電気加熱式触媒
【課題】電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制する。
【解決手段】通電により発熱する発熱体４と、発熱体４を収容するケース２と、発熱体４とケース２との間に挟まれて電気を絶縁するマット３と、を備える電気加熱式触媒１において、マット３よりも少なくとも上流側のケース２の内周面から該ケース２の中心軸Ａ方向側に突き出る突起２４と、突起２４及び該突起２４からマット３までの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層６と、を備える。
【解決手段】通電により発熱する発熱体４と、発熱体４を収容するケース２と、発熱体４とケース２との間に挟まれて電気を絶縁するマット３と、を備える電気加熱式触媒１において、マット３よりも少なくとも上流側のケース２の内周面から該ケース２の中心軸Ａ方向側に突き出る突起２４と、突起２４及び該突起２４からマット３までの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱式触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
通電により発熱する触媒の担体と、該触媒の担体を収容するケースと、の間に絶縁体のマット設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマットによれば、触媒の担体に通電したときに、ケースに電気が流れることを抑制できる。ところで、内燃機関の始動直後などには、燃焼室から粒子状物質（以下、ＰＭという。）が多く排出される。このＰＭは電気を通すため、マットに多くのＰＭが付着すると、該ＰＭを介して触媒の担体からケースに電気が流れる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２６９３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９９２２号公報
【特許文献３】特開２００６−０２６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備える電気加熱式触媒において、
前記マットよりも少なくとも上流側の前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起と、
前記突起及び該突起から前記マットまでの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層と、
を備える。
【０００６】
発熱体は、触媒の担体としても良く、触媒の上流側に設けられても良い。マットは、発熱体及びケースに夫々接している。このマットは、発熱体をケース内に固定するためにも用いられる。
【０００７】
ここで、ケース内側にＰＭが付着していない場合には、マットが存在することで、発熱体からケースへ電気が流れることを抑制できる。しかし、ケース内側にＰＭが付着すると、該ＰＭを介してケース側へ電気が流れる。ＰＭの付着量が少なければ、ケース形成されている絶縁層により電気が遮断される。しかし、ＰＭの付着量が多くなると、ケースに形成されている絶縁層の表面に付着しているＰＭを介して電気が流れ得る。
【０００８】
ここで、突起は、排気の流れの中に突き出るため、排気の熱を受ける。これにより、突起の温度は、ケース外壁の温度よりも高くなる。このため、突起にＰＭが付着しても、突起の温度が高いことにより、該ＰＭの酸化が促進される。すなわち、突起からＰＭを除去
することができる。この突起には絶縁層が形成されているため、ケース内側に付着しているＰＭに電気が流れたとしても、該電気は突起で遮断される。これにより、ケースに電気が流れることが抑制される。
【０００９】
本発明においては、前記マットよりも上流側及び下流側に、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起を備え、前記絶縁層は、夫々の突起及び夫々の突起から前記マットまでの範囲の表面に形成されてもよい。
【００１０】
絶縁層は、上流側の突起及び下流側の突起の夫々に形成される。そして、夫々の突起からマットまで絶縁層が形成される。そうすると、マットよりも下流側においても、ケースに電気が流れることを抑制できる。
【００１１】
本発明においては、前記マットよりも下流側の突起は、前記マットよりも上流側の突起よりも、突き出し量が大きくてもよい。ここで、発熱体に触媒が担持される場合には、該触媒により排気中の酸素が消費されるので、上流側の突起よりも下流側の突起に接触する排気中の酸素濃度が低くなる。このため、下流側の突起のほうが上流側の突起よりも付着しているＰＭが酸化し難い。これに対し、該下流側の突起の突き出し量を大きくすることで、より温度の高い排気に接触することが可能となる。すなわち、マットよりも下流側において突起の温度をより高くすることができるので、ＰＭをより酸化し易くすることができる。これにより、マットよりも下流側の酸素不足を補うことができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記突起は、排気の流れ方向の下流側に向かって傾斜してもよい。そうすると、突起に付着しているＰＭを排気の流れから働く力により落とすことができるため、該突起にＰＭが堆積することを抑制できる。
【００１３】
また、本発明においては、前記ケースの中心軸から前記突起の先端までの距離が、前記ケースの中心軸から前記発熱体の外周までの距離よりも短くなるように前記突起が突き出てもよい。ここで、マットの内部は排気が流通しないため、該マットのすぐ上流側や下流側では、排気の流速が低い。逆に、発熱体の内部には排気の通路が形成されており、排気が流通するため、該発熱体のすぐ上流側や下流側では、排気の流速が高い。すなわち、ケースの中心軸から突起の先端までの距離が、ケースの中心軸から発熱体の外周までの距離よりも短くなるように突起が突き出ていれば、排気の流速が比較的高い所に突起が位置することになる。これにより、より大きな力でＰＭを落とすことができるので、突起にＰＭが堆積することを抑制できる。
【００１４】
また、本発明においては、前記突起が、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に全周に亘り突き出ていても良い。突起がケースの全周に亘り突き出ることにより、ケースの全周に亘り温度を高くすることができるため、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、ケースに電気が流れることがより抑制される。なお、突起の途中に切れ目があったとしても、突起で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の熱伝導率が高くても良い。すなわち、突起の付け根側よりも先端側で熱伝導率が高くても良い。ここで、ケースの外周面は外気と接しているため温度が低い。このため、ケースの温度が低くなるので、突起からケースへ熱が移動する。突起からケースへ熱が移動すると、該突起の温度が低下してしまう。これに対し、突起において、ケースの内周面側の熱伝達率を低くしておけば、突起からケースへ熱が移動することを抑制できる。これにより突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側に断熱材を有していても良い。この断熱材により、突起からケースへ熱が伝達することを抑制できるため、該突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の比熱が高くても良い。ここで、減速中の燃料カット時など排気の温度が低いときには、排気が突起から熱を奪う。このため、突起の温度が低下してしまう。これに対し、突起の先端側の比熱を高くすることにより、該突起の先端側の熱容量を大きくすることができるため、温度低下を抑制することができる。これにより、酸素濃度の高い燃料カット時に突起の温度を高く維持することができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記突起の厚さが、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側のほうが大きくても良い。この厚さは、ケースの中心軸方向の厚さとしても良い。突起の付け根側において突起を薄くすることにより、突起からケースへの熱の移動が抑制される。また、先端部の熱容量を大きくすることができる。これらにより、突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図２】実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図３】実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図４】実施例４に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図５】実施例５に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図６】上流側突起を排気の流れの上流側から見た図である。
