DE102015109943A1

DE102015109943A1 - Wabenstrukturkörper und das Verfahren zum Designen eines Wabenstrukturkörpers

Info

Publication number: DE102015109943A1
Application number: DE102015109943.8A
Authority: DE
Inventors: Naohiro Hayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US10465584B2; CN105214737B; JP2016010764A; US20150377109A1; US10060322B2; CN105214737A; US20170298798A1; JP6206345B2

Abstract

Ein Wabenstrukturkörper weist Hauptzellen mit einer röhrenförmiger Form und Hauptzellwände auf. Jede Hauptzelle wird durch die Hauptzellwände umgeben. Ein virtueller Basisstrukturkörper weist Basiszellwände und Basiszellen auf. Der Wabenstrukturkörper weist eine verbesserte Struktur auf, welche durch das Modifizieren einer Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers erhalten wird. Jeder Basisschnittpunkt, bei welchem sich die Basiszellwände schneiden, wird durch eine Polarkoordinate (r, θ) unter Verwendung eines Radiusvektors (r) und eines Ablenkungswinkels (θ) bestimmt. Jeder der Hauptschnittpunkte wird auf einer Polarkoordinate (r', θ) unter Verwendung des Ablenkungswinkels (θ) und eines Hauptradiusvektors (r') ausgebildet, welcher durch das Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit einem konstanten Vergrößerungsfaktor erhalten wird, ohne dabei den Ablenkungswinkel (θ) zu ändern. Eine Zelldichtevariierungssektion variiert dessen Zelldichte und ist in zumindest einem Teil des Wabenstrukturkörpers (1) ausgebildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Wabenstrukturkörper und Verfahren zum Designen eines Wabenstrukturkörpers mit einer verbesserten Struktur, die es Abgas, das von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, erlaubt, mit einer gleichmäßigen Flussgeschwindigkeit in allen Zellen zu fließen, und es erlaubt, dass Abgas mit einer hohen Effizienz zu reinigen.
2. Stand der Technik
Es ist ein katalytischer Umwandler bekannt, welcher mit einem Wabenstrukturkörper ausgestattet ist, welcher fähig ist, Abgas zu reinigen, das von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, die in Fahrzeugen, etc., angebracht ist. Ein solcher katalytischer Umwandler ist im Inneren eines Abgasrohrs angeordnet, welches beispielsweise mit einer internen Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs verbunden ist. Im Allgemeinen weist der Wabenstrukturkörper eine Mehrzahl von Zellen auf, welche entlang einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet sind. Jede der Zellen wird durch Zellwände umgeben. Jede der Zellen weist eine gerade röhrenförmige Form auf, und sowie einen Querschnitt dessen auf, welcher eine rechteckige Form, eine hexagonale Form, etc., aufweist. Wenn Abgas mit einer hohen Temperatur von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird und durch die Zellen des Wabenstrukturkörpers hindurchtritt, aktiviert die Wärmeenergie des Abgases mit einer hohen Temperatur den Katalysator, der durch die Zellen unterstützt bzw. gelagert wird, und der aktivierte Katalysator reinigt das Abgas. Gereinigtes Abgas wird zu dem äußeren des Fahrzeugs durch das Abgasrohr abgegeben. Im Allgemeinen tritt Abgas durch einen Mittenabschnitt in größerem Maße hindurch, als durch einen äußeren Abschnitt des Wabenstrukturkörpers, so wie dies in einem Querschnitt betrachtet wird, der senkrecht zu der Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers angeordnet ist.
Beispielsweise offenbart ein Patentdokument 1, die japanische offengelegte Patentschrift mit der Publikationsnummer 2008-18370 , einen solchen Wabenstrukturkörper zur Verwendung bei einem katalytischen Umwandler. Der Wabenstrukturkörper, der in dem Patentdokument 1 offenbart ist, weist Zellen und Zellwände auf. Jede der Zellen wird durch die Zellwände umgeben, um die gerade röhrenförmige Form auszubilden. Die Zellen erstrecken sich entlang einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers. Insbesondere sind die Zellwände in einer hyperbolischen Anordnung ausgebildet, bei welcher die Zellen entlang einer Mehrzahl von Hyperbeln angeordnet sind, so wie dies in einem Querschnitt gesehen werden kann, der senkrecht zu der Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet ist. Eine Zelldichte der Zellen pro Flächeneinheit in einem Querschnitt, welcher senkrecht zu der Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet ist, wird von einem Mittenpunkt bzw. zentralen Punkt in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers reduziert. Diese Struktur vergrößert einen Durchflussbereich für das Abgas in den Zellen, die in der äußeren Peripherie ausgebildet sind, durch welche das Abgas hindurchtritt, und erlaubt es den gesamten Zellen einen gleichmäßigen Durchflussbetrag des Abgases aufzuweisen.
Allerdings verursacht der Wabenstrukturkörper, der in dem Patentdokument 1 offenbart ist, einige Probleme. Beispielsweise wird eine Krümmung der Hyperbel an der äußeren Peripherie in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers groß, da die Zellwände entlang einer Mehrzahl von Hyperbeln in dem Wabenstrukturkörper angeordnet sind. Dies führt zu einer Verformung bzw. Deformation der Zellen, die in der äußeren Peripherie ausgebildet sind. Je mehr eine Zelldichte der Zellen, die in der äußeren Peripherie ausgebildet sind, gering wird, umso mehr erhöht sich die Störung bzw. Verzerrung in der Form der Zellen, die in der äußeren Peripherie ausgebildet sind. Die Erzeugung einer Störung bzw. Verzerrung bei der Form der Zellen reduziert die Festigkeit bzw.
Stärke des Wabenstrukturkörpers, und verursacht, dass das Abgas eine nicht gleichmäßige Durchflussgeschwindigkeit in den gesamten Zellen des Wabenstrukturkörpers aufweist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher gewünscht, einen Wabenstrukturkörper vorzusehen, sowie ein Verfahren zum Ausbilden eines Wabenstrukturkörpers vorzusehen, welcher eine verbesserte Struktur aufweist, die fähig ist, eine Störung bzw. Verzerrung in der Form der Zellen zu vermeiden, und es dem Abgas zu erlauben, mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit in den gesamten Zellen zu fließen, und welcher die Fähigkeit der Reinigung des Abgases verbessert.
