DE19857027A1

DE19857027A1 - Metallträger für einen Katalysator

Info

Publication number: DE19857027A1
Application number: DE19857027A
Authority: DE
Inventors: Masaharu Nakamori; Katsunori Okubo; Masashi Yokoyama; Hirohsi Kato
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 1999-07-15
Also published as: US20020037242A1; CN1222636A; TW365629B; JPH11197517A; IT1303585B1; ITTO981047A1; CN1100198C; ITTO981047A0

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallträger für einen Katalysator, insbesondere einen Metallträger für einen Katalysator, der eine zylindrische Bienenwaben struktur mit einer Vielzahl axial verlaufender Luftkanäle sowie ein zylindri sches Gehäuse aufweist, welches den Umfang der Bienenwabenstruktur abdeckt.

Ein derartiger Metallträger wird in ein Abgassystem eines Fahrzeugs in einem Zustand eingesetzt, in dem auf dessen Bienenwabenstruktur ein Katalysator zur Abgasreinigung angebracht ist.

Beispielsweise bei Krafträdern, insbesondere mit einem kleinen Zweitakt motor versehenen Krafträdern, ist der Metallträger aufgrund von Platz- und Anordnungsbeschränkungen und dgl. in die Innenseite eines Schalldämpfers derart eingesetzt, daß ein Öffnungsabschnitt an einem Ende seines Gehäuses an den Auslaß des Abgasrohrs angeschweißt ist. Aus diesem Grund wird der Metallträger einer hohen Temperatur von beispielsweise 900°C oder höher ausgesetzt.

In diesem Fall ist die Bienenwabenstruktur mit einer Katalysatorschicht bedeckt und daher kommt ihre Oxidation nicht weiter in Frage. Jedoch liegt der Umfang des Gehäuses frei, und daher schreitet dessen Oxidation schnell fort, wenn das Gehäuse hoher Temperatur ausgesetzt wird. Anders gesagt, es kommt zu einer abnormalen Oxidation.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Metallträger für einen Katalysator anzugeben, durch den die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit des Gehäuses verbessert wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Metallträger für einen Katalysator vorgeschlagen, der eine im wesentlichen zylindrische Bienenwabenstruktur mit einer Vielzahl in axialer Richtung verlaufenden Luftkanälen sowie ein zylindrisches Gehäuse aufweist, welches den Umfang der Bienenwaben struktur abdeckt, wobei das zylindrische Gehäuse aus Mo enthaltendem ferritischem rostfreiem Stahl zusammengesetzt ist.

Dieses Gehäusematerial bewirkt, daß die Hochtemperatur-Oxidationsbestän digkeit des Gehäuses stark verbessert ist, wodurch sich eine abnormale Oxidation des Gehäuses vermeiden läßt.

Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils von Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Graphik eines Beispiels der Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oxidationszunahme;

Fig. 4 ist eine Graphik eines anderen Beispiels der Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oxidationszunahme; und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Anordnung von Abgasrohr, Schalldämpfer und Reinigungsvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Abgasreinigungsvorrichtung 1, die in ein Abgassystem eines Kraftrads eingesetzt ist und aus einem Katalysator- Metallträger 2 für einen Katalysator und einer darauf angebrachten Katalysatorschicht 3 zusammengesetzt ist. Der Metallträger 2 weist eine Bienenwabenstruktur 5 auf, die zylinderförmig ist und eine Mehrzahl in axialer Richtung verlaufender Luftkanäle 4 aufweist, sowie ein zylindrisches Gehäuse 6, das den Umfang der Bienenwabenstruktur 5 abdeckt. In dieser Ausführung sind die an der äußersten Stelle der Bienenwabenstruktur 5 befindlichen mehreren Luftkanäle 4 durch Zusammenwirkung der Innenflä che des Gehäuses 6 und einer Wellplatte 7 der Bienenwabenstruktur 5 gebildet. Die Katalysatorschicht 3 ist nach einer Sinterbehandlung der Innenfläche der jeweiligen Luftkanäle 4 angebracht.

Die Wellplatten 7 und Basisplatten 8 der Bienenwabenstruktur 5 sind aus ferritischem rostfreiem Stahl hergestellt, beispielsweise üblichem, kein Mo enthaltendem ferritischem rostfreiem Stahl.

