DE102008042372A1

DE102008042372A1 - Abgasreinigungsfilter

Info

Publication number: DE102008042372A1
Application number: DE102008042372A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Murata; Makoto Kariya Saito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2009-04-23
Also published as: JP2009095827A; JP4706744B2

Abstract

Eine Wabenstruktur (2) in einem Abgasreinigungsfilter (1) weist eine Vielzahl Zellen (4) auf, die aus Einlass- und Auslasszellen (41, 42) bestehen. Jede Zelle (4) ist durch poröse Zellenwände (3) unterteilt. Pfropfenteile (5) sind in einem Ende jeder Einlasszelle (41) an einer stromaufwärtigen Seite eines Abgases (G) ausgebildet und in einem Ende jeder Auslasszelle (42) an einer stromabwärtigen Seite ausgebildet. Die Wabenstruktur (2) erfüllt eine Beziehung D1 < D2, wo D1 beziehungsweise D2 hydraulische Durchmesser jeder Einlasszelle (41) und jeder Auslasszelle (42) an einem Querschnitt rechtwinklig zu einer Längsrichtung der Wabenstruktur (2) bezeichnen. Die Wabenstruktur (2) erfüllt außerdem eine Beziehung ΣS1 > ΣS2, wo ΣS1 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen (41) bezeichnet und ΣS2 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen (42) bezeichnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasreinigungsfilter, der in der Lage ist, Partikelbestandteile (PM) zu fangen oder festzuhalten, die in einem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine wie zum Beispiel einer Dieselmaschine abgegeben wird, um das Abgas zu reinigen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Abgasreinigungsfilter, der in der Lage ist, Partikelbestandteile (PM) zu fangen oder festzuhalten, die in einem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine wie zum Beispiel einer Dieselmaschine abgegeben wird, um das Abgas zu reinigen, sind gut bekannt.
Ein derartiger Abgasreinigungsfilter besteht aus einer Wabenstruktur als Grundmaterial (oder als Grundteil). Eine Vielzahl von Zellen ist in einer Wabenanordnung in der Wabenstruktur ausgebildet.
Jede Zelle ist durch poröse Trennwände (oder Zellenwände) unterteilt. Jede Zelle ist in der Wabenstruktur entlang deren Längsrichtung ausgebildet. Die Zellen sind in zwei Gruppen, eine Einlasszellengruppe, die Einlasszellen aufweist und eine Auslasszellengruppe, die Auslasszellen aufweist, unterteilt. Ein Endteil von sowohl der Einlass- wie auch der Auslasszellengruppen ist durch ein Pfropfenteil verstopft oder abgedichtet. Das Abgas wird durch die Einlasszellen in die Wabenstruktur in dem Abgasreinigungsfilter eingebracht, und tritt dann durch die porösen Trennwände zwischen den Einlasszellen und den Auslasszellen durch. Das Abgas tritt durch die Auslasszellen durch und wird zuletzt an der Außenseite des Abgasreinigungsfilters abgegeben.
Das Abgas wird durch die porösen Trennwände gereinigt. Wenn das Abgas durch die porösen Trennwände durchtritt, werden Partikelbestandteile (PM), die in dem Abgas enthalten sind, in der Oberfläche der Poren gefangen oder festgehalten, die in den porösen Trennwänden ausgebildet sind. Das gereinigte Abgas wird durch die Auslasszellen zu der Außenseite des Abgasreinigungsfilters abgegeben.
Die PM, die durch die Poren in den porösen Trennwänden gefangen wurden, werden jeden regelmäßigen Zeitabstand verbrannt, um die Reinigungsfunktion des Abgasreinigungsfilters zu regenerieren.
Eine Vielzahl von Techniken zum Regenerieren der Reinigungsfunktion des Abgasreinigungsfilters wurde vorgeschlagen und breit eingesetzt.
Ein bekannter Abgasreinigungsfilter weist im Allgemeinen eine Struktur auf, in der die Einlasszelle und die Auslasszelle die gleiche Form und die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Jedoch erhöht eine derartige bekannte Struktur des bekannten Abgasreinigungsfilters plötzlich einen Druckverlust gemäß dem Anstieg der gesammelten Menge der PM, die durch die Trennwände (oder Zellenwände) gefangen wurden. Dies verschlechtert die Reinigungsfunktion des bekannten Abgasreinigungsfilters. Danach verbleiben PM, die nicht während der Regeneration verbrannt werden, als Asche, nachdem der Verbrennungsschritt in der Regeneration beendet wurde. Diese verbleibende Asche wird in den Trennwänden angesammelt, so dass der Druckverlust weiter erhöht wird.
Es ist schwierig, diese Asche zu entfernen, die in den Trennwänden des bekannten Abgasreinigungsfilters verbleibt. Eine lange dauernde Verwendung des Abgasreinigungsfilters verursacht verschiedene Probleme.
Um die zuvor erwähnten Missstände zu überwinden, die in dem bekannten Abgasreinigungsfilter mit der bekannten Struktur vorhanden sind, hat die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. JP 2005-125 237 als bekannte Technik eine verbesserte Struktur vorgeschlagen, in der eine Querschnittsfläche jeder Einlasszelle unterschiedlich zu der jeder Auslasszelle ist. Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. JP 2005-270 969 als andere bekannte Technik hat eine Struktur vorgeschlagen, in der eine gesamte Querschnittsfläche der Einlasszellen größer als die der Auslasszellen ist. Jedoch können diese bekannten Techniken einen Anstieg des Druckverlusts, der in dem Abgasreinigungsfilter während dessen Verwendung erzeugt wird, nicht geeignet unterdrücken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasreinigungsfilter bereitzustellen, der eine Wabenstruktur aufweist, und der in der Lage ist, einen Anstieg eines Druckverlusts in seinem Anfangszustand und während dessen Verwendung zu unterdrücken.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Abgasreinigungsfilter (1) bereit, der in seinem Inneren eine Wabenstruktur (2) aufweist. Die Wabenstruktur (2) weist eine Vielzahl Zellen (41, 42) auf. Jede Zelle (41, 42) ist durch eine Vielzahl poröser Zellenwänden (3) unterteilt. Die porösen Zellenwände (3) sind in einer Wabenform angeordnet. In der Wabenstruktur (2) sind die Zellen (41, 42) in Einlasszellen (41) und Auslasszellen (42) unterteilt. Ein Abgas (G), das von einer Brennkraftmaschine wie zum Beispiel einer Dieselmaschine abgegeben wird, wird durch die Einlasszellen (41) in die Wabenstruktur (2) eingebracht. Das Abgas (G) tritt dann durch die Zellenwände (3) durch, und tritt durch die Auslasszellen (3) durch. Das Abgas (G) wird schließlich zu der Außenseite des Abgasreinigungsfilters (1) abgegeben, der die Wabenstruktur (2) aufweist. Ein Pfropfenteil ist in einem Endteil von jeder Einlasszelle (41) an einer stromabwärtigen Seite des Abgases (G) ausgebildet. Andererseits ist ein Pfropfenteil in einem Endteil von jeder Auslasszelle (42) an einer stromaufwärtigen Seite des Abgases (G) ausgebildet. Insbesondere erfüllt die Wabenstruktur (2) in dem Abgasreinigungsfilter (1) gemäß der vorliegenden Erfindung eine Beziehung D1 < D2 und eine Beziehung ΣS1 > ΣS2, worin D1 einen hydraulischen Durchmesser jeder Einlasszelle (41) bezeichnet und D2 einen hydraulischen Durchmesser jeder Auslasszelle (42) bezeichnet in einem Querschnitt, der rechtwinklig zur Längsrichtung der Wabenstruktur (2) liegt, ΣS1 eine Summe der Querschnittsflächen der Einlasszellen (41) bezeichnet, und ΣS2 eine Summe der Querschnittsflächen der Auslasszellen (42) bezeichnet.
