DE102008042590A1

DE102008042590A1 - Abgasreinigungsfilter und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008042590A1
Application number: DE102008042590A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Kariya Oota
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2009-04-30

Abstract

Ein Abgasreinigungsfilter (1) hat ein Wabengrundelement (2), das sich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43), durch die kein Abgas strömt, zusammensetzt. Das stromaufwärtige Ende jeder Auslasszelle (42) und das stromabwärtige Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43) sind durch Stopfenelemente (6) zugestopft. Ein Wärmeenergieentspannungsteil (431) in jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ist mit einem Material gefüllt, das aus einem unter Wärmeeinwirkung geschmolzenem Pulver hoher Wärmekapazität besteht. Die Wärmeenergieentspannungsteile (431) haben eine höhere Wärmekapazität als die Summe der Einlass- und Auslasszellen (41, 42), wobei die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil (431) und dem Wabengrundelement (2) nicht mehr als 2 x 10-6/°C beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasreinigungsfilter, der dazu imstande ist, Partikel (PM), die in einem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine wie einem Dieselmotor abgegeben wird, aufzufangen oder einzufangen, um das Abgas zu reinigen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Abgasreinigungsfilter, der dazu imstande ist, Partikel (PM) die in einem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine wie einem Dieselmotor abgegeben wird, aufzufangen oder einzufangen, um das Abgas zu reinigen, ist gut bekannt.
Ein solcher Abgasreinigungsfilter setzt sich aus einer Wabenstruktur (oder einem Wabengrundelement) zusammen. In der Wabenstruktur ist eine Vielzahl von Zellen in einem Wabenmuster angeordnet.
Jede Zelle ist durch poröse Trennwände (oder Zellenwände) abgetrennt. Jede Zelle ist entlang ihrer Längsrichtung in einer Wabenstruktur ausgebildet. Die Zellen sind in zwei Gruppen unterteilt, eine Einlasszellengruppe mit Einlasszellen und einer Auslasszellengruppe mit Auslasszellen. Ein Endteil jeder dieser Einlass- und Auslasszellen ist durch ein Stopfenelement zugestopft oder abgedichtet. Das Abgas wird durch die Einlasszellen in die Wabenstruktur des Abgasreinigungsfilters eingeleitet und geht durch die porösen Trennwände zwischen den benachbarten Einlass- und Auslasszellen hindurch. Das Abgas geht durch die Auslasszellen hindurch und wird schließlich zur Außenseite des Abgasreinigungsfilters abgelassen.
Genauer gesagt strömt das Abgas in die Zellen und wird durch die porösen Trennwände, die die Zellen umgeben, gereinigt. Wenn das Abgas durch die porösen Trennwände hindurchgeht, werden Partikel (PM), die in dem Abgas enthalten sind, auf der Oberfläche der in den porösen Trennwänden ausgebildeten Poren eingefangen. Das gereinigte Abgas wird durch die Auslasszellen zur Außenseite des Abgasreinigungsfilters abgelassen.
Die von den Oberflächen der Poren in den porösen Trennwänden eingefangenen PM werden in regelmäßigen Zeitabständen abgebrannt, um die Reinigungsfunktion des Abgasreinigungsfilters wiederherzustellen.
Es gibt verschiedene herkömmliche Techniken, um den Abgasreinigungsfilter aufzuheizen, damit die in der Wabenstruktur angesammelten PM beseitigt werden. Zum Beispiel offenbart eine herkömmliche Technik ein Verfahren, wie PM, die in Zellwänden in einem Abgasreinigungsfilter in den Porenoberflächen eingefangen wurden, beseitigt werden. Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird die Temperatur des Abgasreinigungsfilters durch katalytische Reaktion erhöht, um die in Zellwänden in den Porenoberflächen eingefangenen PM zu verbrennen.
Wenn in dem Abgasreinigungsfilter eingefangene PM durch das Verbrennen der Katalysatorreaktion beseitigt werden, besteht im Übrigen die Möglichkeit, dass der Abgasreinigungsfilter durch die thermische Verbrennungsenergie eine übermäßig hohe Temperatur erreicht. Dies verschlechtert die Katalysatorfunktion und lässt das Grundmaterial des Abgasreinigungsfilters schmelzen. Dadurch werden in dem Abgasreinigungsfilter Risse erzeugt. Und zwar erhöht sich die Menge an thermischer Verbrennungsenergie umso mehr, je mehr PM in den Oberflächen von Poren in den Zellwänden des Abgasreinigungsfilters gefangen sind, und umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu diesen Problemen kommt.
Die JP H05-44442 offenbart als eine herkömmliche Technik einen Abgaspartikelreinigungsfilter, der eine zwischen einer Zentralfläche und der Außenumfangsfläche des Reinigungsfilters ausgebildete Nicht-Einfang-Fläche hat, wo keine PM eingefangen werden, um den Anstieg der Temperatur des Abgasreinigungsfilters zu unterdrücken. Dies hält Wärmespannungen vom Abgaspartikelreinigungsfilter fern.
Die JP 2005-2972 offenbart als eine andere herkömmliche Technik eine mit einem Abgasreinigungsfilter ausgestattete Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine. Diese Abgasreinigungsanlage hat ein an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungsfilters ausgebildetes Wärmeenergieabsorbtionsteil, das eine höhere Wärmekapazität als die anderen Teile hat. Diese Abgasreinigungsanlage ist dazu imstande, eine Verschlechterung des Katalysators zu verhindern und jegliche Schädigung des Abgasreinigungsfilters zu unterbinden.
Darüber hinaus offenbart die JP 2003-161136 als eine andere herkömmliche Technik eine Wabenstruktur mit einem Gasstromtrennelement, in das kein Abgas strömt oder das dazu imstande ist, den Gasstrom stark zu unterbinden.
Darüber hinaus offenbart die JP 2005-169308 als eine andere herkömmliche Technik einen Abgasreinigungsfilter mit einer Wabenstruktur und ein Verfahren dafür. Die Wabenstruktur hat neben ersten Stopfenelementen zweite Stopfenelemente, die in den Öffnungsteilen von Zellen ausgebildet sind, die sich in einer Fläche innerhalb eines Bereichs von 0,2 bis 2,5% einer Zentralfläche befinden, die vom Mittelpunkt zur Außenumfangsfläche der Wabenstruktur gemessen vertikal zur Mittelachse der Wabenstruktur 2/3 der Querschnittsfläche einnimmt.
Die in der JP H5-44442 offenbarte herkömmliche Technik kann zwar den Anstieg der Temperatur an einem Teil des Abgaspartikelreinigungsfilters unterdrücken, indem sie an der Nicht-Einfang-Fläche eine niedrige Temperatur erhält, doch macht es diese Struktur schwierig, ausreichend zu verhindern, dass der Abgasreinigungsfilter beim Verbrennen der eingefangenen PM eine übermäßig hohe Temperatur erreicht, da die Nicht-Einfang-Fläche vorübergehend eine hohe Temperatur erreicht, wenn die Gesamtmenge an PM groß ist.
Die in der JP 2005-2972 offenbarte herkömmliche Technik sieht zwar den Abgasreinigungsfilter mit dem Wärmeenergieabsorbtionsteil darin vor, damit eine hohe Wärmekapazität erreicht wird, doch wird die Temperatur von Zellen in dem Wärmeenergieabsorbtionsteil hoch. Daher ist es unmöglich, den Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters auf eine übermäßig hohe Temperatur vollständig und ausreichend zu unterdrücken.
Darüber hinaus können die herkömmlichen Techniken JP 2003-161136 und JP 2005-169308 nicht ausreichend verhindern, dass der Abgasreinigungsfilter eine übermäßige Temperatur erreicht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Abgasreinigungsfilter zur Verfügung zu stellen, der dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters auf eine übermäßig hohe Temperatur zu unterdrücken, wenn auf Zellenwänden oder Zellenoberflächen eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden. Der erfindungsgemäße Abgasreinigungsfilter ist frei von einem Schmelzschaden wie einer thermischen Schädigung und Rissbildung. Die Erfindung sieht außerdem ein Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters vor.
Um die obigen Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung einen Abgasreinigungsfilter (1) mit einem Wabengrundelement (2) vor. Das Wabengrundelement (2) setzt sich aus einer auf einer Außenfläche des Abgasreinigungsfilters (1) ausgebildeten Außenumfangswand (5), einer Vielzahl im Inneren der Außenumfangswand (5) in einem Wabenmuster ausgebildeter Zellenwände (3) und einer Vielzahl von Zellen (4) zusammen, die durch die Zellenwände (3) abgetrennt sind.
Die Zellen (4) setzen sich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammen. Die Einlasszellen (41) dienen als Abgaseinleitungsdurchgänge, durch die ein Abgas (G) als ein zu reinigendes Zielgas in das Innere des Abgasreinigungsfilters (1) eingeleitet wird. Eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) ist durch ein Stopfenelement (6) zugestopft. Die Auslasszellen (42) dienen als Abgasabgabedurchgänge, durch die das Abgas (G) zur Außenseite des Abgasreinigungsfilters (1) abgegeben wird. Eine Öffnung am stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (42) ist durch ein Stopfenelement (6) zugestopft. Jede Wärmeenergieentspannungszelle (43) hat einen Wärmeenergieentspannungsteil (431), der vom stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) aus gesehen auf der stromaufwärtigen Seite ausgebildet ist. Der Wärmeenergieentspannungsteil (431) ist mit einem Wärmeenergieentspannungsmaterial gefüllt, das ausgebildet ist durch Schmelzen eines Pulvers hoher Wärmekapazität, damit das Pulver schmilzt und an dem Wabengrundelement (2) anhaftet. Das stromabwärtige Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ist durch ein Stopfenelement (6) zugestopft.
Und zwar ist die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils (431) erfindungsgemäß höher als die Wärmekapazität der Einlasszellen (41) und die Wärmekapazität der Auslasszellen (42). Des Weiteren beträgt die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeenergieentspannungsteilen (431) in den Wärmeenergie entspannungszellen (43) und dem Wabengrundelement (2) nicht mehr als 2 × 10^–6/°C.
