DE102014013893B4 - Mit Katalysator beladener Wabenfilter - Google Patents

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Abstract

Mit Katalysator beladener Wabenfilter, umfassendein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche ist, zu einer Ablaufendfläche, welche die andere Endfläche ist, verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden;mehrere Verschlussabschnitte zum Verschließen offener Enden auf der Seite der Ablaufendflächen der ersten Zellen, welche die vorbestimmten Zellen von den mehreren Zellen sind, und offener Enden auf der Seite der Zulaufendflächen der zweiten Zellen, welche die verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen sind; undeinen auf die Trennwände geladenen Katalysator,wobei das Wabensubstrat eine erste Region, die eine Region ist, die von der Ablaufendfläche bis zu einer vorbestimmten Position entlang der Verlaufsrichtung der Zellen reicht, und eine zweite Region, die eine verbleibende Region ist, die sich auf der Seite der Zulaufendfläche von der ersten Region erstreckt, aufweist,wobei die erste Region eine Katalysator-Deckschicht aufweist, in der die Oberfläche jeder der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt ist, mit dem Katalysator beschichtet ist,die zweite Region einen Katalysator-Eindringabschnitt aufweist, in dem der Katalysator in die Poren jeder der Trennwände eindringt und der keine Katalysator-Deckschicht auf der Oberfläche der Trennwand aufweist, unddas Gesamtvolumen an Abschnitten der ersten Zellen in der ersten Region, die nicht mit den Verschlussabschnitten verschlossen sind, in einem Bereich von einem Hubraum (cm3) × 0,0125/0,36 bis zu einem Hubraum (cm3) × 0,0675/0,36 bestimmt ist, wenn der mit Katalysator beladene Wabenfilter in einer Abgasanlage eines Motors angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf der JP-2013-205788 , eingereicht am 30. Sept. 2013 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit Katalysator beladenen Wabenfilter. Im Speziellen bezieht sie sich auf einen mit Katalysator beladenen Wabenfilter zum Abfangen von Feststoffteilchen, die im Abgas eines Automotors enthalten sind, und Reinigen durch eine katalytische Reaktion schädlicher Substanzen wie Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC).
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor oder jeder Art von Verbrennungsvorrichtung ausgestoßen wird, enthält eine große Menge Feststoffteilchen, die hauptsächlich aus Ruß bestehen. Werden diese Feststoffteilchen so wie sie sind in die Atmosphäre ausgestoßen, führt dies zu Umweltverschmutzung. Daher ist in einem Durchgangskanal für das Abgas aus dem Verbrennungsmotor oder dergleichen ein Filter zum Abfangen der Feststoffteilchen angeordnet.
  • Ein Beispiel für einen solchen Filter zur Reinigung des Abgases ist ein Wabenfilter, der einen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die Zellen definieren, und einen Verschlussabschnitt zum Verschließen eines Endabschnitts jeder Zelle umfasst.
  • In dem Wabenfilter gibt es Zellen (Zulaufzellen), in denen Verschlussabschnitte in den Endabschnitten auf der Auslassseite angeordnet sind, und Zellen (Ablaufzellen), in denen die Verschlussabschnitte in den Endabschnitten auf der Einlassseite angeordnet sind. Ferner weisen die Zulaufzellen durch die Verschlussabschnitte tote Enden auf, und daher ist ein Prozess eingegliedert, in dem das Abgas die Trennwände durchquert, wobei sich das Abgas von den Zulaufzellen zu den Ablaufzellen bewegt. In dem Prozess, in dem das Abgas die Trennwände durchquert, werden die in dem Abgas enthaltenen Feststoffteilchen von den Trennwänden abgefangen. Bei einer derartigen Verwendung des Wabenfilters können Feststoffteilchen im Abgas verringert werden.
  • Ferner handelt es sich bei dem Wabenfilter um eine Art Wabenfilter mit Trennwänden, auf die ein Katalysator geladen ist (ein mit Katalysator beladener Wabenfilter). Mit diesem mit Katalysator beladenen Wabenfilter können durch eine katalytische Reaktion, an der der auf die Trennwände geladene Katalysator beteiligt ist, schädliche Substanzen wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) in unschädliche Substanzen umgewandelt werden.
  • In dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter verringert sich, wenn die Oberflächen der Trennwände mit dem Katalysator beschichtet werden, die Schnittfläche offener Enden der Zellen um die Dicke eines mit dem Katalysator beschichteten Abschnitts. Wenn daher das Abgas die Trennwände durchquert, erhöht sich der Druckabfall nachteilig. Zur Lösung des Problems ist der mit Katalysator beladene Wabenfilter so vorgesehen, dass der Katalysator auf die Innenwandflächen der Poren der Trennwände geladen wird und den Druckabfall unterdrückt (z. B. Patentdokument 1). Wenn der Katalysator auf die Innenwandflächen der Poren der Trennwände geladen wird, vergrößert sich außerdem die Kontaktfläche zwischen dem Katalysator und dem Abgas, und die Reinigungseffizienz des Abgases kann verbessert werden.
  • Stand der Technik:
  • JP 2011-104524 A , JP 2006-231116 A .
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem herkömmlichen mit Katalysator beladenen Wabenfilter kann das Abgas Trennwände, die Zulaufzellen zugewandt sind, in der Nähe eines Endabschnitts auf der Auslassseite aufgrund von Ascheablagerung jedoch nicht durchqueren. Im Ergebnis kann in dem herkömmlichen mit Katalysator beladenen Wabenfilter das Abgas in der Nähe des Endabschnitts auf der Auslassseite nicht effizient gereinigt werden. Um das durch die Ascheablagerung verursachte Problem zu bewältigen, ist in dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter, der in Patentdokument 1 offenbart ist, eine Region jeder Trennwand in Hälften auf der Zulaufzellenseite und der Ablaufzellenseite in Dickenrichtung der Trennwand geteilt, und der Katalysator ist nur auf die Region der Hälfte auf der Ablaufzellenseite geladen. So wird die Region, auf die der Katalysator geladen wird, begrenzt, wodurch die Ascheablagerung in dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter aus Patentdokument 1 unterbunden wird. In dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter aus Patentdokument 1 wird der Katalysator nicht auf die Region der Hälfte auf der Zulaufzellenseite der Trennwand geladen. Folglich bleibt immer noch Raum für eine Verbesserung der Reinigung des Abgases durch eine katalytische Reaktion.
  • Im Hinblick auf das obige Problem ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters, mit dem effizient die Reinigung von Abgas durch eine katalytische Reaktion auch während der Ascheablagerung durchgeführt werden kann, während ein Druckabfall unterdrückt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein mit Katalysator beladener Wabenfilter vorgesehen, der nachstehend beschrieben ist.
  • [1] Ein mit Katalysator beladener Wabenfilter, umfassend ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche ist, zu einer Ablaufendfläche, welche die andere Endfläche ist, verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; mehrere Verschlussabschnitte zum Verschließen offener Enden auf der Seite der Ablaufendflächen der ersten Zellen, welche die vorbestimmten Zellen von den mehreren Zellen sind, und offener Enden auf der Seite der Zulaufendflächen der zweiten Zellen, welche die verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen sind; und einen auf die Trennwände geladenen Katalysator, wobei das Wabensubstrat eine erste Region, die eine Region ist, die von der Ablaufendfläche bis zu einer vorbestimmten Position entlang der Verlaufsrichtung der Zellen reicht, und eine zweite Region, die eine verbleibende Region ist, die sich auf der Seite der Zulaufendfläche von der ersten Region erstreckt, aufweist, wobei die erste Region eine Katalysator-Deckschicht aufweist, in der die Oberfläche jeder der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt ist, mit dem Katalysator beschichtet ist, die zweite Region einen Katalysator-Eindringabschnitt aufweist, in dem der Katalysator in die Poren jeder der Trennwände eindringt und der keine Katalysator-Deckschicht auf der Oberfläche der Trennwand aufweist, und das Gesamtvolumen an Abschnitten der ersten Zellen in der ersten Region, die nicht mit den Verschlussabschnitten verschlossen sind, in einem Bereich von einem Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 bis zu einem Hubraum (cm3) x 0,0675/0,36 bestimmt ist, wenn der mit Katalysator beladene Wabenfilter in einer Abgasanlage eines Motors angeordnet ist.
  • [2] Der mit Katalysator beladene Wabenfilter gemäß [1] oben, wobei die erste Region keine Katalysator-Eindringabschnitte aufweist.
  • [3] Der mit Katalysator beladene Wabenfilter gemäß [1] oder [2] oben, wobei in den Katalysator-Eindringabschnitten das Volumen des in den Poren vorhandenen Katalysators 8 % oder mehr des Gesamtvolumens der Poren beträgt, wenn der Katalysator nicht geladen ist.
  • [4] Der mit Katalysator beladene Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [3] oben, wobei jede der Katalysator-Deckschichten eine Dicke von 13 bis 254 µm hat.
  • [5] Der mit Katalysator beladene Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [4] oben, wobei der Katalysator einen oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem ternären Katalysator, einem SCR-Katalysator, einem NOx-Absorber-Katalysator und einem Oxidationskatalysator, umfasst.
