JP4433557B2

JP4433557B2 - 排ガス浄化用触媒コンバーター及びディーゼルパティキュレートフィルターシステム，並びにこれらの製造方法

Info

Publication number: JP4433557B2
Application number: JP2000104939A
Authority: JP
Inventors: 清成畑中
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP2001289027A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，ディーゼルパティキュレートフィルターシステム及び排ガス浄化用触媒コンバーター，並びにこれらの製造方法に関し，特に保持シール材を金属シェル内に組み付ける方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ディーゼルエンジン自動車に設けられているディーゼルパティキュレートフィルター（以下，「ＤＰフィルター」ともいう。）システムは，ディーゼルパティキュレートを捕獲するためのセラミック製のＤＰフィルターと，これを収容する金属シェルとからなる。ＤＰフィルターと金属シェルとの間には，ＤＰフィルターを保持するための保持シール材が介設している。保持シール材は，無機質繊維マットからなる。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記保持シール材は，クッション性を有し，嵩高である。そのため，ＤＰフィルターを保持シール材とともに金属シェル内に装着する際の，保持シール材の装着作業に支障が生じるおそれがある。
そこで，保持シール材にバインダーを含浸させて無機質繊維マットの厚みを薄くすることが考えられる。しかし，この場合には，バインダーが焼失して排ガス量が増加するおそれがあり，排ガス規制値を満足することができない。
また，排ガス浄化用触媒コンバーターも，触媒保持体を保持シール材を介して金属シェル内に装着した構成を有し，上記ＤＰフィルターシステムと同様の問題がある。
【０００４】
本発明は，ＤＰフィルターまたは触媒保持体の金属シェル内への装着作業がしやすく，排ガス量が少ない，ディーゼルパティキュレートフィルターシステム及び排ガス浄化用触媒コンバーター，並びにこれらの製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，ディーゼルパティキュレートフィルターと，該ディーゼルパティキュレートフィルターの外方を覆う金属シェルと，上記ディーゼルパティキュレートフィルターと上記金属シェルとの間に配置される保持シール材とから構成されるディーゼルパティキュレートフィルターシステムの製造方法であって，
バインダーが添加されていない無機質繊維マットに，水分を含浸させる工程と，
上記無機質繊維マットによりディーゼルパティキュレートフィルターを被覆する工程と，
上記無機質繊維マットを圧縮した状態で該無機質繊維マットに含浸している水分を凍結させる工程と，
上記無機質繊維マットを被覆した上記ディーゼルパティキュレートフィルターを，金属シェル内に装着する工程と，
上記無機質繊維マットの中の水分を除去する工程とを有する構成からなることを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルターシステムの製造方法である。
【０００６】
本発明においては，水分を含浸させた無機質繊維マットによりＤＰフィルターを被覆し水分を凍結させている。そのため，無機質繊維マットは薄い状態を保持したままＤＰフィルターと一体品となり，金属シェル内に装着しやすくなる。
したがって，本発明によれば，金属シェル内へのＤＰフィルターの装着作業が容易となる。
【０００７】
また，無機質繊維マットに含浸されている水分は，装着後に，放置または加熱して乾燥除去される。これにより，無機質繊維マット本来の弾性力が復元され，ＤＰフィルターを保持する力が発揮される。
また，本発明においては，バインダーを用いないため，環境保全の点からも優れている。
【０００８】
無機質繊維マットへの水の含浸量は，乾燥時の無機質繊維マット１００重量部に対して，１００〜５００重量部であることが好ましい。１００重量部未満では，無機質繊維マットを圧縮状態でその厚みを拘束することができず，金属シェル内への装着作業性が低下するおそれがある。また，５００重量部を超える場合には，圧縮時に水分がしみだして，ＤＰフィルターに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００９】
無機質繊維マットへの水の含浸方法としては，浸漬法，スプレー掛け方法，カーテンコート法などがある。