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht ein Verfahren zum Entwickeln eines Wabenstrukturkörpers vor. Der Wabenstrukturkörper weist eine Mehrzahl von Zellen auf. Abgas tritt durch die Zellen hindurch, die eine röhrenförmige Form aufweisen. Jede der Zellen ist durch Zellwände umgeben. Das Verfahren weist einen Schritt des Designens eines virtuellen Basisstrukturkörpers, einem Schritt des Ausbildens von Hauptschnittpunkten, und einen Schritt des Ausbildens einer Mehrzahl von Hauptzellwänden auf. Der virtuelle Basisstrukturkörper weist eine Mehrzahl von Basiszellwänden und Basiszellen auf. Jede der Basiszellen wird durch die Basiszellwände solchermaßen umgeben, dass der virtuelle Basisstrukturkörper eine gleichmäßige Zelldichte pro Flächeneinheit in einem Querschnitt aufweist, welcher senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers ist. Die Zelldichte gibt die Anzahl der Basiszellen pro Flächeneinheit an. Eine Polarkoordinate (r, θ) gibt jeden der Basisschnittpunkte an, bei welchem die Basiszellwände einander kreuzen, wenn dies aus der Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers betrachtet wird. Die Polarkoordinate (r, θ) wird unter Verwendung eines Ablenkwinkels (θ) bzw. eines Biegewinkels (θ) und einem Radiusvektor (r) bezeichnet, der von einem zentralen Punkt des virtuellen Basisstrukturkörpers gemessen wird. Die Polarkoordinate (r, θ) weist einen Hauptradiusvektor (r') und den Ablenkungswinkel (θ) auf. Der Hauptradiusvektor (r') wird durch das Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit einer konstanten Vergrößerung bzw. mit einem konstanten Faktor erhalten, ohne den Ablenkungswinkel (θ) in den Basisschnittpunkten mit einem gleichen Radiusvektor (r) zu variieren. Die Hauptschnittpunkte entsprechend den Basisschnittpunkten sind miteinander durch die Hauptzellwände verbunden, um eine Mehrzahl der Hauptzellen auszubilden, die durch die Hauptzellwände umgeben sind. Insbesondere wird eine Zelldichtevariierungssektion als eine erste Zelldichtevariierungssektion in zumindest einem Teil der Hauptzellen ausgebildet, wo eine Zelldichte der Hauptzellen, die in der Zelldichtevariierungssektion ausgebildet sind, von einem zentralen Punkt in Richtung einer äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers reduziert wird.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenstrukturkörper vorgesehen. Der Wabenstrukturkörper weist eine Mehrzahl von Zellen und eine Mehrzahl von Zellwänden auf. Jeder der Zellen weist eine röhrenförmige Form auf. Abgas tritt durch die Zellen hindurch, welche eine röhrenförmige Form aufweisen. Jede der Zellen wird durch die Zellwände umgeben. Ein virtueller Basisstrukturkörper weist eine Mehrzahl von Basiszellwänden und Basiszellen auf. Jede der Basiszellen wird durch die Basiszellwände derart umgeben, sodass der virtuelle Basisstrukturkörper eine gleichmäßige Zelldichte pro Flächeneinheit in einem Querschnitt aufweist. Der Querschnitt ist senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers. Die Zelldichte gibt die Anzahl der Basiszellen pro Flächeneinheit an. Eine Polarkoordinate (r, θ) gibt jeden der Basisschrittpunkte an, bei welchen die Basiszellwände einander kreuzen, wenn dies aus der Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers betrachtet wird. Die Polarkoordinate (r, θ) wird unter Verwendung eines Ablenkungswinkels (θ) und eines Radiusvektors (r) bezeichnet, der von einem zentralen Punkt des virtuellen Basisstrukturkörpers gemessen wird. Hauptschnittpunkte sind an der Polarkoordinate (r, θ) ausgebildet. Die Polarkoordinate (r, θ) weist einen Hauptradiusvektor (r') und den Ablenkungswinkel (θ) auf, wo der Hauptradiusvektor (r') durch das Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit einer konstanten Vergrößerung erhalten wird, ohne den Ablenkungswinkel (θ) in den Basisschnittpunkten mit einem gleichen Radiusvektor (r) zu variieren. Jede der Zellen wird durch die Zellwände umgeben. Die Hauptschnittpunkte entsprechend den Basisschnittpunkten sind miteinander verbunden, um eine Mehrzahl der Hauptzellen auszubilden, die durch die Hauptzellwände umgeben sind. Eine Zelldichtevariierungssektion als eine erste Zelldichtevariierungssektion ist in zumindest einem Teil der Hauptzellen ausgebildet, wobei eine Zelldichte der Hauptzellen in der Zelldichtevariierungssektion von dem zentralen Punkt in Richtung einer äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers reduziert wird.
Im Allgemeinen weist ein Wabenstrukturkörper mit einer Mehrzahl von gleichmäßig darin angeordneten Zellen das folgende Problem auf. Der äußere Abschnitt weist eine reduzierte Durchflussgeschwindigkeit des Abgases auf, so wie dies mit dem Inneren Abschnitt in einem Querschnitt vergleichbar ist, wobei dieser senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet ist. Das heißt, je weiter der Abschnitt von dem zentralen Punkt des Wabenstrukturkörpers angeordnet ist, umso mehr verringert sich die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases. Die Zellen, die in dem äußeren Abschnitt ausgebildet sind, verstärken dieses Phänomen im Vergleich zu den Zellen, die in dem inneren Abschnitt des Wabenstrukturkörpers ausgebildet sind. Ferner erhöht die Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases sich umso mehr in den Zellen, die in dem äußeren Abschnitt ausgebildet sind, im Vergleich zu den Zellen, die in dem inneren Abschnitt ausgebildet sind.
Um das vorstehend beschriebene Problem und Phänomen zu lösen, bildet das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zelldichtevariierungssektion aus bzw. designt diese, als die erste Zelldichtevariierungssektion in zumindest einem Teil des Wabenstrukturkörpers. Das heißt, das Verfahren designt, d. h., formt den Wabenstrukturkörper mit einer verbesserten Struktur in welcher eine Zelldichte in der Zelldichtevariierungssektion allmählich von einer Mittenpunktseite in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers verringert wird, da eine Durchflussgeschwindigkeit des Abgases sich in dem Abschnitt reduziert, welcher zu dem zentralen Punkt entfernt ist. Auf der anderen Seite wird eine Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in den Zellen groß, die in dem zentralen Abschnitt ausgebildet sind, wenn dies in einem Querschnitt des Wabenstrukturkörpers betrachtet wird. Entsprechend ist es möglich einen Querschnittsbereich der Durchflusspassage in den Zellen zu erhöhen, welche in der Zelldichtevariierungssektion gemäß einem Annähern der äußeren Peripherie von der Zentralpunktseite in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet sind. Diese verbesserte Struktur des Wabenstrukturkörpers erlaubt es dem Abgas mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit oder einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit durch den Wabenstrukturkörper, d. h., durch all die Zellen zu fließen. Es ist für jede der Zellen möglich, eine gerade röhrenförmige Form und einen Querschnitt von jeder der Zellen aufzuweisen, die eine quadratische Form, eine hexagonale Form, oder eine andere Form aufweisen.
Zusätzlich designt und formt das Verfahren die Positionen der Hauptschnittpunkte in dem Wabenstrukturkörper auf der Basis des Ergebnisses bzw. der Ergebnisse des Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit der konstanten Vergrößerung unter Verwendung des virtuellen Basisstrukturkörpers mit einer gleichmäßigen Zelldichte ohne den Ablenkungswinkel (θ) auf der Basis der Schnittpunkte mit den gleichen Radiusvektoren zu variieren. So wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, die Störung bzw. Verzerrung in der Form der Zellen zu unterdrücken, wenn die Zelldichte in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers variiert wird.
Es ist daher für die vorliegende Erfindung möglich, den Wabenstrukturkörper und das Verfahren vorzusehen, welche fähig sind, den Wabenstrukturkörper zu designen, während die Störung bzw. Verzerrung in der Form der Zellen vermieden wird.
Abgas kann durch den erhaltenen Wabenstrukturkörper mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit hindurchtreten, und dieses kann mit einer hohen Effizienz gereinigt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Eine bevorzugte nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben werden.
Es zeigt/es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers in einer Radiusrichtung, die senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ist, gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht, welche eine virtuelle Struktur eines virtuellen Basisstrukturkörpers in einer Radiusrichtung, die senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers ist, zeigt, wobei dieser für das Designen und Herstellen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt ist, verwendet werden soll;
3 eine Ansicht, welche einen katalytischen Umwandler zeigt, der mit dem Wabenstrukturkörper gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
4 eine Ansicht, welche eine Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers auf der Basis dessen erklärt, auf welcher das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Wabenstrukturkörper gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung designt und ausbildet;
5 eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers zeigt, der durch das Modifizieren des virtuellen Basisstrukturkörpers gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
6 eine Ansicht, welche ein Erkennungsexperiment in Bezug auf eine Beziehung zwischen einem Abstand, der von einem zentralen Punkt bzw. Mittenpunkt des Wabenstrukturkörpers gemessen wird, und eine Durchflussgeschwindigkeit des Abgases zeigt;
7 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Basisstrukturkörpers zeigt, der bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll;
9 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Basisstrukturkörpers zeigt, der bei der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll;
11 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
13 eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eine Basisstrukturkörpers zeigt, der bei der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen sind gleich Bezugszeichen derart verwendet, dass sie gleich oder äquivalente Komponententeile in den verschiedenen Figuren kennzeichnen.
Es ist vorzuziehen, den Hauptradiusvektor r' durch eine Funktion unter Verwendung des Radiusvektors zu bestimmen, der in der Polarkoordinate (r, θ) der Hauptschnittpunkte verwendet wird. Dies macht es für die Funktion möglich, den Hauptradiusvektor r' auf der Basis des Radiusvektors r einfach zu berechnen. Zusätzlich ist es möglich, eine Zelldichte der Hauptzellen in der Zelldichtevariierungssektion (als die erste Zelldichtevariierungssektion) durch das Ändern von Parametern der Funktion einfach zu variieren.