Zu den Zellen (4) gehören die Einlasszellen (41), die Auslasszellen (42) und die Wärmeenergieentspannungszellen (43). Jede Wärmeenergieentspannungszelle (43) weist in sich den Wärmeenergieentspannungsteil (431) auf, der mit dem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt ist. Die Wärmekapazität der Wärmeenergieentspannungsteile (431) ist höher als die der Einlasszellen (41) und der Auslasszellen (42). Die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) absorbieren ausreichend die Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn die von dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangenen Partikel (PM) verbrannt werden. Diese Struktur des Abgasreinigungsfilters (1) unterdrückt einen Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters (1) auf eine übermäßige Temperatur und verhindert dadurch, dass sich der Abgasreinigungsfilter (1) auflöst und bricht.
Darüber hinaus ist der Wärmeenergieentspannungsteil (431) in der Wärmeenergieentspannungszelle (43) dadurch ausgebildet, dass er mit dem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt und das Pulver hoher Wärmekapazität geschmolzen wurde. Dadurch haftet das geschmolzene Pulver hoher Wärmekapazität vollständig an dem Wabengrundelement (2) an. Mit anderen Worten sind die Wärmeenergieentspannungsteile (431) und das Wabengrundelement (2) als ein Körper ausgebildet. Diese Struktur kann verhindern, dass sich der Wärmeenergieentspannungsteil (431) von dem Wabengrundelement (2) löst und dass die Wärmeenergieentspannungsteile (431) während der Verwendung des Abgasreinigungsfilters (1) aus dem Abgasreinigungsfilter (1) fallen. Somit hat der erfindungsgemäße Abgasreinigungsfilter (1) eine Erschütterungsschutzfunktion.
Des Weiteren hat die Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil (431) und dem Wabengrundelement (2) in dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungsfilter (1) einen kleinen Wert, der zum Beispiel nicht mehr als 2 × 10^–6/°C beträgt.
Dieses Merkmal des Wärmeausdehnungskoeffizienten kann die Entstehung einer Wärmespannung zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil (431) und dem Wabengrundelement (2) unterdrücken und bewahrt ausreichend die thermische Zuverlässigkeit des Abgasreinigungsfilters (1), etwa die Wärmeschockschutzfunktion.
Darüber hinaus ist nur die Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) durch das Stopfenelement (6) zugestopft. Da der Wärmeenergieentspannungsteil (431) und das Wabengrundelement (2) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität zu einem Körper ausgebildet sind, ist es nicht notwendig, die Stopfenelemente an beiden Öffnungen an dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) auszubilden. Dies kann die Anzahl an Arbeitsschritten bei der Fertigung des Abgasreinigungsfilters (1) und seine Fertigungskosten verringern.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Erfindung einen Abgasreinigungsfilter (1) zur Verfügung stellen, der dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters (1) auf eine übermäßige Temperatur zu unterdrücken, wenn in dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden, und der dazu imstande ist, jegliches Auftreten thermischer Schädigungen (etwa Schmelzen und Brechen) in dem Abgasreinigungsfilter (1) zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) vorgesehen. Das Verfahren hat die folgenden Schritte:

(S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen;
(S2) Trocknen des Wabengrundelements (2);
(S3) Brennen des Wabengrundelements (2);
(S4) Einbringen einer Schlämme für Stopfenelemente (6) in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (42) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43);
(S5) Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von der am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Schlämme für das Stopfenelement (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite ausgebildet ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und
(S6) Brennen des Wabengrundelements (2), um die Stopfenelemente (6) in den Einlasszellen (41), den Auslasszellen (42) und den Wärmeenergieentspannungszellen (43) auszubilden und um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt den Extrusions- und Formschritt (S1), den Trockenschritt (S2), den Brennschritt (S3), den Schlämmefüllschritt (S4), den Pulverfüllschritt (S5) zum Ausbilden der Wärmeenergieentspannungsteile (431) und den Brennschritt (S6) nacheinander durch. Durch diese Abfolge von Schritten in dem Verfahren kann der Abgasreinigungsfilter (1) hergestellt werden, der auch dann dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Wabengrundelements (2) auf eine übermäßige Temperatur zu unterdrücken, wenn in dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen Abgasreinigungsfilter (1) zur Verfügung, der dazu imstande ist, das Auftreten einer thermischen Schädigung, etwa ein Auflösen und Brechen, zu verhindern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das stromaufwärtige Ende des Wärmeenergieentspannungsteils (431) nicht mit Schlämme, die zum Ausbilden des Stopfenelements (6) verwendet werden soll, gefüllt, nachdem der Wärmeenergieentspannungsteil (431) auf der stromaufwärtigen Seite von dem Stopfenelement aus, das an dem stromabwärtigen Ende des Wärmeenergieentspannungsteils (431) in der Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildet ist, mit dem Pulver hoher Wärmeenergie gefüllt wurde. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Verfahren das Stopfenelement (6) nur am stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausbildet und das Stopfenelement (6) nicht an sowohl dem stromaufwärtigen Ende als auch dem stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildet wird. Mit anderen Worten ist es, da der Wärmeenergieentspannungsteil (431) und das Wabengrundelement (2) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und durch Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) zu einem Körper ausgebildet werden, wenn der Wärmeenergieentspannungsteil (431) ausgebildet wird, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, das Stopfenelement (6) sowohl am stromaufwärtigen Ende als auch am stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) auszubilden, um zu verhindern, dass das Pulver hoher Kapazität aus dem Inneren der Wärmeenergieentspannungszelle (43) entweicht. Dies kann die Anzahl an Arbeitsschritten bei der Fertigung verringern und dadurch die Fertigungskosten verringern.
Wie oben beschrieben wurde, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Abgasreinigungsfilter (1) hergestellt werden, der auch dann dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Wabengrundelements (2) auf eine übermäßige Temperatur zu unterdrücken, wenn in dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden, und der dazu imstande ist zu verhindern, dass der Abgasreinigungsfilter (1) eine thermische Schädigung, etwa ein Auflösen und Brechen, erleidet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) vorgesehen, das die folgenden Schritte hat:

(S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen;
(S2) Trocknen des Wabengrundelements (2);
(S4) Einbringen einer Schlämme für Stopfenelemente (6) in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (43) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43);
(S3') Brennen des Wabengrundelements (2) mit der Schlämme, um die Stopfenelemente (6) auszubilden;
(S5') Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von dem an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Stopfen elemente (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite gelegen ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und
(S6') Brennen des Wabengrundelements (2), um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Extrusions- und Formschritt (S1), der Trockenschritt (S2), der Schlämmefüllschritt (S4), der Brennschritt (S3'), der Pulverfüllschritt (S5') für die Wärmeenergieentspannungsteile (431) und der Brennschritt (S6') nacheinander durchgeführt.
Durch die Abfolge dieser Schritte des Verfahren kann der Abgasreinigungsfilter (1) hergestellt werden, der auch dann dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Wabengrundelements (2) auf eine übermäßige Temperatur zu unterdrücken, wenn in dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden, und der dazu imstande ist, eine thermische Schädigung, etwa ein Auflösen und Brechen, zu verhindern.
Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, die Stopfenelemente (6) an sowohl dem stromaufwärtigen Ende als auch dem stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) auszubilden. Das heißt, dass das Stopfenelement (6) nur an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildet wird. Dies kann die Anzahl an Arbeitsschritten bei der Fertigung verringern und dadurch die Fertigungskosten verringern.
Darüber hinaus erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Abschluss des Schlämmefüllschritts (S4) für die Stopfenelemente (6) der Brennschritt (S3'), um gleichzeitig das Wabengrundelement (2) und die Schlämme für die Stopfenelemente (6) zu brennen. Durch dieses Verfahren kann verglichen mit dem Verfahren, in dem das Wabenelement (2) und die Schlämme für die Stopfenelemente (6) in den verschiedenen Schritten (S3 und S6) gebrannt werden, die oben beschrieben sind, die Anzahl an Arbeitsschritten verringert werden. Damit können die Gesamtfertigungskosten drastisch gesenkt werden.
Da der Brennschritt (S6') zum Brennen des Pulvers hoher Kapazität bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Abschluss des vorherigen Brennschritts (S3') zum Brennen des Wabengrundelements (2) und der Schlämme für die Stopfenelemente (6) erfolgt, ist es möglich, für Wärmeenergieentspannungsteile (431) mit einer hohen Qualität zu sorgen, ohne das Pulver hoher Kapazität mit andersartigen Materialien (zum Beispiel Materialien zum Herstellen des Wabengrundelements (2) und der Stopfenelemente (6)) zu vermischen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) vorgesehen, das die folgenden Schritte hat:

(S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen;
(S2) Trocknen des Wabengrundelements (2);
(S3) Brennen des Wabengrundelements (2);
(S4) Einbringen einer Schlämme, die zum Ausbilden von Stopfenelemente (6) verwendet wird, in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (43) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43);
(S3') Brennen des Wabengrundelements (2) mit der Schlämme, um die Stopfenelemente (6) auszubilden;
(S5') Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von dem an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Stopfenelemente (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite gelegen ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und
(S6') Brennen des Wabengrundelements (2), um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Extrusions- und Formschritt (S1), der Trockenschritt (S2), der Brennschritt (S3), der Schlämmefüllschritt (S4), der Brennschritt (S3'), der Pulverfüllschritt (S5') für die Wärmeenergieentspannungsteile (431) und der Brennschritt (S6') nacheinander durchgeführt.
Durch die Abfolge dieser Schritte des Verfahren kann der Abgasreinigungsfilter (1) hergestellt werden, der auch dann dazu imstande ist, den Temperaturanstieg des Wabengrundelements (2) auf eine übermäßige Temperatur zu unterdrücken, wenn in dem Abgasreinigungsfilter (1) eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden, und der dazu imstande ist, eine thermische Schädigung des Abgasreinigungsfilters (1), etwa ein Auflösen und Brechen, zu verhindern.
Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, die Stopfenelemente (6) an sowohl dem stromaufwärtigen Ende als auch dem stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) auszubilden. Das heißt, dass das Stopfenelement (6) nur an einer Öffnung an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildet wird. Dies kann die Anzahl an Arbeitsschritten bei der Fertigung verringern und dadurch die Fertigungskosten verringern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Brennschritt (S3) nach Abschluss des Trockenschritts (S2), der Brennschritt (S3') erfolgt nach Abschluss des Füllschritts (S4) für die Stopfenelemente (6), und der Brennschritt (S6') erfolgt nach Abschluss des Füllschritts (S5') des Pulvers hoher Wärmekapazität.
Das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Abgasreinigungsfilters (1) kann verglichen mit dem Verfahren, bei dem der Brennschritt (S3') nach Abschluss des Füllschritts (S4) für die Stopfenelemente (6) erfolgt, die Durchlässigkeit für das während des Brennschritts (S3) durch das Wabengrundelement (2) (oder die Wabenstruktur) strömende Abgas (G) erhöhen. Dies kann das Entstehen von Rissen in dem Wabengrundelement (2) durch Verringern der Temperaturdifferenz in dem Wabengrundelement (2) unterdrücken und dadurch die Fertigungsausbeute erhöhen.
Da der Brennschritt (S6') für das Pulver hoher Wärmekapazität in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Abschluss des Brennschritts (S3) für das Wabengrundelement (2) und nach Abschluss des Brennschritts (S3') für die Stopfenelemente (6) erfolgt, ist es möglich, den Abgasreinigungsfilter (1) mit einer hohen Qualität herzustellen, ohne dass es zu einem Vermischen andersartiger Materialien, etwa von Materialien für das Wabengrundelement (2) und die Schlämme für die Stopfenelemente (6), kommt, und ist es dadurch möglich, dass die Qualität der Wärmeenergieentspannungsteile (431) erhalten bleibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun exemplarisch ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Abgasreinigungsfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entlang seiner Längsrichtung;
3A ein Muster von Zellen (oder ein Zellenmuster), das in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist;
3B ein vereinfachtes Zellenmuster von Wärmeenergieentspannungszellen, das in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist;
4A einen Schritt des Abdeckens der stromaufwärtigen Enden von Einlasszellen und Auslasszellen in dem Wabengrundelement mit einem Maskierband gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4B einen Schritt des Füllens von Wärmeenergieentspannungszellen in dem Wabengrundelement mit einem Pulver hoher Wärmekapazität gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4C einen Zustand der Wärmeenergieentspannungszellen in dem Wabengrundelement nach Abschluss des Füllens der Wärmeenergieentspannungszellen mit dem Pulver hoher Wärmekapazität;
5A eine Anordnung der Wärmeenergieentspannungszellen, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind;
5B eine andere Anordnung der Wärmeenergieentspannungszellen, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind;
6A bis 6D verschiedene Zellenmuster der Wärmeenergieentspannungszellen, Einlasszellen und Auslasszellen, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind;
7A Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7B Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7C Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen einer erzeugten Spannung und einer Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einem Wärmeenergieentspannungsteil und einem Wabengrundelement in dem Abgasreinigungsfilter gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
9 ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen einer erreichten Maximaltemperatur und einer Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen in dem Wabengrundelement in dem Abgasreinigungsfilter gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
10 ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur und einem Druckverlust des Abgasreinigungsfilters gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
11 ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur und einer Wärmekapazität des Abgasreinigungsfilters gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -zahlen über die verschiedenen Diagramme hinweg gleiche oder sich entsprechende Bauteile.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 1 bis 6 und 7A folgt nun eine Beschreibung eines Abgasreinigungsfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 ist eine Perspektivansicht des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 1 gezeigt ist, setzt sich der Abgasreinigungsfilter 1 aus einem Wabengrundelement 2 und einer Außenumfangswand 5 zusammen. Das Wabengrundelement 2 setzt sich aus Zellenwänden 3, die in der Außenumfangswand 5 in einem Wabenmuster (oder einer Wabenform) angeordnet sind, und einer Vielzahl von Zellen 4 zusammen, die durch die Zellenwände 3 abgetrennt sind.
Das Wabengrundelement 2 besteht aus Keramik, die sich hauptsächlich aus Cordierit zusammensetzt. Wie in 1 gezeigt ist, hat das Wabengrundelement 2 eine Zylinderform mit zum Beispiel einem Durchmesser von 160 mm und einer Länge von 100 mm.
In den Zellenwänden 3 sind viele Poren ausgebildet. Diese Poren können Partikel (PM) einfangen, die in dem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird. Jede Zellenwand 3 hat zum Beispiel eine Dicke von 0,3 mm.
2 ist eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entlang seiner Längsrichtung.
Wie in 2 gezeigt ist, setzen sich die Zellen 4 aus Einlasszellen 41, Auslasszellen 42 und Wärmeenergieentspannungszellen 43 zusammen. Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind dazu imstande, das Wabengrundelement 2, also den Abgasreinigungsfilter 1, daran zu hindern, seine Temperatur während der Verwendung zu erhöhen.
Eine Öffnung am stromabwärtigen Ende 202 jeder Einlasszelle 41 ist durch ein Stopfenelement 6 zugestopft. Eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende 201 jeder Auslasszelle 42 ist durch ein Stopfenelement 6 zugestopft. Wie die Einlass zellen 41 ist auch eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende 202 jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 durch ein Stopfenelement 6 zugestopft. Auf einer stromaufwärtigen Seite des Stopfenelements 6 in der Wärmeenergieentspannungszelle 43 ist ein Wärmeenergieentspannungsteil 431 ausgebildet. Die Einlasszellen 41 dienen als Abgaseinleitungsdurchgänge. Die Auslasszellen 42 dienen als Abgasabgabedurchgänge.
Ein von einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas G wird durch die Einlasszellen 41 in das Innere des Abgasreinigungsfilters 1 eingeleitet. Das Abgas G wird dann durch die Auslasszellen 42 zur Außenseite des Abgasreinigungsfilters 1 abgegeben.
Der Wärmeenergieentspannungsteil 431 ist hergestellt durch Füllen des Inneren jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit einem Wärmeenergieentspannungspulver hoher Wärmekapazität (oder eines Pulvers hoher Wärmekapazität) und dann durch Brennen oder Sintern des Abgasreinigungsfilters 1, so dass jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Wärmeenergieentspannungsentspannungsteil 431 schmilzt und der Wärmeenergieentspannungsteil 431 an dem Wabengrundelement 2 anhaftet. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird als das Pulver hoher Wärmekapazität zum Beispiel Aluminiumtitanat verwendet. Wie das Wabengrundelement 2 bestehen auch die Stopfenelemente 6 aus Keramik, die sich hauptsächlich aus Cordierit zusammensetzt.
3A zeigt ein Zellenmuster der Zellen 4, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. 3B zeigt ein vereinfachtes Zellenmuster der Wärmeenergieentspannungszellen 43, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungs filter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
Wie in 3A gezeigt ist, sind die Zellen 4 (die sich aus den Einlasszellen 41, den Auslasszellen 42 und den Wärmeenergieentspannungszellen 43 zusammensetzen) bei Betrachtung des Wabengrundelementes 2 des Abgasreinigungsfilters 1 von der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms G aus von den Zellenwänden 3 umgeben, die in einer Viereckgitterform (oder auch in einer Wabenform) angeordnet sind.
Die Stopfenelemente 6 sind in einem Schachbrettmuster ausgebildet, so dass jedes Stopfenelement 6 in Vertikal- und Horizontalrichtung im Wechsel ausgebildet ist.
Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind in dem Wabengrundelement 2 in einem vorbestimmten Muster ausgebildet. Jedes Stopfenelement 6 ist bei Betrachtung entlang der Richtung des Abgasstroms G auf der stromaufwärtigen Seite jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 ausgebildet.
Wie in 5A gezeigt ist, setzen sich die Zellenwände 3 in dem Wabengrundelement 2 im Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Zellenwänden 31, die in einer ersten Richtung ausgebildet sind, und Zellenwänden 32 zusammen, die in einer zweiten Richtung ausgebildet sind, die senkrecht zur ersten Richtung der Zellenwände 31 ist. Das heißt, dass die Zellenwände 31 und 32 in einer Gitterform oder einem Gittermuster ausgebildet sind.
Die Wärmeenergieentspannungszelle 43 ist als diejenige Zelle 4 ausgebildet, die zwischen den Auslasszellen 42 entlang der in der ersten Richtung ausgebildeten Zellenwand 31 oder der in der zweiten Richtung ausgebildeten Zellenwand 32 ausgebildet ist.
Wie in 3B gezeigt ist, sind die Wärmeenergieentspannungszellen 43 unter einem regelmäßigen Intervall des Wabengrundelements 2 in einer Gitterform oder einem Schachbrettmuster angeordnet. 3B ist eine schematische Ansicht, die nur das Anordnungsmuster der Wärmeenergieentspannungszellen 43 zeigt.
Des Weiteren sind die Wärmeenergieentspannungszellen 43, wie in 3B gezeigt ist, in einer vorgegebenen Fläche innerhalb eines Abstands „n" ausgebildet, der nicht mehr als 80% der Geraden „m" beträgt, die in dem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelementes 2 vom Mittelpunkt „0" bis zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird, wobei „n" = 0,8 × „m" gilt.
Die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 bezogen auf die vorgegebene Fläche beträgt 14%, wobei diese vorgegebene Fläche die Innenfläche des in 3B gezeigten gestrichelten Kreises A mit dem Abstand „n" ist, der nicht mehr als 80% der Geraden „m" beträgt, die in dem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelementes 2 vom Mittelpunkt „0" bis zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird.
In dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils 431 höher als die Wärmekapazität der Einlass- und Auslasszellen 41 und 42.
Genauer gesagt beträgt die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils 431 in dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 1,4 (J/cm³·K). Die Wärmekapazität der Einlasszelle 41 und der entsprechenden Zellenwände 3 beträgt 0,52 (J/cm³·K). Die Wärmekapazität der Auslasszellen 42 und der entsprechenden Zellenwände 3 beträgt 0,52 (J/cm³·K).
Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 beträgt nicht mehr als 2 × 10^–6/°C. Und zwar betragen bei dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wärmeenergieentspannungsteils 431 2,5 × 10^–6/°C und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wabengrundelements 2 0,5 × 10^–6/°C. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 beträgt also 2 × 10^–6/°C.
Es folgt nun unter Bezugnahme auf 7A eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7A zeigt das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 7A gezeigt ist, setzt sich das Verfahren aus einem Extrusionsformschritt S1, einem Trockenschritt S2, einem ersten Brennschritt S3, einem Schlämmefüllschritt S4, einem Füllschritt für Pulver hoher Wärmekapazität S5 und einem zweiten Brennschritt S6 zusammen.
Es wird zunächst das Ausgangsmaterial für den Abgasreinigungsfilter 1 vorbereitet.
In dem Extrusionsformschritt S1 nach dem Vorbereiten des Ausgangsmaterials wird das Keramikausgangsmaterial extrudiert, um ein Wabengrundelement 2 zu formen, in dem die Zellenwände 3 in einem Wabenmuster angeordnet sind.
In dem Trockenschritt S2 wird das Wabengrundelement 2 getrocknet.
In dem ersten Brennschritt S3 wird das Wabengrundelement 2 gebrannt. In dem Schlämmefüllschritt S4 werden eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle 41, eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeentspannungszelle 43 und eine Öffnung am stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle 42 mit der Schlämme 60 für die Stopfenelemente 6 gefüllt.
In dem Füllschritt für das Pulver hoher Wärmekapazität S5 wird gemessen von der Schlämme 60 für das Stopfenelement am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 die stromaufwärtige Seite (die zu dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 wird) mit einem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt.
In dem zweiten Brennschritt S6 wird das Wabengrundelement 2 gebrannt, um das auf jeder stromaufwärtigen Seite eingefüllte Pulver hoher Wärmekapazität (das zu dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 wird) zu schmelzen. Dadurch haftet das Pulver hoher Wärmekapazität, das in jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 eingefüllt wurde, an dem Wabengrundelement 2 an. Dies ergibt den Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43. Das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 ist damit beendet.
Die obigen Schritte des Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 werden nun ausführlich erläutert.
Bei der Ausgangsmaterialvorbereitung wurde ein Cordieritausgangsmaterial vorbereitet. Das Cordieritausgangsmaterial setzte sich hauptsächlich aus Cordierit als einem Haupt bestandteil zusammen, der Kaolin, Quarzgut, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Talk und Porenbildungsmittel (Kohlenstoff) enthielt. Das Cordierit hat eine theoretische Zusammensetzung mit 45 Gew.-% bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Aluminiumhydroxid Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO. Es wurden dann das Cordieritausgangsmaterial und Wasser miteinander vermischt. In das gemischte Cordieritausgangsmaterial wurde ein organisches Bindemittel gegeben und dann vermischt, damit sich ein tonartiges Cordieritausgangsmaterial ergab.
Nach Abschluss der Ausgangsmaterialvorbereitung wurde das tonartige Keramikausgangsmaterial in dem Extrusions- und Formschritt S1 durch einen Extruder, etwa einen Schraubenextruder, extrudiert, und die extrudierte Struktur wurde als Grünkörper in mehrere Wabenformkörper vorbestimmter Länge geschnitten. Der Wabenformkörper vorbestimmter Länge entspricht in seiner Form dem Wabengrundelement 2.
Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Wabenformkörper (als tonartiges Keramikmaterial) einen Durchmesser von 168 mm, eine Länge von 101 mm und eine Zellenwanddicke von 0,31 mm. In dem Wabengrundelement 2 beträgt die Anzahl der Zellen 310 Mesh. Das Wabengrundelement 2 kann abhängig von den Anwendungsbereichen auch eine andere Größe haben.
Als nächstes wurde das Wabengrundelement 2 in dem ersten Trockenschritt S2 getrocknet.
Das Wabengrundelement 2 wurde dann in dem ersten Brennschritt S3 in einem (nicht gezeigten) Hochtemperaturofen 20 Stunden lang bei einer Temperatur von 1430°C gebrannt.
4A zeigt einen Schritt des Bedeckens der stromaufwärtigen Enden 201 der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 in dem Wabengrundelement 2 mit einem Maskierband 71 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4B zeigt einen Schritt des Füllens der Wärmeenergieentspannungszellen 43 in dem Wabengrundelement 2 mit dem Pulver 430 hoher Wärmekapazität gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4C zeigt einen Zustand der Wärmeenergieentspannungszellen 43 in dem Wabengrundelement 2 nach Abschluss des Füllens der Wärmeenergieentspannungszellen 43 mit dem Pulver 430 hoher Wärmekapazität.
Wie deutlich in 4A gezeigt ist, werden in dem Schlämmefüllschritt S4 die Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle 41, die Öffnung am stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle 42 und die Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit der Schlämme 60 gefüllt.
Wie in 4A gezeigt ist, wurden als nächstes das stromaufwärtige Ende 201 jeder Einlass- und Auslasszelle 41 und 42 in dem Wabengrundelements 2 mit dem Maskierband 71 bedeckt. In der Endfläche des Maskierbands 71 wurden unter Verwendung eines Lötkolbens Löcher ausgebildet. Jedes Loch 71 entsprach der Öffnung am stromaufwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43. 4A bis 4C zeigen zur Vereinfachung nur ein Loch.
Wie in 4B gezeigt ist, wurde an die Oberfläche auf der stromaufwärtigen Seite des Wabengrundelements 2 ein Shampoo-Hut 72 (der als ein Schutzelement dient, das dazu imstande ist, das Pulver 430 hoher Wärmekapazität am Herunterfallen zu hindern) angepasst. Das Wabengrundelement 2 wurde auf einer Rüttelvorrichtung 73 montiert, so dass das stromaufwärtige Ende 201 des Wabengrundelements 2 die obere Position einnahm.
Wie in 4C gezeigt ist, rüttelte die Rüttelvorrichtung 73 das Wabengrundelement 2, um in dem Füllschritt für das Pulver hoher Wärmekapazität S5 das Pulver 430 hoher Wärmekapazität vollständig in die Wärmeenergieentspannungszelle 43 einzufüllen.
Als Wärmeenergieentspannungsteil 431 wurde dadurch die Fläche, die von der Schlämme 60 für das Stopfenelement 6 aus gesehen die stromaufwärtige Seite darstellt, in der Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver 430 hoher Wärmekapazität gefüllt.
Nach Abschluss des Füllens der Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver 430 hoher Wärmekapazität wurde der Shampoo-Hut 72 vom stromaufwärtigen Ende 201 des Wabengrundelements 2 entfernt, um das restliche Pulver 430 von der Endfläche an der stromaufwärtigen Seite des Wabengrundelements 2 zu beseitigen.
Als nächstes wurde das Wabengrundelement 2 mit der Schlämme 60 für die Stopfenelemente 6 und dem Pulver hoher Wärmekapazität in den (nicht gezeigten) Hochtemperaturofen gesetzt, so dass sich das stromaufwärtige Ende 201 des Wabengrundelements 2 an der oberen Seite des Hochtemperaturofens befand.
Das Wabengrundelement 2 wurde vier Stunden lang bei 1350°C gebrannt, um die Stopfenelemente 6 auszubilden und auch das Pulver hoher Wärmekapazität zu schmelzen. Das Pulver 430 hoher Wärmekapazität wurde geschmolzen und haftete dadurch im zweiten Brennschritt S6 an den Zellenwänden des Wabengrundelements 2 an. Der Abgasreinigungsfilter 1 wurde durch die obigen Vorgänge hergestellt.
Als nächstes folgt nun eine Beschreibung der Wirkung und Effekte des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat die Zellen 4, die sich aus den Einlasszellen 41, den Auslasszellen 42 und den Wärmeenergieentspannungszellen 43 zusammensetzten. Jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 hat den Wärmeenergieentspannungsteil 431, in dem das Pulver 430 hoher Wärmekapazität eingefüllt ist. Und zwar hat der Wärmeenergieentspannungsteil 431 eine höhere Wärmekapazität als die Einlasszelle 41 und die Auslasszelle 42. Daher kann der Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 im Abgasreinigungsfilter 1 effektiv die Wärmeenergie absorbieren, die erzeugt wird, wenn PM, die in den Zellenwänden 3 einer porösen Struktur eingefangen wurden, verbrannt werden, um die PM von dem Abgasreinigungsfilter 1 zu entfernen. Dies verhindert, dass das Wabengrundelement 2 in dem Abgasreinigungsfilter 1 eine thermische Schädigung, etwa Schmelzen und Rissbildung, erleidet.
Und zwar wird der Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 dadurch ausgebildet, dass das Pulver 430 hoher Wärmekapazität schmelzen gelassen wird, damit es schmilzt und an den Zellenwänden 3 des Wärmegrundelements 2 anhaftet. Mit anderen Worten werden der Wärmeenergieentspannungsteil 431 und das Wabengrundelement 2 zu einem Körper ausgebildet. Durch diese Struktur kann vermieden werden, dass sich der Wärmeenergieentspannungsteil 431 löst und aus dem Wabengrundelement 2 heraus fällt, wenn während der Verwendung des Abgasreinigungsfilters 1 Erschütterungen auftreten. Infolgedessen hat der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Abgasreinigungsfilter 1 eine angemessene Erschütterungsschutzfunktion.
Da zudem die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 mit beispielsweise einem Wert von nicht mehr als 2 × 10^–6/°C klein ist, kann dieses Merkmal die zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 aufgebrachte Wärmespannung daran hindern, sich zu erhöhen, und kann ausreichend die thermische Zuverlässigkeit des Abgasreinigungsfilters 1, etwa die Thermoschockschutzfunktion, sicherstellen.
Da darüber hinaus die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils 431 beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht weniger als 1,30 (J/cm³·K) beträgt, kann der Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 ausreichend die Wärmeenergie absorbieren, die erzeugt wird, wenn PM verbrannt werden, um die PM aus dem Abgasreinigungsfilter 1 zu beseitigen.