【図７】実施例６に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図８】上流側突起を排気の流れの上流側から見た図である。
【図９】実施例７に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管５に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。
【００２３】
図１に示す電気加熱式触媒１は、排気管５の中心軸Ａに沿って電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。
【００２４】
本実施例に係る電気加熱式触媒１は、円柱形の触媒担体４と、該触媒担体４の外周を覆うマット３と、該触媒担体４とマット３とを収容するケース２と、を備えて構成される。
【００２５】
触媒担体４には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体４の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体４は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体４の外形は、たとえば排気管５の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体４の断面形状は、たとえば楕円形で有っても良い。中心軸Ａは、排気管５、ケース２、および触媒担体４で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体４が、本発明における発熱体に相当する。また、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合であっても、本実施例を同様に適用することができる。
【００２６】
この触媒担体４には、触媒が担持される。触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体４には、電極が２本接続されており、該電極間に電圧をかけることにより触媒担体４に通電される。この触媒担体４の電気抵抗により該触媒担体４が発熱する。マット３は、材料としてたとえばセラミックファイバーのような電気伝導率が小さな絶縁体が用いられる。マット３は、触媒担体４の外周（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体４に通電したときに、ケース２へ電気が流れることを抑制している。
【００２７】
ケース２は、中心軸Ａと平行の面により構成され内側にマット３及び触媒担体４を収容する収容部２１と、該収容部２１よりも上流側及び下流側で該収容部２１と排気管５とを接続するテーパ部２２，２３と、を備えて構成されている。テーパ部２２，２３は、収容部２１から離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。すなわち、触媒担体４よりも上流側のテーパ部２２では、上流側ほど断面積が小さくなり、触媒担体４よりも下流側のテーパ部２３では、下流側ほど断面積が小さくなる。収容部２１の内径は、触媒担体４をマット３で覆ったときの該マット３の外径と略同じで、収容部２１にマット３及び触媒担体４を収容するときには、該マット３が圧縮されるため、該マット３の反発力により収容部２１内に触媒担体４が固定される。
【００２８】
ケース２の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。なお、上流側のテーパ部２２と、下流側のテーパ部２３と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。
【００２９】
触媒担体４及びマット３よりも上流側の収容部２１には、該収容部２１の内周面から、中心軸Ａ方向に全周に亘り突き出ている上流側突起２４が設けられている。また、触媒担体４及びマット３よりも下流側の収容部２１には、該収容部２１の内周面から、中心軸Ａ方向に全周に亘り突出する下流側突起２５が設けられている。上流側突起２４及び下流側突起２５の形状は同じため、以下では上流側突起２４についてのみ説明する。
【００３０】
この上流側突起２４は、収容部２１の内周面に垂直で且つケース２の中心軸Ａと直交する方向に設けられる板状の突起である。この上流側突起２４の材料は、収容部２１と同じであり、たとえばステンレス鋼材とする。この上流側突起２４は、収容部２１の内周面を中心軸Ａ周りに一周している。この上流側突起２４は、収容部２１とは、別の板を溶接しても良く、該収容部２１を塑性変形させて設けても良い。また、上流側突起２４は、フランジとしても良い。
【００３１】
なお、上流側突起２４は、テーパ部２２に設けても良い。同様に、下流側突起２５もテーパ部２３に設けることができる。
【００３２】
そして、上流側突起２４及び下流側突起２５の全体を含む、上流側突起２４から下流側
突起２５までの間の排気と接触する面を絶縁層６で覆っている。この絶縁層６は、収容部２１の全周に亘り形成される。絶縁層６は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。なお、本実施例では、上流側突起２４から下流側突起２５まで、切れ目なく絶縁層６で覆われているが、マット３が密着している箇所においてはＰＭが付着しないので、この箇所に絶縁層６を形成しなくても良い。
【００３３】
このように構成された電気加熱式触媒１では、上流側突起２４及び下流側突起２５が排気と接触する。そうすると、排気の熱を上流側突起２４及び下流側突起２５が受けて該上流側突起２４及び下流側突起２５の温度が高くなる。これにより、上流側突起２４及び下流側突起２５に付着しているＰＭが酸化されるので、該上流側突起２４及び下流側突起２５に付着しているＰＭを除去することができる。
【００３４】
ここで、内燃機関の冷間時などには、該内燃機関からの排気中にＰＭが含まれる。このＰＭは、ケース２内の排気と接触する部位に付着する。そして、排気中のＰＭは、マット３の上流端及び下流端、さらにはケース２内にも付着する。このＰＭは、電気を通すため、触媒担体４に流れる電気がマット３やケース２に付着しているＰＭにも流れ得る。すなわち、ＰＭが堆積することにより、短絡が起こる虞がある。
【００３５】
ここで、仮に、絶縁層６を設けない場合には、マット３にＰＭが付着していると、触媒担体４に通電したときに、ＰＭを介してケース２にも電気が流れてしまう。すなわち、短絡する虞がある。また、仮に、上流側突起２４及び下流側突起２５を備えずに絶縁層６のみを備える場合には、該絶縁層６の表面にＰＭが付着する。そうすると、触媒担体４に通電したときに、絶縁層６の表面に付着したＰＭにも電気が流れてしまい、絶縁層６を設けていない箇所からケース２若しくは排気管５に電気が流れてしまう。
【００３６】
これに対し、上述の上流側突起２４及び下流側突起２５を備えることで、この箇所でのＰＭの付着を抑制できる。そして、上流側突起２４及び下流側突起２５には絶縁層６が設けられているため、該上流側突起２４及び下流側突起２５には電気が流れない。すなわち、電流は上流側突起２４及び下流側突起２５で遮断されるので、触媒担体４からケース２へ電気が流れることを抑制できる。
【００３７】
なお、ケース２の中心軸Ａから上流側突起２４及び下流側突起２５の先端までの距離が、ケース２の中心軸Ａから触媒担体４の外周までの距離よりも短くなるように上流側突起２４及び下流側突起２５が突き出ていてもよい。そうすると、上流側突起２４及び下流側突起２５の温度をより高くすることができるのでＰＭを酸化し易くすることができると共に、排気から働く力によりＰＭを除去することができる。
【００３８】
