DE102015011430A1 - Wabenfilter - Google Patents

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Toshihiro Hirakawa
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Abstract

Offenbart wird ein Wabenfilter, der eine hohe Regenerationseffizienz realisieren kann, während gleichzeitig die Menge an geladenem Katalysator gering gehalten wird. Der Wabenfilter umfasst ein Wabensubstrat, Verschlussabschnitte und einen Katalysator 12 zur Reinigung eines Abgases. Im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats sind Zellen so angeordnet, dass der Umfang einer zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c von vier rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und vier quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b umgeben ist, und im Querschnitt der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t die folgende Gleichung (1) erfüllen. Überdies ist die Menge eines Katalysators 12a pro Volumeneinheit der Trennwände 1, die auf die Trennwände 1 geladen wird, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c definieren, größer als die Menge eines Katalysators 12b pro Volumeneinheit der Trennwände 1, die auf die Trennwände 1 geladen wird, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b definieren. 0,95 < b/at < 1,90(1)

Description

  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf der JP-2014-180014 , eingereicht am 4. September 2014 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Genauer gesagt, bezieht sie sich auf einen Wabenfilter, der geeigneterweise zur Reinigung von Feststoffteilchen, die im Abgas eines Motors enthalten sind, insbesondere eines Automotors, und toxischer Gaskomponenten wie Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) verwendet wird.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In den letzten Jahren ist im Hinblick auf Einflüsse auf die globale Umwelt und Ressourcenschonung eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen gefordert worden. Folglich besteht eine Tendenz zur Nutzung von Verbrennungsmotoren wie einem Benzin-Direkteinspritzer und einem Dieselmotor, die jeweils über einen hervorragenden Wärmewirkungsgrad verfügen, als Energiequelle für Kraftfahrzeuge.
  • Probleme bei diesen Verbrennungsmotoren sind jedoch die während der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugte Asche. Unter Berücksichtigung der Luftatmosphäre muss dahingehend gegengesteuert werden, dass toxische Komponenten, die im Abgas enthalten sind, entfernt werden und gleichzeitig verhindert wird, dass Feststoffteilchen (diese werden nachstehend „PM” genannt) wie Ruß oder Asche in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
  • Genauer gesagt, besteht die Tendenz, dass Vorschriften für die Entfernung der PM, die aus einem Dieselmotor ausgestoßen werden, weltweit verschärft werden, und so zieht die Verwendung eines Wabenfilters Aufmerksamkeit als ein Auffangfilter zur Entfernung der PM (nachstehend wird dieser Filter „DPF” genannt) auf sich. Ferner sind verschiedene Systeme zur Abgasreinigung vorgeschlagen worden, bei denen ein solcher Wabenfilter verwendet wird. Der obige DPF weist üblicherweise eine Konstruktion auf, bei der mehrere Zellen, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden, üblicherweise von porösen Trennwänden definiert werden und die Zellen wechselweise verschlossen sind, wodurch die porösen Trennwände, die die Zellen bilden, als ein Filter dienen.
  • Bei dem DPF strömt das die Feststoffteilchen und dergleichen enthaltende Abgas in dem DPF aus einer ersten Endfläche (der Zulaufendfläche), die Feststoffteilchen werden mit den Trennwänden filtriert, und dann strömt das gereinigte Gas aus einer zweiten Endfläche (der Ablaufendfläche) aus. Bei einem solchen DPF gab es das Problem, dass sich mit dem Einströmen des Abgases die in dem Abgas enthaltenen Feststoffteilchen an den Trennwänden absetzten und so die Zellen auf der Abgaszulaufseite verschlossen werden. Dies ist ein Phänomen, das leicht auftritt, wenn eine große Menge an Feststoffteilchen im Abgas enthalten ist, oder in kalten Gegenden. Werden die Zellen so verschlossen, kommt es zu dem Problem, dass der Druckabfall in dem DPF rasch zunimmt. Um einen derartigen Zellverschluss zu unterbinden, wurde der Filter daher so konstruiert, dass die Filterfläche oder die offene Frontfläche in den abgaszulaufseitigen Zellen größer wird.
  • Als die obige Konstruktion des DPF ist speziell eine Konstruktion vorgeschlagen worden, bei der sich die Schnittfläche jeder zulaufseitigen Zelle von der Schnittfläche jeder ablaufseitigen Zelle unterscheidet (siehe z. B. Patentdokument 1). Hier kennzeichnet die Schnittfläche jeder Zelle die Fläche der Zelle im Querschnitt, wenn die Zelle entlang einer Ebene senkrecht zur Mittelachsenrichtung der Zelle geschnitten wird. Die zulaufseitigen Zellen sind Zellen, die in der Zulaufendfläche geöffnet sind und deren offene Enden in der Ablaufendfläche mit Verschlussabschnitten verschlossen sind, und diese Zellen werden auch als ablaufseitig verschlossene Zellen bezeichnet. Hingegen sind die ablaufseitigen Zellen Zellen, deren offene Enden in der Zulaufendfläche mit den Verschlussabschnitten verschlossen sind und die in der Ablaufendfläche geöffnet sind, und diese Zellen werden auch als zulaufseitig verschlossene Zellen bezeichnet. Überdies wird nachstehend die Konstruktion, bei der die Schnittfläche jeder zulaufseitigen Zelle verschieden ist von der Schnittfläche jeder ablaufseitigen Zelle mitunter als „die HAC-Konstruktion” bezeichnet. „HAC” ist die Abkürzung für hohe Aschekapazität.
  • Überdies wurde ein Wabenfilter mit der HAC-Konstruktion vorgeschlagen, der zulaufseitige Zellen, deren Schnittflächen groß sind, und ablaufseitige Zellen, deren Schnittflächen klein sind, aufweist und bei dem die Schnittform jeder zulaufseitigen Zelle verschieden ist von der Schnittform jeder ablaufseitigen Zelle (siehe z. B. Patentdokument 2). Hier ist die Schnittform der Zelle eine Form, die sich im Querschnitt der Zelle zeigt, wenn die Zelle entlang einer Ebene senkrecht zur Mittelachsenrichtung der Zelle geschnitten wird.
  • Überdies wurde als eine andere Konstruktion für den DPF eine Konstruktion vorgeschlagen, bei der der Umfang einer Gruppe von Auffangzellen, gebildet aus mehreren zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen), mit mehreren ablaufseitigen Zellen (zulaufseitig verschlossenen Zellen) umgeben ist (z. B. Patentdokument 3).
  • Damit der Wabenfilter kontinuierlich über einen langen Zeitraum genutzt werden kann, muss der Wabenfilter in Abständen einer Regenerationsbehandlung unterzogen werden. Das heißt, um den aufgrund des mit der Zeit in dem Wabenfilter abgesetzten Rußes vergrößerten Druckabfall zu verringern, um die Filterleistung wieder in den Ausgangszustand zu bringen, muss der in dem Wabenfilter abgesetzte Ruß mit einem Hochtemperaturgas verbrannt und entfernt werden. Nachstehend wird das Verbrennen und Entfernen des in dem Wabenfilter abgesetzten Rußes mitunter einfach als „Regeneration” des Wabenfilters bezeichnet. Für diesen Katalysator wird ein Edelmetall wie Platin oder Palladium verwendet. Hierin nachstehend wird das Verbrennen und Entfernen des im Wabenfilter abgeschiedenen Rußes manchmal einfach als „Regeneration des Wabenfilters” bezeichnet.
    • [Patentdokument 1] WO 2009/069378
    • [Patentdokument 2] JP-A-2004-000896
    • [Patentdokument 3] JP-A-2010-053697
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Vergrößerung der offenen Frontfläche der zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen) resultiert entsprechend in einer Verkleinerung der offenen Frontfläche der ablaufseitigen Zellen (zulaufseitig verschlossene Zellen), und daher bestand das Problem, dass sich durch diese Verkleinerung der Druckabfall im Anfangsstadium (anfänglicher Druckabfall) nachteilig erhöhte.
  • Ferner führt die Verkleinerung der offenen Frontfläche der ablaufseitigen Zellen (der zulaufseitig verschlossenen Zellen) zu einer Erhöhung der Wärmekapazität auf der Seite der Zulaufendfläche, da sich Verschlussabschnitte auf der Seite der Zulaufendfläche eines DPF absetzen. Folglich bestand das Problem, dass ein Temperaturanstieg auf der Seite der Zulaufendfläche aufgrund eines Abgases langsam wird und sich die kontinuierlichen Regenerationseigenschaften aufgrund von NO2 verschlechtern.
  • Wenn sich überdies die zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen) hinsichtlich der Schnittfläche und der Schnittform von den ablaufseitigen Zellen (zulaufseitig verschlossene Zellen) unterscheiden, wird die Dicke der Trennwände, die die Zellen bilden, in bestimmten Fällen in einem Teil eines Abschnitts, in dem sich die Trennwände überschneiden (nachstehend mitunter als der „Überschneidungsabschnitt” bezeichnet), kleiner, und es bestand das Problem, dass sich die Stabilität verschlechterte. Folglich bestand das Problem, dass, wenn am DPF abgesetzte PM verbrannt und durch Nach-Injektion entfernt wurden, sich thermische Beanspruchung auf einen Teil des verdünnten Überschneidungsabschnitts konzentriert und es leicht zu Bruchstellen wie der Erzeugung von Rissen kommt. Hier ist der Abschnitt (der Überschneidungsabschnitt), in dem sich die Trennwände überschneiden, ein Abschnitt, der zu beiden Trennwänden gehört, die sich überschneiden, im Querschnitt eines Wabenfilters wie dem DPF entlang einer Ebene senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Filters. Überschneiden sich beispielsweise die linear verlaufenden Trennwände mit derselben Dicke, ist der Überschneidungsabschnitt in dem obigen Querschnitt ein Bereich mit einer quadratischen Schnittform in dem Abschnitt, in dem sich die Trennwände überschneiden.
  • Bei der in Patentdokument 3 beschriebenen Konstruktion eines Wabenfilters ist der Umfang einer Gruppe von Auffangzellen, die aus mehreren zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen) besteht, von mehreren ablaufseitigen Zellen (zulaufseitig verschlossene Zellen) umgeben, und daher kann verhindert werden, dass die PM in dem Wabenfilter schnell verbrannt werden. Folglich konzentriert sich beim Verbrennen und Entfernen der auf dem Wabenfilter abgesetzten PM die thermische Beanspruchung auf einen Teil des Wabenfilters, und die Erzeugung von Rissen kann verhindert werden. Bei der in Patentdokument 3 beschriebenen Konstruktion des Wabenfilters bestand jedoch das Problem, dass, wenn die mehreren zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen) mit Unterbrechungen voneinander angeordnet werden, die Hitze während der Verbrennung und Entfernung der PM nur schwer auf die benachbarte zulaufseitige Zelle (ablaufseitig verschlossene Zelle) übertragen wird und der Wabenfilter nicht effizient regeneriert werden kann.
  • Wenn überdies, wie oben beschrieben, die offene Frontfläche der zulaufseitigen Zellen (der ablaufseitig verschlossenen Zellen) vergrößert wird, besteht das Problem, dass die Menge an einem Edelmetall zur Verwendung als ein Katalysator zunimmt und die Herstellungskosten für den Wabenfilter steigen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme der herkömmlichen Technologien entwickelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenfilter vorgesehen, bei dem sowohl der Druckabfall im Anfangsstadium als auch der Druckabfall während der PM-Abscheidung minimiert sind, die Regenerationseffizienz des Wabenfilters während der PM-Verbrennung besser ist und ferner die Erzeugung von Rissen aufgrund von thermischer Beanspruchung geringer ist. Überdies ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wabenfilter vorgesehen, bei dem die Menge eines Katalysators (insbesondere eines Edelmetalls), der auf die Trennwände geladen werden soll, verringert werden kann, während gleichzeitig eine hohe Regenerationseffizienz zum Verbrennen und Entfernen von Ruß, der auf den Trennwänden abgeschieden wurde, aufrecht erhalten wird.
