JPH0777036A - Ceramic honeycomb catalytic converter - Google Patents
Ceramic honeycomb catalytic converterInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は、セラミックハニカム触媒コンバ
ータに関するものであり、特に、メタルケースと、メタ
ルケース内に収められたセラミックハニカム触媒と、ハ
ニカム触媒外面およびメタルケース内面の間に圧縮状態
で配置されたセラミック繊維マットとを具え、ハニカム
触媒がセラミック繊維マットの面圧によりメタルケース
内に把持されてなる触媒コンバータに係るものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic honeycomb catalytic converter, and in particular, it is arranged in a compressed state between a metal case, a ceramic honeycomb catalyst housed in the metal case, and an outer surface of the honeycomb catalyst and an inner surface of the metal case. The present invention relates to a catalytic converter in which a honeycomb catalyst is held in a metal case by the surface pressure of the ceramic fiber mat.
【０００２】[0002]
【背景技術】上述した構成を有するセラミックハニカム
触媒コンバータは、自動車用排ガス浄化システムに広く
使用されており、例えば特開昭57-56615号公報、特開昭
61-241413号公報および特開平1-240715号公報等に開示
されている。セラミックハニカム触媒は、高い開口率に
由来して排ガスを通過させる場合の圧力損失が低く、優
れた排ガス浄化性能を発現するものとして広範に普及す
るに至っている。なお、従来より実用に供されているセ
ラミックハニカム触媒は、例えばハニカムにおける隔壁
の壁厚（リブ厚とも称する）が0.170 mm、流路方向貫通
孔の数が１cm2 あたり60個とされている。BACKGROUND ART A ceramic honeycomb catalytic converter having the above-described structure is widely used in an automobile exhaust gas purification system, and is disclosed in, for example, JP-A-57-56615 and JP-A-SHO-56-615.
It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-241413 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-240715. A ceramic honeycomb catalyst has a low pressure loss when passing exhaust gas due to its high aperture ratio, and has been widely spread as a material exhibiting excellent exhaust gas purification performance. The ceramic honeycomb catalyst that has been put to practical use has a wall thickness (also referred to as rib thickness) of partition walls in the honeycomb of 0.170 mm and the number of through holes in the flow path direction is 60 per cm 2 .
【０００３】最近における環境問題がらみの排ガス規制
強化、例えば、米国における排ガス評価試験モードの一
つであるＬＡ−４モードにおけるハイドロカーボン排出
総量低減の要請に伴い、セラミックハニカム触媒には従
来以上に卓越した排ガス浄化性能の発現が期待されてい
る。特に、エンジンをスタートしたばかりの状態、いわ
ゆるコールドスタート時では触媒が十分に暖まっていな
いために十分に活性化しておらず、浄化効率が著しく低
い。このため、コールドスタート時における触媒の早期
活性化が排ガス規制をクリアーするための最重要課題と
されている。このような観点から、一般論として、セラ
ミックハニカム触媒における隔壁をより薄く形成し、開
口率を一層高めて圧力損失を低下させると共に構造体重
量を軽減し、触媒の熱容量を低減させて触媒の昇温速度
を高めることが提案されている。この場合には、大きな
幾何学的表面積が得られることから、ハニカム触媒の小
型化も期待することができる。その反面、隔壁が薄いセ
ラミックハニカム触媒は、構造体としての強度の一指標
であるアイソスタティック破壊強度についての所定の最
低保証値（一般的には５ kgf/cm2以上、好適には10 kgf
/cm2以上とされる）の達成が困難となる。ここに、アイ
ソスタティック強度とは、社団法人自動車技術会発行の
自動車規格であるJASO規格M505-87 に規定されており、
ハニカム構造体にアイソスタティック、すなわち等方的
な静水圧荷重を負荷したときの圧縮破壊強度であって、
破壊が発生したときの圧力値で示される。言うまでもな
く、アイソスタティック強度の低いハニカム構造体は、
慎重な取り扱いを必要とし、また、ハニカム触媒をコン
バータケーシング内に保持し、実使用下において振動等
によりハニカム触媒がケーシング内で動くことのないよ
うケーシング内に装着する作業、いわゆる「キャニン
グ」に際して触媒担体の損傷を生じかねない。With the recent demand for stricter exhaust gas regulations due to environmental problems, for example, reduction of the total amount of hydrocarbon emissions in the LA-4 mode, which is one of the exhaust gas evaluation test modes in the United States, ceramic honeycomb catalysts are superior to conventional ones. It is expected that the exhaust gas purification performance will be realized. Particularly, when the engine is just started, that is, at the time of a so-called cold start, the catalyst is not sufficiently warmed and thus is not fully activated, and the purification efficiency is remarkably low. Therefore, early activation of the catalyst at cold start is considered to be the most important issue for clearing the exhaust gas regulations. From this point of view, as a general theory, the partition walls in the ceramic honeycomb catalyst are formed thinner to further increase the aperture ratio to reduce the pressure loss, reduce the structure weight, and reduce the heat capacity of the catalyst to raise the catalyst. It has been proposed to increase the temperature rate. In this case, since a large geometric surface area can be obtained, miniaturization of the honeycomb catalyst can be expected. On the other hand, a ceramic honeycomb catalyst with thin partition walls has a predetermined minimum guaranteed value (generally 5 kgf / cm 2 or more, preferably 10 kgf) for the isostatic fracture strength, which is an index of the strength of the structure.
/ cm 2 or more) is difficult to achieve. Here, isostatic strength is defined in JASO standard M505-87, which is an automobile standard issued by the Japan Automobile Engineers Association,
Isostatic, that is, the compressive fracture strength when an isotropic hydrostatic load is applied to the honeycomb structure,
It is indicated by the pressure value when the breakage occurs. Needless to say, the honeycomb structure with low isostatic strength is
The catalyst must be carefully handled, and the catalyst must be held in the converter casing and installed in the casing to prevent it from moving inside the casing due to vibration during actual use. This can result in damage to the carrier.
【０００４】キャニングは、ハニカム触媒の外周面で把
持するのが主流であるが、流路方向での把持方式または
外周面と流路方向での組合わせ把持方式が採用される場
合もある。キャニングに際しては、セラミックハニカム
触媒コンバータにおけるハニカム触媒外面およびメタル
ケース内面の間にセラミック繊維マットを圧縮状態で介
挿し、ハニカム触媒をセラミック繊維マットの面圧によ
りメタルケース内に把持する。この場合、コールドスタ
ート時における触媒の早期活性化を達成するために触媒
をよりエンジンに近づけて排ガス温度のより高い条件下
で触媒を使用する傾向にあり、これに由来して触媒のキ
ャニング構造、特に把持部材にもより高い耐熱信頼性が
要求されている。そして、キャニング構造における把持
部材を構成するセラミック繊維マットとしては、従来よ
り、アルミナシリカ繊維にバーミキュライトを添加した
熱膨張性マットが一般的に使用されている。しかるに、
従来の熱膨張性マットは、800 〜900 ℃を上限に圧縮特
性が劣化し、面圧の低下に伴ってハニカム触媒の適切な
把持が不可能となり、ひいてはエンジンからの苛酷な振
動の伝達によりハニカム触媒の破損を招来し、また、高
温の排ガスに曝されるとマットが飛散してしまう問題点
が指摘されている。前述した特開昭 61-241413号公報に
記載のものにおいては、このような問題点を克服するた
め、熱膨張性マットとメタルケース内面の間に断熱層と
してのセラミック繊維層を介在させているが、かかる構
成は構造が複雑となるために触媒コンバータの生産性を
向上する観点から必ずしも好ましい解決策とは言えな
い。他方、ハニカム触媒の薄壁化に伴ってアイソスタテ
ィック破壊強度レベルも必然的に低下するが、従来の熱
膨張性マットでは触媒温度の上昇に際してマットも膨張
して面圧が急激に増加する場合があり、その結果として
薄壁ハニカム触媒が使用中に破損するという問題点も指
摘されている。そして、従来、セラミックハニカム触媒
における隔壁の薄壁化と、ハニカム触媒の経時的に安定
な把持とは、互いに二律背反的な問題点として一般に認
識されていたのであり、薄壁セラミックハニカム触媒を
長期に亙って安定に把持することができるキャニング構
造はこれまで提案されていなかったのである。The mainstream of canning is gripping on the outer peripheral surface of the honeycomb catalyst, but a gripping method in the flow channel direction or a combined gripping method in the outer peripheral surface and the flow channel direction may be adopted in some cases. At the time of canning, a ceramic fiber mat is inserted between the outer surface of the honeycomb catalyst and the inner surface of the metal case in the ceramic honeycomb catalyst converter in a compressed state, and the honeycomb catalyst is held in the metal case by the surface pressure of the ceramic fiber mat. In this case, in order to achieve early activation of the catalyst at cold start, there is a tendency to bring the catalyst closer to the engine and to use the catalyst under conditions of higher exhaust gas temperature, which results in the canning structure of the catalyst, Particularly, higher heat resistance reliability is also required for the gripping members. As the ceramic fiber mat that constitutes the holding member in the canning structure, conventionally, a thermally expandable mat in which vermiculite is added to alumina silica fiber is generally used. However,
The conventional thermal expansive mat deteriorates in compression characteristics up to 800-900 ° C, and it becomes impossible to properly hold the honeycomb catalyst as the surface pressure decreases, which in turn causes severe vibrations from the engine to transfer the honeycomb. It has been pointed out that the catalyst is damaged and that the mat is scattered when exposed to high temperature exhaust gas. In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 61-241413, in order to overcome such a problem, a ceramic fiber layer as a heat insulating layer is interposed between the thermally expandable mat and the inner surface of the metal case. However, such a structure is not necessarily a preferable solution from the viewpoint of improving the productivity of the catalytic converter because the structure is complicated. On the other hand, as the honeycomb catalyst becomes thinner, the isostatic fracture strength level also inevitably decreases, but in the conventional thermally expandable mat, the mat also expands when the catalyst temperature rises and the surface pressure may increase sharply. It has been pointed out that as a result, the thin-walled honeycomb catalyst is damaged during use. And, conventionally, thinning of the partition walls in the ceramic honeycomb catalyst and stable gripping of the honeycomb catalyst with time have been generally recognized as mutually contradictory problems. A canning structure that can be stably gripped has not been proposed so far.