Das Gehäuse 6 ist aus einem saumgeschweißten Rohr gebildet, welches Mo enthaltenden ferritischen rostfreien Stahl aufweist. Der Mo-Gehalt in diesem ferritischen rostfreien Stahl liegt bevorzugt im Bereich von 0,30 Gew.-% ≦ Mo ≦ 2,50 Gew.-%.

Dieses Material des Gehäuses 6 verbessert die Hochtemperatur-Oxidations beständigkeit des Gehäuses 6 und vermeidet dessen abnormale Oxidation. Da ferner das Material des Gehäuses 6 das gleiche wie jenes der Bienen wabenstruktur 5 ist, ist der Unterschied des linearen Ausdehnungskoeffi zienten zwischen diesen gering, wodurch eine starke thermische Verfor mung des Gehäuses 6 aufgrund dieses Unterschieds unterbunden wird. Ferner läßt sich das Gehäuse 6 besser an den Auslaß des Abgasrohrs schweißen.

Wenn der Mo-Gehalt < 0,30 Gew.-% beträgt, reicht der Effekt der Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit des Gehäuses 6 nicht ganz aus. Wenn der Mo-Gehalt < 2,50 Gew.-% beträgt, ist der Mo-Gehalt deutlich größer als in üblichen Standardmaterialien, was die Materialkosten erhöht. Dieses Material ist daher für Massenproduktion kaum geeignet.

Im folgenden werden die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit des das Gehäuse 6 bildenden Materials sowie praktische Fahrzeughaltbarkeitstests erläutert.

I. Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit

Tabelle 1 zeigt ferritische rostfreie Stahlzusammensetzungen in Beispielen 1 bis 3.

In den Beispielen 1 bis 3 wurden Teststücke mit einer Dicke von 1,0 mm und gleichem Oberflächenausmaß hergestellt, und diese Teststücke wurden bei Atmosphärendruck in einen Heizofen gelegt. Die Heiztemperatur wurde dann auf einen vorbestimmten Wert erhöht, und die erhöhte Temperatur wurde für 20 Stunden gehalten. Anschließend wurde eine Oxidations zunahme (Gew.-%) der jeweiligen Teststücke geprüft. Dieser Vorgang wurde mehrmals wiederholt.

Fig. 3 zeigt Ergebnisse der Messung. In dieser Figur entsprechen die Beispiele 1 bis 3 den jeweiligen Beispielen 1 bis 3 in der Tabelle 1. Wie in Fig. 3 gezeigt, begann die Oxidation in den Beispielen 1 bis 3, wenn die Heiztemperatur über etwa 800°C lag. Jedoch betrug die Oxidations zunahme von Beispiel 1, das Mo enthielt, nur etwa 0,57 Gew.-%, sogar bei einer Heiztemperatur von 1000°C. Dies verdeutlicht, daß Beispiel 1 eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit hat. Andererseits stieg in Beispiel 2 die abnormale Oxidation bei einer Heiztemperatur von etwa 900°C an bzw. in Beispiel 3 bei einer Temperatur von etwa 950°C.

Anschließend wurde das Innere des Ofens bei einer feuchtigkeitsangerei cherten Atmosphäre gehalten, und dann wurde der gleiche Meßvorgang wie oben mehrmals wiederholt. In diesem Fall enthielt die feuchtigkeitsangerei cherte Atmosphäre 90 Vol.-% Gasgemisch (0,5 Vol.-% Sauerstoff und den Rest Stickstoff) und 10 Vol.-% Wasser.

Fig. 4 zeigt Ergebnisse dieser Messung. In dieser Figur entsprechen die Beispiele 1 bis 3 den jeweiligen Beispielen 1 bis 3 in Tabelle 1. Wie in Fig. 4 gezeigt, beträgt die Oxidationszunahme im Fall von Beispiel 1, das Mo enthielt, etwa 0,48 Gew.-% bei einer Heiztemperatur von 950°C. Dies verdeutlicht, daß Beispiel 1 eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Oxida tionsbeständigkeit auch in der feuchtigkeitsangereicherten Atmosphäre hat. Andererseits stieg in den Beispielen 2 und 3 die abnormale Oxidation bei einer Heiztemperatur von etwa 900°C oder darüber.

