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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung
eines Abgasreinigungsfilters und insbesondere auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters zum Auffangen von Partikeln,
die in Abgasen enthalten sind, die von Verbrennungsmotoren, wie
etwa einem Dieselmotor oder ähnlichem, abgegeben werden,
um dadurch Abgase zu reinigen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Im
Stand der Technik ist vordem ein Abgasreinigungsfilter als ein effektives
Gerät zum Einfangen von Teilchen, die im Abgas eines Verbrennungsmotors,
wie etwa eines Dieselmotors oder ähnlichem, ausgestoßen
werden, um dadurch das Abgas zu reinigen, bekannt gewesen.
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Der
Abgasreinigungsfilter umfasst einen Wabenstrukturkörper,
der aus einem Grundmaterial hergestellt ist, der mehrere poröse
Trennwände, die in einer Wabenstruktur mit einer großen
Anzahl von Zellen gebildet sind, aufweist, wie im
japanischen Patent Veröffentlichungsnummer
8-73274 offenbart. Im Allgemeinen haben die Zellen stromabwärtige
Enden, die Einlassstromdurchflüsse zum Einführen
eines Stromes von Abgasen bilden, und stromaufwärtige Enden,
die Auslassstromdurchflüsse zum Ausstoßen des
Stromes von Abgasen bilden, der durch die porösen Trennwände
geht, wobei die Einlassstromdurchflüsse und die Auslassstromdurchflüsse durch
verstopfte Abschnitte abgedichtet sind.
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Wenn
Abgase unter Verwenden des Abgasreinigungsfilters gereinigt werden,
dringen zu den Einlassdurchflusswegen zugeführte Abgase
durch die porösen Trennwände, um sich in die Auslassdurchflusswege,
die mit den benachbarten Zellen begrenzt sind, zu bewegen. Wenn
dies passiert, fängt eine große Anzahl von feinen
Poren, die in jeder der porösen Trennwände gebildet
sind, in dem Strom des Abgases vorhandene Partikel ein, um so selbigen
zu reinigen. Mit auf den Trennwänden geträgerten
Katalysatoren erfolgt zusätzlich eine katalytische Reaktion,
um die eingefangenen Partikel zur Entfernung zu zersetzen.
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Bei
der Herstellung des Wabenstrukturkörpers, der eine Rolle
als ein Grundmaterial für den Abgasreinigungsfilter spielt,
wird ein keramisches Material, zu dem Kohlenstoff als ein porenbildendes
Material zugegeben wurde, extrusionsgeformt, um einen Wabenpresskörper
herzustellen, der getrocknet und dann gebrannt wird. Während
des Brennens werden die Kohlenstoffatome abgebrannt, wodurch die
porösen Trennwände mit einem gewünschten
Porositätsverhältnis gebildet werden.
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Wenn
der Wabenpresskörper mit den organischen Substanzen, wie
etwa Kohlenstoff und Bindemittel oder ähnliches, die als
das porenbildende Material dienen, gebrannt wird, erfolgt allerdings
eine Reaktion von organischen Substanzen mit einer resultierenden
Reaktionswärme (Verbrennungswärme). Insbesondere,
wenn eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit erhöht wird,
erfolgt eine schnelle Reaktion der organischen Substanzen, was verursacht, dass
sich eine signifikante Verbrennungswärme entwickelt. Dies
führt zu einer lokalen Temperaturerhöhung oder ähnlichem.
Dies verursacht, dass eine thermische Belastung in dem Wabenpresskörper
auftritt, was verursacht, dass ein Problem mit dem Auftreten von
Defekten, wie etwa Brennrisse oder ähnliches, aufkommt.
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Um
solch ein Problem anzugehen, hat das Herstellungsverfahren des Stands
der Technik den Wabenpresskörper in einem vorgegebenen
Temperaturbereich gebrannt, um die organischen Substanzen, wie etwa
Kohlenstoff und Bindemittel oder ähnliches, zu verbrennen.
In solch einem vorgegebenen Temperaturbereich wurde eine Ofentemperatur
zeitweilig beibehalten und stufenweise erhöht, um stufenweise
die organischen Substanzen zu verbrennen. Allerdings resultiert
solch ein Brennverfahren in einer Erhöhung der Brenndauer
mit dem Auftreten einer Abnahme der Produktivität.
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Es
war gewünscht, ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
bereitzustellen, das die Brenndauer verkürzen kann, um
eine verbesserte Produktivität bereitzustellen, während
das Unterdrücken des Auftretens von Defekten, die beim Brennen
verursacht werden, ermöglicht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde fertig gestellt, im Hinblick die obigen
Probleme anzugehen, und hat eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines
Abgasreinigungsfilters bereitzustellen, das die Brenndauer mit einer
Erhöhung der Produktivität verkürzen
kann, während es ermöglicht wird, das Auftreten
von Defekten, die während des Brennens verursacht werden,
zu unterdrücken.