水分を含浸させた無機質繊維マットは，必要に応じて圧縮した後に，凍結させる。
【００１０】
無機質繊維マットとしては，アルミナ及びシリカを含有することが好ましい。これにより，無機質繊維マットの耐熱性が向上する。
特に，無機質繊維マットは，７０〜１００重量％のアルミナを含有していることが好ましい。これにより，高温時の弾性力が高くなり，ＤＰフィルターを保持する力が高まる。また，９００〜９５０℃の高温下でも，これらの性質を十分に発揮でき，近年の内燃機関の高温化傾向に十分に対応することができる。
【００１１】
無機質繊維マットには，ニードルパンチング処理が施されていることが好ましい。これにより，繊維同士が絡み合い，弾性力が高くなり，ディーゼルパティキュレートフィルターを保持する力が向上する。
【００１２】
請求項２の発明のように，圧縮後の無機質繊維マットの繊維密度は，０．２〜０．６ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。０．２ｇ／ｃｍ^３未満では，金属シェル内への装着作業性が低下する。一方，０．６ｇ／ｃｍ^３を超える場合には，無機質繊維マットの弾力性が低下するおそれがある。
【００１３】
請求項３の発明のように，金属シェルが筒体である場合にも，無機質繊維マットで巻回したＤＰフィルターの金属シェル内への挿入が容易となる。また，筒体を２以上に分割した金属シェルへの装着も容易となる。
【００１４】
請求項４の発明は，触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆う金属シェルと，上記触媒保持体と上記金属シェルとの間に配置される保持シール材とから構成される排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法であって，
バインダーが添加されていない無機質繊維マットに，水分を含浸させる工程と，
上記無機質繊維マットにより触媒保持体を被覆する工程と，
上記無機質繊維マットを圧縮した状態で該無機質繊維マットに含浸している水分を凍結させる工程と，
上記無機質繊維マットを被覆した上記触媒保持体を，金属シェル内に装着する工程と，
上記無機質繊維マットの中の水分を除去する工程とを有する構成からなることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法である。
【００１５】
本製造方法においては，水分を含浸させた無機質繊維マットにより触媒保持体を被覆し水分を凍結させている。そのため，無機質繊維マットは薄い状態を保持したまま触媒保持体と一体品となり，金属シェル内に装着しやすくなる。したがって，本発明によれば，金属シェル内への触媒保持体の装着作業が容易となる。
【００１６】
また，無機質繊維マットに含浸されている水分は，装着後に，放置または加熱して乾燥除去される。これにより，無機質繊維マット本来の弾性力が復元され，触媒保持体を保持する力が発揮される。
また，本製造方法においては，バインダーを用いないため，環境保全の点からも優れている。
【００１７】
請求項５の発明のように，圧縮後の無機質繊維マットの繊維密度は，０．２〜０．６ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。０．２ｇ／ｃｍ^３未満では，金属シェル内への装着作業性が低下する。一方，０．６ｇ／ｃｍ^３を超える場合には，無機質繊維マットの弾力性が低下するおそれがある。
【００１８】
請求項６の発明のように，金属シェルが筒体である場合にも，無機質繊維マットで巻回した触媒保持体の金属シェル内への挿入が容易となる。また，筒体を２以上に分割した金属シェルへの装着も容易となる。
【００１９】
また，請求項７の発明のように，請求項１〜３のいずれか１項の方法により製造されたことを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ−システムがある。また，請求項８の発明のように，請求項４〜６のいずれか１項の方法により製造されたことを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーターがある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法について，図１〜図４を用いて説明する。
本例の排ガス浄化用触媒コンバーター５は，図１（ａ），（ｂ）に示すごとく，排気ガス成分を浄化する触媒を担持してなる触媒保持体３と，触媒保持体３の外方を被覆する金属シェル２と，触媒保持体３と金属シェル２との間に配置された保持シール材１とよりなる。保持シール材１は，バインダーを含まない無機質繊維マットである。無機質繊維マットは，７０重量％のアルミナと，３０重量％のシリカとからなる。金属シェル２内における保持シール材１の繊維密度（充填密度）は０．２９ｇ／ｃｍ^３である。
