(57)【要約】本発明はマフラーと触媒コンバーター装置、さらにマフラー、および触媒コンバーターを提供する。その中に、各タイプの装置が当装置のマフラー部分の消音材料として、および当装置の触媒コンバーター部分の触媒コーティングの基質として使われる多孔性金属を使用する。基質として効果を発揮するため、および消音能力が良くなるためには、多孔性金属は８０％−９８％の孔密度、及び５０μｍ−１２００μｍの細孔径がある。多孔性金属は構造強度を提供し、排気流れからの腐食、熱および衝撃に対する抵抗力がある。製造することが容易で、価格も安い。マフラーと触媒コンバーター装置に対し、通常の２つ装置を１つ装置に結合することによって、装置製造のコスト及び装置取付けのコストが下げられる。従って、マフラーと触媒コンバーター装置、マフラー、及び触媒コンバーターがそれぞれに多孔性金属を持ち、その多孔性金属が広い周波数範囲においてよい消音特徴を含む機能に役立ち、また、排気からの環境汚染物の取り外しで有効であり、しかも、耐久で、容易に及び安くて多量生産できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻、
上記外殻の中に置かれる少なくとも１個のバッフルから構成し、
その中に、少なくとも１つの上記バッフルが複数の細孔、しかも８０％−９８％の孔密度を持っている多孔性金属から作られ、
上記細孔が５０μｍ−１２００μｍ細孔径を持つことを特徴とするエンジンから排気を受け取るマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項２】
前記細孔径は４００μｍから８００μｍの間にあり、前記孔密度は９５％から９８％の間にあることを特徴とする、請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項３】
前記多孔性金属は、ニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であることを特徴とする、請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項４】
上記多孔性金属が少なくともＡとＢ両成分から構成される一種の金属合金であり、その中に、上記成分Ａはニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であり、上記の多孔性金属に対し５５質量％〜９５質量％であり、上記成分Ｂはクロム、アルミニウム、コバルト、モリブデン、亜鉛から選ばれる少なくとも一つ以上の元素であり、上記の多孔性金属に対し５質量％〜４５質量％であることを特徴とする、請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項５】
上記マフラーと触媒コンバーター装置の容量が上記エンジンのディスプラスメントの０．３−７倍であることを特徴とする、請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項６】
上記バッフルは触媒コーティングの層があり、
上記触媒コーティングの組成は触媒活性成分、助触媒成分と安定剤から構成され、
その中に、上記触媒活性成分はセリウム、ランタン、プラセオジムとネオジムから少なくとも一つ以上の希土類金属が選ばれ、およびパラジウム、プラチナ、ロジウムとルテニウムから少なくとも一つ以上の貴金属が選ばれ、
上記助触媒成分はマンガン、カルシウム、バリウム、マグネシウム、亜鉛とアルミニウムから少なくとも一つ以上の元素が選ばれ、
上記安定剤はジルコニウム、カリウム、ナトリウムとリチウムから少なくとも一つ以上の元素が選ばれることを特徴とする、上記請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項７】
複数のバッフルを持ち、排気を取入口管から受け取って、出口管からその排気を排出し、
上記外殻が取入口の開け口と出口の開け口があり、
上記取入口の開け口が上記入口管に接続され、上記出口の開け口が上記出口管に接続され、
上記排気が上記取入口管から上記外殻に流れ込み、上記出口管から上記外殻を出て、
排気流れ方向が上記取入口の開け口から出口の開け口になり、
少なくとも１つの決められた厚さのバッフルが排気流れ方向と交叉で置かれ、
少なくとも２つの上記バッフルが決められた厚さの第１のギャップによって分かれ、
少なくとも１つの上記バッフルが決められた厚さの第２のギャップによって上記外殻の内表面から離れていることを特徴とする請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項８】
２つのバッフルを持ち、
上記第１のギャップの数と上記第２のギャップの数の合計が３であり、上記３つギャップの厚さの比率が１：１−１０：１−２である請求項７に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項９】
３−６個バッフルを持ち、
上記第１のギャップの数と上記第２のギャップの数の総数が４−７個である請求項７に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１０】
上記バッフルの厚さが１０−１００ｍｍで、上記第１及び第２ギャップの厚さは１０ｍｍ−１５０ｍｍである請求項７に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１１】
複数のバッフルを持ち、排気を取入口管から受け取って、出口管からその排気を排出するマフラーと触媒コンバーター装置において、
上記外殻が取入口の開け口と出口の開け口があり、