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Um
die obige Aufgabe zu erreichen, stellt ein Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters bereit,
der aus einem Wabenstrukturkörper zusammengesetzt ist,
der aus Cordierit hergestellt ist und mehrere sich axial erstreckende
poröse Trennwände aufweist, die in einer Wabenstruktur
gebildet sind, um eine große Anzahl von sich axial erstreckenden
Zellen zu definieren, der Stirnseiten hat, die jeweils mit ersten
Zellenden und zweiten Zellenden in einem Schachbrettmuster gebildet
sind, wobei die ersten Zellenden, die auf einer Stirnseite des Wabenstrukturkörpers
gebildet sind, geöffnet sind, um jeweils Abgaseinlasswege
in stromaufwärtigen Bereichen zu bilden, um Ströme
von Abgasen einzuführen, und die ersten Zellenden, die
auf der anderen Stirnseite des Wabenstrukturkörpers gebildet
sind, geöffnet sind, um jeweils Abgasauslasswege in stromabwärtigen Bereichen
zu bilden, um die Ströme von Abgasen auszustoßen,
wohingegen die auf beiden Stirnseiten gebildeten zweiten Zellenden
mit zugestopften Abschnitten gebildet sind, wobei das Verfahren
gekennzeichnet ist durch: Extrusionsformen eines keramischen Materials,
das ein Cordierit-ergebendes Ausgangsmaterial enthält,
um den Wabenpresskörper zu bilden; Trocknen des Wabenpresskörpers;
ein- oder mehrmaliges Brennen des Wabenpresskörpers in
einem Ofen; und Verstopfen der zweiten Zellenden des Wabenpresskörpers
mit einer verstopfenden Aufschlämmung in einer Stufe vor
dem Schritt des Brennens oder inmitten des Schritts des Brennens;
wobei während eines erstmaligen Brennens im Schritt des Brennens
dem Ofen eine begrenzte Menge an Sauerstoff zugeführt wird,
zumindest für eine Zeitspanne, in der die organischen Substanzen,
die in dem Wabenpresskörper enthalten sind, anfangen sich
zu zersetzen und die Zersetzung der organischen Substanzen beendet
sein soll.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters der vorliegenden
Erfindung, wie oben dargelegt, werden der Schritt des Extrusionsformens,
der Schritt des Trocknens, der Schritt des Brennens und der Schritt
des Verstopfens ausgeführt. Während des erstmaligen
Brennens im Schritt des Brennens wird dem Ofen eine begrenzte Menge an
Sauerstoff zugeführt, zumindest für eine Zeitspanne,
in der die organischen Substanzen, die in dem Wabenpresskörper
enthalten sind, anfangen sich zu zersetzen und die Zersetzung der
organischen Substanzen beendet sein soll. Das heißt, bei
dem erstmaligen Brennen des Wabenpresskörpers wird der Ofen
in der Atmosphäre in dem Sauerstoffmangelzustand gehalten,
der niedriger ist als der des normalen Zustands, zumindest für
eine Dauer, in der die organischen Substanzen verbrannt werden.
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Hier
wird beim erstmaligen Brennen des Wabenpresskörpers das
Brennen durchgeführt, bei dem der Wabenpresskörper
in einem Zustand, in dem er organische Substanzen, wie etwa Kohlenstoff
oder ähnliches, enthält, die als ein Bindemittel
oder ein Porenbildungsmittel dienen, bei welchem die organischen
Substanzen zur Entfernung verbrannt werden. Dies ermöglicht
einer Reaktionswärme (Verbrennungswärme), die
aus einer Zersetzungsreaktion resultiert, wenn die organischen Substanzen
verbrannt werden, niedriger zu sein, als die, die auftritt, wenn der
Wabenpresskörper in dem Ofen unter einem Normalsauerstoffzustand
ohne eine Begrenzung der Menge eines Sauerstoffzufuhrzustands gebrannt wird.
Zusätzlich ermöglicht eine verringerte Menge an
für die Zersetzungsreaktion benötigtem Sauerstoff,
dass die Zersetzungsreaktion an sich schrittweise verläuft.
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Dies
ermöglicht, das erstmalige Brennen des Wabenpresskörpers
mit einer Fähigkeit eines stabilen Verbrennens und Entfernens
der organischen Substanzen, die in dem Wabenpresskörper
enthalten sind, auszuführen. Dies unterdrückt
das Auftreten einer schnellen Verbrennung der organischen Substanzen
und einer resultierenden bemerkenswerten Verbrennungswärme.
Zusätzlich verhindert dies, dass wesentliche thermische
Belastungen in dem Wabenpresskörper auftreten, wodurch
die Unterdrückung von Brennrissen oder ähnlichem
ermöglicht wird.
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Aufgrund
einer Fähigkeit eines stabilen Verbrennens der organischen
Substanzen ermöglicht das Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung des Weiteren, dass die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
größer ist als die des Herstellungsverfahrens
des Stands der Technik. Dies ermöglicht eine Verringerung
der Brenndauer mit einer resultierenden Erhöhung der Produktivität.
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Demnach
ermöglicht das Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
der vorliegenden Erfindung ein Verkürzen der Brenndauer
mit einer resultierenden Erhöhung der Produktivität,
während die Unterdrückung von Defekten, die während des
Brennens verursacht werden würden, ermöglicht wird.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
während des erstmaligen Brennens in dem Schritt des Brennens
der Ofen bevorzugt eine Sauerstoffkonzentration mit einem Wert von
weniger als 8% haben, zumindest für die Zeitspanne, in
der die organischen Substanzen, die in dem Wabenpresskörper
enthalten sind, anfangen sich zu zersetzen und die Zersetzung der
organischen Substanzen beendet sein soll.