【００２１】
触媒保持体３は，ハニカム構造を有する円柱体であり，その直径は８０ｍｍである。金属シェル２は，直径８８ｍｍの円筒体である。
排ガス浄化用触媒コンバーター５は，図２に示すごとく，車体９２の下方に配置されたガソリンエンジン９の排気管９１の途中に設けられている。
【００２２】
触媒保持体３は，セラミックの一種であるコーディエライト製である。図１（ｂ）に示すごとく，触媒保持体３は，排気管９１の開口セル３１，３２へ排気ガスを通過させる。この際に，排気ガスに含まれているＨＣなどの排ガス成分が，触媒保持体に担持されている白金などの触媒の触媒反応により浄化される。
【００２３】
次に，本例の排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法について説明する。
まず，無機質繊維マットとして，７０重量％のアルミナと３０重量％のシリカとよりなる繊維のマット状物を準備する。無機質繊維マットには，ニードルパンチング処理を施すことが好ましい。
【００２４】
次に，図３（ａ）に示すごとく，無機質繊維マット１０をローラ８１により送り出しながら水槽８内を通過させて，水８０を含浸させる。
次に，図３（ｂ）に示すごとく，無機質繊維マット１０を圧縮ローラ８２の間を通過させて余剰の水を押出すことにより，水の含浸量を調整する。これにより，無機質繊維マット１００重量部に対する，水の含浸量を２５０重量部とする。
次に，図３（ｃ）に示すごとく，無機質繊維マット１０に切断加工をして，長尺体とするとともに，その両端に，触媒保持体の外周を巻回したときに互いに係合する凹部１１と凸部１２とを形成する。
【００２５】
次に，図３（ｄ）に示すごとく，無機質繊維マット１０により触媒保持体３を巻回して，凹部１１と凸部１２とを係合させる。これにより，無機質繊維マット１０と触媒保持体３とからなる一体品４が得られる。
次に，一体品４を圧縮機により圧縮させながら冷凍庫に置き，無機質繊維マット１０の中の水分を凍結させる。これにより，無機質繊維マット１０の厚みが３．５ｍｍとなる。
次に，図４（ａ）に示すごとく，一体品４を金属シェル２の中に挿入する。
【００２６】
その後，これを放置して，無機質繊維マット１０中の水分を解凍，乾燥除去する。これにより，図４（ｂ）に示すごとく，厚みｔ３．５ｍｍであった無機質繊維マット１０が，厚みＴ４．０ｍｍとなり，圧縮前の厚みに回復する。
その後，金属シェル２の両端にしぼり加工を施して，排気管９１に接続するためのフランジ部２９を形成する（図１（ｂ））。
以上により，触媒保持体３と金属シェル２との間に保持シール材１を介設させた排ガス浄化用触媒コンバーター５が得られる。
【００２７】
本例においては，水を含浸させた無機質繊維マットを触媒保持体に巻回した後に無機質繊維マットを圧縮状態で凍結している。そのため，無機質繊維マットは薄い状態を保持したまま触媒保持体と一体品になる。したがって，触媒保持体の金属シェル内への挿入がしやすくなり，作業性が向上する。
【００２８】
実施形態例２
本例は，ＤＰフィルターシステムの製造方法である。
まず，実施形態例１において用いた触媒保持体に代えて，ハニカムセラミック製のＤＰフィルターを準備する。バインダーが添加されていない無機質繊維マットに，水分を含浸させる。無機質繊維マット１００重量部に対する水の含浸量は１００重量部とする。
【００２９】
次いで，水分を含浸させた無機質繊維マットにより，ＤＰフィルターを被覆する。無機質繊維マットをその厚み方向に圧縮した状態で無機質繊維マットを凍結して，これらを一体品とする。次いで，この一体品を筒状の金属シェルの中に入れる。次いで，無機質繊維マットに含まれている水分を乾燥により除去する。
以上により，ＤＰフィルターシステムを得る。
【００３０】
得られたＤＰフィルターシステムは，ディーゼルエンジンの排気管の途中に配置される。ＤＰフィルターは，微細な多孔体であり，その中を排気ガスが通過する際に排気ガスに含まれるディーゼルパティキュレートを捕獲する。捕獲されたディーゼルパティキュレートは，着火装置により焼失する。
本例においても，ＤＰフィルターの金属シェル内への挿入が容易で，また保持シール材は適正な面圧によってＤＰフィルターを保持する。
【００３１】
実験例１
本例においては，無機質繊維マットへの水の含浸量を変えて，排ガス浄化用触媒コンバーターを製造した。無機質繊維マットへの水の含浸量を変えた他は，実施形態例１と同様である。
【００３２】
