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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】内燃機関
(51)【国際特許分類】
F01N 3/00 20060101AFI20221129BHJP
F01N 3/20 20060101ALI20221129BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
F01N3/00 F
F01N3/20 K
F01N3/20 H
F01N3/24 N
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019042979
(22)【出願日】2019-03-08
(65)【公開番号】P2020143658
(43)【公開日】2020-09-10
【審査請求日】2021-06-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100147555
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 公一
(74)【代理人】
【識別番号】100123593
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 宣夫
(74)【代理人】
【識別番号】100167461
【弁理士】
【氏名又は名称】上木 亮平
(72)【発明者】
【氏名】藤田 徳明
【審査官】稲村 正義
(56)【参考文献】
【文献】特開平６－２６３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１８９９２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－２１２２９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６４－４４８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平６－１０９６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－３２２３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外筒と、前記外筒に対して電気的に絶縁された状態で当該外筒内に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、
前記導電性基材の温度を検出するための温度センサと、
を備える触媒コンバータを、排気経路に備える内燃機関であって、
前記温度センサは、
前記外筒に取り付けられる取付部と、
前記取付部から前記外筒の内部に延びると共に、先端が前記導電性基材の内部に位置するように前記導電性基材の排気流れ方向上流側の一端部側又は排気流れ方向下流側の他端部側から前記導電性基材の内部に挿入される感温部と、
前記感温部の、前記導電性基材の内部に挿入された部分の周囲を覆うように、前記導電性基材の内部に挿入される絶縁管と、
を備え、
前記感温部及び前記絶縁管は、前記導電性基材の内部において排気流れ方向と略平行に配置され、
前記導電性基材の一端部又は他端部のうちの前記感温部が挿入される側の端部である挿入側端部からその反対側の端部に向かって延びている前記絶縁管の先端までの距離は、前記挿入側端部から前記感温部の先端までの距離よりも所定距離だけ長く、かつ前記絶縁管の先端が開放端となっており、
前記所定距離は、前記導電性基材に印可される最大電圧に基づいて設定される、
内燃機関。
【請求項2】
前記挿入側端部は前記導電性基材の他端部であり、前記取付部は、前記導電性基材よりも排気流れ方向下流側の前記外筒に取り付けられている、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項3】
前記絶縁管の先端とは反対側の前記絶縁管の基端が開放端となっている、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項4】
前記触媒コンバータは、前記電気加熱式の触媒装置の排気流れ方向下流側に前記電気加熱式の触媒装置と一定の距離を空けて隣接するように前記外筒内に設けられ、絶縁性基材に触媒を担持させた後段触媒装置をさらに備え、
前記取付部は、前記絶縁性基材よりも排気流れ方向下流側の前記外筒に取り付けられており、
前記感温部は、前記絶縁性基材の排気流れ方向下流側の端部側から前記絶縁性基材の内部に挿入され、前記絶縁性基材の内部を通って前記導電性基材の内部まで延ばされており、
前記絶縁管は、前記絶縁性基材の内部に挿入された部分の周囲をさらに覆うように、前記導電性基材の内部から前記絶縁性基材の内部まで延ばされている、
請求項２又は請求項３に記載の内燃機関。
【請求項5】
前記挿入側端部は前記導電性基材の一端部であり、前記絶縁管の先端とは反対側の前記絶縁管の基端が閉塞端となっている、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項6】
前記絶縁管の先端は、前記導電性基材の内部に位置する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項7】