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Wenn
die Sauerstoffkonzentration des Ofens einen Wert von größer
8% überschreitet, können die organischen Substanzen,
die in dem Wabenpresskörper enthalten sind, während
des erstmaligen Brennens stabil verbrannt werden.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
der Schritt des Brennens bevorzugt einen ersten Brennschritt des
Kalzinierens des Wabenpresskörpers, bevor der Schritt des
Verstopfens durchgeführt wird, und einen zweiten Brennschritt
des vollständigen Brennens des Wabenpresskörpers
bei einer höheren Brenntemperatur als eine Brenntemperatur,
bei der der erste Brennschritt des Kalzinierens durchgeführt
wird, umfassen, um dadurch zu ermöglich, dass die zugestopften
Abschnitte in den zweiten Zellenden gebildet werden.
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In
diesem Fall wird der Wabenpresskörper bei dem ersten Brennschritt
kalziniert, um eine Festigkeit bis zu einem gewissen Ausmaß aufzuweisen. Folglich
kann die Handhabungseigenschaft des Wabenpresskörpers angemessen
sichergestellt werden, mit einer resultierenden Leichtigkeit eines
Anordnens einer verstopfenden Aufschlämmung auf die Stirnseiten
des Wabenpresskörpers.
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In
dem zweiten Brennschritt wird der Wabenpresskörper des
Weiteren vollständig bei einer höheren Temperatur
als die, bei der das Kalzinieren durchgeführt wird, gebrannt.
Dies ermöglicht es, dass Kenndaten, wie etwa, zum Beispiel,
ein Wärmeausdehnungskoeffizient und ein durchschnittlicher
Porendurchmesser oder ähnliches, des Wabenpresskörpers
abgestimmt werden können, wodurch es diesen Faktoren ermöglicht
wird, in den gewünschten Werten zu liegen.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
der Schritt des Brennens bevorzugt umfassen: einen ersten Brennschritt
des vollständigen Brennens des Wabenpresskörpers,
bevor der Schritt des Verstopfens durchgeführt wird; und
nach dem Schritt des Verstopfens einen zweiten Brennschritt des
Kalzinierens des Wabenpresskörpers bei einer niedrigeren
Brenntemperatur als eine Brenntemperatur, bei der der erste Brennschritt
des vollständigen Brennens durchgeführt wird,
um es dadurch zu ermöglichen, dass die zweiten Zellenden mit
den zugestopften Abschnitten gebildet werden.
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In
diesem Fall wird das vollständige Brennen in dem ersten
Brennschritt durchgeführt, wodurch es dem Wabenpresskörper
ermöglicht wird, eine Festigkeit in einem gewissen Ausmaß aufzuweisen.
Folglich kann der Wabenpresskörper eine ausreichende Handhabungseigenschaft
während des Schritts des Verstopfens in einem nachfolgenden
Schritt aufweisen. Daher kann die verstopfende Aufschlämmung einfach
auf dem Wabenpresskörper an dessen beiden Stirnseiten angeordnet
werden.
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Außerdem
ermöglicht das vollständige Brennen in dem ersten
Brennschritt eine dimensionale Änderung, die durch das
Brennen verursacht wird, fertig gestellt zu werden. Dementsprechend
kann der zweite Brennschritt durchgeführt werden, um die
zugestopften Abschnitte auf dem Wabenpresskörper in einer
hohen Präzision zu bilden.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
der Schritt des Brennens bevorzugt nur einen ersten Brennschritt
des vollständigen Brennens des Wabenpresskörpers,
nachdem der Schritt des Zustopfens durchgeführt wurde,
umfassen, um die zugestopften Abschnitte in den zweiten Zellenden
zu bilden.
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In
diesem Fall wird das Brennen in dem ersten Brennschritt nur einmal
durchgeführt, was zu einer Fähigkeit, gleichzeitig
den Wabenpresskörper und die verstopfende Aufschlämmung
zu brennen, führt. Dies ermöglicht, dass der Wabenpresskörper und
die zugestopften Abschnitte einheitlich zur gleichen Zeit gebildet
werden.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
der Schritt des Kalzinierens in dem Schritt des Brennens bevorzugt
bei einer sich von 1300 bis 1400°C erstreckenden Brenntemperatur
durchgeführt werden.
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Mit
dem Kalzinieren, das bei einer Brenntemperatur von weniger als 1300°C
durchgeführt wird, gibt es eine Befürchtung einer
Unfähigkeit, den Wabenpresskörper angemessen in
einer Cordieritstruktur geformt zu erhalten. Unterdessen, wenn die
Kalzinierungstemperatur 1400°C überschreitet,
dann erhöht sich eine Brenndauer um eine Zeit, die benötigt wird,
um die Kalzinierungstemperatur auf eine solch hohe Temperatur anzuheben,
was in einer Verschlechterung der Produktivität resultiert.
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Dementsprechend
kann der Schritt des Kalzinierens in dem Schritt des Brennens bevorzugt
bei einer sich von 1380 bis 1400°C erstreckenden Brenntemperatur
durchgeführt werden.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters kann
der Schritt des vollständigen Brennens in dem Schritt des
Brennens bevorzugt bei einer sich von 1400 bis 1450°C erstreckenden Brenntemperatur
durchgeführt werden.