得られた排ガス浄化用触媒コンバーターにおける無機質繊維マットの繊維密度，及び金属シェル内への装着作業性について評価した。その結果を表１に示した。なお，装着作業性は，凍結した無機質繊維マットの金属シェル内への装着がスムーズにできた場合を○，できなかった場合を×とした。
同表より知られるように，乾燥時の無機質繊維マット１００重量部に対する水の含浸量が１００重量部，４７０重量部の場合には，装着作業性が良好であった。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば，ＤＰフィルターまたは触媒保持体の金属シェル内への装着作業がしやすく，排ガス量が少ない，ディーゼルパティキュレートフィルターシステム及び排ガス浄化用触媒コンバーター，並びにこれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の排ガス浄化用触媒コンバーターの斜視図（ａ）及び断面説明図（ｂ）。
【図２】実施形態例１における，排ガス浄化用触媒コンバーターの取り付け位置を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法の説明図（ａ）〜（ｄ）。
【図４】図３に続く，排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法の説明図（ａ）〜（ｂ）。
【符号の説明】
１．．．保持シール材，
１０．．．無機質繊維マット，
２．．．金属シェル，
３．．．触媒保持体，
４．．．一体品，
５．．．排ガス浄化用触媒コンバーター，

Claims

ディーゼルパティキュレートフィルターと，該ディーゼルパティキュレートフィルターの外方を覆う金属シェルと，上記ディーゼルパティキュレートフィルターと上記金属シェルとの間に配置される保持シール材とから構成されるディーゼルパティキュレートフィルターシステムの製造方法であって，
バインダーが添加されていない無機質繊維マットに，水分を含浸させる工程と，
上記無機質繊維マットによりディーゼルパティキュレートフィルターを被覆する工程と，
上記無機質繊維マットを圧縮した状態で該無機質繊維マットに含浸している水分を凍結させる工程と，
上記無機質繊維マットを被覆した上記ディーゼルパティキュレートフィルターを，金属シェル内に装着する工程と，
上記無機質繊維マットの中の水分を除去する工程とを有する構成からなることを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルターシステムの製造方法。
請求項１において，圧縮後の無機質繊維マットの繊維密度は，０．２〜０．６ｇ／ｃｍ^３とすることを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ−システムの製造方法。
請求項１または２において，上記金属シェルは，筒体であることを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ−システムの製造方法。
触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆う金属シェルと，上記触媒保持体と上記金属シェルとの間に配置される保持シール材とから構成される排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法であって，
バインダーが添加されていない無機質繊維マットに，水分を含浸させる工程と，
上記無機質繊維マットにより触媒保持体を被覆する工程と，
上記無機質繊維マットを圧縮した状態で該無機質繊維マットに含浸している水分を凍結させる工程と，
上記無機質繊維マットを被覆した上記触媒保持体を，金属シェル内に装着する工程と，
上記無機質繊維マットの中の水分を除去する工程とを有する構成からなることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法。
請求項４において，圧縮後の無機質繊維マットの繊維密度は，０．２〜０．６ｇ／ｃｍ^３とすることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法。
請求項４または５において，上記金属シェルは，筒体であることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーターの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項の方法により製造されたことを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ−システム。
請求項４〜６のいずれか１項の方法により製造されたことを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバーター。