专利名称：电加热式催化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及电加热式催化剂。
背景技术：
已知有在因通电而发热的催化剂的载体、和收纳该催化剂的载体的壳体之间设置绝缘体的衬垫的技术(例如参照专利文献I)。根据该衬垫，能够抑制当对催化剂的载体通电时电朝壳体流动的情况。然而，由于在发动机的排气中含有水分，因此水有时会在壳体等凝结。该水在壳体的内表面流动而附着于衬垫，之后被衬垫吸收。被衬垫吸收的水在该衬垫内移动。进而，衬垫内的水因排气的热、发热体的热而蒸发，随着时间的流逝而被除去。但是，如果在比较短的时间内反复进行发动机的起动以及停止，则凝结水的量变多，难以除去衬垫内的水。因此，电极周边的湿度变高，电极和壳体之间的绝缘电阻降低，因此存在电从电极朝壳体流动的忧虑。专利文献1:日本特开平05 - 269387号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于抑制电朝电加热式催化剂的壳体流动。为了解决上述课题，基于本发明的电加热式催化剂具备发热体，通过对上述发热体通电，上述发热体发热；壳体，该壳体收纳上述发热体；内管，该内管设置于上述发热体和上述壳体之间，并对电进行绝缘；内侧衬垫，该内侧衬垫以被压缩的状态设置于上述发热体和上述内管之间，对电进行绝缘，并且支承上述发热体，在排气的流动方向上，上述内侧衬垫比上述内管短；以及外侧衬垫，该外侧衬垫以被压缩的状态设置于上述内管和上述壳体之间，对电进行绝缘，并且支承上述内管，在排气的流动方向上，上述外侧衬垫比上述内管短，在上述内管与上述外侧衬垫之间的接触面作用于该内管的每单位面积的载荷大于在上述内侧衬垫与上述发热体之间的接触面作用于该发热体的每单位面积的载荷。排气的流动方向也可以是壳体或者发热体的中心轴方向。发热体可以形成为催化剂的载体，也可以设置于比催化剂靠上游侧的位置。通过对发热体通电，该发热体发热，因此能够使催化剂的温度上升。进而，通过使在内管与外侧衬垫之间的接触面作用于内管的每单位面积的载荷大于在内侧衬垫与发热体之间的接触面作用于发热体的每单位面积的载荷，能够减少可滞留于外侧衬垫的水的最大量。即，由于外侧衬垫的压缩率高于内侧衬垫的压缩率，因此气孔在该外侧衬垫的体积中所占据的比例(也称作气孔率)变低。因此，滞留于外侧衬垫的水的量变少。于是，所有的水从外侧衬垫蒸发而被除去的时间缩短，因此能够抑制电极周围的湿度的上升。由此，能够抑制电从电极朝壳体流动。
在本发明中也可以构成为在排气的流动方向上，上述外侧衬垫比上述内侧衬垫短。即，由于在外侧衬垫与内管之间的接触面作用于该内管的每单位面积的载荷大，因此即便进一步缩小外侧衬垫与内管之间的接触面积，也能够确保固定内管所需要的力。即，即便在排气的流动方向上外侧衬垫比内侧衬垫短，也能够固定内管。并且，由于能够进一步缩小外侧衬垫的体积，因此能够使滞留于该外侧衬垫的水的量进一步减少。由此，能够进一步抑制电极周围的湿度的上升。在本发明中也可以构成为上述电加热式催化剂具备与上述发热体连接的电极，对于上述外侧衬垫，与该外侧衬垫的比上述电极靠排气的流动方向的下游侧的部分相比，在该外侧衬垫的比上述电极靠排气的流动方向的上游侧的部分，在上述外侧衬垫与上述内管之间的接触面作用于该内管的每单位面积的载荷大。此处，与比电极靠下游侧的衬垫相t匕，比电极靠上游侧的衬垫对绝缘电阻的降低造成的影响的程度高。即，滞留于比电极靠上游侧的衬垫的水被排气推动而朝接近电极的方向移动，但滞留于比电极靠下游侧的衬垫的水当被排气推动时朝远离电极的方向移动。因而，通过使得水难以滞留于比电极上游侧的衬垫，能够抑制电极周围的湿度变高的情况，因此能够抑制电从电极朝壳体流动。在本发明中也可以构成为上述电加热式催化剂具备与上述发热体连接的电极，对于上述外侧衬垫，与该外侧衬垫的比上述电极靠排气的流动方向的下游侧的部分相比，该外侧衬垫的比上述电极靠排气的流动方向的上游侧的部分在排气的流动方向上的长度短。于是，上游侧的衬垫的体积变小，因此能够使滞留于该上游侧的衬垫的水的量减少。因而，水难以滞留于比电极靠上游侧的衬垫，从而能够抑制电极周围的湿度变高的情况，因此能够抑制电从电极朝壳体流动。并且，也可以将下游侧的外侧衬垫增长上游侧的外侧衬垫所缩短的量。并且，也可以构成为上述电极连接于在排气的流动方向上比发热体的中心靠上游侧的位置。于是，能够缩短上游侧的外侧衬垫并增长下游侧的外侧衬垫。在该情况下，内侧的衬垫也是在上游侧比在下游侧短。根据本发明，能够抑制电朝电加热式催化剂的壳体流动。