上記取入口の開け口が上記入口管に接続され、上記出口の開け口が上記出口管に接続され、
上記排気が上記取入口管から上記外殻に流れ込み、上記出口管から上記外殻を出で、
排気流れ方向が上記取入口の開け口から出口の開け口になり、
少なくとも１つの決められた厚さのバッフルが排気流れ方向と平行で置かれ、
少なくとも２つの上記バッフルが決められた厚さの第１のギャップによって分かれ、
少なくとも１つの上記バッフルが決められた厚さの第２のギャップによって上記外殻の表面から離れていることを特徴とする請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１２】
上記バッフルの厚さが１０−１００ｍｍで、上記第１及び第２ギャップの厚さは５ｍｍ−２０ｍｍである請求項１１のマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの上記バッフルが螺線形状である請求項１に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１４】
上記バッフルの厚さが１−５ｍｍである請求項１３に記載されたマフラーと触媒コンバーター装置。
【請求項１５】
外殻、
少なくとも１個の消音材料バッフルが上記外殻の中に置かれ、
その中に、上記バッフルが複数の細孔、しかも８０％−９８％の孔密度を持っている多孔性金属から作られ、
上記細孔が５０μｍ−１２００μｍ細孔径を持っていることを特徴とするマフラー。
【請求項１６】
上記多孔性金属がニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であることを特徴とする、請求項１５に記載されたマフラー。
【請求項１７】
上記多孔性金属が少なくともＡとＢ両成分から構成される一種の金属合金であり、
その中に、上記成分Ａはニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であり、上記の多孔性金属に対し５５ｗｔ％〜９５ｗｔ％であり、上記成分Ｂはクロム、アルミニウム、コバルト、モリブデン、亜鉛から選ばれる少なくとも一つ以上の元素であり、上記の多孔性金属に対し５ｗｔ％〜４５ｗｔ％である請求項１５に記載されたマフラー。
【請求項１８】
外殻、
上記外殻の中に置かれる少なくとも１個のバッフルから構成し、
その中に、上記バッフルが少なくとも１つ層の触媒コーティングの基質であり、
上記バッフルが複数の細孔、しかも８０％−９８％の孔密度を持っている多孔性金属から作られ、
上記細孔が５０μｍ−１２００μｍ細孔径を持つことを特徴とする触媒コンバーター。
【請求項１９】
上記多孔性金属は、ニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であることを特徴とする、請求項１８に記載された触媒コンバーター。
【請求項２０】
上記多孔性金属が少なくともＡとＢ両成分から構成される一種の金属合金であり、
その中に、上記成分Ａはニッケル、鉄とチタニウムから選ばれる少なくとも一つ以上の金属であり、上記の多孔性金属に対し５５ｗｔ％〜９５ｗｔ％であり、上記成分Ｂはクロム、アルミニウム、コバルト、モリブデン、亜鉛、ジルコニウム、バナジウム、ランタンおよびネオジムから選ばれる少なくとも一つ以上の元素であり、上記の多孔性金属に対し５ｗｔ％〜４５ｗｔ％である請求項１８に記載された触媒コンバーター。
【請求項２１】
上記触媒コーティングの組成は触媒活性成分、助触媒成分と安定剤から構成され、
その中に、上記触媒活性成分はセリウム、ランタン、プラセオジムとネオジムから少なくとも一つ以上の希土類金属が選ばれ、およびパラジウム、プラチナ、ロジウムとルテニウムから少なくとも一つ以上の貴金属が選ばれ、
上記助触媒成分はマンガン、カルシウム、バリウム、マグネシウム、亜鉛とアルミニウムから少なくとも一つ以上の元素が選ばれ、
上記安定剤はジルコニウム、カリウム、ナトリウムとリチウムから少なくとも一つ以上の元素が選ばれることを特徴とする、請求項１８に記載された触媒コンバーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
クロスリファレンス：
本出願は次の中国の特許出願からの優先権を主張する：
２００３年４月２４日に出願し、中国特許出願番号第０３１１４３３４．２号を持っている“移動源自動車排気のマフラー”という特許出願、
２００３年４月３０日に出願し、中国特許出願番号第０３１１４３９９．７号を持っている“自動車排気触媒コンバーター装置”という特許出願、
そして２００３年１２月２６日に出願し、中国特許出願番号第２００３２０１２５３４９．５号を持っている“自動車排気マフラーと浄化装置”という特許出願。
上記のすべて出願はリファレンスとしてここに組み込まれる。
【０００２】
本発明はエンジン排気システム用のマフラー装置、触媒コンバーター装置、およびマフラーと触媒コンバーターの組合せ装置に関するものであり、特に、エンジン排気システム用のマフラー装置、触媒コンバーター装置、およびマフラーと触媒コンバーターの組合せ装置に使われる消音材料および触媒基質としての多孔性金属の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
エンジン排気から環境汚染物の除去およびエンジン騒音の遮断はエンジン排気システムの必要な機能である。現在、自動車のようなエンジンによって作動した機械は、２つの別々な装置で上述機能を行う。触媒コンバーターが環境に有害な汚染物を除去するによって排気を浄化するのに使用されているもので、エンジンの騒音を減らすのにマフラーが使用されている。２つ別々の装置を持って上述２つの機能を行うことはエンジン効率の低下だけでなく、２つ装置の生産と取付け費用の増加によって排気システムの生産費を高めることになる。
