣＬと平行とされており、幅広部４４Ｗの全体が、本発明の最大幅部４４Ｍとなっている。換言すれば、最大幅部４４Ｍが、漸減幅部１４Ｄ以外の部分の全体において、中心線ＣＬに沿った方向に所定の範囲（広がり）で形成されていることになる。
なお、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２においても、触媒担体４４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体４３となっている。
【００５０】
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４２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様に、最大幅部４４Ｍの最大幅Ｗ１が中心線ＣＬの長さＬ１よりも短くなっており、最大幅部４４Ｍにおける電流密度の低下量も少なくなっている。このため、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２では、触媒担体４４の幅広部４４Ｗにおける発熱量の均一化が図られている。特に第２実施形態では、最大幅部４４Ｍが中心線ＣＬに沿った方向に所定の範囲で形成されているので、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と比較して、より広い範囲で電流密度の均一化を図り、発熱を均一化することが可能である。
【００５１】
また、漸減幅部１４Ｄでは発熱量が多くなり、電極１６Ａ、１６Ｂからの放熱量の一部を補うことになる。このため、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位においても、放熱と発熱とをバランスさせることができる。
【００５２】
なお、このような形状の第２実施形態の触媒担体４４と比較すると、第１実施形態の触媒担体１４では、触媒担体１４の外周面が図１（Ｂ）に示す断面において全体的に滑らかな曲線（実際には曲面）で構成されており、外周面に角部が存在しない。したがって、第１実施形態の触媒担体１４では、このような角部からの放熱を抑制できる。
【００５３】
また、第１実施形態の触媒担体１４は、全体として楕円形状とされており、より円に近い形状となっている。したがって、排気管への搭載性は、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２よりも第１実施形態の触媒コンバータ装置１２のほうが優れることが多い。
【００５４】
なお、かかる観点から、図５に示す第３実施形態の触媒コンバータ装置５２のように、上記各実施形態の触媒担体１４、４４とは異なる幅広部５４Ｗの形状を持つ触媒担体５４を用いてもよい。
第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、触媒担体５４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体５３となっている。
【００５５】
第３実施形態に係る触媒担体５４では、幅広部５４Ｗが所定の曲率で外側に向かって湾曲しており、垂直二等分線ＶＤ上に最大幅部５４Ｍが位置する形状とされている。この幅広部５４Ｗの曲率は、第１実施形態に係る幅広部１４Ｗの曲率よりも小さくなっているが、第２実施形態に係る幅広部４４Ｗのように直線状（平面状）でもない形状とされている。したがって、第３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と比較すると、触媒担体５４の幅広部５４Ｗにおける発熱量の均一化を図ることができる。また、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２と比較すると、円に近い形状なので、排気管への搭載性に優れる。
【００５６】
上記したいずれの実施形態においても、触媒担体１４、４４、５４は、中心線ＣＬを中心として左右対称形状とされており、且つ、中心線ＣＬの垂直二等分線ＶＤを中心として上下対称形状とされている。このように、対称形状とすることで、対称形状でないものと比較して、触媒担体１４、４４、５４はより均一な温度分布となる。
【００５７】
また、本発明に係る漸減幅部の形状として、上記各実施形態では、排気の流れ方向と直交する断面で略円弧状に湾曲する曲面部１４Ｂを挙げているが、断面で直線状あるいは階段状に形成されて、電極中心１６Ｃに向かって触媒担体の幅が漸減する形状でもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１２ 触媒コンバータ装置
１３ 触媒担持用構造体
１４ 触媒担体
１４Ｄ 漸減幅部
１４Ｗ 幅広部
１４Ｍ 最大幅部
１４Ｃ 触媒担体の中心
１６Ａ、１６Ｂ 電極
１６Ｃ 電極中心
１８Ａ、１８Ｂ 端子
４２ 触媒コンバータ装置
４３ 触媒担持用構造体
４４ 触媒担体
４４Ｗ 幅広部
５２ 触媒コンバータ装置
５３ 触媒担持用構造体
５４ 触媒担体
５４Ｗ 幅広部
ＣＬ 中心線
ＶＤ 垂直二等分線
ＬＡ 長軸
ＳＡ 短軸
Ｗ１ 最大幅
【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と、この触媒コンバータ装置を構成する触媒担持用構造体に関する。