Da darüber hinaus der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wärmeenergieentspannungsteil 431 in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht mehr als 2,5 × 10^–6/°C beträgt, ist es möglich, ausreichend die Zuverlässigkeit der Thermoschockschutzfunktion des Abgasreinigungsfilters 1 zu erhalten.
Darüber hinaus nimmt die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 im Durchmesserquerschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Abgasreinigungsfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer vorgegebenen Fläche, die der Innenfläche des gestrichelten Kreises „A" entspricht, einen Wert innerhalb eines Bereichs von 5 bis 30% ein. Der gestrichelte Kreis A hat einen Radius, der 80% der vom Mittelpunkt „0" zur Außenumfangsfläche 51 gemessenen Länge beträgt. Diese Struktur kann zwei Funktionen erfüllen, wobei eine Funktion ist, die Wärmeenergie zu absorbieren, die durch den Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 erzeugt wird, wenn eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden, und die andere Funktion ist, einen Anstieg des Druckverlusts des Wärmeenergieentspannungsteils 431 in der Wärmeenergieentspannungszelle 43, durch die kein Abgas G geht, zu unterdrücken.
Darüber hinaus wird in dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Füllschritt für das Pulver hoher Wärmekapazität S5 eine Öffnung am stromaufwärtigen Ende 201 der Wärmeenergieentspannungszelle 43 auch nach Abschluss des Füllens des stromaufwärtigen Endes 201 der Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver 430 hoher Wärmekapazität nicht mit dem aus der Schlämme 60 bestehenden Stopfenelement 6 zugestopft. Andererseits wird die Öffnung am stromabwärtigen Ende 202 jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit der Schlämme 60 für das Stopfenelement 6 gefüllt. Es werden also nicht die Öffnungen an beiden Enden der Wärmeenergieentspannungszelle 43 durch die Stopfenelemente 6 zugestopft, sondern es wird nur eine Öffnung am stromabwärtigen Ende 202 jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 durch das Stopfenelement 6 zugestopft.
Diese Verringerung der Gesamtzahl der Stopfenelemente 6 in dem Wabenstrukturelement 2 ist wie folgt gestützt. Und zwar wird das Pulver 430 hoher Wärmekapazität in dem zweiten Brennschritt S6 nach Abschluss des Schlämmefüllschritts S4 für die Stopfenelemente 6 in jeder Wärmeenergie entspannungszelle 43 thermisch gelöst und haftet das gelöste Pulver dann an dem Wabengrundelement 2 an, um den Wärmeenergieentspannungsteil 431 auszubilden. Das heißt, dass der Wärmeenergieentspannungsteil 431 und das Wabengrundelement 2 zu einem Körper ausgebildet werden.
Es ist demnach nicht notwendig, das Stopfenelement 6 in der Öffnung am stromaufwärtigen Ende 201 jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 auszubilden, um das Pulver 430 hoher Wärmeenergie daran zu hindern, vom stromaufwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle 43 zur Außenseite des Wabengrundmaterials 3 überzufließen. Das kann die Anzahl an Vorgängen des Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 und die Fertigungskosten verringern.
Gemäß dem oben ausführlich beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich zu verhindern, dass der Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters 1 eine übermäßig hohe Temperatur erreicht, wenn eingefangene Partikel (PM) verbrannt werden. Außerdem ist es möglich, das Auftreten eines Schmelzschadens wie eine thermische Schädigung und Risse in dem Abgasreinigungsfilter 1 zu vermeiden. Des Weiteren sorgt das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1.
5A zeigt eine Anordnung der Wärmeenergieentspannungszellen 43, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. 5B zeigt eine andere Anordnung der Wärmeenergieentspannungszellen 43, die in dem in 1 gezeigten Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
Wie in 5A gezeigt ist, sorgt das erste Ausführungsbeispiel für ein Zellenmuster, bei dem die Wärmeenergieentspannungszellen 43 entlang der Zellenwand 31 oder der Zellenwand 32 ausgebildet sind. Allerdings ist die Erfindung nicht auf das in 5A gezeigte Zellenmuster beschränkt. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 um 45° gegenüber entweder der Zellenwand 31 oder der Zellenwand 32 gekippt sind.
Die Erfindung ist auch nicht auf die obigen Anordnungen der Wärmeenergieentspannungszellen 43 beschränkt. So ist es zum Beispiel möglich, die Wärmeenergieentspannungszellen 43 in den verschiedenen Arten von Zellenanordnungen auszubilden, die in 6A bis 6D gezeigt sind.
6A bis 6D zeigen verschiedene Anordnungen der Wärmeenergieentspannungszellen 43, der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42, die in dem Abgasreinigungsfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
In dem in 6A gezeigten Abgasreinigungsfilter 1 sind die Wärmeenergieentspannungszellen 43 zum Beispiel nur in der Innenfläche ausgebildet, die durch den gestrichelten Kreis A mit dem Radius umgeben ist, der eine Länge von 80% des im Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 vom Mittelpunkt O zur Außenumfangsfläche 51 gemessenen Abstands hat. Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind in der von dem gestrichelten Kreis A umgebenen Innenfläche so gleichmäßig wie möglich ausgebildet.
Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind (wie in 5A gezeigt ist) entlang entweder der Zellenwand 31 oder der Zellenwand 32 in einem Viereckgittermuster ausgebildet.
Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind somit auf den schwarzen fetten Linien ausgebildet, die in 6A bis 6D gezeigt sind. Allerdings ist es auch möglich, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 andere Zellenmuster einnehmen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 7B folgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
7B zeigt ein Verfahren zum Herstellen das Abgasreinigungsfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 7B gezeigt ist, werden, um den Abgasreinigungsfilter 1 herzustellen, in dem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Ausgangsmaterialvorbereitungsschritt, ein Extrusionsformschritt S1, ein Trockenschritt S2, ein Schlämmefüllschritt S4, ein erster Brennschritt S3', ein Füllschritt für Pulver hoher Wärmekapazität S5' und ein zweiter Brennschritt S6' durchgeführt.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Ausgangsmaterial für den Abgasreinigungsfilter 1 vorbereitet.
In dem Extrusionsformschritt S1 nach dem Vorbereiten des Ausgangsmaterials wird das Keramikausgangsmaterial extrudiert, um das Wabengrundelement 2 zu formen, in dem die Zellenwände 3 in einer Wabenanordnung angeordnet sind. Das Wabengrundelement 2 wird dann im Trockenschritt S2 getrocknet.
In dem Schlämmefüllschritt S4 nach Abschluss des Schritts S2 werden eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle 41, eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 und eine Öffnung auf der stromaufwärtigen Seite jeder Auslasszelle 42 mit der Schlämme 60 für die Stopfenelemente 6 gefüllt.
In dem ersten Brennschritt S3' nach Abschluss des Schlämmefüllschritts S4 wird das Wabengrundelement 2 gebrannt.
In dem Füllschritt für Pulver hoher Wärmekapazität S5' nach Abschluss des ersten Brennschritts S3' wird die stromaufwärtige Seite (die zu dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 wird) in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt.
In dem zweiten Brennschritt S6' nach Abschluss des Schritts S5' wird das Wabengrundelement 2 gebrannt, um das Pulver 430 hoher Wärmekapazität in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 zu schmelzen.
Dadurch schmilzt das Pulver 430 hoher Wärmekapazität in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 und haftet an dem Wabengrundelement 2 an. Der zweite Brennschritt S6' ergibt den Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43. Das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 ist damit beendet.
Diese Schritte des Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind im Großen und Ganzen gleich oder ähnlich wie die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels erfolgt der erste Brennschritt S3' nach dem Schlämmefüllschritt S4.
In dem ersten Brennschritt S3' werden das Wabengrundelement 2 und die Schlämme 60 für die Stopfenelemente 6 gleichzeitig gebrannt. Das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels kann verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel die Gesamtzahl der Brennvorgänge verringern. Daher kann das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels die Fertigungskosten senken. Da der zweite Brennschritt S6' des Brennens des Pulvers 430 hoher Wärmekapazität, das in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 in dem Wabengrundelement 2 eingefüllt ist, nach Abschluss des ersten Brennschritts S3' erfolgt, ist es möglich, ein Vermischen andersartiger Materialien, etwa der Materialien für das Wabengrundelement 2, die Stopfenelemente 6 und das Pulver 430 hoher Wärmekapazität, zu vermeiden. Dadurch kann der Wärmeenergieentspannungsteil 431 in dem Abgasreinigungsfilter 1 mit hoher Qualität ausgebildet werden.
Die anderen Effekte, für die das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sorgt, sind die gleichen wie diejenigen, für die das Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels sorgt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 7C folgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels.
7C zeigt das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 7C gezeigt ist, werden in dem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels nacheinander ein Extrusionsformschritt S1, ein Trockenschritt S2, ein erster Brennschritt S3, ein Schlämmefüllschritt S4, ein zweiter Brennschritt S3', ein Füllschritt für Pulver hoher Wärmekapazität S5' und ein dritter Brennschritt S6' durchgeführt.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst Ausgangsmaterial für den Abgasreinigungsfilter 1 vorbereitet.
In dem Extrusionsformschritt S1 nach der Vorbereitung des Ausgangsmaterials wird das Keramikausgangsmaterial extrudiert, um das Wabengrundelement 2 zu formen, in dem die Zellenwände 3 in einem Wabenmuster angeordnet sind.
In dem Trockenschritt S2 nach Abschluss des Schritts S1 wird das Wabengrundelement 2 getrocknet.
In dem ersten Brennschritt S3 nach Abschluss des Schritts S2 wird das Wabengrundelement 2 gebrannt.
In dem Schlämmefüllschritt S4 nach Abschluss des Schritts S3 werden eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle 41, eine Öffnung am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 und eine Öffnung am stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle 42 mit der Schlämme für die Stopfenelemente 6 gefüllt.
In dem zweiten Brennschritt S3' nach Abschluss des Schritts S4 wird das Wabengrundelement 2 mit der Schlämme für die Stopfenelemente 6 gebrannt.
In dem Füllschritt für Pulver hoher Wärmekapazität S5' nach Abschluss des Brennschritts S3' wird die stromaufwärtige Seite (die zu dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 wird) jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt.