Der Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Inneren eines Abgasrohrs angeordnet. Das Abgasrohr ist mit einer internen Verbrennungsmaschine verbunden. Das Abgasrohr ist aus einem vorgelagerten Rohr, einem Anordnungsrohr, und einem nachgelagerten Rohr ausgebildet. Das Anordnungsrohr ist zwischen dem vorgelagerten Rohr und dem nachgelagerten Rohr angeordnet, um diese zu kommunizieren bzw. zu verbinden. Insbesondere weist das Anordnungsrohr einen Durchmesser auf, der größer als derjenige des vorgelagerten Rohrs ist. Ein katalytischer Umwandler ist mit dem Wabenstrukturkörper gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet. Der Wabenstrukturkörper 1 ist im Inneren des Anordnungsrohrs angeordnet. Das Abgas, welches von der internen Verbrennungsmaschine ausgegeben wird, tritt durch das vorgelagerte Rohr hindurch. Der Katalysator, welcher in dem Wabenstrukturkörper gelagert ist, reinigt das Abgas, wenn das Abgas durch den katalytischen Umwandler hindurchtritt. Das gereinigte Abgas tritt durch das nachgelagerte Rohr hindurch und wird nach außen abgegeben. Insbesondere weist der Wabenstrukturkörper gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine innere Struktursektion und die Zelldichtevariierungssektion (als eine erste Zelldichtevariierungssektion) auf. Die innere Struktursektion ist in dem Inneren in einer Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet. Die Zellen sind mit einer konstanten Zelldichte in der inneren Struktursektion angeordnet. Die Zelldichtevariierungssektion ist außerhalb der inneren Struktursektion ausgebildet.
Bei dem Wabenstrukturkörper weist ein Grenzlayer bzw. eine Grenzschicht, die zwischen der inneren Struktursektion und der Zelldichtevariierungssektion ausgebildet ist, einen Radius R2 auf (einen Grenzradius R2). Es ist für den Wabenstrukturkörper vorzuziehen, dass dieser die Beziehung von R1 – δ ≤ R2 ≤ 1,05 R1 zu erfüllen, wobei R1 einen Radius der Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs angibt, δ eine Dicke des Grenzbereichs bzw. der Grenzfläche des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% angibt, der zwischen dem vorgelagerten Rohr und dem Abgas ausgebildet ist, wenn das Abgas in dem Inneren des vorgelagerten Rohrs fließt, und R2 gibt den Grenzradius der Grenzschicht an (siehe beispielsweise 1). Es wird angemerkt, dass Rm einen Außenradius des Wabenstrukturkörpers angibt. Diese Struktur ermöglicht es, die Zelldichtevariierungssektion (als die erste Zelldichtevariierungssektion) in dem Wabenstrukturkörper an dem optimalen Ort anzuordnen, was es dem Abgas erlaubt, mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit in den ganzen Zellen bzw. in den gesamten Zellen des Wabenstrukturkörpers zu fließen.
Es ist vorzuziehen, zusätzlich bzw. weiter eine zusätzliche Zelldichtevariierungssektion als eine zweite Zelldichtevariierungssektion außerhalb der ersten Zelldichtevariierungssektion auszubilden. Die Zelldichte der Zellen, die in der zweiten Zelldichtevariierungssektion ausgebildet sind, erhöht sich von der Mittenseite in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Nunmehr wird eine Beschreibung des Wabenstrukturkörpers und des Verfahrens zum Designen der Struktur des Wabenstrukturkörpers gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 5 dargelegt werden.
1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform in einer Radiusrichtung zeigt, welche senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 ist.
So wie dies in 1 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform eine Mehrzahl von Zellwänden 11, 21, 31 und eine Mehrzahl von Zellen, 12, 22, 32 auf. Jede der Zellen 12, 22, 32 wird durch Zellwände umgeben. Obwohl jede der Zellen 12, 22, 32 eine gerade röhrenförmige Form und einen Querschnitt aufweist, der für jede der Zellen eine hexagonale Form, die in 1 gezeigt ist, ist, ist es für jede der Zellen 12, 22, 32 zulässig bzw. akzeptabel, eine Querschnitt von einer anderen Form aufzuweisen, dies kann beispielsweise eine runde Form, eine rechteckige Form, eine quadratische Form, etc. sein. Der Querschnitt von jeder der Zellen 12, 22, 32 ist senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörper 1 angeordnet. Wenn Abgas, das von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, welche beispielsweise eine Dieselmaschine (nicht näher dargestellt) sein kann, durch jede der Zellen 12, 22, 32 mit einer hexagonalen röhrenförmigen Form in dem Wabenstrukturkörper 1 hindurchtritt, dann wird das Abgas durch den Katalysator gereinigt, welcher in dem Wabenstrukturkörper 1 gelagert bzw. vorgehalten wird. Das gereinigte Abgas wird zu dem äußeren des Abgasrohrs 60 abgegeben.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine virtuelle Struktur eines virtuellen Basisstrukturkörpers 5 in einer Radiusrichtung zeigt, die senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 ist. Dieser virtuelle Basisstrukturkörper 5 wird zum Designen und Formen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet, die in 1 gezeigt ist. Der virtuelle Basisstrukturkörper 5 weist eine Mehrzahl von Basiszellwänden 51 und ein Mehrzahl von Basiszellen 52 auf. Jede der Basiszellen 52 wird durch die Basiszellwände 51 umgeben. Insbesondere sind die Basiszellwände 52 derart ausgebildet, dass diese eine gleichmäßige Zelldichte aufweisen, d. h., dass diese eine konstante Zelldichte oder eine gleichbleibende Zelldichte über dem Bereich bzw. die Fläche des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 aufweisen.
4 ist eine Ansicht, welche eine Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 erläutert. Das Verfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform designt und erzeugt den Wabenstrukturkörper 1 auf der Basis der Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers 5, der in den 2 und 4 gezeigt ist. So wie dies in den 2 und 4 gezeigt ist, wenn dies aus seiner Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 gesehen wird, kann jede der Mehrzahl der Basisschnittpunkte 53 durch eine Polarkoordinate (r, θ) unter Verwendung eines Radiusvektors r und eines Ablenkungswinkels θ ausgedrückt werden, wobei die Basiszellwände 51 einander bei den Basisschnittpunkten 53 kreuzen, und wobei der virtuelle Basisstrukturkörper 5 einen Mittenpunkt 14 aufweist.
5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers 11 zeigt, der durch das Modifizieren des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgebildet wird.
So wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, werden die Hauptschnittpunkte 13 an einer Polarkoordinate (r', θ) unter Verwendung eines Hauptradiusvektors r' und des Ablenkungswinkels θ ausgebildet, ohne jedoch eine Größe des Ablenkungswinkels θ zu ändern, und dies geschieht auf der Basis der Basisschnittpunkte 53, welche den gleichen Radiusvektor r aufweisen. Insbesondere wird der Hauptradiusvektor r' durch das Multiplizieren des Radiusvektors r mit einer konstanten Vergrößerung erhalten, ohne dabei den Ablenkungswinkel θ zu variieren.
So wie dies in den 3 und 5 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform eine Mehrzahl der Hauptzellwände 11, 21, 31 (oder die Zellwände 11, 21, 31) und eine Mehrzahl der Hauptzellen 12, 22, 32 (die Zellen 12, 22, 32) auf. Jede der Hauptzellen 12, 22, 32 wird durch die Hauptzellwände umgeben. Jede der Hauptzellen 12, 22, 32 weist die gerade röhrenförmige Form und einen Querschnitt auf, welcher eine hexagonale Form aufweist.
Jede der Hauptzellwände 11 verbindet die Hauptschnittpunkte 13, die jedem der Basisschnittpunkte 53 entsprechen, wobei bei diesen die Basiszellwände 51 miteinander verbunden sind.
Eine Zelldichtevariierungssektion 2, d. h. eine erste Zelldichtesektion 2 ist in zumindest einem Teil des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet. Die Zelldichte der Hauptzellen 12, die in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet sind, wird von dem Mittenpunkt 14 in Richtung der äußeren Peripherie reduziert.
Eine Beschreibung der Struktur des Wabenstrukturkörpers 11 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wird nun dargelegt. 3 ist eine Ansicht, welche einen katalytischen Umwandler 6 darstellt, der mit dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgestattet ist. So wie dies in 3 gezeigt ist, ist der Wabenstrukturkörper 1 in dem katalytischen Umwandler 6 angeordnet, um das Abgas zu reinigen, welches von einer internen Verbrennungsmaschine (nicht näher dargestellt), wie z. B. eine Dieselmaschine, abgegeben wird, die in einem motorisierten Fahrzeug befestigt ist. Die interne Verbrennungsmaschine (nicht näher dargestellt) ist mit einer Abgaspassage verbunden. Das heißt, dass ein solches Abgas, welches von der internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, zu der Abgaspassage ausgegeben wird. Die Abgaspassage weist ein Abgasrohr 60 auf (siehe beispielsweise 3). Das Abgas wird in das Innere der Hauptzellen 12 eingeführt, welche in dem Wabenstrukturkörper 1 ausgebildet sind, und der Katalysator, welcher durch die Hauptzellen 12 vorgehalten wird, reinigt das Abgas. Das gereinigte Abgas wird zu dem Äußeren des Abgasrohrs 60 abgegeben.
