JPH06218289A - モノリシック金属担体触媒及び排気ガス浄化方法 - Google Patents
モノリシック金属担体触媒及び排気ガス浄化方法Info
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Abstract
ストリップと平坦な金属ストリップの、複数の互いに巻
き込まれたシート金属スタックからなる、触媒が被覆さ
れたマトリックスを有し、前記ストリップがそれらの包
囲する任意の横断面を有するジャッケット管との接触位
置で接合技術により結合されている、モノリシック金属
担体触媒コンバータを、極めて経済的にかつ触媒層の優
れた層厚さ均一性をもって製造する方法を提供する。 【構成】 該方法は、金属担体触媒のために必要なシー
ト金属スタックを予め被覆されかつ一定の長さに切断さ
れたもしくは折られた金属ストリップから構成し、かつ
マトリックスを成形するために互いに絡み合わせ、次い
で該マトリックスがジャッケット管内に挿入し、かつ金
属ストリップとジャッケット管との接触箇所を溶接によ
り結合させることによりなる。
Description
の形で波形に成形された金属ストリップ、又は交互の波
形の金属ストリップと平坦な金属ストリップの、複数の
互いに巻き込まれた又はジギザグ状に折られたシート金
属スタックからなる、触媒が被覆されたマトリックスを
有し、前記ストリップがそれらの包囲する任意の横断面
を有するジャッケット管との接触位置で接合技術により
結合されている、モノリシック金属担体触媒に関する。
は、ドイツ国特許出願公開第4045434号明細書も
しくはドイツ国特許第4046276号明細書並びにヨ
ーロッパ特許公開第0245736号明細書及びヨーロ
ッパ特許公開第0425737号明細書に記載されてい
る。金属担体マトリックスは、一般に耐熱性のCr、A
l含有フェライト鉄合金からなり、かつ重要な別の成分
として微量のCe,Zr,Y、希土類金属、アルカリ土
類金属及び/又はアルカリ金属を、耐熱性を高めかつ鋼
の保護酸化層の剥離を阻止するために含有する。
よれば、波形、又は波形と平坦の交互の金属ストリップ
ならなる1つ以上のシート金属スタックを互いに巻き込
むことにより金属担体マトリックスを製造し、引き続き
ジャケット管に挿入する。次いで、金属ストリップをジ
ャケット管内面との接触箇所で、金属マトリックスをジ
ャケット管内に固定するために適当な接合技術的方法に
よりジャケット管と結合する。
℃を上回る温度で真空中での費用のかかる高温はんだ付
けが適用される。電子ビーム溶接(ドイツ国特許出願公
開第2720322号明細書)及びレーザビーム溶接
(ドイツ国特許出願公開第2727967号明細書)の
ような種々の溶接法が、螺旋状に巻かれたマトリックス
を有する金属担体において記載されている。
続き、微粒子状の大きい表面積の金属酸化物及びプロモ
ータ(一般にウォッシュコート(Washcoat)と称され
る)及び触媒活性貴金属からなる活性度を向上させる中
間層で被覆し、その後ジャケット管端部で例えば内燃機
関の排気ガス機構に溶接する。
しくは金属担体触媒コンバータが有利である。この種の
触媒コンバータでは、排気ガス圧力及び温度変化に起因
する負荷によるジャケット管からの金属担体マトリック
スの外側へのずれもしくは伸縮は観察されない。この安
定性は、それぞれの個々の金属ストリップの自由端部が
ジャケット管と固定結合されているという事実に基づ
く。
は、著しく不均一な被覆厚さを生じる。それというの
も、2つの隣接した金属ストリップ間の接触線に沿っ
た、一般に鋭角の、但しまた直角の隅に毛細管力に基づ
き自由面よりも多くの被覆材料が集まるからである。金
属担体の製造後の被覆は、追加的な、著しく費用のかか
る製造工程である。
コンバータの別の製造方法が存在する。平坦な金属スト
リップ及び/又は波形に成形した金属ストリップへの活
性度を向上する中間層及び貴金属の塗布から出発する。
ストリップの刻印に依存して、引き続き、波形のストリ
ップだけ、又はそれぞれ1枚の平坦なストリップと波形