【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、触媒を担持する金属製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することが望まれる。たとえば、排気の流れ方向と直交する断面が円形とされた触媒担体（基材）に対し、この触媒担体を挟んで対向する位置に貼着された一対の電極により通電すると、電流の流れ方向の断面積が電極近傍と触媒担体の中央とで大きく異なるため、電流密度にも大きな差が生じ、発熱量のムラが生じやすくなる。
【０００３】
これに対し、たとえば、特許文献１に記載されているような、排気の流れ方向と直交する断面が四角形の触媒担体では、電流の流れの断面積が一定になるため、上記した発熱量のムラは生じにくい。しかし、電極からの放熱が多くなると、発熱と放熱のバランスが崩れ、触媒担体内の温度差が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２８００８６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、触媒担体の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能な触媒コンバータ装置と、この触媒コンバータ装置を構成する触媒担持用構造体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、通電によって加熱される触媒担体と、前記排気の流れ方向と直交する直交断面で見て前記触媒担体を挟んで対向する位置で触媒担体に接触配置された一対の電極と、前記触媒担体に形成され、前記直交断面で見て前記電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅が、前記電極が接触された部位において電極中心に向かって漸減する漸減幅部と、前記触媒担体の前記電極が接触されていない部位が、前記直交断面で見て前記漸減幅部よりも幅広とされた幅広部と、を有し、前記幅広部において幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、前記中心線の長さＬ１よりも短くされている。
【０００７】
この触媒担持用構造体では、触媒担体に接触配置された一対の電極により触媒担体が通電されると、触媒担体は加熱されて昇温される。たとえば、触媒担体に触媒を担持させた場合には、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。
【０００８】
電極は、排気の流れ方向と直交する直交断面で見て、触媒担体を挟んで対向する位置に設けられているため、電極をこのように対向配置していない構成と比較して、触媒担体を均一に加熱することができる。
【０００９】
さらに、触媒担体には、直交断面で見て電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅を考えると、電極が接触された部位においては、電極中心に向かって幅が漸減する漸減幅部が形成され、さらに、電極が接触されていない部位は、漸減幅部よりも幅広の幅広部とされている。すなわち、漸減幅部は幅広部よりも幅狭になっている。触媒担体は、電極が接触された部位においては電極を通じて触媒担体から放熱されるが、漸減幅部は幅狭なので電流が流れる部分の断面積が小さくなり、電流密度が高くなって発熱量も多くなる。このため、電極からの放熱とバランスされる。
【００１０】
また、幅広部では、その幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、中心線の長さＬ１よりも短くされている。このように最大幅部の幅Ｗ１を制限する（上限を設定する）ことで、電極間での電流の流れの断面積も制限される。すなわち、幅広部において、電流密度の局所的な低下が抑制されるので、触媒担体の各部位での発熱量が均一化される。
【００１１】
このように、本発明では、触媒担体の発熱と放熱とをバランスさせることで、触媒担体全体で温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【００１２】
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、前記最大幅部の幅Ｗ１が、前記長さＬ１の９３％以下とされている。
【００１３】
このように、最大幅部の幅Ｗ１を中心線の長さＬ１に対し９３％以下とすることで、電極間での電流の流れの断面積をより均一に近づけることになるので、触媒担体の各部位での発熱を均一化できる。
【００１４】
なお、最大幅部の幅Ｗ１の下限値は、上記したように発熱を均一化する観点からは特に制限がないが、あまりに幅Ｗ１を小さくすると、触媒担体としての強度維持が困難になる。さらには、この触媒コンバータ装置の装着対象である排気管は一般に円筒状（断面が円形）とされているため、幅狭の触媒担体では排気管への搭載性が低下する。これらの観点から、最大幅部の幅Ｗ１の下限としては、中心線の長さＬ１に対し７７％とすることが好ましい。
【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、前記漸減幅部が、前記直交断面で見て前記電極側に凸となる湾曲形状とされている。