  • Die betreffenden Erfinder haben festgestellt, dass das obige Problem mit dem anfänglichen Druckabfall und dem Druckabfall während der PM-Abscheidung und das obige Problem mit der Erzeugung von Rissen gelöst werden können, indem zulaufseitig verschlossene Zellen und ablaufseitig verschlossene Zellen mit vorbestimmten Formen in vorbestimmten Abschnitten angeordnet werden. Ferner haben die betreffenden Erfinder festgestellt, dass ein derartiger Wabenfilter eine hohe Regenerationseffizienz realisieren kann, auch wenn eine geringere Menge eines Katalysators, der auf eine Region geladen werden soll, wo die Menge an abgeschiedenem Ruß gering ist, vorliegt und das obige Problem bezüglich der Menge eines Edelmetalls zur Verwendung als der Katalysator gelöst werden kann. Im Speziellen ist eine Konstruktion vorgesehen, bei der eine zulaufseitig verschlossene Zelle, deren offenes Ende im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabenfilters quadratisch ist, von acht ablaufseitig verschlossenen Zellen umgeben ist. Überdies haben die betreffenden Erfinder festgestellt, dass zur Verbesserung der Regenerationseffizienz des Wabenfilters bei gleichzeitiger Hemmung der Erzeugung von Rissen die mehreren ablaufseitig verschlossenen Zellen nicht mit Unterbrechungen voneinander angeordnet werden müssen, wie in Patentdokument 3 beschrieben, und es im Gegensatz effektiv ist, die Zellen ohne Unterbrechungen anzuordnen. Ferner haben die betreffenden Erfinder festgestellt, dass bei einem solchen Wabenfilter die hohe Regenerationseffizienz aufrechterhalten werden kann, auch wenn die Menge des Katalysators, der auf eine Region geladen werden soll, wo die Menge des abgeschiedenen Rußes groß ist, erhöht wird, und die Menge des Katalysators, der auf die Region geladen werden soll, wo die Menge des abgeschiedenen Rußes gering ist, verringert wird. Daher haben die betreffenden Erfinder festgestellt, dass die obigen Probleme gleichzeitig mit dem Wabenfilter, der alle der oben genannten Bedingungen erfüllt, gelöst werden können und haben die vorliegende Erfindung abgeschlossen. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung ist der folgende Wabenfilter vorgesehen.
    • [1] Ein Wabenfilter, umfassend ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche als eine Endfläche auf der Abgas-Zulaufseite zu einer Ablaufendfläche als eine Endfläche auf der Abgas-Ablaufseite verlaufen und die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; und Verschlussabschnitte, die in Endabschnitten der mehreren Zellen auf einer von der Seite der Zulaufendfläche und der Seite der Ablaufendfläche angeordnet sind, wobei die Zellen eines Teils der mehreren Zellen zulaufseitig verschlossene Zellen sind, deren Endabschnitte von den Verschlussabschnitten auf der Seite der Zulaufendfläche des Wabensubstrats verschlossen sind, und die verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen ablaufseitig verschlossene Zellen sind, deren Endabschnitte von den Verschlussabschnitten auf der Seite der Ablaufendfläche des Wabensubstrats verschlossen sind, und der Wabenfilter ferner einen Katalysator umfasst, der auf zumindest eine Fläche der Trennwände, die die ablaufseitig verschlossenen Zellen definieren, und einen Innenabschnitt jeder Pore der Trennwände zum Reinigen des Abgases geladen wird, wobei die mehreren Zellen so angeordnet sind, dass der Umfang von einer der zulaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats von acht der ablaufseitig verschlossenen Zellen umgeben ist, die Form eines offenen Endes von jeder der zulaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Quadrat ist, bei dem die Länge einer Seite L1 ist, die ablaufseitig verschlossenen Zellen quadratische ablaufseitig verschlossene Zellen und rechteckige ablaufseitig verschlossene Zellen umfassen, die Form eines offenen Endes von jeder der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Quadrat ist, bei dem die Länge einer Seite L2 ist und L2 kleiner ist als L1, und die Form eines offenen Endes von jeder der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Rechteck ist, bei dem die Länge einer langen Seite L1 und die Länge einer kurzen Seite L2 ist, und in jeder diagonalen Richtung des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, vier der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle angeordnet sind, und in der linearen Richtung senkrecht zu jeder Seite des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, vier der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen so angeordnet sind, dass die Zellen neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle liegen, und so, dass die lange Seite des Rechtecks im Querschnitt parallel zu einer Seite des Quadrats ist, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, die Trennwanddicke der Trennwände des Wabensubstrats als t definiert ist, der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite des offenen Endes des Quadrats definiert, bei dem im Querschnitt des Wabensubstrats die Länge der einen Seite L1 ist, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite definiert, die der einen Seite zugewandt ist, als der Trennwand-Mittenabstand a definiert ist, der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die im Querschnitt des Wabensubstrats die lange Seite des offenen Endes des Rechtecks definiert, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite definiert, die der langen Seite zugewandt ist, als der Trennwand-Mittenabstand b definiert ist, der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t die folgende Gleichung (1) erfüllen, und die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände, die auf die Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und die zulaufseitig verschlossenen Zellen definieren, geladen wird, größer ist als die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände, die auf die Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen definieren, geladen wird, 0,95 < b/at < 1,90 (1).
    • [2] Der Wabenfilter gemäß [1] oben, wobei die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die zulaufseitig verschlossene Zelle definiert, eine Region mit hoher Edelmetallbeladung aufweist, wo eine große Menge eines Edelmetalls als der Katalysator geladen wird, und die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, eine Region mit geringer Edelmetallbeladung aufweist, wo eine kleinere Menge des Edelmetalls als in der Region mit hoher Edelmetallbeladung geladen wird.
    • [3] Der Wabenfilter gemäß [1] oder [2] oben, wobei der Trennwand-Mittenabstand a 1,4 mm oder mehr und 2,4 mm oder weniger beträgt.
    • [4] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [3] oben, wobei der Trennwand-Mittenabstand b 0,22 mm oder mehr und 1,08 mm oder weniger beträgt.
    • [5] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [4] oben, wobei die Trennwanddicke t 0,16 mm oder mehr und 0,34 mm oder weniger beträgt.
    • [6] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [5] oben, wobei die Zelldichte des Wabensubstrats 100 bis 650 Zellen/cm2 beträgt.
    • [7] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [6] oben, wobei eine offene Frontfläche der ablaufseitig verschlossenen Zellen auf der Seite der Zulaufendfläche 13 bis 50% beträgt.
    • [8] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [7] oben, wobei die Porosität der Trennwände 28 bis 70% beträgt.
    • [9] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [8] oben, wobei die Katalysatormenge auf der Seite des Zulaufendabschnitts der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, größer ist als die Katalysatormenge auf der Seite des Ablaufendabschnitts der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert.
    • [10] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [9] oben, wobei der Katalysator ein Katalysator ist, der zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium, umfasst.
  • Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann effizient Feststoffteilchen, die in einem Abgas enthalten sind, das von einem Benzin-Direkteinspritzer oder einem Dieselmotor ausgestoßen wird, auffangen und entfernen und den Druckabfall im Anfangsstadium und während der PM-Abscheidung verringern. Überdies kann der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung effektiv die Erzeugung von Rissen aufgrund der Konzentration thermischer Beanspruchung während der PM-Verbrennung und dergleichen verhindern. Des Weiteren verteilt sich die Wärme während der PM-Verbrennung leicht unter den mehreren zulaufseitigen Zellen (ablaufseitig verschlossene Zellen), und so kann der Wabenfilter effizient regeneriert werden. Ferner weist der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung weniger Verschlussabschnitte auf der Seite der Zulaufendfläche auf, und daher wird die Wärmekapazität auf der Seite der Zulaufendfläche des Wabenfilters kleiner, die Entzündbarkeit während der PM-Verbrennung verbessert sich, und die kontinuierlichen Regenerationseigenschaften durch NO2 verbessern sich. Ferner kann die Menge eines Katalysators (insbesondere eines Edelmetalls), der auf die Trennwände geladen werden soll, verringert werden, während eine hohe Regenerationseffizienz zum Verbrennen und Entfernen des auf den Trennwänden abgeschiedenen Rußes aufrechterhalten wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Wabenfilters, betrachtet von der Seite einer Zulaufendfläche;
  • 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt;
  • 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Wabenfilters, betrachtet von der Seite einer Ablaufendfläche;
  • 5 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in der in 2 gezeigten Richtung A-A' zeigt;
  • 6 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in der in 2 gezeigten Richtung B-B' zeigt; und
  • 7 ist eine schematische teilweise vergrößerte Ansicht eines herkömmlichen Wabenfilters, betrachtet von der Seite einer Zulaufendfläche.
  • 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 und Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
  • Ein Wabenfilter einer Ausführungsform für einen Wabenfilter der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenfilter 100, wie in 1 bis 6 gezeigt. Der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Wabensubstrat 7, Verschlussabschnitte 3 und einen Katalysator, der auf die Trennwände 1 des Wabensubstrats 7 geladen wird. Das Wabensubstrat 7 weist die porösen Trennwände 1 auf, die mehrere Zellen 2 definieren, die durch das Wabensubstrat von einer ersten Endfläche (der Zulaufendfläche 5a) zu einer zweiten Endfläche (der Ablaufendfläche 5b) verlaufen und die zu Durchgangskanälen für ein Abgas werden. Die Verschlussabschnitte 3 sind in Endabschnitten von Zellen eines Teils der mehreren Zellen 2 auf der Seite der ersten Endfläche (der Zulaufendfläche 5a) und Endabschnitten der verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen 2 auf der Seite der zweiten Endfläche (der Ablaufendfläche 5b) angeordnet. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Katalysator 12 ist ein Katalysator zur Reinigung des Abgases und wird auf zumindest eine Fläche der Trennwände 1, die die Zellen 2 definieren, einschließlich der mit den Verschlussabschnitten 3 verschlossenen Ablaufendfläche 5b, und einen Innenabschnitt jeder Pore der Trennwände geladen. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Wabenfilters, betrachtet von der Seite der Zulaufendfläche. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt. Es sei angemerkt, dass „die Zellenverlaufsrichtung” die Mittelachsenrichtung des Wabenfilters (d. h. des Wabensubstrats) ist. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Wabenfilters, betrachtet von der Seite der Ablaufendfläche. 5 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt (Querschnitt A-A') in der in 2 gezeigten Richtung A-A' zeigt. 6 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt (Querschnitt B-B') in der in 2 gezeigten Richtung B-B' zeigt. Es sei angemerkt, dass die Querschnitte A-A' und B-B' in 2 bis 4 dieselben Querschnitte sind.
  • Wie in 1 bis 6 gezeigt, sind die mehreren Zellen 2 aus rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a, quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c gebildet. Die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b sind die Zellen 2, die in der Zulaufendfläche 5a für ein Fluid geöffnet sind und in denen ablaufseitige Verschlussabschnitte 3b in Endabschnitten auf der Seite der Ablaufendfläche 5b für das Fluid angeordnet sind. Die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c sind die Zellen 2, in denen zulaufseitige Verschlussabschnitte 3a in Endabschnitten auf der Seite der Zulaufendfläche 5a angeordnet und die in der Ablaufendfläche 5b geöffnet sind.