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Mit
der Brenntemperatur in dem Schritt des vollständigen Brennens,
die so erniedrigt ist, dass sie niedriger als 1400°C ist,
gibt es eine Befürchtung einer Unfähigkeit, den
Wabenpresskörper vollständig in einer Cordieritstruktur
geformt zu erhalten. Unterdessen, wenn die Temperatur beim vollständigen Brennen
1450°C überschreitet, dann wird die Brenntemperatur
größer als ein Schmelzpunkt von Cordierit, das
einen Hauptbestandteil des Wabenpresskörpers bildet, was
in einem Schmelzschaden des Wabenpresskörpers resultiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Abgasreinigungsfilter zeigt,
an den ein Herstellungsverfahren einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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2 ist
eine veranschaulichende Schnittansicht, die den Abgasreinigungsfilter
zeigt, der in 1 gezeigt ist.
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3 ist
eine veranschaulichende Ansicht, die einen Brennofen zeigt, der
in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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4 ist
eine veranschaulichende Ansicht, die eine Struktur einer Entfettungszone
zeigt, die einen Teil des in 3 gezeigten
Brennofens bildet.
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5 ist
eine veranschaulichende Ansicht, die ein Brennmuster zeigt, das
in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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6 ist
eine veranschaulichende Ansicht, die die Beziehung zwischen einem
Fehleranteil und einer Sauerstoffkonzentration zeigt.
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7A und 7B sind
veranschaulichende Ansichten, die jeweils eine Temperatur eines
Wabenpresskörpers und eine Zeit zeigen.
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GENAUE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im
Detail ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung so
auszulegen, dass sie nicht durch solch eine nachstehend beschriebene
Ausführungsform beschränkt ist, und technische
Konzepte der vorliegenden Erfindung können in Kombination
mit anderen bekannten Techniken oder den anderen Techniken, die äquivalente
Funktionen zu solch bekannten Techniken aufweisen, umgesetzt werden.
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(Ausführungsform)
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail
ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters einer
Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, enthält
ein Abgasreinigungsfilter 1, der durch das Herstellungsverfahren
der vorliegenden Ausführungsform hergestellt werden soll,
einen Wabenstrukturkörper 10. Der Wabenstrukturkörper 10 enthält
mehrere sich axial erstreckende poröse Trennwände 11,
die in einer Wabenstruktur gebildet sind, um eine große
Anzahl von sich axial erstreckenden Zellen 12 zu begrenzen, wobei
jede im Querschnitt eine quadratische Form hat. Der Wabenstrukturkörper 10,
der aus einer Keramik, die als Hauptbestandteil Cordierit enthält,
hergestellt ist, ist in einer zylindrischen Form geformt.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, hat der Wabenstrukturkörper 10 Stirnseiten 10a, 10b.
Die Stirnseite 10a hat erste und zweite Zellenden 11a, 11b in einem
Schachbrettmuster gebildet. Genauso hat die Stirnseite 10b erste
und zweite Zellenden 11c, 11d in einem Schachbrettmuster
gebildet. Die Zellen 12, die mit den ersten Zellenden 11a an
der Stirnseite 10a des Wabenstrukturkörpers 10 gebildet
sind, sind geöffnet, um Abgaseinlassöffnungsstromdurchgänge 121 zu
bilden, die Ströme von Abgasen G einführen, deren
stromabwärtige Enden mit den zweiten Zellenden 11b gebildet
werden, die mit zugestopften Abschnitten 13 verschlossen
sind. Die Zellen 12, die mit den zweiten Zellenden 11b gebildet
sind, sind mit zugestopften Abschnitten 13 auf der Stirnseite 10a des Wabenstrukturkörpers 10 verschlossen,
um Abgasauslassöffnungsstromdurchgänge 122 zu
bilden, deren stromabwärtige Enden für das Ausstoßen
der Ströme von Abgasen G nach außen sind. Mit
der vorliegenden Ausführungsform sind die zugestopften Abschnitte 13 auf
jeweils beiden Stirnseiten 10a, 10b des Wabenstrukturkörpers 10 angeordnet,
um es den benachbarten Zellen 12 zu ermöglichen,
Abgaseinlassöffnungsstromdurchgänge 121 und
Abgasauslassöffnungsstromdurchgänge 122 an
abwechselnden Positionen zu bilden. Wie von den beiden Stirnseiten 10a, 10b des
Wabenstrukturkörpers 10 aus gesehen, sind die
zugestopften Abschnitte 13 in jeder zweiten Zelle in einer
Längsrichtung und einer Querrichtung beabstandet, d. h.,
in einem sogenannten Schachbrettmuster.
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Bei
der Herstellung des Abgasreinigungsfilters wird ein tonartiges keramisches
Material hergestellt und ein Wabenpresskörper wird durch
Extrusionsformen (in einem Extrusionsformschritt) gebildet. Anschließend
wird der resultierende Wabenpresskörper getrocknet (in
einem Trocknungsschritt). Danach wird der resultierende getrocknete
Wabenpresskörper in eine verstopfende Aufschlämmung
(in einem Verstopfungsschritt) eingetaucht, um eine verstopfende
Aufschlämmung jeweils auf beiden Stirnseiten des kalzinierten
Wabenpresskörpers 10 in einem Schachbrettmuster
anzuordnen. Anschließend wird der mit einer verstopfenden
Aufschlämmung verstopfte Wabenpresskörper 10 in
einem vorgegebenen Brennmuster gebrannt, dadurch wird der Wabenpresskörper
mit der Bildung der verstopften Abschnitte (in einem Brennschritt)
hergestellt.
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Nachstehend
wird das Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters der
vorliegenden Ausführungsform im Detail im Folgenden beschrieben.
