DE102016002708B4

DE102016002708B4 - Wabenfilter

Info

Publication number: DE102016002708B4
Application number: DE102016002708.8A
Authority: DE
Inventors: Tatsuyuki Kuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US20160273426A1; DE102016002708A1; JP2016168582A; US9890673B2; JP6506993B2

Abstract

Wabenfilter, umfassend: ein Wabensubstrat (10), das eine poröse Trennwand (1) umfasst, die mehrere Zellen (2) definiert, die als Fluidkanäle dienen und von einer Zulaufendfläche (11) als eine Endfläche, zu der ein Fluid strömt, zu einer Ablaufendfläche (12) als eine Endfläche, aus der ein Fluid strömt, verlaufen; und einen Verschlussabschnitt (3), der in einem Ende der zulaufseitigen Endfläche (11) und der ablaufseitigen Endfläche (12) in den mehreren Zellen (2) angeordnet ist, wobei ein Teil der mehreren Zellen (2) Einlassverschlusszellen (2b) sind, deren Enden nahe der zulaufseitigen Endfläche (11) des Wabensubstrats (10) durch den Verschlussabschnitt (3) verschlossen sind, und die anderen der mehreren Zellen (2) Auslassverschlusszellen (2a) sind, deren Enden nahe der ablaufseitigen Endfläche (12) des Wabensubstrats (10) durch den Verschlussabschnitt (3) verschlossen sind, wobei im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszellen (2a) größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszellen (2b), wobei die Auslassverschlusszellen (2a) und die Einlassverschlusszellen (2b) abwechselnd und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand (1) im Querschnitt in zwei orthogonalen Richtungen (d1 und d2) getrennt sind, und die Auslassverschlusszellen (2a) kontinuierlich und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand (1) in einer Richtung (d3), in der die Auslassverschlusszellen (2a) bezogen auf zwei orthogonale Richtungen (d1 und d2) im Querschnitt geneigt sind, getrennt sind, wobei, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 300 bis 600°C eines das Wabensubstrat (10) bildenden Materials durch A (× 10–6/°C) angegeben wird, die Vierpunkt-Biegefestigkeit des das Wabensubstrat (10) bildenden Materials durch B (MPa) angegeben wird, die Dicke des dünnsten Abschnitts in einem Abschnitt, der die Auslassverschlusszellen trennt, in der Trennwand durch t (mm) angegeben wird, die Dicke eines Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen (2a) und die Einlassverschlusszellen (2b) trennt, in der Trennwand (1) durch WT (mm) angegeben wird und der Abstand zwischen der Mitte der Auslassverschlusszelle (2a) und der Mitte der Einlassverschlusszelle (2b), die nebeneinander liegen, durch ...