前記所定距離は、前記最大電圧に加えて前記導電性基材に流入する排気の最大流量をさらに考慮して設定される、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、従来の内燃機関として、導電性基材の温度を間接的に検出するための温度センサが、導電性基材の排気流れ方向下流側に配置された絶縁性基材に形成された収容穴の内部に配置されるように、当該温度センサを触媒コンバータに取り付けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－２０００６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前述した従来の内燃機関では、温度センサが導電性基材の外部に配置されていたため、導電性基材の温度の検出精度が低下するおそれがある。これに対して、温度センサを導電性基材の内部に配置することが考えられるが、前述した従来の内燃機関では、温度センサが排気の流れ方向に対して直交するように触媒コンバータに取り付けられていた。そのため、温度センサを導電性基材の内部に配置すると、温度センサが導電性基材の途中に排気の流れを遮るように配置されることになる。その結果、導電性基材の内部に排気が流れにくくなり、導電性基材が排気から受ける単位時間当たりの熱量が少なくなって導電性基材の昇温速度が低下するおそれがある。また、温度センサを導電性基材の内部に配置する場合には、温度センサと導電性基材との絶縁性を確保する必要がある。
【0005】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、導電性基材の内部を通過する排気の流れが温度センサによって遮られるのを抑制しつつ、導電性基材との絶縁性を確保した上で温度センサによって導電性基材の内部の温度を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、外筒と、外筒に対して電気的に絶縁された状態で当該外筒内に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、導電性基材の温度を検出するための温度センサと、を備える触媒コンバータを、排気経路に備える。温度センサは、外筒に取り付けられる取付部と、取付部から外筒の内部に延びると共に、先端が導電性基材の内部に位置するように導電性基材の排気流れ方向上流側の一端部側又は排気流れ方向下流側の他端部側から導電性基材の内部に挿入される感温部と、感温部の、導電性基材の内部に挿入された部分の周囲を覆うように、導電性基材の内部に挿入される絶縁管と、を備える。そして、感温部及び絶縁管は、導電性基材の内部において排気流れ方向と略平行に配置され、導電性基材の一端部又は他端部のうちの感温部が挿入される側の端部である挿入側端部からその反対側の端部に向かって延びている絶縁管の先端までの距離は、挿入側端部から感温部の先端までの距離よりも所定距離だけ長く、かつ絶縁管の先端が開放端となっている。
【0007】
また、本発明の別に態様による内燃機関は、外筒と、外筒に対して電気的に絶縁された状態で当該外筒内に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、導電性基材の温度を検出するための温度センサと、を備える触媒コンバータを、排気経路に備える。温度センサは、外筒に取り付けられる取付部と、取付部から外筒の内部に延びると共に、先端が導電性基材の内部に配置されるように導電性基材の排気流れ方向上流側の一端部側又は排気流れ方向下流側の他端部側から導電性基材の内部に挿入される感温部と、感温部の、導電性基材の内部に挿入された部分の周囲を覆うように、導電性基材の内部に挿入される絶縁管と、を備える。そして、感温部及び絶縁管は、導電性基材の内部において排気流れ方向と略平行に配置され、導電性基材の一端部又は他端部のうちの前記感温部が挿入される側の端部である挿入側端部からその反対側の端部に向かって延びている絶縁管の先端は、閉塞端となっている。
【発明の効果】
【0008】
本発明のこれらの態様によれば、導電性基材の内部を通過する排気の流れが温度センサによって遮られるのを抑制しつつ、導電性基材との絶縁性を確保した上で温度センサによって導電性基材の内部の温度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【0011】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【0012】
内燃機関１００は、内部で燃料を圧縮自己着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒に形成される燃焼室２と、各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、各燃焼室２内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド４と、各燃焼室２内から排気を排出するための排気マニホールド５と、を含む。
【0013】
各燃料噴射弁３は、燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。コモンレール１６は、吐出量の変更が可能な電子制御式の燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ１７によってコモンレール１６内に供給される。コモンレール１６内に供給された燃料は、各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
