JP2011147855A - Electrically heating catalyst device and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化のための触媒装置の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a catalyst device for purifying exhaust gas of an internal combustion engine.
従来、自動車では駆動用内燃機関から排出される排気ガスを浄化するため、アルミニウム含有ステンレス材からなる箔を波板と平板に加工したものを重ね合わせて、巻回してハニカム状に形成して、波板と平板相互を接合した金属触媒担体に触媒を担持させたものを、排気ガス通路に配置している。浄化作用を起こさせるためには金属触媒担体に担持された触媒が活性化する温度(300℃〜400℃)である必要がある。そこで内燃機関の始動直後から触媒が活性化するように、金属触媒担体に通電し金属触媒担体自身の発熱作用により触媒活性化温度まで短時間で達するようにした電気加熱式の触媒装置が提案されている。 Conventionally, in order to purify exhaust gas exhausted from a driving internal combustion engine in an automobile, a foil made of an aluminum-containing stainless steel is laminated into a corrugated plate and a flat plate, wound and formed into a honeycomb shape, A catalyst supported on a metal catalyst carrier in which corrugated plates and flat plates are joined to each other is disposed in the exhaust gas passage. In order to cause the purification action, it is necessary to be at a temperature (300 ° C. to 400 ° C.) at which the catalyst supported on the metal catalyst carrier is activated. Therefore, an electrically heated catalyst device has been proposed in which the metal catalyst carrier is energized to reach the catalyst activation temperature in a short time due to the exothermic action of the metal catalyst carrier itself so that the catalyst is activated immediately after the start of the internal combustion engine. ing.
しかしながら、通電して発熱させるためには途中でショートせずに通電回路が確立されていることが必要となる。金属触媒担体は導電性を有するステンレス材からなるので、波板と平板間を電気的に絶縁する必要がある。そこで、箔材のときに大気雰囲気の炉中で過熱し酸化皮膜等を形成し、波板および平板に絶縁皮膜を形成して置いてこれらを、重ねて巻回し、ロウ材やセラミック接着剤等により波板と平板間を接合固定している。従って、担体は酸化皮膜形成時と接合時に加熱炉において二度加熱しなければならない問題がある。加熱、冷却を繰り返すためそれぞれの工程にて時間を要すると共の、炉からの出し入れなど多工数を要する However, in order to generate heat by energization, it is necessary to establish an energization circuit without causing a short circuit. Since the metal catalyst carrier is made of a stainless steel material having conductivity, it is necessary to electrically insulate between the corrugated plate and the flat plate. Therefore, when it is a foil material, it is heated in a furnace in an atmospheric atmosphere to form an oxide film, etc., and an insulating film is formed on the corrugated plate and flat plate, and these are wound up in layers, brazing material, ceramic adhesive, etc. The corrugated plate and the flat plate are joined and fixed by the above. Therefore, there is a problem that the carrier must be heated twice in a heating furnace at the time of forming the oxide film and joining. It takes time in each process to repeat heating and cooling, and requires many man-hours such as taking in and out of the furnace.
本発明は、このような従来技術の技術的課題に鑑みてなされたもので、金属触媒担体12の加熱回数を減らし製造作業の短縮と容易化をすることを目的とする。
The present invention has been made in view of such technical problems of the prior art, and an object thereof is to reduce the number of heating times of the
本発明は、ステンレス箔からなる波板と平板を重ねて中心電極を中心にして巻回することにより形成した金属触媒担体を、外周に電極を取り付けた外筒内に圧入して前記外筒と前記金属触媒担体および前記中心電極を電気的に接続した電気加熱触媒装置において、前記金属触媒担体は少なくとも波板用又は平板用ステンレス箔材表面に予めアルミニウム層を形成させて、両者を重ねて巻回後に酸化雰囲気中において加熱することにより前記アルミニウム層を酸化アルミナに変性させると共に、前記波板と前記平板との接触部を酸化接合して形成するものである。 In the present invention, a metal catalyst carrier formed by overlapping a corrugated plate made of stainless steel foil and a flat plate and winding around a center electrode is press-fitted into an outer cylinder having an electrode attached to the outer periphery, and the outer cylinder and In the electrically heated catalyst device in which the metal catalyst carrier and the central electrode are electrically connected, the metal catalyst carrier is formed by forming an aluminum layer in advance on the surface of the stainless steel foil material for at least corrugated plate or flat plate, and winding both of them together. The aluminum layer is denatured into alumina oxide by heating in an oxidizing atmosphere after turning, and the contact portion between the corrugated plate and the flat plate is formed by oxidation bonding.