  • Gemäß einem mit Katalysator beladenen Wabenfilter der vorliegenden Erfindung weist eine erste Region eine Katalysator-Deckschicht auf der Oberfläche jeder der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt ist, auf. Daher kann, selbst wenn sich Asche in den ersten Zellen in der Nähe einer Ablaufendfläche ablagert, das Abgas in den zweiten Zellen in der Nähe der Ablaufendfläche gereinigt werden. Das heißt, gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann das Abgas durch eine katalytische Reaktion auch noch in einer Region in der Nähe der Ablaufendfläche gereinigt werden, in der bei einer herkömmlichen Technologie während der Ascheablagerung keine katalytische Reaktion möglich war. Ferner wird gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter der vorliegenden Erfindung ein Bereich der ersten Region mit den Katalysator-Deckschichten, wie oben beschrieben, so bestimmt, dass die Schnittfläche jedes der offenen Enden der Zellen nicht übermäßig verringert wird. Im Ergebnis kann gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter der vorliegenden Erfindung ein Ansteigen des Druckabfalls verhindert werden, wenn das Abgas den Wabenfilter durchquert.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie A-A' von 1;
    • 3 ist eine schematische Ansicht, die die Innenseite des Rahmens α aus 2 zeigt;
    • 4 ist eine schematische Ansicht, die die Innenseite des Rahmens β aus 2 zeigt;
    • 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrstrecke (km) und der Menge (g/l) an Asche pro Hubraumeinheit zeigt;
    • 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer der Trennwände, die eine gewünschte Ablagerungsregion bilden, eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Wabensegments, das den in 7 gezeigten mit Katalysator beladenen Wabenfilter bildet;
    • 9 ist eine schematische Ansicht, die schematisch einen Schritt zur Bildung eines Katalysator-Eindringabschnitts in einer Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens des mit Katalysator beladenen Wabenfilters zeigt;
    • 10 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Geschwindigkeit mit der Zeit in einem Betriebsmodus gemäß WLTP (Worldwide harmonized Light-duty Test Procedure) zeigt;
    • 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge an abzulagernder Asche (der Fahrstrecke) und der Menge an NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke in einem mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Beispiel 1 zeigt;
    • 12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge an abzulagernder Asche (einer Fahrstrecke) und der Menge an NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke in einem mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und
    • 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge an abzulagernder Asche (einer Fahrstrecke) und der Menge an NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke in einem mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und es können Veränderungen, Modifikationen oder Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Mit Katalysator beladener Wabenfilter:
  • Wie in 1 bis 4 gezeigt, umfasst ein mit Katalysator beladener Wabenfilter 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Wabensubstrat 10, Verschlussabschnitte 15 und einen Katalysator 17. Das Wabensubstrat 10 weist poröse Trennwände 9 auf, die mehrere Zellen 7 definieren, die von einer Zulaufendfläche 3, welche eine Endfläche ist, zu einer Ablaufendfläche 5, welche die andere Endfläche ist, verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden. Die Verschlussabschnitte 15 verschließen offene Enden auf der Seite der Ablaufendflächen 5 der ersten Zellen 11, welche die vorbestimmten Zellen 7 von den mehreren Zellen 7 sind, und offene Enden auf der Seite der Zulaufendflächen 3 der zweiten Zellen 13, welche die verbleibenden Zellen 7 von den mehreren Zellen 7 sind. Der Katalysator 17 ist auf die Trennwände 9 geladen.
  • Ferner weist das Wabensubstrat 10 eine erste Region 21 und eine zweite Region 23 auf.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die erste Region 21 eine Region, die von der Ablaufendfläche 5 zu einer vorbestimmten Position entlang der Verlaufsrichtung der Zellen 7 (nachstehend praktischerweise als „die Z-Richtung“ bezeichnet) in dem Wabensubstrat 10 reicht.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die zweite Region 23 eine verbleibende Region, die sich auf der Seite der Zulaufendfläche 3 von der ersten Region 21 in dem Wabensubstrat 10 erstreckt. Ferner ist die zweite Region 23 eine Region, in der das Aufrechterhalten eines Zustands, in dem das Fluid die ersten Zellen 11 durchqueren kann, vorgesehen ist.
  • Wie ferner in 4 gezeigt, weist die erste Region 21 eine Katalysator-Deckschicht 33 auf, in der die Oberfläche 37 jeder der Trennwände 9, die der zweiten Zelle 13 zugewandt ist, mit dem Katalysator 17 beschichtet ist.
  • Wie ferner in 3 gezeigt, weist die zweite Region 23 einen Katalysator-Eindringabschnitt 35 auf, in dem der Katalysator 17 in eine Pore 39 jeder der Trennwände 9 eindringt und der keine Katalysator-Deckschicht 33 auf der Oberfläche 37 der Trennwand 9 aufweist.
  • Das Gesamtvolumen an Abschnitten der ersten Zellen 11 in der ersten Region 21, die nicht mit den Verschlussabschnitten 15 verschlossen sind, wird in einem Bereich von einem Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 bis zu einem Hubraum (cm3) x 0,0675/0,36 bestimmt, wenn der mit Katalysator beladene Wabenfilter 1 in einer Abgasanlage eines Motors eingebaut ist. Es ist anzumerken, dass im Folgenden „die Abschnitte der ersten Zellen 11 in der ersten Region 21, die nicht mit den Verschlussabschnitten 15 verschlossen sind“ praktischerweise als „unverschlossene Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21“ bezeichnet werden. Beispielsweise entspricht im Falle des in 2 gezeigten mit Katalysator beladenen Wabenfilters 1 „das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21“ einfach dem Gesamtvolumen an Abschnitten der ersten Zellen 11 des mit Katalysator beladenen Wabenfilters 1, die mit Asche 43 verschlossen sind.
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht des mit Katalysator beladenen Wabenfilters 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie A-A' von 1 während einer Abgasbehandlung. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Innenseite des Rahmens α aus 2 zeigt. 4 ist eine schematische Ansicht, die die Innenseite des Rahmens β aus 2 zeigt.
  • Gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1 kann, selbst bei der Ablagerung der Asche 43 auf den Oberflächen der Trennwände 9, die den ersten Zellen 11 der ersten Region 21 zugewandt sind, das Fluid (nachstehend als „Abgas G“ beschrieben) durch eine katalytische Reaktion in den zweiten Zellen 13 der ersten Region 21 gereinigt werden.
  • 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrstrecke (km) und der Menge (g/l) der Asche pro Hubraumeinheit zeigt. Die in dem Diagramm eingezeichneten Punkte sind die bei der Durchführung eines Fahrtests unter Nutzung mehrerer Motoren mit unterschiedlichen Leistungen tatsächlich gemessenen Werte. Wie in dem Diagramm gezeigt, fällt selbst bei der Nutzung eines üblicherweise nutzbaren Motors ungeachtet der Fahrstrecke die Menge der Asche pro Hubraumeinheit in einen Bereich, der zwischen zwei geraden Linien A und B ausgehend von einem Ursprung als der Basispunkt liegt. Details wurden weggelassen. Der in diesem Diagramm gezeigte „Bereich, der zwischen den geraden Linien A und B liegt,“ kann jedoch in einen numerischen Wertebereich „von dem Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 bis zum Hubraum (cm3) x 0,0675/0,36“ umgewandelt werden.
  • Das heißt, wenn das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21 im Bereich von dem Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 bis zum Hubraum (cm3) x 0,0675/0,36 bestimmt wird, kann entsprechend irgendeines üblichen Hubraums eine gewünschte Ablagerungsregion von der ersten Region 21 abgedeckt werden. Es ist anzumerken, dass die in der vorliegenden Beschreibung erwähnte „gewünschte Ablagerungsregion“ eine Region der ersten Zellen 11 in der ersten Region bedeutet, wo die Zellen durch die Ablagerung einer zu behandelnden Substanz (z. B. der Asche 43), die in dem Fluid enthalten ist, verschlossen werden, und eine Störung der Durchquerung des Fluids durch den Filter gewünscht ist.
  • Wird das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21 im Bereich von dem Hubraum (cm3) × 0,0125/0,36 bis zum Hubraum (cm3) × 0,0675/0,36 bestimmt, kann das Volumen der ersten Region 21 minimiert werden, wenn die gewünschte Ablagerungsregion von der ersten Region 21 abgedeckt ist. Mit anderen Worten, das Volumen der zweiten Region 23 kann maximiert werden.
  • Vergleicht man die Katalysator-Deckschicht 33 mit dem Katalysator-Eindringabschnitt 35, verfügt der Katalysator-Eindringabschnitt 35 über eine größere Kontaktfläche zwischen dem Katalysator 17 und dem Abgas G und hat daher eine höhere Reinigungseffizienz. Die Reinigung des Abgases durch den Katalysator-Eindringabschnitt 35 erfolgt in der zweiten Region 23 (siehe 3). So wird, wenn das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21 im Bereich von dem Hubraum (cm3) × 0,0125/0,36 bis zum Hubraum (cm3) × 0,0675/0,36 bestimmt wird, das Volumen der zweiten Region 23 maximiert, was die Reinigungseffizienz erhöhen kann.
  • Wenn ferner das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21 in dem oben genannten Bereich bestimmt wird, kann die erste Region 21 minimiert werden. So kann verhindert werden, dass die Schnittflächen der offenen Enden der Zellen von der Katalysator-Deckschicht 33 übermäßig reduziert werden. Im Ergebnis kann eine Steigerung des Druckabfalls verhindert werden, wenn das Abgas den Filter durchquert.