Der Wabenstrukturkörper und das Abgasrohr 60 bilden den katalytischen Konverter 6 aus. Das Abgasrohr 6 ist ein Teil einer Abgaspassage, die mit der internen Verbrennungsmaschine verbunden ist, so wie dies vorstehend erläutert wurde.
So wie dies klar in 3 gezeigt ist, besteht das Abgasrohr 60 aus einem vorgelagerten Rohr 61, dem Anordnungsrohr 62, und einem nachgelagerten Rohr 63. Das vorgelagerte Rohr 61 ist an einer stromaufwärts gelegenen Seite des Abgasrohrs 60 angeordnet (an der Seite der Verbrennungsmaschine). Das nachgelagerte Rohr 63 ist an einer stromabwärts gelegenen Seite des Abgasrohrs 60 angeordnet. Der Wabenstrukturkörper 1 ist im Inneren des Abgasrohrs 60 angeordnet.
So wie dies in 3 gezeigt ist, ist das Anordnungsrohr 62 derart ausgebildet, dass dieses einen Durchmesser aufweist, welcher größer als ein Durchmesser von sowohl dem vorgelagerten Rohr 61 als auch dem nachgelagerten Rohr 63 ist. Das Anordnungsrohr 62 nimmt den Wabenstrukturkörper 1 auf.
Die vorgelagerte Konussektion 64 ist zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem Anordnungsrohr 62 angeordnet. Die vorgelagerte Konussektion 64 weist einen Durchmesser auf, welcher allmählich von dem Durchmesser des vorgelagerten Rohrs 61 auf den Durchmesser des Anordnungsrohrs 62 anwachst. Außerdem ist eine nachgelagerte Konussektion 65 zwischen dem Anordnungsrohr 62 und dem nachgelagerten Rohr 63 angeordnet. Die nachgelagerte Konussektion 65 weist einen Durchmesser auf, welcher allmählich von dem Durchmesser des Anordnungsrohrs 62 auf den Durchmesser des nachgelagerten Rohrs 63 sinkt.
Das vorgelagerte Rohr 61 weist eine zylindrische Form auf. Das nachgelagerte Rohr 61 und die vorgelagerte Konussektion 64, welche mit der Anordnungssektion 62 verbunden ist, sind linear angeordnet, so dass eine Mittenachse des vorgelagerten Rohrs 61 und eine Mittenachse der vorgelagerten Konussektion 62 eine koaxiale Struktur herstellen. Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist der effektive Durchmesser R1 des vorgelagerten Rohrs 61, durch das das Abgas fließt, 28,5 mm.
In ähnlicher Weise zu dem vorgelagerten Rohr 61 weist das nachgelagerte Rohr 63 eine zylindrische Form auf. Die nachgelagerte Konussektion 65 und das nachgelagerte Rohr 63 sind linear solchermaßen angeordnet, dass eine Mittenachse der nachgelagerten Konussektion 65 und eine Mittenachse des nachgelagerten Rohrs 63 eine koaxiale Struktur herstellen.
So wie dies in den 1 und 3 gezeigt ist, besteht der Wabenstrukturkörper 1 aus einem Katalysator und einem keramischen Lagerkörper, welche eine zylindrische Form aufweist. Der keramische Lagerkörper lagert bzw. unterstützt den Katalysator darin. Im Detail weist der Wabenstrukturkörper 1 die Hauptzellwände 11, die in einer Lattice-Anwendung angeordnet sind, und die Hauptzellen 12 auf. Jede der Hauptzellen 12 wird durch die Hauptzellenwände 11 umgeben. Beispielsweise weisen die Hauptzellen eine röhrenförmige und hexagonale Form auf. Ferner ist eine äußere periphere Wand mit einer zylindrischen Form an der Oberfläche des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet. Beispielsweise weist die äußerste periphere Wand des Wabenstrukturkörpers 1 einen Radius Rm von 51,5 mm auf.
Der Wabenstrukturkörper 1 weist eine innere Struktursektion 3 und eine erste Zelldichtevariierungssektion 2 auf. Die innere Struktursektion 3 ist radial innerhalb eines Querschnitts ausgebildet, welcher senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 angeordnet ist. Auf der anderen Seite ist die erste Zelldichtevariierungssektion 2 radial außerhalb des Querschnitts des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet. So wie dies in 1 gezeigt ist, ist die erste Zelldichtevariierungssektion 2 zwischen der äußeren Peripherie der inneren Struktursektion 3 bis zu der äußersten Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet.
Die innere Struktursektion 3 weist eine zylindrische Form auf, und ist aus einer Mehrzahl von Hauptzellwänden 31, welche in einer Lattice-Anordnung angeordnet sind, und Hauptzellwänden 32 ausgebildet. Jede der Hauptzellen 32 wird durch die Hauptzellwände 31 umgeben. Beispielsweise weist jede der Hauptzellen 32 eine röhrenförmige hexagonale Form auf. Ferner weist ein Querschnitt von jeder der Hauptzellen 32 in der inneren Struktursektion 3 eine hexagonale Form auf. Die innere Struktursektion 3 weist eine konstante Zelldichte auf. Die erste Zelldichtevariierungssektion 2 weist eine zylindrische Form auf. Die innere Struktursektion 3 ist in dem inneren der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet. Die erste Zelldichtevariierungssektion 2 besteht aus einer Mehrzahl von Hauptzellwänden 21 und Hauptzellen 22. Die Hauptzellwände 21 in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 sind in einer Lattice-Anordnung angeordnet. Jede der Hauptzellen 22 in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 wird durch die Hauptzellwände 21 umgeben, und diese weisen eine röhrenförmige hexagonale Form auf. Ferner weist ein Querschnitt von jeder der Hauptzellen 32 in der inneren Struktursektion 3 eine hexagonale Form auf. Ein Grenzlayer 7 bzw. eine Grenzschicht 7 (durch die gepunktete Linie in 1 bezeichnet) zwischen der inneren Struktursektion 3 und der ersten Zelldichtevariierungssektion 2, weist einen Grenzradius R2 von 20 mm auf.
Die Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform weist die Struktur auf, welche eine Beziehung von R1 – δ ≤ R2 ≤ 1,05 R1 erfüllt, wobei Rm einen äußeren Radius des Wabenstrukturkörpers 1 angibt, R1 einen Radius der Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs 61 angibt, δ eine Dicke des Grenzbereichs bzw. der Grenzfläche des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% angibt, wobei dieser zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem Abgas ausgebildet ist, wenn das Abgas in dem inneren des vorgelagerten Rohrs 61 fließt, und R2 gibt den Grenzradius der Grenzschicht 7 an, welche zwischen der inneren Struktursektion 3 und der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet ist.
Der Grenzbereich des Abgases wird stark durch die Viskosität des Abgases beeinflusst, wenn das Abgas durch das vorgelagerte Rohr 61 hindurchtritt. Beispielsweise ist es möglich die Dicke δ des Grenzbereichs des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% zu berechnen, wobei dieser zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem Abgas ausgebildet ist, wobei die folgende Gleichung verwendet wird: δ = 0,371( μ / ρUx)^1/5x wobei ρ eine Dichte des Abgases angibt, μ einen Viskositätskoeffizienten des Abgases angibt, U eine Durchflussgeschwindigkeit des Abgases angibt, x eine gerade Länge des vorgelagerten Rohrs 61 bis zu der vorgelagerten Konussektion 64 angibt. Die vorgelagerte Konussektion 64 ist zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem Anordnungsrohr 62 angeordnet. Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform entspricht δ = 10.
Nun wird eine Beschreibung des Verfahrens des Designens und des Ausbildens des Wabenstrukturköpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform angegeben.
So wie dies in 2 und 4 gezeigt ist, ist der virtuelle Basisstrukturkörper 5 unter Verwendung eines Computer-aided Design-Systems (CAD-Systems) etc. designt.