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf JP 2015-051810 , eingereicht am 16. März 2015 beim japanischen Patentamt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter, der Feststoffteilchen (nachstehend als „PM” bezeichnet) in einem aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas entfernt.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor ausgestoßenes Abgas umfasst eine große Menge PM wie Ruß, die hauptsächlich Kohlenstoff enthalten, der die Umwelt verschmutzt. Aus diesem Grund wird in der Regel ein Filter zum Entfernen (Auffangen) der PM an der Abgasanlage eines Dieselmotors oder dergleichen montiert.
Als ein für diesen Zweck verwendeter Filter wird verbreitet ein Wabenfilter verwendet, der aus einem Keramikmaterial gefertigt ist. In der Regel umfasst der Wabenfilter ein Wabensubstrat und einen Verschlussabschnitt. Das Wabensubstrat umfasst eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die von einer Zulaufendfläche als eine Endfläche, in die ein Fluid strömt, zu einer Ablaufendfläche als eine Endfläche, aus der ein Fluid strömt, verläuft. Ist ein Verschlussabschnitt, der ein Ende jeder Zelle verschließt, in jeder Endfläche des Wabensubstrats angeordnet, kann ein Wabenfilter erhalten werden.
Wird ein solcher Wabenfilter zum Entfernen der in einem Abgas enthaltenen PM verwendet, strömt das Abgas aus der Zulaufendfläche des Wabenfilters in die Zelle, deren Ende nahe der Ablaufendfläche verschlossen ist. Anschließend läuft das Abgas durch die poröse Trennwand und strömt in der Zelle, deren Ende an der Zulaufendfläche verschlossen ist. Dann dient die Trennwand, wenn das Abgas durch die poröse Trennwand läuft, als eine Filterschicht, und die PM in dem Abgas werden von der Trennwand aufgefangen, so dass sich die PM auf der Trennwand ansammeln. So strömt das Abgas, aus dem die PM entfernt wurden, aus der Ablaufendfläche heraus.
In den vergangenen Jahren wurde als einer der Wabenfilter ein Wabenfilter vorgeschlagen, bei dem die Querschnittsfläche einer abgaszulaufseitigen Zelle größer ist als die Querschnittsfläche einer abgasablaufseitigen Zelle (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2). Der Wabenfilter mit einer solchen Struktur hat den Vorteil, dass das Problem, dass die abgaszulaufseitige Zelle (die Zelle, deren Ende an der Ablaufendfläche verschlossen ist) durch die auf der Trennwand angesammelten PM blockiert wird, unterdrückt wird.
Ferner wird zur Unterdrückung eines Brechens wie eines durch thermische Beanspruchung verursachten Risses in einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche des Wabenfilters bei der Regeneration des Wabenfilters ein Wabenfilter vorgeschlagen, bei dem ein schwacher Abschnitt verdichtet ist (siehe beispielsweise Patentdokument 3). Damit der Wabenfilter kontinuierlich über einen langen Zeitraum verwendet werden kann, muss der Filter regelmäßig regeneriert werden. Das heißt, um die Filterleistung wieder in ihren Ausgangszustand zu bringen, indem der Druckabfall, der durch die Ansammlung der PM in dem Wabenfilter mit der Zeit angestiegen ist, verringert wird, müssen die in dem Filter angesammelten PM verbrannt und entfernt werden. Während der Regeneration des Filters werden die in dem Filter angesammelten PM nach und nach von der zulaufseitigen Endfläche aus verbrannt. Aus diesem Grund steigt in dem Abschnitt nahe der ablaufseitigen Endfläche die Temperatur, verursacht durch die an der Stirnseite (der stromaufwärtigen Seite) erzeugten Wärme und die durch die Verbrennung der PM an diesem Abschnitt erzeugte Wärme, abrupt. Daher entsteht das Problem, dass die Temperatur in jedem Abschnitt des Filters nicht gleichmäßig steigt und es aufgrund der thermischen Beanspruchung leicht zu einem Brechen wie einem Riss in einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche des Wabenfilters kommt. Bei dem in Patentdokument 3 vorgeschlagenen Wabenfilter erhöhen sich die Wärmekapazität und die Wärmeübertragungseffizienz in einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche durch Verdichtung des Abschnitts. Im Ergebnis wird eine Erhöhung der Temperatur in einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche während der Regeneration der Filters unterbunden, und daher kommt es in diesem Abschnitt kaum zu einem Brechen, verursacht durch die thermische Beanspruchung.
Das Patentdokument 4 beschreibt einen Wabenfilter mit einer Vielzahl von Zellen und porösen Trennwänden. Die Vielzahl von Zellen beinhalten Abgaseinlasszellen und Abgasauslasszellen. Die Abgaseinlasszellen beinhalten erste und zweite Abgaseinlasszellen, wobei die zweiten Abgaseinlasszellen in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Vielzahl von Zellen jeweils eine Querschnittsfläche aufweisen, die größer ist als die Querschnittsfläche der ersten Abgaseinlasszellen. Jede der Abgasauslasszellen hat im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Vielzahl von Zellen eine Querschnittsfläche, die gleich oder größer ist als die Querschnittsfläche jeder der zweiten Abgaseinlasszellen.
[Patentdokument 1] JP 4 471 622 B2
[Patentdokument 2] WO 2008/117 559 A1
[Patentdokument 3] WO 2008/078 799 A1
[Patentdokument 4] US 2015/0 037 221 A1
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Übrigen musste entsprechend einer verschärften Abgasregelung in den vergangenen Jahren ein SCR-Katalysator zum Reinigen von Stickoxid (NOx) in einem Abgas auf einen Wabenfilter geladen werden. Ferner kennzeichnet „SCR” im Wesentlichen „selektive katalytische Reduktion”, und der „SCR-Katalysator” kennzeichnet einen Katalysator (einen Katalysator mit selektiver Reduktion), der ein angestrebtes Reinigungselement durch eine Reduktionsreaktion reduziert. Ferner kann zur Verbesserung der Filterregenerationseffizienz ein Oxidationskatalysator zur Förderung der Verbrennung von PM auf den Wabenfilter geladen werden.
Auf diese Weise muss beim Laden eines Katalysators auf den Wabenfilter die Porosität des Wabensubstrats erhöht oder die Trennwand dünner gemacht werden, um eine durch den geladenen Katalysator verursachte Erhöhung des Druckabfalls zu unterbinden. Im Ergebnis verringert sich die Wärmeschockbeständigkeit des Wabenfilters. Aus diesem Grund kommt es bei einer plötzlichen Temperaturveränderung in dem Wabenfilter, auf den der Katalysator geladen worden ist, während der Regeneration der Filters zu dem Problem, dass es leicht zu einem Brechen wie einem Riss in einem Abschnitt nahe der Zulaufendfläche sowie einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche kommt.
Die vorliegende Erfindung entstand zur Lösung der Probleme des Standes der Technik. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Wabenfilters, mit dem ein Brechen wie ein durch thermische Beanspruchung verursachter Riss in einem Abschnitt nahe einer Zulaufendfläche sowie einem Abschnitt nahe einer Ablaufendfläche verhindert werden kann, indem er eine hohe Wärmeschockbeständigkeit zeigt, selbst wenn die Porosität des Wabensubstrats erhöht oder die Trennwand dünner gemacht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der nachstehende Wabenfilter bereitgestellt.

