JPH0988567A

JPH0988567A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0988567A
Application number: JP7248031A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mitsuhayashi; 大介三林
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、排ガス浄化装置に関し、エンジン
やボイラ，溶鉱炉等の燃焼炉からの排ガスの浄化を促進
する。【解決手段】排気系に配設された主触媒Ｈの上流側に
設けられ、複数個に分割された電気加熱触媒の加熱触媒
部２０ａ，２０ｂを選択的に昇温可能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンやボイ
ラ，溶鉱炉等の燃焼炉からの燃焼による排ガスの浄化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、上記のエンジンや燃焼炉
等からの排気ガスを浄化するために、一つの手法とし
て、例えば各種の触媒コンバータが使用されている。例
えば、従来エンジンの始動直後に排出される有害物質を
低減する目的で、該始動直後に該触媒を急速に加熱する
種々の電気加熱触媒装置による触媒加熱や２次空気を排
気ポートに導入することによって反応を促進し、この反
応熱で該触媒の昇温を加速するもの等種々の排ガス浄化
装置の提案がある。

【０００３】上記排ガス浄化装置を、例えば自動車に適
用した場合の従来例として、実開平５−９１９号公報が
ある。同公報記載の技術は図２６に示すように２つの酸
素濃度センサ０１ａ，０１ｂに挟まれた排ガス浄化装置
０５にヒータ０６を設け、このヒータ０６の制御はその
２つの酸素濃度センサ０１ａ，０１ｂの出力差が所定よ
り小さい時のみ発熱するように排ガス浄化装置０５が構
成されているもので、排ガス浄化装置０５の活性度に応
じてヒータの制御が行われ、該触媒の即時、活性化によ
る冷態始動時の排ガス浄化を図ろうとしたものである。

【０００４】又、その他の従来例として、特開平４−６
０１０９号公報がある。同公報記載の技術は、図２７に
示すように、排ガス流路の上流側に配置した主モノリス
触媒の下流側に、ハニカム構造体に複数の電極を設けて
ハニカムヒーターを配設することにより、低温時の排ガ
スを加熱すると共に、メルタ腐食や触媒劣化を抑えるよ
うにしたものである。

【０００５】多数の貫通孔を有するハニカム構造体に抵
抗調節機構として複数のスリットを設け、且つその外壁
に二つの電極を設置し、ハニカムヒーターを構成する。
そして、例えば主モノリス触媒０１５と着火用触媒０１
６との間にハニカムヒーター又はヒーター触媒０１４を
挿入する。これによれば主モノリス触媒０１５の下流側
にハニカムヒーターを設置したため、エンジン始動時等
の低温時の排ガスを加熱することができると共に、排ガ
スが高温になった後であっても排ガスの上流側には主モ
ノリス触媒０１５が配置されているため、ハニカムヒー
ターのメタルの腐食やハニカムヒーター触媒０１４に担
持した触媒の劣化等を抑えることができるようにしたも
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例として説明した実開平５−９１９号公報，特開平
４−６０１０９号公報記載のいずれの技術も、単に、主
触媒の上流にヒータ又はヒータ触媒を設けて、始動直後
に排出される有害な排ガスを浄化するために、少しでも
早く、上記ヒータ又はヒータ触媒の下流に配設された主
触媒を、始動直後から速やかに活性化させようとしたも
のである。

【０００７】しかし、始動直後は上記排ガスの温度が低
く高温に暖めるには、大電力が必要であり、例えば電気
エネルギから熱への変換効率が１００％としても、排ガ
ス量と温度差から数ＫＷ程度の電力が必要となるため、
バッテリの大型化やオルタネータ容量の増大等が必要と
なり、コストアップと重量が増加する等の損失がある。

【０００８】一方、北米の厳しい上記排ガスの規制に対
応するためには、特にエンジンの始動直後には最も有害
なガスが発生するため、触媒のウォームアップの、更な
る促進が必要であるが、上記ヒータ又はヒータ触媒やそ
のシステムを使用したとしても電力使用量等をできるだ
け省エネルギの見地からも低減し、効率良く触媒のウォ
ームアップを図る必要がある。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、排ガス流に沿うように設けられ複数個に分割
された電気加熱触媒の加熱触媒部を選択的に昇温可能と
する該排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の排ガス浄化装置は、排気系に設けられた主触
媒と、該主触媒の上流に設けられ上記排気系に流れる排
ガス流に沿うように設けられ複数個に分割された電気加
熱触媒の加熱触媒部を選択的に昇温可能にする電気加熱
触媒とから構成されたことを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１記載の構成において、上記電気加熱触媒の
分割された加熱触媒部を任意に順位を付けて作動せしめ
るか、又は順位を付けて切換て作動せしめるように構成
したことを特徴としている。請求項３記載の本発明の排
ガス浄化装置は、請求項１又は２記載の構成におて、上
記電気加熱触媒の複数個に分割された加熱触媒部を選択
的に作動せしめる制御装置を備えたことを特徴としてい
る。

【００１２】請求項４記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成におて、上記
の電気加熱触媒の制御装置がエンジンの冷却水温度，ア
クセルペタル開度，上記電気触媒の上下流に配設された
熱電対の温度差又は後流熱電対温度，タイマ等の作動信
号検出手段により作動するように構成されたことを特徴
としている。

【００１３】請求項５記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成におて、上記
電気加熱触媒の上流又は下流の近傍に配設され排ガスの
流通方向の厚さが上記主触媒より薄く形成された薄形触
媒部とを備えたことを特徴としている。請求項６記載の
本発明の排ガス浄化装置は、請求項１〜５のいずれかに
記載の構成におて、少なくとも上記主触媒を収納すると
共に上記の電気加熱触媒を有する排気系に設けられた排
気管に接続される触媒ケースと、該触媒ケースの排気管
の接続部から上記の触媒ケースの本体の入口までにおけ
る該排ガスの流通断面積が漸増するように形成された上
記触媒ケースの入口拡張部と、上記主触媒の上流側近傍
に該排ガスの流通方向に間隔を在して配設され上記流通
方向の厚さが上記主触媒より薄く形成された上記薄形触
媒部とを備えたことを特徴としている。

【００１４】請求項７記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項６記載の構成におて、上記の入口拡張部の排
ガス流通方向の長さが約５〜２５ｍｍに形成されたこと
を特徴としている。請求項８記載の本発明の排ガス浄化
装置は、請求項５又は６記載の構成におて、該薄形触媒
部の排ガス流通方向の厚さが約５〜４５ｍｍに形成され
たことを特徴としている。

【００１５】請求項９記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項５，６，８のいずれかに記載の構成におて、
上記の主触媒と薄形触媒部との上記流通方向の間隔が約
１５ｍｍ前後の範囲になるように形成されたことを特徴
としている。請求項１０記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項５〜９のいずれかに記載の構成におて、該主
触媒の上記流通方向の中心軸線から該主触媒の外周まで
の長さＲと該軸線中心から上記薄形触媒部で加熱され該
主触媒に向かう該排ガスの昇温された層状流の外周まで
の長さｒとの、距離比ｒ／Ｒが約４０〜６０％に形成さ
れたことを特徴としている。

【００１６】請求項１１記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項６記載の構成におて、上記の触媒ケースの入
口拡張部の排ガス流通方向の長さが約５〜２５ｍｍに配
設され、上記薄形触媒部の上記流通方向の厚さが約５〜
４５ｍｍに形成され、上記の主触媒と薄形触媒部の上記
流通方向の間隔が約１５ｍｍ前後の範囲になるように配
設され、上記の中心軸線からの距離比ｒ／Ｒが約４０〜
６０％に形成されたことを特徴としている。

【００１７】請求項１２記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項５，６，１１のいずれかに記載の構成にお
て、排気管に接続される触媒ケースと、該触媒ケース内
に収納された上記主触媒と、該主触媒の上流側近傍で且
つ上記触媒ケース内に収納された上記薄形触媒部とを備
えたことを特徴としている。請求項１３記載の本発明の
排ガス浄化装置は、請求項５，６，１１のいずれかに記
載の構成におて、上記触媒ケースに接続される該排気管
の上記触媒ケース入口近傍の排気管内に上記薄形触媒部
を設けたことを特徴としている。

【００１８】請求項１４記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項５，６，１１，１２，１３のいずれかに記載
の構成におて、上記の電気加熱触媒と薄形触媒部とを一
体に形成した電気加熱薄形触媒を上記の触媒ケースの入
口近傍の排気管内に配設したことを特徴としている。請
求項１５記載の本発明の排ガス浄化装置は、請求項５，
６，１１，１２のいずれかに記載の構成におて、上記の
電気加熱触媒と薄形触媒部とを一体に形成した電気加熱
薄形触媒を上記触媒ケース内の上記主触媒の上流側の近
傍に配設したことを特徴としている。