Der virtuelle Basisstrukturkörper 5 weist eine Mehrzahl der Basiszellwände 51 und eine Mehrzahl der Basiszellen 52 auf. Jede der Basiszellen 52 wird durch die Basiszellwände 51 umgeben. Jede der Basiszellwände 51 weist eine hexagonale röhrenförmige Form auf. Insbesondere sind die Basiszellen 52 derart ausgebildet, dass diese eine gleichmäßige Zelldichte aufweisen, d. h., dass diese eine konstante Zelldichte von 116 Zellen pro cm² aufweisen.
Jede der Mehrzahl der Basisschnittpunkte 53 wird durch eine Polarkoordinate (r, θ) unter Verwendung eines Radiusvektors r und eines Ablenkungswinkels θ ausgedrückt, wobei die Basiszellwände 51 einander bei den Basisschnittpunkte 53 kreuzen, und wobei der virtuelle Basisstrukturkörper den Mittenpunkt 14 aufweist. Der Radiusvektor r gibt einen Abstand zwischen dem Mittenpunkt 14 und dem Basisschnittpunkt 53 an. Der Ablenkungswinkel θ gibt einen Neigungswinkel einer geraden Linie an, welche den Mittenpunkt 14 mit dem Radiusvektor r verbindet. Bei der Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wird der Neigungswinkel θ durch eine Referenzlinie bestimmt, die parallel zu einer horizontalen Linie ist, welche durch den zentralen Punkt 14 bzw. den Mittenpunkt 14 hindurchtritt, und durch die gerade Linie, welche den Mittenpunkt 14 mit dem Radiusvektor r verbindet.
So wie dies in 5 gezeigt ist, ist der Hauptschnittpunkt 13 auf der Basis der Basisschnittpunkte 53 ausgebildet. Der Hauptschnittpunkt 13 ist auf einer Polarkoordinate (r', θ) unter Verwendung eines Hauptradiusvektors r' und dem Ablenkungswinkel θ ausgebildet, welcher der Ablenkungswinkel θ ist, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, d. h., ohne das Ändern einer Größe des Ablenkungswinkels θ. Insbesondere wird der Hauptradiusvektor r' durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, mit einer konstanten Vergrößerung bzw. mit einem konstanten Faktor erhalten, ohne dabei den Ablenkungswinkel θ zu variieren.
Bei der inneren Struktursektion 3 weist diese konstante Vergrößerung einen Wert von 1 auf. Das heißt, dass der Hauptschnittpunkt 13 in seiner Position gleich dem Basisschnittpunkt 53 ist.
Der Hauptschnittpunkt 13 der ersten Zelldichtevariierungssektion 2, welche außerhalb der Grenzschicht 7 mit dem Grenzradius R2 in einer Radialrichtung angeordnet ist, wird durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 mit dem gleichen Radiusvektor r verwendet wird, mit einem konstanten Vergrößerungswert Z erhalten. Der Vergrößerungswert Z wird durch die folgende Funktion sechsten Grades erhalten: Z = ar⁶ – br⁵ + cr⁴ – dr³ + er² – fr + g.
Ferner ist es möglich den Hauptradiusvektor r' durch die Gleichung r' = rZ zu berechnen.
Es ist möglich jeden Parameter zu ändern, d. h., jeden der konstanten Werte a, b, c, d, e, f und g, die in der Funktion sechsten Grades verwendet werden, die vorstehend beschrieben wurde.
So wie dies in 1 und 5 gezeigt ist, sind die Hauptzellwände 11 derart ausgebildet, dass diese die Hauptschnittpunkte 13 miteinander verbinden. Die Hauptzellwände 11 sind derart ausgebildet, dass diese die Hauptschnittpunkte 13 entsprechend dem Basisschnittpunkt 53 verbinden, bei welchem die Basiszellwände 51 miteinander verbunden sind. Dies macht es möglich, jede der Hauptzellen 12, die durch die Hauptzellwände 11 umgeben sind, auszubilden Ferner sind die Hauptzellen 32 als die inneren Hauptzellen 32 in der inneren Struktursektion 3 ausgebildet, so dass diese eine konstante Zelldichte aufweisen. Die Hauptzellen 21 als die äußeren Hauptzellen sind in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 derart ausgebildet, dass diese eine Zelldichte aufweisen, welche in Richtung der äußersten Seite der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 in dem Wabenstrukturkörper 1 reduziert ist.
Als nächstes wird nunmehr eine Beschreibung der Aktion und der Effekte des Wabenstrukturkörpers 1 und des Verfahrens zum Designen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform angegeben.
Es gibt eine Tendenz zur Verringerung einer Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in dem äußeren Abschnitt, und dies im Vergleich zu einem inneren Abschnitt, in einer Radialrichtung eines herkömmlichen Wabenstrukturkörpers bei welchem die gesamten Zellen mit einer konstanten Zelldichte angeordnet sind. Wenn ein katalytischer Umwandler mit dem herkömmlichen Wabenstrukturkörper mit der vorstehend erläuterten Struktur ausgestattet wird, wird die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases mehr in den Zellen entschleunigt werden, welche entfernt von dem Mittenpunkt in der Radialrichtung gelegen sind. Ferner wird die Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in dem äußeren Abschnitt größer als die in dem Inneren Abschnitt des Wabenstrukturkörpers mit der herkömmlichen Struktur. Um das vorstehend erläuterte Problem zu lösen und um die gleichmäßige Durchflussgeschwindigkeit in den Zellen des Wabenstrukturkörpers 1 zu erzielen, bildet das Verfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform die Zelldichtevariierungssektion 2 zumindest in einem Teil des Wabenstrukturkörpers 1 aus. Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform weist eine verbesserte Struktur auf, bei welcher eine Zelldichte der Zellen von dem Mittenpunkt in Richtung der äußeren Peripherie reduziert wird, während der Fakt bzw. die Tatsache berücksichtigt wird, dass der radial außen gelegene Abschnitt eine relativ niedrige Durchflussgeschwindigkeit aufweist, und die Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases wird in einem Bereich weit entfernt von dem Mittenpunkt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 groß. Entsprechend wird ein Querschnittsbereich bzw. eine Querschnittsfläche der Durchflusspassage der Zellen 22 in einem radial außen gelegenen Abschnitt in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 erhöht. Diese Struktur erlaubt es den gesamten Zellen in dem Wabenstrukturkörper 1 eine gleichmäßige Durchflussgeschwindigkeit auszubilden, oder eine gleichmäßige Durchflussgeschwindigkeit des Abgases aufzuweisen.
Das Verfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform bestimmt die Hauptschnittpunkte 13 auf der Basis des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 mit der gleichen Zelldichte, ohne eine Größe des Ablenkungswinkels θ bei dem Basisschnittpunkt 53 mit dem gleichen Radiusvektor r zu ändern, wobei der Hauptradiusvektor r' durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, mit einer konstanten Vergrößerung erhalten wird, ohne den Ablenkungswinkel θ zu variieren. Diese Struktur ermöglicht es, eine Störung in der Form der Hauptzellen 12 nur durch das Ändern des Radiusvektors r zu vermeiden, wenn eine Zelldichte der Zellen in dem Wabenstrukturkörper 1 variiert wird.
Ferner wird der Hauptradiusvektor r' des Hauptschnittpunktes r auf der Basis der Funktion bestimmt, welche den Radiusvektor r in den Polarkoordinaten (r, θ) des Basisschnittpunktes 53 verwendet. Es ist daher möglich in einfacher Weise den Hauptradiusvektor r' des Hauptschnittpunktes 13 durch die Funktion zu berechnen, welche den Radiusvektor r in der Polarkoordinate (r, θ) des Basisschnittpunktes 53 verwendet. Außerdem ist es möglich die Zelldichte der Hauptzellen 12 in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 durch das Ändern von solchen Parametern der Funktion zu variieren.
Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Inneren des Abgasrohrs angeordnet. Das Abgasrohr ist mit einer internen Verbrennungsmaschine (nicht näher dargestellt) eines Fahrzeugs (nicht näher dargestellt) verbunden. Das Abgasrohr wird aus dem vorgelagerten Rohr 61, dem angeordneten Rohr 62 und dem nachgelagerten Rohr 63 gebildet. Das Anordnungsrohr 62 ist zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem nachgelagerten Rohr 63 derart angeordnet, dass dieses mit diesen kommuniziert. Insbesondere weist das Anordnungsrohr 62 einen Durchmesser auf, welcher größer als derjenige des vorgelagerten Rohrs 61 ist. Der katalytische Umwandler 6, der in 3 gezeigt ist, ist mit dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgestattet. Der Wabenstrukturkörper 1 ist im Inneren des Anordnungsrohrs 62 angeordnet. Das Abgas, welches von der internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, tritt durch das vorgelagerte Rohr 61 hindurch. Der Katalysator, der in dem Wabenstrukturkörper 1 gelagert ist, reinigt das Abgas, wenn das Abgas durch den katalytischen Umwandler 6 hindurchtritt. Das gereinigte Abgas wird zu dem äußeren durch das nachgelagerte Rohr 63 abgegeben. Insbesondere weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform die innere Struktursektion 3 und die erste Zelldichtevariierungssektion 2 auf. Die innere Struktursektion 3 ist im Inneren in einer Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet. Die Zellen 12, 22, 32 sind mit einer konstanten Zelldichte in der inneren Struktursektion 3 ausgebildet. Die erste Zelldichtevariierungssektion 2 ist außerhalb der inneren Struktursektion 3 ausgebildet. Die Grenzschicht 7, die zwischen der inneren Struktursektion 3 und der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet ist, weist einen Radius R2 (einen Grenzradius R2) auf. Es ist für den Wabenstrukturkörper 1 vorteilhaft, die Beziehung von R1 – δ ≤ R2 ≤ 1,05 R1 zu erfüllen, wobei R1 einen Radius der Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs 61 angibt, δ eine Dicke des Grenzbereichs des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% angibt, wobei dieser zwischen dem vorgelagerten Rohr 61 und dem Abgas ausgebildet ist, wenn das Abgas in das Innere des vorgelagerten Rohrs 61 fließt, und R2 gibt den Grenzradius der Grenzschicht 7 in dem Wabenstrukturkörper 1 an. Es wird angemerkt, dass Rm einen Außenradius des Wabenstrukturkörpers 1 angibt. Diese Struktur ermöglicht es, die erste Zelldichtevariierungssektion 2 in dem Wabenstrukturkörper 1 mit dem optimalen Ort anzuordnen, welcher es dem Abgas erlaubt, mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit den ganzen Zellen bzw. den gesamten Zellen in dem Wabenstrukturkörper 1 zu fließen, während der Einfluss der Form und des Ortes auf das Abgasrohr 60 berücksichtigt wird.
So wie dies vorstehend beschrieben ist, designt und erzeugt das Verfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform den Wabenstrukturkörper 1, welcher es dem Abgas erlaubt, mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit hindurchzutreten, d. h., mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit in den gesamten Zellen des Wabenstrukturkörpers 1 hindurchzutreten, und dieser ist fähig, das Abgas mit einer hohen Effizienz zu reinigen.
Erstes Erkennungsexperiment
6 ist eine Ansicht, welche ein Erkennungsexperiment mit Bezug auf eine Beziehung zwischen einem Abstand, der von dem Mittenpunkt 41 des Wabenstrukturkörpers 1 gemessen wird, und einer Durchflussgeschwindigkeit des Abgases zeigt.
So wie dies in 6 gezeigt ist, erfasste das erste Erkennungsexperiment eine Verteilung einer Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in Testmustern und Vergleichsbeispielen. Jedes der Testmuster wies die gleiche Struktur wie der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform auf. Auf der anderen Seite wies jedes der Vergleichsbeispiele den Wabenstrukturkörper auf, bei welchem die gesamten Zellen die gleiche Zelldichte aufgewiesen haben. D. h., deren Zellen waren mit der gleichen Zelldichte angeordnet. Die Zellen in jedem der Vergleichsbeispiele wiesen die gleiche Zellenform und die gleiche Zelldichte der Zellen in der inneren Struktursektion 3 des Wabenstrukturkörpers 1 auf. Jedes der Testmuster und der Vergleichsbeispiele wies eine axiale Länge von 105 mm parallel zu einer Longitudinalrichtung davon auf.
Bei dem Erkennungsexperiment wurde jedes der Testmuster und der Vergleichsbeispiele in dem Abgasrohr 60 angeordnet (siehe 3). Das Abgasrohr 60 wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung der ersten beispielhaften Ausführungsform erläutert. Abgas mit einer Temperatur von 600°C ist mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 60 g/sek durch das Abgasrohr 60 geflossen. Bei diesem Zeitpunkt wurde die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases an sechs Erfassungspunkten erfasst, d. h., bei 0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm und 50 mm, wobei dieser Abstand in der Radialrichtung von dem Mittenpunkt 14 von jedem Muster gemessen wurde.
6 zeigt einen Graphen der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in jedem Muster. Bei 6 gibt die Vertikalachse einen Abstand an, der von dem Mittenpunkt 14 gemessen wird, und die Horizontalachse gibt die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases an. Die durchgezogene Linie L1 gibt die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in jedem Testmuster an, und die durchgezogene Linie L2 gibt die Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in jedem Vergleichsbeispiel an.
So wie dies klar in 6 zu sehen ist, zeigt die durchgezogene Linie L1, dass ein Unterschied zwischen der maximalen Durchflussgeschwindigkeit und der minimalen Durchflussgeschwindigkeit bei jedem Testmuster geringer ist, als die von jedem Vergleichsbeispiel. Dies bedeutet, dass die Testmuster mit der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung es dem Abgas erlauben, mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit in den gesamten Zellen zu fließen, so wie dies mit den Vergleichsmustern vergleichend dargestellt werden kann.
Ferner wurde erkannt, dass eine Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in dem Innenbereich innerhalb des Bereichs von nicht mehr als 30 mm klein wird, wobei der Abstand in einer Radialrichtung von dem Mittenpunkt 14 gemessen wird, so wie dies durch die durchgezogene Linie L1 und die durchgezogene Linie L2 gezeigt ist. Es wird ferner erkannt, dass die Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in dem Außenbereich von mehr als 30 mm groß wird, wobei der Abstand von dem Mittenpunkt 14 gemessen wird, so wie dies durch die durchgezogene Linie L1 und die durchgezogene Linie L2 gezeigt ist. Das heißt, dass der Bereich von mehr als 1,05 R1, der von dem Mittenpunkt 14 gemessen wird, in jedem Beispiel bzw. Muster eine große Schwankung der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases aufweist, wobei R1 den Radius der Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs 61 angibt.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Eine Beschreibung der Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird mit Bezug auf die 7 und 8 angegeben werden.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Wabenstrukturkörpers gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt. 8 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines Basisstrukturkörpers zeigt, der in der zweiten beispielhaften Ausführungsform verwendet werden soll.
So wie dies in den 7 und 8 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Struktur auf, welche durch das modifizieren der Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform erhalten wird. Das heißt, dass die gesamten Zellen in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform nur in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet sind.
Der virtuelle Basisstrukturkörper 5, der in 8 gezeigt ist, weist die Basiszellen 52 mit einer hexagonalen röhrenförmigen Form auf, und dieser weist die Basiszellen 52 auf, welche eine Zelldichte von 81 Zellen/cm² aufweisen.
Bei der ersten Zelldichtevariierungssektion 2, die in 7 gezeigt ist, wird der Hauptschnittpunkt 13 durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, welcher den gleichen Radiusvektor r aufweist, mit einem Verstärkungsfaktor bzw. Vergrößerungswert Z erhalten. Der Vergrößerungswert Z wird durch die Funktion vierten Grades erhalten, wie folgt: Z = ar⁴ – br³ + cr² – dr + e.
Weitere Komponenten des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform weisen die gleiche Struktur auf, wie diejenigen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Zum Zweck der Vereinfachung wird eine Erläuterung der identischen Komponenten hierin weggelassen.
Die Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform erlaubt es Abgas mit einer gleichmäßigen Durchflussgeschwindigkeit oder einer gleichförmigen Durchflussgeschwindigkeit in den ganzen Zellen mit einer hohen Effizienz zu fließen, ohne dass ein Unterschied in der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases in den ganzen Zellen anwachst, d. h. ohne eine Variation der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases entlang einer Radialrichtung von dem Mittenpunkt in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1. Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist die gleichen Aktionen und Effekte wie der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform auf.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Eine Beschreibung des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform wird dargelegt werden.
9 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt. 10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers zeigt, der für das Designen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform verwendet werden soll.