【０００４】
通常、触媒コンバーターは、セラミック及び金属を触媒の基質として使用する。蜂巣型セラミック基質は金属基質と比較すると多くの欠点がある。セラミック基質は約１４００℃で柔らかくなるので、一般的に低温で使われる。また、上記セラミック基質の壁はより厚い。セラミック基質の予熱はより遅く、セラミック基質タイプの触媒コンバーターを付けているシステムの排気圧力はより高い。これら理由で、多くの国は金属基質を使用する触媒コンバーターの研究を行なっている。金属基質の壁はセラミック基質壁の厚さのただ四分の一である。その結果、排気圧力は下がり、触媒の付着に使われる基質はより小さく作ることができる。金属基質は効率的に加熱できる。その理由は、金属基質の容量が小さいので、電気で予熱することができる。さらに、金属基質は温度変化に合わせることができる。
【０００５】
既存の自動車排気用触媒コンバーターの金属基質は、主に波形の様々な構造の金属の組合せを使用する。耐熱性および機械的衝撃に対する耐久性が低い。高温では、金属基質の抗酸化能力は不十分であり、それにより装置の寿命に影響を与える。さらに、これらの波形金属基質の比表面積は限られて、触媒担持には吸着容量は不十分であるので、これらの装置の効率は限られる。
【０００６】
現在、自動車排気マフラーシステムは通常抵抗型マフラーを使用する。理由はこれらのシステムが耐久で、排気の流れからの高温、腐食および衝撃に対して対抗できる単純な構造が付いている金属から組み立てられるのである。但し、抵抗型マフラーの消音スペクトルは狭く、低周波数で消音能力はよくなるが、高周波数でより悪くなる。高周波数で音の吸収が弱い弱点を改良し、よりよい結果を達成するため、多段式組合せの構造、例えば、多段式マフラーまたは散逸型と抵抗型の組合せのマフラーは、頻繁に使用されている。これらの装置は複雑で、マフラー生産のために費用を増加する。
【０００７】
アルミナフェルト及びアスベストスフェルトは一般的に使われる消音材料である。それらの材料は高温及び腐食に抵抗でき、表面保護構造がしっかりとなることができる。但し、それらの材料は衝撃、湿気および塵に抵抗容量が低いので耐久性があまりない。それらの材料の消音能力もまた不十分である。従って、それらの材料は現在自動車産業で広く使用されていない。
【０００８】
従って、これらの従来技術の問題を解決するため、排気浄化と消音能力が優れた新たな装置が望ましく、しかも製造することが容易であり、高温、腐食に耐えるとともに、排気流れからの衝撃に対して抵抗力がある装置が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、広い周波数で有効な消音能力を持つマフラーを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、排気からの環境汚染物の取り外しに有効な触媒コンバーターを提供することである。
また、本発明のその他の目的は、広い周波数で有効な消音能力持つ、排気からの環境汚染物の除去に有効なマフラーと触媒コンバーター装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、構造が簡単で、製造が容易で尚且つ安いことを含め、排気流れからの衝撃、腐食と高温に対する耐久性のある長寿命特性を持つマフラー、触媒コンバーター、及びマフラーと触媒コンバーターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、消音材料として使う、及び触媒コンバーターに触媒付着の基質として使う、大きい比表面積を持つ多孔性金属のバッフルの使用に関する。多孔性金属は比表面積が大きいので有効な消音能力を可能にし、有効な排気浄化ために、触媒担持のために大きい表面積を提供できる。消音及び排気浄化のために同じタイプの材料を使用することによって、マフラーと触媒コンバーター装置が別べつに組み立てられるだけでなく、この２つの装置を１つに結合することも可能である。
【００１１】
本発明の装置の利点は広い周波数での消音が有効であり、排気からの環境汚染物の除去効率がよく、工業生産には組み立て、製造しやすく、高温、腐食に耐えるとともに、排気流れからの衝撃に対して抵抗力があることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、好ましい実例を通じて、本発明の前記内容と他の目的、および利点について、詳細に説明する。
本発明は複数の実例で、騒音を消す、吸収する、または減少するため、およびエンジン排気からの環境汚染物の除去によって排気を浄化するための、マフラーおよび触媒コンバーター装置、マフラー、並びに触媒を提供する。この装置に、触媒コーティングの基質としても使える消音材料のバッフルが使用される。排気汚染物の除去と騒音吸収で望ましい結果を達成するために、これらのバッフルは細孔径と気孔密度が事前に決められた多孔性金属から作ることができる。
【００１３】