Der Abgasreinigungsfilter (1) gemäß der vorliegenden Erfindung führt das Abgas (G) durch die stromaufwärtige Seite der Einlasszellen (41) durch. Partikelbestandteile (PM), die in dem Abgas (G) enthalten sind, werden in den porösen Zellenwänden (3) gefangen und angesammelt, während das Abgas (G) durch die porösen Zellenwände (3) durchtritt. Das Abgas (G), das gereinigt wurde, wird dann durch die Auslasszellen (42) zu der Außenseite des Abgasreinigungsfilters (1) abgegeben.
Die Wabenstruktur (2) in dem Abgasreinigungsfilter (1) weist die Beziehung D1 < D2 auf, wo D1 den hydraulischen Durchmesser jeder Einlasszelle (41) bezeichnet und D2 den hydraulischen Durchmesser jeder Auslasszelle (42) in einem Querschnitt bezeichnet, der rechtwinklig zur Längsrichtung der Wabenstruktur (2) liegt. Allgemein ist der Reibungskoeffizient eines Rohrs umso geringer, desto größer der hydraulische Durchmesser eines Rohrs ansteigt. Es ist entsprechend möglich, eher den Druckverlust der Auslasszellen (42) relativ zu senken als den Druckverlust der Einlasszellen (41), indem eher der hydraulische Durchmesser D2 jeder Auslasszelle (42) erhöht wird als der hydraulische Durchmesser D1 jeder Einlasszelle (41). Es ist dabei möglich, einen Unterschied des Druckverlusts zwischen der Einlasszelle (41) und der Auslasszelle (42) zu erhöhen, wenn eher der hydraulische Durchmesser D2 der Auslasszelle (42) ansteigt als der hydraulische Durchmesser D1 der Einlasszelle (41). Dies erhöht außerdem die Strömungsgeschwindigkeit (oder die Durchdringungsströmungsgeschwindigkeit) des Abgases (G), das durch die Zellenwände (3) durchtritt. Als Ergebnis ist es möglich, einen kleinen Druckverlust des Abgasreinigungsfilters (1) in dessen Anfangszustand zu realisieren.
Darüber hinaus wird der Druckverlust von sowohl der Einlasszelle (41) wie auch der Auslasszelle (42) erhöht, desto mehr die Position in der Einlass- und Auslasszelle (41, 42) sich der stromaufwärtigen Seite nähert (an der Einlassseite des Abgases (G) der Wabenstruktur (2)). Und darüber hinaus weist der Abgasreinigungsfilter (1) eine Charakteristik auf, den Unterschied des Druckverlusts zwischen den Einlasszellen (41) und den Auslasszellen (42) zu erhöhen, wenn die Position zu der stromaufwärtigen Seite der Zellen (41, 42) verschoben wird.
Die Wabenstruktur (2) in dem Abgasreinigungsfilter (1) gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass der hydraulische Durchmesser D2 der Auslasszelle (42) größer als der hydraulische Durchmesser T1 der Einlasszelle (41) ist. Es ist daher möglich, den Unterschied des Druckverlusts zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der Wabenstruktur (2) zu erhöhen, und insbesondere ist es möglich, den Unterschied des Druckverlusts an der stromaufwärtigen Seite der Wabenstruktur (2) zu erhöhen. Die Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Durchdringungsströmungsgeschwindigkeit des Abgases (G) an der stromaufwärtigen Seite der Wabenstruktur (2).
Obwohl PM einfach an der stromaufwärtigen Seite in den Einlasszellen (41) angesammelt werden, senkt die Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein die angesammelte Menge der PM an der stromaufwärtigen Seite der Einlasszellen (41) im Vergleich zu einer bekannten Wabenstruktur, in der die Einlasszellen und die Auslasszellen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.
Da außerdem die Wabenstruktur (2) in dem Abgasreinigungsfilter (1) gemäß der vorliegenden Erfindung einen Unterschied (oder einen Mangel an Gleichförmigkeit entfernen kann) der gesammelten Menge der PM entlang der Längsrichtung der Wabenstruktur (2) glätten kann, ist es möglich, die Wabenstruktur (2) zu verwenden, um eine maximale Reduktion der Menge des Druckverlusts zu realisieren.
Wenn außerdem der Abgasreinigungsfilter (1) durch das Verbrennen desselben regeneriert wird, um die angesammelten PM von Zellenwänden (3) zu entfernen, verbleiben PM, die nicht geeignet verbrannt wurden, als Aschen in dem Abgasreinigungsfilter (1). Die Aschen sammeln sich hauptsächlich an der stromabwärtigen Seite der Einlasszellen (41) an (nämlich an dem verstopften Endteil jeder Einlasszelle (41), das angrenzend an die Öffnungsseite der Auslasszelle (42) liegt). Dies senkt die Fläche (oder eine Durchdringungsfläche) der Zellenwände (3), durch die das Abgas (G) durchtritt, und erhöht dabei den Druckverlust der Wabenstruktur (2).
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, der durch die angesammelten Aschen in den Einlasszellen (41) verursacht wird, weist die Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf, in der die Gesamtsumme ΣS1 der Querschnittsflächen der Einlasszellen (41) größer als die Gesamtsumme ΣS2 der Querschnittsflächen der Auslasszellen (42) ist.
Es ist dabei möglich, eher die Gesamtsumme der Querschnittsflächen der Einlasszellen (41) relativ zu erhöhen als die der Auslasszellen (42), und dabei möglich, die gesammelte Menge der Aschen entlang der Längsrichtung der Einlasszellen (41) zu verringern. Als Ergebnis unterdrückt die Struktur der Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung den Anstieg des Druckverlusts des Abgasreinigungsfilters (1) während der Verwendung des Abgasreinigungsfilters (1).
Der Abgasreinigungsfilter (1), der die Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, erfüllt die Beziehung D1 < D2, worin D1 der hydraulische Durchmesser jeder Einlasszelle (41) ist, und D2 der hydraulische Durchmesser jeder Auslasszelle (42) ist, und erfüllt außerdem die Beziehung ΣS1 > ΣS2, wo ΣS1 die Gesamtsumme der Querschnittsflächen der Einlasszellen (41) ist, und ΣS2 die Gesamtsumme der Querschnittsflächen der Auslasszellen (42) ist. Es ist dabei für die vorliegende Erfindung möglich, den Abgasreinigungsfilter (1) bereitzustellen, der eine Wabenstruktur (2) aufweist, die in der Lage ist, einen Anstieg eines Druckverlusts in dem Anfangszustand und während der Verwendung wirkungsvoll zu unterdrücken.
In der Wabenstruktur (2) des Abgasreinigungsfilters (1) gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet der hydraulische Durchmesser jeder Einlasszelle einen äquivalenten hydraulischen Durchmesser. Mit anderen Worten bezeichnet der hydraulische Durchmesser durch die Beschreibung der vorliegenden Erfindung den Durchmesser eines zylindrischen Rohrs, das die gleiche Querschnittsfläche einer Zielzelle (Einlass- und Auslasszellen) aufweist. Im Allgemeinen wird der äquivalente hydraulische Durchmesser R durch R = 4a/b ausgedrückt, worin „a" eine Querschnittsfläche einer Zielzelle (oder eines -durchtritts) ist, und „b" eine Länge eines äußeren Umfangs eines Querschnitts der Zielzelle (oder des -durchtritts) ist.