图1是示出实施例1、3所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图2是示出实施例2所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图3是示出实施例4所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。
具体实施例方式以下，基于附图对本发明所涉及的电加热式催化剂的具体的实施方式进行说明。另外，以下的实施例能够适当组合。实施例1图1是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂I的概要结构的图。另外，本实施例所涉及的电加热式催化剂I设置在搭载于车辆的内燃机的排气管。发动机可以是柴油机，也可以是汽油机。并且，在采用具备电机的混合动力系统的车辆中也能够使用。图1所示的电加热式催化剂I是沿着该电加热式催化剂I的中心轴A将该电加热式催化剂I在纵向剖切而得的剖视图。另外，由于电加热式催化剂I的形状相对于中心轴A线对称，因此在图1中仅示出上侧的部分。并且，图1中的箭头B表示排气的流动方向。本实施例所涉及的电加热式催化剂I具备以中心轴A为中心的圆柱形的催化剂载体2。进而，从中心轴A侧起依次具备催化剂载体2、内管3、壳体4。并且，在催化剂载体2和内管3之间、以及在内管3和壳体4之间设置有衬垫5。催化剂载体2使用形成电阻且具有因通电而发热的性质的材料。例如将SiC用作催化剂载体2的材料。催化剂载体2具有沿排气的流动方向(也可以说是中心轴A的方向)延伸且与排气的流动方向B垂直的截面呈蜂窝状的多条通路。排气在该通路内流通。催化剂载体2的外形例如为以排气管的中心轴A为中心的圆柱形。另外，利用与中心轴A正交的截面剖切催化剂载体2而得的截面形状例如可以为椭圆形。中心轴A为排气管、催化剂载体2、内管3以及壳体4共通的中心轴。另外，在本实施例中，催化剂载体2相当于本发明的发热体。另外，即便是在将发热体配备在比催化剂靠上游侧的位置的情况下也同样能够应用本实施例。在催化剂载体2担载有催化剂。作为催化剂，例如能够举出氧化催化剂、三元催化齐 、吸留还原式NOx催化剂、选择还原式NOx催化剂等。在催化剂载体2连接有两个电极6，通过对该电极6之间施加电压而对催化剂载体2通电。该催化剂载体2因该催化剂载体2的电阻而发热。内管3的材料使用 例如氧化铝之类的电绝缘材料。内管3形成为以中心轴A为中心的管状。壳体4的材料使用金属，例如能够使用不锈钢材料。并且，为了通过电极6而在壳体4开设有孔41。该孔41的直径大于电极6的直径。因此，壳体4与电极6分离。进而，在开设于壳体4的孔41设置有支承电极6的绝缘部7。作为该绝缘部7的材料使用绝缘体。进而，绝缘部7无间隙地设置于壳体4和电极6之间。并且，为了通过电极6而将内管3分割成比电极6靠上游侧的部分和比电极6靠下游侧的部分，这两部分分别与电极6分罔设置。衬垫5使用电绝缘材料，例如使用以氧化铝为主成分的陶瓷纤维。衬垫5卷绕于催化剂载体2的外周面以及内管3的外周面。由于衬垫5覆盖催化剂载体2的外周面(与中心轴A平行的面)，因此，能够抑制当对催化剂载体2通电时电朝内管3以及壳体4流动的情况。衬垫5由设置于内管3和催化剂载体2之间的内侧衬垫51、52以及设置于壳体4和内管3之间的外侧衬垫53、54构成。并且，内侧衬垫51、52由比电极6靠上游侧的内侧衬垫51以及比电极靠下游侧的内侧衬垫52构成。此外，外侧衬垫53、54由比电极靠上游侧的外侧衬垫53以及比电极靠下游侧的外侧衬垫54构成。进而，在电极6的周围，在催化剂载体2的外侧、且在壳体4的内侧形成有由催化齐懺体2、内管3、壳体4、衬垫5包围的闭合空间亦即电极室8。内侧衬垫51、52与外侧衬垫53、54的在排气的流动方向上的长度大致相同。并且，比电极6靠上游侧的内侧衬垫51以及比电极靠下游侧的内侧衬垫52的在排气的流动方向上的长度大致相同。此外，比电极靠上游侧的外侧衬垫53以及比电极靠下游侧的外侧衬垫54的在排气的流动方向上的长度大致相同。