のストリップを螺旋状に巻き付けかつ適当な高さのプレ
ストレスをかけてジャケット管に押し込む。しかしなが
ら、このような金属担体触媒コンバータのクリープ試験
において、自動車に取り付けた触媒コンバータが苛酷な
ストレスを受ける際には金属ストリップ間の粗雑な接触
箇所は、排気ガス圧力によるジャケット管からのマトリ
ックスの外部へのずれもしくは伸縮を阻止するには、不
十分であることが判明した。補強するために、特殊な構
造の金属ピンをジャケットの一方側からマトリックスを
貫通してジャケットの他方側に押し込み、かつ触媒コン
バータからの排気ガスの側面の流出を阻止するために、
ジャケット管と溶接した。この金属担体触媒コンバータ
の構造は、フィンランド特許出願公開第896295号
明細書に開示された。しかしまた、この技術の種々の変
法も、苛酷な実地に近い試験において前記の欠陥に対し
て満足されない安全性が生じたに過ぎない。それという
のも、使用されたフェライト鋼は、既にその都度の材料
組成に基づき550〜900℃の温度で軟化しかつ排気
ガス機構内の振動及びガス脈動のために保持ピンの周辺
でマトリックスの弛緩及び開離が開始するからである。
セル密度が小さくなる程、益々小さくなることは容易に
理解される。従って、約30セル/cm2を有する低い
セル密度は、保持性の理由からほとんど実用的でない。
むことは、この構造形式の圧力損失及び金属触媒の重量
を高め、このことは別の構成の金属担体触媒コンバータ
に比した利点を損ねる。
は、マトリックスとそれを包囲するジャケット管との接
触箇所が接合技術により結合されており、しかも金属ス
トリップ上の被覆の優れた均一性を特徴とし、かつ特に
2つの金属ストリップの接触線に沿った鋭角な隅内への
被覆分散液の増大した集合を示さない、金属担体触媒コ
ンバータの高い機械的強度を有する金属担体触媒コンバ
ータを提供することである。
した形式の金属担体触媒コンバータにおいて、金属担体
触媒のために必要なシート金属スタックを予め被覆され
かつ一定の長さに切断されたもしくは折られた金属スト
リップから構成し、かつマトリックスを成形するために
互いに巻き込み、次いで該マトリックスをジャッケット
管内に挿入し、かつ金属ストリップとジャッケット管と
の接触箇所を溶接によに結合させることにより得られた
ものであることにより解決される。前記ジャケット管
は、半割管から構成されていてもよい。
ーム溶接法及びレーザビーム溶接法が挙げられるが、但
し別の溶接法も考えられる。しかしながら、溶接法の選
択において重要なことは、触媒被膜を熱的に損傷しない
ように、溶接工程でジャケット管との接触箇所は別にし
て極く温和な温度に曝すことである。
プのジャケット管へのはんだ付けは極く僅かな特殊な種
類の被覆においてのみ可能であり、大抵の場合は適用不
可能である。それというのも、標準的はんだ付け法の場
合には、マトリックス全体がジャケットと一緒に加熱さ
れるからである。成功するには、溶接ど同様にマトリッ
クスをジャケット領域だけで加熱するようなはんだ付け
法のみを実施することができる。
任意の外周に存在する連続した又は不連続の溶接シーム
を用いて任意の数で行うことができる。ジャケット管表
面の溶接シームは、例えば螺旋状、リング状、サインカ
ーブ状又は鋸歯状を有していてもよく、この場合製造の
理由から、溶接シームの一次的形を二次的形に変調する
ことも可能である。例えば、ジャケット管に対して斜め
に延びる場合には、中断された溶接シームも考えられ
る。
は、場合により、ジャケット長さの一定の区分にのみ、
例えば後での排気ガス流入又は流出口の近くに配置する
のが有利である。
続的接触を行うには、金属ストリップを溶接工程の前に
機械的に、例えばブラッシで浄化するか又は化学的手段
で完全に又は部分的にエッチング又は溶解により被膜を
除去するのが有利である。
る前に後からのジャケット管との接触箇所に、触媒被覆
を阻止する又は溶接前の触媒被膜の簡単な除去を可能に
する分離剤層で被覆することも可能である。
施態様よれば、特に触媒端面の面積が15cm2の場合