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Zuerst
wird ein Cordierit-ergebendes Ausgangsmaterial hergestellt, das
eine Zusammensetzung mit einem Hauptbestandteil an Cordierit enthielt,
zusammengesetzt aus Kaolin, gebranntem Siliziumoxid, Aluminiumhydroxid,
Aluminiumoxid und Talg, gemischt in einer chemischen Zusammensetzung
von 45 bis 55 Gew.-% SiO2, 33 bis 42 Gew.-% Al2O3 und 12 bis 18
Gew.-% MgO. Das Cordierit-ergebende Ausgangsmaterial wurde mit Wasser
gemischt und Methylcellulose wurde als ein organisches Bindemittel
zu der resultierenden Mischung zugegeben. In diesem Fall wurde die
zugegebene Menge des organischen Bindemittels auf einen Wert von
3 bis 10 Gew.-% pro 100 Gew.-% des Cordierit-ergebenden Ausgangsmaterials
festgesetzt. Zusätzlich werden organische Bestandteile,
wie etwa Kohlenstoff, das als ein porenbildendes Material dient,
und Schmiermittel bildet oder ähnliches, zu der resultierenden
Mischung zugegeben, worauf die resultierende Mischung geknetet wurde,
um ein tonartiges, keramisches Material zu erhalten.
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Als
nächstes wurde das tonartige, keramische Material zum Extrusionsformen
zu einer Extrusionsmaschine zugeführt, dadurch wurde ein
extrudierter Wabenkörper gebildet. Der extrudierte Wabenkörper
wurde dann in eine vorgegebene Länge geschnitten, dadurch
wurden Wabenpresskörper erhalten. Jeder der Wabenpresskörper
hatte im Wesentlichen die gleiche Form wie die der endgültigen Wabenpresskörper.
Insbesondere hatte jeder der Wabenpresskörper in einer
Wabenstruktur gebildete Trennwände, und eine Vielzahl von
Zellen, die durch die Trennwände aufgeteilt wurden und
sich axial in der Form von Durchgangslöchern erstreckten.
In dieser Ausführungsform war das tonartige, keramische Material
in dem Wabenpresskörper jeweils mit einem Durchmesser von
160 mm, einer Länge von 100 mm, einer Trennwanddicke von
0,3 mm und einer Zellanzahl von 300 Maschen geformt. Es soll so
ausgelegt werden, dass solch eine Größe ein Abmessungsbeispiel
darstellt und, wenn gewünscht, auf andere Größen
angewandt werden kann.
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Als
nächstes wurden die Wabenpresskörper getrocknet.
Dann wurden die beiden Stirnseiten der Wabenpresskörper
mit verstopfender Aufschlämmung, die verstopfende Abschnitte
bildet, an abwechselnd verteilten Positionen an jeder zweiten Zelle
in Längs- und Querrichtungen, d. h. in Schachbrettmustern,
gebildet.
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Danach
wurden die Wabenpresskörper in einem Brennofen 2 gebrannt,
wie in 3 gezeigt.
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Wie
in 3 gezeigt, enthält der in der vorliegenden
Ausführungsform verwendete Brennofen 2 einen Durchlaufofen
(Tunnelofen), der eine Vielzahl von Verarbeitungszonen umfasst,
durch die Brenngegenstände (Wabenpresskörper 100),
die auf Transportern 29 mit Rädern angeordnet
sind, befördert und gebrannt werden. Der Brennofen 2 enthält eine
Entfettungszone 21, eine Brennzone 22 und eine
Abkühlzone 23, in dieser Reihenfolge angeordnet,
wobei jede Zone so strukturiert ist, dass sie in einer Temperatur
gesteuert werden soll.
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Wie
in 4 gezeigt, enthält die Entfettungszone 21 weiter
einen zweiten Verbrennungsofen 31 und eine Vielzahl an
Brennern 32, die in einer Struktur gebildet sind, um eine
Sauerstoffkonzentration in der Entfettungszone 21 des Ofens 2 anzupassen.
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Insbesondere
ist eine Sammelleitung C1 mit einem Ende an die Entfettungszone 21 an
deren stromabwärtigen Seite verbunden und ein zweites Ende
ist mit einer Einlassöffnung des sekundären Verbrennungsofens 31 verbunden,
dessen Ausgangsöffnung mit einem Hauptgebläse
B0 verbunden ist.
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Daher
wird ein Strom von Verbrennungsgasen, die unverbrannte, organische
Substanzen enthalten, durch die Sammelleitung C1 zur Sammlung zu
dem sekundären Verbrennungsofen 31 durch die Wirkung
des Hauptgebläses B0 zugeführt, dessen Auslassöffnung
mit einem Durchzugskamin 50, den Brennern 32 und
den Gebläsen B1 bis B3 verbunden ist. Gesammelte Verbrennungsgase
werden in dem sekundären Verbrennungsofen 31 verbrannt
und dann zu den Brennern 32 zugeführt, zur Verbrennung mit
einem Luft/Treibstoffverhältnis, das nach den vorgegebenen
Temperaturen gesteuert wird. Daher werden gesammelte Verbrennungsgase,
die nach den vorgegebenen Temperaturen gesteuert werden, mit Abluft
mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration, die von dem sekundären
Verbrennungsofen 31 zugeführt wird, vermischt,
um eine Abluftmischung zu bilden. Die Abluftmischung wird dem Ofen 2 bei
einer gegebenen Flussrate durch die Gebläse B1 bis B3 zugeführt.