[1] Ein Wabenfilter umfasst: ein Wabensubstrat, das eine poröse Trennwand umfasst, die mehrere Zellen definiert, die als Fluidkanäle dienen und von einer Zulaufendfläche als eine Endfläche, zu der ein Fluid strömt, zu einer Ablaufendfläche als eine Endfläche, aus der ein Fluid strömt, verlaufen; und einen Verschlussabschnitt, der in einem Ende der zulaufseitigen Endfläche und der ablaufseitigen Endfläche in den mehreren Zellen angeordnet ist, wobei ein Teil der mehreren Zellen Einlassverschlusszellen sind, deren Enden nahe der zulaufseitigen Endfläche des Wabensubstrats durch den Verschlussabschnitt verschlossen sind, und die anderen der mehreren Zellen Auslassverschlusszellen sind, deren Enden nahe der ablaufseitigen Endfläche des Wabensubstrats durch den Verschlussabschnitt verschlossen sind, wobei im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszellen größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszellen, wobei die Auslassverschlusszellen und die Einlassverschlusszellen abwechselnd und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand im Querschnitt in zwei orthogonalen Richtungen getrennt sind, und die Auslassverschlusszellen kontinuierlich und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand in einer Richtung, in der die Auslassverschlusszellen bezogen auf zwei orthogonale Richtungen im Querschnitt geneigt sind, getrennt sind, wobei, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 300 bis 600°C eines das Wabensubstrat bildenden Materials durch A (× 10^–6/°C) angegeben wird, die Vierpunkt-Biegefestigkeit des das Wabensubstrat bildenden Materials durch B (MPa) angegeben wird, die Dicke des dünnsten Abschnitts in einem Abschnitt, der die Auslassverschlusszellen trennt, in der Trennwand durch t (mm) angegeben wird, die Dicke eines Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen und die Einlassverschlusszellen trennt, in der Trennwand durch WT (mm) angegeben wird und der Abstand zwischen der Mitte der Auslassverschlusszelle und der Mitte der Einlassverschlusszelle, die nebeneinander liegen, durch CP (mm) angegeben wird, die Beziehung der folgenden Gleichung (1) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,160 ≥ t/CP ≥ 0,163 × A/B + 0,105.
[2] Der Wabenfilter gemäß [1] oben, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (2) erfüllt ist t/CP ≥ 0,145 × A/B + 0,160.
[3] Der Wabenfilter gemäß [1] oder [2] oben, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (3) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,132 ≥ t/CP.
[4] Der Wabenfilter gemäß [1] oder [2] oben, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (4) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,104 ≥ t/CP.
[5] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [4] oben, wobei das Wabensubstrat durch monolithisches Verbinden mehrerer Segmente mit einer Wabenstruktur erhalten wird.
[6] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [5] oben, wobei das das Wabensubstrat bildende Material Keramik aus zumindest einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, ist.
[7] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [6] oben, wobei der Abschnitt, der die Auslassverschlusszellen trennt, in der Trennwand eine nicht einheitliche Dicke hat.
[8] Der Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [7] oben, wobei ein Abgasreinigungskatalysator auf die Trennwand geladen ist.

Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung erfüllt die vorbestimmte Beziehung hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten des das Wabensubstrat bildenden Materials, der Vierpunkt-Biegefestigkeit des das Wabensubstrat bildenden Materials, der Dicke eines vorbestimmten Abschnitts der Trennwand und des Abstands zwischen den vorbestimmten Zellen. Da eine solche Beziehung erfüllt ist, zeigt der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung eine hohe Wärmeschockbeständigkeit, selbst wenn die Porosität des Wabensubstrats erhöht oder die Trennwand dünner gemacht wird. Aus diesem Grund kommt es bei einer plötzlichen Temperaturveränderung in dem Wabenfilter der vorliegenden Erfindung während der Regeneration des Filters kaum zu einem Brechen wie einem Riss in einem Abschnitt nahe der Zulaufendfläche sowie einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche des Wabensubstrats. Ferner erhöht sich selbst bei einer Ansammlung von PM wie Ruß in dem Wabenfilter der vorliegenden Erfindung der Druckabfall kaum, und der durch die Ansammlung der PM verursachte Einfluss auf die Motorleistung ist gering. Aus diesem Grund kann der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung geeignet als ein Filter wie ein DPF zur Reinigung eines Abgases, das eine große Menge an PM enthält, verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Zulaufendfläche eines Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Ablaufendfläche des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung einer Zelle des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zur Verlaufsrichtung der Zelle des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung einer Zelle eines Wabensubstrats eines Wabenfilters gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen t/CP und A/B für die Rissbeständigkeit basierend auf den Bewertungsergebnissen für die Rissbeständigkeit der Beispiele 1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 14 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsformen können basierend auf dem Allgemeinwissen des Fachmanns natürlich entsprechend modifiziert und verbessert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich sind diese Modifikationen und Verbesserungen ebenso im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
(1) Wabenfilter:
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Zulaufendfläche des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Ablaufendfläche des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung einer Zelle des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zur Verlaufsrichtung der Zelle des Wabensubstrats des Wabenfilters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, umfasst ein Wabenfilter 100 ein Wabensubstrat 10 und einen Verschlussabschnitt 3. Das Wabensubstrat 10 umfasst eine poröse Trennwand 1, die mehrere Zellen 2 definiert, die als Fluidkanäle dienen und von einer Zulaufendfläche 11 als eine Endfläche, in die ein Fluid wie ein Abgas strömt, zu einer Ablaufendfläche 12 als eine Endfläche, aus der ein Fluid strömt, verlaufen. Der Verschlussabschnitt 3 ist in einem Ende nahe der Zulaufendfläche 11 oder der Ablaufendfläche 12 der mehreren Zellen 2 angeordnet. Ein Teil der mehreren Zellen 2 sind Einlassverschlusszellen 2b, deren Enden nahe der Zulaufendfläche 11 des Wabensubstrats 10 durch den Verschlussabschnitt 3 verschlossen sind. Ferner sind die anderen der mehreren Zellen 2 Auslassverschlusszellen 2a, deren Enden nahe der Ablaufendfläche 12 des Wabensubstrats 10 durch den Verschlussabschnitt 3 verschlossen sind. Im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszelle 2a größer als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszelle 2b. Die Auslassverschlusszellen 2a und die Einlassverschlusszellen 2b sind abwechselnd so angeordnet, dass sie nebeneinander liegen, während sie von der Trennwand 1 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 in zwei orthogonalen Richtungen (Richtungen d1 und d2) getrennt werden. Ferner sind die Auslassverschlusszellen 2a kontinuierlich so angeordnet, dass die Auslassverschlusszellen 2a nebeneinander liegen, während sie von der Trennwand 1 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 in einer Richtung (Richtung d3), die bezogen auf zwei orthogonale Richtungen (Richtungen d1 und d2) geneigt ist, getrennt werden.
Wird der Wabenfilter 100 mit einer solchen Struktur zum Entfernen der in einem Abgas enthaltenen PM verwendet, strömt das Abgas G von der Zulaufendfläche 11 in die Auslassverschlusszelle 2a, durchquert die poröse Trennwand 1 und bewegt sich in die Einlassverschlusszelle 2b. Wenn dann das Abgas G die poröse Trennwand 1 durchquert, agiert die Trennwand 1 als eine Filterschicht. Folglich werden die PM in dem Abgas G von der Trennwand 1 aufgefangen und sammeln sich auf der Trennwand 1 an. So strömt das Abgas G, aus dem die PM entfernt wurden, aus der Ablaufendfläche 12 heraus. Ferner ist der Wabenfilter 100 so ausgebildet, dass im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszelle 2a größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszelle 2b. Aus diesem Grund kann der Wabenfilter 100 das Problem, dass die Auslassverschlusszellen 2a von den auf der Trennwand 1 angesammelten PM blockiert werden, unterbinden.
Der Wabenfilter 100 weist die oben beschriebene Struktur auf und erfüllt die Beziehung der folgenden Gleichung (1). In der folgenden Gleichung (1) kennzeichnet „A” den Wärmeausdehnungskoeffizienten (Einheit: × 10^–6/°C) bei einer Temperatur von 300 bis 600°C des das Wabensubstrat 10 bildenden Materials. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wird gemäß JIS R 1618 gemessen. „B” kennzeichnet die Vierpunkt-Biegefestigkeit (Einheit: MPa) des das Wabensubstrat 10 bildenden Materials. Die Vierpunkt-Biegefestigkeit wird gemäß JIS R1601 durch einen „Biegetest” gemessen. „t” kennzeichnet die Dicke (Einheit: mm) des dünnsten Abschnitts des Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen 2a trennt, in der Trennwand 1 (siehe 4). „WT” kennzeichnet die Dicke (Einheit: mm) des Abschnitts, der die Auslassverschlusszelle 2a und die Einlassverschlusszelle 2b trennt, in der Trennwand 1 (siehe 4). „CP” kennzeichnet den Abstand (Einheit: mm) zwischen der Mitte der Auslassverschlusszelle 2a und der Mitte der Einlassverschlusszelle 2b, die nebeneinander liegen (siehe 4). Ferner ist die „Mitte” bei diesem Abstand zwischen den Mitten die Mitte des maximalen Kreises, der in der Zelle 2 enthalten ist, im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2.
Gleichung (1):