Der Druckverlust in dem Anfangszustand des Abgasreinigungsfilters ist ein Druckverlust eines Durchtritts ohne PM und Aschen.
In dem Abgasreinigungsfilter (1) gemäß einem anderem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Wabenstruktur (2) eine Beziehung K > 1,5 erfüllt, wenn die Beziehung zwischen D1 und D2 unter Verwendung von K·D1 < D2 ausgedrückt ist (K ist eine Konstante), und die Wabenstruktur (2) außerdem eine Beziehung zwischen ΣS1 und ΣS2 erfüllt, das durch L > 1 ausgedrückt ist, wenn ΣS1 > L·ΣS2 verwendet wird (L ist eine Konstante).
Wenn K ≤ 1,5 besteht eine Möglichkeit, den Unterschied des Druckverlusts zwischen den Einlasszellen (41) und den Auslasszellen (42) geeignet zu erhöhen, und es ist dabei schwierig, die Durchdringungsströmungsgeschwindigkeit des Abgases (G) zu erhöhen. Der Fall (K ≤ 1,5) verursacht eine Möglichkeit, den Druckverlust des Abgasreinigungsfilters (1) in seinem Anfangszustand, in dem keine PM und keine Aschen in den Einlasszellen (41) angesammelt sind, geeignet zu senken.
Wenn andererseits L ≤ 1, ist es schwierig, eher die gesamte Summe der Querschnittsflächen der Einlasszellen (41) als die der Auslasszellen (42) relativ zu erhöhen, und es ist dabei schwierig, die Tiefe der angesammelten Aschen entlang der Längsrichtung der Einlasszelle (41) zu senken. Der Fall (L ≤ 1) weist eine Möglichkeit auf, das Sinken der Querschnittsfläche der Zellen, durch die das Abgas (G) durchtritt, nicht geeignet zu unterdrücken, und eine Möglichkeit, einen Anstieg eines Druckverlusts während der Verwendung des Abgasreinigungsfilters (1) nicht geeignet zu unterdrücken.
In dem Abgasreinigungsfilter (1) als anderem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Einlasszellen (41) größer als die Anzahl der Auslasszellen (42) ist. Diese Struktur ermöglicht es einfach, die Beziehung D1 < D2 und ΣS1 > ΣS2 aufzuweisen.
Zusätzlich weist die Wabenstruktur (2) gemäß der vorliegenden Erfindung der Einlasszellen (41) und die Auslasszellen (42) einer unterschiedlichen Querschnittsflächenform und einer unterschiedlichen Anzahl auf.
Diese Struktur ermöglicht es, dass die Einlasszellen (41) die gemeinsamen Zellenwände (3) aufweisen, die durch die angrenzenden Zellen geteilt werden. Dies ermöglicht es, die Strömungsfläche (oder die Durchdringungsfläche) des Abgases (G) pro Querschnittsfläche zu erhöhen, die rechtwinklig zu der Längsrichtung der Wabenstruktur (2) liegt. Dies macht es ebenfalls möglich, die Dicke der PM zu senken, die in den Zellenwänden (3) angesammelt sind, und macht es zusätzlich möglich, den Druckverlust der Einlasszellen (41) und der Auslasszellen (42) zu senken.
Als anderem Gesichtspunkt der Erfindung ist es in dem Abgasreinigungsfilter (1) bevorzugt, dass die Zellen aus rechteckigen Zellen (411), sechseckigen Zellen (412) und zwölfeckigen Zellen (421) bestehen. Jede rechteckige Zelle (411) ist durch die Zellenwände (3) umgeben, die in einer rechteckigen Form angeordnet sind. Jede sechseckige Zelle (412) ist durch die Zellenwände (3) umgeben, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind. Jede zwölfeckige Zelle (421) ist durch Zellenwände (3) umgeben, die in einer zwölfeckigen Form angeordnet sind. Diese rechteckigen Zellen (411), die sechseckigen Zellen (412) und die zwölfeckigen Zellen (421) sind regelmäßig angeordnet. Insbesondere sind die zwei sechseckigen Zellen (412) und die zwei zwölfeckigen Zellen (421) abwechselnd um jede rechteckige Zelle (411) angeordnet, und die rechteckige Zelle (411), die sechseckige Zelle (412) und die zwölfeckige Zelle (421) teilen die Zellenwände (3) um die rechteckige Zelle (411) so, dass die sechseckige Zelle (412) zu der zwölfeckigen Zelle (421) weist. Die drei rechteckigen Zellen (411) und die drei zwölfeckigen Zellen (421) sind abwechselnd um jede sechseckige Zelle (412) angeordnet, und die sechseckige Zelle (412), die rechteckige Zelle (411) und die zwölfeckige Zelle (421) teilen die Zellenwände (3) um die sechseckige Zelle (412) so, dass die rechteckige Zelle (411) zu der zwölfeckigen Zelle (421) weist. Die sechs rechteckigen Zellen (411) und die sechs sechseckigen Zellen (412) sind abwechselnd um jede zwölfeckige Zelle (421) angeordnet, und die zwölfeckige Zelle (421), die rechteckige Zelle (411) und die sechseckige Zelle (412) teilen die Zellenwände (3) um die zwölfeckige Zelle (421) so, dass die rechteckige Zelle (411) zu der sechseckigen Zelle (412) weist. Die rechteckigen Zellen (411) und die sechseckigen Zellen (412) bilden die Einlasszellen (41), und die zwölfeckigen Zellen (421) bilden die Auslasszellen (42).
Die voranstehend beschriebene Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) macht es einfach möglich, die Beziehung D1 < D2 und ΣS1 > ΣS2 zu erfüllen. Die voranstehend beschriebene Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) kann die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindungen aufweisen, die zuvor erwähnt wurden.
In der voranstehend beschriebenen Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) erfüllen eine Kombination der rechteckigen Zellen (411) und der zwölfeckigen Zellen (421) und eine Kombination der sechseckigen Zellen (412) und der zwölfeckigen Zellen (422) die Beziehung D1 < D2.
Als anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist es in dem Abgasreinigungsfilter (1) bevorzugt, dass die Zellen aus quadratischen Zellen (413), dreieckigen Zellen (414) und sechseckigen Zellen (422) bestehen. Jede quadratische Zelle (413) ist durch Zellenwände (3) umgeben, die in einer quadratischen Form angeordnet sind. Jede dreieckige Zelle (414) ist durch die Zellenwände (3) umgeben, die in einer dreieckigen Form angeordnet sind. Jede sechseckige Zelle (422) ist durch die Zellenwände (3) umgeben, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind. Diese quadratischen Zellen (413), die dreieckigen Zellen (414) und die sechseckigen Zellen (422) sind regelmäßig angeordnet. In dem Abgasreinigungsfilter (1) sind die zwei dreieckigen Zellen (414) und die zwei sechseckigen Zellen (422) abwechselnd um jede quadratische Zelle (413) angeordnet, und die quadratische Zelle (413), die dreieckige Zelle (414) und die sechseckige Zelle (422) teilen die Zellenwände (3) um die quadratische Zelle (413) so, dass die dreieckige Zelle (414) zu der sechseckigen Zelle (422) weist. Die drei quadratischen Zellen (413), die um jede dreieckige Zelle (414) angeordnet sind, und die dreieckige Zelle (414) und die quadratische Zelle (413) teilen die Zellenwände (3) um die dreieckige Zelle (414) so, dass die angrenzenden quadratischen Zellen (413) zueinander weisen.
Die sechs quadratischen Zellen (413) sind um jede sechseckige Zelle (422) angeordnet, und die angrenzenden quadratischen Zellen (423) teilen die Zellenwände (3) um die sechseckigen Zellen (422) so, dass die quadratischen Zellen (413) zueinander weisen. Die quadratischen Zellen (413) und die dreieckigen Zellen (414) bilden die Einlasszellen (41) und die sechseckigen Zellen (422) bilden die Auslasszellen (42).