  • Der mit Katalysator beladene Wabenfilter 1 ist zur Verwendung in einem Motor mit einem Hubraum von bevorzugt 550 bis 8000 cm3 und stärker bevorzugt 550 bis 5000 cm3 vorgesehen. Wird der Filter in dem Motor mit dem Hubraum in dem obigen numerischen Wertebereich verwendet, kann effizient eine Reinigung des mit Katalysator beladenen Wabenfilters 1 vorgenommen werden.
  • Basierend auf dem oben genannten geeigneten Bereich des Hubraums wird in dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1 das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen 11 der ersten Region 21 in einem Bereich von bevorzugt 19 bis 1500 cm3 und stärker bevorzugt 19 bis 938 cm3 bestimmt.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer der Trennwände 9 der zweiten Region 23 während der Abgasbehandlung zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird in der zweiten Region 23 die Asche 43 nicht leicht auf den Oberflächen 37 der Trennwände 9, die den ersten Zellen 11 zugewandt sind, abgelagert. Daher durchquert das Abgas G aus den ersten Zellen 11 die Poren 39 der Trennwände 9 und strömt zu den zweiten Zellen 13. Die zweite Region 23 weist die Katalysator-Eindringabschnitte 35 auf. Daher wird in der zweiten Region 23 das Abgas G durch den Katalysator 17, der in den Poren 39 vorliegt, gereinigt, während das Abgas die Poren 39 durchquert.
  • 4 ist die schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer der Trennwände 9 der ersten Region 21 während der Abgasbehandlung zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird in der ersten Region 21 die Asche 43 leicht auf den Oberflächen 37 der Trennwände 9, die den ersten Zellen 11 zugewandt sind, abgelagert. Daher ist es schwer zu ermöglichen, dass das Abgas die Trennwände 9 aus den ersten Zellen 11 in Richtung der zweiten Zellen 13 in der ersten Region 21 durchquert. Daher ist es, selbst wenn die erste Region 21 die Katalysator-Eindringabschnitte 35 aufweist, schwierig, das Abgas in den Katalysator-Eindringabschnitten 35 zu reinigen. Die erste Region 21 weist jedoch die Katalysator-Deckschichten 33 auf den Oberflächen 37 der Trennwände 9, die den zweiten Zellen 13 zugewandt sind, auf, und so kann das durch die zweiten Zellen 13 strömende Abgas gereinigt werden. Es folgt eine ausführliche Beschreibung. Durchquert das Abgas G die Trennwände 9 und strömt in die zweiten Zellen 13 in der zweiten Region 23, wird das Abgas erneut durch die Katalysator-Deckschichten 33 der ersten Region 21 gereinigt.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, selbst wenn eine Ablagerung der Asche 43 in den ersten Zellen 11 der ersten Region 21 stattfindet, das Abgas durch die katalytische Reaktion sowohl in der zweiten Region 23 als auch der ersten Region 21 gereinigt werden. Es folgt eine ausführliche Beschreibung. Gemäß dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1 kann das Abgas zumindest durch die Katalysator-Eindringabschnitte 35 der zweiten Region 23 und die Katalysator-Deckschichten 33 der ersten Region 21 gereinigt werden. Der mit Katalysator beladene Wabenfilter 1 ist dahingehend hervorragend, dass eine Reinigung des Abgases selbst in „der gewünschten Ablagerungsregion“ erfolgen kann, die bei einer herkömmlichen Technologie nicht zur Reinigung des Abgases beiträgt, wenn die Asche 43 abgelagert wird.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten „Katalysator-Eindringabschnitte 35“ sind Abschnitte, die die Trennwände 9 und den auf die Innenwandflächen 41 der Poren 39 der Trennwände 9 geladenen Katalysator 17 umfassen.
  • Für den mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1 beträgt in den Katalysator-Eindringabschnitten 35 das Gesamtvolumen des Katalysators 17, der in den Poren 39 vorliegt, bevorzugt 8 % oder mehr des Volumens der Poren 39, wenn kein Katalysator 17 geladen wurde. Gemäß den Katalysator-Eindringabschnitten 35 mit einer derartigen Struktur kann das Abgas G effektiver gereinigt werden, während das Abgas G die Poren 39 durchqueren kann. Beispielsweise werden die Volumen der Poren 39 der Trennwände 9, wenn kein Katalysator 17 geladen ist, durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen, und dann wird der Katalysator 17 auf die Trennwände 9 geladen. Danach werden die Volumen der Poren 39 der Trennwände 9, wenn der Katalysator 17 geladen ist, durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen. Ferner kann die Differenz zwischen „den Volumen der Poren, wenn kein Katalysator geladen ist“ und „den Volumen der Poren, wenn der Katalysator geladen ist“ als „das Gesamtvolumen des Katalysators 17, der in den Poren 39 vorliegt,“ berechnet werden.
  • Die in 3 gezeigte zweite Region 23 weist keine Katalysator-Deckschichten 33 auf den Oberflächen 37 der Trennwände 9 auf.
  • Ferner ist 6 eine schematische Ansicht, die den Querschnitt einer der Trennwände 9, die eine erste Region 21 bilden, eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 6 gezeigt, weist die erste Region 21 bevorzugt keine Katalysator-Eindringabschnitte 35 auf. Weist die erste Region 21 keine Katalysator-Eindringabschnitte 35 auf, kann die Menge an einem teuren Edelmetall, das in dem zu verwendenden Katalysator 17 enthalten ist, um die Menge des Katalysators 17, die nicht in die Trennwände 9 der ersten Region 21 geladen ist, verringert werden. Daher können, wenn die erste Region 21 keine Katalysator-Eindringabschnitte 35 aufweist, die Herstellungskosten vermindert werden. Ferner kann, wenn die erste Region 21 keine Katalysator-Eindringabschnitte 35 aufweist, der Filter um die Menge des Katalysators 17, die nicht in die Trennwände 9 der ersten Region 21 geladen wird, leichter gemacht werden.
  • Wird in der vorliegenden Beschreibung erwähnt, dass der Filter „Katalysator-Deckschichten 33, aber keine Katalysator-Eindringabschnitten 35 aufweist“, gilt dies für einen Fall, wo „die in die Poren 39 geladene Masse des Katalysators 17“ 30 % oder weniger, bezogen auf „die Masse des Katalysators 17, die die Katalysator-Deckschichten 33 bildet“, beträgt. „Der Fall, ‚dass die in die Poren 39 geladene Masse des Katalysators 17‘ 30 % oder weniger, bezogen auf ‚die Masse des Katalysators 17, die die Katalysator-Deckschichten 33 bildet‘, beträgt,“ kann geprüft werden, indem ein Querschnitt entlang der Dickenrichtung jeder Trennwand 9 durch ein Bild eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) verarbeitet wird. Ferner entspricht ein Fall, wo der Filter „keine Katalysator-Deckschichten 33, aber die Katalysator-Eindringabschnitte 35 aufweist“, einem Fall, wo „die in die Poren 39 geladene Masse des Katalysators 17“ 80 % oder mehr der Masse des gesamten Katalysators 17 im Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Trennwand 9 beträgt.
  • Wie beispielsweise in 6 gezeigt, wird, wenn der Katalysator 17 nur geringfügig tief von der Oberfläche 37 der Trennwand 9 in die Pore 39 eindringt (z. B. entspricht, wenn die Dicke T 13 bis 254 µm beträgt, die Tiefe 3 bis 20 % der Dicke jeder Trennwand), ein Verankerungseffekt durch den in die Pore 39 eindringenden Katalysator 17 erzeugt, so dass sich folglich die Katalysator-Deckschicht 33 sich nicht so leicht von der Trennwand 9 löst, was bevorzugt ist.
  • Die Katalysator-Deckschicht 33 hat im Hinblick darauf, dass die Reinigungseffizienz des Abgases G erhöht wird, bevorzugt eine Dicke T von 15 bis 396 µm. Wie in 4 gezeigt, ist die in der vorliegenden Beschreibung erwähnte „Dicke T der Katalysator-Deckschicht 33“ die Dicke T des auf die Oberfläche 37 der Trennwand 9 laminierten Katalysators 17. Beträgt die Dicke T der Katalysator-Deckschicht 33 13 bis 254 µm, bedeutet dies, dass ein gemessener Wert in einen Bereich von 13 bis 254 µm fällt, wenn die Dicke T eines Abschnitts der Katalysator-Deckschicht 33 gemessen wird. Es ist anzumerken, dass, wenn der Katalysator 17 der Katalysator-Deckschicht 33 nur geringfügig tief von der Oberfläche 37 der Trennwand 9 in die Pore 39 eindringt, wie in 6 gezeigt, dieser Eindringabschnitt während der Messung der Dicke T nicht berücksichtigt wird. Ferner beträgt im Hinblick darauf, dass die Reinigungseffizienz des Abgases G erhöht und ein Anstieg des Druckabfalls verhindert wird, die Dicke T der Katalysator-Deckschicht 33 stärker bevorzugt 15 bis 203 µm und am stärksten bevorzugt 20 bis 152 µm.
  • In dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1 umfasst der Katalysator 17 bevorzugt einen oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem ternären Katalysator, einem SCR-Katalysator, einem NOx-Absorber-Katalysator und einem Oxidationskatalysator.
  • Der ternäre Katalysator ist ein Katalysator, mit dem hauptsächlich Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) gereinigt werden. Ein Beispiel für den ternären Katalysator ist ein Katalysator, der Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) umfasst.