【００１６】
漸減幅部をこのように湾曲形状とすることで、円筒状に形成された配管に搭載することが容易になる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を長軸とする楕円形状とされている。
【００１８】
触媒担体を直交断面で見て楕円形状とすることで、触媒担体に角部がなくなるので、局所的な放熱を抑制できる。
【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、前記触媒担体の前記最大幅部が、前記漸減幅部以外の部分の全体に形成されている。
【００２０】
すなわち、最大幅部が漸減幅部以外の部位で、中心線の方向に沿って所定の長さで存在していることになるので、触媒担体の発熱をより均一に近づけることが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を中心とする対称形状とされている。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線の垂直二等分線を中心とする対称形状とされている。
【００２３】
このように、触媒担体を対称形状とすることで、温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は上記構成としたので、触媒担体の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置を示し、（Ａ）は排気の流れ方向に沿った断面図、（Ｂ）は排気の流れ方向と直交する方向での断面図である。
【図２】比較例の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【図３】触媒コンバータ装置の触媒担体における最大幅Ｗ１／長さＬ１と最大温度差（温度勾配）との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置を排気の流れ方向と直交する断面で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１（Ａ）には、本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置１２が示されている。触媒コンバータ装置１２は、排気管の途中に装着されるようになっている。排気管内には、エンジンからの排気が流れるが、図１は、この排気の流れ方向と直交する方向の断面（図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面）にて、触媒コンバータ装置１２を示したものである。
【００２７】
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、たとえばハニカム状とすることで材料の表面積が増大されている。触媒担体１４の表面には触媒（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に限定されるものではなく、たとえば波状等であってもよい。但し、構造耐久性の観点からは、ハニカム状のものが好ましい。
【００２８】
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。触媒担体１４を構成する材料として、たとえば、少なくとも炭化珪素を含むようにすれば、高い強度や耐熱性が得られるので好ましい。気孔率の調整の容易さから、少なくとも炭化珪素と金属珪素とが含まれた材料が最も好ましい。さらに、電気抵抗率としては、１０〜２００Ω・ｃｍとすれば、後述するように通電したときに、担持した触媒を効率的に温度上昇させることができるので好ましい。触媒担体の気孔率としては、３０〜６０％の範囲とすることが好ましい。気孔率を３０％以上とすると、必要な表面積を確保して多くの触媒を担持可能となる。また、気孔率を６０％以下とすることで、触媒担体１４として求められる強度を維持することが可能となる。
【００２９】
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の中心にはそれぞれ端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。電極１６Ａ、１６Ｂは、触媒担体１４の外周面に沿って所定の広がりをもった範囲で触媒担体１４に接触配置されており、端子１８Ａ、１８Ｂから電極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。そして、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、触媒が有する排気の浄化作用をより高く発揮させることができるようになっている。
【００３０】
本実施形態では、図１（Ｂ）から分かるように、排気の流れ方向と直交する断面で見て、触媒担体１４を楕円形状としている。そして、この楕円の長軸ＬＡ上に、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの中心部分（電極中心１６Ｃ）が位置するように、触媒担体１４を挟んで対向する位置で電極１６Ａ、１６Ｂを配置している。
【００３１】