また、本実施例では、上流側突起２４及び下流側突起２５が、収容部２１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起２４または下流側突起２５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起２４または下流側突起２５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起２４または下流側突起２５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例２】
【００３９】
図２は、本実施例に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図２に示す電気加熱式触媒１０は、上流側突起３４及び下流側突起３５の形状が実施例１と異なる。すなわち、上流側突起３４及び下流側突起３５を排気の流れの下流側に傾斜させて設けている。触媒担体４及びマット３については、実施例１と同じものを用いる。
【００４０】
そして、上流側突起３４及び下流側突起３５の全体を含む、上流側突起３４から下流側突起３５までの間の排気と接触する面を絶縁層７で覆っている。この絶縁層７は、収容部３１の全周に亘り形成される。
【００４１】
このように構成された電気加熱式触媒１０では、上流側突起３４及び下流側突起３５の排気の流れ方向の上流側を向く面に沿って流れる排気の流速が高くなる。このため、上流側突起３４及び下流側突起３５の排気の流れ方向の上流側を向く面に付着しているＰＭを、排気の流れにより除去することができる。たとえば、内燃機関の冷間時においては上流側突起３４及び下流側突起３５の温度が低いために該上流側突起３４及び下流側突起３５にＰＭが付着し易いが、夫々を傾斜させることでＰＭの付着を抑制できる。これにより、電流は上流側突起３４及び下流側突起３５で遮断されるので、触媒担体４からケース３０へ電気が流れることを抑制できる。
【００４２】
なお、本実施例では、上流側突起３４及び下流側突起３５の両方を排気の流れの下流側に傾斜させているが、何れか一方のみを傾斜させても良い。たとえば、排気が触媒を通過することにより、排気中の酸素濃度が低下する。このため、下流側突起３５では、上流側突起３４よりもＰＭの酸化が緩慢となるので、下流側突起３５のみを傾斜させてＰＭの付着を抑制してもよい。
【００４３】
また、本実施例では、上流側突起３４及び下流側突起３５が、収容部３１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起３４または下流側突起３５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起３４または下流側突起３５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起３４または下流側突起３５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例３】
【００４４】
図３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図３に示す電気加熱式触媒１１は、上流側突起４４よりも下流側突起４５のほうの突き出し量が大きい点で実施例２と異なる。なお、本実施例では、上流側突起４４及び下流側突起４５を下流側に傾斜させているが、実施例１と同じように、夫々を中心軸Ａに対して垂直の方向に設けても良い。また、上流側突起４４または下流側突起４５の一方を排気の流れの下流側に傾斜させ、他方を中心軸Ａと垂直の方向に設けても良い。
【００４５】
そして、上流側突起４４及び下流側突起４５の全体を含む、上流側突起４４から下流側突起４５までの間の排気と接触する面を絶縁層８で覆っている。この絶縁層８は、収容部４１の全周に亘り形成される。
【００４６】
このように構成された電気加熱式触媒１１では、上流側突起４４及び下流側突起４５の排気の流れ方向の上流側を向く面に沿って流れる排気の流速が高くなる。このため、上流側突起４４及び下流側突起４５の排気の流れ方向の上流側を向く面に付着しているＰＭを排気の流れにより除去することができる。ここで、排気が触媒を通過することにより、排気中の酸素濃度が低下する。このため、下流側突起４５では、上流側突起４４よりもＰＭの酸化が緩慢となるので、下流側突起４５を上流側突起４４よりも中心軸Ａ側に突き出している。これにより、下流側突起４５の温度をより高くすることができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。以上より、電流は上流側突起４４及び下流側突起４５で遮断されるので、触媒担体４からケース４０へ電気が流れることを抑制できる。
【００４７】
なお、本実施例では、上流側突起４４及び下流側突起４５が、収容部４１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起４４または下流側突起４５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起４４または下流側突起４５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起４４または下流側突起４５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例４】
【００４８】
図４は、本実施例に係る電気加熱式触媒１２の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図４に示す電気加熱式触媒１２は、突起５４を触媒担体４及びマット３よりも上流側のみに備えている点で実施例１と異なる。また、触媒担体４は、ＰＭを捕集するフィルタとする。なお、突起５４は、実施例２と同様に排気の流れ方向で下流側に傾斜させても良い。
【００４９】
そして、突起５４の全体を含む、該突起５４からマット３が接している範囲までの間の排気と接触する面を絶縁層９で覆っている。この絶縁層９は、収容部５１の全周に亘り形成される。
【００５０】
このように構成された電気加熱式触媒１２では、マット３よりも上流側では、突起５４においてＰＭの付着が抑制されるため、該突起５４により電流が遮断される。また、マット３よりも下流側では、フィルタを通過した後の排気が流れるため、マット３の下流端にＰＭが付着することが抑制される。すなわち、マット３により電流が遮断される。以上より、触媒担体４からケース５０へ電気が流れることを抑制できる。なお、マット３とケース５０とが接する範囲には排気が流通しないため、ＰＭは付着しない。このため、絶縁層９は、マット３とケース５０とが接する範囲全体に形成する必要はない。
【００５１】
なお、本実施例では、突起５４が、収容部５１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、突起５４の途中に切れ目があっても良い。突起５４の途中に切れ目があったとしても、突起５４で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例５】
【００５２】
図５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１３の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図５に示す電気加熱式触媒１３は、上流側突起６４及び下流側突起６５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起６４及び下流側突起６５において、ケース６０の内周面付近にそれぞれ断熱材６４１，６５１が埋め込まれている。そして、絶縁層７が、断熱材６４１，６５１も覆っている。
【００５３】
また、図６は、上流側突起６４を排気の流れの上流側から見た図である。下流側突起６５も同じ形状であるため、上流側突起６４についてのみ説明する。上流側突起６４には、断熱材６４１を埋め込むために複数の穴があけられており、該穴の夫々の中に断熱材６４１が入れられる。断熱材６４１は、上流側突起６４の他の部位よりも熱伝導率が低い材料であればよい。また、断熱材６４１は、上流側突起６４の先端よりも付け根に近い位置に埋め込めばよい。つまり、断熱材６４１を埋め込むための穴の中心は、上流側突起６４の先端と付け根との中間位置よりも付け根側に位置する。断熱材６４１を埋め込むための穴は、ケース６０の中心軸Ａを中心に等間隔で配置されている。なお、穴の形状は、楕円または長穴など他の形状であってもよい。