【００１９】請求項１６記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項５〜１１のいずれかに記載の構成におて、エ
ンジンの排気系に設けられた上記主触媒と、該主触媒の
上流に設けられ上記排気系に流れる排ガスの一部を昇温
可能とする上記薄形触媒部とを有し、上記の主触媒の中
心軸線を上記の薄形触媒部の中心軸線に対して傾斜せし
めて形成したことを特徴としている。

【００２０】請求項１７記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１〜６，１２，１３，１４のいずれかに記載
の構成におて、上記電気加熱触媒の分割される加熱触媒
部が同心的に分割されている該電気加熱触媒であること
を特徴としている。請求項１８記載の本発明の排ガス浄
化装置は、請求項１〜６，１２，１３，１４のいずれか
に記載の構成におて、上記電気加熱触媒の分割される加
熱触媒部が上記排気系に該排ガスの流れ方向に並設され
ていることを特徴としている。

【００２１】請求項１９記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１〜６のいずれかに記載の構成におて、上記
電気加熱触媒は、上記主触媒の排ガス流の中心軸線に沿
う中央部分を流れる昇温された該排ガスの層状流を生成
せしめる第１加熱触媒部と、上記の主触媒中心部分の昇
温された上記層状流の外周部を流れる該排ガスを昇温さ
れた層状流を生成せしめる第２加熱触媒部とから構成さ
れていることを特徴としている。

【００２２】請求項２０記載の本発明の排ガス浄化装置
は、請求項１９記載の構成におて、上記第１加熱触媒部
に間隔を存して同心的に上記の主触媒略外周部近傍を流
れる昇温された該排ガスの層状流を生成せしめる第２加
熱触媒部とから構成されていることを特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）本発明の第１実施形態を図１〜２４に
ついて説明する。図１は本発明の排ガス浄化装置を適用
したエンジンを示す説明図、図２は図１の第１触媒装置
に単一型触媒を適用した場合を示す縦断面図、図３は図
１の第１触媒装置に分割型触媒を適用した場合を示す縦
断面図、図４は図１の第１触媒装置に入口型触媒を適用
した場合を示す縦断面図、図５は図３の触媒ケース及び
触媒の各部位の寸法を示す模式図、図６は図５の入口拡
張部形状と流速分布を示す性能図、図７は図５の入口拡
張部形状と圧力損失を示す性能図、図８は図５の薄形触
媒部の厚みと流速分布を示す性能図、図９は図５の薄形
触媒部と主触媒との間隔と触媒温度履歴を示す性能図、
図１０，図１１，図１２は分割型触媒，入口型触媒，単
一型触媒の各々の触媒内の流れと温度分布の状態を示す
状態説明図、図１３は図５の分割型触媒の始動後の触媒
温度履歴を示す性能図、図１４は図５の第１触媒に適用
される触媒ケースの形状による圧力損失を示す圧力比較
図、図１５は図１の排ガスの流量と流速分布を示す性能
図である。

【００２４】図１６は図１の第１触媒に使用される小型
薄形触媒Ｆ２の上流側近傍の排気管内に電気加熱触媒を
配設した場合のレイアウトの概略を示す説明図、図１７
は図１６の電気加熱触媒を示す模式図であり、（Ａ）は
図１６の電気加熱触媒を模式的に拡大した縦断面図、
（Ｂ）は図１７（Ａ）のＹ矢視の模式的に示した側面
図、図１８は図１７の電気加熱触媒の第１加熱触媒部が
加熱され昇温された層状流が下流に流れている状態を示
す説明図、図１９は図１７の電気加熱触媒の第２加熱触
媒部が加熱され昇温された層状流が下流に流れている状
態を示す説明図、図２０は図１７の電気加熱触媒の分割
された加熱触媒部の配設位置を変えた応用例を示す説明
図であり、（Ａ）は模式的に示した縦断面図、（Ｂ）は
図２０（Ａ）のＸ矢視の模式的に示した側面図、図２１
はエンジン始動後の経過時間と各作動信号の検出閾値を
示すグラフ、図２２は図１７の電気加熱触媒の分割され
た加熱触媒部の他の応用例を示す説明図、図２３は図１
７の電気加熱触媒の分割された加熱触媒部のその他の応
用例を示す説明図、図２４は図１７の電気加熱の作動ル
ーチンを示すフローチャートである。

【００２５】本第１実施形態は、図１に示したように、
エンジン１の燃焼室３からの排ガスは、排気管５を介し
て接続されオイルパン７の近傍に配設された第１触媒９
と第１触媒９の下流に配設された第２触媒１１等により
浄化されているが、本実施形態は上記第１触媒９につい
て検討したものである。上記の第１触媒９に使用される
小型薄形触媒Ｆ２の上下流側に跨がって熱電対Ｎ１，Ｎ
２を有している。

【００２６】エンジン１のシリンダブロックの冷却室１
ａの水温を検出する水温センサＣＷ、スロットル弁１ｂ
に連動するアクセルペタルの開度を検出するアクスル開
度センサＣＳ、上記小型薄形触媒Ｆ２の上下流に設けら
れた熱電対Ｎ１，Ｎ２の温度差又は後流熱電対温度を検
出する熱電対センサＣＤ，時間の経過を検出するタイマ
ＣＴ等の作動検出信号手段ＣＭにより、上記の複数個に
分割された電気加熱触媒２０の加熱触媒部、本実施形態
では２個に分割された２０ａ，２０ｂの作動を制御する
制御装置Ｃを備えている。

【００２７】１３は吸気管、１５は二次空気ポンプ、１
７は二次空気ポンプ１５から逆止弁１９を介して排気ポ
ート２１に接続されている供給口である。先ず、本第１
実施形態は、本発明の要素である電気加熱触媒２０を後
述する従来の単一型触媒に適用してもその作用効果を奏
することができるが、上記排ガスからの熱の供給だけを
考慮し、該触媒による発熱や上記電気加熱触媒２０を無
視し、排気系に設けられる主触媒，該主触媒の上流側の
近傍に配設される薄形触媒部，上記の触媒を収納する触
媒ケース，排気管等のレイアウトを工夫することにより
該排ガスの熱エネルギだけで該主触媒の昇温を早め、該
主触媒の反応を促進することを探究し、更にできるだけ
容量の小さい電気加熱触媒２０，バッテリとの組合によ
る該主触媒の急激な活性化の促進を図ったものであり、
先ず上記薄形触媒，主触媒，排気管，触媒ケイース等の
レイアウトを説明し、続いて上記電気加熱触媒２０との
関係について説明する。

【００２８】先ず、通常のハニカム型の触媒レイアウト
について検討するが、後述する本発明の分割型触媒，入
口型触媒，単一型触媒との３つのタイプを比較しながら
説明する。該単一型触媒４０は、図２に示すようにその
整流効果により上記全排ガス量が略均一に全ての上記ハ
ニカム型の格子に流れ込み、該触媒の排ガスの流通方向
に対する大きな垂直断面を加熱するため該触媒の昇温が
遅い。

【００２９】即ち、上記の単一型触媒４０は、図２に示
したように排気系に接続された触媒ケース２に収納され
る排ガス流通方向に十分厚さのある例えば約７５ｍｍの
長さを有する触媒４を検討すると、図２に示す矢印ｗの
如く排ガスの流れの中に触媒４（抵抗体）を置くことに
より該抵抗体内で流れが減速し、該抵抗体直前の上流側
では速度の早い該触媒４の中心軸線１４近傍の部分ｈの
静圧が高くなる。

【００３０】該排ガスの流れは、圧力勾配に応じて生じ
るため、速度の早い部分ｈの流体の一部が速度の遅い部
分ｓに合流し、流量分布の均一化、即ち図２に示す矢印
ｙのように流速分布の略均一化が行われている。そこ
で、本実施形態では上記通常の単一型触媒４０である主
触媒４の上流側の近傍に薄形触媒部Ｆが設けられてお
り、薄形触媒Ｆ１又は小型薄形触媒Ｆ２とから形成され
ている。

【００３１】更に、上記の加熱触媒部２０により薄形触
媒Ｆ１又は小型薄形触媒Ｆ２の小さな流通面積を集中的
に加熱し、短時間で加熱部分の温度を急上昇又は該触媒
の反応開始温度までに上げることを技術思想としたもの
である。上記技術思想のもとに、排ガスを局部に集め昇
温を早める手法として図３に示すように、上記の分割型
触媒５０は、上記主触媒Ｈの上流側近傍に配設される薄
形触媒Ｆ１は上記主触媒Ｈの上流側の近傍で且つ該主触
媒Ｈを収納される触媒ケース２内に配設されている。

【００３２】又、図４に示したように入口型触媒６０
は、主触媒Ｈが収納される触媒ケース２の入口８に接続
される入口８の近傍の該排気管５に小型薄形触媒Ｆ２が
配設されている。即ち、上記の分割型触媒５０では薄形
触媒Ｆ１の厚さを上記主触媒より薄くし上記排ガスの整
流効果をなくし、上記排ガスの流れに偏りを残すことを
ねらいとしたものである。