本発明によれば、ステンレス箔の波板と平板と中心電極および外筒電極の間の電気的接続と波板と平板の絶縁層および波板と平板の接触部を接合する事を一度の加熱により形成することができるので、製造作業が短時間で容易となるという効果がある。 According to the present invention, the electrical connection between the corrugated sheet and the flat plate of the stainless steel foil, the center electrode and the outer cylinder electrode, and the joining of the corrugated sheet and the insulating layer of the flat plate and the contact portion of the corrugated sheet and the flat plate are heated once. Therefore, there is an effect that the manufacturing operation becomes easy in a short time.
本発明の第1の実施形態に係わる電気加熱触媒装置1ついて図1乃至図4に基づいて説明する。
The electric
図1は電気加熱触媒装置1の全体を示している。ステンレス箔からなる波板2と平板3を重ねて、中心電極5を芯として巻回した金属触媒担体12とした後に、ステンレス板を円筒形に成形し両端部を突き合わせて溶接したものに外筒電極6を取り付けた外筒4内に圧入している。
FIG. 1 shows the entire electrically heated
外筒4の軸方向前後には図示しない排気ガスを導くパイプが接続される。また、波板2と平板3の表面には、排気ガス浄化触媒がコーティングされており、パイプによって上流の内燃機関から排出された排気ガスが導かれて、排気ガス浄化触媒の働きにより浄化されて大気中に放出される。しかし、排気ガス浄化触媒は、活性温度以下では浄化性能が十分に発揮されないため、内燃機関始動後は速やかに活性化温度(300℃〜400℃)に達するように、始動前または始動直後に中心電極5と外筒電極6間に通電し、金属触媒担体12による発熱作用を利用している。
A pipe (not shown) for guiding exhaust gas (not shown) is connected around the axial direction of the
通電し発熱させるためには、金属触媒担体1の波板2と平板3の間を電気的に絶縁して通電経路を確保したおく必要がある。図2に示すように本件電気加熱触媒装置1は、平板3となるステンレス箔材と波板2となるステンレス箔材の両面にアルミニウムをあらかじめ蒸着工程によりアルミニウム蒸着層7を形成している。最終の絶縁層が薄くても良い場合は平板3となるステンレス箔材のみにアルミニウム蒸着層7を設けて置けば良い。
In order to generate electricity and generate heat, it is necessary to electrically insulate between the
図3に示すように、中心電極5にはスリット8が設けられており、波板2と平板3が両者の間にロウ材10を挟んだ状態で挿入されている。この中心電極5のスリット8に挿入されている部分のアルミニウム蒸着層7は剥がされた剥離部9となっている。電気的絶縁層が形成されないようにしている。
As shown in FIG. 3, the
更に、図4に示すように、ロウ材10が熔融して、波板2と平板3および中心電極5との電気的接続が同時に行われるように穴11が設けられている。
Further, as shown in FIG. 4, holes 11 are provided so that the
最外周の外筒電極と接する部分もアルミニウム蒸着層7が剥がされロウ材がスポット溶接で取り付けられている。
次に、本実施形態の作用を説明する。
The aluminum vapor-deposited
Next, the operation of this embodiment will be described.
最初に、波板2と平板3となるステンレス箔には予めアルミニウムを蒸着によりコーティングしておく。
First, the stainless steel foil used as the
次に、ロール状に巻かれたステンレス箔材を図示しない波板製造装置によりステンレス箔材を波状に成形する。成形された波板2と平板3の巻き始めとなる部分のアルミニウム蒸着層を剥がすと共に箔状のロウ材10を挟んで重ねると共にプレス機により穴11を打ち抜く。そして、波板2と平板3およびロウ材10の三者を重ねた状態で中心電極5のスリットに挿入すると共に、中心電極5を芯として必要回転させることで中心電極5の周りに波板2と平板3により排気ガス通路を設けた金属触媒担体12を造る。巻き回数を制御することにより必要な直径の金属触媒担体12が造られる。
Next, the stainless foil material wound into a roll shape is formed into a corrugated shape using a corrugated sheet manufacturing apparatus (not shown). The aluminum vapor deposition layer at the beginning of winding of the formed
最外周となる波板2と平板3の最終端部も前記巻き始め部と同様に蒸着層を剥がしロール材から切断すると共にロウ材と一緒にスポット溶接等で固定する。ロウ材を巻回して外筒電極と電気的通路を形成するようにしても良い。
The
その後、金属触媒担体12はステンレス板を円形に成形し両端部を突き合わせて溶接した外筒4の外筒電極6の位置に一致するようにして圧入する。
Thereafter, the
外筒4に圧入されて、波板2と平板3の接触部に加圧力が掛かった金属触媒担体12を酸化雰囲気の炉中においてウイスカー生成温度(700℃〜900℃)以上で保持時間30分程度の加熱処理を行う。この加熱処理により、雰囲気中の酸素がアルミニウムに三次元的に拡散侵入する。波板2と平板3の表面にコーティングされたアルミニウムは絶縁破壊電圧10KV/mm〜15KV/mmの高電気絶縁性を有する酸化アルミナ(Al2O3)へと変性すると共に、蒸着層の剥がされた部分以外の両板の接触点および外筒4との接触点において酸化接合が行われる。これにより、波板2と平板3の接触点は絶縁皮膜の形成と同時に波板2と平板3の接合が行われて金属触媒担体12が強固なものになる。
The
この加熱処理により、中心電極5のスリット8に挿入されたロウ材10と金属触媒担体12外周に置かれたロウ材がそれぞれの場所で溶融して、波板2と平板3と中心電極5および外筒電極4との電気的接続が同時に行われる。特に中心電極5のスリット8に挿入された波板2と平板3には穴が設けられているため、溶融したロウ材は毛細管現象により、波板2と平板3の接合部から中心電極5とそれぞれの板との接触している面に広がり接合が行われる。このようにして、一度の加熱処理により、電気加熱触媒装置1が作られる。製造作業が容易となるという効果がある。
By this heat treatment, the