  • Der SCR-Katalysator ist ein Katalysator, mit dem selektiv eine zu reinigende Komponente reduziert wird. Genauer gesagt, ist in dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform der SCR-Katalysator bevorzugt ein selektiv NOx reduzierender SCR-Katalysator, mit dem selektiv NOx in dem Abgas reduziert wird. Ein Beispiel für den selektiv NOx reduzierenden SCR-Katalysator ist geeigneterweise ein Katalysator, der selektiv NOx im Abgas eines Dieselmotors reduziert und reinigt.
  • Ferner ist ein Beispiel für den SCR-Katalysator ein Metall-substituierter Zeolith. Beispiele für ein Metall als Ersatz für einen Zeolith umfassen Eisen (Fe) und Kupfer (Cu). Ein Beispiel für den Zeolith ist geeigneterweise ein beta-Zeolith.
  • Ferner kann der SCR-Katalysator ein Katalysator sein, der als Hauptkomponente mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vanadium und Titandioxid, enthält.
  • Beispiele für den NOx-Absorber-Katalysator umfassen ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall. Beispiele für das Alkalimetall umfassen Kalium, Natrium und Lithium. Ein Beispiel für das Erdalkalimetall ist Calcium.
  • Ein Beispiel für den Oxidationskatalysator ist ein Katalysator, der ein Edelmetall enthält. Im Speziellen enthält der Oxidationskatalysator bevorzugt mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium.
  • Die pro Volumeneinheit des mit Katalysator beladenen Wabenfilters 1 zu ladende Menge des Katalysators beträgt bevorzugt 10 bis 300 g/l, ferner bevorzugt 10 bis 250 g/l und am stärksten bevorzugt 10 bis 200 g/l (anzumerken ist, dass es sich bei 1 um Liter handelt).
  • 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters 50 einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite einer Zulaufendfläche 3. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Wabensegments 53, welches den in 7 gezeigten mit Katalysator beladenen Wabenfilter 50 bildet. In dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 50 umfasst ein Wabensubstrat 51 mehrere Wabensegments 53 und eine Bindungsschicht 54. Das Wabensegment 53 weist Trennwände 9 auf, die mehrere Zellen 7 definieren, die von einer Zulaufendfläche 3, welche eine Endfläche ist, zu einer Ablaufendfläche 5, welche die andere Endfläche ist, verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden. Der Außenumfang des Wabensegments 53 wird von den Seitenwänden 55 umgeben. Die Bindungsschicht 54 bindet zumindest einen Teil der Seitenflächen 57 (Außenflächen der Seitenwände 55) der mehreren Wabensegmente 53 aneinander. Es ist anzumerken, dass auch in dem mit Katalysator beladenen Wabenfilter 50 Verschlussabschnitte 15 offene Enden auf der Seite der Ablaufendflächen 5 der ersten Zellen 11, welche die vorbestimmten Zellen von den mehreren Zellen 7 sind, die in dem Wabensubstrat 51 ausgebildet sind, und offene Enden auf der Seite der Zulaufendflächen 3 der zweiten Zellen 13, welche die verbleibenden Zellen 7 von den mehreren Zellen 7 sind, verschließen.
  • Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Wabensegmente 53, welche das Wabensubstrat 51 des mit Katalysator beladenen Wabenfilters 50 bilden, nicht speziell beschränkt ist. Beispielsweise hat das Wabensubstrat 51 des in 7 gezeigten mit Katalysator beladenen Wabenfilters 50 ein zylindrisches Aussehen und umfasst 16 Wabensegmente 53. In dem Wabensubstrat 51 sind vier Wabensegmente 53 vollständige Segmente, und diese vollständigen Segmente sind im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung in einer Anordnung von zwei Längssegmenten x zwei seitlichen Segmenten angeordnet. Ferner sind 12 Wabensegmente 53, die am Außenumfang der obigen vier vollständigen Segmente positioniert sind (dem Außenumfang im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung), unvollständige Segmente. Was die Form jedes unvollständigen Segments betrifft, entspricht ein Teil einer Form des Querschnitts senkrecht zur Z-Richtung (z. B. ein kreisförmiger Abschnitt) der Form des Außenumfangs des Wabensubstrats 51.
  • Beispielsweise werden, wie in 7 gezeigt, in dem Wabensubstrat 51 mit dem zylindrischen Aussehen zunächst 16 vollständige Segmente in vier Längssegmenten x vier seitlichen Segmenten angeordnet und unter Erzeugung einer gebundenen Wabensegmenteinheit verbunden. Als nächstes wird der Außenumfang der gebundenen Wabensegmenteinheit in eine kreisförmige Querschnittsform geschliffen, und der Außenumfang wird mit einem Beschichtungsmaterial (dem Material der Umfangswand 59) beschichtet, so dass das Wabensubstrat erhalten werden kann. Nun wird aus dem Wabensegment 53, dessen Teil geschliffen wurde, das unvollständige Segment.
  • Nachstehend werden „die anderen Merkmale“ der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 beschrieben.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 gibt es keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Schnittform jeder der Zellen 7 im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung, und Beispiele für die Form umfassen eine vieleckige Form wie eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine sechseckige Form oder eine achteckige Form, eine Kreisform und eine ovale Form.
  • Das Material der Trennwände 9 ist bevorzugt Keramik. Das Keramikmaterial ist ferner bevorzugt mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial. Bei der Verwendung dieser Materialien verfügen die Trennwände über eine hervorragende Festigkeit und Wärmebeständigkeit. Ferner werden die Trennwände 9 stärker bevorzugt aus einem Keramikmaterial gebildet, das als eine Hauptkomponente eines oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, dem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und dem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial, enthält. Von diesen Materialien enthalten die Trennwände 9 am stärksten bevorzugt Cordierit als die Hauptkomponente oder Siliciumcarbid oder das Silicium-Siliciumcarbid-basierte Verbundmaterial als die Hauptkomponente. Wird Cordierit als das Material der Trennwände 9 verwendet, verfügen die mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 über einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen hervorragenden Hitzeschockwiderstand. Wird Siliciumcarbid oder das Silicium-Siliciumcarbid-basierte Verbundmaterial als das Material der Trennwände 9 verwendet, verfügen die mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 über einen hervorragenden Hitzeschockwiderstand. Überdies deutet die in der vorliegenden Beschreibung erwähnte „Hauptkomponente“ darauf hin, dass 50 Masse-% oder mehr der Komponente in dem gesamten Material enthalten sind. Beispielsweise deutet „die Trennwände 9, die Cordierit als die Hauptkomponente umfassen,“ daraufhin, dass die Trennwände 9 50 Masse-% oder mehr Cordierit enthalten. Es ist anzumerken, dass „das Silicium-Siliciumcarbid-basierte Verbundmaterial“ unter Verwendung von Siliciumcarbid (SiC) als Masse und Silicium (Si) als Bindematerial gebildet wird.
  • Die Porosität der Trennwände 9 (Porosität, wenn kein Katalysator geladen ist) beträgt für gewöhnlich 35 bis 70 %. Die Porosität der Trennwände 9 beträgt ferner bevorzugt 40 bis 65 % und stärker bevorzugt 45 bis 65 %. Im Speziellen beträgt die Porosität am stärksten bevorzugt 50 bis 65 %. Ist die Porosität kleiner als 35 %, verringert sich das Porenvolumen des Wabensubstrats 10 nachteilig für die Menge des Katalysators, und der Eindringwiderstand des Wabensubstrats 10 erhöht sich nachteilig, nachdem der Katalysator geladen ist. Übersteigt die Porosität 70 %, verringert sich die strukturelle Festigkeit des Wabensubstrats 10 nachteilig. In der vorliegenden Beschreibung ist „die Porosität der Trennwände“ ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
  • Die Dicke der Trennwände 9 beträgt bevorzugt 127 bis 381 µm, ferner bevorzugt 152 bis 355 µm und besonders bevorzugt 203 bis 305 µm. Sind die Trennwände 9 dünner als 127 µm, verringert sich manchmal die Festigkeit der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50. Sind die Trennwände 9 dicker als 381 µm, steigt manchmal der Druckabfall der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50.
  • In der vorliegenden Beschreibung ist unter der „Dicke der Trennwände 9“ die Dicke der Trennwand 9, die im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung zwei nachbarständige Zellen 7 definiert, zu verstehen. „Die Dicke der Trennwände 9“ kann beispielsweise mit einer Bildanalysevorrichtung gemessen werden (Markenname „NEXIV, VMR-1515“, hergestellt von der Nikon Corporation).
  • Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 9 (durchschnittlicher Porendurchmesser, wenn kein Katalysator geladen ist) beträgt bevorzugt 9 bis 30 µm, ferner bevorzugt 10 bis 27 µm und am stärksten bevorzugt 11 bis 25 µm. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 9 kleiner als 9 µm, steigt manchmal der Druckabfall der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 9 größer als 30 µm, verringert sich manchmal die Festigkeit der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 9 ist ein Wert, der mit dem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 gibt es keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Zelldichte, und die Zelldichte beträgt bevorzugt 15 bis 62 Zellen/cm2 und ferner bevorzugt 31 bis 47 Zellen/cm2. Ist die Zelldichte kleiner als 15 Zellen/cm2, verringert sich manchmal die Festigkeit der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50. Ist die Zelldichte größer als 62 Zellen/cm2, wird die Schnittfläche der Zellen 7 (die Fläche des Querschnitts senkrecht zur Z-Richtung) kleiner, und daher steigt der Druckabfall.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 können im Hinblick darauf, dass die Strukturfestigkeit erhöht wird, die Außenumfänge jeweils mit Umfangswänden 19, 59 umgeben werden. Es gibt keine spezielle Einschränkung für die Dicke der Umfangswände 19, 59, aber die Dicke beträgt bevorzugt 50 bis 4000 µm. Liegt die Dicke der Umfangswände 19, 59 in dem obigen Bereich, kann eine Steigerung des Druckabfalls verhindert werden, während die Festigkeit der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 geeignet beibehalten wird.
