DE60121555T2 - Fixier- und Dichtmattenmaterial - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halte- und Dichtmattenmaterial für eine Abgasreinigungsvorrichtung und auf einen katalytischen Konverter, der das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, um einen Katalysatorträger in dem katalytischen Konverter zu halten, und sie bezieht sich weiterhin auf einen Dieselteilchenfilter, der das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, um einen Dieselteilchenfilter in einem Dieselteilchenfiltersystem zu halten.
  • Stand der Technik
  • Das Abgassystem eines Automobilmotors ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen von Abgaskomponenten versehen. Als Abgasreinigungsvorrichtung steht ein katalytischer Konverter, ein Dieselteilchenfiltersystem (im Folgenden als DP-Filter bezeichnet) und dergleichen zur Verfügung.
  • Der katalytische Konverter reinigt Abgaskomponenten (Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxid und dergleichen) um, die von einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor ausgestoßen werden. Der katalytische Konverter enthält einen aus Keramik hergestellten Katalysatorträger, der einen Katalysator zum Reinigen bzw. Umsetzen von Abgaskomponenten und einen metallischen Mantel zur Aufnahme desselben trägt. Ein Halte- und Dichtmattenmaterial zum Halten des Katalysatorträgers ist zwischen dem Katalysatorträger und dem metallischen Mantel angeordnet. Der Katalysatorträger ist in dem metallischen Mantel so montiert, dass das Halte- und Dichtmattenmaterial um ihn herum gewickelt ist. Weil der thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen dem metallischen Mantel und dem aus Keramik hergestellten Katalysatorträger unterschiedlich ist, tritt ein Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen den beiden bei hohen Temperaturen auf. Daher wurde die Entwicklung eines Halte- und Dichtmattenmaterials gefordert, das eine Dämpfungswirkung hat, durch die der Unterschied in der thermischen Ausdehnung aufgenommen werden kann.
  • Das DP-Filtersystem reinigt das Abgas durch Auffangen von Dieselteilchen, die aus einem Dieselmotor ausgestoßen werden. Das DP-Filtersystem umfasst einen aus Keramik hergestellten DP-Filter zum Auffangen von Dieselteilchen und einen metallischen Mantel zum Aufnehmen des aus Keramik hergestellten DP-Filters. Ein Halte- und Dichtmattenmaterial zum Halten des DP-Filters ist zwischen dem DP-Filter und dem metallischen Mantel angeordnet. Der DP-Filter ist in dem metallischen Mantel derart montiert, dass das Halte- und Dichtmattenmaterial um ihn herum gewickelt ist. Weil der thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen dem metallischen Mantel und dem aus Keramik hergestellten DP-Filter unterschiedlich ist, tritt bei hohen Temperaturen ein Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen den beiden auf. Daher wurde wie in dem Fall des katalytischen Konverters die Entwicklung eines Halte- und Dichtmattenmaterials gefordert, das einen Dämpfungseffekt hat, durch den der Unterschied in der thermischen Ausdehnung aufgenommen werden kann.
  • Sowohl das Halte- und Dichtmattenmaterial des Katalysatorträgers als auch das Halte- und Dichtmattenmaterial des DP-Filters haben Polster- bzw. Dämpfungseigenschaften und große Volumina. Daher ist es schwierig, den Katalysatorträger oder den DP-Filter in dem metallischen Mantel zu montieren, wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial darum herum gewickelt ist.
  • Die US 5,290,522 A offenbart einen katalytischen Konverter, der einen Katalysatorträger, einen metallischen Mantel, der die äußere Oberfläche des Katalysatorträgers überdeckt, und ein Halte- und Dichtmattenmaterial aufweist, der zwischen dem Katalysatorträger und dem metallischen Mantel angeordnet ist. In einem ersten Beispiel des katalytischen Konverters umfasst das Halte- und Dichtmattenmaterial Magnesium-Aluminiumoxid-Silikatglasfasern, wobei die Matte eine Nadellochung mit etwa 50 bis 60 Nadellochungen/cm2 aufweist. Die Füllmassendichten liegen zwischen 0,27 g/cm3 und 0,47 g/cm3. Die maximale, spezifizierte Temperatur beträgt 700°C, wobei eine Druck von 447 kPa erzeugt wird. Ein zweites Beispiel eines bekannten, katalytischen Konverters ist mit einer Matte versehen, die aus einer Mischung hergestellt ist, die unter anderem 5,4 kg Glasfasern und 4,5 kg einer 46%-igen, wässrigen Acryllatex-Lösung umfasst, ohne dass die Matte eine Nadellochung aufweist. Ein drittes Beispiel umfasst eine Matte ähnlich der Matte des Beispiels 2, sie umfasst jedoch 2,7 kg Glasfasern und 0,57 kg Polyester-/Polyethylen-Fasern.