II Praktischer Fahrzeughaltbarkeitstest

Die Katalysatorschicht 3 mit einem Edelmetall, wie etwa Platin, wurde auf dem Katalysator-Metallträger 2 angebracht, dessen Gehäuse 6 aus dem Material von Beispiel 1 bestand, zum Erhalt der Reinigungsvorrichtung 1 von Beispiel 1. Die gleiche Katalysatorschicht 3 wie oben wurde auf zwei Arten von Katalysator-Metallträgern 2 angebracht, die das Gehäuse 6 aufwiesen und aus den Materialien der Beispiele 2 und 3 hergestellt waren, zum Erhalt der Reinigungsvorrichtungen 1 der Beispiele 2 und 3.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wurde in ein Abgassystem eines an einem Kraftrad angebrachten kleinen Zweitaktmotors das Gehäuse 6 mit seiner einen Endöffnung an den Auslaß des Auslaßrohrs 9 derart angeschweißt, daß der Metallträger 2, d. h. die Reinigungsvorrichtung 1 von Beispiel 1, innerhalb des Schalldämpfers 10 lag. Dann wurde der Motor für eine bestimmte Zeitdauer in Betrieb genommen, und anschließend wurde der Zustand des Gehäuses 6 geprüft. Bei Betrieb des Motors betrug die Temperatur innerhalb des Schalldämpfers 10 mit einem Abstand von 20 cm hinter der Reinigungs vorrichtung 1 etwa 900°C. Der gleiche Test wurde mit den Reinigungsvor richtungen der Beispiele 2 und 3 durchgeführt.

Tabelle 2 zeigt Ergebnisse des Tests.

Aus Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß das Gehäuse 6 der Reinigungsvorrich tung 1 von Beispiel 1 eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Oxidationsbe ständigkeit und eine gute Verformungsbeständigkeit hat. Somit bleibt die Abgas-Reinigungsfähigkeit von Beispiel 1 über eine lange Zeitdauer erhalten.

Aus Tabelle 2 ist ferner zu entnehmen, daß die Reinigungsvorrichtungen 1 der Beispiele 2 und 3 nicht überzeugend waren. Insbesondere wurde die Katalysatorschicht 3 von Beispiel 2 einer EPMA (XMA) Analyse (Elektronenstrahl- bzw. Röntgenmikroanalyse) unterzogen. Im Ergebnis wurde ein an der Innenfläche des Gehäuses 6 anhaftender Abschnitt 3a (siehe Fig. 2) der Katalysatorschicht 3 infolge abnormaler Oxidation mit Oxid bedeckt, und ferner wurde an einem an der Biehenwabenstruktur 5 anhaftenden Abschnitt 3b (siehe Fig. 2) der Katalysatorschicht 3 eine Fe-Komponente festgestellt. Die Abgasreinigungsfähigkeit dieser Reinigungsvorrichtung 1 von Beispiel 2 war, im Vergleich zum Ausgangswert, stark reduziert.

Es wird ein Metallträger für einen Katalysator mit einem zylindrischen Gehäuse vorgeschlagen, das eine ausgezeichnete Hochtemperatur- Oxidationsbeständigkeit hat. Der Metallträger 2 für einen Katalysator weist eine Bienenwabenstruktur 5 auf, die eine zylindrische Form und eine Mehrzahl in axialer Richtung verlaufender Luftkanäle 4 aufweist, sowie ein zylindrisches Gehäuse 6, welches den Umfang der Bienenwabenstruktur 5 abdeckt. Das zylindrische Gehäuse 6 ist aus Mo enthaltendem, ferritischem rostfreiem Stahl hergestellt. Hierdurch läßt sich eine abnormale Oxidation des zylindrischen Gehäuses 6 bei hoher Temperatur vermeiden.

Claims

1. Metallträger für einen Katalysator, umfassend eine Bienenwaben struktur (5), die eine zylindrische Form und eine Mehrzahl in ihrer axialen Richtung verlaufender Luftkanäle (4) aufweist, sowie ein zylindrisches Gehäuse (6), welches den Umfang der Bienenwaben struktur (5) abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (6) aus Mo enthaltendem, ferritischem rostfreiem Stahl hergestellt ist.

2. Metallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mo-Gehalt in dem ferritischen rostfreien Stahl 0,30 Gew.-% ≦ Mo ≦ 2,50 Gew.-% beträgt.