【００３３】又、入口型触媒６０における小型薄形触媒
Ｆ２は、排気管５における、小さい排気管５の流通断面
積で、且つ薄い触媒に全排ガス量を強制的に流すことを
ねらいとしたものである。次のように、上記排気系に設
けられる分割型触媒５０，入口型触媒６０，単一型触媒
４０（図２に示す従来の通常使用されてる触媒）の３タ
イプについて、排ガスの流れと伝熱のテストを行った。

【００３４】初期条件として、排ガスの流れは始動後の
エンジン回転数，吸気効率，温度を参考に１０ｍ／ｓの
定常流とし、又圧力損失はエンジン回転数６０００ｒｐ
ｍ，スロットルバルブ全開の状態を想定し１００ｍ／ｓ
の定常流としたものである。図５は上記テストに使用し
た該排ガスの浄化装置装置の分割型触媒５０を模式的に
示したものである。

【００３５】図５に示すｄは上記排気管５の直径であ
り、Ｄは触媒ケース２の上記触媒を担持する部分の直径
である。Ｌは排気管５に接続部８から触媒ケース２の本
体２ａの入口２ｂまでの長さであり、上記の接続部８か
ら入口２ｂまでにおける該排ガスの流通断面積が漸増す
るように形成された入口拡張部１２の上記流通方向の長
さである。

【００３６】又、Ｓは触媒ケース２に収納される主触媒
Ｈの上流側に近接して設けられる薄形触媒Ｆ１と主触媒
Ｈとの間隔であり、Ｔは薄形触媒Ｆ１の上記流通方向の
厚さである。又、Ｒは触媒ケース２の触媒を担持する部
分の主触媒Ｈの上記流通方向の中心軸線１４から主触媒
Ｈの外周までの長さであり、ｒは排気管５の開口内周壁
の排ガス流れ方向に延びる延長線から上記の中心軸線１
４までの長さであり、ｒ／Ｒは上記両者の中心軸線から
の距離比を示すものである。

【００３７】又、上記ｒは該薄形触媒部Ｆで加熱されて
形成される排ガスの層状流１６（排ガス流の中に円柱状
に層を呈して上流から下流に向かって流れる昇温された
部分の該排ガスのあたかも流体柱状の流れを本発明では
層状流と称す）の上記中心軸線１４から層状流の外周ま
での長さでもある。触媒入口形状の選定図５において、上記のｄ＝５６ｍｍ、Ｄ＝１００ｍｍ及
びＬ＝５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍに設定し
テストした結果は、図６に示すように上記触媒ケース２
の入口拡張部１２と流速分布が得られ、又図７に示すよ
うに６０００ｒｐｍ（スロットルバルブ全開）相当での
上記入口拡張部形状と圧力損失との関係があることが分
かった。

【００３８】図６の流速分布は薄形触媒Ｆ１の入口での
分布である。図６に示したように、上記排ガスの流れに
偏りを持たせるためにはＬ＝１０ｍｍよりＬ＝５ｍｍ、
すなわち入口を急激に広げた方がよいことが分かる。一
方、図７に示したようにＬ＝１０ｍｍ以下では圧力損失
が急増するので、図６に示した流速分布を考慮すると、
好ましくはＬ＝約１０ｍｍが適当であると考えられる。

【００３９】薄形触媒部の厚みと流速分布の関係上記薄形触媒Ｆ１の厚みＴと触媒入口における流速分布
の関係は図８に示した通りである。尚、上記３タイプの
触媒形状とも薄形触媒部Ｆと主触媒Ｈの厚みの和は７５
ｍｍ、両触媒間の間隔Ｓは１５ｍｍ一定とした。

【００４０】薄形触媒Ｆ１と主触媒Ｈとの間隔Ｓは、図
９に示すように薄形触媒Ｆ１と主触媒Ｈとの距離Ｓを設
定した約１５ｍｍより極端に短くすると、上記間隙Ｓ長
さが短くなるため薄形触媒Ｆ１の通過後の排ガスに乱流
が発生しにくいので、温度分布が均一にならず、主触媒
Ｈの前面に上記高温排ガスが均一に行き渡らないため、
主触媒Ｈを十分に活性化させることは困難となる。

【００４１】逆に、薄形触媒Ｆ１と主触媒Ｈとの距離Ｓ
を上記のように約１５ｍｍより極端に長くすると、前記
したように主触媒Ｈの整流効果により全排ガス量が略均
一に全ての格子にに流れ込むが、長い間隙Ｓのため触媒
ケース２の外部への放熱が増大して上記昇温を阻害する
ため逆効果となり、且つ上記大きな流通断面積を加熱す
るため主触媒Ｈの昇温が遅くなるばかりか、排気管５や
触媒ケース２より外部に逃げる熱量が多くなる等、好ま
しい温度分布とならなくなることから、極端に上記間隔
Ｓを長くすることはあまり好ましくない。

【００４２】上記の間隔Ｓの最大値は、上記熱量や流速
分布を考慮して決定し、その範囲内に設定することが好
ましい。尚、上記間隔Ｓの最大値は排気管５や触媒ケー
ス２等に付加的なデバイスを設けて上記熱量の逃げを抑
制することで、ある程度大きくすることは可能である。
又、触媒に使われているハニカム構造は強い整流効果を
持っているので、図示したように上記薄形触媒の厚みは
十分薄くし、流速分布に偏りを持たせなければならな
い。

【００４３】図８から判るように、排ガスの流速を平均
流速より約１０％加速するには薄形触媒Ｆ１の厚さを約
４５ｍｍにすればよく、又同様に約３８％加速するには
薄形触媒Ｆの厚さを約５ｍｍとすればよいことが判る。
図７に示したように、上記圧力損失を考慮すると薄形触
媒Ｆ１の厚さＴは、好ましくは約１０ｍｍがよい。

【００４４】以下、強度上限界と思われる厚さ５ｍｍを
選んで昇温効果の検討を行う。触媒の昇温特性図１０〜１２に矢印は排気ガス流れを、図柄の分布はエ
ンジン始動直後から２０秒後の温度分布を表している。
分割型触媒５０の場合、図１０に示すように薄形触媒Ｆ
１の中央部に流れが集中し黒色で示した中央部の局所的
部分Ｈａが昇温している。

【００４５】尚、後方の主触媒Ｈに入る排気ガスは上記
の整流効果により流れが均一化されている様子が判る。
上記の薄形触媒Ｆ１の中心部の局所的部分Ｈａで急激に
昇温され薄形触媒Ｆ１から流出した排ガスは薄形触媒Ｆ
１と主触媒Ｈとの間隙Ｓで乱流となり攪拌されるので、
温度分布と流速分布が略均一化され主触媒Ｈの上流から
下流に流れる。

【００４６】又、主触媒Ｈは上記の図２で説明したよう
に、主触媒Ｈの直前の上流側では、依然として速度の早
い上記中央部分の静圧が高くなっている。従って、図２
に示した主触媒Ｈに相当する触媒４に示すように、上記
流れは上記圧力勾配に応じるため、速度の早い部分ｈの
流体の一部が、速度の遅い部分ｓに合流し上記整流効果
により上記流体分布の均一化が行われている様子が図１
０に示したように判る。

【００４７】又、入口型触媒６０の場合の小型薄形触媒
Ｆ２は、図１１に示すように排気管５の流通断面積が小
さいため、この部分Ｈｂが該排気管５内に設置され単位
面積当たりの流量が多いため、上記３タイプの中で最も
高温になり、且つ入口型触媒６０の小型薄形触媒Ｆ２
は、図１１に示したように排気管５の流通断面積に相当
する広い断面が昇温され、上記分割型触媒５０より上記
偏りが小さい。

【００４８】又、小型薄形触媒Ｆ２から流出した主触媒
Ｈとの間隙Ｓで乱流となり、該高温の排ガスの温度が略
均一化され主触媒Ｈの上記のように整流効果に流れが均
一化され、又上記活性化が促進されるので、３タイプの
なかで最も高温になる。又、単一型触媒４０の場合、図
１２に示すように触媒４の整流効果により、図２に示し
たように、流れが均一化されるため、図２で説明したよ
うに圧力勾配により中央部の速い排ガスｈが一部外周の
遅い排ガスｓの方に流れ、上記流速分布が均一化され、
且つ温度分布の偏よりも小さく昇温も遅くなる。

【００４９】図１３は、始動後の２０秒間の主触媒Ｈの
最高温度の変化を示すものであるが、図１３に示すよう
に入口型触媒６０は昇温速度が最も早く２０秒後には排
ガスの温度とほぼ等しくなり、また分割型触媒５０は単
一型触媒４０に比べ昇温が早く、１５０℃付近に達する
時間が約５秒短縮している。パラジウム系触媒のように
活性化温度の低いものを用いれば１５０℃付近でも反応
が起こるので、この５秒間でさらに温度が上がると考え
られる。