【0014】
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結される。コンプレッサ７ａの入口は、吸気管８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気管８には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２１１が設けられる。吸気ダクト６内には、ステップモータにより駆動される電気制御式のスロットル弁１０が配置される。吸気ダクト６の周りには、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。
【0015】
排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結される。排気タービン７ｂの出口は、触媒コンバータ２０が設けられた排気管１９に連結される。排気マニホールド５と吸気マニホールド４とは、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という。）を行うためにＥＧＲ通路１２を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路１２内には、電子制御式のＥＧＲ制御弁１３が配置される。ＥＧＲ通路１２の周りには、ＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４が配置される。
【0016】
触媒コンバータ２０は、機関本体１から排出される排気中の有害物質を取り除いた上で排気を外気に排出するための装置であって、外筒３０と、電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ；Electrical Heated Catalyst）４０と、温度センサ６０と、を備える。触媒コンバータ２０の各構成部品については、図２を参照して後述する。
【0017】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【0018】
入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ２１１や温度センサ６０などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また、入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１２の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。さらに入力ポート２０５には、機関回転速度Ｎを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１３の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【0019】
出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０を駆動するステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７などの各制御部品が電気的に接続される。
【0020】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力する。
【0021】
【0022】
外筒３０は、典型的にはステンレス等の金属又はセラミック等の非金属によって構成されたケースであって、収容部３０ａと、収容部３０ａよりも排気流れ方向上流側に形成される第１接続部３０ｂと、収容部３０ａよりも排気流れ方向下流側に形成される第２接続部３０ｃと、を備える。本実施形態では外筒３０は、略水平となるように排気管１９に接続されている。
【0023】
収容部３０ａは、その内部に電気加熱式の触媒装置４０を収容するための部分であって、その内径は排気管１９の内径よりも大きくされる。収容部３０ａの内壁面には、外筒３０と後述する電気加熱式の触媒装置４０の導電性基材４１とを電気的に絶縁するために、例えばガラス等の電気絶縁性の材料によってコーティングを施すことにより絶縁層３１が形成されている。
【0024】
第１接続部３０ｂは、排気流れ方向に沿って徐々にその内径が排気管１９の内径から収容部３０ａの内径に向かって拡がるように形成された部分であって、その前端部が排気管１９に接続される。
【0025】
第２接続部３０ｃは、排気流れ方向に沿って徐々にその内径が収容部３０ａの内径から排気管１９の内径に向かって狭くなるように形成された部分であって、その後端部が排気管１９に接続される。本実施形態では、この第２接続部３０ｃに、後述する温度センサ６０の取付部６２を取り付けるための挿通孔３２が形成されている。
【0026】
電気加熱式の触媒装置４０は、導電性基材４１と、第１保持マット４２と、一対の電極４３と、を備える。
【0027】