  • Weisen die mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 die Umfangswände 19 bzw. 59 auf, ist das Material der Umfangswände 19, 59 bevorzugt dasselbe wie bei den Trennwänden 9, kann aber auch ein anderes sein.
  • Weisen die mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 die Umfangswände 19 bzw. 59 auf, gibt es keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Form der Umfangswände 19, 59. Die Form der Umfangswände 19, 59 kann zylindrisch sein, wie in 1 und 7 gezeigt. Überdies kann der Filter eine Röhrenform haben, bei der die Form des Querschnitts senkrecht zur Z-Richtung oval ist, oder eine Röhrenform, bei der der Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung eine vieleckigen Form wie eine viereckige Form, eine fünfeckige Form oder eine sechseckige Form hat.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 beträgt die Länge H der Z-Richtung bevorzugt 70 bis 406 mm und ferner bevorzugt 100 bis 356 mm. Liegt die Länge in dem obigen Bereich, kann die Länge in einem Bereich eines minimalen Raumes für die Reinigung des Abgases aus jeder Art von Motor gehalten werden.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 beträgt die Breite W im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung bevorzugt 80 bis 350 mm und ferner bevorzugt 100 bis 330 mm. Liegt die Breite in dem obigen Bereich, kann die Breite in einem Bereich eines minimalen Raumes für die Reinigung des Abgases aus jeder Art von Motor gehalten werden.
  • Bei den mit Katalysator beladenen Wabenfiltern 1, 50 beträgt der Wert „der Länge H/der Breite W“ bevorzugt 0,1 bis 3,0 und ferner bevorzugt 0,1 bis 2,0. Liegt der Wert in dem obigen Bereich, kann ein Ringriss verhindert werden.
  • Beispiele für ein Material (ein Verschlussmaterial) für die Verschlussabschnitte 15 umfassen dieselben Beispiele wie bei den Trennwänden 9, und es wird bevorzugt dasselbe Material wie bei den Trennwänden 9 verwendet.
  • Die Tiefe jedes der Verschlussabschnitte 15 beträgt bevorzugt 1 bis 15 mm und stärker bevorzugt 3 bis 10 mm. Die Tiefe des Verschlussabschnitts 15 ist die Länge des Verschlussabschnitts 15 in der Z-Richtung.
  • Fluid-Reinigungsverfahren:
  • Jeder der oben erwähnten mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 kann in eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors oder dergleichen eingebaut und bei der Reinigung des Abgases verwendet werden. Das heißt, die mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 können in einem Fluid-Reinigungsverfahren verwendet werden. In diesem Fluid-Reinigungsverfahren wird die Menge der Asche berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor oder dergleichen ausgestoßenen Abgas erzeugt wird, und auf der Basis der Menge der Asche werden ein Bereich für die erste Region 21 und ein Bereich für die zweite Region 23 in jedem der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 bestimmt. Ferner ist die erste Region 21 so beschaffen, dass sie die Katalysator-Deckschicht 33 aufweist, in der die Oberfläche jeder der Trennwände 9, die den zweiten Zellen 13 zugewandt ist, mit dem Katalysator 17 beschichtet ist. Ferner ist die zweite Region 23 so beschaffen, dass sie den Katalysator-Eindringabschnitt 35 aufweist, in dem der Katalysator 17 in jeder der Poren 39 der Trennwände 9 eindringt. Ferner ist in dem Fluid-Reinigungsverfahren jeder der obigen mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 in eine Abgasleitung für das Abgas in dem Verbrennungsmotor oder dergleichen eingebaut.
  • Gemäß dem oben erwähnten Fluid-Reinigungsverfahren kann, selbst wenn die Asche in jedem der mit Katalysator beladenen Wabenfilter 1, 50 abgelagert wird, eine Verschlechterung der Reinigungseffizienz aufgrund der Ablagerung der Asche verhindert werden.
  • Herstellungsverfahren eines mit Katalysator beladenen Wabenfilters:
  • Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren des mit Katalysator beladenen Wabenfilters der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird ein gekneteten Materials zur Herstellung eines Wabensubstrats hergestellt, und dieses geknetete Material wird unter Erhalt eines Wabenformkörpers geformt (ein Formungsschritt). Der erhaltene Wabenformkörper wird bevorzugt unter Erhalt eines getrockneten Wabenkörpers getrocknet.
  • Als nächstes wird der erhaltene Wabenformkörper (oder der getrocknete Wabenkörper, nachdem nach Bedarf das Trocknen durchgeführt wurde) unter Erhalt des Wabensubstrats (ein Wabensubstrat-Herstellungsschritt) gebrannt.
  • Als nächstes werden offene Enden vorbestimmter Zellen (erste Zellen) in einer Ablaufendfläche des erhaltenen Wabensubstrats und offene Enden der verbleibenden Zellen (zweite Zellen) in einer Zulaufendfläche unter Bildung der Verschlussabschnitte verschlossen (Verschlussschritt).
  • Ferner wird ein Katalysator auf die Trennwände des mit den Verschlussabschnitten versehenen Wabensubstrats geladen (ein Katalysatorladeschritt).
  • So kann der mit Katalysator beladene Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform hergestellt werden. Nachstehend werden die jeweiligen Herstellungsschritte ausführlich beschrieben. Es ist anzumerken, dass in der folgenden ausführlichen Beschreibung zuerst der gesamte Aspekt eines Falles, wo das Wabensubstrat monolithisch ist, beschrieben wird, und dann für den Fall, wo das Wabensubstrat durch Verbinden mehrerer Wabensegmente geschaffen wird, hauptsächlich Unterschiede zum Monolithen beschrieben werden.
  • Formungsschritt:
  • Zunächst wird in dem Formungsschritt ein keramisches Formungsrohmaterial, das ein keramisches Rohmaterial enthält, unter Erhalt des Wabenformkörpers gebildet, in dem mehrere Zellen, die Durchgangskanäle für ein Fluid werden, definiert sind.
  • Beispiele für das keramische Rohmaterial, das in dem keramischen Formungsrohmaterial enthalten ist, umfassen Siliciumcarbid (SiC), ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, Siliciumnitrid, ein Cordierit-bildenden Rohmaterial, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Titandioxid und Aluminiumtitanat. Ferner ist das keramische Rohmaterial bevorzugt mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid (SiC), dem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, dem Cordierit-bildenden Rohmaterial, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Titandioxid und Aluminiumtitanat. Es ist anzumerken, dass „das Silicium-Siliciumcarbid-basierte Verbundmaterial“ unter Verwendung von Siliciumcarbid (SiC) als Masse und Silicium (Si) als ein Bindematerial gebildet wird. „Das Cordierit-bildende Rohmaterial“ ist ein keramisches Rohmaterial, das gemischt wird, so dass eine chemische Zusammensetzung erhalten wird, in der Siliciumdioxid mit 42 bis 56 Masse-%, Aluminiumoxid mit 30 bis 45 Masse-% und Magnesiumoxid mit 12 bis 16 Masse-% vorliegen. Ferner wird das Cordierit-bildende Rohmaterial gebrannt und wird zu Cordierit.
  • Ferner wird das keramische Formungsrohmaterial bevorzugt durch Mischen des obigen keramischen Rohmaterials mit einem Dispersionsmedium, einem organischen Bindemittel, einem anorganischen Bindemittel, einem Porenbildner, einem oberflächenaktiven Mittel und dergleichen hergestellt. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Zusammensetzungsverhältnis jedes Rohmaterials, und das Zusammensetzungsverhältnis wird bevorzugt entsprechend der Struktur, des Materials oder dergleichen des herzustellenden Wabensubstrats festgelegt.
  • Bei der Formung des keramischen Formungsrohmaterials wird zunächst das Formungsrohmaterial unter Erhalt des gekneteten Materials geknetet, und das erhaltene geknetete Material wird bevorzugt in eine Wabenform gebracht. Für das Verfahren zum Kneten des Formungsrohmaterials zur Bildung des gekneteten Materials gibt es keine besondere Einschränkung, und ein Beispiel für das Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Kneter, ein Vakuum-Knetwerk oder dergleichen verwendet werden. Für das Verfahren zur Formung des gekneteten Materials zum Erhalt des Wabenformkörpers gibt es keine besondere Einschränkung, und es können die bereits bekannten Formungsverfahren wie Extrusion oder Spritzguss angewandt werden. Ein Beispiel für das Verfahren ist geeigneterweise ein Verfahren, in dem ein Rohmaterial unter Verwendung einer Düse mit der gewünschten Zellenform, Trennwanddicke und Zelldichte unter Bildung des Wabenformkörpers extrudiert wird. Das Material der Düse ist bevorzugt Sinterhartmetall, das sich nicht so schnell abnutzt.
  • Ferner kann nach dem obigen Formen der erhaltene Wabenformkörper getrocknet werden. Für das Trocknungsverfahren gibt es keine besondere Einschränkung, Beispiele für das Verfahren umfassen jedoch Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter vermindertem Druck, Vakuumtrocknung und Gefriertrocknung. Von diesen Verfahren werden bevorzugt die dielektrische Trocknung, die Mikrowellentrocknung oder die Heißlufttrocknung allein durchgeführt, oder bevorzugt wird eine Kombination dieser Verfahren durchgeführt.