には、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4016
276号明細書に基づき、交互に平坦なストリップと波
形のストリップを有する、スタックされ、かつ場合によ
り引き続き変形された金属ストリップからなるマトリッ
クス構造を有する。この場合には、金属ストリップのそ
れぞれの端部はジャケット接触部を有する。同様なこと
は、ヨーロッパ特許第0245736号明細書に記載の
伸開線状の層を有するマトリックス構造にも当てはま
る。
1号明細書参照)又はスタッキングし、場合による引き
続き捩ることにより通気性通路が生じる場合には、平坦
なストリップは使用する必要はない。波形の金属ストリ
ップの可能な構造は、ヘイボーン構造(米国特許第47
53919号明細書)又は適当なエンボスパターンを有
するスリットが設けられたストリップである。
プ及び/又は波形の金属ストリップが、金属ストリップ
に特殊な構造を付与する例えば貫通孔、スリット、任意
の形の穿孔等を有するのが特に重要である。これらの担
体は、通常の製造工程で、すなわち浸漬、吸上げ又はス
プレーによって不満足に被覆されるにすぎない、という
のも過剰の被覆材料は極く不十分に、例えば圧搾空気で
の吹飛ばし又は吸収に除去することができなからであ
る。
の肉厚の隆起は専ら穿孔の直ぐ近くの水性被覆懸濁液の
表面張力に基づき生じ、その上該穿孔を閉鎖しかつ無効
にすることがある。この好ましくない、不均一な被覆
は、金属ストリップの前記の形成の際にストリップをま
ず個別に被覆し、場合により切断し、引き続きジャケッ
ト管中に溶接することにより回避することができる。
バータの高い耐クリープ性を保証する見地においては、
ジャケット管の近くの金属ストリップの設計が決定的に
重要である。波形のストリップがジャケット側に、ジャ
ケット管の部分にもたれ掛かる平坦な端部又は極めて平
坦な波形を有する実施態様が有利である。
ストリップが、相互に並びにまたジャケット管と1工程
で溶接される。マトリックス及びジャケット管の熔接の
他に、付加的にマトリックスのための別の構造手段を適
用することができる。このような手段は、例えばジャケ
ット管を僅かに円錐形にするか、又はジャケット管内に
ビードを設けることである。また、セラミック接着剤で
仮固定することも可能である。ジャケット管内に導入さ
れる、触媒活性成分を有する金属マトリックスは、既に
意図しない分解が行われないように例えばホッキング、
スポット溶接又はその他の接合技術により仮固定されて
いてもよい。
触媒コンバータをジャケット管に溶接した後に又は更に
ジャケット管を有しない仮固定した金属マトリックスに
なお別の触媒成分を施すことができる。
浄化において使用されるような微細分散した、表面積の
大きな酸化物からなる被覆剤だけをまず金属ストリップ
に施し、かつジャケット管に溶接した後に初めて、例え
ば貴金属溶液及び/又は促進剤をを含浸させることがで
きる。
担体の後からの触媒被覆において起こり得るような、接
触する金属ストリップの間の継ぎ目に溶解して塗布した
成分が集まることはない。しかも、本発明に基づき被覆
した金属ストリップから製造した触媒コンバータの後か
らの分散液被覆は、従来公知の方法によるよりも良好な
被覆結果を生じる。というのも、本発明の手段に基づく
被膜厚さはセル横断面にわたって均一であるからであ
る。
する。
37号明細書に記載のジャケット管1内の交互の平坦な
金属ストリップと波形ストリップ3からなるS字状に巻
かれたマトリックスを示す。該マトリックスは、交互の
平坦な金属ストリップと波形ストリップ3からなる矩形
のスタックから固定点4及び5を中心に巻くことにより
得られる。
36号明細書に記載のジャケット管1内の交互の平坦な
金属ストリップと波形ストリップ3からなる伸開線状マ
トリックスを示す。該マトリックスを形成するには、金
属ストリップを必要に応じて波形に成形し、切断し、そ
れぞれ一方端部で円筒状挿入物に溶接し、次いで伸開線
状に捩る。
れぞれの金属ストリップの自由端部がジャケット管と接
触しかつ該ジャケット管と溶接により固定結合されてい