此外，内管3的在排气的流动方向(也可以说成是中心轴A的方向)上的长度比衬垫5长。S卩，内管3从衬垫5朝上游侧以及下游侧突出。内侧衬垫51、52卷绕于催化剂载体2的外周。进而，然后插入到内管3的内侧。将内侧衬垫51、52卷绕于催化剂载体2后的该内侧衬垫51、52的外径大于内管3的内径。因此，当将内侧衬垫51、52收纳于内管3内时，该内侧衬垫51、52被压缩，因此,催化剂载体2借助该内侧衬垫51、52的反弹力被固定于内管3内。并且，外侧衬垫53、54卷绕于内管3的外周。进而，然后插入到壳体4的内侧。将外侧衬垫53、54卷绕于内管3后的该外侧衬垫53、54的外径大于壳体4的内径。因此，当将外侧衬垫53、54收纳于壳体4内时，该外侧衬垫53、54被压缩，因此，内管3借助该外侧衬垫53、54的反弹力被固定于壳体4内。进而，在内管3与外侧衬垫53、54之间的接触面作用于该内管3的每单位面积的载荷，大于在内侧衬垫51、52与催化剂载体2之间的接触面作用于该催化剂载体2的每单位面积的载荷。例如,能够通过使收纳于壳体4时的外侧衬垫53、54的压缩率高于收纳于内管3时的内侧衬垫51、52的压缩率来增大上述载荷。进而，为了提高外侧衬垫53、54的压缩率，例如只要增大将外侧衬垫53、54卷绕于内管3后的该外侧衬垫53、54的外径即可。同样，也可以进一步增大收纳于壳体4之前的外侧衬垫53、54的厚度。在以这种方式构成的电加热式催化剂I中，在比催化剂载体2靠上游侧的位置凝结的水有时会在壳体4的内壁流动并附着于衬垫5。该水附着于内管3与壳体4之间的衬垫5。S卩，由于内管3与衬垫5相比朝上游侧以及下游侧突出，因此能够抑制水进入比内管3靠内侧的位置的情况。由此，能够抑制在衬垫5的上游端以及下游端因水而导致壳体4和催化剂载体2之间短路的情况。并且，若排气中的颗粒状物质(以下称作PM)附着于衬垫5、内管3，则存在因该PM而导致壳体4与催化剂载体2之间短路的忧虑。但是，通过使内管3比衬垫5突出，在突出的部位承受排气的热而温度升高，因此能够使附着于该内管3的PM氧化而将其除去。由此，能够抑制因PM而导致壳体4与催化剂载体2之间短路的情况。然而，附着于衬垫5的水因排气的热、催化剂载体2的热而蒸发。但是，当所附着的水的量变多时，其一部分不会立刻蒸发而滞留于衬垫5内。进而，水通过衬垫5内到达电极6周围的电极室8。这样，电极室8的湿度变高，存在电从电极6朝壳体4流动的忧虑。于是，存在当存在使催化剂载体2的温度上升的要求时无法通电的忧虑。相对于此，通过增大在外侧衬垫53、54与内管3之间的接触面作用于该内管3的每单位面积的载荷，能够抑制水浸入该外侧衬垫53、54。并且，能够减少浸入外侧衬垫53、54的水的量。S卩，由于外侧衬垫53、54的压缩率变高，因此外侧衬垫53、54内的气孔率变小，因此能够减少可滞留于该外侧衬垫53、54的水的最大量。因此，能够缩短水蒸发而被从外侧衬垫53、54除去的时间。由此，能够尽早对催化剂载体2通电。并且，能够抑制电从电极6朝壳体4流动。另外，在本实施例中，对内侧衬垫51、52以及外侧衬垫53、54被分割成比电极6靠上游侧的部分和比电极6靠下游侧的部分的情况进行了说明，但它们也可以在上游侧和下游侧形成一体。在该情况下，为了形成电极室8，也可以在衬垫5开设孔。并且，由于催化剂载体2所使用的SiC的强度低于内管3所使用的氧化铝的强度，因此，如果增高内侧衬垫51、52的压缩率，则作用于催化剂载体2的应力变大，存在该催化剂载体2破损的忧虑。