【００５０】圧力損失上記で比較した３種類の触媒形状に、入口形状をなめら
かにした形状を加え４種類（タイプ）の圧力損失を比較
するため、６０００ｒｐｍ（スロットルバルブ全開）相
当の負荷条件でテストした結果を図１４に示す。入口型
触媒６０は排気管内に設置するため排ガスの流入速度が
速く、摩擦力も大きくなる。その結果圧力損失が大きく
なり、出力で約３％の低下となる。

【００５１】又、入口形状が同じ場合の分割型触媒５０
と入口変更単一型触媒４５とを比較した結果、圧力損失
はほぼ同一であり分割による、即ち薄形触媒Ｆ１の有無
による影響は殆どないことが判った。入口形状による圧
力損失の差は図７で検討したように入口を急に広げたこ
とにより増加するが、今回のテストの広がり方では出力
に対する影響は少ない。

【００５２】上記のことから本発明の排ガス浄化装置
は、上記触媒ケース２の入口拡張部１２の排ガス流通方
向の長さＬが約５〜２５ｍｍに、薄形触媒Ｆ１の上記流
通方向の厚さＴが約５〜４５ｍｍに、主触媒Ｈと薄形触
媒Ｆ１との上記流通方向の間隔Ｓが約１５ｍｍ前後の範
囲になるように配設され、上記主触媒Ｈの中心軸線１４
からの上記の距離比ｒ／Ｒが約６０％以下で約４０〜６
０％に設定すれば、該排ガスの平均流速に対して１０〜
６５％の加速をすることができる。

【００５３】尚、上記距離比ｒ／Ｒを約４０％以下にし
ても、図６，８に示したように上記同一の薄形触媒Ｆ１
の厚さに対して加速しなくなり、又図８に示したように
上記同一入口拡大部１２の長さＬに対して加速しなくな
り上記加速特性は得られないので、約４０〜６０％の範
囲内で所望の仕様に応じて該距離比ｒ／Ｒを設定すれ
ば、それぞれ所望の作用効果を奏することができる。

【００５４】流量と流速分布の関係図１５に示すものは、排ガスの流量が２５リットル
（Ｌ）／秒（Ｓ）及び２５０（Ｌ／Ｓ）の場合のテスト
結果を示すものであるが、該排ガス流量を変化させても
流速分布に大きな変化は生じないことが判った。これ
は、触媒に生じる摩擦抵抗の増大（流速差減少）と、流
速が上昇することによる運動エネルギの増大（流速差増
大）とが相殺されるためである。

【００５５】上記で明らかなように、小さい領域を早く
昇温させるという本発明の技術思想に基づく技術構成に
ついて検討した結果、次のことが判明した。通常の触媒
（主触媒Ｈ）の前に薄形触媒Ｆ１を配置することによ
り、圧力損失が同じレベルを保ちながら局所的に昇温を
早めることができる。主触媒Ｈを収納する触媒ケース入
口に接続される排気管５内に小型薄形触媒Ｆ２を配設す
ることで、圧力損失が増大するものの昇温を大幅に促進
できる。

【００５６】上記両者とも、昇温性が優れているので、
必要な熱量が適合すれば薄形触媒Ｆ１又は小型薄形触媒
Ｆ２並びに主触媒Ｈを上記の分割型触媒５０，入口型触
媒６０，入口変更単一型触媒４５等のようにその仕様に
応じて適宜配設してもよく、更に、該熱量が不足する場
合には該主触媒Ｈの上流側の薄形触媒部Ｆの前後の近傍
にヒータ又は後述の電気加熱触媒２０を併用してもよ
く、又主触媒Ｈ，薄形触媒部Ｆに使用される触媒は、例
えば活性温度の低い１５０℃付近で反応するパラジウム
系等の触媒を使用して、所望の熱量を得ることができる
が、この場合上記ヒータ，電気加熱触媒２０は容量の低
いものでよく、コスト低減ができるばかりでなく、所望
の急激な昇温を行うことができる。

【００５７】次に、例えば図１６に示したように入口型
触媒６０に配設された小型薄形触媒Ｆ２の上流側の近傍
の排気管内に電気加熱触媒を使用した場合について説明
する。図１６に示す上記電気加熱触媒２０は、図１７に
示したように上記主触媒Ｈの上流に配設され該排ガス流
の流れの中に同心的に分割されるか、図２０に示したよ
うに、該流れ方向に並列に配設されて分割された、電気
加熱触媒部２０の複数個に分割される加熱触媒部２０ａ
〜２０ｎを有し、本実施形態の場合には、上記の電気加
熱触媒２０の上記中心軸線１４を含む中央部位のみに設
けられた電気加熱触媒２０の第１加熱触媒部２０ａと第
１加熱触媒部２０ａの外周で且つ第１加熱触媒部２０ａ
とドウナツ状に重合するように、第１加熱触媒部２０ａ
と同心的に形成された第２加熱触媒部２０ｂの２個に分
割されている。

【００５８】図１７に示したように、上記の第１加熱触
媒部２０ａの電極Ｄ１、第２加熱触媒部２０ｂの電極Ｄ
２，Ｄ３は、上記の作動信号検出手段ＣＭにより作動す
る制御装置Ｃを介して電源に接続されている。制御装置
Ｃは、図示しないが第１加熱触媒部２０ａへの作動出力
信号を制御する第１加熱制御部と第２加熱触媒部２０ｂ
への作動出力信号を制御する第２加熱制御部とを備えて
いる。

【００５９】本第１実施形態は上記のように構成されて
いるので、上記エンジン１が始動後、作動信号検出手段
ＣＭが水温センサＣＷ，アクセルペタル開度センサＣ
Ｓ，熱電対の電極Ｎ１，Ｎ２の温度差又は後流熱電対温
度の温度センサＣＤ，タイマＣＴのいずれか一つの閾値
を越えたことを検出して制御装置Ｃに入力し、制御装置
Ｃで制御され出力される作動信号により、上記の電極Ｄ
１に図示しない電源から電力が供給され、第１加熱触媒
部２０ａを通過する限定された該排ガスのみを集中的に
加熱するので、急激に昇温し高温ガスにすることができ
る。

【００６０】この高温に生成された排ガスは、主触媒Ｈ
の入口側で乱流となるが、一部は図１８に示すように層
状流Ｑ１の状態に下流に流れ薄形触媒Ｆ２の中央部を活
性化させ、且つ上記昇温された層状流の排ガスが主触媒
Ｈを中央部を上流から下流に向かって層状流Ｑ１の状態
に流れ主触媒Ｈの該中央部から効果的に加熱し、活性化
することができる。

【００６１】上記第１加熱触媒部２０ａを作動せしめて
から仕様に応じて設定される時間を経過すると第１加熱
触媒部２０ａが制御装置Ｃにより非作動になり、第２加
熱触媒部２０ｂが作動して、図１９に示すように第１加
熱触媒部２０ａと同様に薄形触媒Ｆ２の外周部分をリン
グ状に昇温された排ガスの層状流Ｑ２となって流れ、且
つ主触媒部２０ｂの外周部分をリング状に昇温された排
ガスの層状流Ｑ２となって流れるので、主触媒Ｈのリン
グ状外周部分が昇温し活性化され、主触媒Ｈの全体が昇
温し活性化を急激に早めることができる。

【００６２】主触媒Ｈが上記仕様に応じて設定される設
定温度に達すると第２加熱触媒部２０ｂは、制御装置Ｃ
に入力され制御さた停止出力信号により非作動となり、
始動時における排ガス浄化装置の作動が終了する。上記
の作動信号検出手段ＣＭの上記各センサＣＷ，ＣＳ，Ｃ
Ｄ，ＣＴは図２１の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、予め
種々の該触媒装置の仕様に応じて、始動後の経過時間と
それぞれ閾値が設定され制御装置Ｃの図示しないＲＡＭ
に入力されているものである。

【００６３】上記第１実施形態は薄形触媒Ｆ２及び主触
媒Ｈの中央部より活性化を行ったので触媒ケース２の外
部へ熱が逃げることが少ないので、効果的に上記昇温を
達成することができる。又、上記とは逆に第２加熱触媒
部２０ｂから作動せしめ、次に第１加熱触媒部２０ａを
作動すれば、第２加熱触媒部２０ｂが始めに活性化され
一部の熱が触媒ケース２の外部へ逃げることがあって
も、昇温した第２加熱触媒部２０ｂが触媒ケース２の外
周壁との間の断熱層となり、次に作動する第１加熱触媒
部２０ａを十分に加熱昇温することができる。