Schließlich wird in dem dritten Brennschritt S6' nach Abschluss des Schritts S5' das Wabengrundelement 2 gebrannt, um das Pulver 430 hoher Wärmekapazität, mit dem jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 gefüllt ist, zu schmelzen.
Dadurch haftet das geschmolzene Pulver 430 an dem Wabengrundelement 2 an. Der dritte Brennschritt S6' ergibt den Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43. Das Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 ist damit beendet.
Diese Schritte des Verfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen gleich oder ähnlich wie die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels erfolgt der erste Brennschritt S3 nach Abschluss des Trockenschritts S2, und der zweite Brennschritt S3' erfolgt nach Abschluss des Schlämmefüllschritts S4. Der dritte Brennschritt S6' erfolgt nach Abschluss des Füllschritts für das Pulver hoher Wärmekapazität S5'.
Das Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels kann verglichen mit dem Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels, in dem der Brennschritt S3' (der in dem Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels der erste Brennschritt ist) nach Abschluss des Schlämmefüllschritts S4 erfolgt, während des ersten Brennschritts S3 die Gasdurchlässigkeit in dem Wabengrundelement 2 erhöhen. Dieses Merkmal unterdrückt das Auftreten einer Temperaturdifferenz in dem Wabengrundelement 2 während des Brennschritts und kann eine Rissbildung darin vermeiden.
Dadurch erhöht das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels die Fertigungsausbeute des Brennschritts.
Da der dritte Brennschritt S6' nach dem Brennschritt S3' erfolgt, der in dem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels nach dem Brennschritt S3 erfolgt, ist es außerdem möglich, ein Vermischen des Pulvers 430 hoher Wärmekapazität und anderer Materialien zum Ausbilden des Wabengrundelements 2 und der Stopfenelemente 6 zu vermeiden. Dies steigert die Qualität des in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 ausgebildeten Teils 431 hoher Wärmekapazität.
Die anderen Effekte, für die das Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sorgt, sind die gleichen wie diejenigen, für die das Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels sorgt.
Viertes Ausführungsbeispiel
Es folgt eine Beschreibung von Simulationsergebnissen zu einer Spannung (im folgenden als die „erzeugte Spannung" bezeichnet), die in dem Abgasreinigungsfilter 1 während eines Versuchs unter einer übermäßigen Temperatur erzeugt wird, wenn die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 geändert wird.
In dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgte die obige Simulation für den Abgasreinigungsfilter 1 mit dem Wabengrundelement 2, bei dem die Wärmeenergieentspannungszellen 43 in dem in 6A gezeigten Zellenmuster ausgebildet waren. Das Wabengrundelement 2 des Abgasreinigungsfilters 1 als Muster für die Simulation bestand aus Cordierit und hatte einen Durchmesser von 160 mm, eine Längslänge von 100 mm, eine Zellendicke von 0,3 mm und eine Zellendichte von 300 pro Quadratzoll, wobei jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 ein Wärmeenergieentspannungsteil 431 aus Aluminiumtitanat als Pulver hoher Wärmekapazität aufwies. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wabengrundelements 2 betrug 1,65 × 10^–6/°C. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wärmeenergieentspannungsteils 431 war höher als der des Wabengrundelements 2.
Der Versuch unter übermäßiger Temperatur geschah unter den folgenden Vorgängen.
Der Abgasreinigungsfilter wurde mit 1,3 Litern Sauerstoffkatalysator an einem Abgasrohr eines Common-Rail-Dieselmotors mit 2 Liter Motorvolumen oder Hubraum montiert.
In dem Abgasreinigungsfilter wurden 12 Gramm Partikel (PM) gesammelt.
Der Dieselmotor arbeitete unter einer Nacheinspritzungssteuerung, um die Temperatur im Inneren des Wabengrundelements 2 in dem Abgasreinigungsfilter auf die Zieltemperatur von 650°C zu erhöhen.
Als die Temperatur im Inneren des Wabengrundelements 2 die Zieltemperatur 650°C erreichte, wurde die Drehzahl des Dieselmotors auf eine Leerlaufdrehzahl gesenkt, um die in dem Wabengrundelement 2 des Abgasreinigungsfilters gesammelten PM explosiv zu verbrennen.
In der Simulation des Versuchs unter übermäßiger Temperatur wurde die erzeugte Spannung in dem Abgasreinigungsfilter beruhend auf einer Verschiebung sowohl des Wabengrundelements 2 als auch des Wärmeenergieentspannungsteils 431 gemessen, als der Teil mit der höchsten Temperatur in dem Wabengrundelement 2 965°C erreichte. Unter Verwendung der ermittelten Verschiebungen des Wabengrundelements 2 und des Wärmeenergieentspannungsteils 431 wurde die Verformung oder Dehnung des Abgasreinigungsfilters berechnet. Die Verformung des Abgasreinigungsfilters wurde unter Verwendung eines dreidimensionalen Finite-Elemente-Verfahren-Modells (FEM-Modells) durch instationäre numerische Simulation berechnet.
8 zeigt die Ergebnisse des obigen Versuchs. In 8 gibt die vertikale Linie die erzeugte Spannung (MPa) und die horizontale Linie die Differenz (× 10^–6/°C) des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 des Abgasreinigungsfilters an.
Wie aus 8 deutlich hervorgeht, ist zu erkennen, dass nur die Differenz von nicht mehr als 2 × 10^–6/°C beim Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 den tatsächlich zulässigen Wert P1 = 3,95 MPa der erzeugten Spannung im Abgasreinigungsfilter erfüllt. Es ist daher vorzuziehen, dass die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeenergieentspannungsteil 431 und dem Wabengrundelement 2 im Abgasreinigungsfilter nicht mehr als 2 × 10^–6/°C beträgt.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Es folgt eine Beschreibung von Versuchsergebnissen zur erreichten Maximaltemperatur im Inneren des Wabengrundelements 2, wenn die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 in dem Abgasreinigungsfilter geändert wird.
Wie oben in der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels vorgeschrieben ist, entspricht die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 dem Anteil der Wärmeenergieentspannungszellen 43 in der vorgegeben Fläche, die durch die Linie von nicht mehr als 80% der Geraden, die im Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 vom Mittelpunkt O zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird, ausgewiesen wird.
Im fünften Ausführungsbeispiel verwendete der Versuch den Abgasreinigungsfilter 1, der mit dem Wabengrundelement 2 ausgestattet war, das die Wärmeenergieentspannungszellen 43 hatte, die jeweils mit den in 3B, 6A, 6B, 6C und 6D gezeigten Mustern ausgebildet waren, wobei das Wabengrundelement 2 aus Cordierit bestand und einen Durchmesser von 160 mm, eine Längslänge von 100 mm, eine Zellendicke von 0,3 mm und eine Zellendichte von 300 pro Quadratzoll hatte und wobei jede Wärmeenergieentspannungszelle 43 in sich das aus einem Pulver hoher Wärmekapazität (zum Beispiel Aluminiumtitanat, Cordierit oder dergleichen) bestehende Wärmeenergieentspannungsteil 431 aufwies.
Der Versuch unter der übermäßigen Temperatur geschah wie im oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel unter den folgenden Vorgängen.
Der Abgasreinigungsfilter mit 1,3 Litern Sauerstoffkatalysator wurde an einem Abgasrohr eines Common-Rail-Dieselmotors mit 2 Liter Motorvolumen oder Hubraum montiert. In dem Abgasreinigungsfilter wurden 12 Gramm Partikel (PM) gesammelt.
Der Dieselmotor arbeitete unter einer Nacheinspritzungssteuerung, um die Temperatur im Inneren des Wabengrundelements 2 in dem Abgasreinigungsfilter auf die Zieltemperatur von 650°C zu erhöhen.
Als die Temperatur im Inneren des Wabengrundelements 2 die Zieltemperatur von 650°C erreichte, wurde die Drehzahl des Dieselmotors auf eine Leerlaufdrehzahl verringert, um die im Wabengrundelement 2 des Abgasreinigungsfilters gesammelten PM explosiv zu verbrennen.
Für den Versuch unter der übermäßigen Temperatur wurden in dem Wabengrundelement 2 gleichmäßig dreißig thermoelektrische Elemente (oder dreißig Thermoelemente) platziert. Während des Versuchs wurde die höchste Temperatur von den Temperaturen, die von den dreißig thermoelektrischen Elementen angegeben wurden, als erreichte Maximaltemperatur verwendet.
9 ist ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur und der Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen in dem Wabengrundelement 2 im Abgasreinigungsfilter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie in 9 gezeigt ist, gibt die vertikale Linie die erreichte Maximaltemperatur (°C) und die horizontale Linie die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen im Wabengrundelement 2 an.
Aus den in 9 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass nur eine Belegungsrate von nicht weniger als 5% der Wärmeenergieentspannungszellen im Abgasreinigungsfilter die Bedingung erfüllt, dass die erreichte Maximaltemperatur in dem Wabengrundelement nicht höher als die tatsächlich zulässige Temperatur T1 von 960°C ist. Daher ist es vorzuziehen, dass die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 im Wabengrundelement nicht weniger als 5% beträgt.
Falls die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 mehr als 30% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass der Druckverlust aufgrund der zunehmenden Anzahl der Wärmeenergieentspannungszellen 43, durch die kein Abgas geht, zunimmt. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass der Abgasreinigungsfilter die Wärmeenergieentspannungszellen 43 mit einer Belegungsrate von nicht mehr als 30% aufweist.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Es folgt eine Beschreibung von Versuchsergebnissen von Abgasreinigungsfiltern (als Versuchsmuster E1 bis E6) zum Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur im Inneren des Wabengrundelements 2, der Wärmekapazität der Wärmeenergieentspannungszellen 43 und dem Druckverlust.