0,714 × WT + 0,160 ≥ t/CP ≥ 0,163 × A/B + 0,105

Die betreffenden Erfinder haben die Wärmeschockbeständigkeit in den Wabenfiltern untersucht, bei denen die Werte für A, B, t, WT und CP verschieden verändert wurden. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass eine hohe Wärmeschockbeständigkeit erhalten wurde, selbst wenn die Porosität des Wabensubstrats 10 um etwa 40 bis 70% erhöht wurde oder die Dicke der Trennwand 1 um etwa 0,1 bis 0,3 mm verringert wurde, wenn die Beziehung t/CP ≥ 0,163 × A/B + 0,105 erfüllt war. Ferner wurde festgestellt, dass sich der Druckabfall nicht so leicht erhöhte und der durch die Ansammlung von PM verursachte Einfluss auf die Motorleistung gering war, selbst wenn sich PM wie Ruß auf dem Wabenfilter angesammelt hatten, wenn die Beziehung 0,714 × WT + 0,160 ≥ t/CP erfüllt war. Wenn ferner der Wert von t/CP kleiner ist als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,163 × A/B + 0,105, wird nicht so leicht eine hohe Wärmeschockbeständigkeit erhalten, wenn die Porosität des Wabensubstrats 10 um etwa 40 bis 70% erhöht oder die Dicke der Trennwand 1 um etwa 0,1 bis 0,3 mm verringert wird. Wenn ferner der Wert von t/CP größer ist als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,160, erhöht sich der Druckabfall, der erhalten wird, wenn sich PM wie Ruß auf dem Wabenfilter ansammeln, stark, und der durch die Ansammlung der PM verursachte Einfluss auf die Motorleistung erhöht sich.
Bevorzugt erfüllt der Wabenfilter 100 die Beziehung der folgenden Gleichung (2). Ist eine solche Beziehung erfüllt, zeigt der Wabenfilter 100 eine höhere Wärmeschockbeständigkeit.
Gleichung (2):

t/CP ≥ 0,145 × A/B + 0,160

Ferner erfüllt der Wabenfilter 100 bevorzugt die Beziehung der folgenden Gleichung (3). Hierbei erfüllt der Wabenfilter 100 stärker bevorzugt die Beziehung der folgenden Gleichung (4). Ist diese Beziehung erfüllt, kann eine Erhöhung des Druckabfalls bei der Ansammlung von PM wie Ruß auf dem Wabenfilter 100 noch wirksamer unterbunden werden.
Gleichung (3):