【００５４】
ここで、上流側突起６４及び下流側突起６５は、収容部６１に繋がっているため、該上
流側突起６４及び下流側突起６５が受けた排気の熱が該収容部６１に逃げる。しかし、断熱材６４１，６５１を設けることにより、上流側突起６４及び下流側突起６５から収容部６１へ熱が移動することを抑制できる。これにより、上流側突起６４及び下流側突起６５の温度を高く維持することができるため、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起６４及び下流側突起６５で遮断されるので、触媒担体４からケース６０へ電気が流れることを抑制できる。
【００５５】
なお、本実施例では、上流側突起６４及び下流側突起６５の両方に断熱材６４１，６５１を設けているが、何れか一方のみに設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に断熱材を設けることもできる。
【実施例６】
【００５６】
図７は、本実施例に係る電気加熱式触媒１４の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図７に示す電気加熱式触媒１４は、上流側突起７４及び下流側突起７５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起７４及び下流側突起７５において、該上流側突起７４及び下流側突起７５の先端付近にそれぞれ高比熱材７４１，７５１が埋め込まれている。そして、絶縁層７が、高比熱材７４１，７５１も覆っている。
【００５７】
また、図８は、上流側突起７４を排気の流れの上流側から見た図である。下流側突起７５も同じ形状であるため、上流側突起７４についてのみ説明する。上流側突起７４には、高比熱材７４１を埋め込むために複数の穴があけられており、該穴の夫々の中に高比熱材７４１が入れられる。高比熱材７４１は、上流側突起７４の他の部位よりも比熱が高い材料であればよい。さらに、上流側突起７４の他の部位よりも熱伝導率が高い材料としてもよい。また、高比熱材７４１は、上流側突起７４の付け根よりも先端に近い位置に埋め込めばよい。つまり、高比熱材７４１を埋め込むための穴の中心は、上流側突起７４の先端と付け根との中間位置よりも先端側に位置する。高比熱材７４１を埋め込むための穴は、ケース７０の中心軸Ａを中心に等間隔で配置されている。なお、穴の形状は、楕円または長穴など他の形状であってもよい。
【００５８】
ここで、上流側突起７４及び下流側突起７５は、排気の流れの中に突出しており、排気が直接当たるため、減速中の燃料カット時などの排気の温度が低いときには、温度が低下してしまう。しかし、高比熱材７４１，７５１を設けることにより、温度が低下し難くなるため、上流側突起７４及び下流側突起７５の温度を高く維持することができる。減速中の燃料カット時には、排気中の酸素濃度が高いために、上流側突起７４及び下流側突起７５の温度を高く維持することにより、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起７４及び下流側突起７５で遮断されるので、触媒担体４から収容部７１へ電気が流れることを抑制できる。
【００５９】
なお、本実施例では、上流側突起７４及び下流側突起７５の両方に高比熱材７４１，７５１を設けているが、何れか一方のみに設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に断熱材を設けることもできる。さらに、実施例５で説明した断熱材６４１，６５１を併用することで、ＰＭの酸化をさらに促進させることができる。
【実施例７】
【００６０】
図９は、本実施例に係る電気加熱式触媒１５の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図９に示す電気加熱式触媒１５は、上流側突起８４及び下流側突起８５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５は、ケース８０の内周面側において、板厚が薄い絞り部８４１，８５１が設けられている。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５は、先端側よりも
付け根側のほうが、板厚が薄い。なお、上流側突起８４及び下流側突起８５は、先端側よりも付け根側のほうが、板厚が薄ければよく、段階的に薄くなっていてもまたは連続的に徐々に薄くなっていても良い。また、板厚が薄くなっている箇所よりもケース８０の内周面側で板厚が厚くなっていてもよい。
【００６１】
このように構成された電気加熱式触媒１５では、絞り部８４１，８５１において熱の移動が抑制されるため、排気から受けた熱が収容部８１へ移動し難くなる。また、先端の板厚を厚くしているため、熱容量が大きくなるので、排気の温度が低くなっても、上流側突起８４及び下流側突起８５の温度が低下することを抑制できる。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５の温度を高く維持することができるので、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起８４及び下流側突起８５で遮断されるので、触媒担体４からケース８０へ電気が流れることを抑制できる。
【００６２】
なお、絞り部８４１，８５１は、上流側突起８４または下流側突起８５の何れか一方にのみ設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に絞り部８４１，８５１を設けることもできる。実施例５または６で説明した断熱材６４１，６５１または高比熱材７４１，７５１を併用することで、ＰＭの酸化をさらに促進させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 電気加熱式触媒
２ ケース
３ マット
４ 触媒担体
５ 排気管
６ 絶縁層
２１ 収容部
２２ テーパ部
２３ テーパ部
２４ 上流側突起
２５ 下流側突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱式触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
通電により発熱する触媒の担体と、該触媒の担体を収容するケースと、の間に絶縁体のマット設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマットによれば、触媒の担体に通電したときに、ケースに電気が流れることを抑制できる。ところで、内燃機関の始動直後などには、燃焼室から粒子状物質（以下、ＰＭという。）が多く排出される。このＰＭは電気を通すため、マットに多くのＰＭが付着すると、該ＰＭを介して触媒の担体からケースに電気が流れる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２６９３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９９２２号公報
【特許文献３】特開２００６−０２６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備える電気加熱式触媒において、
前記マットよりも少なくとも上流側の前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起と、
前記突起及び該突起から前記マットまでの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層と、
を備える。
【０００６】
発熱体は、触媒の担体としても良く、触媒の上流側に設けられても良い。マットは、発熱体及びケースに夫々接している。このマットは、発熱体をケース内に固定するためにも用いられる。
【０００７】
ここで、ケース内側にＰＭが付着していない場合には、マットが存在することで、発熱体からケースへ電気が流れることを抑制できる。しかし、ケース内側にＰＭが付着すると、該ＰＭを介してケース側へ電気が流れる。ＰＭの付着量が少なければ、ケース形成されている絶縁層により電気が遮断される。しかし、ＰＭの付着量が多くなると、ケースに形成されている絶縁層の表面に付着しているＰＭを介して電気が流れ得る。
【０００８】
ここで、突起は、排気の流れの中に突き出るため、排気の熱を受ける。これにより、突起の温度は、ケース外壁の温度よりも高くなる。このため、突起にＰＭが付着しても、突起の温度が高いことにより、該ＰＭの酸化が促進される。すなわち、突起からＰＭを除去