  • Wie in 1 bis 6 gezeigt, sind bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die mehreren Zellen 2 so angeordnet, dass der Umfang einer der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c von acht ablaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 umgeben ist. Die Form eines offenen Endes von jeder der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c im Querschnitt ist ein Quadrat, bei dem die Länge einer Seite L1 ist (nachstehend auch als „die Länge L1” bezeichnet). Die ablaufseitig verschlossenen Zellen umfassen die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a. Die Form eines offenen Endes von jeder der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b ist im Querschnitt ein Quadrat, bei dem die Länge einer Seite L2 ist (nachstehend auch als „die Länge L2” bezeichnet), und die Länge L2 ist kleiner als die Länge L1. Überdies ist die Form eines offenen Endes von jeder der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a im Querschnitt ein Rechteck, bei dem die Länge einer langen Seite L1 ist und die Länge einer kurzen Seite L2 ist. Überdies sind bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform vier der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c in jeder diagonalen Richtung des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, angeordnet. Ferner liegen in einer linearen Richtung senkrecht zu jeder Seite des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, vier der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c. In diesem Fall sind die Zellen so angeordnet, dass die lange Seite des Rechtecks der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a im Querschnitt parallel zu einer Seite der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c im Querschnitt ist (eine Seite des Quadrats, bei dem die Länge der einen Seite L1 ist). Dabei ist die Trennwanddicke der porösen Trennwände 1 als t definiert, und der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand 1, die eine Seite des offenen Endes des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand 1, die eine Seite definiert, die der einen Seite zugewandt ist, ist als der Trennwand-Mittenabstand a definiert. Überdies ist der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand 1, die im Querschnitt eine lange Seite des offenen Endes des Rechtecks definiert, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand 1, die eine Seite definiert, die der langen Seite zugewandt ist, als der Trennwand-Mittenabstand b definiert. Ferner erfüllen bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t die folgende Gleichung (1): 0,95 < b/at < 1,90 (1).
  • Es sei angemerkt, dass bei dem Wabenfilter 100 der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t nicht die Dicke einer von dem Katalysator 12 gebildeten Schicht umfassen (nachstehend mitunter als Katalysatorschicht bezeichnet), wenn der Katalysator 12 auf die Oberfläche der Trennwand 1 geladen wird.
  • Ferner unterscheidet sich bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die Menge des auf die Trennwand 1 zu ladenden Katalysators 12 teilweise, wie in 3, 5 und 6 gezeigt. Im Speziellen ist die Menge eines Katalysator 12a, der auf die Trennwand 1 geladen wird, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle 2a und die zulaufseitig verschlossene Zelle 2c definiert, größer als die Menge eines Katalysators 12b, der auf die Trennwand 1 geladen wird, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle 2a und die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle 2b definiert. Der Katalysator 12a, der auf die Trennwände 1 geladen wird, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c definieren, wird hauptsächlich auf die Oberflächen der Trennwände 1, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a definieren, und die Innenabschnitte der Poren der Trennwände 1 geladen. Überdies wird der Katalysator 12b, der auf die Trennwände 1 geladen wird, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b definieren, hauptsächlich auf die Oberflächen der Trennwände 1, die die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b definieren, und die Innenabschnitte der Poren der Trennwände 1 geladen. Des Weiteren ist die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände 1, die auf einen Abschnitt geladen wird, in dem sich die Trennwände 1 überschneiden (d. h. ein Überschneidungsabschnitt der Trennwände 1), bevorzugt kleiner als die Menge des Katalysators 12a pro Volumeneinheit der Trennwände 1, die auf die Trennwände 1 geladen wird, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c definieren. Nachstehend wird „die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände 1” mitunter einfach als „die Menge des Katalysators” oder „die Katalysatormenge” bezeichnet. Überdies wird „pro Volumeneinheit der Trennwände” mitunter als „pro Trennwand-Volumeneinheit” bezeichnet.
  • Der in 1 bis 6 gezeigte Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform ist wie oben beschrieben konstruiert, und daher werden die Effekte erzeugt, dass die Auffangeffizienz von Feststoffteilchen im Abgas hoch ist und die Druckabfälle im Anfangsstadium des Gebrauchs und während der Feststoffteilchenabscheidung gering sind und der Wabenfilter über eine hervorragende Wärmebeständigkeitsstabilität verfügt und effizient regeneriert werden kann. Des Weiteren ist bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die Menge des Katalysators 12, der auf eine Region geladen werden soll, wo eine große Menge Ruß abgeschieden wird, groß, so dass sich das effektive Ausnutzungsverhältnis des Katalysators 12 beim Verbrennen des Rußes verbessert und eine hohe Regenerationseffizienz realisiert werden kann, während gleichzeitig die Menge des zu ladenden Katalysators 12 verringert wird. Genauer gesagt kann, wenn der Katalysator 12 ein Edelmetall umfasst, die Menge des als der Katalysator 12 zu verwendenden Edelmetalls verringert werden, und eine Steigerung der Herstellungskosten kann aufgrund des Katalysators 12 effektiv unterbunden werden.
  • Für den Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform lauten die Gründe für eine Verbesserung des effektiven Ausnutzungsverhältnisses des Katalysators 12 wie folgt. Wird der Wabenfilter 100 als ein Filter für die Abgasreinigung verwendet, wird eine große Menge der PM (z. B. des Rußes) an den Trennwänden 1, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c definieren, abgeschieden. Andererseits wird eine verhältnismäßig kleinere Menge der PM (z. B. des Rußes) auf den Trennwänden 1, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b definieren, abgeschieden. Daher kann, selbst wenn die Menge des Katalysators 12b, der auf die Trennwände 1, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b definieren, geladen wird, verringert wird, eine Verschlechterung der Regenerationseffizienz des Wabenfilters 100 verhindert werden.
  • Des Weiteren wird bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform der nachstehend beschriebene Effekt erzeugt (ein unerwarteter Effekt 1), welcher den Effekt betrifft, dass sich das effektive Ausnutzungsverhältnis des Katalysators 12 verbessert. Das heißt, bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform sind die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b linear angeordnet. Folglich wird der außergewöhnliche Effekt erzeugt, dass die Trennwände 1, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a definieren, ohne Weiteres Brennwärme während des Verbrennens des Rußes auf die benachbarten quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b übertragen und der Ruß effizient verbrannt werden kann. Beispielsweise ist bei einer Konstruktion, bei der Verschlussabschnitte mosaikförmig angeordnet sind, wie bei einem herkömmlichen Wabenfilter, die gegenseitige Kontinuität der Zellen, die auf der Zulaufseite offen sind, schlecht, und die Wärme durch die Verbrennung des Rußes kann nur schwer auf die anderen benachbarten Zellen übertragen werden, so dass die Regeneration des Filters nicht ausreichend effizient durchgeführt werden kann.
  • Ferner wird bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform der nachstehend beschriebene Effekt erzeugt (ein unerwarteter Effekt 2), welcher den Effekt betrifft, dass sich das effektive Ausnutzungsverhältnis des Katalysators 12 verbessert. Das heißt, bei der Konstruktion, bei der die Verschlussabschnitte mosaikförmig angeordnet sind, wie bei dem herkömmlichen Wabenfilter, wird der Temperaturanstieg der Zulaufendfläche aufgrund des Abgases langsam, und die kontinuierlichen Regenerationseigenschaften durch NO2 verschlechtern sich in bestimmten Fällen. Bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform wird die Menge der auf der Seite der Zulaufendfläche 5a anzuordnenden Verschlussabschnitte 3 kleiner, so dass sich die Wärmekapazität auf der Seite der Zulaufendfläche 5a verringert und sich die Entzündbarkeit (Brennbarkeit) des Rußes verbessert. Daher erzeugt der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform den außerordentlichen Effekt, dass sich die kontinuierlichen Regenerationseigenschaften durch NO2 verbessern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine besondere Einschränkung für das das Wabensubstrat 7 bildende Material. Hinsichtlich der Stabilität, Wärmebeständigkeit, Haltbarkeit und dergleichen sind die Hauptkomponenten des das Wabensubstrat 7 bildenden Materials bevorzugt verschiedene Keramiken von Oxiden oder Nicht-Oxiden, Metallen und dergleichen. Es wird angenommen, dass Beispiele für die Keramiken Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Aluminiumtitanat umfassen. Überdies wird angenommen, dass Beispiele für das Metall ein Metall der Fe-Cr-Al-Reihe und metallisches Silicium umfassen. Zumindest eines oder zumindest zwei, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus diesen Materialien, ist/sind bevorzugt die Hauptkomponente des das Wabensubstrat 7 bildenden Materials. Hinsichtlich einer hohen Festigkeit, hohen Wärmebeständigkeit und dergleichen ist/sind besonders bevorzugt zumindest eines oder zumindest zwei, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumtitanat, Cordierit, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, die Hauptkomponente des das Wabensubstrat 7 bildenden Materials. Überdies ist hinsichtlich einer hohen Wärmeleitfähigkeit, hohen Wärmebeständigkeit und dergleichen Siliciumcarbid oder ein Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial als die Hauptkomponente des das Wabensubstrat 7 bildenden Materials besonders geeignet. Hierin bedeutet „Hauptkomponente”, dass ein Massenverhältnis der Komponente in einer Masse des Wabensubstrats 7 50 Masse-% oder mehr, bevorzugt 70 Masse-% oder mehr und stärker bevorzugt 80 Masse-% oder mehr ausmacht.
  • Überdies beträgt die Porosität der Trennwände 1 des Wabensubstrats 7 bevorzugt 28 bis 70%, stärker bevorzugt 30 bis 70% und besonders bevorzugt 35 bis 68%. Es sei angemerkt, dass die Porosität der Trennwände ein Wert ist, der durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform gibt es auch keine besondere Einschränkung für das Material der Verschlussabschnitte 3. Das Material der Verschlussabschnitte 3 umfasst bevorzugt zumindest eines oder zumindest zwei, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus verschiedenen Keramiken, Metallen und dergleichen, die die oben genannten bevorzugten Beispiele für das Material des Wabensubstrats 7 sind.
  • Überdies beträgt die Porosität der Verschlussabschnitte 3 bevorzugt 28 bis 70%, stärker bevorzugt 30 bis 70% und besonders bevorzugt 35 bis 68%. Bei Betrachtung der Wärmeausdehnung während der PM-Verbrennung beträgt bei dem Wabensubstrat 7 sowohl die Porosität der Trennwände 1 als auch die Porosität der Verschlussabschnitte 3 bevorzugt 35 bis 68%. Es sei angemerkt, dass die Porosität der Verschlussabschnitte ein Wert ist, der durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen wird.
  • Die Zelldichte des Wabenfilters 100 (Anzahl der Zellen 2 pro Volumeneinheit im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse des Wabenfilters 100) beträgt bevorzugt 100 bis 650 Zellen/cm2, stärker bevorzugt 200 bis 650 Zellen/cm2 und besonders bevorzugt 300 bis 600 Zellen/cm2. Ist die Zelldichte geringer als 100 Zellen/cm2, verschlechtert sich in bestimmten Fällen die Auffangleistung. Ist die Zelldichte höher als 650 Zellen/cm2, werden die PM im Umfeld der Zulaufendfläche 5a des Wabenfilters 100 abgeschieden, und die Zellen 2 werden nach und nach mit den PM verschlossen, wodurch sich in bestimmten Fällen der Druckabfall erhöht.