ここで、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃを結ぶ線分として中心線ＣＬを設定し、この中心線と直交する方向で測った触媒担体１４の長さとして幅Ｗを定義する。このとき、中心線ＣＬが、楕円形状とされた触媒担体１４の長軸ＬＡと一致している。また、中心線ＣＬの垂直二等分線ＶＤが、触媒担体１４の短軸ＳＡと一致している。
【００３２】
触媒担体１４は、中心線ＣＬ（長軸ＬＡ）を中心として、図１（Ｂ）において左右対称の形状となっている。さらに、触媒担体１４は、垂直二等分線ＶＤ（短軸ＳＡ）を中心として、同じく図１（Ｂ）において上下対称の形状となっている。触媒担体１４の幅Ｗは、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、触媒担体１４の中心１４Ｃ（長軸ＬＡと短軸ＳＡの交点）側から電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃへ向かうにしたがって漸減しており、本発明に係る漸減幅部１４Ｄが形成されている。特に、本実施形態では、電極１６Ａ、１６Ｂが貼着された部分は、触媒担体１４の表面が断面で見て楕円形状の一部であり、電極１６Ａまたは電極１６Ｂに向かって凸に湾曲する曲面部１４Ｂとなっている。これに対し、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位は、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位と比較して全体的に幅広となっており、本発明に係る幅広部１４Ｗとなっている。
【００３３】
さらに、本実施形態の触媒担体１４は楕円形状とされているため、幅Ｗは、任意の位置において、中心線ＣＬ（長軸ＬＡ）の長さＬ１よりも短くなっている。そして、触媒担体１４の短軸ＳＡにおいて、幅Ｗが最大（この最大幅をＷ１とする）となり、本発明に係る最大幅部１４Ｍが構成されている。
【００３４】
本実施形態では、電極中心１６Ｃの間の長さ（長軸ＬＡの長さ）Ｌ１に対し、最大幅（短軸ＳＡの長さ）Ｗ１が、７７％〜９３％、好ましくは７７％〜８５％の範囲となるように触媒担体１４の形状が決められている。
【００３５】
触媒担体１４の外周には、絶縁性材料によって円筒状に形成された保持部材２４が配置されている。さらに、保持部材２４の外周には、ステンレス等の金属で円筒状に成形されたケース筒体２８が配置されている。すなわち、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２４により、触媒担体１４がケース筒体２８の内部に隙間なく保持されている。そして、絶縁性を有する保持部材２４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。
このような構成とされた触媒コンバータ装置１２において触媒担体１４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体１３となっている。換言すれば、触媒担持用構造体１３の触媒担体１４に触媒を担持させたものが、触媒コンバータ装置１２である。
【００３６】
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。
【００３７】
触媒コンバータ装置１２は、そのケース筒体２８が排気管の途中に取り付けられており、触媒担体１４の内部を排気が矢印Ｆ１方向に通過する。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、浄化作用をより高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。
【００３８】
本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４が、排気の流れ方向と直交する断面で見て楕円形状とされており、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃ間の長さＬ１よりも、最大幅Ｗ１が短くされている。
【００３９】
ここで、図２に示すように、排気の流れ方向と直交する断面で見て円形とされた触媒担体１１４を有する第１比較例の触媒コンバータ装置１１２を想定する。この第１比較例の触媒コンバータ装置１１２では、触媒担体１１４の断面形状が円形なので、電極１６Ａ、１６Ｂの電極中心１６Ｃを結ぶ中心線ＣＬの長さＬ１と、最大幅部１１４Ｍにおける最大幅Ｗ１とが一致している。
【００４０】
したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２では、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍における幅Ｗ（特にＷ２として示す）と、最大幅部１１４Ｍにおける幅Ｗ（最大幅Ｗ１）との差が大きくなっている。電極１６Ａ、１６Ｂ間の電流が矢印ＥＣのように流れることを考慮すると、電流の流れに対する断面積が、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍では相対的に狭くなり、最大幅部１１４Ｍでは相対的に広くなる。すなわち、最大幅部１１４Ｍでは、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して電流密度が相対的に小さくなるため、最大幅部１１４Ｍでの発熱量も、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して相対的に小さくなる。したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１２では、最大幅部１１４Ｍの温度が、電極１６Ａ、１６Ｂの近傍と比較して、より低くなりやすい傾向がある。