Die voranstehend beschriebene Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) macht es einfach möglich, die Beziehung D1 < D2 und ΣS1 > ΣS2 zu erfüllen. Die voranstehend beschriebene Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) kann die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindung aufweisen, die zuvor erwähnt wurden.
In der voranstehend beschriebenen Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) erfüllen eine Kombination der quadratischen Zellen (413) und der sechseckigen Zellen (422) und eine Kombination der dreieckigen Zellen (414) und der sechseckigen Zellen (422) die Beziehung D1 < D2.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels Beispiel mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Abgasreinigungsfilters ist, der eine Wabenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 ein Querschnitt des Abgasreinigungsfilters entlang dessen Längsrichtung gemäß der ersten Ausführungsform aus 1 ist;
3 eine Ansicht ist, die eine Form der Einlasszellen und Auslasszellen und ein Anordnungsmuster dieser Zellen des Abgasreinigungsfilters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Ansicht ist, die eine Form von Einlasszellen und eine Form von Auslasszellen und ein Anordnungsmuster dieser Einlass- und Auslasszellen einer Wabenstruktur in einem Abgasreinigungsfilter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 eine Struktur eines bekannten Abgasreinigungsfilters als Vergleichsbeispiel zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Ziffern in den verschiedenen Zeichnungen gleiche oder gleichwertige Bauteile.
Erste Ausführungsform
Eine Beschreibung eines Abgasreinigungsfilters, der eine Wabenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, wird mit Bezug auf 1 bis 3 gegeben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Abgasreinigungsfilter gemäß der ersten Ausführungsform die Wabenstruktur 2 als Basisteil auf, das eine Vielzahl von Zellen 4 aufweist. Jede Zelle 4 ist durch poröse Zellenwände 3 umgeben. Die porösen Zellenwände 3 sind in einer Wabenform angeordnet.
Die Wabenstruktur 2 weist eine zylindrische Form auf und ist aus einem keramischen Material hergestellt, das hauptsächlich Cordierit enthält. Die Wabenstruktur 2 weist zum Beispiel einen Durchmesser von 143,8 mm und eine Länge von 152,4 mm auf.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist eine Vielzahl der Zellen 4 in der Wabenstruktur 2 in zwei Zellengruppen geteilt. Eine Zellengruppe weist Einlasszellen 41 auf, durch die ein Abgas G eingebracht wird. Ein Endteil 202 jeder Einlasszelle 41 an einer stromabwärtigen Seite des Abgases G ist durch ein Pfropfenteil 5 verstopft oder abgedichtet. Die andere Zellengruppe weist Auslasszellen 42 auf, durch die das Abgas zu dem Äußeren der Wabenstruktur 2 abgegeben wird. Ein Endteil 201 jeder Auslasszelle 42 an einer stromaufwärtigen Seite des Abgases G ist durch ein Pfropfenteil 5 verstopft oder abgedichtet. Eine Vielzahl von Poren ist in den porösen Zellenwänden 3 ausgebildet. Die Dicke der Zellenwände 3 beträgt zum Beispiel 0,3 mm.
Wie aus 3 ersichtlich ist, wenn die Wabenstruktur 2 von der stromaufwärtigen Seite des Abgases G entlang der Längsrichtung der Wabenstruktur 2 betrachtet wird, bestehen die Einlasszellen 41 aus rechteckigen Zellen 411 und sechseckigen Zellen 412. Jede rechteckige Zelle 411 ist durch vier Zellenwände 3 umgeben, die in einer rechteckigen Form angeordnet sind. Jede sechseckige Zelle 412 ist durch sechs Zellenwände 3 umgeben, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind.
Wie andererseits aus 3 ersichtlich ist, bestehen die Auslasszellen 42 aus zwölfeckigen Zellen 421. Jede zwölfeckige Zelle 421 ist durch zwölf Zellenwände ausgebildet, die in einer zwölfeckigen Form angeordnet sind.
Die rechteckigen Zellen 411, die sechseckigen Zellen 412 und die zwölfeckigen Zellen 421 sind regelmäßig ohne Zwischenraum in der Wabenstruktur 2 angeordnet. Gemäß der Struktur der Wabenstruktur 2 der ersten Ausführungsform, die aus 3 ersichtlich ist, sind nämlich die zwei sechseckigen Zellen 412 und die zwei zwölfeckigen Zellen 421 abwechselnd um jede rechteckige Zelle 411 angeordnet. Die Seite der sechseckigen Zelle 412 liegt der Seite der zwölfeckigen Zelle 421 gegenüber, die an die sechseckige Zelle 412 angrenzend liegt. Die sechseckige Zelle 412 und die zwölfeckige Zelle 421 um die rechteckige Zelle 411 teilen die gleiche Seite (nämlich die Zellenwand 3).
Die drei rechteckigen Zellen 411 und die drei zwölfeckigen Zellen 421 sind so um die sechseckige Zelle 412 angeordnet oder ausgebildet, dass die rechteckige Zelle 411 und die zwölfeckige Zelle 421 abwechselnd um die sechseckige Zelle 412 herum platziert sind. Jede Seite der sechseckigen Zelle 412 liegt einer der rechteckigen Zellen 411 und der zwölfeckigen Zelle 421 gegenüber. Mit anderen Worten liegt durch die sechseckigen Zellen 412 die Seite der rechteckigen Zelle 411 der Seite der zwölfeckigen Zelle 421 gegenüber, die angrenzend an die rechteckige Zelle 411 liegt. Die sechseckige Zelle 412, die zwölfeckige Zelle 421 und die rechteckige Zelle 411 teilen die Seiten, nämlich die Zellenwände 3.
Die sechs rechteckigen Zellen 411 und die sechs sechseckigen Zellen 412 sind abwechselnd um jede zwölfeckige Zelle 421 angeordnet. Durch die zwölfeckige Zelle 421 ist jede rechteckige Zelle 411 zu der sechseckigen Zelle 412 gerichtet. Die sechseckige Zelle 412, die zwölfeckige Zelle 421 und die rechteckige Zelle 411 teilen die Zellenwand 3, nämlich die Zellenwände 3.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist die Wabenstruktur 2 eine Seite A von 1,25 mm Länge, eine Seite B von 0,7 mm Länge und eine Seite C von 1,25 mm Länge auf, wo die „Seite A" die Zellenwand 3 bezeichnet, die durch die sechseckige Zelle 412 und die zwölfeckige Zelle 421 geteilt wird, die „Seite B" bezeichnet die Zellenwand 3, die durch die rechteckige Zelle 411 um die zwölfeckige Zelle 421 geteilt wird, und die „Seite C" bezeichnet die Zellenwand 3, die durch die rechteckige Zelle 411 und die sechseckige Zelle 412 geteilt wird.
Wie außerdem aus 3 ersichtlich ist, weist jede Seite A, B und C eine Länge auf, die zwischen deren beiden Enden gemessen wird, nämlich die von einem Mittelpunkt aus gemessen wird, an dem die angrenzenden zwei Zellenwände 3 miteinander mit dem anderen Mittelpunkt verbunden sind, an dem die angrenzenden Zellenwände 3 miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus weist die Wabenstruktur 2 eine Beziehung D1 < D2 auf, wo D1 einen hydraulischen Durchmesser jeder Einlasszelle 41 bezeichnet (als rechteckige Zelle 411 und sechseckige Zelle 412), und D2 einen hydraulischen Durchmesser von jeder Auslasszelle 42 bezeichnet (als zwölfeckige Zelle 421). Die Wabenstruktur weist ebenfalls eine Beziehung von K > 1,5 auf, wo die Beziehung zwischen D1 und D2 unter Verwendung von K·D1 < D2 ausgedrückt wird (K ist eine Konstante).