図１で示されているように、本発明の一つ実例は、両端開け口（入口の開け口と出口の開け口）の金属外殻（２）から構成され、その両端の開け口がそれぞれ取入口管（１）と出口管（４）によって接続される。材料部分、即ちバッフルは外殻の中に置かれる。これらのバッフルは１つか２つの機能を持つ。これらのバッフルは消音材料として働き、また排気浄化ための触媒のコーティング担持の基質としても使用される。バッフルは細孔径と気孔密度が前もって決められた、多数の細孔を持つ多孔性金属から作られる。（１つの計算方法では、孔密度は孔容積と材料総容積の比率である。）消音と排気浄化の最もよい効果を達成するためには、バッフルは異なった材料から作ることができる。少なくともバッフルの一部分が多孔性金属から製造される。これらの多孔性金属の細孔径が５０μｍから１２００μｍの間、孔密度が８０％から９８％の間である。好まれた孔密度は９５％から９８％の間にあり、好まれた細孔径は４００μｍから８００μｍの間にある。触媒（６）のコーティングは多孔性金属材料（３）の表面に付けることができる。また、クッション層（５）は多孔性金属（３）と外殻（２）ボディの間で挿入することができる。マフラーと触媒コンバーター装置のよりよい性能を達成するために、装置の容積、即ちバッフルを含んでいる外殻の容積がエンジンのディスプラスメント容積の０．３から７倍であることは望ましい。
【００１４】
細孔径５０μｍから１２００μｍ、孔密度８０％から９８％の多孔性金属を製造するのに電気めっきが使用されている。基質の表面に薄くて緊密な酸化物層を形成するために、高温酸化、電気化学陽極酸化、熱い有機酸でエッチングし、または他の方法は使用されている。これは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化セリウムのような酸化物層を含む基質と触媒コーティングの間の付着を強めることだけでなく、基質の耐高温酸化の機能を高め、そして触媒の浄化効率と寿命を増加することにもなる。
【００１５】
本発明の実例では、多孔性金属のバッフルは排気流れの方向を横切る面に置くことができ、即ち、バッフルの間にギャップを付け、入口の開け口から出口の開け口に流れ方向にバッフルが置かれる。特に、平面が排気流れ方向とπ／４弧度−π／２弧度の角度で相切する場合（ただし、その表面が外殻の内表面に触れていないこと）、バッフルは排気流れの方向に横切って置くことができる。図３は円柱型外殻の中に置くディスク形状のバッフルを示す。実際には、外殻の形及びバッフルの形は変わることができる。また、近隣バッフルの間および外殻内表面とバッフルの間にギャップを付ける外殻の中に、多数のバッフルが置くことができる。例えば、一例として、３−６個バッフルと４−７個ギャップが形成される場合もある。図７に６つのバッフルと７つのギャップの実例が示される。
【００１６】
バッフルの厚さは、外殻の表面に触れていないバッフルの表面と相切した平面間の平均間隔として測定されることができる。２つ相隣バッフル間のギャップの厚さは、ギャップの表面に触れていない相隣バッフルの表面と相切した平面間の平均間隔として測定することができる。外殻内表面と近隣バッフル間のギャップの厚さは外殻に触れないバッフル表面と相切した平面と外殻の間の平均間隔である。形状可変なバッフルについて、前もって決められた厚み範囲内において、バッフル厚さおよびギャップ厚さが変わり得ることが理解される。図３に示すように、円柱外殻の中に置くディスク形状のバッフルについては、ディスクの厚さは当該バッフルの厚さであるが、同様に置かれる２つバッフル間のギャップの厚さがバッフルの２つ相隣ディスク表面間の間隔である。バッフルと外殻表面間のギャップの厚さは外殻内平ら面とディスクの近隣平面間の間隔である。排気流れの方向と垂直的に置かれるバッフルの実例については、多孔性金属のバッフルの好まれた厚さは１０ｍｍから１００ｍｍの間にあり、ギャップの好まれた厚さは１０ｍｍから１５０ｍｍの間にある。本発明の実例が高い孔密度（８０％−９８％）、大きい細孔径（５０μｍ−１２００μｍ）と高い機械強度の多孔性金属を使用するので、付加的な空気チャネルを加えなくても排気がこの装置を滑らかに貫流することができる。これは多孔性金属で上記実例における望ましい結果を達成するようにする。
【００１７】
２つのバッフルが排気流れに垂直で置かれた実例では、３つのギャップの好ましい比率は１：１〜１０：１〜２。
【００１８】
本発明のもう一つ実例では、多孔性金属のバッフルも排気流れの方向に沿って単層または多層で置くことができ、各多孔性金属層の間および多孔性金属の層と外殻内壁との間でギャップを作る。外殻の内壁に触れていない面が排気流れ方向と０弧度からπ／４弧度間の角度で相切する場合、バッフルが排気流れ方向に沿って置かれる。バッフルも図４と図５に示すように置くことができる。即ち、気流の方向が各多孔性金属（３）バッフル間のギャップおよび外殻（２）と多孔性金属（３）間のギャップに沿う。このような多孔性金属バッフルの構成では、排気圧力がさらに下げられるが、消音力がわずかに減る。多孔性金属も含める、一つまたはそれ以上の消音材料バッフルは、前述の最もよい厚さとギャップサイズで各バッフル間にギャップを付けて、この実例に使われる。前述の多孔性金属バッフルの厚さは１０ｍｍから１００ｍｍの間にあり、そしてギャップの厚さは５ｍｍから２０ｍｍの間にある。
【００１９】
更にもう一つ実例では、螺線形状の多孔性金属バッフルは外殻の中に置くことができる。この実例の一例は図８に示されている。そこで、言われた多孔性金属バッフル３は円柱状外殻２の中に置かれ、排気流れ方向に平行するクッション層（５）があり、そして、多孔性金属バッフルが螺線形状に巻かれて、その断面が排気流れ方向と垂直する。この実例では、多孔性材料の厚さは１ｍｍから５ｍｍの間にある。
【００２０】
マフラー、触媒コンバーター、またはマフラーと触媒コンバーター装置に関する本発明の実例では、前述の多孔性金属、金属または合金は、次のグループから一つ以上の金属が選ばれる。即ち、ニッケル、鉄、またはチタニウム。
【００２１】