【００６４】又、上記したように、電気加熱触媒２０を
排ガスの流れ方向に対して同心的に、例えば図１７〜１
９に示したように排ガス流の中心軸線１４に対して略同
心的に第１加熱触媒部２０ａと第２加熱触媒部２０ｂと
にドウナツ状に分割したが、これに限定されるものでは
なく、例えば図２０に示したように、該排ガス流の流れ
方向に中心軸線に沿って直列的に上記の第２加熱触媒部
２０ｂと第１加熱触媒部２０ａを並設しても、上記第１
実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【００６５】この場合、下流側に第１加熱触媒部２０ａ
を配設しているので、先ず第１加熱触媒部２０ａが上記
のように制御装置Ｃの出力信号により作動し昇温され、
次に第２加熱触媒部２０ｂが同様に加熱されるが、第２
加熱触媒部２０ｂの中心軸線近傍の中央部分の昇温され
た排ガス流は、第１加熱触媒部２０ａに阻止されるの
で、図１８，１９に示すようにリング状のに昇温された
排ガスの層状流Ｑ１，Ｑ２となって生成され上記のよう
に主触媒に達し、上記と同様に主触媒Ｈを急激に昇温す
ることができる。

【００６６】又、図２２に示したように、上記の第１，
第２加熱触媒部２０ａ，２０ｂのいずれか一方を電気加
熱触媒２０の加熱触媒部の外周部分を覆うように薄いリ
ング状に形成し、他方を電気加熱触媒２０中心軸線部分
の中央部に形成せしめ、第１，第２加熱触媒部２０ａ，
２０ｂを同時に加熱すれば、上記の外周側に配設された
該加熱触媒部が断熱層の役割を果たし触媒ケース２の外
部への放熱が防止できるので、上記中央部側に配設され
た該加熱触媒部が効果に昇温し活性化することができ
る。

【００６７】図２４は電気加熱触媒２０の第１，第２加
熱触媒部２０ａ，２０ｂの作動ルーチンのフローチャー
トである。図示しない、イグニッションキーによりエン
ジンが始動し、ステップ７０ではタイマＣＴをセットす
る。ステップ７２では作動信号検出手段ＣＭが、例えば
１〜５の条件、即ち水温センサＣＷ，アクセルペタル開
度センサＣＳ，熱電対の電極Ｎ１，Ｎ２の温度差又は後
流熱電対温度の温度センサＣＤ，タイマＣＴのいずれか
一つの閾値を越えたことを検出し、ステップ７４で第１
加熱制御部２０ａをＯＮとして第１加熱触媒部２０ａを
作動せしめる。

【００６８】ステップ７６でカウント値ＣＮＴ＝０とし
て第１加熱制御部がＯＮになってからの経過時間の計測
を開始し、ステップ７８に進みＣＮＴ＞１０周期（例え
ば１周期を１秒とすれば１０秒）が経過したか否かを判
定し、ＣＮＴ＞１０周期であればステップ８４へ進み、
ＣＮＴ＜１０周期であればステップ８０に進む。ステッ
プ８０ではステップ７２の上記１〜５の条件のいずれか
一つの条件が成立しているか否かを判定し、不成立であ
ればステップ８２に進みカウント値ＣＮＴをインクリメ
ントして、１周期経過後ステップ７８にリターンし、成
立であればステップ８４に進み上記の第１加熱制御部を
ＯＦＦとし第２加熱制御部２０ｂをＯＮにして、上記の
第１加熱触媒部２０ａの作動を第２加熱触媒部２０ｂの
作動に切換る。

【００６９】ステップ８６では該電気加熱触媒２０の温
度Ｔが該触媒の仕様に応じて設定された設定値Ｔ₀と比
較してＴ＞Ｔ₀か否かを判定し、Ｔ＞Ｔ₀でなければス
テップ８６の入力側へリターンし、Ｔ＞Ｔ₀であればス
テップ８８へ進む、即ち、Ｔ＞Ｔ₀となるのを待ってス
テップ８８へ進み第２加熱制御部２０ｂをＯＦＦにして
第２加熱触媒部２０ｂの上記作動を停止せしめ、上記加
熱触媒部の作動ルーチンが終了する。

【００７０】本実施形態は上記のように、電気加熱触媒
部２０の第１加熱触媒部２０ａを通過する少ない量に限
定した排ガスのみを加熱せしめ局部的に該排ガスを昇温
し、この昇温した排気ガスにより小型薄形触媒Ｆ２を集
中的に加熱するので急激に昇温させ、小型薄形触媒Ｆ２
から流出後も小型薄形触媒Ｆ２の軸心部で高温になった
層状流Ｑ１は、上記間隔Ｓで乱流が発生するが、一部は
攪拌されずに、図１８に示したように主触媒Ｈの上流か
ら下流に層状流Ｑ１となって流れこの高温の層状流Ｑ１
が火種となって、急激に活性化が始まり、次いで上記の
ように電気加熱触媒２０の第２加熱触媒部２０ｂにより
加熱されリング状の昇温された排ガスの層状流Ｑ２とな
って主触媒Ｈに流れ、主触媒Ｈのリング状の外周部分を
を加熱するので、主触媒Ｈ全体の活性化発熱により急激
に昇温することができる。

【００７１】この場合には、主触媒Ｈの軸心部位から加
熱されるため、触媒ケース２から、あまり外部へ上記熱
が逃げることがないので、主触媒Ｈを効果的に、且つ急
激に昇温することができ、例えば約３００℃〜４００℃
に急激な昇温を簡単に大きな電力を消費することなく、
コストも廉価に行うことができる。又、図２３の場合
は、小型薄形触媒Ｆ２の上流おける排気管５の前記流通
断面積の、例えば上半分（又は下半分或いは左右いずれ
か一方の半分）を流れる少ない排ガス量のみを電気加熱
触媒２０の第１加熱触媒２０ａで加熱するので、該排ガ
スが急激に昇温され上記の層状流Ｑ３となって主触媒Ｈ
に流入し、主触媒Ｈが上記中央軸線より上半分（又は下
半分或いは左右いずれか一方の半分）の部位から急激に
活性化が始まり、主触媒Ｈ自身の発熱により急激に昇温
することができる。

【００７２】次に、上記の図１８，１９の場合と同様に
下半分の上記第２加熱触媒部２０ｂと同様に作動し、昇
温された排ガスの層状流Ｑ４により主触媒Ｈの下半分を
加熱し活性化され、主触媒Ｈが全体として急激に活性化
せしめることができる。この場合、触媒ケース２から上
記熱が逃げるが、小型薄形触媒Ｆ２を通過する少ない排
ガスを集中的に昇温せしめることができるので、主触媒
Ｈの上記軸心部から上記活性化がはじまり、且つ全体と
して主触媒の急激な昇温を早めることができるので、例
えば約３００℃〜４００℃に急激な昇温を簡単に大きな
電力を消費することなく、コストも廉価に行うことがで
きる。

【００７３】上記のように、電気加熱触媒２０は小型薄
形触媒Ｆ２の上下流側の近傍の適宜位置に配設して主触
媒Ｈの一部分を速やかに活性化できるので、主触媒Ｈに
早い時期から多くの熱量が供給され昇温することができ
る。又、上記の電気加熱触媒２０は分型触媒５０の触媒
ケース２内に配設される小型薄形触媒Ｆ１の上下流側の
近傍に上記と同様に配設しても、同様の作用効果を奏す
ることができる。

【００７４】又、上記の電気加熱触媒と薄形触媒部Ｆは
一体的に形成し電気加熱薄形触媒にすれば、全体をコン
パクトに形成することができる。（第２実施形態）図２５は第２実施形態を示す縦断面図
であり、上記の主触媒Ｈの中心軸線１４ｂを上記の小型
薄形触媒Ｆ２の中心軸線１４ａに対して傾斜せしめて配
設したものである。

【００７５】本第２実施形態においては、上記入口拡張
部１２ａは図２５に示したように排気管の接続部８から
上方にα度拡張されており、主触媒Ｈへの上記高温の排
ガスの層状流Ｑ５が主触媒Ｈの軸心部により広く流すこ
とができる。次に、図２５に示す第２加熱触媒部２０ｂ
を加熱すれば上記と同様にリング状の層状流Ｑ６によ
り、その結果として主触媒Ｈの全体を昇温して急激な活
性化を図ることができる。

【００７６】即ち、エンジンの排気系に設けられた上記
主触媒Ｈと、該主触媒Ｈの上流側近傍に上記排気系に流
れる排ガスの一部又は全部を昇温可能とする上記小型薄
形触媒Ｆ２とを有しているので、上記各形態と略同様の
作用効果を奏することができる。又、小型薄形触媒Ｆ２
は触媒の中央部から活性化すると考えられるが、周辺部
が活性化していない状態では主触媒Ｈの中央部のみが暖
気され、該周辺部を温めることなく熱が捨てられており
望ましくない。

【００７７】主触媒Ｈの前面に高温ガスが届くように、
小型薄形触媒Ｆ２と主触媒Ｈの距離を長くするとこの間
での放熱が増大し逆効果なるため、該距離は一定以下に
抑える必要がある。又、図２５に示したように上記の主
触媒Ｈの上記中心軸線を電気媒加熱触媒２０，小型薄形
触媒Ｆ２の中心軸線に対して傾斜せしめて配設すると、
小型薄形触媒Ｆ２と主触媒Ｈの間隔を現状程度に保った
ままでも、小型薄形触媒Ｆ２の中央部のみが活性化した
状態に於いて高温ガスを主触媒の広い面に届かせること
ができ、その結果として主触媒Ｈを早期に活性化させる
ことができるものである。