In der ersten Ausführungsform ist der hydraulische Durchmesser jeder rechteckigen Zelle 411 0,557 mm, der hydraulische Durchmesser von jeder sechseckigen Zelle 412 ist 1,202 mm und der hydraulische Durchmesser von jeder zwölfeckigen Zelle 421 ist 2,118 mm, K (im Folgenden als „K_4-12" bezeichnet) in der Beziehung zwischen der rechteckigen Zelle 411 und der zwölfeckigen Zelle 421 ist 3,80 (K_4-12 = 3,80) und K (im Folgenden als „K_6-12" bezeichnet) in der Beziehung zwischen der sechseckigen Zelle 412 und der zwölfeckigen Zelle 421 beträgt 1,76 (K_6-12 = 1,76).
Im Allgemeinen wird der hydraulische Durchmesser durch R = 4a/b („a” ist eine Querschnittsfläche einer Strömungszelle (oder eines Strömungsdurchtritts), und „b" ist eine Länge des äußeren Umfangs der Querschnittsfläche der Strömungszelle) bezeichnet.
Darüber hinaus weist die Wabenstruktur 2 eine Beziehung ΣS1 > ΣS2 auf, wo ΣS1 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 (die aus den rechteckigen Zellen 411 und den sechseckigen Zellen 412 bestehen) und ΣS2 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 (die aus den zwölfeckigen Zellen 421 bestehen) ist. Die Beziehung zwischen ΣS1 und ΣS2 wird durch L > 1 ausgedrückt, wenn ΣS1 > L·ΣS2 verwendet wird (L ist eine Konstante).
In der ersten Ausführungsform beträgt die Gesamtsumme ΣS1 der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 5324 m², und die Gesamtsumme ΣS2 der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 beträgt 5384 m², und die Konstante L beträgt 1,01.
Die gesamte Anzahl der Einlasszellen 41 ist größer als die der Auslasszellen 42. Der Querschnitt jeder der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 weist eine unterschiedliche Form (wie zum Beispiel eine rechteckige Form, eine sechseckige Form und eine zwölfeckige Form) auf, und die Anzahl der Zellen in jeder Gruppe (die Einlasszellengruppe besteht aus den rechteckigen Zellen 411 und den sechseckigen Zellen 412, und die Auslasszellengruppe besteht aus den zwölfeckigen Zellen 421) ist zueinander unterschiedlich. Darüber hinaus weist die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform die Zellenwände auf, die in den Einlasszellen 41 geformt sind.
Nun wird eine Beschreibung eines Verfahrens der Herstellung der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform der folgenden Erfindung gegeben.
Die Wabenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform kann durch das bekannte Herstellungsverfahren erzeugt werden.
Es wird nämlich ein keramisches Rohmaterial für die Wabenstruktur 2 extrudiert, das aus Cordierit besteht, um eine Wabenform herzustellen. Die Wabenform wird in eine Vielzahl von Teilen von vorbestimmter Länge geschnitten, und die Vielzahl von Teilen wird getrocknet und gebrannt. Bevor oder nach den Trocknungs- und Brennschritten werden Pfropfenteile 5 in die entsprechenden Enden der Zellen platziert, um das Endteil jeder Zelle abzudichten. Die Pfropfenteile 5 werden ebenfalls getrocknet und gebrannt oder mit Feuer behandelt. Die Pfropfenteile 5 sind aus dem gleichen Material wie die Wabenstruktur 2 hergestellt.
Insbesondere wird eine Metallmatrize (die aus den Zeichnungen weggelassen ist) in dem oben beschriebenen Extrusionsschritt verwendet, um die Wabenform herzustellen.
Diese Metallmatrize weist eine bestimmte Form auf, die der Struktur der Zellenwände 3 in der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform entspricht.
Nun wird eine Beschreibung der Betätigung und der Auswirkungen des Abgasreinigungsfilters 1 gegeben, der die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Der Abgasreinigungsfilter 1, der die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, bringt ein Abgas G, das von einer Brennkraftmaschine wie zum Beispiel einer Dieselmaschine abgegeben wird, durch die Einlasszellen 41 ein, wie aus 1 ersichtlich ist. Wenn das Abgas G durch die Zellenwände 3 zwischen den Einlasszellen 41 und den Auslasszellen 42 durchtritt, fangen die Zellenwände 3 PM, die in dem Abgas G enthalten sind. Schließlich wird das Abgas G, das durch die Zellenwände 3 gereinigt wurde, durch die Auslasszellen 42 zu dem Äußeren des Abgasreinigungsfilters 1 abgegeben. Insbesondere weist die Wabenstruktur 2 in dem Abgasreinigungsfilter 1 eine bemerkenswerte Struktur auf, in der der hydraulische Durchmesser D2 jeder Auslasszelle 42 in einer Querschnittsfläche, die rechtwinklig zur Längsrichtung der Wabenstruktur 2 liegt, größer als der hydraulische Durchmesser D1 jeder Einlasszelle 41 ist.
Im Allgemeinen wird der Reibungskoeffizient eines Rohrs (nämlich einer Zelle) desto geringer, desto stärker der hydraulische Durchmesser erhöht wird. Es ist entsprechend möglich, den Druckverlust der Auslasszelle 42 eher als den Druckverlust der Einlasszellen 41 relativ zu verringern, in dem der hydraulische Durchmesser D2 jeder Auslasszelle 42 eher erhöht wird als der hydraulische Durchmesser D1 jeder Einlasszelle 41. Es ist daher möglich, einen Unterschied des Druckverlusts zwischen der Einlasszelle 41 und der Auslasszelle 42 zu erhöhen, wenn der hydraulische Durchmesser D2 der Auslasszelle 42 eher erhöht wird als der hydraulische Durchmesser D1 der Einlasszelle 41. Dies erhöht außerdem die Strömungsgeschwindigkeit (oder eine Durchdringungsströmungsgeschwindigkeit) des Abgases G, das durch die Zellenwände 3 durchtritt.
Darüber hinaus wird desto mehr die Position in den Zellen 41, 42 sich der stromaufwärtigen Seite nähert (an der Einlassseite des Abgases G der Wabenstruktur 2), der Druckverlust von jeder der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 umso mehr erhöht. Darüber hinaus weist der Abgasreinigungsfilter 1 eine Charakteristik auf, den Unterschied des Druckverlustes zwischen den Einlasszellen 41 und den Auslasszellen 42 zu erhöhen, wenn die Position zu der stromaufwärtigen Seite der Zellen 41, 42 verschoben wird.
Die Wabenstruktur 2 in dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist so ausgebildet, dass der hydraulische Durchmesser D2 der Auslasszelle 42 größer als der hydraulische Durchmesser D1 der Einlasszelle 41 ist. Es ist dabei möglich, den Unterschied in dem Druckverlust zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der Wabenstruktur 2 zu erhöhen, und insbesondere möglich, den Unterschied des Druckverlusts an der stromaufwärtigen Seite der Wabenstruktur 2 zu erhöhen. Diese Struktur der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform erhöht die Durchdringungsströmungsgeschwindigkeit des Abgases G an der stromaufwärtigen Seite der Wabenstruktur 2.
Obwohl PM einfach an der stromaufwärtigen Seite der Einlasszelle 41 gesammelt werden, senkt die Struktur der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform im Allgemeinen die gesammelte Menge der PM an der stromaufwärtigen Seite der Einlasszellen 41 im Vergleich zu einer bekannten Wabenstruktur, in der Einlasszellen und Auslasszellen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.