外筒電極6との電気的接続はこの加熱処理とは別に行うことも出来る。
The electrical connection with the
その後に、外筒4内の金属触媒担体12の波板2と平板3の表面に排気浄化触媒のコーティングが行われる。加熱処理により、それぞれの板の表面に髭状の凸、いわゆるウイスカーが発生しているため、排気浄化触媒の強固なコーティング層を作ることが出来る。
Thereafter, the surface of the
次に、第2の実施例を図5により説明する。本実施例は、波板と平板のステンレス箔材の形状が異なっている他は第1の実施例と同じ処理を行う。但し、第2実施例においては、ステンレス箔材へのアルミニウムの蒸着処理を金属触媒担体の巻回組み立て後に行うことも可能である。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment performs the same process as the first embodiment except that the corrugated plate and the flat stainless steel foil material are different in shape. However, in the second embodiment, it is also possible to perform the aluminum vapor deposition process on the stainless steel foil material after the metal catalyst carrier is wound and assembled.
第2の実施例のステンレス箔材は、箔材に不連続にスリットを切ると共に、箔材の長手方向に力を加えて伸ばす、所謂ラス加工を行う。これにより、ステンレス箔材は網目状に拡げられ成形される。 The stainless steel foil material according to the second embodiment performs so-called lath processing in which slits are cut discontinuously in the foil material and stretched by applying force in the longitudinal direction of the foil material. Thereby, the stainless steel foil material is expanded and formed into a mesh shape.
そして、蒸着すべき面積も少なくて済むとともに、中心電極から外筒電極までの通路の電気的抵抗地が増大するため、同電流で発熱量を大きくする事が出来る。その他、使用材料が少なくなるため、装置全体を軽量化することが出来る。また、排気ガスを流通させるとき、流れを乱す作用があるため、排気浄化触媒と排気ガスの接触が促進されて、浄化効率を高めることが可能となる。空間が平板状のステンレス箔材より多いため、巻回後にアルミニウム層を蒸着する事も可能となる。 Further, the area to be deposited can be reduced, and the electrical resistance ground of the passage from the center electrode to the outer cylinder electrode is increased, so that the heat generation amount can be increased by the same current. In addition, since the material used is reduced, the entire apparatus can be reduced in weight. In addition, when exhaust gas is circulated, there is an effect of disturbing the flow, so that contact between the exhaust purification catalyst and the exhaust gas is promoted, and purification efficiency can be increased. Since there is more space than the flat stainless steel foil material, an aluminum layer can be deposited after winding.
このようにして作られた電気加熱触媒装置1の外筒4に排気ガスを金属触媒担体12に平均的に通過させるため図示しないディフューザを取り付け、図示しない排気通路の途中に配置することで、通電により内燃機関の始動直後から排気浄化触媒が活性温度に達して浄化作用が開始される。
A diffuser (not shown) is attached to the
1 電気加熱触媒装置
2 波板
3 平板
4 外筒
5 中心電極
6 外筒電極
7 アルミニウム層
8 スリット
9 剥離部
10 ロウ材
11 穴
12 金属触媒担体
13 ラスメタル状箔材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A metal catalyst carrier formed by winding a stainless steel foil corrugated plate and a flat plate around the center electrode is press-fitted into an outer cylinder having an electrode attached to the outer periphery, and the outer cylinder, the metal catalyst carrier, In the manufacturing method of the electrically heated catalyst device in which the center electrode is electrically connected, the metal catalyst carrier is formed with an aluminum layer in advance on the surface of the stainless steel foil material for at least corrugated plate or flat plate, A method for producing an electrically heated catalyst device, wherein the aluminum layer is modified into alumina oxide by heating in an oxidizing atmosphere, and the contact portion between the corrugated plate and the flat plate is oxidized and bonded.
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