【００７８】又、上記のように第１加熱触媒部２０ａ，
第２加熱触媒部２０ｂを有しているので、図２５に示す
層状流Ｑ５，Ｑ６のように流れ主触媒Ｈを急激に昇温す
ることができる。従って、例えば約３００℃〜４００℃
に急激な昇温を、従来の電気加熱触媒に比してコストの
安い小さな容量の電気加熱触媒で、簡単に大きな電力を
消費することなく、コストも廉価に行うことができる。

【００７９】又、上記の電気加熱触媒２０と薄形触媒Ｆ
１又は小型薄形触媒Ｆ２は一体的に形成すれば、全体を
コンパクトに形成することができる。上記各実施形態で
は、主触媒Ｈ並びに薄形触媒Ｆ１又は小型薄形触媒Ｆ２
の触媒の活性作用を考慮されていないので、該活性作用
を加えれば上記テスト結果より、更に上記昇温を急激に
早めるこができる。

【００８０】又、上記各実施形態では、入口型触媒６０
について説明したが、分割型触媒５０や従来から使用さ
れている単一型触媒に上記電気加熱触媒２０を適用して
も上記と同様な作用効果を奏することができる。又、上
記の本発明の実施形態からも明らかなように、本発明は
上記触媒を急激に活性化するにあたり、先ず上記の触媒
ケース２の形状，薄形触媒部Ｆの形状並びに上記の触媒
ケース２，薄形触媒部Ｆ，主触媒Ｈの相互の配設位置等
で、上記の薄形触媒部Ｆにおける排ガスの流速分布に偏
りをもたせ、且つ該流速を加速せしめて昇温した排ガス
を主触媒Ｈで高，中温に昇温せしめられ、更に上記した
ように出来るだけ容量の小さい電気触媒を使用して所望
の活性温度を出来るだけ短時間の間に達成せしめ排ガス
の浄化を行うことができる。

【００８１】上記発明の実施形態では、エンジンの場合
について説明したが、図示しないが例えば、ボイラ，溶
鉱炉等の燃焼炉からの燃焼による排ガスの浄化に適用し
ても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することがで
きる。又、本実施形態では、電気加熱触媒２０を２分割
した構成について説明したが、何らこの構成に限定され
るものではなく、種々の条件に応じて上記電気加熱触媒
２０の分割する数や方向等はどのように設定しても良
い。

【００８２】又、本実施形態では、上記電気加熱触媒２
０の第１加熱触媒２０ａ及び第２加熱触媒２０ｂをそれ
ぞれＯＮ，ＯＦＦの２段階に切換え制御するように設定
されているが、予め一方の加熱触媒の熱量を他方の加熱
触媒の熱量より高く設定した状態で同時に作動させ、あ
る条件下で他方の加熱触媒の熱量が高くなるよう連続的
に、或いはスッテプ的に両加熱触媒を徐々に変化させる
ように構成しても良い。

【００８３】更に、上記第１加熱触媒及び第２加熱触媒
を同じ熱量の状態で同時に作動させて、ある条件下で一
方の加熱触媒の熱量が他方より低くなるように構成して
も良い。

【００８４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の排ガス浄化装置によれば、排気系に設けられた主
触媒と、該主触媒の上流に設けられ上記排気系に流れる
排ガス流に沿うように設けられ複数個に分割された電気
加熱触媒の加熱触媒部を選択的に昇温可能にする電気加
熱触媒とから構成されているので、上記の電気加熱触媒
の複数個の加熱触媒部の加熱を複数段階に分け、前段加
熱で作動し活性化させた後、次段階の加熱で未活性化の
該加熱触媒部に高温ガスが供給されるようにすることに
で、上記の周辺部を活性化し、更に加速して主触媒全体
の該活性化を促進することができる。

【００８５】即ち、上記のように作動せしめられた加熱
触媒部により昇温され、該薄形触媒部の排ガスの流速分
布により偏りを与えられるので、該薄形触媒部内を流れ
る一部の上記偏りが与えられた排ガスを集中的に昇温せ
しめて略層状流状態にして、該主触媒内を上流から下流
に流すことができる。従って、上記のように電気加熱触
媒により複数段階に分け加熱され活性化し昇温された該
複数の層状流が該主触媒に段階的に供給され段階的に活
性化され、それが火種となって該主触媒全体が効率よく
活性化され短時間内に急激な昇温を得ることができるた
め、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を達成すること
が効果的に行うことができるものである。

【００８６】請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項１記載の構成において、上記電気加熱触
媒の分割された加熱触媒部を任意に順位を付けて作動せ
しめるか、又は順位を付けて切換て作動せしめるように
構成したので、仕様に応じて該順位を適宜選択的に適用
すれば効果的に昇温された層状流を該偏りを与えて上記
主触媒に供給せしめられるため、それが火種になると共
に、該主触媒全体が効率よく活性化され短時間内に急激
な昇温を得ることができるため、始動直後の数十秒内の
排ガスの浄化を達成することが効果的に行うことができ
るものである。

【００８７】請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項１又は２記載の構成におて、上記電気加
熱触媒の複数個に分割された加熱触媒部を選択的に作動
せしめる制御装置を備えたので、上記分割された加熱触
媒部を適宜順序で、或いは適宜切替ることにより、上記
電気加熱触媒により複数段階に分け加熱され活性化し昇
温された該複数の層状流が、該主触媒に段階的に供給さ
れ段階的に活性化され、それが火種となって該主触媒全
体が効率よく活性化され短時間内に急激な昇温を得るこ
とができるため、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を
達成することが効果的に行うことができるものである。

【００８８】請求項４記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成におて、
上記の電気加熱触媒の制御装置がエンジンの冷却水温
度，アクセルペタル開度，上記電気触媒の上下流に配設
された熱電対の温度差又は後流熱電対温度，タイマ等の
作動信号検出手段により作動するように構成されている
ので、排ガスの排出し易い時期に、集中的に上記触媒を
作動せしめ活性化して、始動直後の数十秒内の排ガスの
浄化を達成することが効果的に行うことができるもので
ある。

【００８９】請求項５記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項１〜４のいずれかに記載の構成におて、
上記電気加熱触媒の上流又は下流の近傍に配設され排ガ
スの流通方向の厚さが上記主触媒より薄く形成された薄
形触媒部とを備えているので、該薄形触媒部による該排
ガスの流速分布により偏りを与えられるので、該薄形触
媒部内を流れる一部の上記偏りが与えられた排ガスを集
中的に昇温せしめて略層状流状態にして、該主触媒内を
上流から下流に流すことができる。

【００９０】従って、始動直後の数十秒内の排ガスの浄
化を達成することが効果的に行うことができるものであ
る。請求項６記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、
請求項１〜５のいずれかに記載の構成におて、少なくと
も上記主触媒を収納すると共に上記の電気加熱触媒を有
する排気系に設けられた排気管に接続される触媒ケース
と、該触媒ケースの排気管の接続部から上記の触媒ケー
スの本体の入口までにおける該排ガスの流通断面積が漸
増するように形成された上記触媒ケースの入口拡張部
と、上記主触媒の上流側近傍に該排ガスの流通方向に間
隔を在して配設され上記流通方向の厚さが上記主触媒よ
り薄く形成された上記薄形触媒部とを備えているので、
上記触媒ケースの入口拡張部の入口が急激に広がり、上
記薄触媒部の厚さを薄くして該排ガスの流速分布を意図
的に偏らせ、且つ該偏らせた排ガスの流速を加速せしめ
ることができる。

【００９１】従って、上記電気加熱触媒の加熱された層
状流が上記薄形触媒部で上記偏りが与えられた排ガスを
集中的に昇温せしめて略層状流状態にして、上記間隔内
に流出せしめ、該主触媒内を上流から下流に流すことが
できる。従って、上記間隔内の昇温された排ガスが該主
触媒のなかで活性化されそれが火種となって該主触媒全
体が活性化され短時間内に急激な昇温を得ることができ
るもので、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を効果的
に達成することができるものである。

【００９２】請求項７記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項６記載の構成におて、上記の入口拡張部
の排ガス流通方向の長さが約５〜２５ｍｍに形成されて
いるので、上記薄形触媒部により該排ガスの平均流速に
対して上記偏りが与えられた排ガスを約１０％〜６５％
加速することができるため、該薄形触媒部内を流れる一
部の上記偏りが与えられた排ガスを集中的に昇温せしめ
て前記したように略層状流状態にして上記間隔内に流出
せしめ、該主触媒内を上流から下流に流すことができ、
始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を効果的に達成する
ことができるものである。