導電性基材４１は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）などの通電されることにより発熱する材料によって形成される。図３に示すように、導電性基材４１には、排気の流れ方向に沿って、断面形状が格子形状（又はハニカム形状）の複数の通路（以下「単位セル」という。）４１１が形成されており、各単位セル４１１の表面に触媒が担持されている。導電性基材４１に担持させる触媒は特に限られるものではなく、種々の触媒の中から所望の排気浄化性能を得るために必要な触媒を適宜選択して導電性基材４１に担持させることができる。
【0028】
第１保持マット４２は、導電性基材４１と収容部３０ａとの間の隙間を埋めるように、導電性基材４１と収容部３０ａとの間に設けられ、導電性基材４１を収容部３０ａ内の所定位置に保持するための部品である。第１保持マット４２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの電気絶縁性の材料によって形成されている。
【0029】
一対の電極４３は、導電性基材４１に電圧を印加するための部品であり、それぞれ収容部３０ａに対して電気的に絶縁された状態で、それらの一端が導電性基材４１に電気的に接続されている。一対の電極４３のうちの一方の電極４３ａの他端は、例えばバッテリなどの電源４４のプラス端子に接続され、他方の電極４３ｂの他端は、電源４４のマイナス端子に接続されている。一対の電極４３を介して導電性基材４１に電圧を印加することで、導電性基材４１に電流が流れて導電性基材４１が発熱し、導電性基材４１に担持された触媒が加熱される。
【0030】
このように電気加熱式の触媒装置４０は、収容部３０ａに対して電気的に絶縁された状態で収容部３０ａ内に設けられる。
【0031】
温度センサ６０は、熱電対６１によって導電性基材４１の温度（触媒床温）を直接的に検出するためのセンサである。この温度センサ６０で検出された温度に基づいて、導電性基材４１に対する通電制御や、電気加熱式の触媒装置４０の故障判定などが電子制御ユニット２００によって行われている。
【0032】
図２に示すように、本実施形態による温度センサ６０は、その取付部６２が、外筒３０の第２接続部３０ｃに対して電気的に絶縁された状態で第２接続部３０ｃに取り付けられている。具体的には本実施形態では、温度センサ６０の取付部６２が、外周面に雄ネジを有する絶縁性のニップルとなっており、このニップルを、雌ネジを有する第２接続部３０ｃの挿通孔３２に螺合させることで、第２接続部３０ｃに対して電気的に絶縁された状態で温度センサ６０の取付部６２が第２接続部３０ｃに取り付けられている。
【0033】
そして本実施形態では、このように温度センサ６０の取付部６２を外筒３０の第２接続部３０ｃに取り付けて、熱電対６１を導電性基材４１よりも排気流れ方向下流側から外筒３０の内部に挿入し、熱電対６１を排気流れ方向上流側に向かって導電性基材４１の単位セル４１１の内部を通し、熱電対６１の先端６１ａが導電性基材４１の中央部に位置するように、熱電対６１を導電性基材４１の内部の中央部まで延ばすようにしている。そしてまた、熱電対６１が排気の流れを阻害することがないように、導電性基材４１の内部において、熱電対６１を排気流れ方向と略平行となるように配置している。
【0034】
このように、熱電対６１を導電性基材４１の内部に配置することで、熱電対６１によって導電性基材４１の温度を直接的に検出することができる。そのため、導電性基材４１の温度を精度良く検出することができる。一方で、熱電対６１を導電性基材４１の内部に配置する場合には、熱電対６１と導電性基材４１との絶縁性を確保するために、導電性基材４１の内部において導電性基材４１と熱電対６１とが接触するのを防止する必要がある。
【0035】
そこで本実施形態では、図３に示すように、例えばセラミックなどの電気絶縁性の材料によって形成された絶縁管６３を導電性基材４１の単位セル４１１の内部に挿入し、その絶縁管６３の内部に熱電対６１を通して絶縁管６３によって熱電対６１の周囲を覆うようにしている。これにより、導電性基材４１と熱電対６１との接触を防止することができる。
【0036】
なお本実施形態では、絶縁管６３の排気流れ方向上流側の端部、及び絶縁管６３の排気流れ方向下流側の端部のそれぞれを、開放端としている。すなわち本実施形態では、導電性基材４１の内部の中央部に位置する絶縁管６３の先端６３ａ、及び先端６３ａの反対側の基端６３ｂのそれぞれを開放端としている。
【0037】
このように、絶縁管６３の先端６３ａ及び基端６３ｂを開放端とすることで、絶縁管６３の内部にも排気が流れることになるため、絶縁管６３の内部に排気中の導電性カーボンが付着しやすくなるものの、排気中には微量の酸素も含まれているため、高温の排気雰囲気下においては、絶縁管６３の内部を流れる排気によって、絶縁管６３の内部に付着した導電性カーボンを酸化させることができる。そのため、絶縁管６３の内部に導電性カーボンが堆積するのを抑制できるので、堆積した導電性カーボンによって導電性基材４１と熱電対６１とを電気的に接続する電流パスが形成されるのを抑制し、導電性基材４１と熱電対６１との絶縁性が悪化するのを抑制できる。
【0038】
その一方で、絶縁管６３の先端６３ａが開放端となっている場合、導電性基材４１に電圧が印可されたときに、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間で空間放電が生じて導電性基材４１と熱電対６１とが短絡し、導電性基材４１と熱電対６１との絶縁性が悪化するおそれがある。
【0039】