  • Die JP 11-173140 A offenbart einen Konverter für die Abgaskontrolle mit einer eine organische Komponente enthaltenden Masse an einem internen Teil, um einen Wert von 1% oder weniger einzustellen, ohne dass speziell angegeben wird, dass diese eine organische Komponente enthaltende Masse in dem Halte- und Dichtmattenmaterial enthalten ist, wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial aus einer Fasermatte aus kristallinem Aluminiumoxid hergestellt ist. Die Fasermatte aus kristallinem Aluminiumoxid, die eine Nadellochung aufweist, ist um einen Katalysatorhaltekörper gewickelt und teilweise mit einem Klebeband bedeckt. Das Halte- und Dichtmattenmaterial ist in einem metallischen Mantel untergebracht.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Halte- und Dichtmattenmaterial bereitzustellen, das die Arbeit bei der Montage eines Katalysatorträgers in einem metallischen Mantel vereinfacht und eine außerordentlich gute Dämpfungswirkung hat. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Halte- und Dichtmattenmaterial bereitzustellen, das die Arbeit bei der Montage eines DP-Filters in einem metallischen Mantel erleichtert und eine außerordentliche gute Dämpfungswirkung hat. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen katalytischen Konverter und einen Dieselteilchenfiltermantel mit einem guten Abgasreinigungswirkungsgrad und guter Standzeit bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Lösungen der Aufgabe der Erfindung, wie sie oben erwähnt wurde, werden mit den Merkmalen der beigefügten Ansprüche 1 bis 3 erreicht.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein katalytischer Konverter bereitgestellt, der einen Katalysatorträger, einen metallischen Mantel, der die Außenfläche des Katalysatorträgers bedeckt, und ein Halte- und Dichtmattenmaterial aufweist, das zwischen dem Katalysatorträger und dem metallischen Mantel angeordnet ist,
    wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial eine anorganische Fasermatte, die einer Nadellochung in einer Dichte von 50–3000 je 100 cm2 ausgesetzt wurde, und eine organische Komponente umfasst, die mehr als 0 und nicht mehr als 2 Gew.-% beträgt, und
    wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial einen Oberflächendruck von 5–500 kPa erzeugt, wenn es auf 300–1000°C bei einer Füllmassendichte von 0,15–0,45 g/cm3 aufgeheizt wird.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beträgt die Menge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial mehr als 0 und nicht mehr als 2 Gew.-%. Die organische Komponente wirkt als Bindemittel für das Halte- und Dichtmattenmaterial, um ein Zerstreuen der Fasern des Halte- und Dichtmattenmaterials zu unterdrücken. Zusätzlich wird das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials bis zu einem gewissen Grad vermindert. Daher wird die Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel zusammen mit dem Katalysatorträger in Bezug auf Montageprobleme verbessert.
  • Andererseits ist, wenn die Menge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial 2 Gew.-% übersteigt, nach der Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel ein Backen erforderlich, um die organische Komponente auszubrennen und die Menge der Abgaskomponente zu reduzieren, so dass das Herstellungsverfahren kompliziert wird.
  • Wenn die Menge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial gleich 0 ist, d.h., wenn keine organische Komponente enthalten ist, werden Fasern aus dem Halte- und Dichtmattenmaterial verstreut. Daher wird es schwierig, das Halte- und Dichtmattenmaterial in dem metallischen Mantel zusammen mit dem Katalysatorträger zu montieren.
  • Weil die anorganische Faser einer Nadellochung unterworfen wird, wird die Verschlingung zwischen den Fasern intensiviert, um die Steifigkeit zu erhöhen. Daher ist die Kraft des Halte- und Dichtmattenmaterials zum Halten des Katalysatorträgers hoch. Ferner wird das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials vermindert, und die Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel zusammen mit dem Katalysatorträger wird in Bezug auf die Montageschwierigkeiten verbessert.
  • Somit kann der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung einen katalytischen Konverter bereitstellen, der das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, welches die Montagearbeit des Katalysatorträgers in dem metallischen Mantel erleichtert und eine außerordentlich gute Dämpfungswirkung hat.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dieselteilchenfiltersystem bereitgestellt, das einen Dieselteilchenfilter, einen metallischen Mantel, der die Außenfläche des Dieselteilchenfilters bedeckt, und ein Halte- und Dichtmattenmaterial aufweist, das zwischen dem Dieselteilchenfilter und dem metallischen Mantel angeordnet ist, wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial eine anorganische Fasermatte aufweist, die einer Nadellochung in einer Dichte von 50–3000 pro 100 cm2 unterworfen wurde, und eine organische Komponente umfasst, die deutlich größer als 0 und nicht mehr als 2 Gew.-% beträgt; und wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial einen Oberflächendruck von 5–100 kPa erzeugt, wenn es auf 300–500°C unter einer Füllmassendichte von 0,15–0,55 g/cm3 aufgeheizt wird.
  • In dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Menge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial mehr als 0 und nicht mehr als 2 Gew.-%. Die organische Komponente wirkt als Bindemittel für das Halte- und Dichtmattenmaterial, um das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials in einem gewissen Maße zu verringern. Daher wird die Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel zusammen mit dem DP-Filter in Bezug auf die Montageschwierigkeiten verbessert.
  • Darüber hinaus kann die Verteilung von Fasern aus dem Halte- und Dichtmattenmaterial verhindert werden, indem die Menge der organischen Komponente innerhalb der oben genannten Menge spezifiziert wird.
  • Andererseits ist, wenn die Menge der organischen Komponenten in dem Halte- und Dichtmattenmaterial 2 Gew.-% übersteigt, nach der Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel ein Backen erforderlich, um die organische Komponente auszubrennen und die Menge an Abgas zu reduzieren, so dass das Herstellungsverfahren kompliziert wird.
  • Wenn die Menge an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial gleich 0 ist, d.h., wenn keine organische Komponente enthalten ist, werden Fasern aus dem Halte- und Dichtmattenmaterial verteilt. Auf diese Weise wird die Arbeitsumgebung bei der Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel zusammen mit dem DP-Filter verschlechtert.
