JPH01240715A - 触媒コンバーター - Google Patents

触媒コンバーター

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JPH01240715A
JPH01240715A JP1032575A JP3257589A JPH01240715A JP H01240715 A JPH01240715 A JP H01240715A JP 1032575 A JP1032575 A JP 1032575A JP 3257589 A JP3257589 A JP 3257589A JP H01240715 A JPH01240715 A JP H01240715A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、弾性、可撓性セラミック繊維含有装着マット
によってケーシング内にしっかりと装着された触媒支持
体（モノリス）を有する金属ケーシングを含む自動車排
気系用触媒コンバーターに関する。装着マットは、セラ
ミックｍｌ１１単独からなるかまたはセラミックｍＭを
発泡性防炎シート材料と組み合せた複合材料からなるの
が好ましい。
触媒コンバーターは、大気汚染を制御するために、自動
車排気ガスにおいて一酸化炭素および炭化水素の酸化お
よび窒素の酸化物の還元に一般に用いられている。これ
らの触媒プロセスにおいて直面する比較的高温のために
、セラミックスは触媒支持体に当然選択されている。特
に有用な支持体は、例えば米国再特許第２７．７４７号
明細書に記載のセラミックハニカム構造によって与えら
れる。
−ｍ最近、また金属触媒支持体（金属モノリス）を利用
する触媒コンバーターもこの目的に使用されている。（
例えば英国特許筒１，４５２．９８２号、米国特許筒４
．３８１，５９０号明細書およびＳＡＥ報告８５０１３
１、号を参照されたい。）触媒モノリスは一層良好な耐
熱衝撃性を有し、しかもガス流路を形成するモノリスの
減少した壁厚のために一層低い背圧を与える。
金属モノリスは、排気ガスの熱が金属モノリスによって
容易にケーシングに伝導される故に、非常に熱くなる触
媒コンバーターの外部金属ケーシング上に通常直接溶接
またはろう付けされる。高いケーシング温度は、床板お
よび客室のような周囲部分の望ましくない加熱および車
両が路外運転されるかまたは駐車される場合に野火の危
険を生じ得る。さらに、このような触媒コンバーターは
、例えば水たまりを運転する場合のような繰り返し急冷
にさらされた場合に金属モノリスのハニカム構造の層を
結合するハンダ接合部の熱疲労が生じ得る。従って、断
熱を与えるマットを有する金属ケーシングに金属モノリ
スを装着するのが望ましい。
セラミックモノリスを有する触媒コンバーターは、熱膨
張の差により加熱の間に増大するモノリスと金属ケーシ
ングの間の空間または間隙を有し、金属モノリスを有す
る触媒コンバーターの場合には、加熱するとこの間隙は
縮小する。これは、また、金属モノリスと金属ケーシン
グの熱膨張係数が同様であったとしても同様である。な
ぜならば、金属モノリスは金属ケーシングよりもはるか
に熱くなり、２要素のｔｍの間隙が縮小するからである
。
従来の膨張マット装着材料は、コンバーターが高温と低
温の間を循環する場合に金属Ｕフリユに支持を提供し続
けるに必要な高温レジリエンスに欠ける。
セラミック繊維マットを装着したセラミック触媒支持１
体を有する触媒コンバーターを製造する従来の努力とし
ては、触媒コンバーターにセラミックモノリスを装着す
るセラミックおよび無機繊維材料にｒｎする英国特許筒
２．１７１．１８０Ａ号明ｍ書がある。繊維材料は、真
空下に包まれかつ圧縮され、次いで実質的に空気不透過
性プラスチック囲いまたはパウチに封入される。使用時
には、プラスチックは分解または燃焼して、繊維材料を
解放するので、この繊維材料は膨張してセラミックモノ
リスをしっかりと保持する。
米国特許筒４．６９３，３３８月明細書は、セラミック
モノリスと金属ケースの間の高温に対する高い抵抗性を
有Ｊる繊維のプランケラｌ−を有するセラミックモノリ
スを含み、ブランケットは、実質的に結合材がなく、し
かも構造水がなく、かつ高度に圧縮され、またコンバー
ター出口に隣接するセラミックモノリスの端部を囲むシ
ール要素（ガスシール）を含む触媒コンバーターに関す
る。
発明の概要 本発明は、金属ケーシングに弾性的に装着された触媒支
持体を含み、しかもモノリスを￥ｉｔ肴する弾性、可撓