このような空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を抑制するには、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間に一定以上の空間距離を設けることが有効である。
【0040】
そこで本実施形態では、図４に示すように、熱電対６１が挿入される側の導電性基材４１の端部（以下「挿入側端部」という。本実施形態では排気流れ方向下流側の端部）４１ａから熱電対６１の先端６１ａまでの距離Ｌ１よりも、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから絶縁管６３の先端６３ａまでの距離Ｌ２が長くなるように、導電性基材４１の内部に絶縁管６３を配置している。すなわち、導電性基材４１の内部における絶縁管６３の長さを、導電性基材４１の内部における熱電対６１の長さよりも長くなるようにしている。
【0041】
これにより、例えば図４に一点鎖線で示すように、仮に距離Ｌ１と距離Ｌ２とを同じにした場合の導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間の空間距離ｌ１よりも、本実施形態では絶縁管６３の長さを熱電対６１の長さよりも長くした分だけ、図４に破線で示すように、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間の空間距離ｌ２を長くすることができる。そのため、空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を抑制することができるので、導電性基材４１との絶縁性の悪化を抑制することができる。
【0042】
なお本実施形態では、熱電対６１の先端から絶縁管６３の先端までの距離Ｌ３（以下「絶縁管６３の延伸距離」という。）を以下のような思想に基づいて設定している。
【0043】
すなわち導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間における空間放電は、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間の空間距離が同じであれば、基本的に導電性基材４１に印可する電圧が高くなるほど生じやすくなる傾向にある。したがって、本実施形態では、絶縁管６３の延伸距離Ｌ３を、導電性基材に印可される最大電圧に基づいて設定している。
【0044】
また、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間における空間放電の生じやすさは、導電性基材４１に印可する電圧の大きさ以外にも、導電性基材４１の内部が空気雰囲気下であるか、又は排気雰囲気下であるかによっても変化する。具体的には、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間における空間放電は、導電性基材４１の内部が排気雰囲気下のときの方が生じやすくなる傾向にあり、さらに導電性基材４１に流入する排気の流量、ひいては単位セル４１１の内部に流入する排気の流量が多いほど生じやすくなる傾向にある。したがって、絶縁管６３の延伸距離Ｌ３を、導電性基材に印可される最大電圧と、導電性基材４１に流入する排気の最大流量と、に基づいて設定してもよい。
【0045】
以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、外筒３０と、外筒３０に対して電気的に絶縁された状態で外筒３０内に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材４１に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置４０と、導電性基材４１の温度を検出するための温度センサ６０と、を備える触媒コンバータ２０を、排気経路に備える。
【0046】
温度センサ６０は、外筒３０に取り付けられる取付部６２と、取付部６２から外筒３０の内部に延びると共に、先端６１ａが導電性基材４１の内部に位置するように導電性基材４１の排気流れ方向下流側の他端部側から導電性基材４１の内部に挿入される熱電対６１（感温部）と、熱電対６１の、導電性基材４１の内部に挿入された部分の周囲を覆うように、導電性基材４１の内部に挿入される絶縁管６３と、を備える。
【0047】
そして、熱電対６１及び絶縁管６３は、導電性基材４１の内部において排気流れ方向と略平行に配置され、導電性基材４１の熱電対６１が挿入される側の端部である挿入側端部４１ａ（本実施形態では、導電性基材４１の排気流れ方向下流側の端部）からその反対側の端部（本実施形態では、導電性基材４１の排気流れ方向上流側の端部）に向かって延びている絶縁管６３の先端６３ａまでの距離Ｌ２は、挿入側端部４１ａから熱電対６１の先端６１ａまでの距離Ｌ１よりも所定距離だけ長く、かつ絶縁管６３の先端が開放端となっている。
【0048】
これにより、絶縁管６３によって、導電性基材４１と熱電対６１との接触を防止できると共に空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を抑制することができるので、導電性基材４１と温度センサ６０との絶縁性の悪化を抑制することができる。
【0049】