  • Wabensubstrat-Herstellungsschritt:
  • Als nächstes wird der erhaltene Wabenformkörper unter Erhalt des Wabensubstrats gebrannt. Es ist anzumerken, dass der Wabenformkörper gebrannt werden kann, nachdem die Verschlussabschnitte in dem Wabenformkörper angeordnet worden sind.
  • Ferner wird der Wabenformkörper bevorzugt kalziniert, bevor der Wabenformkörper gebrannt wird (das Hauptbrennen). Das Kalzinieren wird zum Entfetten durchgeführt. Für das Kalzinierungsverfahren gibt es keine besondere Einschränkung, und es kann jedes Verfahren angewandt werden, so lange die enthaltenen organischen Materialien (das organische Bindemittel, das Dispersionsmedium, der Porenbildner und dergleichen) entfernt werden können. Im Allgemeinen beträgt die Brenntemperatur des organischen Bindemittels etwa 100 bis 300 °C, und beträgt die Brenntemperatur des Porenbildners etwa 200 bis 800 °C. Daher wird, als Kalzinierbedingungen, das Erhitzen bevorzugt bei etwa 200 bis 1000 °C in einer Oxidationsatmosphäre für etwa drei bis 100 Stunden durchgeführt.
  • Das Brennen (das Hauptbrennen) des Wabenformkörpers wird zum Sintern und Verdichten eines Formungsrohmaterials, das den kalzinierten Formkörper bildet, durchgeführt, wobei er eine vorbestimmte Festigkeit erlangt. Die Brennbedingungen (Temperatur, Zeit und Atmosphäre) variieren mit der Art des Formungsrohmaterials, und daher können die Bedingungen angemessen entsprechend der Art gewählt werden. Wenn beispielsweise das Cordierit-bildende Rohmaterial verwendet wird, beträgt die Brenntemperatur bevorzugt 1410 bis 1440 °C. Ferner beträgt als die Brennzeit die Haltezeit der höchsten Temperatur bevorzugt vier bis sechs Stunden.
  • Verschlussschritt:
  • Als nächstes wird unter Bildung der Verschlussabschnitte das Verschlussmaterial in einen Endabschnitt auf der Seite der Ablaufendfläche jeder der ersten Zellen des Wabensubstrats und einen Endabschnitt auf der Seite der Zulaufendfläche jeder der verbleibenden zweiten Zellen geladen.
  • Wird das Verschlussmaterial in das Wabensubstrat geladen, wird beispielsweise das Verschlussmaterial zunächst in die Endabschnitte auf der Seite der Zulaufendfläche geladen, und dann wird das Verschlussmaterial in die Endabschnitte auf der Seite der Ablaufendfläche geladen. Ein Beispiel für das Verfahren zum Laden des Verschlussmaterials in die Endabschnitte ist ein Verfahren mit einem Maskierungsschritt und danach einem Einpressschritt. Der Maskierungsschritt ist ein Schritt des Anbringens einer Folie auf eine Endfläche (z. B. die Zulaufendfläche) des Wabensubstrats und des Einbringens von Löchern an Stellen, die „die Zellen, in denen die Verschlussabschnitte gebildet werden sollen“, überlagern, in der Folie. Der Einpressschritt ist ein Schritt des Pressens „des Endabschnitts des Wabensubstrats, an dem die Folie angebracht ist“ in einen Behälter, in dem das Verschlussmaterial gelagert ist, wodurch das Verschlussmaterial durch die in der obigen Folie erzeugten Löcher in die Zellen des Wabensubstrats gepresst wird. Wird das Verschlussmaterial in die Zellen des Wabensubstrats gepresst, durchquert das Verschlussmaterial die in der Folie erzeugten Löcher und wird nur in die Zellen geladen, die mit den in der Folie erzeugten Löchern kommunizieren.
  • Als nächstes wird das in das Wabensubstrat geladene Verschlussmaterial unter Bildung der Verschlussabschnitte getrocknet, wodurch das mit den Verschlussabschnitten versehene Wabensubstrat, d. h. ein Wabenfilter, erhalten wird. Es ist anzumerken, dass das Verschlussmaterial getrocknet werden kann, nachdem das Verschlussmaterial in beide Endabschnitte des Wabensubstrats geladen worden ist. Alternativ kann das in die Endabschnitte einer Seite des Wabensubstrats geladene Verschlussmaterial getrocknet werden, das Verschlussmaterial kann in die Endabschnitte der anderen Seite geladen werden und dann kann das in die Endabschnitte der anderen Seite geladene Verschlussmaterial getrocknet werden. Ferner kann das Verschlussmaterial gebrannt werden, um das Verschlussmaterial mit einer höheren Sicherheit zu immobilisieren. Ferner kann das Verschlussmaterial vor dem Trocknen oder dem getrockneten Wabenformkörper (dem getrockneten Wabenkörper) in den Wabenformkörper geladen werden, und das Verschlussmaterial kann vor dem Trocknen oder dem getrockneten Wabenformkörper zusammen mit dem Wabenformkörper gebrannt werden.
  • Katalysatorladeschritt:
  • Als nächstes wird der Katalysator auf die Trennwände des mit den Verschlussabschnitten versehenen Wabensubstrats (nachstehend „der Wabenfilter“) geladen. Der Katalysatorladeschritt umfasst einen Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt zum Bilden des Katalysator-Eindringabschnitts und einen Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt zum Bilden der Katalysator-Deckschicht.
  • Der Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt und der Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt werden durch Eintauchen des Wabenfilters in einen Katalysatorschlamm durchgeführt. Als der Katalysatorschlamm kann ein Katalysatorschlamm angewendet werden, der üblicherweise beim Laden des ternären Katalysators, des SCR-Katalysators, des NOx-Absorber-Katalysators, des Oxidationskatalysators oder dergleichen verwendet wird.
  • Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt:
  • 9 ist eine schematische Ansicht, die schematisch den Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt in dem Herstellungsverfahren des mit Katalysator beladenen Wabenfilters der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird in dem Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt der Katalysatorschlamm beispielsweise aus der Zulaufendfläche 3 des Wabenfilters gepresst, und gleichzeitig mit diesem Pressen kann der Katalysatorschlamm von der Ablaufendfläche 5 angesaugt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden in der Zulaufendfläche 3 offene Enden nur in den ersten Zellen 11 geöffnet, und daher fließt der Katalysatorschlamm zunächst nur in die ersten Zellen 11. In den ersten Zellen 11 sind jedoch die offenen Enden auf der Seite der Ablaufendflächen 5 mit den Verschlussabschnitten 15 verschlossen. Nun wirkt durch das Ansaugen der Ablaufendfläche 5 eine Saugkraft auf den Katalysatorschlamm in einer Richtung, in der der Schlamm die Trennwände 9 von den ersten Zellen 11 zu den zweiten Zellen 13 durchquert, ein. So dringt der Katalysatorschlamm aus den ersten Zellen 11 in die Poren 39 der Trennwände 9 ein und durchquert die zweiten Zellen 13. Im Ergebnis kann der Katalysator ausreichend in alle Poren 39 der Trennwände 9 eindringen. Ferner kann, anders als bei dem oben erwähnten Vorgang, in einem wie in 9 gezeigten Zustand, der Katalysatorschlamm aus der Ablaufendfläche 5 in den Filter gepresst werden, und gleichzeitig mit diesem Pressen kann der Schlamm von der Zulaufendfläche 3 angesaugt werden. Nach dem obigen Vorgang kann der Wabenfilter getrocknet werden, und der Katalysator 17 kann an den Innenwandflächen 41 der Poren 39 gesichert werden.
  • Ferner wird, wenn beispielsweise das Bilden der Katalysator-Eindringabschnitte 35 auf die Trennwände 9 der zweiten Region 23 beschränkt ist, der Katalysatorschlamm in dem Behälter gelagert, und es wird zunächst die Zulaufendfläche 3 des Wabenfilters in diesen Katalysatorschlamm getaucht. Nun wird der Wabenfilter bis zu einem Abschnitt einer vorbestimmten Länge der Z-Richtung ausgehend von der Zulaufendfläche 3 des Wabenfilters (der Abschnitt, der der zweiten Region 23 entspricht) eingetaucht. Danach kann der Wabenfilter aus dem Katalysatorschlamm gezogen werden, und der Katalysatorschlamm kann von der Ablaufendfläche 5 aufgesaugt werden. Durch dieses Aufsaugen kann der beschränkt auf die Trennwände 9 der zweiten Region 23 anhaftende Katalysatorschlamm geeignet wie er ist in die Poren 39 der Trennwände 9 der zweiten Region 23 eindringen.
  • Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt:
  • In dem Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt ist der Katalysatorschlamm beispielsweise zunächst in dem Behälter enthalten, und wird der Wabenfilter in den Katalysatorschlamm in einer Tiefe ausgehend von der Ablaufendfläche 5 bis zu einer Grenze zwischen der ersten Region 21 und der zweiten Region 23 eingetaucht. In der Ablaufendfläche 5 sind nur die offenen Enden der zweiten Zellen 13 geöffnet, und daher fließt der Katalysatorschlamm in die zweiten Zellen 13. Als nächstes sind, wenn der Wabenfilter aus dem Katalysatorschlamm herausgezogen wird, die Schichten des Katalysators auf den Oberflächen der Trennwände 9 den zweiten Zellen 13 der ersten Region 21 zugewandt, das heißt, die Katalysator-Deckschichten können gebildet werden. Nach diesem Vorgang kann der Wabenfilter getrocknet werden, und die Schichten des Katalysators können an den Oberflächen der Trennwände gesichert werden.