することができる。この突起には絶縁層が形成されているため、ケース内側に付着しているＰＭに電気が流れたとしても、該電気は突起で遮断される。これにより、ケースに電気が流れることが抑制される。
【０００９】
本発明においては、前記マットよりも上流側及び下流側に、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起を備え、前記絶縁層は、夫々の突起及び夫々の突起から前記マットまでの範囲の表面に形成されてもよい。
【００１０】
絶縁層は、上流側の突起及び下流側の突起の夫々に形成される。そして、夫々の突起からマットまで絶縁層が形成される。そうすると、マットよりも下流側においても、ケースに電気が流れることを抑制できる。
【００１１】
本発明においては、前記マットよりも下流側の突起は、前記マットよりも上流側の突起よりも、突き出し量が大きくてもよい。ここで、発熱体に触媒が担持される場合には、該触媒により排気中の酸素が消費されるので、上流側の突起よりも下流側の突起に接触する排気中の酸素濃度が低くなる。このため、下流側の突起のほうが上流側の突起よりも付着しているＰＭが酸化し難い。これに対し、該下流側の突起の突き出し量を大きくすることで、より温度の高い排気に接触することが可能となる。すなわち、マットよりも下流側において突起の温度をより高くすることができるので、ＰＭをより酸化し易くすることができる。これにより、マットよりも下流側の酸素不足を補うことができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記突起は、排気の流れ方向の下流側に向かって傾斜してもよい。そうすると、突起に付着しているＰＭを排気の流れから働く力により落とすことができるため、該突起にＰＭが堆積することを抑制できる。
【００１３】
また、本発明においては、前記ケースの中心軸から前記突起の先端までの距離が、前記ケースの中心軸から前記発熱体の外周までの距離よりも短くなるように前記突起が突き出てもよい。ここで、マットの内部は排気が流通しないため、該マットのすぐ上流側や下流側では、排気の流速が低い。逆に、発熱体の内部には排気の通路が形成されており、排気が流通するため、該発熱体のすぐ上流側や下流側では、排気の流速が高い。すなわち、ケースの中心軸から突起の先端までの距離が、ケースの中心軸から発熱体の外周までの距離よりも短くなるように突起が突き出ていれば、排気の流速が比較的高い所に突起が位置することになる。これにより、より大きな力でＰＭを落とすことができるので、突起にＰＭが堆積することを抑制できる。
【００１４】
また、本発明においては、前記突起が、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に全周に亘り突き出ていても良い。突起がケースの全周に亘り突き出ることにより、ケースの全周に亘り温度を高くすることができるため、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、ケースに電気が流れることがより抑制される。なお、突起の途中に切れ目があったとしても、突起で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の熱伝導率が高くても良い。すなわち、突起の付け根側よりも先端側で熱伝導率が高くても良い。ここで、ケースの外周面は外気と接しているため温度が低い。このため、ケースの温度が低くなるので、突起からケースへ熱が移動する。突起からケースへ熱が移動すると、該突起の温度が低下してしまう。これに対し、突起において、ケースの内周面側の熱伝達率を低くしておけば、突起からケースへ熱が移動することを抑制できる。これにより突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側に断熱材を有していても良い。この断熱材により、突起からケースへ熱が伝達することを抑制できるため、該突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の比熱が高くても良い。ここで、減速中の燃料カット時など排気の温度が低いときには、排気が突起から熱を奪う。このため、突起の温度が低下してしまう。これに対し、突起の先端側の比熱を高くすることにより、該突起の先端側の熱容量を大きくすることができるため、温度低下を抑制することができる。これにより、酸素濃度の高い燃料カット時に突起の温度を高く維持することができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記突起の厚さが、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側のほうが大きくても良い。この厚さは、ケースの中心軸方向の厚さとしても良い。突起の付け根側において突起を薄くすることにより、突起からケースへの熱の移動が抑制される。また、先端部の熱容量を大きくすることができる。これらにより、突起の先端部の温度を高く維持できるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図２】実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図３】実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図４】実施例４に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図５】実施例５に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図６】上流側突起を排気の流れの上流側から見た図である。
【図７】実施例６に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【図８】上流側突起を排気の流れの上流側から見た図である。
【図９】実施例７に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管５に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。
【００２３】
図１に示す電気加熱式触媒１は、排気管５の中心軸Ａに沿って電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。
【００２４】
本実施例に係る電気加熱式触媒１は、円柱形の触媒担体４と、該触媒担体４の外周を覆うマット３と、該触媒担体４とマット３とを収容するケース２と、を備えて構成される。
【００２５】
触媒担体４には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体４の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体４は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体４の外形は、たとえば排気管５の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体４の断面形状は、たとえば楕円形で有っても良い。中心軸Ａは、排気管５、ケース２、および触媒担体４で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体４が、本発明における発熱体に相当する。また、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合であっても、本実施例を同様に適用することができる。
【００２６】
この触媒担体４には、触媒が担持される。触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体４には、電極が２本接続されており、該電極間に電圧をかけることにより触媒担体４に通電される。この触媒担体４の電気抵抗により該触媒担体４が発熱する。マット３は、材料としてたとえばセラミックファイバーのような電気伝導率が小さな絶縁体が用いられる。マット３は、触媒担体４の外周（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体４に通電したときに、ケース２へ電気が流れることを抑制している。
【００２７】