また、熱電対６１及び絶縁管６３が、排気流れ方向と略平行にされた状態で導電性基材４１の内部に配置されているので、導電性基材４１の内部を通過している途中の排気の流れが、熱電対６１及び絶縁管６３によって遮られるのを抑制できる。したがって、導電性基材４１の内部に排気が流入しにくくなって導電性基材４１の昇温速度が低下してしまうのを抑制できるので、熱電対６１によって排気の流れが遮られることに起因する排気エミッションの悪化を抑制できる。
【0050】
さらに、熱電対６１が導電性基材４１の内部に配置されているため、導電性基材４１の温度を精度良く検出することができる。
【0051】
また本実施形態では、導電性基材４１の挿入側端部４１ａは、導電性基材４１の排気流れ方向下側の端部であり、温度センサ６０の取付部６２が、導電性基材４１よりも排気流れ方向下流側の外筒３０、すなわち第２接続部３０ｃに取り付けられている。
【0052】
そのため、温度センサ６０の取付部６２と導電性基材４１の挿入側端部４１ａとの間に位置する、熱電対６１の導電性基材４１に挿入されていない部分（以下「熱電対６１の非挿入部」という。）に、導電性基材４１に流入する前の排気が当たることがない。
【0053】
この熱電対６１の非挿入部を、仮に導電性基材４１に流入する前の排気が当たるような位置（すなわち、導電性基材４１よりも排気流れ方向上流側）に配置すると、排気脈動の影響を受けて熱電対６１が振動し、その結果、熱電対６１が劣化したり、熱電対６１の位置（測温部位）が変化して導電性基材４１の温度の検出精度が悪化したりするおそれがある。
【0054】
また、排気の熱が熱電対６１に奪われて、導電性基材４１に流入する排気の温度が低下するおそれがある。そのため、導電性基材４１の温度の昇温速度が低下して触媒が活性するまでの時間が長くなり、排気エミッションが悪化するおそれがある。さらには、熱電対６１の非挿入部によって導電性基材４１に流入する排気の流れが遮られるため、熱電対６１の非挿入部の後方に位置する導電性基材４１の単位セル４１１に排気が流入しにくくなる。その結果、導電性基材４１が排気から受ける単位時間当たりの熱量が少なくなって、導電性基材４１の昇温速度が低下して導電性基材４１に担持された触媒が活性するまでの時間が長くなり、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【0055】
したがって、本実施形態のように、熱電対６１の非挿入部に導電性基材４１に流入する前の排気が当たらないようにすることで、熱電対６１が振動することに起因する温度センサ６０の耐久性の悪化、及び導電性基材４１の温度の検出精度の悪化を抑制できる。また、熱電対６１の非挿入部に熱が奪われることに起因する排気エミッションの悪化や、熱電対６１の非挿入部によって排気の流れが遮られることに起因する排気エミッションの悪化を抑制できる。
【0056】
また本実施形態では、絶縁管６３の先端６３ａ及び基端６３ｂが、それぞれ開放端となっている。
【0057】
そのため、熱電対６１及び絶縁管６３が挿入された単位セル４１１に排気が流れにくくなるのを抑制できる。また、仮に絶縁管６３の内部に排気中の導電性カーボンが付着したとしても、絶縁管６３の内部を流れる排気によって、絶縁管６３の内部に付着した導電性カーボンを酸化させることができる。そのため、絶縁管６３の内部に導電性カーボンが堆積するのを抑制できるので、堆積した導電性カーボンによって導電性基材４１と熱電対６１とを電気的に接続する電流パスが形成されるのを抑制し、導電性基材４１と熱電対６１との絶縁性が悪化するのを抑制できる。
【0058】
また本実施形態では、絶縁管６３の先端６３ａは、導電性基材４１の内部に位置している。
【0059】
絶縁管６３の延伸距離Ｌ３を長くすれば、空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を抑制しやすくなるが、例えば絶縁管６３の先端６３ａを導電性基材４１の外部まで延ばすなど、延伸距離Ｌ３を長くし過ぎると、絶縁管６３が折れるなどして、絶縁管６３が破損するおそれがある。したがって、絶縁管６３の先端６３ａが導電性基材４１の内部に収まる程度の延伸距離Ｌ３とすることで、絶縁管６３の破損を抑制することができる。
【0060】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、触媒コンバータ２０が、電気加熱式の触媒装置４０の排気流れ方向下流側に、電気加熱式の触媒装置４０に対して一定の距離を空けて隣接するように配置された後段触媒装置５０をさらに備える点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、触媒コンバータ２０が、電気加熱式の触媒装置４０の排気流れ方向下流側に、電気加熱式の触媒装置４０に対して一定の距離を空けて隣接するように配置された後段触媒装置５０をさらに備える点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【0061】
図５は、本実施形態による触媒コンバータ２０の各構成部品について説明する図である。
【0062】
図５に示すように、本実施形態による触媒コンバータ２０は、電気加熱式の触媒装置４０の排気流れ方向下流側に、電気加熱式の触媒装置４０に対して一定の距離を空けて隣接するように収容部３０ａ内に設けられた後段触媒装置５０を備える。後段触媒装置５０は、絶縁性基材５１と、第２保持マット５２と、を備える。