【００９３】請求項８記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項５又は６記載の構成において、該薄形触
媒部の排ガス流通方向の厚さが約５〜４５ｍｍに形成さ
れているので、該薄形触媒部により該排ガスの平均流速
に対して上記偏りが与えられた排ガスを約１０％〜３８
％加速することができるため、該薄形触媒部内を流れる
一部の上記偏りが与えられた排ガスを集中的に昇温せし
めて略層状流状態にして上記間隔内に流出せしめ、該主
触媒内を上流から下流に流すことができ、始動直後の数
十秒内の排ガスの浄化を効果的に達成することができる
ものである。

【００９４】請求項９記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、請求項５，６，８のいずれかに記載の構成にお
いて、上記の主触媒と薄形触媒部との上記流通方向の間
隔が約１５ｍｍ前後の範囲になるように形成されている
ので、該薄形触媒部内を流れる一部の上記偏りが与えら
れた排ガスを集中的に昇温し保持せしめて該主触媒に供
給することができ、上記略層状流状態にして上記間隔内
に流出せしめ、該主触媒内を上流から下流に流すことが
でき、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を達成するこ
とを効果的に行うことができるものである。

【００９５】請求項１０記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項５〜９のいずれかに記載の構成におい
て、該主触媒の上記流通方向の中心軸線から該主触媒の
外周までの長さＲと該軸線中心から上記薄形触媒部で加
熱され該主触媒に向かう該排ガスの上記層状流の外周ま
での長さｒとの、距離比ｒ／Ｒが約４０〜６０％に形成
されているので、該薄形触媒部により該排ガスの平均流
速に対して上記偏りが与えられた排ガスを約１０％〜６
５％加速することができるため、該薄形触媒部内を流れ
る一部の上記偏りが与えられた排ガスを集中的に昇温せ
しめて上記略層状流状態にして、上記間隔内に流出せし
め、該主触媒内を上流から下流に流すことができ、始動
直後の数十秒内の排ガスの浄化を効果的に達成すること
ができるものである。

【００９６】請求項１１記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項６記載の構成において、上記の触媒ケ
ースの入口拡張部の排ガス流通方向の長さが約５〜２５
ｍｍに配設され、上記薄形触媒部の上記流通方向の厚さ
が約５〜４５ｍｍに形成され、上記の主触媒と薄形触媒
部との上記流通方向の間隔が約１５ｍｍ前後の範囲にな
るように配設され、上記の中心軸線からの距離比ｒ／Ｒ
が約４０〜６０％に形成されているので、該薄形触媒部
により該排ガスの平均流速に対して上記偏りが与えられ
た排ガスを約１０％〜６５％加速することができるた
め、該薄形触媒部内を流れる一部の上記偏りが与えられ
た排ガスを集中的に昇温せしめて上記略層状流状態にし
て、上記間隔内に流出せしめ該主触媒内を上流から下流
に流すことができ、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化
を達成することが効果的に行うことができるものであ
る。

【００９７】請求項１２記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項５，６，１１のいずれかに記載の構成
において、排気管に接続される触媒ケースと、該触媒ケ
ース内に収納された上記主触媒と、該主触媒の上流側近
傍で、且つ上記触媒ケース内に収納された上記薄形触媒
部とを備えているので、該薄形触媒部内を流れる一部の
上記偏りが与えられた排ガスを集中的に昇温せしめて略
層状流状態にして、上記間隔に流出せしめ該主触媒内を
上流から下流に流すことができ、且つ上記エンジンの出
力損失を抑えて上記主触媒を局所的に昇温を早めること
ができる。

【００９８】従って、始動直後の数十秒内の排ガスの浄
化を達成することが効果的に行うことができるものであ
る。請求項１３記載の本発明の排ガス浄化装置によれ
ば、請求項５，６，１１のいずれかに記載の構成におい
て、上記触媒ケースに接続される該排気管の上記触媒ケ
ース入口近傍の排気管内に上記薄形触媒部を設けたの
で、上記エンジンの出力損失が増大するが、上記主触媒
を局所的な昇温を大幅に促進することができる。

【００９９】請求項１４記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項５，６，１１，１２，１３のいずれか
に記載の構成において、上記の電気加熱触媒と薄形触媒
部とを一体に形成した電気加熱薄形触媒を上記の触媒ケ
ースの入口近傍の排気管内に配設したので、全体として
コンパクトになり該排気管内の流通抵抗が減少し該排ガ
スの流速が加速され上記昇温を促進することができる。

【０１００】請求項１５記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項５，６，１１，１２のいずれかに記載
の構成において、上記の電気加熱触媒と薄形触媒部とを
一体に形成した電気加熱触媒を上記触媒ケース内の上記
主触媒の上流側の近傍に配設したので、全体としてコン
パクトになり該触媒ケース内の主触媒の容量を増大でき
るため、同じ触媒ケースで該排ガス浄化能力の増大を図
ることができる。

【０１０１】請求項１６記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項５〜１１のいずれかに記載の構成にお
いて、エンジンの排気系に設けられた上記主触媒と、該
主触媒の上流に設けられ上記排気系に流れる排ガスの一
部を昇温可能とする上記薄形触媒部とを有し、上記の主
触媒の中心軸線を上記の薄形触媒部の中心軸線に対して
傾斜せしめて形成したので、上記の薄形触媒部と主触媒
との間隔を現状程度に保持したままでも、該薄形触媒部
の中央部のみ活性化した状態において高温ガスを該主触
媒の広い面に供給することができ、該主触媒の早期活性
化を促進することができる。

【０１０２】請求項１７記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項１〜６，１２，１３，１４のいずれか
に記載の構成におて、上記電気加熱触媒の分割される加
熱触媒部が同心的に分割されている該電気加熱触媒なの
で、上記電気加熱触媒の排ガス流れ方向の軸線の軸心部
分から加熱していけば、該触媒ケースの外周壁より上記
熱が逃げず、該軸心部分から集中的に活性化され、次に
該軸心部の外周の分割された加熱触媒部が加熱され活性
化されるため、始動直後の数十秒内の排ガスの浄化を達
成することが効果的に行うことができるものである。

【０１０３】請求項１８記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項１〜６，１２，１３，１４のいずれか
に記載の構成におて、上記電気加熱触媒の分割される加
熱触媒部が上記排気系に該排ガスの流れ方向に並設され
ているので、特に分割された上記加熱触媒部の各々を互
いに該排ガス流れ方向に対して上下流側になるように配
設し、該加熱触媒部を適宜選択的に作動させ活性化すれ
ば、上記軸心部分の上記加熱触媒部を上記電気加熱触媒
の排ガス流れ方向の軸線の軸心部分から加熱され、該触
媒ケースの外周壁より上記熱が逃げず、該軸心部分から
集中的に活性化され、次に分割された加熱触媒部が加熱
され活性化されるため、始動直後の数十秒内の排ガスの
浄化を達成することが効果的に行うことができるもので
ある。

【０１０４】請求項１９記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の構成にお
て、上記電気加熱触媒は、上記主触媒の排ガス流の中心
軸線に沿う中央部分を流れる昇温された該排ガスの層状
流を生成せしめる第１加熱触媒部と、上記の主触媒中心
部分の昇温された上記層状流の外周部を流れる該排ガス
を昇温された層状流を生成せしめる第２加熱触媒部とか
ら構成されているので、上記電気加熱触媒の排ガス流れ
方向の軸線の軸心部分から加熱していけば、該触媒ケー
スの外周壁より上記熱が逃げず、該軸心部分から集中的
に活性化され、次に該軸心部の外周の分割された加熱触
媒部が加熱され活性化されるため、始動直後の数十秒内
の排ガスの浄化を達成することが効果的に行うことがで
きるものである。

【０１０５】請求項２０記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、請求項１９記載の構成におて、上記第１加熱
触媒部に間隔を存して同心的に上記の主触媒略外周部近
傍を流れる昇温された該排ガスの層状流を生成せしめる
第２加熱触媒部とから構成されているので、主触媒略の
外周部近傍を流れる昇温された該排ガスの層状流を生成
せしめ、該層状流が該触媒の防熱壁となる効果的な昇温
を達成せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排ガス浄化装置をエンジンに適用した
第１実施形態を示す説明図である。

【図２】図１の第１触媒に単一型触媒を適用した場合を
示す縦断面図である。

【図３】図１の第１触媒に分割型触媒を適用した場合を
示す縦断面図である。

【図４】図１の第１触媒に入口型触媒を適用した場合を
示す縦断面図である。

【図５】図３の触媒ケース及び触媒の各部位の寸法を示
す模式図である。

【図６】図５の入口形状と流速分布を示す性能図であ
る。

【図７】図５の入口形状と圧力損失を示す性能図であ
る。

【図８】図５の薄形触媒部の厚みと流速分布を示す性能
図である。

【図９】図５の薄形触媒部と主触媒の間隔と触媒温度履
歴を示す性能図である。

【図１０】図３の分割型触媒の触媒内の流れと温度分布
を示す状態図である。

【図１１】図４の入口型触媒の触媒内の流れと温度分布
を示す状態図である。

【図１２】図２の単一型触媒の触媒内の流れと温度分布
を示す状態図である。

【図１３】図１の第１触媒の始動後の触媒温度履歴を示
す性能図である。

【図１４】図１の第１触媒に適用される触媒ケースの形
状による圧力損失を示す圧力比較図である。

【図１５】図１の排ガスの流量と流速分布を示す性能図
である。

【図１６】図１の第１触媒に使用される小型薄形触媒２
の上流側の排気管内に電気加熱触媒を配設した場合のレ
イアウトを示す概略説明図である。

【図１７】図１６の電気加熱触媒を示す模式図であり、
（Ａ）は図１６の電気加熱触媒を模式的に拡大した縦断
面図、（Ｂ）は図１７（Ａ）のＹ矢視の模式的に示した
側面図である。