  • Überdies kann, wenn auch nicht in den Zeichnungen gezeigt, das den Wabenfilter bildende Wabensubstrat ein Wabensubstrat mit einer segmentierten Konstruktion sein. Im Speziellen ist ein Beispiel für das Wabensubstrat mit der segmentierten Konstruktion ein Wabensubstrat, bei dem mehrere Wabensegmente miteinander verbunden sind, wenn die Wabensegmente derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Seitenflächen der Wabensegmente einander zugewandt sind. Jedes Wabensegment weist poröse Trennwände auf, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden, und eine Außenwand, die um die Trennwände angeordnet ist. Eine Umfangswand ist im äußersten Umfang eines Verbundkörpers angeordnet, in dem die mehreren Wabensegmente verbunden sind. Überdies wird der Umfangsabschnitt des Verbundkörpers, in dem die mehreren Wabensegmenten verbunden sind, mittels Schleifen oder dergleichen bearbeitet, und der Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung erhält eine runde Form oder dergleichen. Danach kann die Umfangswand durch Aufbringen eines keramischen Materials am äußersten Umfang angeordnet werden. Dieses sogenannte Wabensubstrat mit segmentierter Konstruktion kann an Stelle eines sogenannten monolithischen Wabensubstrats verwendet werden, das in 1 gezeigt ist. Des Weiteren können bei dem den Wabenfilter bildenden Wabensubstrat Schlitze in einem Teil des Wabensubstrats ausgebildet sein. Bei dem Wabensubstrat mit segmentierter Konstruktion oder dem Wabenfilter, bei dem das mit Schlitzen ausgebildete Wabensubstrat verwendet wird, kann die auf den Filter auszuübende thermische Beanspruchung verteilt werden, und die Erzeugung von Rissen aufgrund eines lokalen Temperaturanstiegs kann verhindert werden.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für die Größe oder Form jedes Segments, wenn die mehreren Wabensegmente integriert sind. Ist jedoch jedes Segment übermäßig groß, kann der Rissverhinderungseffekt durch die Segmentierung nicht ausreichend ausgeübt werden, und wenn jedes Segment übermäßig klein ist, wird die Herstellung jedes Segments oder die Integration durch das Verbinden in bestimmten Fällen mühselig. Es gibt keine besondere Einschränkung für die Form eines Wabensegments, und beispielsweise ist eine viereckige Schnittform, d. h. ein viereckiges säulenförmiges Segment, als Grundform definiert, und die Umfangsform des monolithischen Wabenfilters kann entsprechend gewählt und bearbeitet werden.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für die Gesamtform des Wabenfilters der vorliegenden Ausührungsform, und neben einer runden Schnittform, wie in 1 gezeigt, umfassen Beispiele für die Schnittform im Wesentlichen runde Formen wie eine elliptische Form, eine Rennstreckenform und eine längliche Form und polygonale Formen wie eine viereckige Form und eine sechseckige Form.
  • Der Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Wie in 2 und 4 gezeigt, ist bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die Form des offenen Endes jeder der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 das Quadrat, bei dem die Länge einer Seite L1 ist. Des Weiteren, wie in 2 und 4 gezeigt, ist bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die Form des offenen Endes jeder der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 das Quadrat, bei dem die Länge der einen Seite L2 ist und L2 kleiner als L1 ist. Überdies, wie in 2 und 4 gezeigt, ist die Form des offenen Endes jeder der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse des Wabensubstrats 7 ein Rechteck, bei dem die Länge einer langen Seite L1 ist und die Länge einer kurzen Seite L2 ist. 7 ist eine schematische teilweise vergrößerte Ansicht eines herkömmlichen Wabenfilters, betrachtet von der Seite der Zulaufendfläche. Bei dem in 7 gezeigten Wabenfilter 200 sind die zulaufseitig verschlossenen Zellen 202b und 202c und die ablaufseitig verschlossenen Zellen 202a mosaikartig angeordnet. Es sei angemerkt, dass in 7 das Bezugszeichen 201 eine Trennwand kennzeichnet. In 7 kennzeichnet Bezugszeichen 202 eine Zelle. In 7 kennzeichnet Bezugszeichen 203 einen Verschlussabschnitt. In 7 kennzeichnet Bezugszeichen 205a eine Zulaufendfläche. Wie hingegen in 1 bis 6 gezeigt, ist der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform so konstruiert, dass die zulaufseitig verschlossene Zelle 2c von vier quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und vier rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a umgeben ist. Folglich können bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die Druckabfälle im Anfangsstadium des Gebrauchs des Wabenfilters und während der PM-Abscheidung im Vergleich zu dem in 7 gezeigten herkömmlichen Wabenfilter 200 verringert werden. Hier ist die „Schnittform” die Form im Querschnitt, wenn die in 1 bis 6 gezeigten Zellen 2 des Wabenfilters 100 entlang einer Ebene senkrecht zur Mittelachsenrichtung der Zellen geschnitten werden, und kennzeichnet die Form von jedem der Abschnitte, die mit den die Zellen 2 bildenden Trennwänden 1 umgeben sind. Überdies können bei dem in der vorliegenden Beschreibung genannten Quadrat und Rechteck vier Eckabschnitte 6 sowohl von dem Quadrat als auch von dem Rechteck Scheitelpunkte bilden. Überdies kann den vier Eckabschnitten 6 des Quadrats und des Rechtecks eine gebogene Form gegeben werden. Wird jedem der Eckabschnitte 6 eine gebogene Form gegeben, beträgt der Krümmungsradius bevorzugt 0,4 mm oder weniger. Hier ist der Eckabschnitt 6 mit einem Krümmungsradius von 0 mm als der Scheitelpunkt definiert.
  • Des Weiteren, wie in 2 und 4 gezeigt, sind bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform die mehreren Zellen 2 so angeordnet, dass im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 der Umfang von einer der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c mit acht ablaufseitig verschlossenen Zellen umgeben ist. Hier werden die oben genannten acht ablaufseitig verschlossenen Zellen von vier quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und vier rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a gebildet. Ferner sind die Zellen so angeordnet, dass jede der vier Seiten der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c mit der quadratischen Schnittform, bei der die Länge einer Seite L1 ist, neben der langen Seite der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a mit der rechteckigen Schnittform, bei der die Länge der langen Seite L1 und die Länge der kurzen Seite L2 ist, liegt, und so, dass die nebeneinander liegenden Seiten parallel zueinander sind. Des Weiteren sind in jeder diagonalen Richtung der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c mit der quadratischen Schnittform, bei der die Länge der einen Seite L1 ist, vier quadratische ablaufseitig verschlossene Zellen 2b mit jeweils der quadratischen Schnittform, bei der die Länge der einen Seite L2 ist, neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c angeordnet. Bei einer solchen Konstruktion liegen die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c nicht nebeneinander, sondern die zulaufseitig verschlossene Zelle 2c ist mit vier quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und vier rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a umgeben. Gemäß einer solchen Konstruktion kann die offene Frontfläche der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c vergrößert werden, und die Anzahl der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c kann kleiner sein als die Gesamtanzahl der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b, so dass der anfängliche Druckabfall verringert werden kann.
  • Überdies sind, wie in 2 und 4 gezeigt, in einem Abschnitt, in dem sich die Scheitelpunkte jeder der vier Zellen 2 sammeln, d. h. einem Abschnitt, in dem sich die vier Scheitelpunkte (die Eckabschnitte 6) sammeln, die beiden Trennwände 1 senkrecht zueinander. Es sei angemerkt, dass „der Abschnitt, in dem sich die vier Scheitelpunkte sammeln”, ein Abschnitt ist, in dem sich einer der Scheitelpunkte der einen zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c, einer der Scheitelpunkte der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2b neben der einen zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c und einer der Scheitelpunkte von jeder der beiden rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a neben der einen zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c sammeln. Gemäß einer solchen Konstruktion kann die hohe Wärmekapazität der Trennwände 1 aufrechterhalten werden, und die thermische Beanspruchung während der PM-Verbrennung in dem Scheitelpunktabschnitt, an dem sich die PM leicht abscheiden, kann vermindert werden.
  • Der Abstand zwischen der Trennwand 1, die eine erste Seite 8 der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c bildet, und der Trennwand 1, die eine zweite der ersten Seite 8 zugewandte Seite 9 der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c bildet, ist als der Trennwand-Mittenabstand a definiert. Der Trennwand-Mittenabstand a liegt bevorzugt im Bereich von 1,4 mm oder mehr und 2,4 mm oder weniger, stärker bevorzugt im Bereich von 1,4 mm oder mehr und 2,2 mm oder weniger und besonders bevorzugt im Bereich von 1,4 mm oder mehr und 2,0 mm oder weniger. Hier kennzeichnet der Trennwand-Mittenabstand a den kürzesten Abstand, der die Mitte einer Dickenrichtung der Trennwand 1, die die erste Seite 8 der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c bildet, mit der Mitte einer Dickenrichtung der Trennwand 1, die die zugewandte zweite Seite 9 der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c bildet, verbindet. Überdies ist der Abstand zwischen der Trennwand 1, die eine erste lange Seite 10 der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a bildet, und der Trennwand 1, die eine der ersten langen Seite 10 zugewandte zweite lange Seite 11 der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a bildet, als der Trennwand-Mittenabstand b definiert. Der Trennwand-Mittenabstand b liegt bevorzugt im Bereich von 0,22 mm oder mehr und 1,08 mm oder weniger, stärker bevorzugt im Bereich von 0,5 mm oder mehr und 1,08 mm oder weniger und besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 mm oder mehr und 1,08 mm oder weniger. Hier kennzeichnet der Trennwand-Mittenabstand b den kürzesten Abstand, der die Mitte der Dickenrichtung der Trennwand 1, die die erste lange Seite 10 der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a bildet, mit der Mitte der Dickenrichtung der Trennwand 1, die die zugewandte zweite lange Seite 11 der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a bildet, verbindet. Die Beziehung zwischen dem Trennwand-Mittenabstand a und dem Trennwand-Mittenabstand b liegt im obigen Bereich, wobei der anfängliche Druckabfall und der Druckabfall während der PM-Abscheidung gut ausgeglichen verringert werden. Es sei angemerkt, dass die Trennwand-Mittenabstände a und b ein Wert sind, der mit einem Verfahren gemessen wird, in dem der Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 mit einem Lichtmikroskop betrachtet wird.
  • Die Dicke t der Trennwände 1 beträgt bevorzugt 0,16 mm bis 0,58 mm und stärker bevorzugt 0,16 mm bis 0,40 mm. Ist die Dicke t der Trennwände 1 kleiner als 0,16 mm, verschlechtert sich in bestimmten Fällen die Stabilität des Wabensubstrats 7. Ist die Dicke t der Trennwände 1 größer als 0,58 mm, verschlechtert sich in bestimmten Fällen die Auffangleistung und erhöht sich der Druckabfall. Es sei angemerkt, dass die Dicke t der Trennwände ein Wert ist, der mit einem Verfahren gemessen wird, in dem der Querschnitt in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung des Wabensubstrats 7 mit einem Lichtmikroskop betrachtet wird.
  • Gemäß den Definitionen der jeweiligen Trennwand-Mittenabstände sind die Trennwand-Mittenabstände a und b „L1 + t” bzw. „L2 + t”. Wenn die Innenflächenbereiche der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a größer werden, vergrößert sich der Bereich, in dem die PM abgeschieden werden, und die Dicke der abgeschiedenen PM während der PM-Abscheidung wird geringer, so dass der Druckabfall während der PM-Abscheidung verringert werden kann. Wenn andererseits die Innenflächenbereiche der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a übermäßig groß sind, kann zwar der Druckabfall während der PM-Abscheidung verringert werden, aber der anfängliche Druckabfall erhöht sich nachteilig. Wenn überdies die Trennwanddicke t kleiner wird, sinken der anfängliche Druckabfall und der Druckabfall während der PM-Abscheidung, wenn jedoch die Trennwanddicke t zu klein ist, wird die Wärmekapazität des Wabensubstrats viel zu gering. In der Folge erhöht sich beim Verbrennen und Entfernen der PM die Temperatur des Wabensubstrats übermäßig, und der Filter wird aufgrund der übermäßig großen thermischen Beanspruchung in bestimmten Fällen beschädigt.
  • Um beiden Anforderungen zu genügen, d. h. die Verringerung des anfänglichen Druckabfalls und des Druckabfalls während der PM-Abscheidung und Verhindern der Beschädigung während der Wabenfilterregeneration, ist es wichtig, dass der Wert b/at, erhalten durch Teilen des Produktes des Trennwand-Mittenabstands a und der Trennwanddicke t durch den Trennwand-Mittenabstand b, größer ist als 0,95 und kleiner als 1,90. Der vorstehend genannte „b/at” ist stärker bevorzugt größer als 1,20 und kleiner als 1,90 und besonders bevorzugt größer als 1,40 und kleiner als 1,90.
  • Bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform ist die Menge des Katalysators, der auf die Trennwand geladen wird, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die zulaufseitig verschlossene Zelle definiert, größer als die Menge des Katalysators, der auf die Trennwand geladen wird, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle definiert. Nachstehend wird mitunter die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die zulaufseitig verschlossene Zelle definiert, als „erste Trennwand” bezeichnet, und wird die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, als „zweite Trennwand” bezeichnet. Die Menge des pro Trennwandvolumen der ersten Trennwand zu ladenden Katalysators ist bevorzugt 1,05- bis 2-mal, stärker bevorzugt 1,1- bis 1,8-mal und besonders bevorzugt 1,2- bis 1,6-mal so groß wie die Menge des pro Trennwandvolumen der zweiten Trennwand zu ladenden Katalysators. Gemäß dieser Konstruktion kann die Menge des auf die Trennwände zu ladenden Katalysators (insbesondere des Edelmetalls) verringert werden, während gleichzeitig die hohe Regenerationseffizienz beim Verbrennen und Entfernen des an den Trennwänden abgeschiedenen Rußes aufrechterhalten wird.
  • Des Weiteren kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform die erste Trennwand eine Region mit hoher Katalysatorbeladung aufweisen, wo eine große Menge des Katalysators geladen wird, und kann die zweite Trennwand eine Region mit geringer Katalysatorbeladung aufweisen, wo eine kleinere Menge des Katalysators geladen wird als in der obigen Region mit hoher Katalysatorbeladung. Wie oben beschrieben, kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform eine relativ große Menge des Katalysators auf die Region zumindest eines Teils der ersten Trennwand geladen werden, und eine verhältnismäßig kleinere Menge des Katalysators kann auf die Region zumindest eines Teils der zweiten Trennwand geladen werden. Auch bei dieser Konstruktion kann die Menge des auf die Trennwände zu ladenden Katalysators (insbesondere des Edelmetalls) verringert werden, während gleichzeitig die hohe Regenerationseffizienz beim Verbrennen und Entfernen des an den Trennwänden abgeschiedenen Rußes aufrechterhalten wird.
  • Ferner kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform die erste Trennwand eine Region mit hoher Edelmetallbeladung aufweisen, wo eine große Menge des Edelmetalls als der Katalysator geladen wird, und kann die zweite Trennwand eine Region mit geringer Edelmetallbeladung aufweisen, wo eine kleinere Menge des Edelmetalls geladen wird, als in der obigen Region mit hoher Edelmetallbeladung. Wie oben beschrieben, kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform eine relativ große Menge des Edelmetalls als der Katalysator auf eine Region zumindest eines Teils der ersten Trennwand geladen werden, und eine relativ kleine Menge des Edelmetalls als der Katalysator kann auf eine Region zumindest eines Teils der zweiten Trennwand geladen werden. Auch bei dieser Konstruktion kann die Menge des auf die Trennwände zu ladenden Edelmetalls verringert werden, während gleichzeitig die hohe Regenerationseffizienz beim Verbrennen und Entfernen des an den Trennwänden abgeschiedenen Rußes aufrechterhalten wird.
  • Die Menge des auf die erste Trennwand und die zweite Trennwand zu ladenden Katalysators kann mit dem folgenden Verfahren gemessen werden. Zunächst werden die erste Trennwand bzw. die zweite Trennwand von dem Wabenfilter geschnitten. Danach werden Trennwandstücke von der abgeschnittenen ersten Trennwand und zweiten Trennwand in ein Harz eingebettet, und nach der Harzeinbettung werden die Endflächen der jeweiligen Trennwandstücke geschliffen. Jede geschliffene Fläche wird mittels REM fotografiert, und bezüglich des fotografierten Bildes wurden Lücke, Trennwandsubstrat und Katalysatorregionen mittels Bildverarbeitung identifiziert, und es wird ein Flächenverhältnis der Regionen erhalten. Aus dem erhaltenen Flächenverhältnis erhält man die Mengen des auf die erste Trennwand und die zweite Trennwand geladenen Katalysators.
  • Überdies können die Mengen des Edelmetalls in der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand mit dem folgenden Verfahren gemessen werden. Zunächst werden die erste Trennwand bzw. die zweite Trennwand aus dem Wabenfilter geschnitten. Danach werden Trennwandstücke der ausgeschnittenen ersten Trennwand und zweiten Trennwand in das Harz eingebettet, und nach der Harzeinbettung werden die jeweiligen Endflächen der Trennwandstücke geschliffen. Jede geschliffene Fläche wird mittels REM fotografiert, und bezüglich des fotografierten Bildes wurden Lücke, Trennwandsubstrat und Katalysatorregionen mittels Bildverarbeitung identifiziert, und das Flächenverhältnis der Regionen wird erhalten. Des Weiteren und gleichzeitig wird die Konzentration des Edelmetalls des Katalysators mittels Elementkonzentrationsanalyse (EDS) gemessen. Aus dem erhaltenen Flächenverhältnis in der Region des Katalysators und der erhaltenen Edelmetallkonzentration des Katalysators erhält man die Mengen des Edelmetalls in der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand.
  • Bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform kann in allen Regionen in der Zellenverlaufsrichtung des Wabensubstrats die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators größer sein als die Menge des auf die zweiten Trennwände zu ladenden Katalysators. Des Weiteren kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform in einem Teil der Zellenverlaufsrichtung des Wabensubstrats die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators größer sein als die Menge des auf die zweiten Trennwände zu ladenden Katalysators. In jedem der vorstehend genannten Fälle kann die Menge des auf die Trennwände zu ladenden Katalysators (insbesondere des in dem Katalysator enthaltenen Edelmetalls) verringert werden.
  • Überdies kann, wenn auch nicht in den Zeichnungen gezeigt, bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform die Menge des Katalysators auf einer Seite der Zulaufendabschnitte der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, größer sein als die Menge des Katalysators auf einer Seite der Ablaufendabschnitte der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert. Wie oben beschrieben, kann bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform die Menge des auf die Trennwände zu ladenden Katalysators in der Zellenverlaufsrichtung des Wabensubstrats variieren.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für den auf die Trennwände zu ladenden Katalysator, und bevorzugt kann ein bekannter Abgasreinigungskatalysator zur Verwendung bei der Reinigung des Abgases verwendet werden. Ein Beispiel für den Katalysator ist ein Oxidationskatalysator zum Verbrennen und Entfernen des in dem Abgas enthaltenen Rußes. Überdies umfassen Beispiele für Katalysatorarten SCR-Katalysatoren (Zeolith, Titandioxid und Vanadium) und einen Drei-Wege-Katalysator, der zumindest zwei Edelmetalle wie Pt, Rh und Pd und zumindest eines von Aluminiumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid umfasst. Wird ein solcher Katalysator geladen, werden NOx, CO, HC und dergleichen, die in dem aus einem Benzin-Direkteinspritzer, einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßenen Abgas enthalten sind, entgiftet, und die auf den Oberflächen der Trennwände abgeschiedenen PM können leicht verbrannt und durch katalytische Wirkung entfernt werden.
  • Der auf die ersten Trennwände zu ladende Katalysator und der auf die zweiten Trennwände zu ladende Katalysator sind bevorzugt dieselbe Art von Katalysator. Das heißt, bei dem Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die Menge des zu ladenden Katalysators bevorzugt lediglich in Bezug auf die ersten Trennwände und die zweiten Trennwände. Ein bevorzugtes Beispiel für den Katalysator ist ein Katalysator, der zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium, umfasst. Es gibt keine besondere Einschränkung für die Menge des zu ladenden Katalysators, solange die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators größer ist als die Menge des auf die zweiten Trennwände zu ladenden Katalysators. Wenn der Katalysator beispielsweise Platin umfasst, beträgt die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators bevorzugt etwa 0,2 bis 3 g/l.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für das Herstellungsverfahren des Wabenfilters 100 der vorliegenden Ausführungsform. Beispielsweise kann der Wabenfilter 100 durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Ein Material, ausgewählt aus den oben genannten bevorzugten Materialien, z. B. Siliciumcarbid-Pulver (SiC-Pulver), wird als Rohmaterialpulver für das Wabensubstrat 7 verwendet, und diesem Material wird ein Bindemittel zugegeben. Ferner werden ein oberflächenaktives Mittel und Wasser zugegeben, und es wird ein geknetetes Material mit Plastizität hergestellt. Beispiele für das Bindemittel umfassen Methylcellulose und Hydroxypropoxylmethylcellulose. Dieses geknetete Material wird unter Erhalt eines Formkörpers für das Wabensubstrat 7, dessen Trennwände 1 und die Zellen 2 die oben beschriebenen vorbestimmten Schnittformen haben, extrudiert. Dieser Körper wird beispielsweise mittels Mikrowellen und Heißluft getrocknet, und dann wird mit einem Material ähnlich dem Material, das bei der Extrusion des Wabensubstrats 7 verwendet wurde, verschlossen, wobei die Verschlussabschnitte 3 in dem Formkörper für das Wabensubstrat 7 angeordnet werden. Ferner wird der Formkörper für das Wabensubstrat 7, in dem die Verschlussabschnitte 3 angeordnet sind, weiter getrocknet, erhitzt und z. B. in einer Stickstoffatmosphäre entfettet, und dann in einer inerten Atmosphäre von Argon oder dergleichen gebrannt, so dass der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden kann. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre hängen vom Rohmaterial ab, und der Fachmann kann die für das gewählte Material optimale Brenntemperatur und die Brennatmosphäre auswählen.
  • Bei der Herstellung des Wabenfilters 100 der vorliegenden Ausführungsform wird der Katalysator 12 mit dem folgenden Verfahren bevorzugt auf das Wabensubstrat 7, das die oben erwähnten Verschlussabschnitte 3 umfasst, geladen. Zunächst wird eine Katalysatoraufschlämmung, enthaltend den Katalysator 12, hergestellt. Danach wird die hergestellte Katalysatoraufschlämmung derart angesaugt, dass sie in die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b fließt. Ein Beispiel für ein Verfahren, in welchem die Katalysatoraufschlämmung durch Ansaugen in die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b fließen kann, ist das nachstehend beschriebene Verfahren. Zunächst wird die Katalysatoraufschlämmung in einem Behälter gelagert, und die Seite der Zulaufendfläche 5a des Wabensubstrats 7, welche die Verschlussabschnitte 3 umfasst, wird in die Katalysatoraufschlämmung in dem Behälter getaucht. Von der Seite der Ablaufendfläche 5b des Wabensubstrats 7 wird die Katalysatoraufschlämmung durch die zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c angesaugt, wodurch die Katalysatoraufschlämmung in die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b aus der Seite der Zulaufendfläche 5a des Wabensubstrats 7 fließen kann. In diesem Fall liegen die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a als die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b in dem Wabensubstrat 7 vor, aber über die erste Trennwand wird mehr Katalysatoraufschlämmung aus der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c angesaugt. Im Ergebnis wird eine größere Menge des Katalysators auf die ersten Trennwände geladen. Hingegen befindet sich die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle 2b über die zweite Trennwand ausschließlich neben der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a, und daher kann die Saugkraft beim Ansaugen der zulaufseitig verschlossenen Zellen 2c nur schwer übertragen werden. Beispielsweise wird die Innenseite der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b durch die Überschneidungsabschnitte der Trennwände 1 nur wenig angesaugt. Überdies wird unter dem Einfluss des Ansaugens der Innenseite der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a in bestimmten Fällen die Innenseite der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b angesaugt. Die angesaugte Menge in der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2b ist jedoch geringer als die angesaugte Menge in der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a. Ferner kann die Katalysatoraufschlämmung in jede Zelle fließen, und dann wird die überschüssige Aufschlämmung mit Druckluft geblasen und fließen gelassen. Danach wird die Katalysatoraufschlämmung getrocknet und unter Erhalt des Wabenfilters, in dem der Katalysator auf die Trennwandoberflächen in den Zellen geladen ist, thermisch behandelt. Was die Trocknungsbedingungen für die Katalysatoraufschlämmung betrifft, wird das Trocknen bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 200°C für 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt. Was überdies die Bedingungen für die thermische Behandlung betrifft, wird das thermische Behandeln bevorzugt in einem Bereich von 600 bis 800°C für 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt.