マフラー、触媒コンバーター、またはマフラーと触媒コンバーター装置に関する本発明の実例では、前述の多孔性金属はＡとＢ両成分を含める一種の合金であり、成分Ａが多孔性金属の５５ｗｔ％から９５％ｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、ニッケル、鉄、またはチタニウムで、成分Ｂは多孔性金属の５ｗｔ％から４５のｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）および亜鉛（Ｚｎ）である。
【００２２】
マフラーに関する本発明の実例については、前述の多孔性金属はＡとＢ両成分を含める一種の金属合金であり、成分Ａが多孔性金属の５５ｗｔ％から９５％ｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、ニッケル、鉄、またはチタニウムで、成分Ｂは多孔性金属の５ｗｔ％から４５のｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）およびネオジム（Ｎｄ）である。
【００２３】
触媒コンバーターまたはマフラーと触媒コンバーター装置に関する本発明の実例では、触媒コーティングの組成には触媒活性成分、助触媒成分と安定剤が含まれる。触媒活性成分は次の希土類金属から一つ以上が選ばれ、即ち、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）とネオジム（Ｎｄ）であり、および小量の貴金属を用いるが、その貴金属はパラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）とルテニウム（Ｒｕ）から一つ以上が選ばれる。助触媒成分は次のものから一つ以上が選ばれ、即ち、マンガン（Ｍｎ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）とアルミニウム（Ａｌ）である。安定剤は次のものから一つ以上が選ばれ、即ち、ジルコニウム（Ｚｒ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）とリチウム（Ｌｉ）である。
【００２４】
実例での消音と排気浄化の効果は多孔性金属の特性、即ち細孔径と孔密度に非常に依存している。異なった実例についての消音及び排気浄化を検査した結果、次の結論をもたらす。
【００２５】
排気浄化の効果は多孔性金属細孔径のサイズに非常に依存している。細孔径が５０μｍから１２００μｍの間にあるとき、浄化結果はよい。浄化結果は細孔径が４００μｍと８００μｍの間にあるとき最もよい。
【００２６】
また、消音能力は細孔径のサイズに非常に依存している。好まれたパラメータを定めるために、細孔径について７グループの実験は行なわれた。結果は表１で示されている。
【００２７】
【表１】
2006526726.tif 000003
【００２８】
表１は装置の消音係数を示したもので、この係数が細孔径の増加に伴い変化し、まず低い数値から高い数値に上昇して、そして高い数値から低い数値に減少する傾向を示す。最もよい消音効果は２００μｍから１２００μｍの間で得られる。同時に、消音の結果は低周波数より高周波数のほうがよい。
【００２９】
よりよい消音性能、特に低い周波数での消音性能を達成するためには、消音材料バッフルの間にギャップを作り、適度に材料の厚さを増加する方法などが使用される。論理上、ギャップが材料の厚さを増加することに影響を及ぼす。これは毛細管の有効な長さを増加することと同等である。このような方法は材料の使用量の減少、コスト減り、材料の消音性能、特に低い周波数での消音性能の改良などのことをもたらす。消音性能を増進するためには、前もって決定された比率で消音材料（３）と装置（２）外殻の間にギャップを作る。研究では、多孔性材料の厚さが１０ｍｍから１００ｍｍの間、またギャップのサイズは１０ｍｍから１５０ｍｍの間である時、消音能力、特により低い周波数での消音能力が増加することを示した。従って、本発明の実例は広い周波数範囲でよい消音能力がある。本発明のもう一つの実例では、多孔性金属の２つ隣接したバッフル間に３つのギャップが１：１−１０：１−２の比率にあるとき、消音の効果は最もよく、尚且つ浄化の結果は影響を受けていない。
【００３０】
多孔性金属材料の孔密度はかなり触媒の付着する基質の比表面積、浄化と消音特性、および空気抵抗を影響する。一般的に、大きい孔密度では空気抵抗を減らし、消音力を高める利点がある。但し、材料の孔密度が９８％以上に増加すると、多孔性金属の製造は技術上困難で、不経済である。余りにも高い孔密度は排気からの衝撃に対する抵抗機能が低下し、よって多孔性金属の機械強度に悪影響を与える。従って、好まれた多孔性材料の孔密度は８０％〜９０％に限るべきである。
【００３１】
消音材料ギャップの異なるバッフルの孔密度は変わることができる。さらに、各セクション間のギャップのサイズは変わることができる。異なるセクションの孔密度および異なるギャップの厚さを調節することによって、消音能力は広い周波数範囲で高めることができる。
【実施例】
【００３２】
実施例１
本発明のマフラーと触媒コンバーター装置を製造するためには、最初に電気めっきを使って多孔性ニッケル／クロム合金のバッフルを作る。それから、多孔性金属合金上に触媒をコーティングする。最終の装置を形作るために触媒コーティングが付いている多孔性金属のバッフルはクッション層付きの金属外殻に挿入される。
【００３３】
（１）多孔性ニッケル／クロム合金の前処理と制作：
本実施例では、９５％から９８％の孔密度、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ及び４００μｍの細孔径の多孔性ニッケル／クロム合金を電気めっきで製造する。この多孔性金属合金はよい機械強度および柔軟性を持っている。また、密封された細孔がなく、細孔径は均等に配られる。めっきでニッケル／クロム合金を製造する原料と条件は表２に示されている。