性セラミック繊維含有装着マットを利用する触媒コンバ
ーターに関する。装着マットは本質的に無ショットセラ
ミック繊維の繊維マットを含む。マット形のセラミック
繊維は、全く嵩高である故に、繊維マット材料を有機系
をもってステイツチボンデイングすることによって、取
扱いが著しく向上する。有機または無機シート材料の薄
層をステイツチボンデイングブ０セスの間にマットの片
面または両面上に載置して、有機系がセラミック繊維マ
ットを突き抜けるのを防止する。
ステイツチ糸が高温で分解しないのが望ましい状態にお
いては、セラミック糸またはステンレス鋼糸のような無
機糸を使用できる。
発明の詳細な記載 ここで図面を参照して、触媒コンバーター１０は、それ
ぞれ一般に円錐台状人口端１２および出口端１３を有す
る金属ケーシング１１を含む。ケーシング１１内に、そ
の中を通る多数のガス流路（図示せず）を有するハニー
カムモノリシック体、好ましくは金属モノリスから形成
されたモノリシック触媒要素２０が配置されている。周
囲の触媒要素２０は、触媒要素２０をケーシング１１内
にしっかりと弾性的に支持するのに役立つ無ショットセ
ラミック繊維の弾性、可撓性繊維マットを含む装着マッ
ト３０である。装着マット３０は、ケーシング内の適所
に触媒要素２０を保持し、しかも触媒要素２０とケーシ
ング１１の間の間隙をシールして、排気ガスが触媒要素
２０をバイパスするのを防止する。
装着マット３０の形成に有用な無ショットセラミック繊
維は、ネクステル・アルトラフアイバー（Ｎｅｘｔｅｌ
　Ｕｌｔｒａｆｉｂｅｒ　）　３１２、ネクステル・ア
ルトラフアイバー４４０、ネクステル・アルトラフアイ
バーＡ１２ｏ３、ネクステル・アルトラフアイバーＡ１
２０３−Ｐ２Ｏ３、ネクステル・アルトラフアイバーＺ
Ｓ−１１、ファイバーマックス（Ｆｉｂｅｒｍａｘ）　
＠維およびサフイル（Ｓａｆｆｉｌ）繊維の商品名の下
に市販のものである。マウント密度０．２１９／α　〜
０．５０９／α３まで圧縮される場合、これらのマット
は、熱時に繰り返し厚さの減少を受け、しかも冷却され
た場合に実質的にその元の厚さにはね返って、触媒要素
２ｏに絶えず実質的な保持力を加える独特の能力を有す
る。これらのｌ！ＩＩ材料は一般に密度範囲０．０２０
ｇ／３　〜０．０６０９／ｃｍａ内で入手できるので、
これらの材料は触媒要素２０の装着に用いる場合に係数
的１０だけ圧縮しなければならない。マット厚２ｃＩ１
１〜２５０Ｉは、ステイツチボンデイングにより、一般
に触媒コンバーターにモノリスを装着する２Ｉｌａ〜１
２１１１１１＋の間隙中に取りつけるための厚さ４ｍｓ
＋〜２５ａｍに圧縮される。好ましい態様において、装
着マット３０は、その弾性を保ちながら装着マットの熱
保持力を増進させる膨張シート材料３２の層と組み合せ
たセラミック繊維３１の層からなる。試験によって、有
効であるためには、膨張性シート材料３２の装着厚が、
セラミックｔｉ雑層の装着（圧縮）厚を越えてはならな
いことが分かった。繊維長５１より大、しかも直径２ミ
クロン〜１０ミクロンの、ゾルゲル法によって形成され
た実質的に無ショットのセラミックｌ！ＩＮのみが、モ
ノリス２０．特に金属モノリスの装着に必要な高度の弾
性を与えると考えられる。ファイバーフラックス（Ｆｉ
ｂｅｒｆｒａｘ　）またはセラフアイバー（Ｃｅｒａｆ
ｉｂｅｒ　）の商品名の下に入手できるような溶融法に
よって形成された従来のセラミック＄１１１はショツト
粒子を含有し、しかも下記の試験が示すように望ましい
性質に欠ける。
水用ｔＭｔ’Ｊにおいて用いる場合、「無ショット」は
、本質的に粒状セラミック（ショット）を含有しない繊
維塊を意味する。
膨張性シート材料３２は、未処理または二水素リン酸ア
ンモニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウムまた
は伯の適当なアンモニウム化合物のようなアンモニウム
化合物とイオン交換された未膨張ひる石フレーク約２０
重量％〜６５重量％、フルミノケイ酸塩繊￥／１［ファ
イバーフラックス、セラフアイバーおよびカオーウール
（にａｏｗｏｏｌ　）の商品名の下に市販］、石綿繊維
、ガラス＄１維、ジルコニア−シリカ繊維および結晶質
アルミナホイスカーを初め無機繊維材料的１０重堡〜５
０重伍％、天然ゴムラテックス、スチレン−ブタジエン
ラテックス、ブタジェンアクリロニトリルラテックス、
アクリレートまたはメタクリレート重合体および共重合
体のラテックスなど約３重量％〜２０重間％および膨張
ひる石、中空ガラス微小球およびベントナイトを初め無