【００４１】
これに対し、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、触媒担体１４が断面で見て楕円形状とされており、最大幅Ｗ１が中心線ＣＬの長さＬ１よりも短くなっている。したがって、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、最大幅部１４Ｍにおける電流の流れの断面積の減少量が少なくなり、電流密度の低下量も少なくなっている。このため、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２では、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、触媒担体１４における発熱量の均一化が図られていることになる。
【００４２】
図３には、触媒担体１４の中心線ＣＬの長さＬ１に対する最大幅Ｗ１の比（Ｗ１／Ｌ１）と、触媒担体１４内での最大温度差との関係が示されている。この最大温度差とは、図１（Ｂ）に示す断面で見て、触媒担体１４の加熱時の最高温度部位と最低温度部位との温度差を、これらの部位の距離で割ったもの（温度勾配）である。したがって、この数値が小さい程、触媒担体１４の温度の均一化が図られていることになる。
【００４３】
ここで、一般に、触媒担体１４の内部の温度の均一化の観点からは、最大温度差を６０℃／ｃｍ以下、さらに４０℃／ｃｍ以下とすることが好ましい。そして、この図３のグラフから、最大幅Ｗ１／長さＬ１の値を９３％以下にすれば、上記した最大温度差が６０℃／ｃｍ以下を、さらに８５％にすれば４０℃／ｃｍ以下を実現できることが分かる。
【００４４】
なお、かかる観点からは、最大幅Ｗ１／長さＬ１に下限値はないが、あまりの幅Ｗ１を小さくすると、触媒担体１４としての強度維持が困難になるおそれがある。また、触媒コンバータ装置１２の装着対象である排気管は一般に円筒状とされ、これに合わせてケース筒体２８も円筒状とされるため、最大幅Ｗ１が小さいと、ケース筒体２８と触媒担体１４との隙間が大きくなる。この隙間を埋めるべく、実際には保持部材２４を厚肉にしたり、ケース筒体２８の形状を一部変更したりする必要が生じ、排気管への搭載性（搭載のしやすさ）が低下する。かかる観点から、最大幅Ｗ１／長さＬ１の値は７７％以上とすることが好ましい。
【００４５】
また、触媒担体１４には、図１（Ｂ）から分かるように、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位が、電極中心１６Ｃに向かって幅Ｗが漸減する漸減幅部１４Ｄとされ、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位では、漸減幅部１４Ｄよりも幅広の幅広部１４Ｗとされている。電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位では、触媒担体１４の熱が、電極１６Ａ、１６Ｂ、さらには端子１８Ａ、１８Ｂを介して放熱されることがあり、この放熱は、触媒担体１４の局所的な（電極１６Ａ、１６Ｂの近傍部位での）温度低下の要因となり得る。しかし、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位である漸減幅部１４Ｄが、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置されていない部位である幅広部１４Ｗよりも幅狭となっており、漸減幅部１４Ｄにおける電流密度が幅広部１４Ｗの電流密度よりも相対的に高くなっている。すなわち、漸減幅部１４Ｄでは、発熱量が多くなり、電極１６Ａ、１６Ｂからの放熱量の一部を補うことになる。このため、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位においても、放熱と発熱とがバランスされ、温度の均一化が図られている。
【００４６】
特に、本実施形態では、漸減幅部１４Ｄが幅広部１４Ｗに対し単に幅狭とされているだけでなく、電極中心１６Ｃに向かって幅が漸減する形状とされている。電極中心１６Ｃの位置には、電極１６Ａ、１６Ｂのそれぞれに対応して端子１８Ａ、１８Ｂが接続されているので、端子１８Ａ、１８Ｂを介しての放熱も発生し、触媒担体１４の温度が低下しやすい。すなわち、放熱による温度低下が著しいと想定される部位（電極中心１６Ｃ）に向かって触媒担体１４の幅Ｗが狭くなっており、電流密度をより高くすることになるので、放熱と発熱とを、さらに効果的にバランスさせることができる。
【００４７】
このように、本実施形態では、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位及び接触配置されていない部位のいずれにおいても、触媒担体１４の温度ムラを少なくして均一な温度分布に近づけることが可能となる。
【００４８】