  • Es sei angemerkt, dass das Verfahren des Ladens des Katalysators 12 auf das die Verschlussabschnitte 3 umfassende Wabensubstrat 7 nicht auf das vorstehend genannte Verfahren durch Saugen beschränkt ist. Bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine besondere Einschränkung für das Verfahren, solange die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators 12a größer ist als die Menge des auf die zweiten Trennwände zu ladenden Katalysators 12b. Daher wird die auf die Trennwände geladene Katalysatoraufschlämmung teilweise mit Druckluft oder dergleichen geblasen und fließen gelassen, wobei die Menge des zu ladenden Katalysators eingestellt werden kann. Beispielsweise ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Laden dieses Katalysators das folgende Verfahren. Zunächst wird die den Katalysator 12 enthaltende Katalysatoraufschlämmung hergestellt, und diese hergestellte Katalysatoraufschlämmung kann mittels des bisher bekannten Tauchens oder gleichen in die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b fließen. Ferner wird, nachdem die Katalysatoraufschlämmung in die ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a und 2b fließen konnte, die überschüssige Katalysatoraufschlämmung mit Druckluft geblasen und fließen gelassen. In diesem Fall wird die Druckluft lange durch die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b geleitet, und die Menge der zu blasenden und fließen zu lassenden Katalysatoraufschlämmung wird erhöht. So ist die Menge des auf die ersten Trennwände zu ladenden Katalysators größer als die Menge des auf die zweiten Trennwände zu ladenden Katalysators. Danach wird die Katalysatoraufschlämmung mittels des oben erwähnten Verfahrens getrocknet und thermisch behandelt, so dass der Wabenfilter 100 erhalten werden kann, in dem der Katalysator 12 auf die Trennwandoberflächen in den Zellen 2 geladen ist.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Erhalt des Wabenfilters 100 der vorliegenden Ausführungsform als eine Konstruktion, bei der die mehreren Wabensegmente integriert sind, ist das nachstehend beschriebene Verfahren. Beispielsweise werden die mehreren Wabensegmente unter Verwendung von Keramikzement verbunden und zum Aushärten getrocknet, gefolgt von der Bearbeitung des Umfangs in die gewünschte Form, so dass der Wabenfilter 100 mit monolithischen Segmenten erhalten werden kann.
  • Bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform beträgt die geometrische Oberfläche GSA bevorzugt 10 bis 30 cm2/cm3 und stärker bevorzugt 12 bis 18 cm2/cm3 in den ablaufseitig verschlossenen Zellen (den quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und den rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a). Hier ist die vorstehend erwähnte „geometrische Oberfläche GSA” ein Wert (S/V), erhalten durch Teilen der gesamten inneren Oberfläche (S) der ablaufseitig verschlossenen Zellen durch das Gesamtvolumen (V) des Wabensubstrats 7. Allgemein gilt, wenn die Filtrationsfläche des Filters größer wird, kann sich die Dicke der auf den Trennwänden abgeschiedenen PM verringern, so dass der Druckabfall minimiert werden kann. Ist die geometrische Oberfläche GSA der ablaufseitig verschlossenen Zellen kleiner als 10 cm2/cm3, erhöht sich in bestimmten Fällen der Druckabfall während der PM-Abscheidung. Ist überdies die geometrische Oberfläche größer als 30 cm2/cm3, erhöht sich in bestimmten Fällen der anfängliche Druckabfall.
  • Bei dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform beträgt die offene Frontfläche des Zellenquerschnitts der ablaufseitig verschlossenen Zellen (der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a) bevorzugt 13 bis 50% und stärker bevorzugt 14 bis 42%. Ist die offene Frontfläche des Zellenquerschnitts der ablaufseitig verschlossenen Zellen kleiner als 13%, erhöht sich in bestimmten Fällen der anfängliche Druckabfall. Wenn überdies die offene Frontfläche 50% übersteigt, wird die Filtrationsrate schnell, so dass sich die Auffangeffizienz der PM verschlechtert, und ferner wird die Stabilität der Trennwände 1 in bestimmten Fällen unzulänglich. Hier ist unter der „offenen Frontfläche des Zellenquerschnitts der ablaufseitig verschlossenen Zellen” das Verhältnis „der Summe der Schnittflächen der ablaufseitig verschlossenen Zellen” zu der Gesamtsumme „der gesamten Schnittfläche der Trennwände 1, die das Wabensubstrat 7 bilden,” und „der Summe von Schnittflächen aller Zellen 2” im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 zu verstehen. Es sei angemerkt, dass „die ablaufseitig verschlossene Zelle” ein allgemeiner Ausdruck für die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle 2b und die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle 2a ist. Daher ist „die Summe der Schnittflächen der ablaufseitig verschlossenen Zellen” „die Summe der Schnittflächen der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2b und der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen 2a”.
  • Hinsichtlich des Ausgleichs zwischen dem anfänglichen Druckabfall und dem Druckabfall während der PM-Abscheidung und der Auffangeffizienz ist der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt wie nachstehend beschrieben konstruiert. Das heißt, bevorzugt wird gleichzeitig den Anforderungen entsprochen, dass die geometrische Oberfläche GSA der ablaufseitig verschlossenen Zellen 10 bis 30 cm2/cm3 beträgt und dass die offene Frontfläche des Zellenquerschnitts der ablaufseitig verschlossenen Zellen 20 bis 70% beträgt. Überdies wird bevorzugt gleichzeitig den Anforderungen entsprochen, dass die geometrische Oberfläche GSA der ablaufseitig verschlossenen Zellen 12 bis 18 cm2/cm3 beträgt und dass die offene Frontfläche des Zellenquerschnitts der ablaufseitig verschlossenen Zellen 25 bis 65% beträgt.
  • Bei den mehreren Zellen 2 hat jeder der Eckabschnitte 6 der Zellen 2 im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats 7 bevorzugt eine gebogene Form mit einem Radius. Hier sind „die Eckabschnitte 6” die im Folgenden beschriebenen Eckabschnitte (1) bis (3): (1) Abschnitte, die in der quadratischen Schnittform der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2b, bei der die Länge einer Seite L2 ist, vier Ecke bilden; (2) Abschnitte, die in der rechteckigen Schnittform der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle 2a, bei der die Länge der langen Seite L1 ist und die Länge der kurzen Seite L2 ist, vier Ecken bilden; und (3) Abschnitte, die in der quadratischen Schnittform der zulaufseitig verschlossenen Zelle 2c, bei der die Länge einer Seite L1 ist, vier Ecken bilden. Hinsichtlich der Verhinderung einer Beanspruchungsspitze hat der Eckabschnitt 6 der gebogenen Form mit dem Radius bevorzugt eine gebogene Form, bei der der Krümmungsradius 0,05 bis 0,4 mm beträgt, und hat stärker bevorzugt eine gebogene Form, bei der der Krümmungsradius 0,2 bis 0,4 mm beträgt. Ist der Krümmungsradius des Eckabschnitts 6 kleiner als 0,05 mm, scheiden die PM leicht an den Eckabschnitten 6 ab, und gleichzeitig kann die thermische Beanspruchung nicht vermindert werden, und die Stabilität der Trennwände 1 verschlechtert sich, so dass der Effekt der Verminderung der thermischen Beanspruchung in bestimmten Fällen nicht ausreichend bewirkt werden kann. Ist der Krümmungsradius des Eckabschnitts 6 des Weiteren größer als 0,4 mm, verringert sich in bestimmten Fällen die Filtrationsfläche der Zellen.
  • (Beispiele)
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf den Beispielen weiter genauer beschrieben, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Als ein keramisches Rohmaterial wurde ein Gemisch aus Siliciumcarbid-Pulver (SiC-Pulver) und metallischem Siliciumpulver (Si-Pulver) in einem Masseverhältnis von 80:20 hergestellt. Diesem keramischen Rohmaterial wurden Hydroxypropoxylmethylcellulose als Bindemittel und ein wasserabsorbierendes Harz als Porenbildner zugegeben, wozu weiteres Wasser gegeben wurde, wodurch ein Formungsrohmaterial hergestellt wurde. Das erhaltene Formungsrohmaterial wurde unter Verwendung eines Kneters geknetet, wodurch ein geknetetes Material erhalten wurde.
  • Als nächstes wurde das erhaltene geknetete Material unter Verwendung eines Vakuumextruders geformt, und 16 rechteckige säulenförmige Wabensegmente, jeweils mit der in 2 und 4 gezeigten Verschlussanordnung, wurden hergestellt. Die Schnittform jedes Wabensegments in der Richtung senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung war ein Quadrat mit 36 mm × 36 mm, und das Segment hatte eine Länge von 152 mm. Überdies wurde der in 2 gezeigte Trennwand-Mittenabstand a mit 2,2 mm festgelegt, der Trennwand-Mittenabstand b mit 0,76 mm, und die Trennwanddicke t betrug 0,30 mm.
  • Anschließend wurden die erhaltenen Wabensegmente dem Hochfrequenzinduktionsheißlufttrocknen unterzogen und dann bei 120°C für 2 Stunden unter Verwendung eines Heißlufttrockners getrocknet. Des Weiteren wurden während des Trocknens die Wabensegmente so angeordnet, dass die Ablaufendflächen 5b zum Trocknen senkrecht nach unten gerichtet waren.
  • In den getrockneten Wabensegmenten wurden Verschlussabschnitte ausgebildet. Zunächst wurde eine Maske auf eine Zulaufendfläche jedes Wabensegments aufgebracht. Als nächstes wurde jede maskierte Endfläche (Ablaufendfläche) in eine Verschlussaufschlämmung getaucht, um die Verschlussaufschlämmung in die offenen Enden von nicht maskierten Zellen (zulaufseitig verschlossene Zellen) zu laden, und die Verschlussabschnitte (zulaufseitige Verschlussabschnitte) wurden gebildet und getrocknet. Ferner wurden in ähnlicher Weise auch in der Ablaufendfläche des getrockneten Wabensegments Verschlussabschnitte (ablaufseitige Verschlussabschnitte) in den verbleibenden Zellen gebildet (d. h. den Zellen, deren Zulaufendflächen nicht verschlossen sind (rechteckige ablaufseitig verschlossene Zellen und quadratische ablaufseitig verschlossene Zellen)).
  • Ferner wurden die Wabensegmente, in denen die Verschlussabschnitte gebildet wurde, entfettet und gebrannt, und es wurden die verschlossenen Wabensegmente erhalten. Was die Entfettungsbedingungen betrifft, wurde das Entfetten bei 550°C für 3 Stunden durchgeführt, und was die Brennbedingungen betrifft, wurde das Brennen bei 1450°C unter Argonatmosphäre für 2 Stunden durchgeführt. Des Weiteren waren während des Brennens die Wabensegmente so angeordnet, dass die Ablaufendflächen 5b zum Brennen senkrecht nach unten gerichtet waren.
  • Die 16 gebrannten Wabensegmente wurden unter Verwendung eines Bindematerials (Keramikzement) verbunden und integriert. Das Bindematerial wurde unter Verwendung anorganischer Teilchen und eines anorganischen Haftmittels als Hauptkomponenten und eines organischen Bindemittels, eines oberflächenaktiven Mittels, eines verschäumbaren Harzes, Wasser und dergleichen als Nebenkomponenten hergestellt. Als die anorganischen Teilchen wurden plattenförmige Teilchen verwendet, und als das anorganische Haftmittel wurde kolloidales Siliciumdioxid (Kieselsol) verwendet. Als die plattenförmigen Teilchen wurde Glimmer verwendet. Der Umfang des Wabensegment-Verbundkörpers, in dem die 16 Wabensegmente integral verbunden waren, wurde zu einer runden Säulenform geschliffen und verarbeitet, und ein Beschichtungsmaterial wurde auf die Umfangsfläche des Verbundkörpers aufgebracht, wodurch der vollständige Körper (ein Wabenfilter) erhalten wurde. Das Beschichtungsmaterial wurde aus keramischem Pulver, Wasser und einem Bindemittel hergestellt.
  • In den obigen Schritten wurde ein Wabensubstrat mit der in 2 und 4 gezeigten Verschlussanordnung hergestellt. Tabelle 1 zeigt als X die Verschlussanordnung, bei der eine zulaufseitig verschlossene Zelle mit acht ablaufseitig verschlossenen Zellen umgeben ist, wie in 2 und 4 gezeigt.