ることである。金属ストリップは金属マトリックスの形
成前に触媒活性被覆されていることにより、本発明によ
る金属担体触媒コンバータは極めて均一な被膜を有し、
かつ更に著しく経済的に製造することができる。
のも、毛細管力による材料集合が初めから回避されるか
らである。
管内への金属マトリックスの永続的な固定行うための溶
接シームの種々の実施例を示す。この場合、1はジャケ
ット管、6は螺旋状溶接シーム及び7はジャケット管の
近くの断続的環状溶接シームを示す。
3からなるS字状に巻かれたマトリックスを有する金属
担体触媒コンバータを示す。
3からなる伸開線状マトリックスを有する金属担体触媒
コンバータを示す。
マトリックスの永続的な固定行うための溶接シームの種
々の実施例を示す。
波形の金属ストリップ、 4 固定点、 5 固定
点、 6 溶接シーム、 7 溶接シーム
Claims (9)
- 【請求項1】 所望により種々の任意の形で波形に成形
された金属ストリップ、又は交互の波形金属ストリップ
と平坦な金属ストリップの、複数の互いに巻き込まれた
又はジギザグ状に折られたシート金属スタックからな
る、触媒が被覆されたマトリックスを有し、前記ストリ
ップがそれらの包囲する任意の横断面を有するジャッケ
ット管との接触位置で接合技術により結合されている、
モノリシック金属担体触媒において、金属担体触媒のた
めに必要なシート金属スタックを予め被覆されかつ一定
の長さに切断されたもしくは折られた金属ストリップか
ら構成し、かつマトリックスを成形するために互いに巻
き込み、次いで該マトリックスをジャッケット管内に挿
入し、かつ金属ストリップとジャッケット管との接触箇
所を溶接により結合させることにより得られたものであ
ることを特徴とする、モノリシック金属担体触媒。 - 【請求項2】 マトリックスがS字形、星形又は螺旋状
に互いに巻き込まれているシート金属ストリップからな
る、請求項1記載のモノリシック金属担体触媒。 - 【請求項3】 マトリックスがジギザグ状に折られかつ
互いに巻き込まれたシート金属ストリップからなる、請
求項1記載のモノリシック金属担体触媒。 - 【請求項4】 シート金属ストリップとジャッケット管
との接触箇所及び/又はシート金属ストリップ相互の接
触箇所は、溶接前に完全に又は部分的に被覆が除去され
ているか又は被覆不含に製造されている、請求項2又は
3記載のモノリシック金属担体触媒。 - 【請求項5】 波形に成形された金属ストリップがジャ
ケット管側で平坦であるか又はごく僅かに波形に成形さ
れた自由端部を有し、該端部がジャケット管と及び相互
に並びに場合により中間層として役立つ平坦な金属スト
リップと溶接されている、請求の範囲第1項から第4項
までのいずれか1項記載のモノリシック金属担体触媒。 - 【請求項6】 被覆したマトリックスの溶接後に、別の
触媒成分が浸漬又は分散液被覆により施されている、請
求の範囲第1項から第5項までのいずれか1項記載のモ
ノリシック金属担体触媒。 - 【請求項7】 請求の範囲第1項から第6項までのいず
れか1項記載のモノリシック金属担体触媒を製造する方
法において、金属担体触媒のために必要なシート金属ス
タックを、予め被覆しかつ切断した金属ストリップから
組み合わせかつマトリックスを形成するために互いに巻
き込み、そうして得られたマトリックスを次いでジャケ
ット管内に挿入しかつ金属ストリップとジャケット管と
の接触箇所を溶接することにより該ジャケット管と結合
させることを特徴とする、モノリシック金属担体触媒の
製造方法。 - 【請求項8】 触媒被膜を施す前に、金属ストリップの
ジャケット管との後からの接触箇所に、触媒被覆を阻止
するか又は溶接前の触媒被膜の簡単な除去を可能にする
分離層が被覆されている、請求項7記載のモノリシック
金属担体触媒の製造方法。 - 【請求項9】 請求の範囲第1項から第6項までのいず
れか1項記載のモノリシック金属担体触媒からなる、固
定又は非固定の内燃機関の排気ガスを浄化する触媒。
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