So wie dies in 9 und 10 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform eine Struktur auf, die durch das Modifizieren der Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform erhalten wird, die in den 7 und 8 gezeigt ist. Das heißt, dass die erste Zelldichtevariierungssektion 2 in dem gesamten Bereich mit dem Radius Rm ausgebildet ist, welcher von dem Mittenpunkt 14 zu der äußersten Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 gemessen wird. Eine Zelldichte der Zellen, die in der Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet sind, schwankt. Das heißt, dass die erste Zelldichtevariierungssektion 2 über den Bereich oder durch den Bereich des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet ist, und eine Zelldichte aufweist, welche unterschiedlich zu der Zelldichte der Zelldichtevariierungssektion 2 des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterschiedlich ist. Insbesondere weist der virtuelle Basisstrukturkörpers 5, der in 10 gezeigt ist, die Basiszellen 52 mit einer Zelldichte von 46 Zellen/cm² auf. Jede der Basiszellen 52 weist eine hexagonale röhrenförmige Form auf.
Bei der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 wird der Hauptschnittpunkt 13 durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, welcher den gleichen Radiusvektor r aufweist, mit einem Vergrößerungswert Z erhalten. Der Vergrößerungswert Z wird durch die lineare Funktion Z = ar + b erhalten.
Andere Komponenten des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform weisen die gleiche Struktur wie diejenigen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform auf. Die Erläuterung der gleichen Komponenten wird hier zum Zwecke der Vereinfachung weggelassen. Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform weist die gleiche Aktion und Effekte auf, wie der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Eine Beschreibung des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform wird dargelegt werden.
11 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform darstellt. So wie dies in 11 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform eine Struktur auf, welche eine Modifikation der Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform ist, die in den 9 und 10 dargestellt ist. So wie dies in 11 gezeigt ist, weist der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform die erste Zelldichtevariierungssektion 2 und eine zweite Zelldichtevariierungssektion 4 auf. Die zweite Zelldichtevariierungssektion 2 ist radial außerhalb der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet. In anderen Worten ist die erste Zelldichtevariierungssektion 2 radial innerhalb der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 ausgebildet. Die Radialrichtung ist senkrecht zu einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet.
Der virtuelle Basisstrukturkörper 5 des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, weist die gleiche Struktur auf, wie derjenige des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform, die in 10 dargestellt ist.
Bei der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 und der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 wird der Hauptschnittpunkt 13 durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, welcher den gleichen Radiusvektor r aufweist, mit einem Vergrößerungswert Z erhalten. Der Vergrößerungswert Z wird durch die lineare Funktion von Z = ar + b erhalten.
Die zweite Zelldichtevariierungssektion 4, welche radial außerhalb der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet ist, ist zwischen der äußersten Peripherie der ersten Zelldichtevariierungssektion und der äußersten Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 ausgebildet. Die zweite Zelldichtevariierungssektion 4 ist derart ausgebildet, dass diese eine Zelldichte der Hauptzellen 12 von der Mittenpunkt 14-Seite zu der radial nach außen gelegenen Richtung erhöht. Zusätzlich weisen die Hauptzellen 12 in der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 um die äußerste Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 eine konstante Zelldichte auf. Die Hauptzellen 12 weisen eine Form und die Zelldichte auf, welche kleiner als die des virtuellen Basisstrukturkörpers 5 sind.
Andere Komponenten bei dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform weisen die gleiche Struktur auf, wie diejenigen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform. Eine Erläuterung der identischen Komponenten wird hier zum Zweck der Einfachheit weggelassen.
Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform weist die zweite Zelldichtevariierungssektion 4 auf, welche radial außerhalb der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet ist. Die Hauptzellen 12, welche in der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 ausgebildet sind, weisen eine Zelldichte auf, welche sich von dem Mittenpunkt 4 in Richtung der äußersten Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 erhöht.
Diese Struktur ermöglicht es, die Anzahl der Hauptzellwände 11 in der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 zu erhöhen, und die Festigkeit bzw. Stärke des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform zu erhöhen.
Es ist ebenso effektiv, die Dicke von jeder der Hauptzellwände 11 in der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 zu erhöhen, um die Stärke bzw. Festigkeit des Wabenstrukturkörpers 1 zu erhöhen.
Für die Dicke t' von jeder der Hauptzellwände 11 ist es vorzuziehen, die folgende Beziehung von: 1,3 t ≤ t1 zu erfüllen, wobei t eine Dicke von jeder der Hauptzellwände 11 in der inneren Struktursektion 3 und der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 angibt. Diese Struktur ermöglicht es, die Stärke bzw. Festigkeit des Wabenstrukturkörpers 1 zu erhöhen, ohne einen gleichmäßigen bzw. ebenförmigen Durchfluss des Abgases in den Hauptzellen 12 in der zweiten Zelldichtevariierungssektion 4 zu verhindern.
Zusätzlich ist es für die Hauptzellen 12 in einer Schicht innerhalb einer Länge von 4 mm, die radial von der äußersten Peripherie gemessen wird, vorzuziehen, dass diese eine konstante Zelldichte aufweisen. Nachdem eine externe und hohe mechanische Belastung auf die Schicht innerhalb einer Länge von etwa 4 mm, die von der äußersten Peripherie in dem Wabenstrukturkörper 1 gemessen werden, aufgewandt wird, ist es möglich, die Festigkeit des Wabenstrukturkörpers 1 zu erhöhen, wenn die Hauptzellen 12 in dieser Schicht eine konstante Zelldichte aufweisen.
Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform weist die gleiche Aktion und die gleichen Effekte auf, wie dies bei dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Fall ist.
Fünfte beispielhafte Ausführungsform
Eine Beschreibung des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform wird mit Bezug auf die 12 und 13 angegeben.
12 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt. 13 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Struktur des virtuellen Basisstrukturkörpers zeigt, der bei der fünften beispielhaften Ausführungsform verwendet werden soll.
Der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform die in den 12 und 13 gezeigt ist, weist die Zellen 12, 22 und 32 auf, welche in ihrer Form zu den Zellen 12, 22 und 32 unterschiedlich sind, die bei dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform verwendet werden, die in den 9 und 10 gezeigt ist. Das heißt, dass der Wabenstrukturkörper 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform nur die erste Zelldichtevariierungssektion 2 aufweist. In anderen Worten sind die gesamten Zellen 12 in der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 ausgebildet, d. h., quer über den Bereich bzw. die Fläche, welche den Radius Rm aufweist, der von dem Mittenpunkt 14 zu der äußersten Peripherie des Wabenstrukturkörpers 1 gemessen wird. Insbesondere weist der virtuelle Basisstrukturkörper 5 die Hauptzellen 12 auf, welche eine röhrenförmige quadratische Form aufweisen, wobei die Hauptzellen 12 eine Zelldichte von 93 Zellen/cm² aufweisen.
Bei der ersten Zelldichtevariierungssektion 2 wird der Hauptschnittpunkt 13 durch das Multiplizieren des Radiusvektors r, der durch den Basisschnittpunkt 53 verwendet wird, welcher den gleichen Radiusvektor r aufweist, mit einem Vergrößerungswert Z erhalten. Der Vergrößerungswert Z wird durch eine kubische Funktion erhalten, wie folgt: Z = ar³ – br² + cr – d.
Andere Komponenten in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform weisen die gleiche Struktur auf, wie diejenigen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die Erläuterung der gleichen Komponenten wird hier zum Zweck der Einfachheit weggelassen.