  • Als nächstes wurde in Beispiel 1 eine Katalysatoraufschlämmung, enthaltend Platin (Pt) als ein Edelmetall und ferner aktiviertes Aluminiumoxid und Cerdioxid als ein Sauerstoffabsorptionsmittel, hergestellt. Der Wassergehalt wurde so reguliert, dass die Viskosität der Aufschlämmung 10 bis 15 Pa·s betrug. Als nächstes wurde die hergestellte Katalysatoraufschlämmung in einem Behälter gelagert, und eine Seite der Zulaufendfläche des Wabensubstrats, welche Verschlussabschnitte umfasst, wurde in die Katalysatoraufschlämmung in dem Behälter getaucht, wodurch die Katalysatoraufschlämmung durch die zulaufseitig verschlossenen Zellen von der Seite der Ablaufendfläche des Wabensubstrats angesaugt wurde. Was die Bedingungen zum Ansaugen der Katalysatoraufschlämmung durch die zulaufseitig verschlossenen Zellen betrifft, war der Saugdruck mit 30 kPa festgelegt, der Saugdurchsatz war mit 0,5 l/min festgelegt, und die Saugzeit war mit 5 Minuten festgelegt. Auf diese Weise wurde eine Deckschicht aus der hergestellten Katalysatoraufschlämmung auf den Trennwandinnenflächen einer Wabenstruktur und den Innenflächen der Poren gebildet. Als nächstes wurde erwärmt und getrocknet, wodurch ein Katalysator-Wabenkörper mit der in Tabelle 1 gezeigten Porenstruktur der Trennwände (mit einer Katalysatorschicht) hergestellt wurde. Überdies betrug die Menge an dem Edelmetall (Pt) pro Liter der Wabenstruktur (eines Trägers) 2 g. Überdies betrug die Beschichtungsmenge der Katalysatoraufschlämmung pro Liter der Wabenstruktur (des Trägers) 20 g. Folglich wurde die Katalysatoraufschlämmung auf die ersten Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und die zulaufseitig verschlossenen Zellen definieren, und die zweiten Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen definieren, geladen.
  • Danach wurde die überschüssige Aufschlämmung, die an den ersten Trennwänden und den zweiten Trennwänden haftete, mit Druckluft geblasen und fließen gelassen. Danach wurde die Katalysatoraufschlämmung getrocknet und thermisch behandelt, wodurch ein Wabenfilter hergestellt wurde, in dem ein Katalysator auf die Trennwandoberflächen in den Zellen geladen war. Was die Trocknungsbedingungen für die Katalysatoraufschlämmung betrifft, wurde das Trocknen bei 120°C für 1 Stunde durchgeführt. Was überdies die Bedingungen für die thermische Behandlung betrifft, wurde das thermische Behandeln bei 550°C für 2 Stunden durchgeführt.
  • (Beispiele 2 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13)
  • Zur Herstellung der Verschlussabschnitte umfassenden Wabensubstrate wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t mit den in Tabelle 1 gezeigten Werten festgelegt wurden. Ferner wurde zur Herstellung der Wabenfilter der Beispiele 2 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 ein Katalysator mittels eines Beispiel 1 ähnlichen Verfahrens geladen, außer dass die Menge (g/l) des geladenen Katalysators, die Edelmetallmenge (g) in dem Katalysator, die Edelmetallmenge (g) der ersten Trennwände und die Edelmetallmenge (g) der zweiten Trennwände mit den Werten aus Tabelle 2 festgelegt wurden.
  • (Vergleichsbeispiele 14 und 15)
  • Zur Herstellung eines Wabenfilters 200 der Vergleichsbeispiele 14 und 15 mit der in 7 gezeigten Verschlussanordnung wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Verschlussabschnitte in einem mosaikförmigen Muster angeordnet waren und der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t mit den in Tabelle 1 gezeigten Werten festgelegt wurden. Tabelle 1 zeigt als Y die Verschlussanordnung, bei der zulaufseitig verschlossene Zellen und ablaufseitig verschlossene Zellen mosaikförmig angeordnet sind, wie in 7 gezeigt.
  • Jeder der Wabenfilter der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 15 wurde an einen Dieselmotor angebracht, und der anfängliche Druckabfall, der Druckabfall während der PM-Abscheidung, die Regenerationseffizient während der Zwangsregeneration und die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb wurden gemessen und bewertet. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
  • Was überdies die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 15 betrifft, wurden die Menge (g/l) eines geladenen Katalysators, die Edelmetallmenge (g) in dem Katalysator, die Edelmetallmenge (g) der ersten Trennwände, die Edelmetallmenge (g) der zweiten Trennwände und das Verhältnis der Edelmetallmenge der ersten Trennwände mittels der folgenden Verfahren erhalten. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Es sei angemerkt, dass der auf die ersten Trennwände geladene Katalysator dieselbe Edelmetallkonzentration in dem Katalysator aufweist wie der auf die zweiten Trennwände geladene Katalysator, und daher ist das Verhältnis zwischen der Edelmetallmenge der ersten Trennwände und der Edelmetallmenge der zweiten Trennwände das Verhältnis zwischen der Menge des auf die ersten Trennwände geladenen Katalysators und der Menge des auf die zweiten Trennwände geladenen Katalysators.
  • (Verfahren zum Messen des anfängliche Druckabfalls)
  • Es konnte Luft mit 200°C mit 2,4 Nm3/min durch den Wabenfilter strömen, und der Druckabfall im Anfangsstadium (der anfängliche Druckabfall (kPa)) wurde aus einer Druckdifferenz zwischen der Zulaufseite und der Ablaufseite gemessen. Hier ist die Wärmekapazität eine Funktion der offenen Frontfläche des Zellenquerschnitts (OFA) und ist proportional zu (1-OFA). Daher gilt, je größer die OFA, desto kleiner wird die Wärmekapazität, und daher werden während der Wabenfilterregeneration leicht Risse erzeugt. Als ein Index, der beiden Anforderungen entspricht, dass der anfängliche Druckabfall gering ist und dass nur schwer Risse während der Wabenfilterregeneration erzeugt werden, wird α = (anfänglicher Druckabfall) × (OFA)2 verwendet. Man kann urteilen, dass, wenn α kleiner ist, der Wabenfilter eine hervorragende Leistung zeigt. Im Speziellen kann geurteilt werden, dass, wenn α 0,66 oder mehr beträgt, der Wabenfilter versagt, und wenn α kleiner ist als 0,66, der Wabenfilter besteht.
  • (Verfahren zum Messen des Druckabfalls während der PM-Abscheidung)
  • Es wurde Ruß durch die Verbrennung von Leichtöl im Zustand von Sauerstoffmangel erzeugt, und Verdünnungsluft wurde einem Verbrennungsgas mit einer Rußerzeugungsmenge von 10 g/h zugegeben, wobei das Ruß enthaltende Verbrennungsgas reguliert wurde und bei einer Temperatur von 200°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,4 Nm3/min durch den Wabenfilter strömen konnte. Ferner wurde der Druckabfall während der PM-Abscheidung (Druckabfall PM-Abscheidung (kPa)) aus der Druckdifferenz zwischen der Zulaufseite und der Ablaufseite gemessen, wenn die Menge des am Wabenfilter abgeschiedenen Rußes 4 g/l betrug. Es sei angemerkt, dass, wie oben beschrieben, die Wärmekapazität die Funktion der offenen Frontfläche des Zellenquerschnitts (OFA) ist und sie proportional zu (1-OFA) ist. Daher gilt, je größer die OFA, umso kleiner wird die Wärmekapazität, und daher werden während der Wabenfilterregeneration leicht Risse erzeugt. Als ein Index, der beiden Anforderungen entspricht, dass der Druckabfall bei PM-Abscheidung gering ist und dass nur schwer Risse während der Wabenfilterregeneration erzeugt werden, wird β = (Druckabfall bei PM-Abscheidung) × (OFA)2 verwendet. Man kann urteilen, dass, wenn β kleiner ist, der Wabenfilter hervorragende Leistung zeigt. Im Speziellen kann geurteilt werden, dass, wenn β 4,30 oder mehr beträgt, der Wabenfilter versagt, und wenn β kleiner ist als 4,30, der Wabenfilter besteht.
  • (Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration)
  • Wenn 6 g/l Ruß auf den Trennwänden des Wabenfilters abgeschieden waren, wurde zur Zwangsregeneration des Filters ein Hochtemperaturgas von einer Zulaufendfläche des Wabenfilters geleitet. Was die Bedingungen der Zwangsregeneration betrifft, wurde die Temperatur des Gases in der Zulaufendfläche mit 650°C festgelegt, und die Durchlaufzeit des Gases wurde mit 15 Minuten festgelegt. Überdies wurde die Masse des Wabenfilters, in dem der Ruß abgeschieden war, vor der Zwangsregeneration gemessen. Nach der Zwangsregeneration wurde die Masse des Wabenfilters gemessen, und es wurde die Masse an Ruß, der durch die Zwangsregeneration verloren ging, erhalten. Die Regenerationseffizienz (M2/M1 × 100) während der Zwangsregeneration wurde aus der Masse M1 des abgeschiedenen Rußes und der Masse M2 des durch die Zwangsregeneration verlorenen Rußes erhalten. Tabelle 2 zeigt die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration als „Regenerationseffizienz (%)”.
  • (Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb)
  • Wenn 6 g/l Ruß auf den Trennwänden des Wabenfilters abgeschieden waren, wurde die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb (Neuer Europäischer Fahrzyklus) gemessen, indem ein Fahrzeug mit einem 4-Zylinder-Dieselmotor (2000 cm3) mit Common-Rail-Direkteinspritzung auf einer Fahrzeugbühne installiert wurde. Der NEDC-Betrieb ist ein Betrieb unter Bedingungen eines Fahrzeuggeschwindigkeitsmusters in Übereinstimmung mit den europäischen Vorschriften. Überdies wurde die Masse des Wabenfilters, in dem der Ruß abgeschieden war, vor dem NEDC-Betrieb gemessen. Nach dem NEDC-Betrieb wurde die Masse des Wabenfilters gemessen, und es wurde die Masse an Ruß erhalten, die im NEDC-Betrieb verbrannt wurde und verloren ging. Aus der Masse M3 des abgeschiedenen Rußes und der Masse M4 des im NEDC-Betrieb verbrannten und verloren gegangenen Rußes wurde die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration (M4 – M3) im NEDC-Betrieb erhalten. Tabelle 2 zeigt die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb als „Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration (g/l)”.
  • (Allgemeine Bewertung)
  • Aus dem gemessenen Druckabfall im Anfangsstadium, dem gemessenen Druckabfall während der PM-Abscheidung, der gemessenen Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration und der gemessenen Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb wurde nach den folgenden Bewertungsstandards mit hervorragend, gut und Versagen bewertet. Bewertung „hervorragend”: ein Fall, bei dem die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration 70% oder mehr beträgt, die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb 1,0 (g/l) oder mehr beträgt, der Wert α kleiner ist als 0,60 und der Wert β kleiner ist als 4,22. Bewertung „gut”: ein Fall, bei dem die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration 70% oder mehr beträgt, die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb 1,0 (g/l) oder mehr beträgt, der Wert α kleiner ist als 0,66 und der Wert β kleiner ist als 4,30. Bewertung „Versagen”: ein Fall, bei dem die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration weniger als 70% beträgt, die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb geringer ist als 1,0 (g/l), der Wert α 0,66 oder mehr beträgt oder der Wert β 4,30 oder mehr beträgt.
  • (Menge an geladenem Katalysator (g/l))
  • Was die Wabenfilter der Beispiele betrifft, wurden die Masse vor der Katalysatorbeladung und die Masse nach der Katalysatorbeladung gemessen. Die Masse des Wabenfilters wurde nach dem Trocknen des Wabenfilters sowohl vor der Katalysatorbeladung als auch nach der Katalysatorbeladung gemessen. Die Masse des Katalysators wurde aus der Differenz zwischen der Masse des Wabenfilters vor der Katalysatorbeladung und der Masse des Wabenfilters nach der Katalysatorbeladung berechnet. Aus der berechneten Masse des Katalysators und des Volumens des Wabenfilters wurde die Menge (g/l) des auf die Trennwände des Wabenfilters geladenen Katalysators gemessen. Tabelle 2 zeigt die gemessene Menge (g/l) des Katalysators als „Menge des geladenen Katalysators (g/l)”.
