JPS59150948A - 燃焼機関用部品 - Google Patents

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】 （１）発明の技術分野 本発明は燃焼機関用部品、特に表面を触媒化したそうし
た部品に係る。

（２）従来技術と問題点 内燃機関の燃焼改善、排気ガス浄化を目的として、触媒
の使用が広く検討、実、施されている。その一つとして
、燃焼系部品１例えばピスト、ンヘッド、バルブ、シリ
ンダライナ（上部）、シリンダヘッド、ディーゼルチャ
ンバー、グロープラク。

あるいは排気系部品、例えばエキゾーストボート。

エキゾーストマニホールド、０２センサ、エキゾースト
パイプ、エキゾーストパイプ、などの表面を触媒化する
ものがある。

そして、従来の表面触媒化技術としては、イ）部品表面
に触媒金属を直接コートするもの二口）部品表面を触媒
担体化し、それに触媒を担持するもの： があるが、（イ）の方法では二部品の表面に直接触媒金
属を担持するので、使用中に高温の排気ガスにさらされ
ると部品表面が酸化や腐食して担持した触媒金属を覆っ
てしまったり、燃焼生成物で触媒金属が覆われたり、触
媒金属と反応したりして触媒効果が早期に失なわれてし
まう〇一方、（ロ）の方法では、部品表面の酸化、腐食
の問題は担体層の存在によりほぼ解消されるが、燃焼生
成物の影響は低減されるものの、触媒金属が表面に集中
しているので燃焼生成物との反応などを充分に解消でき
るものとは言えない０ 次に、触媒金属の担持方法としては、 ｉ）触媒金属塩を塗布、焼成する方法：ｈ）触媒金属を
スパッタリング、めっきなどで担持する方法； が行なわれているが１両手法ともに、担持の際に部品全
体を炉や槽に入れて処理する必要があり、一般的に部品
のうち触媒化したい部位は少ないので非常に効率が悪く
、高コストや低生産性につながる。又、触媒化部品以外
の部品“に触媒化工程の悪影響、例えば、前処理による
腐食、焼成による歪や変質が生じることが多い。

（３）発明の目的 本発明は、以上の如き従来技術の現状に鑑み、燃焼機関
用燃焼、排気系部品の表面を触媒化するに当り、そうし
た部品の触媒耐久性全向上せしめるとともに、生産性、
コストヲ改善することを目的とする。

（４）　　発明の目的 そして、上記目的を達成する本発明は、燃焼機関用燃焼
、排気系部品の表面の触媒１ヒ必要部分に、触媒金属を
担持した耐熱セラミック粉末を溶射して触媒層を形成す
ることを特徴とする。

本発明の適用対象である燃焼機関の燃焼系部品としては
ピストンヘッド、バルブ、シリンダヘッド（上部）、シ
リンダヘッド、ディーゼルチャンドアグロープラグなど
、排気系部品としてはエキゾーストボート、エキゾース
トスニホールド、０□センサ、エキゾーストハイプ、エ
キゾーストマフラなどがあり、これらの材質は一般に鋼
、鋳鉄。

アルミ合金、セラミックなどであるが特に限定されるも
のではない。

本発明に用いる溶射材料は、第１図に示す如く、耐熱セ
ラミック粉末２−１の表面に触媒金属２−２を担持した
ものである。耐熱セラミック粉末としては、Ａ’２０３
　ｓ　Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ、ＺｒＯ２（安定化剤として
のＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯなどを含む）などが使用で
き、その粒度は通常の溶射用粉末の粒度と同一でよく、
通常１００メツシコ以下のものを用いる。触媒金属とし
ては、一般に触媒として使用されているものを使用でき
る。例えば、白金。

パラジウム、ロジウムなどの単味または合金その他があ
る。触媒金属の担持量は耐熱セラミック粉末の重量の０
．５〜５％が適轟である。このような溶射材料を、第２
図の如く、燃焼機関の部品の触媒化を欲する部分１に溶
射して触媒層２を形成する。触媒層は１層厚２０〜３０
０μｍ、気孔率０．５〜２０係、細孔径０．０１〜１０
μｍの程度にすることが適轟であり、好ましい。

本発明の燃焼機関用部品を製造するに当っては、溶射前
の部品表面を洗浄（脱脂）、ブラスティングなど通常の
前処理工程を経た後、触媒金属をコーティングした耐熱
セラミック粉末を溶射する。

好ましくはプラズマ溶射法、ガス粉末式溶射法で溶射す
ゐ。又、耐熱セラミック粉末に触媒金属を溶射する方法
としては、例えば、イ）触媒金属（合金）の塩化物溶液
に耐熱セラミック粉末を入れ、攪拌、浸漬後、乾燥、焼
成する二口）耐熱セラミック粉末にγ−アルミナをコー
ティングし、更にイ）で触媒金属をコーティングする；
またはハ）電気めっき法によりコーティングする０尚、
以上は部品基材１に直接に触媒金属上コーティングした
耐熱セラミック粉末を溶射したが、第３図に示す如く、
部品基材１上に先ずアンダーコー）＃３’を形成（溶射
）後に、触媒金属をコーティングした耐熱セラミック粉
末を溶射してもよい。これは、基材１と触媒溶射層２と
の密着性が悪い場合とか、それらの間の熱膨張率の差が
大きい場合、基材１の耐熱、耐食性が弱い場合などに有
利である。アンダーコー）１のｉ科としては、モリブデ
ン、　Ｎｉ　−Ｃｒ　、　Ｎｉ　−ＡＩ　、　Ｎｉ　−
Ｃｒ−Ａｊ２゜Ｎｉ　−Ｃｒ　−Ａｊ？　−Ｙ　、　Ｃ
ｏ−Ｃｒ　−Ａｅ−Ｙなどがよく使用される。