図４には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置４２が示されている。以下において、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様の構成要素、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。
【００４９】
第２実施形態に係る触媒担体４４は、排気の流れ方向と直交する断面で見て、幅広部４４Ｗが直線状に形成されている。すなわち、幅広部４４Ｗは、中心線ＣＬと平行とされており、幅広部４４Ｗの全体が、本発明の最大幅部４４Ｍとなっている。換言すれば、最大幅部４４Ｍが、漸減幅部１４Ｄ以外の部分の全体において、中心線ＣＬに沿った方向に所定の範囲（広がり）で形成されていることになる。
なお、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２においても、触媒担体４４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体４３となっている。
【００５０】
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４２においても、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と同様に、最大幅部４４Ｍの最大幅Ｗ１が中心線ＣＬの長さＬ１よりも短くなっており、最大幅部４４Ｍにおける電流密度の低下量も少なくなっている。このため、第１比較例の触媒コンバータ装置１１２と比較して、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２では、触媒担体４４の幅広部４４Ｗにおける発熱量の均一化が図られている。特に第２実施形態では、最大幅部４４Ｍが中心線ＣＬに沿った方向に所定の範囲で形成されているので、第１実施形態の触媒コンバータ装置１２と比較して、より広い範囲で電流密度の均一化を図り、発熱を均一化することが可能である。
【００５１】
また、漸減幅部１４Ｄでは発熱量が多くなり、電極１６Ａ、１６Ｂからの放熱量の一部を補うことになる。このため、電極１６Ａ、１６Ｂが接触配置された部位においても、放熱と発熱とをバランスさせることができる。
【００５２】
なお、このような形状の第２実施形態の触媒担体４４と比較すると、第１実施形態の触媒担体１４では、触媒担体１４の外周面が図１（Ｂ）に示す断面において全体的に滑らかな曲線（実際には曲面）で構成されており、外周面に角部が存在しない。したがって、第１実施形態の触媒担体１４では、このような角部からの放熱を抑制できる。
【００５３】
また、第１実施形態の触媒担体１４は、全体として楕円形状とされており、より円に近い形状となっている。したがって、排気管への搭載性は、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２よりも第１実施形態の触媒コンバータ装置１２のほうが優れることが多い。
【００５４】
なお、かかる観点から、図５に示す第３実施形態の触媒コンバータ装置５２のように、上記各実施形態の触媒担体１４、４４とは異なる幅広部５４Ｗの形状を持つ触媒担体５４を用いてもよい。
第２実施形態の触媒コンバータ装置５２においても、触媒担体５４に触媒が担持されていない状態のものが、本発明の触媒担持用構造体５３となっている。
【００５５】
第３実施形態に係る触媒担体５４では、幅広部５４Ｗが所定の曲率で外側に向かって湾曲しており、垂直二等分線ＶＤ上に最大幅部５４Ｍが位置する形状とされている。この幅広部５４Ｗの曲率は、第１実施形態に係る幅広部１４Ｗの曲率よりも小さくなっているが、第２実施形態に係る幅広部４４Ｗのように直線状（平面状）でもない形状とされている。したがって、第３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と比較すると、触媒担体５４の幅広部５４Ｗにおける発熱量の均一化を図ることができる。また、第２実施形態の触媒コンバータ装置４２と比較すると、円に近い形状なので、排気管への搭載性に優れる。
【００５６】
上記したいずれの実施形態においても、触媒担体１４、４４、５４は、中心線ＣＬを中心として左右対称形状とされており、且つ、中心線ＣＬの垂直二等分線ＶＤを中心として上下対称形状とされている。このように、対称形状とすることで、対称形状でないものと比較して、触媒担体１４、４４、５４はより均一な温度分布となる。
【００５７】
また、本発明に係る漸減幅部の形状として、上記各実施形態では、排気の流れ方向と直交する断面で略円弧状に湾曲する曲面部１４Ｂを挙げているが、断面で直線状あるいは階段状に形成されて、電極中心１６Ｃに向かって触媒担体の幅が漸減する形状でもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１２ 触媒コンバータ装置
１３ 触媒担持用構造体
１４ 触媒担体
１４Ｄ 漸減幅部
１４Ｗ 幅広部
１４Ｍ 最大幅部
１４Ｃ 触媒担体の中心
１６Ａ、１６Ｂ 電極
１６Ｃ 電極中心
１８Ａ、１８Ｂ 端子
４２ 触媒コンバータ装置
４３ 触媒担持用構造体
４４ 触媒担体
４４Ｗ 幅広部
５２ 触媒コンバータ装置
５３ 触媒担持用構造体