【０００５】[0005]
【発明の開示】したがって、本発明の課題は、上述した
問題点を一挙に解消し得る新規な着想に立脚し、薄壁セ
ラミックハニカム触媒であってもハニカム触媒を長期に
亙って安定に把持し得るキャニング構造を含むセラミッ
クハニカム触媒コンバータを提案することである。DISCLOSURE OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is based on a new idea that can solve the above-mentioned problems all at once, and even a thin-walled ceramic honeycomb catalyst can be stably gripped over a long period of time. It is to propose a ceramic honeycomb catalytic converter including a possible canning structure.
【０００６】本発明によるセラミックハニカム触媒コン
バータは、メタルケースと、該メタルケース内に収めら
れたセラミックハニカム触媒と、該ハニカム触媒の外面
および前記メタルケースの内面の間に圧縮状態で配置さ
れたセラミック繊維マットとを具え、ハニカム触媒がセ
ラミック繊維マットの面圧によりメタルケース内に把持
されてなる触媒コンバータにおいて、前記セラミック繊
維マットが、触媒コンバータの実用温度範囲内で大きく
増減を生じない圧縮特性を有し、バーミキュライト等を
含まず熱膨張性を有しない耐熱・非熱膨張性セラミック
繊維からなることを特徴とするものである。The ceramic honeycomb catalytic converter according to the present invention comprises a metal case, a ceramic honeycomb catalyst housed in the metal case, and a ceramic arranged in a compressed state between the outer surface of the honeycomb catalyst and the inner surface of the metal case. In a catalytic converter comprising a fiber mat and a honeycomb catalyst held in a metal case by the surface pressure of the ceramic fiber mat, the ceramic fiber mat has compression characteristics that do not significantly increase or decrease within the practical temperature range of the catalytic converter. It is characterized in that it is made of heat-resistant and non-heat-expandable ceramic fiber which does not contain vermiculite and has no heat-expansion property.
【０００７】本発明においては、セラミックハニカム触
媒の外面とメタルケースの内面との間に圧縮状態で配置
されたセラミック繊維マットが、触媒コンバータの実用
温度範囲内で大きく増減を生じない圧縮特性を有する耐
熱・非熱膨張性セラミック繊維からなるため、触媒コン
バータの実使用条件下での面圧の大きな増減を回避して
最適面圧値を経時的に安定に維持することができ、セラ
ミックハニカム触媒が薄壁のものであってもハニカム触
媒をメタルケース内で長期に亙って安定に把持し得るた
め、ハニカム触媒の使用中の破損を確実に防止すること
が可能となる利点が達成される。In the present invention, the ceramic fiber mat, which is arranged in a compressed state between the outer surface of the ceramic honeycomb catalyst and the inner surface of the metal case, has a compression characteristic that does not significantly increase or decrease within the practical temperature range of the catalytic converter. Because it is made of heat-resistant and non-thermally expandable ceramic fibers, it is possible to avoid a large increase or decrease in the surface pressure under actual conditions of use of the catalytic converter and maintain the optimum surface pressure value stably over time. Even if the honeycomb catalyst has a thin wall, the honeycomb catalyst can be stably held in the metal case over a long period of time, so that it is possible to reliably prevent the honeycomb catalyst from being damaged during use.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例について一
層詳細に説明する。The present invention will be described below in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
【０００９】図１(A), (B)は、それぞれ本発明を押込み
構造の触媒コンバータに適用した第１実施例を示す横断
面図および縦断面図である。本実施例による触媒コンバ
ータ10は、「キャン」とも称される中空円筒形状のメタ
ルケース11と、メタルケース11内に収められたセラミッ
クハニカム触媒12と、メタルケース11の内面およびハニ
カム触媒12の外面の間に圧縮状態で配置されたセラミッ
ク繊維マット13とを具え、ハニカム触媒12をセラミック
繊維マット13の面圧によりメタルケース11内に把持する
構成とされている。本実施例におけるメタルケース11
は、例えばSUS 304 等の耐熱性ステンレス鋼板を中空円
筒形状にプレス一体成形してなり、軸線方向の一端、す
なわち図１(B) における左端には半径方向内方に向けて
突出する鍔14を有している。この場合、鍔14は円周方向
に連続した形状とすることができる。適当な治具を使用
しつつハニカム触媒12をメタルケース11の他端側、すな
わち図１(B) における左端側からメタルケース11内に押
込む。この押込み状態では、ハニカム触媒12の一端部
（図１(B) における左端）が鍔14に当接すると共に、ハ
ニカム触媒12の外面とメタルケース11の内面との間でセ
ラミック繊維マット13が圧縮状態とされる。このような
態様でのハニカム触媒12の押込み方法は、従来より既知
であるため、詳細な説明は省略する。なお、ハニカム触
媒12のメタルケース10内への押込みの完了後、鍔14と協
動してハニカム触媒12をメタルケース11内で軸線方向に
保持するリテーナリング15を、メタルケース11の他端部
にスポット溶接する。ハニカム触媒12は主としてセラミ
ック繊維マット13の面圧によりメタルケース11内に保持
されるのであるが、鍔14は押込み時にハニカム触媒12の
押込み位置を決める役割を担うと共にリテーナリング15
と協動して実使用下においてハニカム触媒12の軸線方向
の微小変位（これは、主としてセラミック繊維マット13
の剪断変形に起因するものと考えられる。）を規制し、
より高い信頼性をもってハニカム触媒12を保持すること
を可能ならしめるものである。さらに、触媒コンバータ
10を内燃機関の排気系（図示せず）に組付ける手段とし
て、排ガスの導入・導出機能を発揮するメタル部材、い
わゆる「コーン」をメタルケース11の両側に溶接等によ
り接続し、排気管とコーンとを相互に溶接し又はフラン
ジを介してボルト締結することができる。なお、コーン
を使用する代わりに、メタルケース11を排気管に対して
直接溶接する構成としても良いことは、言うまでもな
い。1A and 1B are a horizontal sectional view and a vertical sectional view, respectively, showing a first embodiment in which the present invention is applied to a catalytic converter having a push-in structure. The catalytic converter 10 according to the present embodiment includes a hollow cylindrical metal case 11 also referred to as a “can”, a ceramic honeycomb catalyst 12 housed in the metal case 11, an inner surface of the metal case 11 and an outer surface of the honeycomb catalyst 12. And a ceramic fiber mat 13 arranged in a compressed state between the two, and the honeycomb catalyst 12 is held in the metal case 11 by the surface pressure of the ceramic fiber mat 13. Metal case 11 in this embodiment
Is made by press-molding a heat-resistant stainless steel plate such as SUS 304 into a hollow cylindrical shape. One end in the axial direction, that is, the left end in FIG. 1 (B), has a collar 14 protruding inward in the radial direction. Have In this case, the collar 14 can have a shape that is continuous in the circumferential direction. While using an appropriate jig, the honeycomb catalyst 12 is pushed into the metal case 11 from the other end side of the metal case 11, that is, the left end side in FIG. In this pushed-in state, one end of the honeycomb catalyst 12 (the left end in FIG. 1 (B)) abuts the collar 14, and the ceramic fiber mat 13 is compressed between the outer surface of the honeycomb catalyst 12 and the inner surface of the metal case 11. It is said that A method of pushing the honeycomb catalyst 12 in such a manner is conventionally known, and thus detailed description thereof will be omitted. After the completion of pushing the honeycomb catalyst 12 into the metal case 10, the retainer ring 15 for holding the honeycomb catalyst 12 in the metal case 11 in the axial direction in cooperation with the collar 14 is provided at the other end of the metal case 11. Spot weld to. The honeycomb catalyst 12 is held in the metal case 11 mainly by the surface pressure of the ceramic fiber mat 13, and the collar 14 plays a role of determining the pushing position of the honeycomb catalyst 12 at the time of pushing and the retainer ring 15
