[发明专利]一种用于发动机的电热催化转换器

说明书

本发明涉及一电热催化转换器，它具有以薄金属片形成分层装配件的催化基底。

通常使用一种利用一个三向(three—way)还原和氧化催化转换器的尾气净化装置，其转换器置于内燃发动机的排气通道中。一般说来，仅当催化剂的温度超过其一特定温度时，这类转换器中使用的催化剂才能净化尾气中的污染物，也就是，当催化剂温度低于活化温度时，转换器内的催化剂不能生效。

通常说，一旦发动机开始运行，转换器内的催化剂就被发动机的尾气逐渐加热，并到达活化温度。然而，当发动机温度较低，例如在冷启动过程中时，它需要一个相当长的时间来把催化剂加热至活化温度，因为尾气的热量在到达转换器之前已被尾气通道的冷壁吸收。因此，在发动机的冷启动过程中，因为催化剂的温度低于活化温度，发动机的尾气不能充分净化。

为解决这个问题，电热催化转换器被用于缩短使催化剂达到活化温度所需的时间。通常，电热催化转换器具有金属基底(substrate)，催化剂在发动机启动中由馈入金属基底的电流加热，即将金属基底，用作电热器。

举例来说，日本未审查专利公开第5—179939号公布了一个这种类型的电热催化转换器。JPP′939中公开的电热催化转换器具有一个基底，它是金属薄片组成的漩涡状圆筒形分层装配件。

更确切地，如图16所示，JPP′939中的基底包含一个普通金属薄片10和一波纹状金属薄片20，它们的表面均有绝缘涂层。普通金属薄片10和波纹状金属片20被一个叠一个地放置，并围绕一公共中心电极3卷绕，从而普通金属片10与波纹状金属片20形成一漩涡状(scroll—like)的由分层金属薄片组成的圆筒2。漩涡状分层装配件2的外表面与一外电极5相连，在分层装配件靠近中心电极3的2a层和靠近外部电极5的2b层，波纹状金属片的顶部被以这样一种方式与普通金属片相焊接，使得电流能通过焊接部分。另一方面，在这些被焊接的2a与2b层之间的中间层2c中，波纹状金属片20和普通金属片10不焊在一起，因此，普通金属片10和波纹状金属片20被绝缘层电绝缘。也就是说，在JPP′939的催化转换器的基底中，在靠近中心电极3的2a区域和靠近外部电极5的2b区域，存在连接普通金属片和波纹金属片的导电连接点，而在这两区域之间，各层内的普通金属片与波纹金属片彼此电绝缘。

在形成金属片的漩涡状分层装配件之后，一种已知类型的三向还原和氧化催化剂被贴附于分层装配件每一层中的金属薄片表面上。

当在电极3和5之间施加电压时，在靠近中心电极的2a区域和靠近外部电极的2b区域中，电流径向流过普通金属片10和波纹金属片20之间的导电结点。在中间区域2c，电流仅流经金属片，因为普通金属片10和波纹金属片20由绝缘涂层电绝缘。

这意味着在区域2a和2b中，形成了具有较短长度和较大截面的径向电流路径。另一方面，在中间区域2c，形成了沿金属片(如图16中的箭头所示)的螺旋电流路径，它具有较长长度和较小截面。

因此，当给分层装配件加电时，比2a和2b具有更大电阻的中间区域2c产生更多的热量，并达到较高温度。这样，在基底的中间区域2c就形成了金属薄片10和20组成的螺旋状电热器。

当基底的中间区域2c达到活化温度(例如300到400度)时，一个有尾气中未燃烧的HC和一氧化碳CO组分参与的氧化反应开始进行，并且反应一旦开始，整个基底被氧化反应产生的热量迅速加热。

然而，在JPP′939中的电热催化转换器中，电流在中间区域均匀地流经金属片。这意味着，当转换器通电时，中间区域2c中由金属片形成的圆筒的整个体积被均匀地由电流加热。由于中间区域金属片的体积相对较大，中间区域2c中金属片的总热容也相对较大。因此，要将这个区域的金属片加热至催化剂的活化温度需要一个相对较长的时间。

在JPP′939的电热催化转换器中，可以使用提供更大的电流来在短时间内加热金属片的整个体积。然而，在发动机的起始操作中施加大电流是不切实际的，因为它增加了电流和发动机的负载，并可导致发动机起动失败或电池损耗。

为解决上述问题，连结中心电极和外部电极的电流路径可由金属薄片之间的局部导电连结点形成。在这种情况下，每一层的小导电连接点以一种预定方式安置，使得它们构成窄横截面的电流路径，该路径由中心电极沿半径方向向外部电极延展。因此，电流流过由小导电连结点组成的窄电流路径，而不是流经金属薄片。由于电流集中于小导电连接点而不是均匀地流经金属片的横截面，导电连接点被迅速加热而无需大量电流。