  • Beispiele
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf Beispielen ausführlich beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Herstellung des mit Katalysator beladenen Wabenfilters)
  • Ein mit Katalysator beladener Wabenfilter wurde für die Einstellung präpariert, dass der Wabenfilter in einer Abgasanlage eines Motors mit einem Hubraum von 1,8 1 (1800 cm3) eingebaut wird. Der numerische Wertebereich, der für „den Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 bis zum Hubraum (cm3) × 0,0675/0,36“ angewandt wurde, beträgt 62,5 bis 337,5 (cm3).
  • (Beispiel 1)
  • Als Cordierit-bildende Rohmaterialien wurden Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talk und Siliciumdioxid verwendet. 100 Masseteilen des Cordierit-bildenden Rohmaterials wurden 2,5 Masseteile eines Porenbildners mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 100 µm, 62 Masseteile Wasser (Dispersionsmedium), 5,6 Masseteile Methylcellulose (organisches Bindemittel) und 0,5 Masseteile eines oberflächenaktiven Mittels zugegeben. Danach wurde das Material gemischt und weiter geknetet, wodurch ein geknetetes Material erhalten wurde.
  • Als nächstes wurde das geknetete Material unter Verwendung einer vorbestimmten Düse unter Erhalt eines Wabenformkörpers extrudiert. In dem Wabenformkörper waren in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen viereckige Zellen ausgebildet, und die gesamte Form war säulenförmig. Dann wurde der erhaltene Wabenformkörper mit einem Mikrowellentrockner getrocknet. Danach wurde der Wabenformkörper mit einem Heißlufttrockner vollständig getrocknet. Anschließend wurden beide Endflächen des getrockneten Wabenformkörpers geschnitten und in eine vorbestimmte Größe gebracht.
  • Als nächstes wurde der Wabenformkörper in einem Verschlussschritt verschlossen. Zunächst wurden die offenen Enden von Zellen in einer Endfläche (der Zulaufendfläche) des Wabenformkörpers abwechselnd in einem Karomuster maskiert. Dann wurde ein Endabschnitt des Wabenformkörpers auf der Seite der Zulaufendfläche in ein Verschlussmaterial, welches das Cordierit-bildende Rohmaterial enthielt, unter Bildung von Verschlussabschnitten, die abwechselnd in dem Karomuster angeordnet sind, eingetaucht. Danach wurden für die andere Endfläche (die Ablaufendfläche) die mit den Verschlussabschnitten in den Endabschnitten auf der Seite der Zulaufendfläche versehenen Zellen maskiert, und die Verschlussabschnitte wurden durch ein Verfahren ähnlich dem oben erwähnten Verfahren zur Bildung der Verschlussabschnitte in den Endabschnitten auf der Seite der Zulaufendfläche gebildet. Im Ergebnis wurde ein Wabenformkörper erhalten, in dem erste Zellen mit auf der Seite der Ablaufendfläche verschlossenen Endabschnitten und zweite Zellen mit auf der Seite der Zulaufendfläche verschlossenen Endabschnitten abwechselnd angeordnet waren. Überdies betrug die Tiefe der Verschlussabschnitte 6 mm ausgehend von der Endfläche.
  • Der so erhaltene mit den Verschlussabschnitten versehene Wabenformkörper wurde bei 1410 bis 1440 °C für fünf Stunden unter Erhalt eines mit den Verschlussabschnitten versehenen Wabensubstrats weiter gebrannt.
  • Das erhaltene Wabensubstrat hatte einen Durchmesser von 143,8 mm und eine Länge von 110,0 mm in der Z-Richtung. Die Dicke der Trennwände betrug 254 |xm, und die Zelldichte betrug 46,5 Zellen/cm2.
  • Anschließend wurden Katalysator-Eindringabschnitte in den Trennwänden in einem Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt gebildet. Ein Katalysatorschlamm für einen ternären Katalysator wurde durch eine routinemäßige Prozedur hergestellt. Der Katalysator-Eindringabschnitt-Bildungsschritt wurde durch Pressen des Katalysatorschlamms in einen Wabenfilter aus dessen Zulaufendfläche und Aufsaugen des Katalysatorschlamms von der Ablaufendfläche gleichzeitig mit diesem Pressen durchgeführt. Überdies wurde eine Katalysator-Eindringregion über alle Trennwände von der Zulaufendfläche bis zur Ablaufendfläche gebildet.
  • Als nächstes wurden Katalysator-Deckschichten auf den Oberflächen der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt sind, in einem Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt gebildet. Im Speziellen befand sich der Katalysatorschlamm für den ternären Katalysator in einem Behälter, und in den Katalysatorschlamm wurden „zu verschließende Abschnitte“ und „eine Region, wo ein Gesamtvolumen unverschlossener Abschnitte der ersten Zellen 63 cm3 betrug,“ (die Region in einer Tiefe von 17 mm ausgehend von der Ablaufendfläche) ausgehend von der Ablaufendfläche als ein Ausgangspunkt des Wabenfilters eingetaucht. Mit anderen Worten, die Zulaufendfläche wurde in einer Tiefe von 17 mm ausgehend von einer Grenzfläche des Katalysatorschlamms platziert. Nachdem der Wabenfilter aus dem Katalysatorschlamm herausgezogen worden war, wurde der Wabenfilter bei 400 °C für eine Stunde getrocknet, wodurch der mit Katalysator beladene Wabenfilter von Beispiel 1 erhalten wurde. In Beispiel 1 betrug die Länge der ersten Region in der Z-Richtung 17 mm.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen wie in Beispiel 1 wiederholt, außer dass in dem Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt in den Katalysatorschlamm „zu verschließende Abschnitte“ und „eine Region, wo das Gesamtvolumen an unverschlossenen Abschnitten der ersten Zellen 40 cm3 betrug,“ (die Region in einer Tiefe von 13 mm ausgehend von der Ablaufendfläche) ausgehend von der Ablaufendfläche als ein Ausgangspunkt eines Wabenfilters eingetaucht wurden, wodurch der mit Katalysator beladene Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde. In Vergleichsbeispiel 1 betrug die Länge der ersten Region in der Z-Richtung 13 mm.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen wie in Beispiel 1 wiederholt, außer dass der Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt nicht durchgeführt wurde, und es wurde ein mit Katalysator beladener Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 2 erhalten. In Vergleichsbeispiel 2 betrug die Länge der ersten Region in der Z-Richtung 0 mm (keine erste Region).
  • (Herstellung eines Katalysatorwabenkörpers)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen für den mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Beispiel 1 wie oben beschrieben wiederholt, außer dass ein Wabensubstrat mit einem Durchmesser von 118,4 mm, einer Länge von 127,0 mm in der Z-Richtung, einer Trennwanddicke von 109,2 µm und einer Zelldichte von 62,0 Zellen/cm2 hergestellt wurde und kein Verschlussschritt und kein Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt durchgeführt wurden, und es wurde ein Katalysatorwabenkörper erhalten.
  • (Herstellung der Abgas-Reinigungsanlage)
  • Es wurde ein Fahrzeug verwendet, in dem ein 1,8-1-Benzinmotor montiert war (nachstehend „Testfahrzeug“). In der Abgasanlage des Testfahrzeugs war der oben erwähnte Katalysatorwabenkörper an einer Stelle rechts unter dem Motor eingebaut, und einer der oben genannten mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und 2 war unter dem Boden des Testfahrzeugs eingebaut.
  • [Arbeitsmodus zur Bewertung der Reinigungsleistung]
  • Der Arbeitsmodus wurde an die WLTP (Worldwide harmonized Light-duty Test Procedure) angepasst. 10 zeigt ein Diagramm, welches die Veränderung der Geschwindigkeit mit der Zeit in dem Arbeitsmodus zeigt. Überdies fuhr das oben erwähnte Testfahrzeug entlang einer Strecke, die 16 % Stadtgebiet, 24 % Landstraße und 62 % Schnellstraße umfasste. Auf der Fahrstrecke wurde ein Test zur Abgas-Reinigungsleistung in dem Arbeitsmodus der WLTP bei jeder vorbestimmten Distanz durchgeführt (der „Abgas-Reinigungsleistungs-Test“ wird später beschrieben).