In actual use in cooperation with the honeycomb catalyst 12, a small axial displacement of the honeycomb catalyst 12 (this is mainly due to the ceramic fiber mat 13
It is considered that this is due to the shear deformation. ),
This makes it possible to hold the honeycomb catalyst 12 with higher reliability. Furthermore, catalytic converters
As a means for assembling 10 into an exhaust system (not shown) of an internal combustion engine, a metal member that exhibits an exhaust gas introducing / deriving function, a so-called "cone" is connected to both sides of a metal case 11 by welding or the like, and is connected to an exhaust pipe. The cones can be welded together or bolted together via flanges. Needless to say, instead of using the cone, the metal case 11 may be directly welded to the exhaust pipe.
【００１０】図２(A), (B)は、それぞれ上述した第１実
施例による押込み構造の触媒コンバータ10についての変
形例を示す斜視図および部分断面図である。本例におい
ては、メタルケース11の端部に別体のリテーナリング15
をスポット溶接する代わりに、メタルケース11の端部に
おける円周上の数箇所に当該端部から軸線方向に向けて
突出する複数の突起部16を一体的に設けておき、メタル
ケース10内へのハニカム触媒12の押込み完了後に突起部
16を半径方向内向きに折り曲げることによりハニカム触
媒12をメタルケース11内で軸線方向に保持するものであ
る。2 (A) and 2 (B) are a perspective view and a partial sectional view, respectively, showing a modification of the catalytic converter 10 having the pushing structure according to the first embodiment described above. In this example, a separate retainer ring 15 is attached to the end of the metal case 11.
Instead of spot welding, a plurality of projections 16 projecting in the axial direction from the end are integrally provided at several positions on the circumference of the end of the metal case 11, and the metal case 10 is inserted into the metal case 10. After the honeycomb catalyst 12 of
By bending 16 inward in the radial direction, the honeycomb catalyst 12 is held in the metal case 11 in the axial direction.
【００１１】図３は、上述した第１実施例による押込み
構造の触媒コンバータ10についての他の変形例を示す縦
断面図である。本例においては、メタルケース11を耐熱
性ステンレス鋼の鋳造品とし、メタルケース11の両端に
フランジ17，18を一体に設ける。本例による触媒コンバ
ータ10は、メタルケース11内へのハニカム触媒12の押込
み後にフランジフランジ17，18を介してエンジン排気系
における排気管にボルト締結するものである。勿論、触
媒コンバータ10は、リテーナリングを介して排気管に接
続する構造としても良い。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another modification of the catalytic converter 10 having the pushing structure according to the first embodiment described above. In this example, the metal case 11 is a cast product of heat-resistant stainless steel, and the flanges 17 and 18 are integrally provided at both ends of the metal case 11. The catalytic converter 10 according to this example is one in which the honeycomb catalyst 12 is pushed into the metal case 11 and then bolted to the exhaust pipe in the engine exhaust system via the flanges 17 and 18. Of course, the catalytic converter 10 may have a structure in which it is connected to the exhaust pipe via a retainer ring.
【００１２】図４(A), (B)は、それぞれ本発明を巻締め
構造の触媒コンバータに適用した第２実施例を示す横断
面図および部分側面図である。本実施例による触媒コン
バータ20も、中空円筒形状のメタルケース21と、メタル
ケース21内に収められたセラミックハニカム触媒22と、
メタルケース21の内面およびハニカム触媒22の外面の間
に圧縮状態で配置されたセラミック繊維マット23とを具
え、ハニカム触媒22をセラミック繊維マット23の面圧に
よりメタルケース21内に把持する構成とされている。本
実施例におけるメタルケース21は、ハニカム触媒22の外
面にセラミック繊維マット23を被覆した後、そのセラミ
ック繊維マット23上でSUS 304 等の耐熱性ステンレス鋼
板を、円周方向の両端部24a, 24bが互いに重なるよう円
筒状に巻締めて変形させ、円周方向の重ね合わせ端部24
a, 24bを互いに溶接してなるものである。メタルケース
21を形成するステンレス鋼板の円周方向の両端部24a, 2
4bは、それぞれ軸線方向に直線的に延在させることがで
きる。この場合、溶接線は一方の円周方向端部24a に沿
って直線的に延在する。このようにしてメタルケース21
を成形した後、前述した第１実施例におけると同様のリ
テーナリング（図示せず）を、メタルケース21の軸線方
向両端部にスポット溶接することができる。なお、メタ
ルケース21における少なくとも一方の軸線方向端部に
は、別体のリテーナリングを溶接する代わりに、図２
(A), (B)について説明したと同様の突起部を円周上の数
箇所から軸線方向に向けて突出させて一体的に設けてお
き、ステンレス鋼板の巻締め完了後に各突起部を半径方
向内向きに折り曲げてハニカム触媒22をメタルケース21
内で軸線方向に保持する構成としても良いことは、言う
までもない。4 (A) and 4 (B) are a cross sectional view and a partial side view, respectively, showing a second embodiment in which the present invention is applied to a catalytic converter having a winding structure. The catalytic converter 20 according to the present embodiment also has a hollow cylindrical metal case 21, a ceramic honeycomb catalyst 22 housed in the metal case 21,
A ceramic fiber mat 23 disposed in a compressed state between the inner surface of the metal case 21 and the outer surface of the honeycomb catalyst 22, and the honeycomb catalyst 22 is configured to be held in the metal case 21 by the surface pressure of the ceramic fiber mat 23. ing. In the metal case 21 of this embodiment, after covering the outer surface of the honeycomb catalyst 22 with the ceramic fiber mat 23, heat-resistant stainless steel plate such as SUS 304 is placed on the ceramic fiber mat 23 at both ends 24a, 24b in the circumferential direction. Are wound in a cylindrical shape so that they overlap with each other and deformed, and the overlapping end 24
It is made by welding a and 24b together. Metal case
Circumferential ends 24a, 2 of the stainless steel plate forming 21
Each 4b can extend linearly in the axial direction. In this case, the weld line extends linearly along one circumferential end 24a. In this way the metal case 21
After molding, a retainer ring (not shown) similar to that in the first embodiment described above can be spot-welded to both ends in the axial direction of the metal case 21. Instead of welding a separate retainer ring to at least one axial end of the metal case 21, as shown in FIG.
