JP6717280B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出された排ガス中に含まれる有害物質を浄化するため、排気管の経路には、排ガスを浄化可能な触媒を担持した排気浄化装置が設けられている。触媒による有害物質の浄化効率を高めるためには、触媒の温度を触媒活性化に適した温度（以下、触媒活性温度ともいう）に維持する必要がある。

しかし、運転を開始した直後には、排ガスの温度が低いため、触媒温度が活性温度に達するまで時間がかかるという問題があった。

このような問題を解決するために、通電により加熱可能な電気加熱式触媒を備えた排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−２１４８８号公報

特許文献１ではさらに、電気加熱式触媒の下流側に下流側触媒を備えている。電気加熱式触媒は高電圧を印加するため、導電性の排気管との絶縁が必要となる。そこで電気加熱式触媒と下流側触媒とを、例えば絶縁性を有するマットを介して排気通路に保持することが考えられる。

ところが、排ガスには導電性物質である水分やカーボンが含まれている。このため絶縁部へのカーボンの堆積や、マットが水分を含むことにより、電気加熱式触媒から導電性の排気管に通じる漏電経路が形成される。結果、電気加熱式触媒への通電時に漏電が発生する虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、凝縮水による漏電経路の形成を防止或いは抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて該排気を浄化する排気浄化装置であって、該排気浄化装置は、導電性の排気管に接続された絶縁性の外筒と、前記外筒の内側に位置する電気加熱式触媒と、前記電気加熱式触媒の下流側に配設され前記外筒の内側に第1のマットを介して保持された下流側触媒と、を備え、前記第1のマットの合口部は鉛直最下方部以外に設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

このような内燃機関の排気浄化装置では、絶縁部へのカーボンの堆積や、マットが水分を含むことにより、電気加熱式触媒から導電性の排気管に通じる漏電経路が形成される虞があることを見出した。また、下流側触媒を保持するマットは製造上の観点から、合口部を有する。下流側触媒の鉛直下方部は水がたまりやすいため、マットの合口部が鉛直下方部に位置するとマットに漏電経路が形成されやすいことが判った。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、下流側触媒を保持する第1のマットの合口部は鉛直最下方部以外に設けられている。このように構成される電気加熱式触媒では、水がたまりやすい位置を避けて合口部が設けられるため、漏電経路の形成が抑制され、電気加熱式触媒への通電時に漏電が発生することを抑制できる。

好ましくは、前記第１のマットの合口部は前記下流側触媒より下方の鉛直下方部以外に設けられていることを特徴とする。

下流側触媒より下方部は、水がたまる可能性がある。本発明の一態様では、水がたまる可能性がある位置を避けて合口部が設けられるため、より確実に漏電経路の形成が抑制される。

より好ましくは、前記第１のマットの合口部は鉛直最上方部に設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様では、水がたまりやすい位置から最も遠い位置に合口部が設けられるため、最も確実に漏電経路の形成が抑制される。

また、前記電気加熱式触媒は前記排気通路内に第２のマットを介して保持され、前記第２のマットの合口部は鉛直最下方部以外に設けられていることを特徴とする。

下流側触媒の上流に位置する電気加熱式触媒も、合口部を有する第２のマットによって保持される。第２のマットの合口部が鉛直最下方部に位置すると、水が第１のマットの合口部を通り、下流側触媒に達しやすくなる。

そこで、本発明の一態様では、第２のマットの合口部を鉛直最下方部以外に設けることにより、水が第２のマットの合口部を通り、下流側触媒へ流出することを抑制できる。結果、第１のマットに漏電経路が形成されることを抑制できる。

本発明によれば、凝縮水によってマット上に漏電経路が形成されることを抑制できるため、電気加熱式触媒への通電時に漏電が発生することを防止或いは抑制することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。 第１のマットの搭載図である。 第１のマットの展開図である。 第１実施形態の下流側触媒及び第１のマットの断面図である。 第２実施形態の下流側触媒及び第１のマットの断面図である。 第３実施形態の下流側触媒及び第１のマットの断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１実施形態）
図１は内燃機関の排気浄化装置１（以下、排気浄化装置１と称す）の概略構成図である。排気浄化装置１は排気通路に設けられ、燃焼室からの排ガスを浄化する。排気浄化装置１は外筒２と、下流側触媒３と、電気加熱式触媒４と、第１のマット５と、第２のマット６とを備えている。外筒２は絶縁性を有している。外筒２は導電性の排気管８に接続されている。本実施形態に係る排気浄化装置は、車両の駆動源として内燃機関と電動モータとを有するハイブリッドシステムを構成する内燃機関の排気通路に設けられる。ただし、本発明に係る排気浄化装置が適用される内燃機関は、必ずしもハイブリッドシステムを構成する内燃機関に限られるものではない。

外筒２内には、電気加熱式触媒４が保持されている。電気加熱式触媒４は電源７に接続されており通電により発熱することで、加熱される。電気加熱式触媒４は、具体的には通電発熱性基材と金属触媒とを有して構成されている。通電発熱性基材は、通電により発熱する材料から形成され、排気を流通可能としている。通電発熱性基材には、通電により加熱可能な非金属材または金属材からなるセル構造の多孔質体を適用できる。多孔質体は規則的なセル構造を有していてもよく、不規則なセル構造を有していてもよい。金属触媒は通電発熱性基材の表面に担持されている。金属触媒には適宜の金属が適用されてよい。