  • Weil die anorganische Fasermatte einer Nadellochung unterworfen wird, wird die Verstrickung zwischen den Fasern intensiviert, um die Steifigkeit zu erhöhen. Daher ist die Kraft des Halte- und Dichtmattenmaterials zum Halten des DP-Filters hoch. Des Weiteren wird das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials verringert, und die Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel zusammen mit dem DP-Filter wird in Bezug auf die Montageschwierigkeiten verbessert.
  • Somit kann der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Dieselteilchenfiltersystem bereitstellen, das das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, welches die Arbeit zur Montage des DP-Filters in dem metallischen Mantel erleichtert und eine außerordentlich gute Dämpfungswirkung hat.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Schnittdarstellung eines katalytischen Konverters eines ersten Ausführungsbeispiels;
  • 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Einbaupositionen des katalytischen Konverters des ersten Ausführungsbeispiels und ein DP-Filtersystem eines vierten Beispiels zeigt;
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm einer Nadellochungsmaschine des ersten Beispiels;
  • 4(a)–(c) sind erläuternde Diagramme, die das Herstellungsverfahren für den katalytischen Konverter des ersten Ausführungsbeispiels zeigen; und
  • 5 ist eine Schnittdarstellung des DP-Filtersystems des vierten Beispiels.
  • Beste Art der Ausführung der Erfindung
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Menge der organischen Komponenten in dem oben erwähnten Halte- und Dichtmattenmaterial vorzugsweise größer als 0 und nicht mehr als 1 Gew.-%. Wenn die Menge 1 Gew.-% übersteigt, kann nach der Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in einem metallischen Mantel ein Brennverfahren erforderlich sein, um die organischen Komponente auszubrennen und einen von der Regierung vorgeschriebenen Abgasgrenzwert zu erfüllen.
  • In Bezug auf die organische Komponente, die in dem Halte- und Dichtmattenmaterial enthalten ist, gibt es keine spezielle Einschränkung, solange sie die Funktion eines Bindemittels hat, und eine Latexemulsion kann erwähnt werden.
  • Als Verfahren, um die organische Komponente zu der anorganischen Fasermatte hinzuzufügen, stehen ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren, ein Walzenbeschichtungsverfahren oder dergleichen zur Verfügung.
  • Das Halte- und Dichtmattenmaterial umfasst vorzugsweise eine anorganische Faser, die wenigstens Aluminiumoxid oder Siliziumoxid enthält. Folglich wird seine Hitzebeständigkeit verbessert.
  • Das oben erwähnte Halte- und Dichtmattenmaterial enthält vorzugsweise Aluminiumoxid mit 60 Gew.-% oder mehr. Als Ergebnis wird seine Hitzebeständigkeit verbessert. Ferner wird seine Elastizität bei hohen Temperaturen angehoben, und daher kann das Halte- und Dichtmattenmaterial einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen einem metallischen Mantel und einem Katalysatorträger aufnehmen, so dass die Kraft zum Halten des Katalysatorträgers angehoben wird. Folglich wird der Katalysatorträger daran gehindert, zu vibrieren, um eine Erhöhung des Vibrationsgeräuschs zu unterdrücken. Des Weiteren können diese Kennwerte unter hohen Temperaturen von 950–1000°C in ausreichendem Maße erreicht werden, so dass sie in ausreichendem Maße dem Trend in den letzten Jahren nach erhöhten Temperaturen in einer Brennkraftmaschine entsprechen.
  • Die Nadellochung der anorganischen Fasermatte wird so ausgeführt, dass 50–3000 Nadellochungen in einer Fläche von 100 cm2 der anorganischen Fasermatte ausgeführt werden. Wenn die Menge weniger als 50 ist, ist das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials so groß, dass es möglicherweise nicht zusammen mit dem Katalysatorträger in dem metallischen Mantel montiert werden kann. Wenn die Menge 3000 übersteigt, wird die Haltewirkung des Halte- und Dichtmattenmaterials beim Halten des Katalysatorträgers herabgesetzt, so dass der Katalysatorträger verrutschen kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Füllmengendichte des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel vorzugsweise 0,15–0,45 g/cm3. Wenn sie weniger als 0,15 g/cm3 beträgt, kann die Haltekraft des Katalysatorträgers abfallen. Wenn sie 0,45 g/cm3 übersteigt, besteht die Gefahr, dass der Katalysatorträger zerstört werden kann.
  • Das in den metallischen Mantel eingefüllte Halte- und Dichtmattenmaterial erzeugt einen Oberflächendruck von 5–500 kPa, wenn es auf 300–1000°C bei einer Füllmengendichte von 0,15–0,45 g/cm3 aufgeheizt wird. Als Ergebnis wird die Haltekraft des Katalysatorträgers erhöht, so dass der Katalysatorträger schwingungsfrei stabil gehalten werden kann. Wenn er weniger als 5 kPa beträgt, kann die Haltekraft des Katalysatorträgers abfallen. Wenn er 500 kPa übersteigt, kann der Katalysatorträger zerstört werden.
  • Der Grund, warum die Temperatur bei der Messung des Oberflächendrucks 30–1000°C beträgt, besteht darin, dass der Katalysatorträger dieser Temperatur ausgesetzt ist, wenn er tatsächlich an einem Fahrzeug montiert ist.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der metallische Mantel vorzugsweise eine Einpress-Typ-Struktur. Die Einpress-Typ-Struktur bezieht auf einen Typ, bei dem de mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckte Katalysatorträger in den metallischen Mantel unter Druck eingepresst wird, wenn der Katalysatorträger in dem metallischen Mantel angeordnet wird. Die spezifische Form des metallischen Mantels ist beispielsweise ein Zylinder. Die oben beschriebene Einpress-Typ-Struktur kann verhindern, dass der Katalysatorträger nach der Montage vibriert.