Während spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, so wird der Fachmann verschiedene Modifikationen und Alternativen in Bezug auf diejenigen Details vornehmen, die im Blick der vorliegenden Offenbarung naheliegend erscheinen. Entsprechend dienen die speziellen Anordnungen, die offenbart sind, nur dem Zwecke der Illustration, und diese beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nur durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-18370 [0003]

Claims

Verfahren zum Designen eines Wabenstrukturkörpers (1), welcher eine Mehrzahl von Zellen aufweist, durch welche Abgas hindurchtritt, wobei jede der Zellen eine röhrenförmige Form aufweist und durch Zellwände umgeben ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden eines virtuellen Basisstrukturkörpers (5), welcher eine Mehrzahl von Basiszellwänden (51) und eine Mehrzahl von Basiszellen (52) aufweist, die durch die Basiszellwände (51) so umgeben werden, dass der virtuelle Basisstrukturkörper (5) eine gleichmäßige Zelldichte pro Flächeneinheit in einem Querschnitt aufweist, welcher senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) angeordnet ist, wo die Zelldichte die Anzahl der Basiszellen (52) pro Flächeneinheit angibt, wobei, während eine Polarkoordinate (r, θ) einen jeden Basisschnittpunkt (53) angibt, bei denen sich die Basiszellwände (51) einander schneiden, wenn dies aus der Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) betrachtet wird, und während die Polarkoordinate (r, θ) unter Verwendung eines Ablenkungswinkels (θ) und eines Radiusvektors (r) bezeichnet ist, der von einem Mittenpunkt (14) des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) gemessen wird: Ausbilden von Hauptschnittpunkten (13) auf einer Polarkoordinate (r', θ) welche einen Hauptradiusvektor (r') und den Ablenkungswinkel (θ) aufweist, wobei der Hauptradiusvektor (r') durch das Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit einer konstanten Vergrößerung erhalten wird, ohne dabei den Ablenkungswinkel (θ) in den Basisschnittpunkten (53) mit dem gleichen Radiusvektor (r) zu variieren; und Ausbilden einer Mehrzahl von Hauptzellwänden (11, 21, 31) mit denen die Hauptschnittpunkte (13) entsprechend den Basisschnittpunkten (53) miteinander verbunden sind, um eine Mehrzahl von Hauptzellen (12, 22, 23), die durch die Hauptzellwände (11, 21, 31) umgeben sind, und eine erste Zelldichtevariierungssektion 2 auszubilden, welche in zumindest einem Teil der Hauptzellen (12, 22 und 23) ausgebildet ist, wo eine Zelldichte der Hauptzellen (12, 22, 23) in der ersten Zelldichtevariierungssektion (2) von dem Mittenpunkt (14) in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers (1) reduziert wird.
Verfahren zum Designen des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß Anspruch 1, wobei der Hauptradiusvektor (r') der Hauptschnittpunkte (13) in der Polarkoordinate (r', θ) durch eine Funktion unter Verwendung des Radiusvektors (r) der Basisschnittpunkte (53) in der Polarkoordinate (r, θ) bestimmt wird.
Verfahren zum Designen des Wabenstrukturkörpers (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren den Wabenstrukturkörper derart designt, dass dieser eine Beziehung von R1 – δ ≤ R2 ≤ 1,05 R1 erfüllt, wo ein Abgasrohr (60) ein vorgelagertes Rohr (61), ein Anordnungsrohr (62) und ein nachgelagertes Rohr (63) aufweist, wobei der Wabenstrukturkörper (11) in dem Anordnungsrohr (62) angeordnet ist, wobei R1 einen Radius einer Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs (61) angibt, wobei δ eine Dicke des Grenzbereichs des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% angibt, wobei dieser zwischen dem vorgelagerten Rohr (61) und dem Abgas ausgebildet ist, wenn das Abgas in dem Inneren des vorgelagerten Rohrs (61) fließt, und wobei R2 einen Grenzradius einer Grenzschicht (7) angibt, wobei das Anordnungsroh (62) einen Durchmesser aufweist, welcher größer als derjenige des vorgelagerten Rohrs (61) ist, wobei der Wabenstrukturkörper (11) die innere Struktursektion (3) und die erste Zelldichtevariierungssektion aufweist, wobei die innere Struktursektion (3) eine konstante Zelldichte aufweist und im Inneren in einer Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers (1) ausgebildet ist, wobei die Zelldichtevariierungssektion (2) außerhalb der inneren Struktursektion in der Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers (1) ausgebildet ist, und wobei die Grenzschicht (7) zwischen der inneren Struktursektion (3) und der ersten Zelldichtevariierungssektion (2) ausgebildet ist.
Verfahren zum Designen des Wabenstrukturkörpers (1) gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei das Verfahren ferner einen Schiff zum Erstellen einer zweiten Zelldichtevariierungssektion (4) aufweist, in welcher sich die Zelldichte der Hauptzellen (12, 22, 32) in einer Richtung von dem Mittenpunkt (14) zu der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers (1) erhöht.
Wabenstrukturkörpers 1, aufweisend: eine Mehrzahl von Zellen (12, 22, 32) mit einer röhrenförmigen Form, durch welche Abgas hindurchtritt, und eine Mehrzahl von Zellwänden (11, 21, 31), mit denen jede der Zellen (12, 22, 32) ausgebildet werden, wobei ein virtueller Basisstrukturkörper (5) ausgebildet ist, welcher einen Mehrzahl von Basiszellwänden (51) und eine Mehrzahl von Basiszellen (52) aufweist, die durch die Basiszellwände (51) so umgeben sind, dass der virtuelle Basisstrukturkörper (5) eine gleichmäßige Zelldichte pro Flächeneinheit in einem Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt senkrecht zu einer Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) ausgebildet ist, wo die Zelldichte die Anzahl der Basiszellen (52) pro Flächeneinheit angibt, wenn eine Polarkoordinate (r, θ) jedem der Basisschnittpunkte (53) angibt, bei welchen sich die Basiszellwände (51) einander schneiden, wenn dies aus der Axialrichtung des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) betrachtet wird, und wenn die Polarkoordinate (r, θ) unter Verwendung eines Ablenkungswinkels (θ) und eines Radiusvektors (r) bezeichnet wird, der von einem Mittenpunkt (14) des virtuellen Basisstrukturkörpers (5) gemessen wird, Hauptschnittpunkte auf einer Polarkoordinate (r', θ) unter Verwendung eines Hauptradiusvektors (r') und des Ablenkungswinkels (θ) ausgebildet werden, wo der Hauptradiusvektor (r') durch das Multiplizieren des Radiusvektors (r) mit einer konstanten Vergrößerung erhalten wird, ohne dabei den Ablenkungswinkel (θ) in den Basisschnittpunkten (53) mit dem gleichen Radiusvektor (r) zu variieren, und eine Mehrzahl von Hauptzellwänden (11, 21, 31) ausgebildet wird, mit denen die Hauptschnittpunkte (13) entsprechend den Basisschnittpunkten (53) miteinander verbunden sind, um eine Mehrzahl von Hauptzellen (12, 22, 23) auszubilden, die durch die Hauptzellwände (11, 21, 31) umgeben sind, und wobei eine erste Zelldichtevariierungssektion (2) in zumindest einem Teil der Hauptzellen (12, 22 und 23) ausgebildet sind, wo eine Zelldichte der Hauptzellen (12, 22 und 23) in der ersten Zelldichtevariierungssektion (2) von dem Mittenpunkt (14) in Richtung der äußeren Peripherie des Wabenstrukturkörpers (1) reduziert ist.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Hauptradiusvektor (r') der Hauptschnittpunkte (13) in der Polarkoordinate (r', θ) durch eine Funktion unter Verwendung des Radiusvektors (r) der Basisschnittpunkte (53) in der Polarkoordinate (r, θ) bestimmt wird.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Wabenstrukturkörper eine Beziehung von R1 – δ ≤ R2 ≤ 1,05 R1, wobei ein Abgasrohr (60) ein vorgelagertes Rohr (61), ein Anordnungsrohr (62) und ein nachgelagertes Rohr (63) aufweist, wobei der Wabenstrukturkörper (1) in dem Anordnungsrohr (62) angeordnet ist, wobei R1 eine Radius einer Durchflusspassage des vorgelagerten Rohrs (61) angibt, wobei δ eine Dicke des Grenzbereichs des Abgases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von nicht mehr als 99% angibt, wobei dieser zwischen dem vorgelagerten Rohr (61) und dem Abgas ausgebildet ist, wenn das Abgas in dem Inneren des vorgelagerten Rohrs (61) fließt, und wobei R2 einen Grenzradius einer Grenzschicht (7) angibt, wobei das Anordnungsrohr (62) einen Durchmesser aufweist, welcher größer als derjenige des vorgelagerten Rohrs (61) ist, und wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine innere Struktursektion (3) und die erste Zelldichtevariierungssektion (2) aufweist, und wobei die innere Struktursektion (3) eine konstante Zelldichte aufweist und innerhalb einer Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers (1) ausgebildet ist, wobei die erste Zelldichtevariierungssektion (2) außerhalb der inneren Struktursektion in der Radiusrichtung des Wabenstrukturkörpers (1) ausgebildet ist, und wobei die Grenzschicht (7) zwischen der inneren Struktursektion (3) und der ersten Zelldichtevariierungssektion (2) angeordnet ist.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner aufweisend: eine zweite Zelldichtevariierungssektion (4), bei der sich die Zelldichte der Hauptzellen (12, 22, 32) in einer Richtung von dem Mittenpunkt (14) zu der äußeren Seite der Peripherie des Wabenstrukturkörpers (1) erhöht.