【0063】
絶縁性基材５１は、例えばコージェライトなどの電気絶縁性の材料によって形成される。絶縁性基材５１にも、導電性基材４１と同様に断面形状が格子形状（又はハニカム形状）の単位セル（図示せず）が排気の流れ方向に沿って複数形成されており、各単位セルの表面に触媒が担持されている。絶縁性基材５１に担持させる触媒も特に限られるものではなく、種々の触媒の中から所望の排気浄化性能を得るために必要な触媒を適宜選択して絶縁性基材５１に担持させることができる。絶縁性基材５１に担持させる触媒は、導電性基材４１に担持させる触媒と同じものでも良く、異なるものでも良い。
【0064】
第２保持マット５２は、絶縁性基材５１と収容部３０ａとの間の隙間を埋めるように、絶縁性基材５１と収容部３０ａの内壁面に形成された絶縁層３１との間に設けられ、絶縁性基材５１を収容部３０ａ内の所定位置に保持するための部品である。第２保持マット５２も、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの電気絶縁性の材料によって形成されている。
【0065】
このように、収容部３０ａ内において、導電性基材４１の排気流れ方向下流側に絶縁性基材５１のような別の触媒装置の基材が配置されている場合、第２接続部３０ｃに取り付けた温度センサ６０の熱電対６１を導電性基材４１の内部まで延ばすには、熱電対６１を絶縁性基材５１の排気流れ方向下流側の端部から絶縁性基材５１に挿入して絶縁性基材５１の内部に通した後、その熱電対６１をさらに導電性基材４１に挿入する必要がある。
【0066】
このとき、絶縁管６３が導電性基材４１の内部にしか配置されていないと、熱電対６１を絶縁性基材５１の内部に通した後に、その熱電対６１を、導電性基材４１の絶縁管６３が配置されている特定の単位セル４１１に挿入して絶縁管６３の内部に通す必要がある。しかしながら、導電性基材４１の単位セル４１１の径、ひいては絶縁管６３の径が小さくなるほど、また、格子が細かくなって単位セル４１１の数が増えるほど、特定の単位セル４１１に熱電対６１を挿入しにくくなるので、このような作業が困難となる。
【0067】
そこで本実施形態では、図５に示すように、絶縁管６３を導電性基材４１の内部から絶縁性基材５１の内部まで延ばすようにしている。より詳細には、絶縁管６３の基端６３ｂを、絶縁性基材５１の排気流れ方向下流側の端部まで延ばすようにしている。
【0068】
これにより、熱電対６１を絶縁性基材５１の排気流れ方向下流側の端部から絶縁性基材５１に挿入すれば、そのまま熱電対６１の先端６１ａを導電性基材４１の中央部まで延ばすことができるので、熱電対６１を導電性基材４１に挿入する際の作業性を向上させることができる。
【0069】
以上説明した本実施形態によれば、触媒コンバータ２０は、電気加熱式の触媒装置４０の排気流れ方向下流側に電気加熱式の触媒装置４０に対して一定の距離を空けて隣接するように外筒３０内に設けられ、絶縁性基材５１に触媒を担持させた後段触媒装置５０をさらに備える。温度センサ６０の取付部６２は、絶縁性基材５１よりも排気流れ方向下流側の外筒３０、すなわち第２接続部３０ｃに取り付けられており、熱電対６１は、絶縁性基材５１の排気流れ方向下流側の端部側から絶縁性基材５１の内部に挿入され、絶縁性基材５１の内部を通って導電性基材４１の内部まで延ばされている。そして、絶縁管６３は、絶縁性基材５１の内部に挿入された部分の周囲をさらに覆うように、導電性基材４１の内部から絶縁性基材５１の内部まで延ばされている。
【0070】
これにより、熱電対６１を絶縁性基材５１の排気流れ方向下流側の端部から絶縁性基材５１に挿入すれば、そのまま熱電対６１の先端６１ａを導電性基材４１の中央部まで延ばすことができるので、熱電対６１を導電性基材４１に挿入する際の作業性を向上させることができる。
【0071】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、絶縁管６３の先端６３ａを閉塞端にした点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、絶縁管６３の先端６３ａを閉塞端にした点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【0072】
図６は、本実施形態による熱電対６１の先端６１ａ付近の導電性基材４１の内部を示す要部拡大図である。
【0073】
図６に示すように、本実施形態では、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから熱電対６１の先端６１ａまでの距離Ｌ１と、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから絶縁管６３の先端６３ａまでの距離Ｌ２と略同じにして、絶縁管６３の先端６３ａを閉塞端とする。
【0074】
これにより、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間で空間放電が生じるのを防止することができる。また、絶縁管６３の先端６３ａ側から絶縁管６３の内部に排気が流入することがないので、絶縁管６３の内部に排気中の導電性カーボンが付着するのを抑制することができる。そのため、導電性カーボンによって導電性基材４１と熱電対６１とを電気的に接続する電流パスが形成されるのを抑制し、導電性基材４１と熱電対６１との絶縁性が悪化するのを抑制できる。
