JPH1133410A - 触媒装置用ハイブリッド担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で耐久性があり効率がよく特にエンジン
失火時に発生する担体中心部の高温に対して損傷を生じ
ない触媒装置用担体を提供する。 【解決手段】 金属板の平板材と波板材を重ねてロール
状に巻いて形成されたハニカム体をなすメタル担体１１
と、セラミック材料で形成されたセラミック担体１２
と、セラミック担体１２の外側面を覆う緩衝用波板材１
４とを外筒１５の中に収容し、ストッパ１３を設けてセ
ラミック担体１２が軸方向下流へ移動するのを防ぐ。２
つの担体１１，１２と緩衝用波板材１４に触媒を担持さ
せ、ハイブリッド担体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に用いられるハニカム体をなす触媒装置用担
体に関し、特に安価でかつ性能および耐久性に優れた担
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒装置用担体には、セラミック材で形成されたものと、
箔状の金属材で形成されたものとがあり、セラミック材
による担体は、図２（Ａ）に示すように、薄壁で隔てら
れた多数の軸方向貫通孔を有するハニカム体をなすセラ
ミック担体２２で構成され、外側に振動吸収のためのワ
イヤメッシュ等の緩衝材２７が外筒２５との間に配設さ
れ、さらにセラミック担体２２と緩衝材２７が、軸方向
に移動することを防止するための端面支持部材２８を備
えている。

【０００３】セラミック担体の材料には、耐熱性および
耐熱衝撃性の面から一般にコージエライトが用いられて
いるが、さらに高い温度の排気ガスにも耐える材料とし
て、コージエライトよりも耐熱性の高い例えばシリコン
カーバイド、アルミナ等の材料も用いられる。これら
は、２０００℃を超える溶融温度をもち、耐熱性の面か
らは優れた材料である。

【０００４】しかしながらシリコンカーバイド、アルミ
ナ等の材料は、耐熱衝撃性がコージエライトに較べて遥
かに低いため実用上問題がある。

【０００５】一般に、セラミック材料は圧縮強度は大き
く引張強度は低い特性がある。またセラミック材料から
なるハニカム担体においては、排気ガス流により中心部
分の温度が外周部分より高くなるために、内部に熱応力
が発生し、中心部分に圧縮応力、外周部に引張応力が生
じる。さらに、担体のガス入口側においては、中心部お
よび出口側よりも、排気ガスの温度変化による熱衝撃を
受ける条件が厳しいために、引張応力がかかる外周部分
から破壊が起こり易いという問題があった。

【０００６】上述のセラミックハニカム体に起こる熱応
力および熱衝撃による破壊を防止するために、図２
（Ｂ）に示すように、比較的熱衝撃に強いコージエライ
ト材料からなるコージエライトハニカム体２０をセラミ
ック担体のガス入口側に用い、耐熱性においてコージエ
ライト材料より優れたシリコンカーバイド、またはアル
ミナ等の材料からなるシリコンカーバイドハニカム体２
１を、担体の中央部からガス出口側に配設して、異なる
二つのセラミック材料を一体に形成したハニカム担体が
開示されている（特開昭５７−２６２２０号公報参
照）。

【０００７】このように形成されたセラミック担体は、
ハニカム体のハニカム通路表面にアルミナ等からなる触
媒担持層が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担
持されて排気ガス浄化触媒の役目をなす。そして高温の
排気ガスがハニカム貫通孔を流れる間に、触媒反応が行
われるようになっており、内燃機関の排気通路に配設さ
れて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を浄化する。

【０００８】一方、従来の排気ガス浄化装置に用いられ
る触媒装置用メタル担体は、図３（Ａ）に示すように、
薄い金属の平板材３２と波板材３１の間にろう材３３を
介在させて、平板材３２と波板材３１を重ねて、図３
（Ｂ）に示すように、中心からロール状に巻き込んでメ
タルハニカム体３４を形成し、高真空炉を使用してろう
材３３を溶融させ、板材の接触部分において接合を行っ
ていた。ろう材にはＮｉ基ろう材を用い、かつ平板材と
波板材にはフェライト系ステンレス材料が使用されてい
た。そのようにして形成されたメタルハニカム体３４を
金属製外筒３５内に収容したものが触媒装置用メタル担
体３０として知られている（例えば特開昭５６−４３７
３号公報）。上述のように形成されたメタル担体におい
ても、セラミック担体と同様に、ハニカム体のハニカム
通路表面にはアルミナ等からなる触媒担持層が形成さ
れ、その触媒担持層に貴金属触媒が担持されて排気ガス
浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の排気通路に配
設されて排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化す
る。なお限られた容積中にできるだけ多くのハニカム通
路面積を確保する必要から、平板材および波板材の厚さ
は強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くなっている