Protrusions similar to those described in (A) and (B) are integrally provided by projecting in the axial direction from several points on the circumference, and each protrusion is radiused after the stainless steel plate is completely tightened. Bend inward in the direction to place the honeycomb catalyst 22 in the metal case 21.
Needless to say, it may be configured to be held in the axial direction inside.
【００１３】図５(A), (B)は、それぞれ上述した第２実
施例による巻締め構造の触媒コンバータ20についての変
形例を示す横断面図および部分側面図である。本例によ
る触媒コンバータ20は、第２実施例のものと対比して、
基本的には同一構成とされているが、メタルケース21を
構成するステンレス鋼板の円周方向両端部26a, 26bをそ
れぞれ櫛歯状に形成し、かつ、互いに交錯させて配置し
た点において若干相違する。FIGS. 5 (A) and 5 (B) are a lateral sectional view and a partial side view, respectively, showing a modification of the catalytic converter 20 having the winding structure according to the second embodiment described above. The catalytic converter 20 according to the present embodiment is different from that of the second embodiment in that
Basically, they have the same structure, but are slightly different in that both end portions 26a, 26b in the circumferential direction of the stainless steel plate constituting the metal case 21 are formed in a comb shape and are arranged so as to intersect with each other. To do.
【００１４】図６は、本発明をクラムシェル構造の触媒
コンバータに適用した第３実施例を示す横断面図であ
る。本実施例による触媒コンバータ30も、中空円筒形状
のメタルケース31と、メタルケース31内に収められたセ
ラミックハニカム触媒32と、メタルケース31の内面およ
びハニカム触媒32の外面の間に圧縮状態で配置されたセ
ラミック繊維マット33とを具え、ハニカム触媒32をセラ
ミック繊維マット33の面圧によりメタルケース31内に把
持する構成とされている。本実施例におけるメタルケー
ス31は、基本的には半円断面形状を呈する一対のハーフ
34，35を、それぞれ軸線方向に向けて延在するよう各ハ
ーフ34, 35の円周方向両端部に設けられた鍔34a, 34b,
35a, 35bにおいて互いに溶接してなる二つ割構造とされ
ている。なお、メタルケース31の内面には、ハニカム触
媒32を軸線方向に保持するリテーナリングをハニカム触
媒32の軸線方向両端部と対向する領域に溶接することが
できる。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment in which the present invention is applied to a catalytic converter having a clamshell structure. The catalytic converter 30 according to the present embodiment also includes a hollow cylindrical metal case 31, a ceramic honeycomb catalyst 32 housed in the metal case 31, and a compressed state between the inner surface of the metal case 31 and the outer surface of the honeycomb catalyst 32. The honeycomb catalyst 32 is held in the metal case 31 by the surface pressure of the ceramic fiber mat 33. The metal case 31 in this embodiment is basically a pair of half-circle cross-sections.
Collars 34a, 34b, provided at both circumferential ends of each half 34, 35 so as to extend 34, 35 in the axial direction.
35a and 35b have a split structure that is welded to each other. A retainer ring that holds the honeycomb catalyst 32 in the axial direction can be welded to the inner surface of the metal case 31 in a region facing both ends of the honeycomb catalyst 32 in the axial direction.
【００１５】上述した第１実施例〜第３実施例のいずれ
においても、セラミックハニカム触媒12, 22, 32は、多
角形断面を有する多数の流路方向貫通孔を、周壁の内側
に配置された隔壁を隔てて隣接させてなるセラミックハ
ニカム構造体を具えている。ハニカム構造体の外形形状
は、流路方向に垂直な断面における断面形状が円形（ラ
ウンド形）のものの外、楕円形（オーバル形）、長円形
（レーストラック形）又はその他の異形断面形のものも
実用に供されている。また、ハニカム構造体10の外形形
状は、流路方向軸線が真直のものに止まらず、流路方向
軸線が曲がったものも既知である。ハニカム構造体の外
形形状と、上述した実施例における各種キャニング構造
との関連について検討すると、第１実施例による押込み
構造はラウンド形ハニカム構造体の場合にキャニングが
比較的容易に行える点で有効であり、また、第２実施例
による巻締め構造又は第３実施例によるクラムシェル構
造はオーバル形、レーストラック形又はその他の異形ハ
ニカム構造体の場合にキャニングが比較的容易に行える
点で有効である。In any of the above-mentioned first to third embodiments, the ceramic honeycomb catalysts 12, 22, 32 have a large number of through holes in the flow passage direction having a polygonal cross section and are arranged inside the peripheral wall. The ceramic honeycomb structure is formed by adjoining with partition walls. Regarding the outer shape of the honeycomb structure, the cross-sectional shape in a cross section perpendicular to the flow channel direction is circular (round shape), oval shape (oval shape), oval shape (race track shape), or other irregular cross-section shape. Is also put to practical use. The outer shape of the honeycomb structure 10 is not limited to one in which the flow axis in the flow path direction is straight, and one in which the flow path direction axis is bent is also known. Examining the relationship between the outer shape of the honeycomb structure and the various canning structures in the above-described embodiment, the indentation structure according to the first embodiment is effective in that canning is relatively easy in the case of the round honeycomb structure. In addition, the winding tightening structure according to the second embodiment or the clamshell structure according to the third embodiment is effective in that canning can be performed relatively easily in the case of an oval type, a racetrack type, or another modified honeycomb structure. .
【００１６】本発明による触媒コンバータが主たる対象
とする薄壁セラミックハニカム構造体は、例えば周壁の
壁厚が少なくとも0.1 mm、隔壁の壁厚が0.050 mm以上0.
150 mm以下、開口率が65〜95％であり、50 kgf/cm2以上
のＡ軸圧縮強度と5 kgf/cm2 以上のＢ軸圧縮強度とを有
している。ここに、Ａ軸圧縮強度とは、前述したJASO規
格M505-87 に規定されている圧縮強度を指し、ハニカム
構造体の流路方向、すなわち横断面に対して垂直方向に
圧縮荷重を負荷したときの破壊強度である。また、Ｂ軸
圧縮強度とは、ハニカム構造体の横断面に平行で隔壁に
対して垂直をなす方向に圧縮荷重を負荷したときの破壊
強度であって、同じく前記JASO規格に規定されているも
のである。さらに、アイソスタティック強度が、ハニカ
ム構造体に等方的な静水圧荷重を負荷したときの圧縮破
壊強度として前記JASO規格に規定されていることは、前
述したとおりである。Ａ軸圧縮強度は流路方向に圧縮荷
重を負荷するので、隔壁の変形程度等のハニカム構造の
不具合の影響はあまり受けず、材料強度と強い相関を持
つものである。これとは対照的に、Ｂ軸圧縮強度は材料
強度にも依存するが、隔壁の変形程度等のハニカム構造
の不具合の影響を強く受ける。この点においてはアイソ
スタティック強度も同様であり、したがってアイソスタ
ティック強度およびＢ軸圧縮強度はいずれも構造体の強
度特性の指標となるが、Ｂ軸圧縮強度は周壁のない状態
で測定されるので周壁構造の影響が除外される。言うま
でもなく、周壁は内部のハニカム構造を外圧から保護す
る外殻としての機能を発揮するものであり、その外周面
でキャニング時の荷重を受け持っている。周壁が破壊す
ると、その内側の周囲の隔壁も異常な荷重を受けて連鎖
的な破壊を始めるため、周壁は重要な役割を担うもので
ある。アイソスタティック強度およびＢ軸圧縮強度の両
者間には、荷重負荷状態が異なり発生する応力分布も異
なることもあり、明確な相関は認められないが、Ｂ軸圧
縮強度が高いほどアイソスタティック強度も高くなる傾
向にある。前述したとおり、Ａ軸圧縮強度およびＢ軸圧
縮強度は、ハニカム構造の強度特性の基本的な指標であ
り、Ａ軸圧縮強度は主に材料強度面の影響度合を示し、
Ｂ軸圧縮強度はハニカム構造面の影響度合を示すもので
ある。そして、構造体としての実用的な強度特性を示す
アイソスタティック強度は、材料およびハニカム構造、
さらには周壁厚さに代表される周壁構造の影響が互いに
からみ合った結果として現れるものである。なお、周壁
厚さは、成形性の面からも0.15 mm 以上とするのが好適
である。The thin-walled ceramic honeycomb structure mainly intended for the catalytic converter according to the present invention has, for example, a peripheral wall thickness of at least 0.1 mm and partition wall thicknesses of 0.050 mm or more.