Da die Struktur der Wabenstruktur 2 in dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen Unterschied (oder einen Mangel an Gleichförmigkeit beseitigen kann) in der gesammelten Menge der PM entlang der Längsrichtung der Wabenstruktur 2 glätten kann, ist es darüber hinaus möglich, die Wabenstruktur 2 zu verwenden, um eine maximale Reduktion der Menge des Druckverlusts zu realisieren.
Wenn der Abgasreinigungsfilter 1 durch Verbrennen regeneriert wird, um PM zu entfernen, die sich in den Zellenwänden 3 angesammelt haben, verbleiben außerdem PM, die nicht geeignet verbrannt wurden, als Aschen in dem Abgasreinigungsfilter 1 zurück. Die Aschen werden an der stromabwärtigen Seite der Einlasszellen 41 angesammelt (nämlich an dem verstopften Endteil jeder Einlasszelle 41, das angrenzend an die Öffnungsseite der Auslasszelle 42 liegt). Dies verringert die Fläche (oder eine Durchdringungsfläche) der Zellenwände 3, durch die das Abgas G durchtritt, und erhöht dabei den Druckverlust der Wabenstruktur 2.
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, der durch die angesammelten Aschen in den Einlasszellen 41 verursacht wird, weist die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform die Struktur auf, in der die Gesamtsumme ΣS1 der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 größer als die Gesamtsumme ΣS2 der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 ist. Es ist dabei möglich, die Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 eher als die der Auslasszellen 42 zu erhöhen, und dabei möglich, die gesammelte Menge der Aschen entlang der Längsrichtung der Einlasszellen 41 zu verringern. Als Ergebnis unterdrückt die Struktur der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform eine Erhöhung des Druckverlusts des Abgasreinigungsfilters 1 während der Verwendung des Abgasreinigungsfilters 1.
Der Abgasreinigungsfilter 1, der die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, erfüllt die Beziehung D1 < D2, wo D1 der hydraulische Durchmesser jeder Einlasszelle 41 ist, und D2 der hydraulische Durchmesser jeder Auslasszelle 42 ist, und erfüllt außerdem die Beziehung ΣS1 > ΣS2, wo ΣS1 die Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 ist und ΣS2 die Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 ist. Diese Struktur kann wirkungsvoll den Anstieg des Druckverlusts in dem Anfangszustand und während der Verwendung unterdrücken.
Außerdem erfüllt der Abgasreinigungsfilter 1, der die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, die Beziehung K > 1,5, wenn die Beziehung des hydraulischen Durchmessers D1 von jeder Einlasszelle 41 und des hydraulischen Durchmessers D2 von jeder Auslasszelle 42 durch K·D1 < D2 (K ist eine Konstante) ausgedrückt wird, und erfüllt außerdem die Beziehung L > 1, wenn die Beziehung der Gesamtsumme ΣS1 der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 und der Gesamtsumme ΣS2 der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 durch ΣS1 > L·ΣS2 (L ist eine Konstante) ausgedrückt wird. Es ist dabei möglich, einen Anstieg des Druckverlusts in dem Anfangszustand und während der Verwendung wirkungsvoll zu unterdrücken.
Gemäß dem Abgasreinigungsfilter 1, der die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, ist es möglich, die Beziehung D1 < D2 und ΣS1 > ΣS2 einfach zu erfüllen, da die Anzahl der Einlasszellen 41 größer als die der Auslasszellen 42 ist.
Da zusätzlich die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform die Einlasszellen 41 und die Auslasszellen 42 von unterschiedlicher Querschnittsflächenform aufweist, nämlich, die Einlasszellen 41 aufweist, die aus rechteckigen Zellen 411 und sechseckigen Zellen 412 bestehen, und die Auslasszellen 42 aufweist, die aus zwölfeckigen Zellen 421 bestehen, und die gesamte Anzahl der Einlasszellen 42 unterschiedlich von der Anzahl der Auslasszellen 42 ist. Diese Struktur ermöglicht es, dass die Einlasszellen 41 gemeinsame Zellenwände 3 aufweisen, die durch die angrenzenden Zellen geteilt werden. Dies ermöglicht es, die Durchdringungsfläche des Abgases G pro Querschnittsfläche zu erhöhen, die rechtwinklig zur Längsrichtung der Wabenstruktur 2 liegt. Dies ermöglicht es ebenfalls, die Dicke der PM zu verringern, die in den Zellenwänden 3 angesammelt sind, und zusätzlich ermöglicht es, den Druckverlust der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 zu senken.
Zweite Ausführungsform
Mit Bezug auf 4 wird eine Beschreibung von dem Abgasreinigungsfilter 1 gegeben, der eine Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform aufweist.
4 ist eine Ansicht, die eine Form einer Einlasszelle und eine Form einer Auslasszelle und ein Anordnungsmuster dieser Zellen der Wabenstruktur 2-1 in dem Abgasreinigungsfilter gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Wie aus 4 ersichtlich ist, bestehen bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite des Abgases G aus, die Einlasszellen 41 aus quadratischen Zellen 413 und dreieckigen Zellen 414, und die Auslasszellen bestehen aus sechseckigen Zellen 422. In der Wabenstruktur 2-1 ist jede quadratische Zelle 413 durch die Zellenwände 3 umgeben, die in einer quadratischen Form angeordnet sind, jede dreieckige Zelle 414 ist durch die Zellenwände 3 umgeben, die in einer dreieckigen Form angeordnet sind, und jede sechseckige Zelle 422 ist durch die Zellenwände 3 umgeben, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind.
Diese quadratischen Zellen 413, die dreieckigen Zellen 414 und die sechseckigen Zellen 422 sind regelmäßig ohne Zwischenraum in der Wabenstruktur 2-1 angeordnet.
Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die zwei dreieckigen Zellen 414 und die zwei sechseckigen Zellen 422 nämlich abwechselnd platziert, und jede entspricht jeder Seite der quadratischen Zelle 413.
Wie aus 4 ersichtlich ist, weist die Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Seite B mit 1,5 mm Länge und einer Seite C mit 1,5 mm Länge auf, worin die „Seite B" die Zellenwand 3 bezeichnet, die durch die sechseckige Zelle 422 und die quadratische Zelle 413 geteilt wird, und die „Seite C" die Zellenwand 3 bezeichnet, die durch die quadratische Zelle 413 und die dreieckige Zelle 424 geteilt wird.
Außerdem weist jede Einlasszelle 4 in der Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform, die aus 4 ersichtlich ist, die gleiche Struktur auf, wenn die Seite A in der Einlasszelle 4 in der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform, die aus 3 ersichtlich ist, null ist. Wenn die Seite A in der Struktur der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform, die aus 3 ersichtlich ist, null wird (Seite A = 0), wird die Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform zu der Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform geändert. Es wird nämlich die rechteckige Zelle 411 mit der quadratischen Zelle 413 ersetzt, die sechseckige Zelle 412 mit der dreieckigen Zelle 414 ersetzt, und die zwölfeckige Zelle 421 mit der dreieckigen Zelle 422 ersetzt.
Außerdem weist ähnlich zur ersten Ausführungsform die Wabenstruktur 2-1 der zweiten Ausführungsform noch eine Beziehung D1 < D2 auf, wo D1 einen hydraulischen Durchmesser jeder Einlasszelle 41 bezeichnet (als quadratische Zelle 413 und dreieckige Zelle 414), und D2 einen hydraulischen Durchmesser von jeder Auslasszelle 42 bezeichnet (als sechseckige Zelle 422). Die Wabenstruktur weist ebenfalls eine Beziehung von K > 1,5 auf, wo die Beziehung zwischen D1 und D2 unter Verwendung von K·D1 < D2 (K ist eine Konstante) ausgedrückt wird.