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のセラミ
ックハニカム担体は、メタル担体に比較して安価ではあ
るが、引張強度が弱いために熱応力および熱衝撃に対す
る信頼性が劣っている。また振動に対する耐久性も劣る
ため、振動を吸収する緩衝材を使用して担体を保護しな
ければならず、さらに担体の軸方向の移動を防止するた
め担体の前後に端面支持部材を設けなければならない。
したがってそれらによるガス通路断面積の減少は避けら
れず、担体としての効率が低下するという欠点がある。

【００１０】一方、上述した従来のメタル担体は、セラ
ミックハニカム担体と比較して、構造上信頼性が高く耐
久性に富むが高価である。さらに上述の従来のハニカム
体からなる触媒装置用メタル担体を排気装置内に設けた
エンジンが、運転中に失火を生じた場合には、未燃焼の
混合気が高温のハニカム体を通過する際再燃焼を起こ
し、ときには爆発を伴う異常燃焼によってハニカム体を
さらに加熱することになる。この際ハニカム体の内層部
の温度が外層部よりもさらに上昇し、時にはハニカム体
のろう付け部に酸化による虫食い現象が発生し、さらに
ハニカム体の温度が上昇した場合には、板材のろう材拡
散箇所と思われる部分が炭化して著しく劣化が進行し
て、ハニカム体に重大な損傷を与え、時にはハニカム体
が脱落してその機能を失うこともある。

【００１１】さらにまた、図３に示すように、波板材３
１と平板材３２との間に帯状のろう材３３を挿入してロ
ール状のメタルハニカム体３４を形成する場合には、一
般に板材の間に挿入されたろう材の端部が、ロールの巻
き始めにおいて、板材の端部から外部に出た状態で余分
に配置されるために、メタルハニカム体３４の中心部
は、ろう材の密度が他の部分に比べて部分的に多くなっ
ている。このような構成のメタルハニカム体において
は、エンジンに失火を生じた場合、常に外層部より高い
温度を有する中心部はさらに温度が上昇して容易に１２
００℃にも達するために、ニッケル基ろう材の再溶融点
である１０５０℃〜１１３０℃を超えることになる。し
たがってろう材が多く配置されている中心部のろう付け
部から溶融が始まり、中心部の板材の接合が損なわれハ
ニカム体が変形したり脱落するという欠点があった。

【００１２】本発明の目的は、上述のセラミック担体と
メタル担体とを組み合わせて、両者の欠点を補いかつ両
者の長所を生かし、エンジンの失火条件の下において担
体中心部が高温となっても担体が損傷を受けず、構造上
耐久性があり、かつ担体としての効率の高いハイブリッ
ド担体を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のハイブリッド担
体は、帯状の薄い金属板を折り曲げて連続的な波形の凹
凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板からな
る平板材とが相互に当接して重なり合い、重なり合った
板材を長手方向の一方の端部から軸の周りにロール状に
巻いて形成した多数の網目状通気路を備えたハニカム体
をなすメタル担体と、メタル担体の下流に直列に、かつ
メタル担体と接して配設され、ガス流に対して多数の通
気路を有するセラミック材料で形成されたセラミック担
体と、メタル担体セラミック担体を覆う外筒と、セラミ
ック担体の軸方向下流への移動を防止るるための、外筒
の固設されたストッパとを具備している。

【００１４】さらに本ハイブリッド担体は、セラミック
担体の半径方向外側面と外筒内側面との間に、緩衝材と
して少なくとも１層の波板材を設けることが好ましい。

【００１５】このように形成されたハイブリッド担体
は、構造上振動および熱衝撃に対して耐久性のあるメタ
ル担体をガス流に対して上流側に配設し、耐熱性が高く
エンジンの失火時に生じる担体中心部の高温に対して充
分に耐熱性があって溶融点の高いセラミックハニカム担
体を、担体中心部および下流側に配設して、両者を一体
としたハイブリッド担体を形成したため、両者の長所が
生かされて、耐久性があり、しかも比較的安価な担体が
得られる。

【００１６】またセラミック担体の外周に緩衝材として
緩衝用波板材を配置したため、触媒担体部分を増すこと
ができる結果、担体効率のよいハイブリッド担体が得ら
れる。

【００１７】さらに、軸方向に二つの別の担体を結合し
たため、それぞれの担体に別個の触媒を担持させること
が容易である。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の触媒装置用
ハイブリッド担体の一実施の形態の図であって、図１
（Ａ）は軸を含む縦断面略図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）
を下流側から見た担体の側面図である。

【００１９】図１（Ａ）において、ハイブリッド担体１
０は、メタル担体１１、セラミック担体１２、ストッパ
１３、外筒１５およびセラミック担体１２と外筒との間
に配設された緩衝用波板材１４とで形成される。メタル
担体１１は、帯状の金属板を折り曲げて連続的な波形の
凹凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板より
形成した平板材とが互いに当接して重なり合い、重なり
合ったこれらの板材を長手方向の一方の端部から軸の周
りにロール状に巻いて多数の網目状通気路を備えたハニ
カム体を形成している。