It has an aperture ratio of 150 mm or less, an aperture ratio of 65 to 95%, an A-axis compressive strength of 50 kgf / cm 2 or more and a B-axis compressive strength of 5 kgf / cm 2 or more. Here, the A-axis compressive strength refers to the compressive strength specified in JASO standard M505-87 described above, and when a compressive load is applied in the flow direction of the honeycomb structure, that is, in the direction perpendicular to the cross section. Is the breaking strength of. The B-axis compressive strength is the breaking strength when a compressive load is applied in a direction parallel to the cross section of the honeycomb structure and perpendicular to the partition walls, which is also defined in the JASO standard. Is. Furthermore, as described above, the isostatic strength is defined in the JASO standard as the compressive fracture strength when an isotropic hydrostatic load is applied to the honeycomb structure. Since the A-axis compressive strength applies a compressive load in the flow direction, it is not significantly affected by defects in the honeycomb structure such as the degree of deformation of partition walls, and has a strong correlation with the material strength. In contrast to this, although the B-axis compressive strength also depends on the material strength, it is strongly affected by defects in the honeycomb structure such as the degree of partition wall deformation. In this respect, the isostatic strength is also the same. Therefore, both the isostatic strength and the B-axis compressive strength are indicators of the strength characteristics of the structure, but the B-axis compressive strength is measured without the peripheral wall, so the peripheral wall is not measured. Structural effects are excluded. Needless to say, the peripheral wall functions as an outer shell that protects the internal honeycomb structure from external pressure, and its outer peripheral surface bears the load during canning. When the peripheral wall breaks, the partition wall inside the peripheral wall also receives an abnormal load and starts chain-like destruction, so that the peripheral wall plays an important role. There is no clear correlation between the isostatic strength and the B-axis compressive strength due to different load conditions and the generated stress distribution. However, the higher the B-axis compressive strength, the higher the isostatic strength. Tends to become. As described above, the A-axis compressive strength and the B-axis compressive strength are basic indicators of the strength characteristics of the honeycomb structure, and the A-axis compressive strength mainly indicates the degree of influence of the material strength surface,
The B-axis compressive strength indicates the degree of influence of the honeycomb structure surface. And, the isostatic strength showing a practical strength characteristic as a structure, material and honeycomb structure,
Furthermore, the influence of the peripheral wall structure represented by the peripheral wall thickness appears as a result of being entangled with each other. The thickness of the peripheral wall is preferably 0.15 mm or more from the viewpoint of formability.
【００１７】本発明による触媒コンバータは、薄壁でア
イソスタティック強度が比較的低いセラミックハニカム
触媒を主たる対象とする。したがって、特に、コールド
スタート時における触媒の早期活性化を達成するために
触媒をよりエンジンに近接させて配置して排ガス温度が
例えば900 ℃以上にも達する高温条件下で触媒を使用す
る場合に、触媒のキャニング構造、特に把持部材にもよ
り高い耐熱信頼性が要求されていることは前述したとお
りである。そのため、本発明においては、メタルケース
内面およびハニカム触媒外面の間に圧縮状態で配置され
て面圧によりハニカム触媒をメタルケース内に把持する
セラミック繊維マットを、触媒コンバータの実用温度範
囲内で大きく増減を生じない圧縮特性を有する耐熱・非
熱膨張性セラミック繊維からなるものとする。本発明に
おいて好適に使用し得るセラミック繊維マットは、アル
ミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素およびジルコニア
からなる群より選ばれたいずれか１種からなり、繊維径
が２μm 以上６μm 未満のものである。このセラミック
繊維マットは、その未圧縮時の公称厚さを５〜30mm、嵩
密度を0.05〜0.3 g/cm3 とし、さらに、後述するとお
り、室温時に 2 kgf/cm2の初期面圧をかけた後に 1000
℃まで昇温したとき、少なくとも 1kgf/cm2の面圧を発
生する圧縮特性を有するものとするのが望ましい。この
場合、実質的には、セラミック繊維の高温強度特性およ
びコスト面からムライト繊維が好適である。The catalytic converter according to the present invention mainly targets a ceramic honeycomb catalyst having a thin wall and a relatively low isostatic strength. Therefore, in particular, when the catalyst is placed closer to the engine in order to achieve early activation of the catalyst during cold start, and the catalyst is used under high temperature conditions where the exhaust gas temperature reaches 900 ° C or higher, for example, As described above, the catalyst canning structure, particularly the gripping member, is required to have higher heat resistance. Therefore, in the present invention, the ceramic fiber mat, which is arranged between the inner surface of the metal case and the outer surface of the honeycomb catalyst in a compressed state and holds the honeycomb catalyst in the metal case by the surface pressure, is largely changed within the practical temperature range of the catalytic converter. It shall consist of heat-resistant and non-heat-expansive ceramic fibers having compression characteristics that do not cause The ceramic fiber mat that can be preferably used in the present invention is made of any one selected from the group consisting of alumina, mullite, silicon carbide, silicon nitride and zirconia, and has a fiber diameter of 2 μm or more and less than 6 μm. The ceramic fiber mat has an uncompressed nominal thickness of 5 to 30 mm and a bulk density of 0.05 to 0.3 g / cm 3, and as described later, it is subjected to an initial surface pressure of 2 kgf / cm 2 at room temperature. After 1000
It is desirable to have a compressive characteristic that a surface pressure of at least 1 kgf / cm 2 is generated when the temperature is raised to ℃. In this case, the mullite fiber is substantially suitable in view of the high temperature strength characteristics of the ceramic fiber and the cost.
【００１８】発明者らは、従来より使用されているワイ
ヤーメッシュおよび加熱膨張性のセラミック繊維マット
と、本発明において使用する耐熱・非熱膨張性のセラミ
ック繊維マットとを試料とし、先ず次の手順で加熱圧縮
特性の比較試験を実施した。この試験において、加熱膨
張性のセラミック繊維マットは市販の３Ｍ社製「インタ
ラム」（商品名）およびカーボランダム社製「ＸＰＥセ
ラミックファイバーペーパー」（商品名）であり、耐熱
・非熱膨張性のセラミック繊維マットは三菱化成（株）
製「マフテック」（商品名）および電気化学工業（株）
製「アルセン」（商品名）である。 (1) 試料を 50 ×50 mm に切断してシリカガラス板の間
に挟み込み、電気炉を備えた試験機にセットする。 (2) 試料に室温状態で 2 kgf/cm2 の圧力（初期面圧）
を加える。 (3) 電気炉を加熱し、炉中の雰囲気温度が100 ℃から10
00℃に上昇するまで100 ℃毎に面圧を測定する。 この加熱圧縮特性試験の試験結果は、図６および表１に
示すとおりである。The inventors made the wire mesh and the heat-expandable ceramic fiber mat that have been conventionally used as samples and the heat-resistant and non-heat-expandable ceramic fiber mat used in the present invention, and the following procedure was first performed. A comparative test of heat compression characteristics was carried out. In this test, the heat-expandable ceramic fiber mats are commercially available 3M "Intarum" (trade name) and Carborundum "XPE ceramic fiber paper" (trade name), which are heat-resistant and non-heat-expandable ceramics. Fiber mat is Mitsubishi Kasei Co., Ltd.
"Maftec" (trade name) and Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
It is made by "Arsen" (trade name). (1) A sample is cut into 50 × 50 mm pieces, sandwiched between silica glass plates, and set in a tester equipped with an electric furnace. (2) Pressure of 2 kgf / cm 2 on the sample at room temperature (initial surface pressure)
Add. (3) Heat the electric furnace so that the ambient temperature in the furnace is 100 ℃ to 10 ℃.