  • [Menge an abzulagernder Asche]
  • Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der Fahrstrecke und der Menge an Asche im Falle des Betriebs des oben genannten Testfahrzeugs. Ferner zeigt Tabelle 1 für jede Menge an Asche den Inhalt einer Region (nachstehend „Ascheablagerungsregion“), wo die Ablagerung der Asche in jeder ersten Zelle von jedem mit Katalysator beladenen Wabenfilter von Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele 1, 2 stattfindet, und die Länge jeder Ascheablagerungsregion in der Z-Richtung. Ferner zeigt Tabelle 1 „die Länge der Z-Richtung des Verschlussabschnitts“ und „die Länge der Z-Richtung der Ascheablagerungsregion“ insgesamt. [Tabelle 1]
    Fahrstrecke (10.000 km) Aschemenge (g) Ascheablagerungsregion Längen der Ascheablagerungsregion und des Verschlussabschnitts insgesamt (mm) NOx-Menge (g/km)
    Volumen (cm3) Länge (mm) Beispiel 1 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2
    0 0 0 0 6 0,016 0,015 0,0125
    2 3 8 1,5 7,5 0,016 0,014 0,014
    6 8,5 24 4,3 10,3 0,014 0,015 0,014
    10 14 39 7 13 0,017 0,015 0,022
    12 21,5 60 10,8 16,8 0,016 0,018 0,027
    16 22,5 63 11,3 17,3 0,018 0,027 0,036
  • [Test zur Abgas-Reinigungsleistung]
  • Das oben erwähnte Testfahrzeug war an einem Fahrzeugprüfstand montiert, und die Menge an NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke wurde zu jedem Zeitpunkt der Fahrstrecken 20.000 km, 60.000 km, 100.000 km, 120.000 km und 160.000 km gemäß dem Betriebsmodus der WLTP gemessen. Die Menge der aus dem Testfahrzeug auszustoßenden NOx-Emissionen wurde unter Verwendung von „MEXA7500D“, hergestellt von HORIBA Co., gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Menge der abzulagernden Asche (die Fahrstrecke) und der Menge der NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke in Beispiel 1. 12 zeigt die Beziehung in Vergleichsbeispiel 1, und 13 zeigt die Beziehung in Vergleichsbeispiel 2.
  • [Überlegung 1]
  • In Beispiel 1 wurde für die Menge der NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke das Steigerungsverhältnis eines Wertes zum Zeitpunkt der Fahrstrecke von 0 km zu der Fahrstrecke von 160.000 km auf weniger als 20 % verringert. Auf der anderen Seite betrug in Vergleichsbeispiel 1 für die Menge der NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke, wenn die Fahrstrecke 10 km oder mehr betrug, das Steigerungsverhältnis von dem Wert zum Zeitpunkt der Fahrstrecke von 0 km 20 % oder mehr. In Vergleichsbeispiel 2 stieg die Menge der NOx-Emissionen pro km der Fahrstrecke mit länger werdender Fahrstrecke. Obiges ergab, dass die Reinigung des Abgases durch die katalytische Reaktion selbst während der Ablagerung der Asche in Beispiel 1 effektiv durchgeführt werden kann.
  • Anschließend wurde ein mit Katalysator beladener Wabenfilter so präpariert, dass der Filter in der Abgasanlage eines Motors mit einem Hubraum von 1,4 1 (1400 cm3) eingebaut war. Der numerische Wertebereich, der auf „den Hubraum (cm3) x 0,0125/0,36 zu dem Hubraum (cm3) x 0,0675/0,36“ angewandt wurde, betrug 48,6 bis 262,5 (cm3).
  • (Beispiel 2)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen wie oben in Beispiel 1 beschrieben wiederholt, außer dass ein Wabensubstrat mit einem Durchmesser von 118,4 mm und einer Länge von 127,0 mm in der Z-Richtung hergestellt wurde, und in dem Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt der Wabenfilter in den Katalysatorschlamm an einer Stelle eingetaucht wurde, die 15 % der Länge der Z-Richtung des Wabensubstrats ausgehend von der Ablaufendfläche betrug (eine Stelle 19 mm ausgehend von der Ablaufendfläche), und es wurde ein mit Katalysator beladener Wabenfilter erhalten. Überdies betrug „das Gesamtvolumen der unverschlossenen Abschnitte der ersten Zellen in einer ersten Region“ 48,6 cm3.
  • (Beispiel 3 und Vergleichsbeispiele 3 bis 5)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen wie in Beispiel 2 wiederholt, außer dass in dem Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt die Stelle, wo der Wabenfilter in den Katalysatorschlamm getaucht wurde (eine Tiefe, in der der Wabenfilter ausgehend von der Ablaufendfläche in Katalysatorschlamm getaucht wurde, d. h. „die Länge der ersten Region“) wie in Tabelle 2 gezeigt festgelegt wurde, und es wurde ein mit Katalysator beladener Wabenfilter erhalten. Überdies wurden in Vergleichsbeispiel 5 alle Oberflächen der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt waren, mit Katalysator-Deckschichten bedeckt.
  • (Vergleichsbeispiel 6)
  • Es wurden dieselben Vorgehensweisen wie in Beispiel 2 wiederholt, außer dass kein Katalysator-Deckschicht-Bildungsschritt durchgeführt wurde, und es wurde ein mit Katalysator beladener Wabenfilter erhalten. [Tabelle 2]
    Länge der ersten Region (mm) Prozent der Länge der ersten Region zur Länge des gesamten Wabensubstrats (%) Gesamtvolumen unverschlossener Abschnitte der ersten Zellen der ersten Region (cm3) Druck - abfall (kPa) Steigerungsverhältnis des Druckabfalls basierend auf Vergleichsbeispiel 6 (%)
    Beispiel 2 19 15 48,6 1,69 6
    Beispiel 3 76 60 262,5 1,86 17
    Vgl.-Bsp. 3 80 63 280,0 1,91 20
    Vgl.-Bsp. 4 83 66 291,7 1,93 21
    Vgl.-Bsp. 5 127 100 456,0 2,68 69
    Vgl.-Bsp. 6 - - - 1,59 0
  • [Messung des Druckabfalls]
  • Es wurde ein Messgas (Luft) bei 25 °C und einer Fließgeschwindigkeit von 5 Nm3/min durch den mit Katalysator beladenen Wabenfilter geleitet, es wurden jeweils die Drücke in der Endfläche auf der Zulaufseite und der Endfläche auf der Ablaufseite gemessen, und die Druckdifferenz wurde als der Druckabfall (kPa) erhalten. Tabelle 2 zeigt den Druckabfall und den Prozentsatz (%) für einen Wert des Druckabfalls von Vergleichsbeispiel 6 [Druckabfall-Steigerungsverhältnis (%)].
  • [Überlegung 2]
  • In den Beispielen 2, 3 wurde das Druckabfall-Steigerungsverhältnis auf weniger als 20 % verringert. In den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 betrug das Druckabfall-Steigerungsverhältnis leider 20 % oder mehr.
  • Die vorliegende Erfindung kann als ein mit Katalysator beladener Wabenfilter zum Abfangen der in einem Abgas enthaltenen Feststoffteilchen und zur Reinigung des Abgases durch eine katalytische Reaktion verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    mit Katalysator beladener Wabenfilter,
    3
    Zulaufendfläche,
    5
    Ablaufendfläche,
    7
    Zelle,
    9
    Trennwand,
    10
    Wabensubstrat,
    11
    erste Zelle,
    13
    zweite Zelle,
    15
    Verschlussabschnitt,
    17
    Katalysator,
    19
    Umfangswand,
    21
    erste Region,
    23
    zweite Region,
    33
    Katalysator-Deckschicht,
    35
    Katalysator-Eindringabschnitt,
    37
    Oberfläche (der Trennwand),
    39
    Pore,
    41
    Innenwandfläche (der Pore),
    43
    Asche,
    50
    mit Katalysator beladener Wabenfilter,
    51
    Wabensubstrat,
    53
    Wabensegment,
    54
    Bindungsschicht,
    55
    Seitenwand,
    57
    Seiten-fläche,
    59
    Umfangswand und
    G
    Abgas.

Claims (5)

  1. Mit Katalysator beladener Wabenfilter, umfassend ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche ist, zu einer Ablaufendfläche, welche die andere Endfläche ist, verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; mehrere Verschlussabschnitte zum Verschließen offener Enden auf der Seite der Ablaufendflächen der ersten Zellen, welche die vorbestimmten Zellen von den mehreren Zellen sind, und offener Enden auf der Seite der Zulaufendflächen der zweiten Zellen, welche die verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen sind; und einen auf die Trennwände geladenen Katalysator, wobei das Wabensubstrat eine erste Region, die eine Region ist, die von der Ablaufendfläche bis zu einer vorbestimmten Position entlang der Verlaufsrichtung der Zellen reicht, und eine zweite Region, die eine verbleibende Region ist, die sich auf der Seite der Zulaufendfläche von der ersten Region erstreckt, aufweist, wobei die erste Region eine Katalysator-Deckschicht aufweist, in der die Oberfläche jeder der Trennwände, die den zweiten Zellen zugewandt ist, mit dem Katalysator beschichtet ist, die zweite Region einen Katalysator-Eindringabschnitt aufweist, in dem der Katalysator in die Poren jeder der Trennwände eindringt und der keine Katalysator-Deckschicht auf der Oberfläche der Trennwand aufweist, und das Gesamtvolumen an Abschnitten der ersten Zellen in der ersten Region, die nicht mit den Verschlussabschnitten verschlossen sind, in einem Bereich von einem Hubraum (cm3) × 0,0125/0,36 bis zu einem Hubraum (cm3) × 0,0675/0,36 bestimmt ist, wenn der mit Katalysator beladene Wabenfilter in einer Abgasanlage eines Motors angeordnet ist.
  2. Mit Katalysator beladener Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei die erste Region keine Katalysator-Eindringabschnitte aufweist.
  3. Mit Katalysator beladener Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei in den Katalysator-Eindringabschnitten das Gesamtvolumen des in den Poren vorhandenen Katalysators 8 % oder mehr des Volumens der Poren beträgt, wenn der Katalysator nicht geladen ist.
  4. Mit Katalysator beladener Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der Katalysator-Deckschichten eine Dicke von 13 bis 254 µm hat.
  5. Mit Katalysator beladener Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Katalysator einen oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem ternären Katalysator, einem SCR-Katalysator, einem NOx-Absorber-Katalysator und einem Oxidationskatalysator, umfasst.
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