【００２０】メタル担体１１を形成する波板材と平板材
とは、互いに当接する箇所において、少なくとも部分的
にろう材によって接合され、さらに最外周の板材は外筒
１５の内面とろう材によって接合されている。したがっ
てメタル担体１１が軸方向に移動できないようになって
いるとともに、セラミック担体１２がガス流の上流側へ
移動するのを防ぐ役目をなしている。

【００２１】セラミック担体１２は、メタル担体１１に
接して下流に直列に配設され、薄壁で隔てられた多数の
軸方向の貫通孔を有するハニカム体を形成している。セ
ラミック材としては、耐熱性および耐衝撃性の面から一
般にコージエライトが用いられる、さらに高い温度の排
気ガスに耐える材料として、シリコンカーバイド、アル
ミナ等も用いられるが、これらはコージエライトに較べ
て耐熱衝撃性が劣っている。

【００２２】セラミック担体１２の外径は、メタル担体
１１の外径より小とし、セラミック担体１２の外側面と
外筒１５との間に、少なくとも１層の緩衝用波板材１４
含む板材を配設して、セラミック担体１２に対し外部か
ら与えられる振動や衝撃を緩和する緩衝材を形成する。

【００２３】ストッパ１３は、セラミック担体１２の下
流側端面に接して設けられた長方形の板材で、長手方向
両端が外筒１５に接合されて、セラミック担体１２が軸
方向下流側へ移動するのを防止している。ストッパ１３
の形状は、上述した形のほか、セラミック担体１２の軸
方向移動を防止し得るものであればどのような形をとっ
てもよいが、ガス流に対する抵抗を少なくする形をとる
ことが望ましい。

【００２４】メタル担体１１の軸方向長さは、常にセラ
ミック担体１２の軸方向長さより短くする。その比率
は、担体の使用条件すなわち振動、熱衝撃に対する耐久
性の要求およびエンジン失火による担体中央部の温度上
昇見込み等によって決定される。一般に振動および熱衝
撃に対する耐久性が要求される場合はメタル担体の長さ
をセラミック担体の長さに近づけ、失火に対する耐久性
を重視する場合には、メタル担体の長さを短くすること
が望ましい。

【００２５】メタル担体１１およびセラミック担体１２
には、それぞれ触媒を担持させる。この場合、各担体に
それぞれ別の種類の触媒を担持させることも容易であ
る。

【００２６】また従来の技術によるセラミック担体に緩
衝材として用いられた、触媒を担持しないワイヤメッシ
ュと異なり、本発明による振動を吸収するために配置し
た緩衝用波板材１４には、触媒を担持させることができ
るから、触媒担体全体としての効率を向上させることが
できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、振動およ
び熱衝撃に対し耐久性のあるメタル担体をガス流の上流
側に設け、耐熱性が高くエンジンの失火によって生じる
担体中心部の高温に対して充分に耐熱性のあるセラミッ
ク担体を、担体中心部から下流側にわたって設けたた
め、安価で耐久性の高いハイブリッド担体が得られる。

【００２８】さらに、セラミック担体の振動に対する緩
衝材としての波板材を、セラミック担体と外筒との間に
設けて触媒を担持させたため、効率の良い触媒担体が得
られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触媒装置用ハイブリッド担体の図であ
って、図１（Ａ）は軸方向縦断面略図、図１（Ｂ）は担
体を下流側から見た側面略図である。

【図２】従来の技術による触媒装置用セラミックハニカ
ム担体の軸を含む縦断面略図である。

【図３】従来の技術による触媒装置用メタル担体の図で
あって、図３（Ａ）は板材の構成を示す軸に直角な模式
的断面図、図３（Ｂ）はメタル担体の外観の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ ハイブリッド担体 １１，３０ メタル担体 １２，２２ セラミック担体 １３ ストッパ １４ 緩衝用波板材 １５，２５，３５ 外筒 ２０ コージエライトハニカム体 ２１ シリコンカーバイドハニカム体 ２７ 緩衝材 ２８ 端面支持部材 ３１ 波板材 ３２ 平板材 ３３ ろう材 ３４ メタルハニカム体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１Ｂ ３１１ ３１１Ｎ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の薄い金属板を折り曲げて連続的な
   波形の凹凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属
   板からなる平板材とが相互に当接して重なり合い、該重
   なり合った板材を長手方向の一方の端部から軸の周りに
   ロール状に巻いて形成した多数の網目状通気路を備えた
   ハニカム体をなすメタル担体と、 該メタル担体の下流に直列に、かつ該メタル担体と接し
   て配設され、ガス流に対して多数の通気路を有するセラ
   ミック材料で形成されたセラミック担体と、 前記メタル担体および前記セラミック担体を覆う外筒
   と、 前記セラミック担体の軸方向下流への移動を防止するた
   めの、前記外筒に固設されたストッパとを有する、触媒
   装置用ハイブリッド担体。
2. 【請求項２】 前記セラミック担体の半径方向外側面と
   前記外筒内側面との間に、緩衝材として少なくとも１層
   の前記波板材を有する、請求項１記載の触媒装置用ハイ
   ブリッド担体。