外筒２内の電気式加熱触媒４の下流には、下流側触媒３が保持されている。下流側触媒３は絶縁性を有しており、具体的には三元触媒である。下流側触媒にはその他の形態の触媒が適用されてもよい。下流側触媒３は第１のマット５を介して外筒２内に保持されている。電気式加熱触媒４は第２のマット６を介して外筒２内に保持されている。第１のマット５、第２のマット６は保持部材であり、絶縁性を有している。第１のマット５の全長は、下流側触媒３の全長に合わせて設定されている。第２のマット６の全長は電気式加熱触媒４の全長に合わせて設定されている。第１のマット５、第２のマット６にはセラミック繊維製のマット（例えばアルミナ製のマット）を適用できる。第１のマット５、第２のマット６には他の素材が適用されてもよい。

図２は第１のマットの搭載図である。第１のマット５は下流側触媒３を巻きつけるように保持しているため、必ず合口部が存在する。図３は第１のマットの展開図である。本実施例では合口部は凸形状をしているが、これに限られるものではない。第２のマット６も同様に電気加熱式触媒４を巻きつけるように保持しており、その合口部は凸形状をしている。図４は本実施例の下流側触媒３の断面図である。本実施例では第１のマット５の合口部５ａは鉛直最下方部以外(例えば鉛直最下方部から20°離れた場所)に設ける。

排気に含まれる水分は、排気管内で凝縮して下方に溜まり易い。このため、第１のマット５の合口部５ａを鉛直最下方部以外に設けることで、第１のマット５の合口部５ａに水が溜まることを抑制できる。結果、第１のマット５の合口部５ａに水が溜まる場合に比べ、電気式加熱触媒４から下流側触媒３よりも下流側の排気管まで第１のマット５を介して凝縮水が繋がった状態になることを抑制できる。結果、凝縮水による漏電経路の形成を抑制できる。

（第２実施形態）
本実施形態を説明するに当たり、第1実施形態と重複する箇所の説明は割愛する。図５は第２実施形態の下流側触媒３の断面図である。排気浄化装置１は下流側触媒３に凝縮水が浸水しないような角度に設置されている。つまり凝縮水は最大でも第１のマット５の厚み分までしか溜まらない。そこで、本実施例では水が溜まる領域以外、つまり下流側触媒３より下方の鉛直下方部以外に第１のマット５の合口部５ａを設ける。

下流側触媒３より下方の鉛直下方部は凝縮水が溜まる虞があるため、下流側触媒３より下方の鉛直下方部以外に第１のマット５の合口部５ａ設けることにより、より確実に凝縮水による漏電経路の形成を抑制できる。

（第３実施形態）
本実施形態を説明するに当たり、第1実施形態と重複する箇所の説明は割愛する。図６は第３実施形態の下流側触媒３の断面図である。本実施例では鉛直最上方部に第１のマット５の合口部５ａを設ける。

下流側触媒３より下方の鉛直下方部以外に凝縮水が溜まる事はないが、マット６は吸水性があるため、凝縮水がマットを伝い上方へ移動する虞がある。そのため、鉛直最上方部に第１のマット５の合口部５ａを設けることにより、より確実に凝縮水による漏電経路の形成を抑制できる。

（電気式加熱触媒４を保持する第２のマット６の合口部）
電気式加熱触媒４を保持する第２のマット６の合口部は鉛直最下方部以外(例えば鉛直最下方部から20°離れた場所)に設ける。鉛直最下方部はもっとも凝縮水が溜まりやすいため、鉛直最下方部以外に合口部を設けることにより、第２のマット６の合口部を通り第１のマット５に凝縮水が流出することを抑制できる。結果第１のマット５に漏電経路が形成することを抑制できる。より好ましくは電気加熱触媒３より下方の鉛直下方部以外に第２のマット６の合口部を設ける。鉛直下方部以外に第２のマット６の合口部を設けることにより、より確実に第１のマット５に凝縮水が流出することを抑制できる。

（第１のマット５の合口部５ａと第２のマット６の合口部の位置関係）
第１のマット５の合口部５ａと第２のマット６の合口部が直線状に並んで配置されると、排ガスが第１のマット５の合口部５ａと第２のマット６の合口部を通過し、浄化されずに有害物質が排出される虞がある。そのため、第１のマット５の合口部５ａと第２のマット６の合口部は直線状に並べず、所定角度(例えば20°)以上ずらして配置することが望ましい。

上記実施形態は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

排気浄化装置 １
外筒 ２
下流触媒 ３
電気加熱式触媒 ４
第１のマット ５
第１のマットの合口部 ５a
第２のマット ６
電源 ７
排気管 ８

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて該排気を浄化する排気浄化装置であって、
   該排気浄化装置は、
   導電性の排気管に接続された絶縁性の外筒と、
   前記外筒の内側に位置する電気加熱式触媒と、
   前記電気加熱式触媒の下流側に配設され、前記外筒の内側に絶縁性の第１のマットを介して保持された下流側触媒と、を備え、
   前記第１のマットの合口部は鉛直最下方部以外に設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記第１のマットの合口部は前記下流側触媒より下方の鉛直下方部以外に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記第１のマットの合口部は鉛直最上方部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記電気加熱式触媒は前記排気通路内に第２のマットを介して保持され、前記第２のマットの合口部は鉛直最下方部以外に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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