機ｍＮ約４０重量％までを含む薄い、弾性、可撓性膨張
性シートを含む。薄シート材料は、商品名インチラム＜
　Ｉｅｎｔｅｒａｍ）装着マットの下に厚さ０．５ｍｍ
〜６、０ｔｒｔｘで入手できる。
無ショットセラミック繊維の低密度および嵩高性、およ
びセラミック繊維を、望まれるマウント密度を得るため
に通常係数的１０だけ圧縮しなければならないことのた
めに、これらの材料を有様糸をもってｌ１ｔＪまたはス
テイツチボンアイングして、使用時にその極限厚さに一
層近い圧縮マットを形成することが有用であることが分
かった。膨張性材料の層が含まれる場合、この材料は、
１１Ｎマツトに直接ステイツチボンデイングされる。ざ
らに、ステイフナがセラミック繊維マットを突き央ける
かまたは引ぎ扱けるのを防ぐために極薄シート材料を裏
打ち層として装着マットが縫製される時に装着マットの
両面に追加するのが有用なことがある。ステイフナの間
隔は、Ｉ！雑がマットの全領域中に均一に圧縮されるよ
うに通常３Ｍ〜３０ｍである。
厚さ約４５履の無ショットセラミック繊維（ネクステル
・アルトラフアイバー３１２）のｉＨｔマットを、膨張
性シート材料（インチラム・マット・シリーズＩＶ　）
の厚さ１゜５ｍの追加層の有無の双方でステイツチボン
デイングした。このマットを、不織高密度ポリエチレン
（ＣＬＡＦ２００１　）の２枚の薄シート（厚さ約０．
１ｍｍ）の間にステイツチボンデイングした。材料を圧
縮状態に保つに十分な強さを有する任意の糸を使用でき
るが、３６素糸からなる１５０デニールのポリエステル
糸を用いて、マットをステイツチボンデイングした。１
００１当たり、３０ステイツチからなる鎖ステイツチ３
４を、ステイツチングに約１０順の間隔で用いた。この
材料を、ステイツチングの間に厚さ６．２Ｈ〜６．５＃
Ｉｍ＋に圧縮した。マットの得られたステイツチボンデ
イングされた厚さは、膨張性シート材料なしでは約７．
０ｍｇ＋かつ膨張性シート材料では約８．１１１ｍであ
った。後者の場合、膨張性シート材料は、ステイツチボ
ンデイングされた複合材料の全厚の約７％を構成した。
金属モノリスに対して、種々のモノリス装着マットによ
って加えられる弾性圧力を求める試験を行った。装置は
、触媒コンバーターによって実際に当面する温度をシミ
ュレーションできるようにカートリッジヒーターを含む
２個のステンレス鋼製アンビルからなっていた。アンビ
ルの間の間隙または距離は、また実際のコンバーター使
用条件（温度が上界すると減少）にも設定できる。種々
の装着マットを、両アンビルが室ｍ（Ｒ，Ｔ、＞におい
て、アンビルの間に載置した。次いで、これらのマット
を間隙４．２４順に詰め、次いで圧力を記録した。次に
、上部アンビルが８００℃であり、しかも下部アンビル
が５３０℃であり、かつ同時に間隙が３．９９ｍに減少
するようにアンビルを加熱した。圧力を再び記録した。
最後に、ヒーターを切り、次いで間隙を元の４．２４ｍ
ｍにｗ４節しながら両アンビルを冷却して室温に戻した
。
圧力をもう一度記録した。種々の装着マットの試験から
生じたデータを第１表に示す。
マ　　　　−〇 Ｇｏ　　　　　Ｑ）　　　　　−〇　　　　の　　　　
−　　　　ＣＯヘマロ −ＣＤ　　　　　寸　　　　り　　　　０　　　　へ　
　　　賃　　　　へ−一　　　　Ｐ− 本発明ρ無ショットセラミック繊維含有装着マットは、
室温への返戻を初め、すべての温度において十分な力を
加え続けたが、一方従来の材料のみを含有するマットは
そうでなかった。無ショットセラミック繊維（ネクステ
ル・ウルトラファイバー）と膨張性シート材料（インチ
ラムマット）の好ましい組み合せは、室温においてなお
適切な保持力を維持しながら、高温において保持力の非
常に著しい増大を生じた。
また、種々のマット材料を試験して、熱振盪試験を用い
て触媒コンバーターに金属およびセラミックモノリスを
しつかり保持するその適性を求めた。この試験には、コ
ンバーターを機械的振動に同時に供しながら、排気ガス
をコンバーターに通すことが含まれた。振動はＵｎｈＯ
ｌｔＺ−ＤｉＣｋｉｅ　Ｃ０ｒｌ）。
製の電気機械的振動機によって供給される。振動数１０
０！ｌｚにおいて４．０９までの加速度をコンバーター
に加える。熱源は、コンバーターに入口ガス温度１００
０℃を与え得る天然ガスバーナーである。装着材料が占
める空間を寸法を変化しながら、その弾性および相当す
る保持力を維持する装着材料の能力を適切に試験するた
めに、排気ガス温度を循環する。１サイクルは、１０’
００’Ｃにおいて１０分およびガスを停止して１０分か