Jedes dieser Muster E1 bis E6 wies das aus Cordierit bestehende Wabengrundelement auf und hatte einen Durchmesser von 160 mm, eine Längslänge von 100 mm, eine Zellendicke von 0,3 mm und eine Zellendichte von 300 pro Quadratzoll. Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 waren in Zellenmustern ausgebildet. Jede der Wärmeenergieentspannungszellen 43 wies in sich den Wärmeenergieentspannungsteil 431 auf, wobei die aus einem Pulver hoher Wärmekapazität ausgebildeten Wärmeenergieentspannungszellen 43 in verschiedenen Mustern ausgebildet waren.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Versuchsergebnisse dieser Muster E1 bis E6 hinsichtlich der Arten des Pulvers hoher Wärmekapazität, der Zellenmuster der Wärmeenergie entspannungszellen 43, der verschiedenen Wärmekapazitäten der Wärmeenergieentspannungszellen 43 und der verschiedenen Belegungsraten der Wärmeenergieentspannungszellen 43. Die verschiedenen Zellenmuster der Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind in 3B und 6A bis 6D gezeigt.

Die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 ist der Anteil der Wärmeenergieentspannungszellen 43 in der vorgegebenen Fläche, die durch die Linie ausgewiesen wird, die nicht mehr als 80% der Geraden einnimmt, die im Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 vom Mittelpunkt O zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird. Tabelle 1

Muster	Pulver hoher Wärmekapazität	Platzierungsmuster	Wärmekapazität (J/cm³·K) Wärmeenergieentspannungsteil	Belegungsrate (%) Wärmeenergieentspannungszellen
E1	Aluminiumtitanat	FIG. 6D	1,46	3
E2	Aluminiumtitanat	FIG. 6C	1,46	2
E3	Cordierit	FIG. 6B	1,08	29
E4	Cordierit	FIG. 3B, FIG. 6A	1,08	26
E5	Aluminiumtitanat	FIG. 6A	1,46	26
E6	Aluminiumtitanat	FIG. 3B	1,46	38

Im sechsten Ausführungsbeispiel wurde die erreichte Maximaltemperatur im Inneren des Wabengrundelements 2 auf die gleiche Weise wie im fünften Ausführungsbeispiel erfasst.
Die Wärmekapazität des Abgasreinigungsfilters 1 war die Gesamtsumme aus der Wärmekapazität des Wabengrundelements 2 und der Wärmekapazität der Wärmeenergieentspannungsteile 431, die auf Grundlage der jeweiligen spezifischen Wärmekapazität und der jeweiligen relativen Dichte des Wabengrundelements 2 und der Wärmeenergieentspannungsteile 431 und dergleichen ermittelt wurden.
Der Druckverlust wurde auf Grundlage einer Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Einlassseite des Abgasreinigungsfilters und dem Druck an der Auslassseite des Abgasreinigungsfilters erfasst, als das Abgas mit einem Durchsatz von 5000 Litern/Minute durch den Abgasreinigungsfilter 1 hindurch ging.
Als nächstes folgt unter Bezugnahme auf 10 und 11 eine Beschreibung der Versuchsergebnisse der erreichten Maximaltemperatur und der Wärmekapazität beziehungsweise des Druckverlustes des Wabengrundelements in dem Abgasreinigungsfilter.
10 ist ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur und dem Druckverlust des Wabengrundelements in dem Abgasreinigungsfilter zeigt. In 10 gibt die vertikale Linie die erreichte Maximaltemperatur (°C) und die horizontale Linie den Druckverlust (kPa) an.
11 ist ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der erreichten Maximaltemperatur und der Wärmekapazität des Wabengrundelements in dem Abgasreinigungsfilter zeigt. In 11 gibt die vertikale Linie die erreichte Maximaltemperatur (°C) und die horizontale Linie die Wärmekapazität (J/K) an.
Aus den in 10 und 11 gezeigten Versuchsergebnissen ergibt sich, dass das Muster E5 verglichen mit den Versuchsmustern E1 bis E4 das Besserstellungsmerkmal, das Auftreten des Erreichens der übermäßigen Temperatur im Inneren des Wabengrundelements zu unterdrücken, und das Besserstellungsmerkmal, jeglichen Anstieg des Druckverlust zu unterdrücken, hat, wobei das Versuchsmuster E5 eine Wärmekapazität von nicht weniger als 1,30 (J/cm³·K) hat und die Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungsteile 431 in einem Bereich von 5 bis 30% liegt und die Versuchsmuster E1 bis E4 und E6 diese optimalen Bedingungen nicht erfüllen.
Beste Ausführungsarten für die Erfindung
Es folgt nun eine Beschreibung der besten Ausführungsarten für den Abgasreinigungsfilter und das Verfahren gemäß der Erfindung.
In dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungsfilter 1 beträgt die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeenergieentspannungsteilen 431 und dem Wabengrundelement 2 nicht mehr als 2 × 10^–6/°C. Dieses Merkmal beinhaltet oder steht für zwei Fälle, in denen:
die Wärmeenergieentspannungsteile 431 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Wabengrundelement 2 haben; und
das Wabengrundelement 2 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Wärmeenergieentspannungsteile 431 hat.
Es ist vorzuziehen, dass die Wärmekapazität der Wärmeenergieentspannungsteile 431 nicht weniger als 1,30 (J/cm³·K) beträgt.
Falls die Wärmekapazität der Wärmeenergieentspannungsteile 431 weniger als 1,30 (J/cm³·K) beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es für die Wärmeenergieentspannungsteile 431 schwierig ist, ausreichend die Wärmeenergie zu absorbieren, die erzeugt wird, wenn die in dem Abgasreinigungsfilter 1 eingefangenen Partikel (PM) verbrannt werden.
Die Wärmekapazität (J/cm³·K) der Wärmeenergieentspannungsteile 431 wird durch das Produkt der spezifischen Wärmekapazität (J/cm³·K), der relativen Dichte (g/cm³) und der Füllrate des Pulvers hoher Wärmekapazität ausgedrückt.
Die spezifische Wärmekapazität der Wärmeenergienentspannungsteile 431 kann durch ein Laserblitzverfahren erfasst werden. Wie bei den Wärmeenergieentspannungsteilen 431 kann auch die spezifische Wärmeenergie der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 auf Grundlage des obigen Laserblitzverfahrens erfasst werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Wärmeenergieentspannungsteile 431 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 2,5 × 10^–6/°C haben.
Falls der Wärmeausdehnungskoeffizient der Wärmeenergieentspannungsteile 431 mehr als 2,5 × 10^–6/°C beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es schwierig ist, einen Anstieg der thermischen Spannung zwischen den Wärmeenergieentspannungsteilen 431 und dem Wabengrundelement 2 zu unterdrücken, und es besteht die Möglichkeit, dass die thermische Zuverlässigkeit, etwa das Thermoschockschutzvermögen in dem Abgasreinigungsfilter 1, nicht ausreichend aufrechterhalten wird.
Es ist vorzuziehen, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 eine Belegungsrate innerhalb eines Bereichs von 5 bis 30% in einer Innenfläche haben, die durch einen Abstand „n" angegeben wird, der nicht mehr als 80% der Länge einer Geraden „m" einnimmt, die in einem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 von einem Mittelpunkt O bis zu einer Außenumfangsfläche 51 des Wabengrundelements 2 gemessen wird.
Falls die obige Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 weniger als 5% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die Wärmeenergieentspannungsteile 431 die Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn die eingefangenen Partikel (PM) verbrannt werden, um die PM aus dem Abgasreinigungsfilter 1 zu beseitigen, nicht ausreichend absorbieren. Falls diese Belegungsrate der Wärmeenergieentspannungszellen 43 mehr als 30% beträgt, besteht dagegen die Möglichkeit, dass der Druckverlust des Abgasreinigungsfilters 1 aufgrund der zunehmenden Anzahl der Wärmeenergieentspannungszellen 43, durch die kein Abgas G strömt, zunimmt.
Es ist vorzuziehen, dass die Zellenwände 3 in einem Viereckgittermuster angeordnet sind und sich aus Zellenwänden 31, die in einer ersten Richtung ausgebildet sind, und Zellenwänden 32 zusammensetzen, die in einer zweiten Richtung ausgebildet sind, die zur ersten Richtung vertikal ist.
Die Wärmeenergieentspannungszellen 43 sind nur innerhalb der Innenfläche ausgebildet, die durch den Abstand „n" angegeben ist, der nicht mehr als 80% der Länge der Geraden „m" einnimmt, die im Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 vom Mittelpunkt (O) zur Außenumfangsfläche 51 des Wabengrundelements 2 gemessen wird. Jede Wärmeenergie entspannungszelle 43 ist durch Zellenwände, die entlang der ersten Richtung der Zellenwände 31 ausgebildet sind, und Zellenwände, die entlang der zweiten Richtung der Zellenwände 32 ausgebildet sind, abgetrennt.
Die obige Struktur des Abgasreinigungsfilters 1 verhindert, dass sich die Gesamtfilterfläche der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 durch die das Abgas strömt, verringert, und unterbindet außerdem, dass in dem Abgasreinigungsfilter 1 eine übermäßige Temperatur erreicht wird.
Wenn die Zellenwände 3 zum Beispiel, wie in 5A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, in einem Wabenmuster angeordnet sind, das die in der ersten Richtung ausgebildeten Zellenwände 31 und die in der zweiten, zur ersten Richtung vertikalen Richtung ausgebildeten Zellenwände 32 verwendet, ist es wirkungsvoll, wenn die Wärmeenergieentspannungszelle in der Zellenposition zwischen den Auslasszellen 42 entlang der in der ersten Richtung ausgebildeten Zellenwand 31 oder der in der zweiten Richtung ausgebildeten Zellenwand 32 ausgebildet ist.
Es ist auch möglich, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 verschiedene Zellenmuster wie das in 3A und in den 6A bis 6D gezeigte Zellenmuster haben.
Es ist vorzuziehen, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 in dem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 gleichmäßig ausgebildet sind.
Da das Abgas nicht in die Wärmeenergieentspannungszellen 43 strömt, ist es vorzuziehen, die Wärmeenergieentspannungszellen 43 unter Erhalt einer großen Filterfläche zu platzieren, so dass ein Anstieg des Druckverlustes des Abgasreinigungsfilters 1 unterbunden wird.
Zum Beispiel ist es vorzuziehen, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 in der Fläche ausgebildet sind, die durch eine Linie ausgewiesen wird, die nicht mehr als 80% der Länge der Geraden einnimmt, die in dem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements 2 vom Mittelpunkt O bis zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird.