【００３４】
【表２】
2006526726.tif 000004
【００３５】
表２にリストした原料は脱イオン水でかき混ぜて完全に溶解され、電解質溶液を作る。そして、ｐＨは約３．５に調整される。めっき層の品質を増進するためには、ドデシルスルフォン酸ナトリウム又はクマリンのような添加物を加える。
【００３６】
不活性なグラファイト（黒鉛）は陽極に使われ、陰極は市販品のスポンジのような多孔性物質を使う。この多孔性物質は一定の細孔径と孔密度を持ち、電気伝導性の物質でコーディングされた。このプロセスで得られる、めっきされた多孔性金属は６０％から９０％のニッケルと１０−４０％のクロムを含んでいる。
【００３７】
多孔性ニッケル／クロム合金は上記されているように製造された後、有機酸で１−５時間で加熱エッチングされ、触媒付着用基質としてマフラーと触媒コンバーター装置に使用される。有機酸での加熱エッチングは多孔性ニッケル／クロム合金の表面に薄くて緻密な酸化層を作る。また、他の方法例えば、高温酸化または電気化学の陽極酸化もこのような酸化物層を作るのに使用されることができる。
【００３８】
（２）触媒コーティングの製作
触媒コーティングの組成は触媒活性成分、助触媒成分と安定剤が含まれる。触媒活性成分は次の希土類金属から少なくとも一つ以上が選ばれ、即ち、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）とネオジム（Ｎｄ）であり、および小量の貴金属を用いるが、次のものから少なくとも一つ以上が選ばれ、即ち、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）とルテニウム（Ｒｕ）である。助触媒成分は次のものから少なくとも一つ以上が選ばれ、即ち、マンガン（Ｍｎ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）とアルミニウム（Ａｌ）である。安定剤は次のものから少なくとも一つ以上が選ばれ、即ち、ジルコニウム（Ｚｒ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）とリチウム（Ｌｉ）である。
【００３９】
本実施例での触媒コーティングは０：３から３：０間の比率でナノメートルのγ−アルミナとナノメートルのジルコニアの混合物を含んでいる。触媒コーティングを製造するためには、一定の比率でアルミナとジルコニア粉末混合物をセリウム塩の飽和溶液に３０℃−８０℃の温度、２−５時間で含浸し、スラリーを作る。その温度で、有機酸で加熱エッチングされた多孔性金属基質は前述のスラリーに２−４時間で浸る。そして、加圧空気または遠心分離機を使って基質から余分なスラリーを取り除く。この多孔性金属基質は４００℃−６００℃、１−８時間で熱加され、そして室温に冷却される。
【００４０】
冷却後、か焼し、有機酸で加熱処理したこの多孔性金属合金基質は可溶性のセリウム塩、ロジウム塩と少量のマンガン塩を含んでいる混合溶液に３０℃−８０℃、２−４時間で含浸される。そして、上記のか焼プロセスを繰り返すことによって、マフラーと触媒コンバーター装置用の触媒のコーティングが得られる。
【００４１】
図１に示しているように、触媒コーティング（６）付きの多孔性金属合金（３）のバッフルを円柱状のステンレス鋼外殻（２）の中にクッション層（５）と一緒に置くことによって、本実施例のマフラーと触媒コンバーター装置が完成される。
【００４２】
実施例２
多孔性ニッケル／クロム金属合金の製造と前処理は実施例１と同じである。
【００４３】
触媒コーティング層を製造するためには、有機酸で前処理され、酸化物層ができた多孔性ニッケル／クロム金属合金の基質を一定比率の可溶性のアルミニウム塩、ジルコニウム塩、セリウム塩とロジウム塩を含んでいる混合物溶液に浸す。含浸の後、余分な溶液を取り除き、前述の混合物が担持された基質を乾燥する。触媒コーティングが付着している多孔性金属合金は４００℃−６００℃、２−６時間で加熱され、そして室温に冷却される。基質表面に多層な酸化物層を作るために、上記のプロセス、即ち、有機酸でのエッチング、含浸、乾燥およびか焼などのプロセスは、触媒コーティングが付着している多孔性金属合金が規定された技術仕様に達するまで繰り返される。
【００４４】
図１に示しているように、触媒コーティング（６）付きの多孔性金属合金（３）を円柱状のステンレス鋼外殻（２）の中にクッション層（５）と一緒に置くことによって、本実施例のマフラーと触媒コンバーター装置が完成される。
【００４５】
実施例３
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び５０μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００４６】
実施例４
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び２００μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００４７】
実施例５
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び６００μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００４８】
実施例６