  • Der metallische Mantel hat vorzugsweise eine Muschelschalenstruktur. Die Muschelschalenstruktur besteht beispielsweise aus zwei getrennten Schalenteilen, und der mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckte Katalysatorträger wird darin montiert, und danach werden die Schalenteile durch Schweißen oder durch Verwendung eines Klebemittels miteinander verbunden. Solch eine Struktur erleichtert die Montage des Katalysatorträgers in dem metallischen Mantel.
  • Der metallische Mantel hat vorzugsweise einen Aufbau vom gewickelten Typ. Der Aufbau vom gewickelten Typ bezeichnet einen Typ, bei dem ein Katalysatorträger, der mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckt ist, vorbereitet wird, und bei dem dann eine metallische, dünne Platte um den Katalysatorträger herumgewickelt wird, um einen metallischen Mantel zu bilden. Solch eine Anordnung ermöglicht es, dass der Katalysatorträger unabhängig von der Konfiguration des Katalysatorträgers leicht in dem metallischen Mantel montiert werden kann.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Gehalt der anorganischen Komponente in dem oben erwähnten Halte- und Dichtmattenmaterial vorzugsweise größer als 0 und nicht mehr als 1 Gew.-%. Wenn der Gehalt 1 Gew.-% übersteigt, kann ein Brennverfahren nach der Montage des Halte- und Dichtmattenmaterials in einem metallischen Mantel erforderlich sein, um die organische Komponente auszubrennen, um von der Regierung festgelegte Abgasgrenzwerte zu erfüllen.
  • Was die organische Komponente, die in dem Halte- und Dichtmattenmaterial enthalten ist, betrifft, gibt es keine spezielle Einschränkung, solange sie eine Funktion als Bindemittel hat, und Emulsionslatex, Polyvinylalkohol und dergleichen kann genannt werden.
  • Als ein Verfahren zum Zugeben der organischen Komponenten zu einer anorganischen Fasermatte stehen ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren, ein Walzenbeschichtungsverfahren und dergleichen zur Verfügung.
  • Die organische Fasermatte umfasst vorzugsweise eine anorganische Faser, die wenigstens Aluminiumoxid oder Siliziumoxid enthält. Folglich wird ihre Wärmewiderstandsfähigkeit verbessert.
  • Das oben erwähnte Halte- und Dichtmattenmaterial enthält vorzugsweise Aluminiumoxid mit 70 Gew.-% oder mehr. Als Ergebnis wird die Wärmewiderstandsfähigkeit verbessert. Ferner wird seine Elastizität unter hohen Temperaturen angehoben, und daher kann das Halte- und Dichtmattenmaterial einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen einem metallischen Mantel und einem DP-Filter aufnehmen, so dass eine Kraft zum Halten des DP-Filters erhöht wird. Folglich wird der DP-Filter daran gehindert, zu vibrieren, so dass ein Anstieg des Vibrationsgeräuschs unterdrückt wird. Ferner können die Kennwerte in ausreichendem Maße unter hohen Temperaturen von bis zu 500°C verwirklicht werden, wodurch sie in ausreichendem Maße dem Trend in den letzten Jahren nach erhöhten Temperaturen in einer Brennkraftmaschine entsprechen.
  • Die Nadellochung der anorganischen Fasermatte wird so ausgeführt, dass 50–3000 Nadellochungen in einer Fläche von 100 cm2 in der anorganischen Fasermatte ausgebildet werden. Wenn die Menge weniger als 50 ist, ist das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials so groß, dass sie in dem metallischen Mantel nicht zusammen mit dem Katalysatorträger montiert werden kann. Wenn die Menge 3000 übersteigt, wird die Eigenschaft des Halte- und Dichtmattenmaterials, den Katalysatorträger zu halten, schlechter, so dass der Katalysatorträger herausrutschen kann.
  • Die Füllmassendichte des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel ist vorzugsweise 0,15–0,55 g/cm3. Wenn sie weniger als 0,15 g/cm3 ist, dann wird die Kraft zum Halten des DP-Filters abfallen. Wenn sie 0,55 g/cm3 übersteigt, besteht die Gefahr, dass der DP-Filter zerstört werden kann.
  • Das Halte- und Dichtmattenmaterial, das in den metallischen Mantel eingefüllt ist, erzeugt einen Oberflächendruck von 5–100 kPa bei einer Füllmassendichte von 0,15–0,55 g/cm3, wenn es auf 300–500°C aufgeheizt wird. Als Ergebnis wird die Kraft zum Halten des DP-Filters erhöht, so dass der DP-Filter, ohne zu vibrieren stabil gehalten werden kann. Wenn er weniger als 6 kPa beträgt, kann die Kraft zum Halten des DP-Filters abfallen. Wenn er 100 kPa übersteigt, kann der DP-Filter zerstört werden. Der Grund, warum die Temperatur zum Messen des Oberflächendrucks bei 300–500°C ist, besteht darin, dass der DP-Filter dieser Temperatur ausgesetzt ist, wenn er tatsächlich an einem Fahrzeug montiert ist.
  • Der metallische Mantel hat vorzugsweise eine Pressdruck-Typ-Anordnung. Die Pressdruck-Typ-Anordnung bezieht auf einen Typ, bei dem der mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckte DP-Filter in den metallischen Mantel mit einem Druck eingepresst wird, wenn der DP-Filter in dem metallischen Mantel angeordnet wird. Die spezielle Konfiguration des metallischen Mantels ist beispielsweise ein Zylinder.
  • Die oben beschriebene Pressdruck-Typ-Anordnung kann verhindern, dass der Katalysatorträger nach der Montage vibriert.
  • Der metallische Mantel hat vorzugsweise eine Muschelschalenstruktur. Die Muschelschalenstruktur besteht aus zwei getrennten Schalenteilen, und der mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckte Katalysatorträger wird darin montiert, und danach werden die Schalenteile durch Schweißen oder unter Verwendung eines Klebemittels miteinander verbunden. Solch eine Anordnung erleichtert die Montage des Katalysatorträgers in dem metallischen Mantel.
  • Der metallische Mantel hat vorzugsweise eine Struktur vom gewickelten Typ. Die Struktur vom gewickelten Typ bezieht sich auf einen Typ, bei dem ein mit dem Halte- und Dichtmattenmaterial bedeckter DP-Filter vorbereitet wird, und bei dem eine metallische dünne Platte um den DP-Filter herum gewickelt wird, um einen metallischen Mantel zu bilden. Solch eine Struktur ermöglicht es, dass der DP-Filter in dem metallischen Mantel unabhängig von der Konfiguration des Katalysatorträgers leicht montiert werden kann.
  • Im Folgenden wird der erste und der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung durch spezielle Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben, der erste und der zweite Aspekt sind jedoch nicht auf die hier gezeigten Beispiel beschränkt.
  • Beispiel 1
  • Der katalytische Konverter gemäß dem ersten Aspekt wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, enthält der katalytische Konverter 5 dieses Beispiels einen Katalysatorträger 3, der einen Katalysator zum Reinigen einer Abgaskomponente trägt, einen metallischen Mantel 2, der die Seitenfläche des Katalysatorträgers 3 bedeckt, und ein Halte- und Dichtmattenmaterial 1, das zwischen dem Katalysatorträger 3 und dem metallischen Mantel 2 angeordnet ist, und das aus einer anorganischen Fasermatte zusammengesetzt ist. Der Gehalt an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial ist 0–8 Gew.-%. Die anorganische Fasermatte, die das Halte- und Dichtmattenmaterial 1 bildet, ist aus Aluminiumoxid mit 70 Gew.-% und Siliziumoxid mit 30 Gew.-% zusammengesetzt, und sie wird einer Nadellochung unterworfen. Die Füllmassendichte des Halte- und Dichtmattenmaterials 1 in dem metallischen Mantel 2 ist 0,35 g/cm3.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist der katalytische Konverter 5 auf dem halben Weg eines Abgasrohres 91 eines Motors 9 an der Unterseite eines Kraftfahrzeugkörpers 92 vorgesehen.
  • Der Katalysatorträger ist aus Cordierit hergestellt, welches eine Art von Keramikmaterial ist. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Katalysatorträger 3 eine Wabenstruktur, die aus einer An sammlung von mehreren, offenen Zellen 30 aufgebaut ist, die auf den Seiten stromauf und stromab von dem Abgasrohr 91 offen sind. Die Wand der offenen Zelle 30 hat eine Vielzahl von Mikroöffnungen, an denen der Katalysator zum Reinigen von Abgaskomponenten (beispielsweise Platin, Rhodium und dergleichen) haftet. Daher wird, wenn das Abgas durch die offenen Zellen 30 hindurchtritt, die Abgaskomponente, die in dem Abgas enthalten ist, durch die Wirkung des durch die Zellenwand getragenen Katalysators gereinigt.
  • Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren des katalytischen Konverters dieses Beispiels beschrieben.
  • Die anorganische Faser besteht aus Aluminiumoxid mit 70 Gew.-% und Siliziumoxid mit 30 Gew.-%, um eine Matte zu bilden. Die Matte wird einer Nadellochung mit einer Nadellochmaschine unterworfen. Wie in 3 gezeigt ist, hat die Nadellochmaschine ein Nadelbrett 51, das in der Lochungsrichtung hin und her bewegbar ist, und ein Paar von Trageplatten 52, die sowohl die vordere als auch die hintere Oberfläche der Matte 10 unterstützen.
  • An dem Nadelbrett 51 sind eine Vielzahl von Nadeln 53 befestigt, um die Matte 10 zu lochen. Die Nadeln 53 sind mit einer derartigen Dichte befestigt, dass etwa 500 Nadeln 51 in einer Fläche von 100 cm2 des Nadelbretts vorhanden sind. Die Trageplatten 52 haben Durchgangsöffnungen 520 für die Nadeln. Wenn die Matte 10 zwischen einem Paar von Trageplatten 52 hindurchgeführt wird, und wenn das Nadelbrett 51 hin und her bewegt wird, werden die Nadeln 53 in die Matte 10 hineingestochen, um eine Verschlingung zwischen den Fasern in der Matte 10 auszubilden. Folglich wird die anorganische Fasermatte so hergestellt, dass 500 Nadellochungen in einer Fläche von 100 cm2 vorhanden sind.
  • Als Nächstes kann die organische Komponente in die anorganische Fasermatte durch ein Tauchverfahren eindringen. Die eindringende Menge der organischen Komponenten in die anorganische Fasermatte ist 1.5 Gew.-%. Emulsionslatex wird als organische Komponente verwendet. Als Ergebnis wird das Halte- und Dichtmattenmaterial erhalten.