  • (Edelmetallmenge (g))
  • Der hergestellte Wabenfilter wurde zerschnitten, ein kleines Teststück wurde ausgeschnitten, und das ausgeschnittene Teststück wurde in ein Harz eingebettet. Nach der Harzeinbettung wurde eine Endfläche des Teststückes geschliffen, und die geschliffene Fläche wurde mittels REM fotografiert. Durch Bildanalyse des fotografierten Bildes wurden die Verhältnisse von Lücken, Wabensubstrat und Katalysator erhalten, und die Menge (g) des auf die Trennwände des Wabenfilters geladenen Edelmetalls wurde aus dem Verhältnis des Katalysators und einer bekannten Konzentration des Edelmetalls in dem Katalysator berechnet. Tabelle 2 zeigt die berechnete Edelmetallmenge (g) als „Edelmetallmenge (g)”.
  • (Edelmetallmenge (g) der ersten Trennwand)
  • Ein Abschnitt jeder ersten Trennwand des hergestellten Wabenfilters wurde zerschnitten, ein kleines Teststück wurde ausgeschnitten, und das ausgeschnittene Teststück wurde in das Harz eingebettet. Nach der Harzeinbettung wurde eine Endfläche des Teststückes geschliffen, und die geschliffene Fläche wurde mittels REM fotografiert. Durch Bildanalyse des fotografierten Bildes wurden die Verhältnisse von Lücken der ersten Trennwand, des Wabensubstrats und des Katalysators erhalten. Die Menge (g) des auf die Trennwände des Wabenfilters geladenen Edelmetalls wurde aus dem Verhältnis des Katalysators und einer bekannten Konzentration des Edelmetalls in dem Katalysator berechnet. Tabelle 2 zeigt die berechnete Edelmetallmenge (g) als „Edelmetallmenge (g) der ersten Trennwand”.
  • (Edelmetallmenge (g) der zweiten Trennwand)
  • Ein Abschnitt jeder zweiten Trennwand des hergestellten Wabenfilters wurde zerschnitten, ein kleines Teststück wurde ausgeschnitten, und das ausgeschnittene Teststück wurde in das Harz eingebettet. Nach der Harzeinbettung wurde eine Endfläche des Teststückes geschliffen, und die geschliffene Fläche wurde mittels REM fotografiert. Durch Bildanalyse des fotografierten Bildes wurden die Verhältnisse von Lücken der zweiten Trennwand, des Wabensubstrats und des Katalysators erhalten. Die Menge (g) des auf die Trennwände des Wabenfilters geladenen Edelmetalls wurde aus dem Verhältnis des Katalysators und einer bekannten Konzentration des Edelmetalls in dem Katalysator berechnet. Tabelle 2 zeigt die berechnete Edelmetallmenge (g) als „Edelmetallmenge (g) der zweiten Trennwand”.
  • (Verhältnis der Edelmetallmenge der ersten Trennwand)
  • Das Verhältnis der Edelmetallmenge der ersten Trennwand wurde aus der Edelmetallmenge der ersten Trennwand und der Edelmetallmenge der zweiten Trennwand berechnet. Das Verhältnis der Edelmetallmenge der ersten Trennwand wird durch M1/(M1 + M2) berechnet, wobei M1 die Edelmetallmenge der ersten Trennwand und M2 die Edelmetallmenge der zweiten Trennwand ist. Tabelle 1 zeigt das berechnete Verhältnis der Edelmetallmenge der ersten Trennwand als „Verhältnis Edelmetallmenge der ersten Trennwand”. [Tabelle 1]
    Figure DE102015011430A1_0002
    [Tabelle 2]
    Figure DE102015011430A1_0003
  • (Ergebnis)
  • Aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ist ersichtlich, dass im Vergleich mit einem herkömmlichen Filter, bei dem Verschlussabschnitte mosaikförmig angeordnet sind, die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 15 mit der in 2 und 4 gezeigten Zellenquerschnittsstruktur für den anfänglichen Druckabfall, den Druckabfall während der PM-Abscheidung, die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration und die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb geeignete Ergebnisse zeigen. Überdies ist erkennbar, dass im Vergleich zu anderen Fällen in dem Fall, wo der Wert b/at, erhalten durch Teilen des Produktes des Trennwand-Mittenabstands a und der Trennwanddicke t durch den Trennwand-Mittenabstand b, größer ist als 0,95 und kleiner als 1,90, beim anfänglichen Druckabfall und dem Druckabfall während der PM-Abscheidung signifikantere Effekte erzielt werden.
  • Überdies zeigen Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 13 etwa dieselben Werte in Bezug auf den anfänglichen Druckabfall, den Druckabfall während der PM-Abscheidung, die Regenerationseffizienz während der Zwangsregeneration und die Rußmenge bei kontinuierlicher Regeneration im NEDC-Betrieb. Die Menge des geladenen Katalysators (d. h. die Edelmetallmenge) von Vergleichsbeispiel 13 war jedoch größer als die von Beispiel 1. Das heißt, es hat sich gezeigt, dass Vergleichsbeispiel 13 bezüglich einer Verbesserung des Ruß-Regenerationsverhältnisses kaum zum Wabensubstrat beiträgt und überschüssiger Katalysator geladen wird, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt.
  • Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeignet als ein DPF zur Verwendung bei der Reinigung von Feststoffteilchen und toxischen Gaskomponenten, die in dem Abgas enthalten sind, das von einem Benzin-Direkteinspritzer, einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßen wird, verwendet werden.
  • Beschreibung der Bezugsziffern
  • 1: Trennwand, 2: Zelle, 2a: rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle (ablaufseitig verschlossene Zelle), 2b: quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle (ablaufseitig verschlossene Zelle), 2c: zulaufseitig verschlossene Zelle, 3: Verschlussabschnitt, 3a: zulaufseitiger Verschlussabschnitt, 3b: ablaufseitiger Verschlussabschnitt, 4: Seite, 5a: Zulaufendfläche, 5b: Ablaufendfläche, 6: Eckabschnitt, 7: Wabensubstrat, 8: erste Seite der zulaufseitig verschlossenen Zelle, 9: zweite Seite der zulaufseitig verschlossenen Zelle, 10: erste lange Seite der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle, 11: zweite lange Seite der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zelle, 12, 12a und 12b: Katalysator, 100: Wabenfilter, 200: Wabenfilter, 201: Trennwand, 202: Zelle, 202a: ablaufseitig verschlossene Zelle, 202b und 202c: zulaufseitig verschlossene Zelle, 203: Verschlussabschnitt, 205a: Zulaufendfläche, a: Trennwand-Mittenabstand, b: Trennwand-Mittenabstand und t: Trennwanddicke.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014-180014 [0001]

Claims (10)

  1. Wabenfilter, umfassend: ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche als eine Endfläche auf der Abgas-Zulaufseite zu einer Ablaufendfläche als eine Endfläche auf der Abgas-Ablaufseite verlaufen und die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; und Verschlussabschnitte, die in Endabschnitten der mehreren Zellen auf einer von der Seite der Zulaufendfläche und der Seite der Ablaufendfläche angeordnet sind, wobei die Zellen eines Teils der mehreren Zellen zulaufseitig verschlossene Zellen sind, deren Endabschnitte von den Verschlussabschnitten auf der Seite der Zulaufendfläche des Wabensubstrats verschlossen sind, und die verbleibenden Zellen von den mehreren Zellen ablaufseitig verschlossene Zellen sind, deren Endabschnitte von den Verschlussabschnitten auf der Seite der Ablaufendfläche des Wabensubstrats verschlossen sind, der Wabenfilter ferner einen Katalysator umfasst, der auf zumindest eine Fläche der Trennwände, die die ablaufseitig verschlossenen Zellen definieren, und einen Innenabschnitt jeder Pore der Trennwände zum Reinigen des Abgases geladen wird, wobei die mehreren Zellen so angeordnet sind, dass der Umfang von einer der zulaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt senkrecht zur Mittelachsenrichtung des Wabensubstrats von acht der ablaufseitig verschlossenen Zellen umgeben ist, die Form eines offenen Endes von jeder der zulaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Quadrat ist, bei dem die Länge einer Seite L1 ist, die ablaufseitig verschlossenen Zellen quadratische ablaufseitig verschlossene Zellen und rechteckige ablaufseitig verschlossene Zellen umfassen, die Form eines offenen Endes von jeder der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Quadrat ist, bei dem die Länge einer Seite L2 ist und L2 kleiner ist als L1, die Form eines offenen Endes von jeder der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen im Querschnitt ein Rechteck ist, bei dem die Länge einer langen Seite L1 und die Länge einer kurzen Seite L2 ist, in jeder diagonalen Richtung des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, vier der quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle angeordnet sind, in der linearen Richtung senkrecht zu jeder Seite des Quadrats, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, vier der rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen so angeordnet sind, dass die Zellen neben der zulaufseitig verschlossenen Zelle liegen, und so, dass die lange Seite des Rechtecks im Querschnitt parallel zu einer Seite des Quadrats ist, bei dem im Querschnitt die Länge der einen Seite L1 ist, die Trennwanddicke der Trennwände des Wabensubstrats als t definiert ist, der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite des offenen Endes des Quadrats definiert, bei dem im Querschnitt des Wabensubstrats die Länge der einen Seite L1 ist, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite definiert, die der einen Seite zugewandt ist, als der Trennwand-Mittenabstand a definiert ist, der Abstand vom Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die im Querschnitt des Wabensubstrats die lange Seite des offenen Endes des Rechtecks definiert, zum Mittelpunkt der Dicke der Trennwand, die eine Seite definiert, die der langen Seite zugewandt ist, als der Trennwand-Mittenabstand b definiert ist, der Trennwand-Mittenabstand a, der Trennwand-Mittenabstand b und die Trennwanddicke t die folgende Gleichung (1) erfüllen, und die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände, die auf die Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und die zulaufseitig verschlossenen Zellen definieren, geladen wird, größer ist als die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit der Trennwände, die auf die Trennwände, die die rechteckigen ablaufseitig verschlossenen Zellen und die quadratischen ablaufseitig verschlossenen Zellen definieren, geladen wird, 0,95 < b/at < 1,90 (1).
  2. Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die zulaufseitig verschlossene Zelle definiert, eine Region mit hoher Edelmetallbeladung aufweist, wo eine große Menge eines Edelmetalls als der Katalysator geladen wird, und die Trennwand, die die rechteckige ablaufseitig verschlossene Zelle und die quadratische ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, eine Region mit geringer Edelmetallbeladung aufweist, wo eine kleinere Menge des Edelmetalls als in der Region mit hoher Edelmetallbeladung geladen wird.
  3. Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trennwand-Mittenabstand a 1,4 mm oder mehr und 2,4 mm oder weniger beträgt.
  4. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Trennwand-Mittenabstand b 0,22 mm oder mehr und 1,08 mm oder weniger beträgt.
  5. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Trennwanddicke t 0,16 mm oder mehr und 0,34 mm oder weniger beträgt.
  6. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zelldichte des Wabensubstrats 100 bis 650 Zellen/cm2 beträgt.
  7. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine offene Frontfläche der ablaufseitig verschlossenen Zellen auf der Seite der Zulaufendfläche 13 bis 50% beträgt.
  8. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Porosität der Trennwände 28 bis 70% beträgt.
  9. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Katalysatormenge auf der Seite des Zulaufendabschnitts der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert, größer ist als die Katalysatormenge auf der Seite des Ablaufendabschnitts der Trennwand, die die ablaufseitig verschlossene Zelle definiert.
  10. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Katalysator ein Katalysator ist, der zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium, umfasst.
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