0,714 × WT + 0,132 ≥ t/CP

Gleichung (4):

0,714 × WT + 0,104 ≥ t/CP

Da A, B, t, WT und CP eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, zeigt so der Wabenfilter 100 eine hohe Wärmeschockbeständigkeit, selbst wenn die Porosität des Wabensubstrats 10 erhöht oder die Trennwand 1 dünner gemacht wird. Aus diesem Grund kommt es bei einer plötzlichen Temperaturveränderung während der Regeneration des Filters kaum zu einem Brechen wie einem Riss in einem Abschnitt nahe der Zulaufendfläche 11 sowie einem Abschnitt nahe der Ablaufendfläche 12 des Wabensubstrats 10. Da sich ferner der Druckabfall nicht so leicht erhöht und der durch die Ansammlung von PM verursachte Einfluss auf die Motorleistung selbst bei einer Ansammlung von PM wie Ruß in dem Filter gering ist, kann der Wabenfilter geeignet als ein Filter wie ein DPF verwendet werden, der ein Abgas, das eine große Menge PM enthält, reinigt.
Ferner ist in der in 4 gezeigten Ausführungsform die Dicke des Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen 2a trennt, in der Trennwand 1 einheitlich. Alternativ kann die Dicke des Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen 2a trennt, der Trennwand 1 auch nicht einheitlich sein, wie in einer anderen in 6 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Erfindung beträgt der Wert A bevorzugt 1,0 bis 7,0 (× 10^–6/°C), stärker bevorzugt 3,0 bis 6,0 (× 10^–6/°C) und besonders bevorzugt 3,5 bis 5,5 (× 10^–6/°C). Wird der Wert A in diesem Bereich festgelegt, kann leicht der Wabenfilter 100, der die Beziehungen der obigen Gleichungen (1) bis (4) erfüllt, erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung beträgt der Wert B bevorzugt 1 bis 60 (MPa), stärker bevorzugt 2 bis 50 (MPa) und besonders bevorzugt 5 bis 45 (MPa). Wird der Wert B in diesem Bereich festgelegt, kann leicht der Wabenfilter 100, der die Beziehungen der obigen Gleichungen (1) bis (4) erfüllt, erhalten werden.
In der Erfindung beträgt der Wert t bevorzugt 0,15 bis 0,60 (mm), stärker bevorzugt 0,20 bis 0,55 (mm) und besonders bevorzugt 0,22 bis 0,50 (mm). Wird der Wert t in diesem Bereich festgelegt, kann leicht der Wabenfilter 100, der die Beziehungen der obigen Gleichungen (1) bis (4) erfüllt, erhalten werden.
In der Erfindung beträgt der Wert WT bevorzugt 0,1 bis 0,5 (mm), stärker bevorzugt 0,1 bis 0,4 (mm) und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 (mm). Wird der Wert WT in diesem Bereich festgelegt, kann leicht der Wabenfilter 100, der die Beziehungen der obigen Gleichungen (1) bis (4) erfüllt, erhalten werden.
In der Erfindung beträgt der Wert CP bevorzugt 1,0 bis 3,0 (mm), stärker bevorzugt 1,1 bis 1,8 (mm) und besonders bevorzugt 1,2 bis 1,5 (mm). Wird der Wert CP in diesem Bereich festgelegt, kann leicht der Wabenfilter 100, der die Beziehungen der obigen Gleichungen (1) bis (4) erfüllt, erhalten werden.
Die Porosität des Wabensubstrats 10 beträgt bevorzugt 30 bis 80%, stärker bevorzugt 35 bis 75% und besonders bevorzugt 40 bis 70%. Der Wabenfilter 100 zeigt eine hohe Wärmeschockbeständigkeit, selbst wenn das Wabensubstrat 10 eine hohe Porosität hat. Wenn ferner das Wabensubstrat 10 eine hohe Porosität hat, kann der Druckabfall derart unterbunden werden, dass die Motorleistung unbeeinflusst bleibt, selbst wenn der Katalysator geladen wird. Ferner ist die „Porosität” ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Der durchschnittliche Porendurchmesser des Wabensubstrats 10 beträgt bevorzugt 5 bis 35 μm, stärker bevorzugt 10 bis 30 μm und besonders bevorzugt 15 bis 25 μm. Wird der durchschnittliche Porendurchmesser des Wabensubstrats 10 in diesem Bereich festgelegt, kommt ein Abgas beim Laden des Katalysators leicht mit dem auf die Innenfläche der Pore der Trennwand 1 geladenen Katalysator in Kontakt, und so wird die Abgasreinigungseffizienz unter Verwendung des Katalysators verbessert. Ferner ist der hierin erwähnte „durchschnittliche Porendurchmesser” ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Als das das Wabensubstrat 10 bildende Material ist Keramik bevorzugt. Im Besonderen ist zumindest eine Keramik, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, hinsichtlich einer hervorragenden Festigkeit und einer hervorragenden Wärmebeständigkeit bevorzugt.