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び８００μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００４９】
実施例７
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び１０００μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００５０】
実施例８
本実施例では、１．５ｍｍから３．０ｍｍの厚さ、９５％から９８％の孔密度及び１２００μｍの細孔径のニッケル／クロム金属合金が触媒コーティングの基質として使用される。これ以外のマフラーと触媒作用装置の製作プロセスは実施例１と同じである。
【００５１】
上記実施例での装置は自動車に置かれ、排気汚染物に対する転化率が測定された。３０，０００キロメートルをテスト運転した後、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘに対する転化率を測定した結果は表３にリストされている。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
図２は実施例２、３、４、５、６、７および８において、細孔径対転化率のグラフである。図２から分かるように、多孔性ニッケル／クロム合金が触媒基質として使用されるとき、この装置の触媒コンバーターの効率は細孔径に非常に依存している。排気汚染物の転化率は細孔径が５０μｍ−１２００μｍの間にあるときよい。細孔径が４００μｍ−８００μｍの間にある場合、転化率が最もよく、その時ＣＯとＨＣの転化率は９０％以上で、ＮＯｘの転化率が７０％以上である。
【００５４】
実施例９
本実施例では、電気めっきによって製造された多孔性ニッケルから製造されている２つの消音材料バッフルがあり、それらのバッフルが２つのセクションで金属外殻の内部にしっかり止められ、排気流れの方向と垂直に置かれる。多孔性金属と外殻の間に、および異なった多孔性金属バッフルセクションの間にギャップを作る。孔密度は８０％と９８％の間にある。最もよい消音力の結果は孔密度が９５％と９８％の間にあるとき得られる。多孔性金属の細孔径は２００μｍである。多孔性金属の厚さは１０−１００ｍｍの間にあり、そしてギャップの厚さは１０ｍｍ−１５０ｍｍの間にある。電気めっきによって製造される多孔性ニッケルは密封な孔がなく、均等的な間隔で孔が付いている。従って、この材料は高い構造強度と一定な柔軟性がある。
【００５５】
実施例１０
本実施例では、多孔性ニッケルの細孔径は４００μｍである。その以外はすべて実施例９と同じである。
【００５６】
実施例１１
本実施例では、多孔性ニッケルの細孔径は８００μｍである。その以外はすべて実施例９と同じである。
【００５７】
実施例１２
本実施例では、多孔性ニッケルの細孔径は１２００μｍである。その以外はすべて実施例９と同じである。
【００５８】
実施例１３
本実施例では、５５ｗｔ％ニッケルと４５ｗｔ％クロムを含んでいる多孔性ニッケル／クロム合金は２００μｍの細孔径を持っている。それ以外のパラメーターはすべて同じである。多孔性ニッケル／クロムが酸化及び熱腐食に高い抵抗能力で強く、耐久で、本実施例の装置はより長く使用可能で長寿命である。
【００５９】
実施例１４
本実施例では、７５ｗｔ％ニッケルと２５ｗｔ％クロムを含んでいる多孔性ニッケル／クロム合金は２００μｍの細孔径を持っている。それ以外のパラメーターはすべて同じである。
【００６０】
実施例１５
本実施例では、９５ｗｔ％ニッケルと５ｗｔ％クロムを含んでいる多孔性ニッケル／クロム合金は２００μｍの細孔径を持っている。それ以外のパラメーターはすべて同じである。
【００６１】
上記実施例９〜１５の装置は、自動車に置かれ、消音特性が自動車規格騒音測定法（Automobile Standard Noise Measuring Method）（ＧＢ／Ｔ  １４３６５−９３）と自動車加速時の外部騒音限界および試験法（External Noise Limit and Testing Method for Automobile Acceleration）（ＧＢ１４９５−２００２）を使用してテストされた結果、騒音レベルがすべて７６ｄＢ及び７３ｄＢより低く、すべて国家規格より低い。さらに、多孔性金属合金を使用した本発明の実施例装置の使用寿命は単一金属を多孔性金属材料とする場合より長い。
【００６２】
実施例１６
図３は金属外殻（２）を含んでいる本実施例を説明する。外殻（２）の２つの端はそれぞれ取入口管（１）および出口管（４）に接続される。取入口管と出口管はフランジでしっかり止められる。外殻（２）は８０％−９８％の孔密度と５０μｍ−１２００μｍ細孔径の多孔性金属（３）のバッフルを保持する。触媒コーティングは多孔性金属の表面に付着する。多孔性金属バッフルも消音材料（３）であり、排気流れ方向と垂直的に外殻（２）の内部に置かれる。（図３は２つのバッフルを示す。実は、多数バッフルが使用することができる。）消音材料バッフルの間にギャップを作る。バッフルの厚さは１０ｍｍと１００ｍｍの間にある。ギャップの厚さは１０ｍｍと１５０ｍｍの間にある。２つの多孔性材料のバッフルを持っている実施例の場合、３つギャップの厚さの比率は１：５：２である。
【００６３】
前述の多孔性金属材料、金属または合金は、次のグループから少なくとも１種の金属が選ばれ、即ち、ニッケル、鉄またはチタニウム。また、多孔性金属はＡとＢ両成分を含める一種の金属合金でもあり、成分Ａが多孔性金属の５５ｗｔ％から９５％ｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、ニッケル、鉄、またはチタニウムである。成分Ｂは多孔性金属の５ｗｔ％から４５ｗｔ％を占め、次の金属から一つ以上が選ばれ、即ち、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）と亜鉛（Ｚｎ）である。