Measure the surface pressure every 100 ° C until the temperature rises to 00 ° C. The test results of this heat compression characteristic test are as shown in FIG. 6 and Table 1.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】図６および表１から明らかなように、ワイ
ヤーメッシュおよび加熱膨張性セラミック繊維マットよ
りなる把持材の場合には、セラミックハニカム触媒を安
定に把持するに必要とされる面圧が900 ℃を超える高温
条件下では得られず、エンジンからの苛酷な振動の伝達
によりハニカム触媒が破損し易くなる。また、加熱膨張
性セラミック繊維マットの場合には 500℃〜800 ℃の温
度範囲内において面圧が過度に増加するため、アイソス
タティック強度が比較的低い薄壁ハニカム触媒が高い面
圧の作用下で破損し易くなる。これとは対照的に、本発
明において使用し得る非熱膨張性セラミック繊維マット
のブランケット品およびマット品は、室温から 1000 ℃
に至る温度範囲内で、すなわち触媒コンバータの実用温
度範囲内全域に亙り大きく増減を生じない圧縮特性を有
することにより、ハニカム触媒の不所望の破損を未然に
回避し得ることも、図６および表１から明らかである。As is clear from FIG. 6 and Table 1, in the case of the gripping material composed of the wire mesh and the heat-expandable ceramic fiber mat, the surface pressure required to stably grip the ceramic honeycomb catalyst is 900 ° C. It cannot be obtained under a high temperature condition exceeding 10 ° C., and the honeycomb catalyst is likely to be damaged due to transmission of severe vibration from the engine. In the case of a heat-expandable ceramic fiber mat, the surface pressure increases excessively in the temperature range of 500 ° C to 800 ° C. It is easily damaged. In contrast, blanket and mat products of non-thermally expandable ceramic fiber mats that can be used in the present invention have room temperature to 1000 ° C.
6 and the table, it is possible to prevent undesired breakage of the honeycomb catalyst in advance by having a compression characteristic that does not significantly increase or decrease in the temperature range up to, that is, in the entire practical temperature range of the catalytic converter. It is clear from 1.
【００２１】次に、発明者らは、従来の加熱膨張性セラ
ミック繊維マットと、本発明において使用する耐熱・非
熱膨張性セラミック繊維マットとについて、経時的な熱
耐久性を評価するために加熱押抜き試験を実施した。こ
の加熱押抜き試験は、上述した加熱圧縮特性試験と同様
に公称厚さ5.4 mmの加熱膨張性セラミック繊維マット
と、公称厚さ7 mmの耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マ
ットとを試料とし、SUS 304 よりなり、内径が62 mm で
ある押込み構造のメタルケースと、外径55 mm,長さ45 m
m のラウンド形セラミックハニカム触媒とを使用して、
次の方法で行ったものである。 (1) 試料およびハニカム触媒をセットしたメタルケース
を、プロパンガスを燃料とするバーナーを含む過熱冷却
試験機（以下、「バーナー試験機」と称する。）にセッ
トし、950 ℃ 10 分−100 ℃５分を１サイクルとして10
0 サイクルの加熱冷却を加える。 (2) 図７に示すように、試験機に電気炉44をセットし、
試料およびハニカム触媒42をセットしたメタルケース41
を電気炉44に入れて室温／950 ℃に保つ。 (3) ハニカム触媒42にシリカ棒45を介して荷重を加え、
押抜き荷重を測定する。加熱押抜き試験の試験結果は、
表２に示すとおりである。Next, the inventors of the present invention heated the conventional heat-expandable ceramic fiber mat and the heat-resistant / non-heat-expandable ceramic fiber mat used in the present invention in order to evaluate the thermal durability with time. A punching test was carried out. This heating punching test uses a heat-expandable ceramic fiber mat having a nominal thickness of 5.4 mm and a heat-resistant / non-heat-expandable ceramic fiber mat having a nominal thickness of 7 mm as a sample in the same manner as the heat compression characteristic test described above. A metal case made of SUS 304 with a press-fit structure with an inner diameter of 62 mm, an outer diameter of 55 mm, and a length of 45 m
Using m round ceramic honeycomb catalyst,
The following method was used. (1) The metal case with the sample and the honeycomb catalyst set is set in a superheat cooling tester (hereinafter referred to as "burner tester") including a burner using propane gas as a fuel, and 950 ℃ 10 minutes -100 ℃ 5 minutes as one cycle 10
Add 0 cycles of heating and cooling. (2) As shown in FIG. 7, set the electric furnace 44 in the tester,
Metal case 41 with sample and honeycomb catalyst 42 set
Is placed in an electric furnace 44 and kept at room temperature / 950 ° C. (3) A load is applied to the honeycomb catalyst 42 through the silica rod 45,
Measure the punching load. The test results of the heat punching test are
It is as shown in Table 2.
【００２２】[0022]
【表２】 [Table 2]
【００２３】表２から明らかなように、加熱膨張性セラ
ミック繊維マットでは950 ℃の温度下での押し抜き荷重
が０となり、ハニカム触媒を把持するに必要とされる面
圧が完全に消失し、ハニカム触媒が自然落下してしまう
ことが確認された。これとは対照的に、本発明において
使用し得る耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マットの場
合には、950 ℃の温度下でも依然として有効な押抜き荷
重が得られており、ハニカム触媒を耐熱・非熱膨張性セ
ラミック繊維マットの面圧によって十分安定に把持する
ことができる。As is clear from Table 2, in the heat-expandable ceramic fiber mat, the pushing load at a temperature of 950 ° C. was 0, and the surface pressure required to grip the honeycomb catalyst was completely lost. It was confirmed that the honeycomb catalyst would fall naturally. In contrast, in the case of the heat-resistant and non-heat-expandable ceramic fiber mat that can be used in the present invention, an effective punching load is still obtained even at a temperature of 950 ° C. The non-thermally expandable ceramic fiber mat can be gripped sufficiently stably by the surface pressure.
【００２４】また、発明者らは、従来の加熱膨張性セラ
ミック繊維マットおよびSUS 304 のワイヤメッシュと、
本発明において使用する耐熱・非熱膨張性セラミック繊
維マットと把持材の試料とし、これら試料について加熱
加振試験を実施した。この加熱加振試験は、長径 143 m
m ×短径 98 mm×長さ 152 mm （容量1700cc）のオーバ
ル形セラミックハニカム触媒と共に試料としての把持材
をクラムシェル構造のメタルケース内にセットし、入口
ガス温度900℃ 5分−100 ℃ 5分を１サイクルとして10
サイクルの加熱冷却を行う温度条件および 200 Hz 一定
の振動条件下でメタルケースを各種振動加速度で加振し
た後、メタルケース内でのハニカム触媒の位置ずれ量を
測定するものである。この加熱加振試験の試験結果は、
位置ずれ量の絶対値と共に表３に示すとおりである。In addition, the inventors of the present invention used a conventional heat-expandable ceramic fiber mat and a wire mesh of SUS 304,
The heat and non-thermally expandable ceramic fiber mat and the gripping material used in the present invention were used as samples, and a heating and vibration test was performed on these samples. This heating and vibration test is based on a major axis of 143 m.
m × Min diameter 98 mm × Length 152 mm (capacity 1700 cc) Oval-shaped ceramic honeycomb catalyst and gripping material as a sample were set in the metal case of clamshell structure, and inlet gas temperature 900 ℃ 5 minutes -100 ℃ 5 Minutes as one cycle 10
The amount of displacement of the honeycomb catalyst in the metal case is measured after vibrating the metal case with various vibration accelerations under the temperature condition of heating and cooling of the cycle and the constant vibration condition of 200 Hz. The test result of this heating vibration test is
It is as shown in Table 3 together with the absolute value of the position shift amount.
【００２５】[0025]
【表３】 [Table 3]
【００２６】表３から、加熱膨張性セラミック繊維マッ
トおよびワイヤメッシュでは特に高い振動加速度条件下
でハニカム触媒の許容しがたい位置ずれが生じているの
と対比して、耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マットの
場合には高い振動加速度条件下でもハニカム触媒の位置
ずれが十分に許容範囲内に収まっていることが明らかで
ある。それゆえ、耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マッ
トは、ハニカム触媒をエンジンに近接させて配置して排
ガス温度のより高い条件下で触媒を使用する場合に、エ
ンジンから伝達される苛酷な振動加速度に対してハニカ
ム触媒を効果的に把持するキャニング構造用として特に
好適と認められる。From Table 3, it can be seen that the heat-expandable ceramic fiber mat and the wire mesh show an unacceptable displacement of the honeycomb catalyst under particularly high vibration acceleration conditions. In the case of the fiber mat, it is clear that the displacement of the honeycomb catalyst is sufficiently within the allowable range even under the condition of high vibration acceleration. Therefore, the heat-resistant and non-heat-expandable ceramic fiber mat is used for the severe vibration acceleration transmitted from the engine when the honeycomb catalyst is placed close to the engine and the catalyst is used under conditions of higher exhaust gas temperature. On the other hand, it is recognized as being particularly suitable for a canning structure that effectively holds the honeycomb catalyst.
【００２７】さらに、発明者らは、前述した３通りのキ
ャニング構造について、本発明において使用する把持材
である耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マットの経時的
な熱耐久性を評価するため、従来の加熱膨張性セラミッ
ク繊維マットを比較例として耐久試験後の押抜き試験を
行った。この押抜き試験は、セラミックハニカム触媒と
共に試料としての把持材を各種構造のメタルケース内に
セットし、各メタルケースをバーナー試験機にセット
し、900 ℃ 10 分−100 ℃５分を１サイクルとして100
サイクルの加熱冷却を加える耐久試験を行い、引き続い
て電気炉中で所定雰囲気温度における押抜き荷重を測定
するものである。この加熱押抜き試験の試験結果は、表
４に示すとおりである。Further, the present inventors have evaluated the above-mentioned three types of canning structures in order to evaluate the thermal durability with time of the heat-resistant and non-heat-expandable ceramic fiber mat which is the holding material used in the present invention. Using the heat-expandable ceramic fiber mat of No. 3 as a comparative example, a punching test after the durability test was performed. In this punching test, the gripping material as a sample was set in the metal case of various structures together with the ceramic honeycomb catalyst, each metal case was set in the burner tester, and 900 ℃ 10 minutes -100 ℃ 5 minutes as one cycle. 100
An endurance test in which heating and cooling of a cycle are added is performed, and subsequently, a punching load at a predetermined atmospheric temperature is measured in an electric furnace. The test results of this heating punching test are shown in Table 4.
【００２８】[0028]
【表４】 [Table 4]
【００２９】表４から、いずれの構造のメタルケースを
使用した場合でも加熱膨張性セラミック繊維マットは95
0 ℃の温度下での押抜き荷重が０となり、ハニカム触媒
の抜け落ちが認められるのに対し、本発明において使用
する耐熱・非熱膨張性セラミック繊維マットは前述した
３通りのキャニング構造のいずれのメタルケースの場合
でも高温条件下で十分な押抜き荷重を発現することが明
らかである。本実施例で用いた耐熱・非熱膨張性セラミ
ック繊維マットの繊維径を測定したところ、２〜６μm
の範囲にあった。また、セラミック繊維マットの嵩密度
を測定したところ、0.10〜0.25 g/cm3の範囲にあった。
キャニング構造における把持材としてのセラミック繊維
マットは、キャニング時にメタルケースの内径およびセ
ラミックハニカム触媒の外径の寸法公差から生じるクリ
アランス（ギャップ）のバラツキを吸収しつつハニカム
触媒の外周全面に亙って適正な面圧を発生することが要
求されるため、セラミック繊維マットには適正な厚さと
嵩密度とが必要とされる。これに関連して、実際のキャ
ニング作業においては、作業の効率性の見地からセラミ
ック繊維マットの圧縮を 100〜200 mm/minという非常に
高い圧縮速度で行う必要があり、試験で行う１ mm/min
という低い圧縮速度とは条件が著しく異なる点も考慮す
る必要がある。このため、150 mm/minの圧縮速度で実際
のキャニング作業を模擬したセラミック繊維マットの圧
縮試験を実施し、各種マットを所定のギャップまで圧縮
したときの面圧を測定した。その結果は、次の表５に示
すとおりである。From Table 4, it is found that the heat-expandable ceramic fiber mat is 95 when the metal case of any structure is used.
The pushing load becomes 0 at a temperature of 0 ° C. and the falling of the honeycomb catalyst is recognized, whereas the heat-resistant / non-thermally expandable ceramic fiber mat used in the present invention has any of the above-mentioned three canning structures. It is clear that even in the case of a metal case, a sufficient punching load is exhibited under high temperature conditions. The fiber diameter of the heat-resistant and non-thermally expandable ceramic fiber mat used in this example was measured to be 2 to 6 μm.
Was in the range. The bulk density of the ceramic fiber mat was measured and found to be in the range of 0.10 to 0.25 g / cm 3 .
The ceramic fiber mat as a gripping material in the canning structure is appropriate over the entire outer circumference of the honeycomb catalyst while absorbing the variation in the clearance (gap) caused by the dimensional tolerance of the inner diameter of the metal case and the outer diameter of the ceramic honeycomb catalyst during canning. Since it is required to generate various surface pressures, the ceramic fiber mat is required to have an appropriate thickness and bulk density. In this connection, in actual canning work, it is necessary to perform compression of the ceramic fiber mat at a very high compression rate of 100 to 200 mm / min from the viewpoint of work efficiency, and 1 mm / min
It is also necessary to consider that the conditions are significantly different from the low compression speed. Therefore, a compression test was performed on a ceramic fiber mat simulating an actual canning operation at a compression speed of 150 mm / min, and the surface pressure when various mats were compressed to a predetermined gap was measured. The results are shown in Table 5 below.
【００３０】[0030]
【表５】 [Table 5]
【００３１】表５から明らかなとおり、マットの圧縮前
における嵩密度とマット厚さとの比には適正な範囲があ
ることが判明した。すなわち、嵩密度とマット厚さとの
比が大きいと、圧縮直後の初期発生面圧が急激に増加
し、その後に面圧が低下して安定するが、この急激な面
圧増加でハニカム構造体が破損してしまう。他方、嵩密
度とマット厚さとの比が小さいと、初期発生面圧は殆ど
増加せず、そのまま安定しており、ハニカム構造体も破
損することがない。このように、初期発生面圧が急激に
増加すると、キャニング時にハニカム構造体が破損して
しまう危険性が高まる。また、嵩密度とマット厚さとの
比が過度に小さいと、すなわち、マット厚さが30 mm を
超えるとマットが厚すぎてセッティング等、取り扱いや
マットの圧縮作業が困難となり、マット厚さが40 mm に
なると実際のキャニング作業では使用できなかった。以
上の結果から、本発明において使用するセラミック繊維
マットは、嵩密度が0.05〜0.30 g/cm3、特に 0.05 〜0.
20 g/cm3であり、また、マット厚さが 5〜30mm、特に10
〜25mmのセラミック繊維マットであることが好適である
ことを見出した。As is clear from Table 5, it was found that the ratio of the bulk density of the mat before compression to the thickness of the mat has an appropriate range. That is, when the ratio between the bulk density and the mat thickness is large, the initial generated surface pressure immediately after compression increases rapidly, and then the surface pressure decreases and stabilizes. However, this rapid increase in surface pressure causes the honeycomb structure to It will be damaged. On the other hand, when the ratio between the bulk density and the mat thickness is small, the initial surface pressure is hardly increased and is stable as it is, and the honeycomb structure is not damaged. As described above, when the initial generated surface pressure is rapidly increased, the risk of the honeycomb structure being damaged during canning is increased. If the ratio of bulk density to mat thickness is too small, that is, if the mat thickness exceeds 30 mm, the mat will be too thick and handling and compression work of the mat will be difficult and the mat thickness will be 40 mm. When it became mm, it could not be used in the actual canning work. From the above results, the ceramic fiber mat used in the present invention has a bulk density of 0.05 to 0.30 g / cm 3 , particularly 0.05 to 0.
20 g / cm 3 and mat thickness is 5-30 mm, especially 10
We have found that a ceramic fiber mat of ~ 25 mm is suitable.
【００３２】以上詳述したところから明らかなとおり、
本発明によれば、セラミックハニカム触媒の外面とメタ
ルケースの内面との間に圧縮状態で配置されたセラミッ
ク繊維マットを、触媒コンバータの実用温度範囲内で大
きく増減を生じない圧縮特性を有する耐熱・非熱膨張性
セラミック繊維から構成するため、触媒コンバータの実
使用条件下での面圧の大きな増減を回避して最適面圧値
を経時的に安定に維持することができ、セラミックハニ
カム触媒が薄壁のものであってもハニカム触媒をメタル
ケース内で長期に亙って安定に把持し得るため、ハニカ
ム触媒の使用中の破損を確実に防止することが可能とな
る利点が達成される。As is clear from the above description,
According to the present invention, the ceramic fiber mat arranged in a compressed state between the outer surface of the ceramic honeycomb catalyst and the inner surface of the metal case has a heat resistance that has a compression characteristic that does not significantly increase or decrease within the practical temperature range of the catalytic converter. Since it is composed of non-thermally expandable ceramic fibers, it is possible to avoid a large increase or decrease in the surface pressure under the actual conditions of use of the catalytic converter, and to maintain the optimum surface pressure value stably over time. Even if the honeycomb catalyst is a wall, the honeycomb catalyst can be stably held in the metal case over a long period of time, so that it is possible to reliably prevent the honeycomb catalyst from being damaged during use.
【図１】(A), (B)は、それぞれ本発明を押込み構造の触
媒コンバータに適用した第１実施例を示す横断面図およ
び縦断面図である。1 (A) and 1 (B) are a horizontal sectional view and a vertical sectional view, respectively, showing a first embodiment in which the present invention is applied to a catalytic converter having a push-in structure.
【図２】(A), (B)は、それぞれ第１実施例による触媒コ
ンバータについての変形例を示す斜視図および部分断面
図である。FIGS. 2A and 2B are a perspective view and a partial cross-sectional view, respectively, showing a modification of the catalytic converter according to the first embodiment.
【図３】第１実施例による触媒コンバータについての他
の変形例を示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing another modification of the catalytic converter according to the first embodiment.
【図４】(A), (B)は、それぞれ本発明を巻締め構造の触
媒コンバータに適用した第２実施例を示す横断面図およ
び部分側面図である。4 (A) and 4 (B) are respectively a cross sectional view and a partial side view showing a second embodiment in which the present invention is applied to a catalytic converter having a winding structure.
【図５】(A), (B)は、それぞれ第２実施例による触媒コ
ンバータについての変形例を示す横断面図および部分側
面図である。5 (A) and 5 (B) are respectively a lateral sectional view and a partial side view showing a modification of the catalytic converter according to the second embodiment.
【図６】本発明をクラムシェル構造の触媒コンバータに
適用した第３実施例を示す横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment in which the present invention is applied to a clamshell structure catalytic converter.
【図７】従来の加熱膨張性セラミック繊維マットと、本
発明において使用する耐熱・非熱膨張性セラミック繊維
マットとについての加熱圧縮特性の試験結果を示すグラ
フである。FIG. 7 is a graph showing test results of heat compression characteristics of a conventional heat-expandable ceramic fiber mat and a heat-resistant / non-heat-expandable ceramic fiber mat used in the present invention.
【図８】従来の加熱膨張性セラミック繊維マットと、本
発明において使用する耐熱・非熱膨張性セラミック繊維
マットとについての加熱押抜き試験の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a heat punching test for a conventional heat-expandable ceramic fiber mat and a heat-resistant / non-heat-expandable ceramic fiber mat used in the present invention.
10, 20, 30 触媒コンバータ 11, 21, 31 メタルケース 12, 22, 32 セラミックハニカム触媒 13, 23, 33 セラミック繊維マット 10, 20, 30 Catalytic converter 11, 21, 31 Metal case 12, 22, 32 Ceramic honeycomb catalyst 13, 23, 33 Ceramic fiber mat
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 結輝人 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukito Ichikawa 2-5, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Inoue Nihon Co., Ltd.
Claims (10)
られたセラミックハニカム触媒と、該ハニカム触媒の外
面および前記メタルケースの内面の間に圧縮状態で配置
されたセラミック繊維マットとを具え、前記ハニカム触
媒が前記セラミック繊維マットの面圧により前記メタル
ケース内に把持されてなる触媒コンバータにおいて、前
記セラミック繊維マットが、触媒コンバータの実用温度
範囲内で大きく増減を生じない圧縮特性を有する耐熱・
非熱膨張性セラミック繊維からなることを特徴とするセ
ラミックハニカム触媒コンバータ。1. A metal case, a ceramic honeycomb catalyst housed in the metal case, and a ceramic fiber mat arranged in a compressed state between an outer surface of the honeycomb catalyst and an inner surface of the metal case. In a catalytic converter in which a honeycomb catalyst is held in the metal case by the surface pressure of the ceramic fiber mat, the ceramic fiber mat has a compression characteristic that does not significantly increase or decrease within the practical temperature range of the catalytic converter.
A ceramic honeycomb catalytic converter comprising a non-thermally expandable ceramic fiber.
kgf/cm2の初期面圧をかけた後に 1000 ℃まで昇温した
とき、少なくとも 1 kgf/cm2の面圧を発生する圧縮特性
を有することを特徴とする請求項１記載のセラミックハ
ニカム触媒コンバータ。2. The ceramic fiber mat has a thickness of 2 at room temperature.
When the temperature was raised to 1000 ° C. After multiplying the initial surface pressure kgf / cm 2, a ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, characterized in that it has a compression characteristic which generates at least 1 kgf / cm 2 in surface pressure .
公称厚さが５〜30 mm であり、かつ、嵩密度が0.05〜0.
3 g/cm3 であることを特徴とする請求項１記載のセラミ
ックハニカム触媒コンバータ。3. The ceramic fiber mat has a nominal uncompressed thickness of 5 to 30 mm and a bulk density of 0.05 to 0.
The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, which is 3 g / cm 3 .
アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素およびジルコ
ニアからなる群より選ばれた少なくとも１種からなり、
繊維径が２μm 以上６μm 未満であることを特徴とする
請求項１記載のセラミックハニカム触媒コンバータ。4. The ceramic fibers constituting the mat are
At least one selected from the group consisting of alumina, mullite, silicon carbide, silicon nitride and zirconia,
The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, wherein the fiber diameter is 2 μm or more and less than 6 μm.
面を有する多数の流路方向貫通孔を、周壁の内側に配置
された隔壁を隔てて隣接させてなるセラミックハニカム
構造体よりなり、該ハニカム構造体は、周壁の壁厚が少
なくとも0.1 mm、隔壁の壁厚が0.050 mm以上0.150 mm以
下、開口率が65％以上95％以下であることを特徴とする
請求項１記載のセラミックハニカム触媒コンバータ。5. The ceramic honeycomb catalyst comprises a ceramic honeycomb structure in which a large number of through holes in the flow passage direction having a polygonal cross section are adjacent to each other with a partition wall disposed inside the peripheral wall, which is adjacent to each other. The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, wherein the body has a peripheral wall thickness of at least 0.1 mm, a partition wall thickness of 0.050 mm or more and 0.150 mm or less, and an opening ratio of 65% or more and 95% or less.
m2以上のＡ軸圧縮強度と5 kgf/cm2 以上のＢ軸圧縮強度
とを有することを特徴とする請求項５記載のセラミック
ハニカム触媒コンバータ。6. The ceramic honeycomb catalyst is 50 kgf / c.
The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 5, having an A-axis compressive strength of m 2 or more and a B-axis compressive strength of 5 kgf / cm 2 or more.
用排ガス浄化システムにおいて900 ℃以上のエンジン排
ガスを通過させるものであることを特徴とする請求項１
記載のセラミックハニカム触媒コンバータ。7. The ceramic honeycomb catalyst is for passing engine exhaust gas of 900 ° C. or higher in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
The described ceramic honeycomb catalytic converter.
あることを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカ
ム触媒コンバータ。8. The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, wherein the metal case has a push-in structure.
あることを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカ
ム触媒コンバータ。9. The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, wherein the metal case has a winding fastening structure.
のものであることを特徴とする請求項１記載のセラミッ
クハニカム触媒コンバータ。10. The ceramic honeycomb catalytic converter according to claim 1, wherein the metal case has a clamshell structure.
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