  • Wie in 3(a) gezeigt ist, wird das Halte- und Dichtmattenmaterial 1 ausgeschnitten, um einen langen Körper zu erhalten, und dann werden ein konkaver Abschnitt 11 und ein konve xer Abschnitt 12, die aneinander angreifen, wenn sie um die äußere Umfangsfläche des Katalysatorträgers 3 gewickelt werden, an beiden Enden davon ausgebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 4(b) gezeigt ist, das Halte- und Dichtmattenmaterial 1 um den Katalysatorträger 3 herum gewickelt, und der konkave Abschnitt 11 und der konvexe Abschnitt 12 werden miteinander in Eingriff gebracht.
  • Als Nächstes wird der Katalysatorträger 3, um den das Halte- und Dichtmattenmaterial 1 herum gelegt ist, in dem zylindrischen, metallischen Mantel 2 montiert.
  • Folglich wird, wie in 4(c) gezeigt ist, der katalytische Konverter 5 dieses Beispiels erhalten.
  • Um den Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials zu messen, wurde die Temperatur auf 1000°C während 30 min angehoben, und eine Temperatur von 1000°C wurde während 10 min gehalten. Während die Temperatur für 10 min gehalten wurde, wurde die Temperatur des Halte- und Dichtmattenmaterials bei 1000°C gehalten. Die thermische Ausdehnung einer Messlehre wurde vorher gemessen und wurde korrigiert, und dann wurde die Last (Kompressionslast) gemessen, nachdem die Temperatur während 10 min gehalten worden war. Die Probengröße des Halte- und Dichtmattenmaterials war 25 mm × 25 mm.
  • Als ein Ergebnis der auf solch einem Verfahren basierenden Messung war der Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials 110 kPa.
  • Als Nächstes wurde der katalytische Konverter tatsächlich an einem Fahrzeug angebracht, und ein Betriebstest wurde durchgeführt. Als Ergebnis wurde der Katalysatorträger im Betrieb nicht durch Vibrationen geschüttelt, so dass er stabil gehalten wurde. Ein geringes Vibrationsgeräusch wurde von dem katalytischen Konverter als Abgas-Reinigungsvorrichtung erzeugt.
  • Dies zeigt, dass das Halte- und Dichtmattenmaterial eine Kraft aufbringen kann, um den Katalysatorträger unter hohen Temperaturen zu halten.
  • In diesem Beispiel ist eine geringe Menge an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial enthalten. Die organische Komponente arbeitet als Bindemittel für das Halte- und Dichtmattenmaterial, um das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials bis zu einem gewissen Grad herunter zu drücken. Folglich kann der Katalysatorträger, um den das Halte- und Dichtmattenmaterial herum gewickelt ist, leicht in dem metallischen Mantel montiert werden.
  • Weil die Menge an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial klein ist, wie oben beschrieben wurde, kann das beim Aufheizen erzeugte Verbrennungsgas niemals die Abgaskomponentenmenge verschlechtern.
  • Beispiel 2
  • In dem katalytischen Konverter dieses Beispiels des ersten Aspekts wird ein wabenförmiger, monolithischer Körper aus Cordierit mit einem Außendurchmesser von 130 mm und einer Länge von 100 mm als Katalysatorträger verwendet. Der Katalysatorträger hat eine Vielzahl von quadratischen Öffnungen entlang der axialen Richtung des Katalysatorträgers, und eine poröse Trennwand, die diese katalytische Komponente, beispielsweise Platin, trägt, ist zwischen den entsprechenden Öffnungen angeordnet.
  • Der metallische Mantel ist aus SUS 304 hergestellt und hat eine Muschelschalenstruktur.
  • Um den katalytischen Konverter dieses Beispiels herzustellen, wurde das Halte- und Dichtmattenmaterial wie bei dem Beispiel 1 um die Oberfläche des Katalysatorträgers herum gewickelt, und dann wurde dies in den zwei getrennten Schalenteilen montiert. Die Schalenteile wurden geschlossen und miteinander verschweißt, um einen zylindrischen, metallischen Mantel zu bilden.
  • Die anderen Punkte sind die gleichen wie in dem Beispiel 1. In diesem Beispiel können dieselben Effekte wie bei dem Beispiel 1 erhalten werden.
  • Beispiel 3
  • In dem katalytischen Konverter dieses Beispiels des ersten Aspekts hatte der metallische Mantel die Struktur vom gewickelten Typ.
  • Nachdem das Halte- und Dichtmattenmaterial um die Oberfläche des Katalysatorträgers herum gewickelt worden war, wurde in dünnes, metallisches Blech mit einer Dicke von 1,5 mm, einer Breite von 141 mm und einer Länge von 120 mm mehrmals um die Oberfläche herum gewickelt.
  • Die anderen Punkte sind die gleichen wie bei dem Beispiel 1. In diesem Beispiel können dieselben Effekte wie in dem Beispiel 1 erhalten werden.
  • Experimentelles Beispiel 1
  • In diesem Beispiel des ersten Aspekts wurden der Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials, die Einfachheit der Montage und das Fehlen/Vorhandensein von Rissen im Katalysatorträger und der Schlupf des Katalysatorträgers gemessen, wobei die Inhaltsmenge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial, die Dichte der Nadellochungen und die Füllmassendichte der anorganischen Fasermatte verändert wurden, und darüber hinaus wurde ein Abgastest durchgeführt. Tabelle 1 zeigt diese Ergebnisse.
  • Um den Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials zu messen, wurde das Messverfahren für den Oberflächendruck verwendet, das in dem Beispiel 1 angewendet wurde.
  • Bei der Risseermittlung des Katalysatorträgers ist ein X angegeben, wenn ein Riss aufgetreten ist, und 0 ist angegeben, wenn kein Riss aufgetreten ist.