Diese Struktur des Abgasreinigungsfilters 1 kann eine Abnahme der Filterfläche der Wärmeenergieentspannungszellen 43 unterdrücken. Und zwar kann der Temperaturanstieg des Abgasreinigungsfilters 1 auf die übermäßige Temperatur unterbunden werden, während die Filterfläche der Einlasszellen 41 und der Auslasszellen 42 ausreichend erhalten bleiben.
Es ist noch mehr vorzuziehen, dass die Wärmeenergieentspannungszellen 43 in einer vorgegebenen Fläche ausgebildet sind, die durch eine Linie ausgewiesen wird, die zumindest nicht mehr als 65% der Länge der Geraden einnimmt, die vom Mittelpunkt A zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird.
Falls die Wärmeenergieentspannungszellen 43 nur in der Fläche innerhalb von weniger als 65% der Länge der Geraden ausgebildet sind, die vom Mittelpunkt O bis zur Außenumfangsfläche 51 gemessen wird, besteht die Möglichkeit, dass die Temperatur außen von der vorgegebenen Fläche, in der die Wärmeenergieentspannungszellen 43 ausgebildet sind, die Maximaltemperatur überschreitet.
Es ist vorzuziehen, dass das Pulver hoher Wärmekapazität Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid und/oder Spinell enthält.
Die Wärmeenergieentspannungsteile 431, die aus mindestens einem der obigen Materialen als Pulver hoher Wärmekapazität bestehen, können die Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn die in dem Abgasreinigungsfilter 1 eingefangenen Partikel (PM) verbrannt werden, ausreichend absorbieren.
Es ist möglich, das Wabengrundelement 2 unter Verwendung vom Cordierit, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Mullit, Aluminiumoxid, und/oder dergleichen herzustellen.
Es ist vorzuziehen, dass das stromaufwärtige Ende des Wabengrundelements 2 in dem Füllschritt S5, S5' an einer Oberseite platziert wird, um den Wärmeenergieentspannungsteil 431 in jeder Wärmeenergieentspannungszelle 43 mit dem Pulver hoher Wärmekapazität zu füllen.
Damit können die Wärmeenergieentspannungsteile 431 in den Zellen 43 leicht und sicher mit dem Pulver hoher Wärmekapazität gefüllt werden.
Es ist vorzuziehen, dass das Wabengrundelement 2 nach Abschluss des Füllschritts S5, S5' in einem Zustand gebrannt wird, in dem das stromaufwärtige Ende des Wabengrundelements 2 an einer Oberseite platziert ist.
Dadurch kann bei dicht in den Wärmeenergieentspannungszellen 43 eingefülltem Pulver hoher Wärmekapazität das Pulver hoher Wärmekapazität schmelzen und das geschmolzene Pulver an dem Wabengrundelement 2 anhaften.
Es wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch erkennt der Fachmann, dass zu diesen Einzelheiten im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen entwickelt werden könnten. Die hier offenbarten besonderen Anordnungen sind daher lediglich zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und all ihrer Äquivalente gegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 05-44442 [0009]
- JP 2005-2972 [0010, 0014]
- JP 2003-161136 [0011, 0015]
- JP 2005-169308 [0012, 0015]
- JP 5-44442 [0013]

Claims

Abgasreinigungsfilter (1) mit einem Wabengrundelement (2), das Folgendes umfasst: eine auf einer Außenfläche des Abgasreinigungsfilters (1) ausgebildete Außenumfangswand (5); eine Vielzahl im Inneren der Außenumfangswand (5) in einem Wabenmuster ausgebildeter Zellenwände (3); und eine Vielzahl von Zellen (4), die durch die Zellenwände (3) abgetrennt sind, mit: Einlasszellen (41), die als Abgaseinleitungsdurchgänge dienen, durch die ein Abgas (G) als ein Zielgas in das Innere des Abgasreinigungsfilters (1) eingeleitet wird, wobei ein stromabwärtiges Ende jeder Einlasszelle (41) durch ein Stopfenelement (6) zugestopft ist; Auslasszellen (42), die als Abgasabgabedurchgänge dienen, durch die das Abgas (G) zur Außenseite des Abgasreinigungsfilters (1) abgegeben wird, wobei ein stromaufwärtiges Ende jeder Auslasszelle (42) durch ein Stopfenelement (6) zugestopft ist; und Wärmeenergieentspannungszellen (43), von denen jede einen Wärmeenergieentspannungsteil (431) hat, der vom stromabwärtigen Ende der Wärmeenergieentspannungszelle (43) aus gesehen auf einer stromaufwärtigen Seite ausgebildet ist und mit einem Wärmeenergieentspannungsmaterial gefüllt ist, das ausgebildet ist durch Schmelzen eines Pulvers hoher Wärmekapazität, damit es aufschmilzt und das Pulver an dem Wabengrundelement (2) anhaftet, wobei das stromabwärtige Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) durch ein Stopfenelement (6) zugestopft ist, wobei die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils (431) höher als die Wärmekapazität der Einlasszellen (41) und die Wärmekapazität der Auslasszellen (42) ist und die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeenergieentspannungsteilen (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) und dem Wabengrundelement (2) nicht mehr als 2 × 10^–6/°C beträgt.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1, wobei die Wärmekapazität des Wärmeenergieentspannungsteils (431) nicht weniger als 1,30 (J/cm³·K) beträgt.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wärmeenergieentspannungsteils (431) nicht mehr als 2,5 × 10^–6/°C beträgt.
Abgasreinigungsfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmeenergieentspannungszellen (43) eine Belegungsrate innerhalb eines Bereichs von 5 bis 30% in einer Innenfläche haben, die durch einen Abstand „n" angegeben wird, der nicht mehr als 80% der Länge einer Geraden „m" einnimmt, die in einem Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements (2) von einem Mittelpunkt (O) bis zu einer Außenumfangsfläche (51) des Wabengrundelements (2) gemessen wird.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1, wobei die Zellenwände (3) in einem Viereckgittermuster angeordnet sind und sich aus Zellenwänden (31), die in einer ersten Richtung ausgebildet sind, und Zellenwänden (32) zusammensetzen, die in einer zweiten Richtung ausgebildet sind, die zur ersten Richtung vertikal ist, und die Wärmeenergieentspannungszellen (43) nur innerhalb der Innenfläche ausgebildet sind, die durch den Abstand „n" angegeben ist, der nicht mehr als 80% der Länge der Geraden „m" einnimmt, die im Durchmesserquerschnitt des Wabengrundelements (2) vom Mittelpunkt (O) zur Außenumfangsfläche (51) des Wabengrundelements 2 gemessen wird, und jede Wärmeenergieentspannungszelle (43) durch Zellenwände, die entlang der ersten Richtung der Zellenwände (31) ausgebildet sind, und Zellenwände, die entlang der zweiten Richtung der Zellenwände (32) ausgebildet sind, abgetrennt ist.
Abgasreinigungsfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Pulver hoher Wärmekapazität Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid und/oder Spinell enthält.
Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: (S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen; (S2) Trocknen des Wabengrundelements (2); (S3) Brennen des Wabengrundelements (2); (S4) Einbringen einer Schlämme für Stopfenelemente (6) in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (42) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43); (S5) Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von der am stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Schlämme für das Stopfenelement (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite ausgebildet ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und (S6) Brennen des Wabengrundelements (2), um die Stopfenelemente (6) in den Einlasszellen (41), den Auslasszellen (42) und den Wärmeenergieentspannungszellen (43) auszubilden und um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.
Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den folgenden Schritten: (S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen; (S2) Trocknen des Wabengrundelements (2); (S4) Einbringen einer Schlämme für Stopfenelemente (6) in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (43) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43); (S3') Brennen des Wabengrundelements (2) mit der Schlämme, um die Stopfenelemente (6) auszubilden; (S5') Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von dem an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Stopfenelemente (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite gelegen ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und (S6') Brennen des Wabengrundelements (2), um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergieentspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.
Verfahren zum Herstellen des sich hauptsächlich aus Einlasszellen (41), Auslasszellen (42) und Wärmeenergieentspannungszellen (43) zusammensetzenden Abgasreinigungsfilters (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den folgenden Schritten: (S1) Extrudieren und Formen von Keramikausgangsmaterial, um ein Wabengrundelement (2) als eine Wabenstruktur zu formen; (S2) Trocknen des Wabengrundelements (2); (S3) Brennen des Wabengrundelements (2); (S4) Einbringen einer Schlämme für Stopfenelemente (6) in eine Öffnung an einem stromaufwärtigen Ende jeder Auslasszelle (43) und in eine Öffnung an einem stromabwärtigen Ende jeder Einlasszelle (41) und Wärmeenergieentspannungszelle (43); (S3') Brennen des Wabengrundelements (2) mit der Schlämme, um die Stopfenelemente (6) auszubilden; (S5') Füllen eines Wärmeenergieentspannungsteils (431), der von dem an dem stromabwärtigen Ende jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) ausgebildeten Stopfenelemente (6) aus gemessen auf einer stromaufwärtigen Seite gelegen ist, mit einem Pulver hoher Wärmekapazität; und (S6') Brennen des Wabengrundelements (2), um die Wärmeenergieentspannungsteile (431) in den Wärmeenergie entspannungszellen (43) durch Schmelzen des Pulvers hoher Wärmekapazität und Anhaften des geschmolzenen Pulvers an dem Wabengrundelement (2) auszubilden.
Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das stromaufwärtige Ende des Wabengrundelements (2) während des Füllschritts (S5, S5') an einer Oberseite ausgebildet ist, um den Wärmeenergieentspannungsteil (431) in jeder Wärmeenergieentspannungszelle (43) mit dem Pulver hoher Wärmekapazität zu füllen.
Verfahren zum Herstellen des Abgasreinigungsfilters (1) nach Anspruch 10, wobei das das Wabengrundelement (2) nach Abschluss des Füllschritts (S5, S5') in einem Zustand gebrannt wird, in dem das stromaufwärtige Ende des Wabengrundelements (2) an einer Oberseite ausgebildet ist.