【図１８】図１７の電気加熱触媒の第１加熱触媒部が加
熱され昇温された層状流が下流に流れている状態を示す
説明図である。

【図１９】図１７の電気加熱触媒の第２加熱触媒部が加
熱され昇温された層状流が下流に流れている状態を示す
説明図である。

【図２０】図１７の電気加熱触媒の分割された加熱触媒
部の配設位置を変えた応用例を示す説明図であり、
（Ａ）は模式的に示した縦断面図、（Ｂ）は図２０
（Ａ）のＸ矢視の模式的に示した側面図である。

【図２１】図１のエンジン始動後の経過時間と各作動信
号の検出閾値を示すグラフであり、（Ａ）は水温で切換
えたもの、（Ｂ）はアクセル開度で切換えたもの、
（Ｃ）は後流熱電対温度で切換えたもの、（Ｄ）は熱伝
対温度差で切換えたもの、（Ｅ）は時間で切換えたもの
である。

【図２２】図１７の電気加熱触媒の分割された加熱触媒
部の他の応用例を示す説明図である。

【図２３】図１７の電気加熱触媒の分割された加熱触媒
部のその他の応用例を示す説明図である。

【図２４】図１７の電気加熱触媒の作動ルーチンを示す
フローチャートである。

【図２５】本発明の第２実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図２６】従来例の排ガス浄化装置を示す機能構成図で
ある。

【図２７】その他の従来例の排ガス浄化装置を示す機能
構成図である。

【符号の説明】

１エンジン１ａ冷却室１ｂスロットル弁２触媒ケース２ａ触媒ケースの本体２ｂ触媒ケースの本体の入口３燃焼室４触媒５排気管７オイルパン８排気管の接続部９第１触媒１１第２触媒１２入口拡張部１３吸気管１４中心軸線１４ａ小型薄形触媒の中心軸線１４ｂ主触媒の中心軸線１５二次空気ポンプ１６層状流１７供給口１９逆止弁２０電気加熱触媒２０ａ〜２０ｎ電気加熱触媒の加熱触媒部２１排気ポート４０単一型触媒４５入口変更単一型触媒５０分割型触媒６０入口型触媒ＣＤ熱電対センサＣＭ作動検出信号手段ＣＳアクスル開度センサＣＴタイマＣＷ水温センサＤ１電気加熱触媒の電極Ｄ２電気加熱触媒の電極Ｄ３電気加熱触媒の電極Ｆ薄形触媒部Ｆ１薄形触媒Ｆ２小型薄形触媒Ｈ主触媒Ｌ入口拡張部長さＮ１熱電対Ｎ２熱電対Ｓ薄形触媒部と主触媒との間隔Ｔ薄形触媒部の厚さｈ排ガス流れの速い部分ｓ排ガス流れの遅い部分ｙ排ガスの均一化された流速分布ｗ排ガスの流れ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系に設けられた主触媒と、該主触媒
の上流に設けられ上記排気系に流れる排ガス流に沿うよ
うに設けられ複数個に分割された電気加熱触媒の加熱触
媒部を選択的に昇温可能にする電気加熱触媒とから構成
されたことを特徴とする、排ガス浄化装置。
【請求項２】上記電気加熱触媒の分割された加熱触媒
部を任意に順位を付けて作動せしめるか、又は順位を付
けて切換て作動せしめるように構成したことを特徴とす
る、請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】上記電気加熱触媒の複数個に分割された
加熱触媒部を選択的に作動せしめる制御装置を備えたこ
とを特徴とする、請求項１又は２記載の排ガス浄化装
置。
【請求項４】上記の電気加熱触媒の制御装置がエンジ
ンの冷却水温度，アクセルペタル開度，上記電気触媒の
上下流に配設された熱電対の温度差又は後流熱電対温
度，タイマ等の作動信号検出手段により作動するように
構成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか
に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】上記電気加熱触媒の上流又は下流の近傍
に配設され排ガスの流通方向の厚さが上記主触媒より薄
く形成された薄形触媒部とを備えたことを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】少なくとも上記主触媒を収納すると共に
上記の電気加熱触媒を有する排気系に設けられた排気管
に接続される触媒ケースと、該触媒ケースの排気管の接続部から上記の触媒ケースの
本体の入口までにおける該排ガスの流通断面積が漸増す
るように形成された上記触媒ケースの入口拡張部と、上記主触媒の上流側近傍に該排ガスの流通方向に間隔を
在して配設され上記流通方向の厚さが上記主触媒より薄
く形成された上記薄形触媒部とを備えたことを特徴とす
る、請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】上記の入口拡張部の排ガス流通方向の長
さが約５〜２５ｍｍに形成されたことを特徴とする、請
求項６記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】該薄形触媒部の排ガス流通方向の厚さが
約５〜４５ｍｍに形成されたことを特徴とする、請求項
５又６記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】上記の主触媒と薄形触媒部との上記流通
方向の間隔が約１５ｍｍ前後の範囲になるように形成さ
れたことを特徴とする、請求項５，６，８のいずれかに
記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】該主触媒の上記流通方向の中心軸線か
ら該主触媒の外周までの長さＲと該軸線中心から上記薄
形触媒部で加熱され該主触媒に向かう該排ガスの昇温さ
れた層状流の外周までの長さｒとの、距離比ｒ／Ｒが約
４０〜６０％に形成されたことを特徴とする、請求項５
〜９のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】上記の触媒ケースの入口拡張部の排ガ
ス流通方向の長さが約５〜２５ｍｍに配設され、上記薄
形触媒部の上記流通方向の厚さが約５〜４５ｍｍに形成
され、上記の主触媒と薄形触媒部の上記流通方向の間隔
が約１５ｍｍ前後の範囲になるように配設され、上記の
中心軸線からの距離比ｒ／Ｒが約４０〜６０％に形成さ
れたことを特徴とする、請求項６記載の排ガス浄化装
置。
【請求項１２】排気管に接続される触媒ケースと、該
触媒ケース内に収納された上記主触媒と、該主触媒の上
流側近傍で且つ上記触媒ケース内に収納された上記薄形
触媒部とを備えたことを特徴とする、請求項５，６，１
１のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１３】上記触媒ケースに接続される該排気管
の上記触媒ケース入口近傍の排気管内に上記薄形触媒部
を設けたことを特徴とする、請求項５，６，１１のいず
れかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１４】上記の電気加熱触媒と薄形触媒部とを
一体に形成した電気加熱薄形触媒を上記の触媒ケースの
入口近傍の排気管内に配設したことを特徴とする、請求
項５，６，１１，１２．１３のいずれかに記載の排ガス
浄化装置。
【請求項１５】上記の電気加熱触媒と薄形触媒部とを
一体に形成した電気加熱薄形触媒を上記触媒ケース内の
上記主触媒の上流側の近傍に配設したことを特徴とす
る、請求項５，６，１１，１２のいずれかに記載の排ガ
ス浄化装置。
【請求項１６】エンジンの排気系に設けられた上記主
触媒と、該主触媒の上流に設けられ上記排気系に流れる
排ガスの一部を昇温可能とする上記薄形触媒部とを有
し、上記の主触媒の中心軸線を上記の薄形触媒部の中心
軸線に対して傾斜せしめて形成したことを特徴としる、
請求項５〜１１のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１７】上記電気加熱触媒の分割される加熱触
媒部が同心的に分割されている該電気加熱触媒であるこ
とを特徴とする、請求項１〜６，１２，１３，１４のい
ずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１８】上記電気加熱触媒の分割される加熱触
媒部が上記排気系に該排ガスの流れ方向に並設されてい
ることを特徴とする、請求項１〜６，１２，１３，１４
のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項１９】上記電気加熱触媒は、上記主触媒の排
ガス流の中心軸線に沿う中央部分を流れる昇温された該
排ガスの層状流を生成せしめる第１加熱触媒部と、上記
の主触媒中心部分の昇温された上記層状流の外周部を流
れる該排ガスを昇温された層状流を生成せしめる第２加
熱触媒部とから構成されていることを特徴とする、請求
項１〜６のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項２０】上記第１加熱触媒部に間隔を存して同
心的に上記の主触媒略外周部近傍を流れる昇温された該
排ガスの層状流を生成せしめる第２加熱触媒部とから構
成されていることを特徴とする、請求項１９記載の排ガ
ス浄化装置。