  • Bei der Schlupfermittlung des Katalysatorträgers zeigt X an, dass ein Schlupf aufgetreten ist, und 0 zeigt an, dass kein Schlupf aufgetreten ist.
  • Bei dem Abgastest wird das Fehlen oder das Vorhandensein einer Abnormalität der Abgaskontrolle durch einen Sauerstoffsensor ermittelt, der stromauf und stromab von dem katalytischen Konverter angeordnet ist. Wenn ein großer Teil der organischen Komponente in der anorganischen Fasermatte enthalten ist, tritt eine Abnormalität in der Abgaskontrolle auf, so dass schädliches Gas abgegeben wird. Daher zeigt X an, dass eine Abnormalität in der Abgaskontrolle aufgetreten ist, und 0 zeigt, dass keine Abnormalität aufgetreten ist.
  • Als Ergebnis der Messung wurde, wie sich aus Tabelle 1 ergibt, in dem Fall, dass eine organische Komponente von 0,1–2 Gew.-% in der anorganischen Fasermatte enthalten war, dass die Nadellochung in der Dichte von 50–3000 pro 10 cm2 in der anorganischen Fasermatte durchgeführt wurde und dass die Füllmassendichte 0,15–0,54 g/cm3 betrug, herausgefunden, dass die Einfachheit der Montage ausgezeichnet war, und dass das von dem Halte- und Dichtmattenmaterial ausgehende Abgas nicht erzeugt wurde.
  • Andererseits waren, obwohl dies in der Tabelle nicht gezeigt ist, in dem Fall, dass die organische Komponente gleich 0 ist, die Fasern von dem Halte- und Dichtmattenmaterial verteilt, so dass die Einfachheit der Montage zum Schlechten hin geändert wurde.
  • Figure 00170001
  • Beispiel 4
  • Das DP-Filtersystem dieses Beispiels des zweiten Aspekts wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • Das DP-Filtersystem 4 dieses Beispiels umfasst, wie in 5 gezeigt ist, einen DP-Filter 6 zum Abfangen von Dieselteilchen, einen metallischen Mantel 8, der die Seitenfläche des DP-Filters 6 bedeckt, und ein Halte- und Dichtmattenmaterial 7, das zwischen dem DP-Filter 6 und dem metallischen Mantel 8 angeordnet ist und aus einer anorganischen Fasermatte hergestellt ist.
  • Der Gehalt an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial 7 ist 1 Gew.-%. Die anorganische Fasermatte, die das Halte- und Dichtmattenmaterial 7 bildet, besteht aus Aluminiumoxid mit 70 Gew.-% und Siliziumoxid mit 30 Gew.-%, und es wird einer Nadellochung unterworfen. Die Füllmassendichte des Halte- und Dichtmattenmaterials 7 in dem metallischen Mantel 8 ist 0,35 g/cm3.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist das DP-Filtersystem 4 auf dem halben Weg eines Abgasrohres 91 eines Dieselmotors 9 an der Unterseite eines Kraftfahrzeugkörpers 92 vorgesehen.
  • Der DP-Filter ist aus Cordierit hergestellt, welches eine Art von Keramik ist. Wie in 5 gezeigt ist, hat der DP-Filter 6 eine Honigwabenstruktur, die aus einer Vielzahl von Ansammlungen von Zellen aufgebaut ist, die auf einer Seite stromauf oder stromab von dem Abgasrohr 91 offen sind, während die anderen geschlossen sind. Der DP-Filter 6 ermöglicht es, dass das Abgas durch die poröse Zellenwand von einer stromauf offenen Zelle 61 zu einer stromab offenen Zelle 62 strömt. Dabei werden Dieselteilchen, die in dem Abgas enthalten sind, durch die Zellenwand abgefangen, so dass das Abgas gereinigt wird.
  • Die eingefangene Dieselteilchen werden durch eine Zündvorrichtung ausgebrannt (in der Figur nicht gezeigt).
  • Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren für das DP-Filtersystem dieses Beispiels beschrieben.
  • Als Erstes wird ein Halte- und Dichtmattenmaterial nach dem gleichen Verfahren und unter den gleichen Bedingungen wir bei dem Beispiel 1 hergestellt. Der Gehalt an organischer Komponente in der anorganischen Fasermatte ist jedoch 1 Gew.-%.
  • Als Nächstes wird das Halte- und Dichtmattenmaterial 7 nach dem Verfahren, das in 4 als Beispiel 1 gezeigt ist, in eine vorgegebene Form geschnitten. Der DP-Filter 6, um den das Halte- und Dichtmattenmaterial 7 herum gewickelt ist, wird in dem zylindrischen, metallischen Mantel 8 montiert. Als Ergebnis wird das DP-Filtersystem dieses Beispiels erhalten, wie in 5 gezeigt ist.
  • Um den Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials zu messen, wurde die Temperatur während 30 min auf 500°C angehoben und während 10 min auf 500°C gehalten. Wenn sie während 10 min gehalten worden war, wurde die Temperatur des Halte- und Dichtmattenmaterials auf 500°C gehalten. Die thermische Ausdehnung der Messlehre wurde vorher gemessen und korrigiert, und dann wurde die Last (Kompressionslast) gemessen, nachdem die Temperatur während 10 min gehalten worden war. Die Mustergröße des Halte- und Dichtmattenmaterials war 25 mm × 25 mm.
  • Als Ergebnis der Messung bei einem solchen Verfahren ergab sich der Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials zu 180 kPa.