ケース２は、中心軸Ａと平行の面により構成され内側にマット３及び触媒担体４を収容する収容部２１と、該収容部２１よりも上流側及び下流側で該収容部２１と排気管５とを接続するテーパ部２２，２３と、を備えて構成されている。テーパ部２２，２３は、収容部２１から離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。すなわち、触媒担体４よりも上流側のテーパ部２２では、上流側ほど断面積が小さくなり、触媒担体４よりも下流側のテーパ部２３では、下流側ほど断面積が小さくなる。収容部２１の内径は、触媒担体４をマット３で覆ったときの該マット３の外径と略同じで、収容部２１にマット３及び触媒担体４を収容するときには、該マット３が圧縮されるため、該マット３の反発力により収容部２１内に触媒担体４が固定される。
【００２８】
ケース２の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。なお、上流側のテーパ部２２と、下流側のテーパ部２３と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。
【００２９】
触媒担体４及びマット３よりも上流側の収容部２１には、該収容部２１の内周面から、中心軸Ａ方向に全周に亘り突き出ている上流側突起２４が設けられている。また、触媒担体４及びマット３よりも下流側の収容部２１には、該収容部２１の内周面から、中心軸Ａ方向に全周に亘り突出する下流側突起２５が設けられている。上流側突起２４及び下流側突起２５の形状は同じため、以下では上流側突起２４についてのみ説明する。
【００３０】
この上流側突起２４は、収容部２１の内周面に垂直で且つケース２の中心軸Ａと直交する方向に設けられる板状の突起である。この上流側突起２４の材料は、収容部２１と同じであり、たとえばステンレス鋼材とする。この上流側突起２４は、収容部２１の内周面を中心軸Ａ周りに一周している。この上流側突起２４は、収容部２１とは、別の板を溶接しても良く、該収容部２１を塑性変形させて設けても良い。また、上流側突起２４は、フランジとしても良い。
【００３１】
なお、上流側突起２４は、テーパ部２２に設けても良い。同様に、下流側突起２５もテーパ部２３に設けることができる。
【００３２】
そして、上流側突起２４及び下流側突起２５の全体を含む、上流側突起２４から下流側
突起２５までの間の排気と接触する面を絶縁層６で覆っている。この絶縁層６は、収容部２１の全周に亘り形成される。絶縁層６は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。なお、本実施例では、上流側突起２４から下流側突起２５まで、切れ目なく絶縁層６で覆われているが、マット３が密着している箇所においてはＰＭが付着しないので、この箇所に絶縁層６を形成しなくても良い。
【００３３】
このように構成された電気加熱式触媒１では、上流側突起２４及び下流側突起２５が排気と接触する。そうすると、排気の熱を上流側突起２４及び下流側突起２５が受けて該上流側突起２４及び下流側突起２５の温度が高くなる。これにより、上流側突起２４及び下流側突起２５に付着しているＰＭが酸化されるので、該上流側突起２４及び下流側突起２５に付着しているＰＭを除去することができる。
【００３４】
ここで、内燃機関の冷間時などには、該内燃機関からの排気中にＰＭが含まれる。このＰＭは、ケース２内の排気と接触する部位に付着する。そして、排気中のＰＭは、マット３の上流端及び下流端、さらにはケース２内にも付着する。このＰＭは、電気を通すため、触媒担体４に流れる電気がマット３やケース２に付着しているＰＭにも流れ得る。すなわち、ＰＭが堆積することにより、短絡が起こる虞がある。
【００３５】
ここで、仮に、絶縁層６を設けない場合には、マット３にＰＭが付着していると、触媒担体４に通電したときに、ＰＭを介してケース２にも電気が流れてしまう。すなわち、短絡する虞がある。また、仮に、上流側突起２４及び下流側突起２５を備えずに絶縁層６のみを備える場合には、該絶縁層６の表面にＰＭが付着する。そうすると、触媒担体４に通電したときに、絶縁層６の表面に付着したＰＭにも電気が流れてしまい、絶縁層６を設けていない箇所からケース２若しくは排気管５に電気が流れてしまう。
【００３６】
これに対し、上述の上流側突起２４及び下流側突起２５を備えることで、この箇所でのＰＭの付着を抑制できる。そして、上流側突起２４及び下流側突起２５には絶縁層６が設けられているため、該上流側突起２４及び下流側突起２５には電気が流れない。すなわち、電流は上流側突起２４及び下流側突起２５で遮断されるので、触媒担体４からケース２へ電気が流れることを抑制できる。
【００３７】
なお、ケース２の中心軸Ａから上流側突起２４及び下流側突起２５の先端までの距離が、ケース２の中心軸Ａから触媒担体４の外周までの距離よりも短くなるように上流側突起２４及び下流側突起２５が突き出ていてもよい。そうすると、上流側突起２４及び下流側突起２５の温度をより高くすることができるのでＰＭを酸化し易くすることができると共に、排気から働く力によりＰＭを除去することができる。
【００３８】
また、本実施例では、上流側突起２４及び下流側突起２５が、収容部２１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起２４または下流側突起２５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起２４または下流側突起２５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起２４または下流側突起２５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例２】
【００３９】
図２は、本実施例に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図２に示す電気加熱式触媒１０は、上流側突起３４及び下流側突起３５の形状が実施例１と異なる。すなわち、上流側突起３４及び下流側突起３５を排気の流れの下流側に傾斜させて設けている。触媒担体４及びマット３については、実施例１と同じものを用いる。
【００４０】
そして、上流側突起３４及び下流側突起３５の全体を含む、上流側突起３４から下流側突起３５までの間の排気と接触する面を絶縁層７で覆っている。この絶縁層７は、収容部３１の全周に亘り形成される。
【００４１】
このように構成された電気加熱式触媒１０では、上流側突起３４及び下流側突起３５の排気の流れ方向の上流側を向く面に沿って流れる排気の流速が高くなる。このため、上流側突起３４及び下流側突起３５の排気の流れ方向の上流側を向く面に付着しているＰＭを、排気の流れにより除去することができる。たとえば、内燃機関の冷間時においては上流側突起３４及び下流側突起３５の温度が低いために該上流側突起３４及び下流側突起３５にＰＭが付着し易いが、夫々を傾斜させることでＰＭの付着を抑制できる。これにより、電流は上流側突起３４及び下流側突起３５で遮断されるので、触媒担体４からケース３０へ電気が流れることを抑制できる。
【００４２】
なお、本実施例では、上流側突起３４及び下流側突起３５の両方を排気の流れの下流側に傾斜させているが、何れか一方のみを傾斜させても良い。たとえば、排気が触媒を通過することにより、排気中の酸素濃度が低下する。このため、下流側突起３５では、上流側突起３４よりもＰＭの酸化が緩慢となるので、下流側突起３５のみを傾斜させてＰＭの付着を抑制してもよい。
【００４３】
また、本実施例では、上流側突起３４及び下流側突起３５が、収容部３１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起３４または下流側突起３５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起３４または下流側突起３５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起３４または下流側突起３５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例３】
【００４４】
図３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図３に示す電気加熱式触媒１１は、上流側突起４４よりも下流側突起４５のほうの突き出し量が大きい点で実施例２と異なる。なお、本実施例では、上流側突起４４及び下流側突起４５を下流側に傾斜させているが、実施例１と同じように、夫々を中心軸Ａに対して垂直の方向に設けても良い。また、上流側突起４４または下流側突起４５の一方を排気の流れの下流側に傾斜させ、他方を中心軸Ａと垂直の方向に設けても良い。