In der zweiten Ausführungsform beträgt der hydraulische Durchmesser bei jeder quadratischen Zelle 413 1,195 mm, der hydraulische Durchmesser jeder dreieckigen Zelle 414 beträgt 0,227 mm und der hydraulische Durchmesser jeder sechseckigen Zelle 422 beträgt 2,987 mm, K (im Folgenden als „K_4-6" bezeichnet) in der Beziehung zwischen der quadratischen Zelle 413 und der sechseckigen Zelle 422 beträgt 2,50 (K_4-6 = 2,50), und K (im Folgenden als „K_3-6" bezeichnet) in der Beziehung zwischen der dreieckigen Zelle 414 und der sechseckigen Zelle 422 beträgt 13,1 (K_3-6= 13,1).
Außerdem weist die Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform noch eine Beziehung ΣS1 > ΣS2 auf, wo ΣS1 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen 41 (die aus den quadratischen Zellen 413 und den dreieckigen Zellen 414 besteht) und ΣS2 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 (die aus den sechseckigen Zellen 421 besteht) ist. Die Beziehung zwischen ΣS1 und ΣS2 wird durch L > 1 ausgedrückt, wenn ΣS1 > L·ΣS2 verwendet wird (L ist eine Konstante).
In der zweiten Ausführungsform ist die Gesamtsumme ΣS1 der Querschnittsfläche der Einlasszellen 5596 m² und die Gesamtsumme ΣS2 der Querschnittsfläche der Auslasszellen 42 beträgt 4994 m², und die Konstante L beträgt 1,12.
Die Gesamtzahl der Einlasszellen 41 ist größer als die der Auslasszellen 42. Der Querschnitt jeder der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 weist eine unterschiedliche Form auf (wie zum Beispiel eine quadratische Form, eine dreieckige Form und eine sechseckige Form), und die Anzahl der Zellen in jeder Gruppe (nämlich der Einlasszellengruppe, die aus den quadratischen Zellen 413 und den dreieckigen Zellen 414 besteht, und der Auslasszellengruppe, die aus den sechseckigen Zellen 422 besteht) ist zueinander unterschiedlich. Außerdem weist die Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform noch die Zellenwände 3 auf, die in den Einlasszellen 41 gebildet sind.
Andere Bestandteile der Wabenstruktur 2-1 gemäß der zweiten Ausführungsform, die aus 4 ersichtlich ist, weisen die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie die der Wabenstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform aus 3 auf.
Dritte Ausführungsform
Eine Beschreibung wird von der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Tabelle 1 und 1 bis 5 gegeben.
5 ist eine Ansicht, die eine Struktur eines bekannten Abgasreinigungsfilters als Vergleichsbeispiel zeigt.
Die dritte Ausführungsform zeigt Versuchsergebnisse des Druckverlusts des Abgasreinigungsfilters 1 (als Proben E1 bis E5), die die Wabenstruktur 2 aufweisen, die aus 1 bis 3 gemäß der ersten Ausführungsform ersichtlich ist, den Abgasreinigungsfilter 1 (als Proben E6 bis E8), die die Wabenstruktur 2-1, die aus 4 gemäß der zweiten Ausführungsform ersichtlich ist, und einen bekannten Abgasreinigungsfilter (als Proben C1 bis C3), die eine Wabenstruktur aufweisen, die aus 5 ersichtlich ist.
Die Wabenstruktur von jeder der Proben E1 bis E8 weist einen Durchmesser von 143,8 mm, eine Länge von 152,4 mm und eine Zellenwanddicke von 0,3 mm auf. Die Größen der Seiten A, B und C und die konstanten Werte K und L sind in Tabelle 1 ersichtlich.
Außerdem besteht jede der Vergleichsproben C1 bis C2 als bekannte Abgasreinigungsfilter aus Einlasszellen und Auslasszellen, die eine gleiche Form und eine gleiche Querschnittsfläche aufweisen (nämlich, denselben hydraulischen Durchmesser und die gleiche Summe der Querschnittsfläche aufweisen). Wie insbesondere aus 5 ersichtlich ist, sind in jeder Vergleichsprobe C1 bis C3 die Einlasszellen 541 und die Auslasszellen 542 abwechselnd in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet, und weisen eine gleiche Querschnittsfläche von einer quadratischen Form auf. Insbesondere wird die Zellenwand 3, die durch die Seite D bezeichnet ist, durch die Einlasszelle 541 und die Auslasszelle 542 geteilt, die aneinander angrenzen.
Die Wabenstruktur in dem bekannten Abgasreinigungsfilter C1 bis C3 weisen eine gleiche Größe der Wabenstruktur des Abgasreinigungsfilters E1 bis E8 gemäß der vorliegenden Erfindung auf.

In der dritten Ausführungsform war jede Probe (E1 bis E8 und C1 bis C3) als katalytischer Wandler in einem Abgasreinigungssystem platziert, das an einem Fahrzeug montiert ist. Der Druck des Abgases G an der Einlasszellenseite und der Auslasszellenseite wurde erfasst, bevor das Abgas zugeführt wurde, nämlich, wurde durch die Probe als katalytischen Wandler durchgeführt, und wurde ebenfalls erfasst, nachdem das Abgas durch die Probe als katalytischen Wandler durchgeführt wurde, bis die gesammelte Menge der Aschen 32 g/L wurde, und die gesammelte Menge der PM 10 g/L wurde. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Probe	A (mm)	B (mm)	C (mm)	D (mm)	Konstante K		Konstante L	Druckverlust (kPa) Anfangs-Nach der Zustand Ansammlung
					K_4-12	K_6-12
E1	0,7	0,7	1,25	-	3,80	1,76	1,01	1,14	7,78
E2	0,8	0,8	1,4	-	3,73	1,79	1,02	1,17	9,14
E3	0,9	0,9	1,55	-	3,68	1,82	1,04	1,22	10,7
E4	0,5	0,5	1,12	-	4,57	1,64	1,23	1,25	5,44
E5	0,6	1,0	1,55	-	3,21	2,24	1,12	1,17	8,98
					K_4-6	K_3-6
E6	-	1,5	1,5	-	2,50	13,1	1,12	1,15	8,22
E7	-	1,3	1,5	-	2,43	11,6	1,33	1,15	6,84
E8	-	1,5	1,7	-	2,48	9,01	1,37	1,16	8,07

C1	-	-	-	1,80	1,00		1,00	1,48	12,0
C2	-	-	-	1,47	1,00		1,00	1,63	12,1
C3	-	-	-	1,27	1,00	1,00		1,92	15,3

Wie aus den Versuchsergebnissen der Tabelle 1 deutlich zu sehen ist, weist jede der Proben E1 bis E8 gemäß der vorliegenden Erfindung einen niedrigen Druckverlust in dem Anfangszustand und nach der Ansammlung von PM auf, wenn mit den Vergleichsproben C1 bis C3 verglichen wird.
Die voranstehend beschriebenen Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass die Struktur der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung einen niedrigen Druckverlust aufweist, und dessen Anstieg des Abgasreinigungsfilters in dem Anfangszustand und nach der Ansammlung der PM wirkungsvoll unterdrückt. Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird durch Fachleute erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu den Details im Licht der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Entsprechend sollen die besonderen Anordnungen, die hier offenbart sind, lediglich darstellend und nicht einschränkend auf dem Bereich der vorliegenden Erfindung sein, der in seiner gesamten Breite durch die folgenden Ansprüche und alle deren Äquivalente gegeben ist.