Daher wird ein in Temperatur- und Sauerstoffkonzentrationen geregelter
Strom von heißer Luft in die Entfettungszone 21 eingespeist.
Der Rest der der Entfettungszone 21 eingespeisten heißen Luft
wird durch die Sammelleitung C1 in dem sekundären Verbrennungsofen 31 zirkuliert,
und auf eine Temperatur von 650°C erwärmt. Danach
wird ein Teil der heißen Luft bei einer vorgegebenen Flussrate
zu der Entfettungszone 21 des Ofens 2 durch die
Gebläse B1 bis B3 zugeführt, um mit der Ofenabluft
vermischt zu werden. Die Sauerstoffkonzentration der Entfettungszone 21 des
Ofens wird zu jeder Zeit überwacht und die Sauerstoffkonzentration
der Entfettungszone 21 wird mit einer Regelungstechnik
mit einem Mischungsverhältnis und einem Luft-/Treibstoffverhältnis
gesteuert.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform wurde des Weiteren
das Brennen mit einem in 5 gezeigten Brennmuster E durchgeführt.
Mit dem Ofen 2 wurde insbesondere die Temperatur des Entfettungsofens 21 von
einer Raumtemperatur zu einer Brenntemperatur von 1400°C
mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 100°C/h
erhöht. Wenn dies geschieht, werden die organischen Substanzen, die
in den Wabenpresskörpern 100 enthalten sind, zur
Entfernung verbrannt. Die Sauerstoffkonzentration des Ofens wurde
angepasst, um in dem Entfettungsofen 21 bei einem Wert
kleiner als 2% zu liegen, mit einer verbleibenden Ofenatmosphäre
in einem noch sauerstoffärmeren Zustand als der des Normalzustands.
Die Brenntemperatur wurde in dem Entfettungsofen 21 für
4 Stunden bei 1400°C beibehalten. Danach wurden die Wabenpresskörper 100 durch
die Brennzone 22 zu der Abkühlzone 23 überführt,
in der die Wabenpresskörper 100 auf die Raumtemperatur abgekühlt
wurden, worauf das Brennen beendet war. Die benötigte Gesamtzeit
für das Brennen war 29 Stunden.
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Mit
den verschiedenen Schritten, die in einer wie oben ausgeführten
Weise ergriffen wurden, wurden die Abgasreinigungsfilter 1 hergestellt,
wobei jeder den Wabenpresskörper 10, der die mit
den verstopften Abschnitten 13 gebildeten Stirnseiten aufweist,
enthält, wie in 1 gezeigt.
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Als
nächstes wurden die Abgasreinigungsfilter unter Verwendung
eines Herstellungsverfahrens des Stands der Technik als Vergleichsbeispiele
hergestellt. Bei der Herstellung der Abgasreinigungsfilter der Vergleichsbeispiele
wurde das Brennen mit einem in 5 gezeigten
Brennmuster C durchgeführt. Das heißt, mit dem
Ofen 2 wurde die Temperatur des Entfettungsofens 21 in
Stufen erhöht, enthaltend: ein erste Stufe, in dem die
Temperatur in 3 Stunden von einer Raumtemperatur auf eine Temperatur
von 160°C erhöht wurde; ein zweite Stufe, in der die
Temperatur in 24 Stunden von der Temperatur von 160°C auf
eine Temperatur von 650°C erhöht wurde; und ein
dritte Stufe, in der die Temperatur in 15 Stunden von der Temperatur
von 650°C auf eine Temperatur von 1400°C erhöht
wurde. Des Weiteren wurde die Sauerstoffkonzentration des Ofens
nicht eingestellt, und die Ofenatmosphäre verblieb in einem
Normalzustand (mit einer Sauerstoffkonzentration von 16%) in der
Entfettungszone 21 des Ofens 2. Die Brenntemperatur
wurde in der Brennzone 22 für 4 Stunden bei 1400°C
beibehalten. Danach wurden die Wabenpresskörper 100 von
der Brennzone 22 in die Abkühlzone 23 überführt,
in der die Wabenpresskörper 100 auf die Raumtemperatur
abkühlten, worauf das Brennen beendet war. Die benötigte
Gesamtdauer für das Brennen war 57 Stunden.
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Andere
Schritte wurden auf die gleiche Weise wie die anderen Schritte der
oben erwähnten vorliegenden Erfindung durchgeführt.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 der
vorliegenden Ausführungsform hat verglichen mit denen der
Vergleichsbeispiele vorteilhafte Effekte, die im Folgenden beschrieben
werden.
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Mit
dem Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 der
vorliegenden Ausführungsform wurde der Brennschritt unter
Steuerung der Flussrate von Sauerstoff durchgeführt, der
dem Ofen 2 in einem Zeitraum zugeführt wurde,
in der die in dem Wabenpresskörper 10 enthaltenen
organischen Substanzen anfingen zersetzt zu werden und die organischen
Substanzen zur Entfernung vollständig verbrannt waren.
Das heißt, der Wabenpresskörper 100 wurde
in dem Entfettungsofen 21 des Brennofens 2 einem
ersten Brennschritt unterzogen, in dem die Temperatur von der Raumtemperatur
zu der Brenntemperatur von 1400°C erhöht wurde,
mit der Ofenatmosphäre, die auf einen weiteren Sauerstoffmangelzustand
gesetzt wurde, als der des Normalzustands.