【００４５】
そして、上流側突起４４及び下流側突起４５の全体を含む、上流側突起４４から下流側突起４５までの間の排気と接触する面を絶縁層８で覆っている。この絶縁層８は、収容部４１の全周に亘り形成される。
【００４６】
このように構成された電気加熱式触媒１１では、上流側突起４４及び下流側突起４５の排気の流れ方向の上流側を向く面に沿って流れる排気の流速が高くなる。このため、上流側突起４４及び下流側突起４５の排気の流れ方向の上流側を向く面に付着しているＰＭを排気の流れにより除去することができる。ここで、排気が触媒を通過することにより、排気中の酸素濃度が低下する。このため、下流側突起４５では、上流側突起４４よりもＰＭの酸化が緩慢となるので、下流側突起４５を上流側突起４４よりも中心軸Ａ側に突き出している。これにより、下流側突起４５の温度をより高くすることができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。以上より、電流は上流側突起４４及び下流側突起４５で遮断されるので、触媒担体４からケース４０へ電気が流れることを抑制できる。
【００４７】
なお、本実施例では、上流側突起４４及び下流側突起４５が、収容部４１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、上流側突起４４または下流側突起４５の途中に切れ目があっても良い。上流側突起４４または下流側突起４５の途中に切れ目があったとしても、上流側突起４４または下流側突起４５で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例４】
【００４８】
図４は、本実施例に係る電気加熱式触媒１２の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図４に示す電気加熱式触媒１２は、突起５４を触媒担体４及びマット３よりも上流側のみに備えている点で実施例１と異なる。また、触媒担体４は、ＰＭを捕集するフィルタとする。なお、突起５４は、実施例２と同様に排気の流れ方向で下流側に傾斜させても良い。
【００４９】
そして、突起５４の全体を含む、該突起５４からマット３が接している範囲までの間の排気と接触する面を絶縁層９で覆っている。この絶縁層９は、収容部５１の全周に亘り形成される。
【００５０】
このように構成された電気加熱式触媒１２では、マット３よりも上流側では、突起５４においてＰＭの付着が抑制されるため、該突起５４により電流が遮断される。また、マット３よりも下流側では、フィルタを通過した後の排気が流れるため、マット３の下流端にＰＭが付着することが抑制される。すなわち、マット３により電流が遮断される。以上より、触媒担体４からケース５０へ電気が流れることを抑制できる。なお、マット３とケース５０とが接する範囲には排気が流通しないため、ＰＭは付着しない。このため、絶縁層９は、マット３とケース５０とが接する範囲全体に形成する必要はない。
【００５１】
なお、本実施例では、突起５４が、収容部５１の内周面から全周に亘り突き出ているが、これに代えて、突起５４の途中に切れ目があっても良い。突起５４の途中に切れ目があったとしても、突起５４で受けた熱が切れ目の箇所にも伝わるため、該切れ目においてもＰＭの酸化を促進させることができる。たとえばＰＭを酸化可能な範囲に切れ目の位置や大きさを設定しても良い。
【実施例５】
【００５２】
図５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１３の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図５に示す電気加熱式触媒１３は、上流側突起６４及び下流側突起６５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起６４及び下流側突起６５において、ケース６０の内周面付近にそれぞれ断熱材６４１，６５１が埋め込まれている。そして、絶縁層７が、断熱材６４１，６５１も覆っている。
【００５３】
また、図６は、上流側突起６４を排気の流れの上流側から見た図である。下流側突起６５も同じ形状であるため、上流側突起６４についてのみ説明する。上流側突起６４には、断熱材６４１を埋め込むために複数の穴があけられており、該穴の夫々の中に断熱材６４１が入れられる。断熱材６４１は、上流側突起６４の他の部位よりも熱伝導率が低い材料であればよい。また、断熱材６４１は、上流側突起６４の先端よりも付け根に近い位置に埋め込めばよい。つまり、断熱材６４１を埋め込むための穴の中心は、上流側突起６４の先端と付け根との中間位置よりも付け根側に位置する。断熱材６４１を埋め込むための穴は、ケース６０の中心軸Ａを中心に等間隔で配置されている。なお、穴の形状は、楕円または長穴など他の形状であってもよい。
【００５４】
ここで、上流側突起６４及び下流側突起６５は、収容部６１に繋がっているため、該上
流側突起６４及び下流側突起６５が受けた排気の熱が該収容部６１に逃げる。しかし、断熱材６４１，６５１を設けることにより、上流側突起６４及び下流側突起６５から収容部６１へ熱が移動することを抑制できる。これにより、上流側突起６４及び下流側突起６５の温度を高く維持することができるため、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起６４及び下流側突起６５で遮断されるので、触媒担体４からケース６０へ電気が流れることを抑制できる。
【００５５】
なお、本実施例では、上流側突起６４及び下流側突起６５の両方に断熱材６４１，６５１を設けているが、何れか一方のみに設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に断熱材を設けることもできる。
【実施例６】
【００５６】
図７は、本実施例に係る電気加熱式触媒１４の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図７に示す電気加熱式触媒１４は、上流側突起７４及び下流側突起７５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起７４及び下流側突起７５において、該上流側突起７４及び下流側突起７５の先端付近にそれぞれ高比熱材７４１，７５１が埋め込まれている。そして、絶縁層７が、高比熱材７４１，７５１も覆っている。
【００５７】
また、図８は、上流側突起７４を排気の流れの上流側から見た図である。下流側突起７５も同じ形状であるため、上流側突起７４についてのみ説明する。上流側突起７４には、高比熱材７４１を埋め込むために複数の穴があけられており、該穴の夫々の中に高比熱材７４１が入れられる。高比熱材７４１は、上流側突起７４の他の部位よりも比熱が高い材料であればよい。さらに、上流側突起７４の他の部位よりも熱伝導率が高い材料としてもよい。また、高比熱材７４１は、上流側突起７４の付け根よりも先端に近い位置に埋め込めばよい。つまり、高比熱材７４１を埋め込むための穴の中心は、上流側突起７４の先端と付け根との中間位置よりも先端側に位置する。高比熱材７４１を埋め込むための穴は、ケース７０の中心軸Ａを中心に等間隔で配置されている。なお、穴の形状は、楕円または長穴など他の形状であってもよい。
【００５８】
ここで、上流側突起７４及び下流側突起７５は、排気の流れの中に突出しており、排気が直接当たるため、減速中の燃料カット時などの排気の温度が低いときには、温度が低下してしまう。しかし、高比熱材７４１，７５１を設けることにより、温度が低下し難くなるため、上流側突起７４及び下流側突起７５の温度を高く維持することができる。減速中の燃料カット時には、排気中の酸素濃度が高いために、上流側突起７４及び下流側突起７５の温度を高く維持することにより、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起７４及び下流側突起７５で遮断されるので、触媒担体４から収容部７１へ電気が流れることを抑制できる。
【００５９】
なお、本実施例では、上流側突起７４及び下流側突起７５の両方に高比熱材７４１，７５１を設けているが、何れか一方のみに設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に断熱材を設けることもできる。さらに、実施例５で説明した断熱材６４１，６５１を併用することで、ＰＭの酸化をさらに促進させることができる。