（５）発明の実施例 実施例１ 厚さ０．３−の５ＵＳ３１０Ｓステンレススチール板を
長軸中８馴、短軸巾３關、刻み巾０．８　ｒｒｍのメタ
ルクスに７ＩＯヱシたものを用い、これをトリクレン蒸
気浴にて脱脂し、両面に６０番の焼成アルミナｔ　５　
ｋｇ　／　ｃｒｔｉの圧力でプラストした。次にこの基
材の上に８ＯＮｉ−２０Ｃｒ合金粉末ｔ（粘匿１０μｍ
〜１５０μ雇）をプラズマ溶射法により約３０μｍの厚
さに溶射した。更にこの上から２チの白金をコーティン
グしたアルミナ粉末（１０〜８０μ）＝１＝プラズマ溶
射法により約５０μ訃の厚さに溶射した。

次いでこれを径３０Ｍ、厚さ５０ｍｍに巻き成形した。

なお、アルミナ粉末への白金コーティングはジニトロジ
アミン白金［、Ｐ　ｔ　（ＮＨ８）２　（Ｎｏ□）２〕
溶液にアルミナ粉末を浸漬し、乾燥した後５００℃の温
度で３０分焼成するという工程で行なった。

参考例１ プラス）ｔでは実施例１と同様の方法で行ない、メタル
ラスの単位表面積当り実施例１と同量の白金をスパッタ
リングによりコーティングし、実施例１と同様に巻き成
形した○ 参考例２ 白金をコーティングしないアルミナ粉末全溶射する以外
は実施例１と同様の巻き成形品を得た。

この後、実施例１でアルミナ粉末へコーティングしたと
同様な方法で実施例１と同量の白金を巻き成形品に担持
した。

担持後、断面のｐｔ担持深さｆｔＥＰＭＡにて測定した
結果、約１０μｍの深さであった。

実施例２ 実施例１及び参考例１，２で作成した触媒巻き成形品を
用いて、ミニリアクターにより触媒油性の評価を行なっ
た。

評価条件は次の通りである。

入ガス量：ｉｏｚ／分　（Ｓ、Ｖ、値１７０００Ｈｒ−
’）入ガス組成：　Ｃ３ＨＢ　　２００　ｐｐｍＣ３Ｈ
６ｇ　００　ｐｐｍ Ｃ０１ｑｂ ＣＯ２１０チ ０□　　　２チ Ｈ２０１０係 Ｎ２Ｂａ１ａｎｃｅ 大ガス温度：１５０〜４５０℃（連続変化ンこの結果を
表１に示す（新品）。

次にこの触媒’１１９８８ｃｃのガソリン機関の排気管
内に装着し、９００　Ｈｒ運転した（燃料：オクタン価
９３の無鉛ガソリン）。運転中の触媒入口温度は４００
〜６７０℃、空燃比は１３．５〜２０．５であった。運
転終了後、触媒を取り出して前述のミニリアクタ評価を
行なった結果を表１に示す。

以下余白 参考例１の触媒は運転後のＸ線マイクロアナライザーに
よる表面観察では燃焼成虫物と基材表面の酸化、腐食に
より白金が見当らなかった。

参考例２の触媒では、触媒表面より約２０μｍの深さま
でイオウ、リンなどの侵入が見られた。

（実施例１も同様） 実施例３ 実施例１と同じミニ９アクタ−を用い、今度はガス回路
全閉じて、ノルマルセタン（ｎ−Ｃ，６Ｈ３４）を注入
し、触媒床温度を２０〜１０００℃まで上昇させた場合
の燃焼温度（理論ＣＯ□発生量の８０係−を発生する温
度）を求めた。この結果を＠２表に示す。

以上の説明から明らかな通り、本発明により、従来より
触媒の耐久性が高くかつ生産性も高いガソリンエンジン
やディーゼルエンジン等の燃焼または排気系触媒化部品
が提供され、排気浄化や燃焼性の向上に寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する溶射粉末の模式断面図、第２
図は本発明の触媒化部品の部分の模式断面図、第３図は
本発明の別の触媒化部品の部分の模式断面図である。 １・・・・・・部品基材、２・・・・・・触媒層、２−
１・・・・・・耐熱セラミック粉末、２−２・・・・・
・触媒金属、３・・・・・・アンダーコート層。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　宮　木　　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　古　賀　哲　次 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼機関用燃焼系または排気系部品の所要部分に、
   触媒金属を担持した耐熱セラミック粉末を溶射して成る
   触媒層を有することを特徴とする燃焼機関用部品。