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In
dem Brennschritt wurde hier der Wabenpresskörper 100 gebrannt,
wobei die organischen Substanzen, wie etwa Kohlenstoff oder ähnliches,
die als das Bindemittel und porenbildendes Material zur Entfernung
fungierten, verbrannt wurden. Während eines solchen Brennens,
wie die vorliegende Ausführungsform, wurden die organischen
Substanzen zur Entfernung verbrannt, mit der Ofenatmosphäre,
die in einem Sauerstoffmangelzustand gehalten wurde. Dies resultiert
in einer geringeren Reaktionstemperatur (Verbrennungswärme),
die aus einer Zersetzungsreaktion resultiert, wenn die organischen
Substanzen verbrannt wurden, als diejenige, die auftrat, wenn das
Brennen bei einem normalen Sauerstoffzustand durchgeführt
wurde. Zusätzlich wird die benötigte Sauerstoffzufuhrmenge
für die Zersetzungsreaktion verringert, was bewirkt, dass
die Zersetzungsreaktion an sich in einer langsamen Geschwindigkeit abläuft.
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Daher
ermöglicht der Brennschritt der vorliegenden Ausführungsform
den organischen Substanzen, die in dem Wabenpresskörper 100 enthalten sind,
zur Entfernung stabil verbrannt zu werden. Dies unterdrückt
eine schnelle Verbrennung der organischen Substanzen und das Auftreten
der resultierenden Verbrennungswärme. Außerdem
unterdrückt dies das Auftreten von Brennrissen, die durch
große thermische Belastung verursacht werden, in dem Wabenpresskörper 100 aufzutreten.
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Mit
den in dem Wabenpresskörper 100 enthaltenen organischen
Substanzen, denen ermöglicht wird stabil zu verbrennen,
kann die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung in der vorliegenden
Ausführungsform in einem größeren Wert
erhöht werden, als diejenigen der Vergleichsbeispiele.
Mit der veranschaulichten Ausführungsform war eine tatsächlich benötigte
Gesamtzeit zum Fertigstellen des Brennens 29 Stunden, im Gegensatz
zu der in den Vergleichsbeispielen benötigten Gesamtzeit
von 57 Stunden, dadurch wird es ermöglicht, die Brenndauer bemerkenswert
zu verkürzen.
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Daher
kann mit dem Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters
der vorliegenden Ausführungsform die Brenndauer signifikant
verkürzt werden, mit einer resultierenden Erhöhung
der Produktivität, wobei das Auftreten von in dem Brennschritt
verursachten Defekten unterdrückt wird.
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(Erster Bewertungstest)
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Ein
Bewertungstest ist durchgeführt worden, um einen Fehleranteil
der Abgasreinigungsfilter 1 mit der Sauerstoffkonzentration,
die in der Entfettungszone 21 des Brennofens 2 variiert
wurde, zu überprüfen.
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In
diesem Bewertungstest wurden die Abgasreinigungsfilter 1 mit
der Sauerstoffkonzentration, die in der Entfettungszone 21 des
Verbrennungsofens 2 in einem Wert variiert wurden, der
sich von 2 bis 16% erstreckt, hergestellt. Insbesondere wurden die
Wabenpresskörper 100, jeder mit der gleichen Größe
wie diejenigen, die in der oben erwähnten veranschaulichten
Ausführungsform hergestellt wurden, eingesetzt und dem
Brennschritt unterzogen, in dem gleichen Brennmuster, wie das Brennmuster
E der veranschaulichten Ausführungsform. In dem Brennschritt
wurden die Sauerstoffkonzentrationen auf Niveaus von 2%, 5%, 8%,
12% und 16% eingestellt, für Temperaturen, die sich von
der Raumtemperatur bis zu einer Temperatur von 500°C erstreckten.
Nachdem die Temperatur auf die Temperatur oberhalb von 500°C
erhöht wurde, wurde jede der Sauerstoffkonzentrationen
zusätzlich auf einen Wert von 9% eingestellt. Fehler, wie
etwa Brennrisse oder ähnliches, der resultierenden Abgasreinigungsfilter 1 wurden
in einer Sichtprüfung beobachtet, um einen Fehleranteil, basierend
auf einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens, zu erhalten. Das Ergebnis
ist in 6 gezeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einem in der
Ordinate aufgetragenen Fehleranteil (%) und einer auf der Abszisse
aufgetragenen Sauerstoffkonzentration (%) bei Temperaturen, die
sich von Raumtemperatur bis 500°C erstrecken, darstellt.
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Wie
in dem Diagramm von 6 gezeigt, markiert der Fehleranteil
bei der Sauerstoffkonzentration, die bei einem Wert von 16% gehalten
wird, einen Wert von 100%, und er markiert bei der Sauerstoffkonzentration,
die bei einem Wert von 12% gehalten wird, einen Wert von ungefähr
10%. Zusätzlich liegt der Fehleranteil bei den Sauerstoffkonzentrationen
von 2%, 5% und 8% bei einem Wert von nahezu 0% und keine Fehleranteile
wurden beobachtet.