  • Die Füllmassendichte des Halte- und Dichtmattenmaterials in dem metallischen Mantel war 0,35 g/cm3, und die Dicke davon war 6 mm.
  • Der Betriebstest des DP-Filtersystems, in dem der DP-Filter und das Halte- und Dichtmattenmaterial montiert war, wurde nach dem gleichen Verfahren wie bei dem Beispiel 1 durchgeführt. Als Ergebnis wurde der DP-Filter im Betrieb nicht durch Vibrationen geschüttelt, so dass er stabil gehalten wurde. Ein geringes Vibrationsgeräusch wurde durch das DP-Filtersystem erzeugt, welches die Abgas-Reinigungsvorrichtung bildete.
  • Daraus ist ersichtlich, dass das Halte- und Dichtmattenmaterial in der Lage ist, eine Kraft zum Halten des DP-Filters unter hohen Temperaturen aufzubringen.
  • In diesem Beispiel ist eine geringe Menge an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial enthalten. Die organische Komponente wirkt als Bindemittel des Halte- und Dichtmattenmaterials, um das Volumen des Halte- und Dichtmattenmaterials in einem gewissen Maße herunter zu drücken. Folglich kann der DP-Filter, um den das Halte- und Dichtmattenmaterial herum gewickelt ist, leicht in dem metallischen Mantel montiert werden.
  • Weil die Menge an organischer Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial klein ist, wie oben beschrieben wurde, kann ferner die Dämpfungswirkung des Halte- und Dichtmattenmaterials beibehalten werden, und seine Wirkung beim Halten des DP-Filters ist ausgezeichnet.
  • Experimentelles Beispiel 2
  • In diesem Beispiel des zweiten Aspekts wurden der Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials, die Leichtigkeit der Montage und das Fehlen/die Abwesenheit von Rissen in dem DP-Filter und der Schlupf des DP-Filters gemessen, wobei die Inhaltsmenge der organischen Komponente in dem Halte- und Dichtmattenmaterial, die Dichte der Nadellochungen und die Füllmassendichte der organischen Fasermatte geändert wurden, und darüber hinaus wurde der Abgastest ausgeführt. Das in dem Beispiel 4 beschriebene Verfahren wurde verwendet, um den Oberflächendruck des Halte- und Dichtmattenmaterials zu messen. Die anderen Messungen wurden in derselben Weise wie bei dem experimentellen Beispiel 1 ausgeführt. Die Tabelle 2 zeigt die Resultate.
  • Als Ergebnis der Messung wurde, wie sich aus der Tabelle 2 ergibt, in dem Fall, dass die organische Komponente mit 0,1–2 Gew.-% in der anorganischen Fasermatte enthalten war, dass die Nadellochung in einer Dichte 50–3000 pro 100 cm3 in der anorganischen Fasermatte ausgeführt wurde, und dass die Füllmassendichte 0,15–0,55 g/cm3 insbesondere 0,15–0,45 g/cm3, betrug, gefunden, dass die Einfachheit der Montage außerordentlich gut war, und dass kein Abgas, das von dem Halte- und Dichtmattenmaterial stammt, erzeugt wurde.
  • Andererseits wurden, obwohl dies in der Tabelle 2 nicht gezeigt ist, in dem Fall, dass die organische Komponente gleich 0 war, Fasern von dem Halte- und Dichtmattenmaterial verteilt, so dass die Einfachheit der Montage zum Schlechten hin verändert wurde.
  • Figure 00220001
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung einen katalytischen Konverter bereit, der das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, welches die Arbeit für die Montage des Katalysatorträgers in dem metallischen Mantel erleichtert, und das einen ausgezeichneten Dämpfungseffekt aufweist, und ferner wird ein Dieselteilchen-Filtersystem bereitgestellt, das das Halte- und Dichtmattenmaterial enthält, welches die Arbeit bei der Montage des HP-Filters in dem metallischen Mantel erleichtert, und das einen hervorragenden Dämpfungseffekt aufweist.

Claims (3)

  1. Halte- und Dichtmattenmaterial (1; 7) für eine Abgasreinigungsvorrichtung, enthaltend: eine anorganische Fasermatte, die einer Nadellochung in einer Dichte von 50–3000 je 100 cm2 ausgesetzt wurde, wobei das Halte- und Dichtmattenmaterial (1; 7), eingebaut in eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei Erhitzung 300–1000°C unter einer Füllmassendichte von 0,15–0,45 g/cm3 einen Oberflächendruck von 5–5000 kPa erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass das Halte- und Dichtmattenmaterial (1; 7) weiter enthält: eine organische Komponente mit mehr als 0 und nicht mehr als 2 Gewichtsprozenten, und dass die unorganische Fasermatte eine anorganische Faser enthält, die wenigstens Aluminiumoxyd oder Siliziumoxyd enthält.
  2. Katalytischer Konverter (5) mit einem Katalysatorträger (3), einem metallischen Mantel (2), der die Außenseite des Katalysatorträgers (3) bedeckt, und einem Halte- und Dichtmattenmaterial (1) gemäß Anspruch 1, das zwischen dem Katalysatorträger (3) und dem metallischen Mantel (2) angeordnet ist.
  3. Dieselteilchenfiltersystem (4) mit einem Dieselteilchenfilter (6), einer metallischen Hülse (8), die die Außenseite des Dieselteilchenfilters (6) bedeckt, und einem Halte- und Dichtmattenmaterial (7) gemäß Anspruch 1, das zwischen dem Dieselteilchenfilter (6) und dem metallischen Mantel (8) angeordnet ist.
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