５４ 触媒担体
５４Ｗ 幅広部
ＣＬ 中心線
ＶＤ 垂直二等分線
ＬＡ 長軸
ＳＡ 短軸
Ｗ１ 最大幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって加熱される触媒担体と、
前記排気の流れ方向と直交する直交断面で見て前記触媒担体を挟んで対向する位置で触媒担体に接触配置された一対の電極と、
前記触媒担体に形成され、前記直交断面で見て前記電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅が、前記電極が接触された部位において電極中心に向かって漸減する漸減幅部と、
前記触媒担体の前記電極が接触されていない部位が、前記直交断面で見て前記漸減幅部よりも幅広とされた幅広部と、
を有し、
前記幅広部において幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、前記中心線の長さＬ１よりも短くされている触媒担持用構造体。
【請求項２】
前記最大幅部の幅Ｗ１が、前記長さＬ１の９３％以下とされている請求項１に記載の触媒担持用構造体。
【請求項３】
前記漸減幅部が、前記直交断面で見て前記電極側に凸となる湾曲形状とされている請求項１又は請求項２に記載の触媒担持用構造体。
【請求項４】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を長軸とする楕円形状とされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項５】
前記触媒担体の前記最大幅部が、前記漸減幅部以外の部分の全体に形成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項６】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を中心とする対称形状とされている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項７】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線の垂直二等分線を中心とする対称形状とされている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体と、
前記触媒担持用構造体の前記触媒担体に担持され、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒と、
を有する触媒コンバータ装置。
【請求項１】
通電によって加熱される触媒担体と、
前記排気の流れ方向と直交する直交断面で見て前記触媒担体を挟んで対向する位置で触媒担体に接触配置された一対の電極と、
前記触媒担体に形成され、前記直交断面で見て前記電極のそれぞれの中心を結ぶ電極中心線と直交する方向の幅が、前記電極が接触された部位において電極中心に向かって漸減する漸減幅部と、
前記触媒担体の前記電極が接触されていない部位が、前記直交断面で見て前記漸減幅部よりも幅広とされた幅広部と、
を有し、
前記幅広部において幅が最大となる最大幅部の幅Ｗ１が、前記中心線の長さＬ１よりも短くされている触媒担持用構造体。
【請求項２】
前記最大幅部の幅Ｗ１が、前記長さＬ１の９３％以下とされている請求項１に記載の触媒担持用構造体。
【請求項３】
前記漸減幅部が、前記直交断面で見て前記電極側に凸となる湾曲形状とされている請求項１又は請求項２に記載の触媒担持用構造体。
【請求項４】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を長軸とする楕円形状とされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項５】
前記触媒担体の前記最大幅部が、前記漸減幅部以外の部分の全体に形成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項６】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線を中心とする対称形状とされている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項７】
前記触媒担体が、前記直交断面で見て前記中心線の垂直二等分線を中心とする対称形状とされている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の触媒担持用構造体と、
前記触媒担持用構造体の前記触媒担体に担持され、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒と、
を有する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２０１２−２００６２１（Ｐ２０１２−２００６２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４６１０（Ｐ２０１１−６４６１０）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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