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Aus
solchen Ergebnissen hat sich herausgestellt, dass ein Durchführen
des Brennens des Wabenpresskörpers 100 mit der
in einem Sauerstoffmangelzustand gehaltenen Ofenatmosphäre,
den in dem Wabenpresskörper 100 enthaltenen organischen
Substanzen ermöglicht, zur Entfernung verbrannt zu werden,
um dadurch zu verursachen, dass die organischen Substanzen zur Entfernung
stabil verbrannt werden. Insbesondere ermöglicht ein Auswählen
der Sauerstoffkonzentration, dass sie einen Wert von weniger als
8% aufweist, eine weitere Unterdrückung einer schnellen
Verbrennung und ein resultierendes Auftreten einer bemerkenswerten Verbrennungswärme.
Dies minimiert das Auftreten von Fehlern, wie etwa Brennrisse oder ähnliches,
die in dem Wabenpresskörper 100 verursacht werden.
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(Zweiter Bewertungstest)
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Als
Nächstes wurde ein zweiter Bewertungstest durchgeführt,
um Innen-Außen-Temperaturen des Wabenpresskörpers 100 zu
prüfen, mit dem Brennen, das nach Verändern der
Sauerstoffkonzentration in der Entfettungszone 21 des Brennofens 2 durchgeführt
wurde.
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In
dem zweiten Bewertungstest wurde die Sauerstoffkonzentration in
der Entfettungszone 21 des Brennofens 2 auf Werte
eingestellt von 2% oder 16%, bei denen der Wabenpresskörper 100 gebrannt wurde.
Insbesondere hatte der Wabenpresskörper 100 die
gleiche Struktur wie diejenige, die in der veranschaulichten Ausführungsform
verwendet wurden und der Brennschritt wurde mit dem gleichen Brennmuster
E wie das in dem veranschaulichenden Beispiel verwendete durchgeführt.
Die Sauerstoffkonzentration in der Entfettungszone 21 des
Brennofens 2 wurde auf die Werte von 2% oder 16% eingestellt. Danach
wurden die Temperaturen bei einem mittleren Abschnitt und einem äußeren
Umfangsabschnitt des Wabenpresskörpers 100 und
die Ofeninnentemperatur. unter Verwendung eines Thermoelements aus
Platin gemessen. Die Ergebnisse sind in 7A und 7B gezeigt.
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7A und 7B sind
Ansichten, die Diagramme zeigen, die das Verhältnis zwischen
einer Temperatur der Entfettungszone 21 und einer verstrichenen
Zeit bei den Sauerstoffkonzentrationen, die auf Werte von 2% bzw.
16% eingestellt sind, darstellen. In 7A und 7B ist
die Temperatur (°C) in einer Ordinate aufgetragen und die
Zeit ist auf der Abszisse aufgetragen. Des Weiteren stellen Bezugszeichen „S1", „S2"
und „S3" eine Temperatur des Wabenpresskörpers 100 in
dessen Mitte, eine Temperatur des Wabenpresskörpers bei
dessen äußeren Umfangsabschnitt bzw. die Ofeninnentemperatur
dar.
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Wie
aus den 7A und 7B ersichtlich wird,
trat mit der Entfettungszone 21, die bei einer Sauerstoffkonzentration
von 16% gehalten wird, ein Unterschied in einer Temperatur zwischen
den inneren und äußeren Bereichen des Wabenpresskörpers auf,
wohingegen die Entfettungszone 21, die bei einer Sauerstoffkonzentration
von 2% gehalten wird, fast kein Unterschied in einer Temperatur
zwischen den inneren und äußeren Bereichen des
Wabenpresskörpers beobachtet wurde.
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Als
Ergebnis eines solchen Bewertungstests hat sich herausgestellt,
dass durch Brennen des Wabenpresskörpers 100 mit
der Ofenatmosphäre, die in einem Sauerstoffmangelzustand
gehalten wird, um es den in dem Wabenpresskörper 100 enthaltenen organischen
Substanzen zu ermöglichen, zur Entfernung verbrannt zu
werden, die organischen Substanzen stabil zur Entfernung verbrannt
werden können. Des Weiteren wird gefolgert, dass das Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung die schnelle Verbrennung der organischen
Substanzen unterdrückt, um das Auftreten von lokalen Temperaturerhöhungen
in dem Wabenpresskörper 100 zu minimieren.
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Während
die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
im Detail beschrieben wurden, wird von den Fachmännern
anerkannt, dass verschiedenen Modifikationen und Alternativen zu
diesen Details im Lichte der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt
werden könnten.
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Dementsprechend
sind die besonderen offenbarten Anordnungen nur als veranschaulichend beabsichtigt
und nicht begrenzt auf den Umfang der vorliegenden Erfindung, dem
die volle Breite der folgenden Ansprüche und aller derer Äquivalente
gegeben werden soll.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters wird offenbart,
enthaltend Schritte eines Extrusionsformens eines keramischen Materials, in
der Form eines Cordierit-ergebenden Ausgangsmaterials, in einen
Wabenpresskörper, der poröse Zellwände
aufweist, die mehrere Zellen definieren, Trocknen des Wabenpresskörpers,
Brennen des getrockneten Wabenpresskörpers und Zustopfen
von vorgegebenen Zellenden des Wabenpresskörpers mit einer
zustopfenden Aufschlämmung, wobei bei einem erstmaligen
Brennen im Schritt des Brennens einem Ofen eine begrenzte Menge
Sauerstoff zugeführt wird, zumindest für eine
Zeitspanne, in der in dem Wabenpresskörper enthaltene organische
Substanzen anfangen, sich zu zersetzen, und die Zersetzung beendet
sein soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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