【００６４】
触媒コーティングの組成は触媒活性成分、助触媒成分と安定剤を含んでいる。触媒活性成分は次の希土類金属から一つ以上が選ばれ、即ち、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）とネオジム（Ｎｄ）であり、および小量の貴金属を含め、その貴金属は次のものから一つ以上が選ばれ、即ち、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）とルテニウム（Ｒｕ）である。助触媒成分は次のものから一つ以上が選ばれ、即ち、マンガン（Ｍｎ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）とアルミニウム（Ａｌ）である。安定剤は次のものから一つ以上が選ばれ、即ち、ジルコニウム（Ｚｒ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）とリチウム（Ｌｉ）である。
【００６５】
実施例１７
図４及び図５に表示しているように、本実施例で、多孔性金属バッフルは触媒コーティングと消音用の基質として排気流れの方向と平行に置かれる。これらの図では１つのバッフルしか示していないが、２つ以上のバッフルを置くこともでき、図５のような横断面から眺めると、バッフルが同心円になっている。ギャップは近隣バッフルの間、及びバッフルと金属外殻（２）表面の間に置かれる。これで排気が直接に装置を貫流するチャネルが作られる。このような構成は排気圧力を減らす。但し、消音能力は実施例１６で示されている装置より下がる。多孔性金属バッフル厚さの最もよい指定値は１０ｍｍと１００ｍｍの間にあり、ギャップの厚さは５ｍｍと２０ｍｍの間にある。
【００６６】
実施例１８
図６で示されているように、金属外殻（２）中にある前部（左の）バッフルは多孔性金属（３）から製造される消音材料であり、背部（右の）バッフル（７）が波形の金属から構成する触媒コーティングのハウジングである。それ以外のパラメーターはすべて実施例１６と同じである。
【００６７】
実施例１９
図７で示されているように、本実施例では触媒（７）が塗られた波形金属のバッフル間に多孔性金属（３）のバッフルが置かれる。バッフル間にギャップがある。それ以外のパラメーターはすべて実施例１６と同じである。
【００６８】
実施例２０
図３で示されているように、本実施例では、外殻に多孔性金属バッフルが２つある。本実施例での触媒コンバーターマフラー装置の容量はエンジンの排気する置換量の５倍である。それ以外のパラメーターはすべて実施例１６と同じである。
【００６９】
実施例２１
図３で示されているように、本実施例では、外殻に多孔性金属バッフルが２つある。本実施例での触媒コンバーターマフラー装置の容量はエンジンの排気する置換量の０．３倍である。それ以外のパラメーターはすべて実施例１６と同じである。
【００７０】
上記実施例１６〜２１の装置は通常のセダン型車に置かれる。車輌運転の状態を政府規格（ＧＢ／Ｔ３８４５−９３）に従ってテストされたところ、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘに対する浄化効率はすべで９５％以上にある。また、実施例１６から２１までの装置について、ヨーロッパの排気テスト規格ＩＩに従ってテストしたところ、ＣＯガス排出量は１．９ｇ／ｋｍ以下で、ＨＣとＮＯｘのトータル排出量は０．４ｇ／ｋｍ以下である。
【００７１】
本発明の実施例の消音の特性は優れ、消音効果を達成するための付加マフラーは必要でない。インサーション損失が２０−３０ｄＢに達するとき、エンジン効率の損失が５％以下で、排気のバック圧力は１５Ｋｐａ以下である。
【００７２】
本発明は好ましい実施例について記述されているが、本発明はこれに限定されるものではないことを理解すべきである。むしろ、本発明が次のクレームによって反映される最も広い原理で理解され、解釈されるということが発明者の主張である。
【００７３】
従って、これらのクレームは一体化にして理解され、ここに記述されている好ましい実施例だけでなく、当技術領域の普通の技術者がやりだすほかの改造と修正のすべてのケースも含めることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は本発明のマフラー及び触媒コンバーター装置の実例の断面図である。
【図２】図２は多孔性金属で加工され、さらに触媒が塗られた金属基質を使用する本発明のそれぞれ実例において触媒転換率対細孔径のグラフである。
【図３】図３は消音材料及び触媒コーティングの基質とする多孔性金属を使用する本発明の一つ実例の構造図である。
【図４】図４は消音材料及び触媒コーティングの基質とする多孔性金属を使用する本発明のもう一つ実例の構造図である。
【図５】図５は図４の構造図を“Ａ”の方向から見るように図４実例の構造図である。
【図６】図６は本発明のマフラーと触媒コンバーター装置の実例の構造図である。
【図７】図７は本発明のマフラーと触媒コンバーター装置の実例のもう一つの構造図である。
【図８】図８は本発明のマフラーと触媒コンバーター装置の実例の其他の構造図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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