【実施例７】
【００６０】
図９は、本実施例に係る電気加熱式触媒１５の概略構成を示す図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図９に示す電気加熱式触媒１５は、上流側突起８４及び下流側突起８５の形状が実施例２と異なる。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５は、ケース８０の内周面側において、板厚が薄い絞り部８４１，８５１が設けられている。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５は、先端側よりも
付け根側のほうが、板厚が薄い。なお、上流側突起８４及び下流側突起８５は、先端側よりも付け根側のほうが、板厚が薄ければよく、段階的に薄くなっていてもまたは連続的に徐々に薄くなっていても良い。また、板厚が薄くなっている箇所よりもケース８０の内周面側で板厚が厚くなっていてもよい。
【００６１】
このように構成された電気加熱式触媒１５では、絞り部８４１，８５１において熱の移動が抑制されるため、排気から受けた熱が収容部８１へ移動し難くなる。また、先端の板厚を厚くしているため、熱容量が大きくなるので、排気の温度が低くなっても、上流側突起８４及び下流側突起８５の温度が低下することを抑制できる。すなわち、上流側突起８４及び下流側突起８５の温度を高く維持することができるので、ＰＭの酸化をより促進させることができる。これにより、電流は上流側突起８４及び下流側突起８５で遮断されるので、触媒担体４からケース８０へ電気が流れることを抑制できる。
【００６２】
なお、絞り部８４１，８５１は、上流側突起８４または下流側突起８５の何れか一方にのみ設けても良い。また、実施例２以外で説明した上流側突起及び下流側突起に絞り部８４１，８５１を設けることもできる。実施例５または６で説明した断熱材６４１，６５１または高比熱材７４１，７５１を併用することで、ＰＭの酸化をさらに促進させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 電気加熱式触媒
２ ケース
３ マット
４ 触媒担体
５ 排気管
６ 絶縁層
２１ 収容部
２２ テーパ部
２３ テーパ部
２４ 上流側突起
２５ 下流側突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備える電気加熱式触媒において、
前記マットよりも少なくとも上流側の前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起と、
前記突起及び該突起から前記マットまでの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層と、
を備えることを特徴とする電気加熱式触媒。
【請求項２】
前記マットよりも上流側及び下流側に、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起を備え、前記絶縁層は、夫々の突起及び夫々の突起から前記マットまでの範囲の表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒。
【請求項３】
前記マットよりも下流側の突起は、前記マットよりも上流側の突起よりも、突き出し量が大きいことを特徴とする請求項２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項４】
前記突起は、排気の流れ方向の下流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項５】
前記ケースの中心軸から前記突起の先端までの距離が、前記ケースの中心軸から前記発熱体の外周までの距離よりも短くなるように前記突起が突き出ていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項６】
前記突起が、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に全周に亘り突き出ることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項７】
前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項８】
前記突起は、前記ケースの内周面側に断熱材を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項９】
前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の比熱が高いことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項１０】
前記突起の厚さが、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側のほうが大きいことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項１】
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備える電気加熱式触媒において、
前記マットよりも少なくとも上流側の前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起と、
前記突起及び該突起から前記マットまでの範囲の表面に形成され電気を絶縁する絶縁層と、
を備えることを特徴とする電気加熱式触媒。
【請求項２】
前記マットよりも上流側及び下流側に、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に突き出る突起を備え、前記絶縁層は、夫々の突起及び夫々の突起から前記マットまでの範囲の表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒。
【請求項３】
前記マットよりも下流側の突起は、前記マットよりも上流側の突起よりも、突き出し量が大きいことを特徴とする請求項２に記載の電気加熱式触媒。
【請求項４】
前記突起は、排気の流れ方向の下流側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項５】
前記ケースの中心軸から前記突起の先端までの距離が、前記ケースの中心軸から前記発熱体の外周までの距離よりも短くなるように前記突起が突き出ていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項６】
前記突起が、前記ケースの内周面から該ケースの中心軸方向側に全周に亘り突き出ることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項７】
前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項８】
前記突起は、前記ケースの内周面側に断熱材を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項９】
前記突起は、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側の比熱が高いことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【請求項１０】
前記突起の厚さが、前記ケースの内周面側よりも、前記ケースの中心軸側のほうが大きいことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２０３２３（Ｐ２０１１−２２０３２３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７９０２（Ｐ２０１０−２８７９０２）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【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２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【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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