另一方面，由于内管3的强度高于催化剂载体2的强度，因此能够进一步提高外侧衬垫53、54的压缩率。即，根据本实施例，能够在抑制催化剂载体2的破损的同时减少滞留于外侧衬垫53、54的水的量。(参考例)如在实施例1中说明的那样，通过使可滞留于外侧衬垫53、54的水的量少于可滞留于内侧衬垫51、52的水的量，能够尽早减少电极室8内的湿度。因此，作为外侧衬垫53、54的材料，也可以使用气孔率低的材料。即，对于内侧衬垫51、52以及外侧衬垫53、54，材料也可以不同。此处，内侧衬垫51、52因来自催化剂载体2的热而变得高温。因此，要求具有高耐热性。另一方面，外侧衬垫53、54从催化剂载体2分离，且借助壳体4的外侧的外部空气而被冷却，因此温度比较低。因此，即便耐热性低也无妨，所以材料的选择范围更宽。实施例2图2是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂I的概要结构的图。在实施例1中，内侧衬垫51、52与外侧衬垫53、54的在排气的流动方向上的长度大致相同，但在本实施例中，外侧衬垫53、54的在排气的流动方向上的长度短。此处，通过提高外侧衬垫53、54的压缩率，支承内管3的力增加，因此，即便将外侧衬垫53、54的在中心轴A方向上的长度缩短相应的量，也能够固定内管3。即，即便外侧衬垫53、54与内管3之间的接触面积变窄，由于上述载荷大，因此也能够支承内管3。通过像这样缩短外侧衬垫53、54的在中心轴A方向上的长度，能够减少该外侧衬垫53、54的体积。由此，能够进一步减少滞留于外侧衬垫53、54的水的量，因此能够更早地从外侧衬垫53、54将水除去。由此，能够抑制电从电极6朝壳体4流动。实施例3在实施例1中，在比电极6靠上游侧的外侧衬垫53以及比电极6靠下游侧的外侧衬垫54,作用于内管3的每单位面积的载荷相同。另一方面，在本实施例中，与比电极6靠下游侧的外侧衬垫54相比，在比电极6靠上游侧的外侧衬垫53处，上述载荷更大。另外，与实施例2同样，也可以使外侧衬垫53、54的在中心轴A方向上的长度比内侧衬垫51、52的在中心轴A方向上的长度短。例如，与比电极6靠下游侧的外侧衬垫54相比，比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的压缩率高。因此，也可以使比电极6靠上游侧的内管3的外径大于比电极6靠下游侧的内管3的外径。并且，例如，也可以使比电极6靠上游侧的壳体4的内径小于比电极6靠下游侧的壳体4的内径。此外，对于将外侧衬垫53、54卷绕于内管3后的该外侧衬垫53、54的外径，也可以使该外径在上游侧比在下游侧大。通过形成为上述任一结构，在比电极6靠上游侧的外侧衬垫53作用于内管3的每单位面积的载荷大。在以这种方式构成的电加热式催化剂I中，对于滞留于外侧衬垫53、54的水的量，在上游侧比在下游侧少。此处，滞留于外侧衬垫53、54的水被排气推动而从上游侧朝下游侧流动。因此，与滞留于比电极6靠下游侧的外侧衬垫54的水相比，滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水对电极室8内的湿度造成的影响大。相对于此，相对地提高在比电极6靠上游侧的外侧衬垫53作用于内管3的每单位面积的载荷。这样，滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水的量变少，因此能够抑制电极室8内的湿度的上升。因此，能够更早地除去滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水。由此，能够抑制电从电极6朝壳体4流动。实施例4图3是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂I的概要结构的图。在本实施例中，使比电极6靠上游侧的内侧衬垫51以及外侧衬垫53的在排气的流动方向的长度短于比电极6靠下游侧的内侧衬垫52以及外侧衬垫54。