Eine Wabenstruktur (2) in einem Abgasreinigungsfilter (1) weist eine Vielzahl Zellen (4) auf, die aus Einlass- und Auslasszellen (41, 42) bestehen. Jede Zelle (4) ist durch poröse Zellenwände (3) unterteilt. Pfropfenteile (5) sind in einem Ende jeder Einlasszelle (41) an einer stromaufwärtigen Seite eines Abgases (G) ausgebildet, und in einem Ende jeder Auslasszelle (42) an einer stromabwärtigen Seite ausgebildet. Die Wabenstruktur (2) erfüllt eine Beziehung D1 < D2, wo D1 beziehungsweise D2 hydraulische Durchmesser jeder Einlasszelle (41) und jeder Auslasszelle (42) an einem Querschnitt rechtwinklig zu einer Längsrichtung der Wabenstruktur (2) bezeichnen. Die Wabenstruktur (2) erfüllt außerdem eine Beziehung ΣS1 > ΣS2, wo ΣS1 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen (41) bezeichnet und ΣS2 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen (42) bezeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-125237 [0010]
- JP 2005-270969 [0010]

Claims

Abgasreinigungsfilter (1) mit: einer Wabenstruktur (2), die eine Vielzahl von Zellen (41, 42) aufweist, die durch eine Vielzahl poröser Zellenwände (3) unterteilt sind, die in einer Wabenform angeordnet sind, in der die Zellen (41, 42) in Einlasszellen (41) und Auslasszellen (42) unterteilt sind, ein Abgas (G) durch die Einlasszellen (41) in die Wabenstruktur (2) eingebracht wird und an ein Äußeres der Wabenstruktur (2) in dem Abgasreinigungsfilter (1) durch die Auslasszellen (42) abgegeben wird, einem Pfropfenteil, das in einem Endteil jeder Einlasszelle (41) an einer stromabwärtigen Seite des Abgases (G) ausgebildet ist, und einem Pfropfenteil, das in einem Endteil jeder Auslasszelle (42) an einer stromaufwärtigen Seite des Abgases (G) ausgebildet ist, wobei die Wabenstruktur (2) eine Beziehung D1 < D2 erfüllt, worin D1 einen hydraulischen Durchmesser jeder Einlasszelle (41) bezeichnet und D2 einen hydraulischen Durchmesser jeder Auslasszelle (42) in einem Querschnitt bezeichnet, der rechtwinklig zu einer Längsrichtung der Wabenstruktur (2) liegt, und die Wabenstruktur (2) außerdem eine Beziehung ΣS1 > ΣS2 erfüllt, worin ΣS1 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Einlasszellen (41) bezeichnet und ΣS2 eine Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Auslasszellen (42) bezeichnet.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1, wobei die Wabenstruktur (2) eine Beziehung K > 1,5 erfüllt, wenn die Beziehung zwischen D1 und D2 unter Verwendung von K·D1 < D2 ausgedrückt wird (K ist eine Konstante), und die Wabenstruktur (2) außerdem eine Beziehung zwischen ΣS1 und ΣS2 erfüllt, das durch L > 1 ausgedrückt wird, wenn ΣS1 > L·ΣS2 verwendet wird (L ist eine Konstante).
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Einlasszellen (41) größer als die Anzahl der Auslasszellen (42) ist.
Abgasreinigungsfilter (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Zellen aus rechteckigen Zellen (411), sechseckigen Zellen (412) und zwölfeckigen Zellen (421) bestehen, wobei jede rechteckige Zelle (411) durch die Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer rechteckigen Form angeordnet sind, jede sechseckige Zelle (412) durch die Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind, und jede zwölfeckige Zelle (421) durch die Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer zwölfeckigen Form angeordnet sind, und die rechteckigen Zellen (411), die sechseckigen Zellen (412) und die zwölfeckigen Zellen (421) regelmäßig angeordnet sind, und wobei die zwei sechseckigen Zellen (412) und die zwei zwölfeckigen Zellen (421) abwechselnd um jede rechteckige Zelle (411) angeordnet sind, und die rechteckige Zelle (411), die sechseckige Zelle (412) und die zwölfeckige Zelle (421) die Zellenwände (3) um die rechteckige Zelle (411) so teilen, dass die sechseckige Zelle (412) zu der zwölfeckigen Zelle (421) weist, die drei rechteckigen Zellen (411) und die drei zwölfeckigen Zellen (421) abwechselnd um jede sechseckige Zelle (412) angeordnet sind, und die sechseckige Zelle (412), die rechteckige Zelle (411) und die zwölfeckige Zelle (421) die Zellenwände (3) um die sechseckige Zelle (412) so teilen, dass die rechteckige Zelle (411) zu der zwölfeckigen Zelle (421) weist, und die sechs rechteckigen Zellen (411) und die sechs sechseckigen Zellen (412) abwechselnd um jede zwölfeckige Zelle (421) angeordnet sind, und die zwölfeckige Zelle (421), die rechteckige Zelle (411) und die sechseckige Zelle (412) die Zellenwände (3) um die zwölfeckige Zelle (421) so teilen, dass die rechteckige Zelle (411) zu der sechseckigen Zelle (412) weist, und die rechteckigen Zellen (411) und die sechseckigen Zellen (412) die Einlasszellen (41) ausbilden, und die zwölfeckigen Zellen (421) die Auslasszellen (42) ausbilden.
Abgasreinigungsfilter (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Zellen aus quadratischen Zellen (413), dreieckigen Zellen (414) und sechseckigen Zellen (422) bestehen, wobei jede quadratische Zelle (413) durch Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer quadratischen Form angeordnet sind, jede dreieckige Zelle (414) durch die Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer dreieckigen Form angeordnet sind, und jede sechseckige Zelle (422) durch die Zellenwände (3) umgeben ist, die in einer sechseckigen Form angeordnet sind, die quadratischen Zellen (413), die dreieckigen Zellen (414) und die sechseckigen Zellen (422) regelmäßig in der Wabenstruktur (2-1) angeordnet sind, und wobei die zwei dreieckigen Zellen (414) und die zwei sechseckigen Zellen (422) abwechselnd um jede quadratische Zelle (413) angeordnet sind, und die quadratische Zelle (413), die dreieckige Zelle (414) und die sechseckige Zelle (422) die Zellenwände (3) um die quadratische Zelle (413) so teilen, dass die dreieckige Zelle (414) zu der sechseckigen Zelle (422) weist, die drei quadratischen Zellen (413) um jede dreieckige Zelle (414) angeordnet sind, und die dreieckige Zelle (414) und die quadratische Zelle (413) die Zellenwände (3) um die dreieckige Zelle (414) so teilen, dass die angrenzenden quadratischen Zellen (413) zueinander weisen, und die sechs quadratischen Zellen (413) um jede sechseckige Zelle (422) angeordnet sind, und die angrenzenden quadratischen Zellen (423) die Zellenwände (3) um die sechseckige Zelle (422) so teilen, dass die quadratischen Zellen (413) zueinander weisen, und die quadratischen Zellen (413) und die dreieckigen Zellen (414) die Einlasszellen (41) ausbilden, und die sechseckigen Zellen (422) die Auslasszellen (42) ausbilden.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 4, wobei die Beziehung D1 < D2 zwischen den rechteckigen Zellen (411) und den zwölfeckigen Zellen (421) und zwischen den sechseckigen Zellen (412) und den zwölfeckigen Zellen (421) erfüllt ist.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 5, wobei die Beziehung D1 < D2 zwischen den quadratischen Zellen (413) und den sechseckigen Zellen (422) und zwischen den dreieckigen Zellen (414) und den sechseckigen Zellen (422) erfüllt ist.