【0075】
以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、外筒３０と、外筒３０に対して電気的に絶縁された状態で外筒３０内に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材４１に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置４０と、導電性基材４１の温度を検出するための温度センサ６０と、を備える触媒コンバータ２０を、排気経路に備える。
【0076】
温度センサ６０は、外筒３０に取り付けられる取付部６２と、取付部６２から外筒３０の内部に延びると共に、先端６１ａが導電性基材４１の内部に配置されるように導電性基材４１の排気流れ方向下流側の端部側から導電性基材４１の内部に挿入される熱電対６１（感温部）と、熱電対６１の、導電性基材４１の内部に挿入された部分の周囲を覆うように、導電性基材４１の内部に挿入される絶縁管６３と、を備える。
【0077】
そして、熱電対６１及び絶縁管６３は、導電性基材４１の内部において排気流れ方向と略平行に配置され、導電性基材４１の熱電対６１が挿入される側の端部である挿入側端部４１あからその反対側の端部に向かって延びている絶縁管６３の先端６３ａは、閉塞端となっている。
【0078】
これにより、導電性基材４１と熱電対６１の先端６１ａとの間で空間放電が生じるのを防止することができる。また、絶縁管６３の先端６３ａ側から絶縁管６３の内部に排気が流入することがないので、絶縁管６３の内部に排気中の導電性カーボンが付着するのを抑制することができる。そのため、導電性カーボンによって導電性基材４１と熱電対６１とを電気的に接続する電流パスが形成されるのを抑制し、導電性基材４１と熱電対６１との絶縁性が悪化するのを抑制できる。
【0079】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0080】
例えば、上記の実施形態では、機関本体１で燃料を圧縮自己着火燃焼させるように内燃機関１００を構成していたが、機関本体１で燃料を火花点火燃焼させるように内燃機関１００を構成しても良い。また、排気管１９に触媒コンバータ２０以外の排気浄化装置、例えばパティキュレートフィルタや他の触媒装置などを設けても良い。
【0081】
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態において、絶縁管６３の基端６３ｂを、熱電対６１が挿入可能な程度の孔を設けた閉塞端としてもよい。
【0082】
また、上記の第１実施形態では、温度センサ６０の取付部６２を外筒３０の第２接続部３０ｃに取り付けていたが、例えば図７に示すように、温度センサ６０の取付部６２を外筒３０の第１接続部３０ｂに取り付けるようにして、熱電対６１を導電性基材４１よりも排気流れ方向上流側から外筒３０の内部に挿入し、熱電対６１を取付部６２から排気流れ方向下流側に向かって導電性基材４１の単位セル４１１の内部を通し、熱電対６１の先端６１ａが導電性基材４１の中央部に位置するように、熱電対６１を導電性基材４１の内部の中央部まで延ばすようにしてもよい。そして熱電対６１の周囲を絶縁管６３で覆うようにしてもよい。
【0083】
この際、第１実施形態と同様に、絶縁管６３の先端６３ａを開放端にすると共に、導電性基材４１の挿入側端部４１ａ（図７に示す例では、導電性基材４１の排気流れ方向上流側の端部）から熱電対６１の先端６１ａまでの距離Ｌ１よりも、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから絶縁管６３の先端６３ａまでの距離Ｌ２が長くなるように、導電性基材４１の内部に絶縁管６３を配置することで、導電性基材４１と熱電対６１との接触を防止できると共に空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を抑制することができる。
【0084】
また第３実施形態のように、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから熱電対６１の先端６１ａまでの距離Ｌ１と、導電性基材４１の挿入側端部４１ａから絶縁管６３の先端６３ａまでの距離Ｌ２と略同じにして、絶縁管６３の先端６３ａを閉塞端とすれば、導電性基材４１と熱電対６１との接触を防止できると共に空間放電による導電性基材４１と熱電対６１との短絡を防止することができる。
【0085】
また図７に示す例において、絶縁管６３の基端６３ｂを開放端として、絶縁管６３の内部に付着した導電性カーボンの酸化を促進させるようにしてもよいし、絶縁管６３の基端６３ｂを、熱電対６１が挿入可能な程度の孔を設けた閉塞端として絶縁管６３の内部に導電性カーボンが付着するのを抑制するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0086】
３０ 外筒
４０ 電気加熱式の触媒装置
４１ 導電性基材
５０ 後段触媒装置
５１ 絶縁性基材
６０ 温度センサ
６１ 熱電対（感温部）
６２ 取付部
４０ 電気加熱式の触媒装置
４１ 導電性基材
５０ 後段触媒装置
５１ 絶縁性基材
６０ 温度センサ
６１ 熱電対（感温部）
６２ 取付部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】