因此，将电极6设置在比催化剂载体2的中心靠排气的流动方向的上游侧的位置。另外，比电极6靠上游侧的内侧衬垫51以及外侧衬垫53的在排气的流动方向的长度在为了支承内管3而需要的长度的下限值以上。此处，滞留于外侧衬垫53、54的水被排气推动而从上游侧朝下游侧流动。因此，与滞留于比电极6靠下游侧的外侧衬垫54的水相比，滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水对电极室8内的湿度造成的影响大。即，如果减少可滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水的量，则即便可滞留于比电极6靠下游侧的外侧衬垫54的水的量增加，也能够抑制电极室8的湿度变高。进而，通过缩短在排气的流动方向上的长度而使可滞留于比电极6靠上游侧的外侧衬垫53的水的量减少，由此，能够更早地除去该外侧衬垫53内的水。由此，能够抑制电从电极6朝壳体4流动。标号说明:I…电加热式催化剂；2…催化剂载体；3…内管；4…壳体；5…衬垫；6…电极；7…绝缘部；8…电极室；41 …孔；51...内侧衬垫；52...内侧衬垫；53…外侧衬垫；54…外侧衬垫。
权利要求
1.一种电加热式催化剂，其中， 所述电加热式催化剂具备: 发热体，通过对所述发热体通电，所述发热体发热； 壳体，该壳体收纳所述发热体； 内管，该内管设置于所述发热体和所述壳体之间，并对电进行绝缘； 内侧衬垫，该内侧衬垫以被压缩的状态设置于所述发热体和所述内管之间，对电进行绝缘，并且支承所述发热体，在排气的流动方向上，所述内侧衬垫比所述内管短；以及 外侧衬垫，该外侧衬垫以被压缩的状态设置于所述内管和所述壳体之间，对电进行绝缘，并且支承所述内管，在排气的流动方向上，所述外侧衬垫比所述内管短， 在所述内管与所述外侧衬垫之间的接触面作用于该内管的每单位面积的载荷大于在所述内侧衬垫与所述发热体之间的接触面作用于该发热体的每单位面积的载荷。
2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂，其中， 在排气的流动方向上，所述外侧衬垫比所述内侧衬垫短。
3.根据权利要求1或2所述的电加热式催化剂，其中， 所述电加热式催化剂具备 与所述发热体连接的电极，对于所述外侧衬垫，与该外侧衬垫的比所述电极靠排气的流动方向的下游侧的部分相比，在该外侧衬垫的比所述电极靠排气的流动方向的上游侧的部分，在所述外侧衬垫与所述内管之间的接触面作用于该内管的每单位面积的载荷大。
4.根据权利要求1或2所述的电加热式催化剂，其中， 所述电加热式催化剂具备与所述发热体连接的电极，对于所述外侧衬垫，与该外侧衬垫的比所述电极靠排气的流动方向的下游侧的部分相比，该外侧衬垫的比所述电极靠排气的流动方向的上游侧的部分在排气的流动方向上的长度短。
5.根据权利要求4所述的电加热式催化剂，其中， 所述电极连接于在排气的流动方向上比发热体的中心靠上游侧的位置。
全文摘要
本发明提供电加热式催化剂。能够抑制电朝电加热式催化剂(1)的壳体(4)流动。电加热式催化剂(1)具备发热体(2)；壳体(4)；设置于发热体(2)和壳体(4)之间且对电进行绝缘的内管(3)；以被压缩的状态设置于发热体(2)和内管(3)之间且在排气的流动方向上的长度比内管(3)短的内侧衬垫(51、52)；以及以被压缩的状态设置于内管(3)和壳体(4)之间且在排气的流动方向上的长度比内管(3)短的外侧衬垫(53、54)，使在内管(3)与外侧衬垫(53、54)的接触面作用于内管(3)的每单位面积的载荷大于在内侧衬垫(51、52)与发热体(2)的接触面作用于发热体(2)的每单位面积的载荷。
文档编号F01N3/24GK103079701SQ20108006899
公开日2013年5月1日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者吉冈卫, 熊谷典昭, 高木直也 申请人:丰田自动车株式会社