らなる。
振動を熱サイクル中に維持する。試験の時間は２０サイ
クルである。試験結果を第２表に示す。
１じし羞 １セラミツクモノリス。　他のすべての条件は同一。
本発明の無ショットセラミック繊維含有装着マットは、
この実用試験に合格したが、一方セラミックモノリスの
装着用マットの＋！Ｊ造に通常用いられる従来の材料を
もって製造された装着マットは合格しなかったことも認
められる。また、溶融加工セラミック繊維（ファイバー
ブラックス繊維）を含む＠看マットはこの試験に合格し
なかったことも認められる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、分解された関係で示した本発明の触媒コンバ
ーターの斜視図であり、 第２図は、金属モノリスの周囲のセラミック繊維含有マ
ットを示す、第１図の触媒コンバーターの底面シェルの
平面図を示し、および 第３図は、本発明の弾性、可撓性セラミック繊維含有製
箔マットの第２図の線３−３に沿った断面略図である。 １０：触媒コンバータ １１：金属ケーシング １２：円錐台状入口端 １３：円錐台状出口端 ２０：触媒要素 ３０：装着マット ３１：セラミック繊維 ３２：膨張性シート材料 ３４：鎖ステイツチ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）金属ケーシング（１１）、前記ケーシング（１１
    ）内に配置された単一の固体触媒要素（２０）および前
    記触媒要素（２０）を位置決めし、しかも機械的および
    熱衝撃を吸収するために前記触媒要素（２０）と前記金
    属ケーシング（１１）との間に配置された弾性手段（３
    ０）を有する触媒コンバーター（１０）において、前記
    弾性手段（３０）は、前記触媒要素（２０）の横表面の
    囲りにマウント密度約０．２５ｇ／ｃｍ＾３〜約０．５
    ０ｇ／ｃｍ＾３まで包まれた４ｍｍ〜２５ｍｍの範囲内
    のステイツチボンデイング圧縮された厚さを有する、無
    ショット（本明細書に規定された）セラミック繊維の弾
    性、可撓性繊維マット（３１）であることを特徴とする
    、改良された触媒コンバーター（１０）。
  2. （２）前記弾性手段（３０）が、さらに膨張性材料（３
    ２）の層を含む、特許請求の範囲第１項の触媒コンバー
    ター（１０）。
  3. （３）膨張性材料（３２）の前記層は、前記セラミック
    繊維マット（３１）の厚さより大きくない厚さを有する
    、特許請求の範囲第２項の触媒コンバーター（１０）。
  4. （４）膨張性材料（３２）の前記層は、未膨張ひる石フ
    レーク約２０重量％〜６５重量％、無機繊維材料約１０
    重量％〜５０重量％、結合材約３重量％〜２０重量％お
    よび無充てん材約４０重量％までを含む、特許請求の範
    囲第３項の触媒コンバーター（１０）。
  5. （５）前記未膨張ひる石フレークは、アンモニウム化合
    物でイオン交換されている、特許請求の範囲第３項の触
    媒コンバーター（１０）。
  6. （６）前記無機繊維材料がアルミナ−シリケート繊維、
    石綿繊維、ガラス繊維、ジルコニア−シリカ繊維または
    結晶質アルミナホイスカーである、特許請求の範囲第３
    項の触媒コンバーター（１０）。
  7. （７）前記結合材が天然ゴム、スチレン−ブタジエン共
    重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、アク
    リレート重合体またはメタクリレート重合体のラテック
    スである、特許請求の範囲第３項の触媒コンバーター（
    １０）。
  8. （８）前記無機充てん剤が膨張ひる石、中空ガラス微小
    球またはベントナイトである、特許請求の範囲第３項の
    触媒コンバーター（１０）。
  9. （９）前記無ショットセラミック繊維が、アルミナ−ポ
    リア−シリカ繊維、アルミナ−シリカ繊維、アルミナ−
    五酸化リン繊維、ジルコニア−シリカ繊維およびアルミ
    ナ繊維を含む、特許請求の範囲第１項の触媒コンバータ
    ー（１０）。
JP1032575A 1988-02-11 1989-02-10 触媒コンバーター Expired - Fee Related JP2804280B2 (ja)

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