Als das den Verschlussabschnitt 3 bildende Material wird bevorzugt ein Material ähnlich dem das Wabensubstrat 10 bildenden Material verwendet, da die Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Verschlussabschnitt 3 und dem Wabensubstrat 10 gering ist.
Die Form (äußere Form) des Wabensubstrats 10 ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können eine runde Säulenform oder eine polygonale Säulenform oder dergleichen, deren Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine ovale Form, eine Rennstreckenform, eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine fünfeckige Form, eine sechseckige Form und eine achteckige Form oder dergleichen hat, als Beispiele genannt werden.
Ferner sind die Querschnittsformen der Auslassverschlusszelle 2a und der Einlassverschlusszelle 2b im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 nicht besonders eingeschränkt. Wie beispielsweise in 4 gezeigt, kann die Querschnittsform der Auslassverschlusszelle 2a achteckig ausgebildet sein, und die Querschnittsform der Einlassverschlusszelle 2b kann viereckig ausgebildet sein. Ferner kann die Auslassverschlusszelle 2a oder die Eilassverschlusszelle 2b so ausgebildet sein, dass die Querschnittsform polygonal mit einem Eckabschnitt ausgebildet ist oder der Eckabschnitt R-förmig oder umgekehrt R-förmig abgerundet ist.
Ferner kann das den Wabenfilter 100 bildende Wabensubstrat 10 ein Wabensubstrat mit einer Segmentstruktur (nicht gezeigt) sein, bei dem mehrere Wabensegmente monolithisch verbunden sind. Das Wabensegment umfasst eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die als Fluidkanäle dienen, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen, und eine Außenwand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwand umgibt. Werden die mehreren Wabensegmente monolithisch so verbunden, dass die in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung einander zugewandten Seiten vereinigt und mit einem Bindematerial verbunden sind, kann ein Wabensubstrat mit einer Segmentstruktur erhalten werden. Ferner können die mehreren Wabensegmente monolithisch miteinander verbunden werden, und ihre Außenumfänge können geschliffen werden, so dass dem Wabensubstrat eine vorbestimmte Form wie eine runde Säulenform gegeben wird. Ferner kann in diesem Fall ein Beschichtungsmaterial so auf eine geschliffene Fläche (bearbeitete Fläche) aufgebracht werden, dass eine Außenumfangsdeckschicht gebildet wird.
Als das Bindematerial wird eine Aufschlämmung verwendet, die derart erhalten wird, dass ein Additiv wie ein organisches Bindemittel, ein aufschäumbares Harz und ein Dispersionsmittel oder dergleichen einem anorganischen Rohmaterial wie einer anorganischen Faser, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton und SiC-Teilchen oder dergleichen zugegeben wird, hierzu Wasser gegeben wird und das Ergebnis geknetet wird. Als das Beschichtungsmaterial wird bevorzugt ein Material ähnlich dem das Wabensubstrat bildenden Material verwendet.
In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein Abgasreinigungskatalysator auf die Trennwand 1 geladen. Der auf die Trennwand 1 geladene Katalysator ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können als Beispiele ein SCR-Katalysator zur Reinigung von Stickoxid (NOx) in einem Abgas oder ein Oxidationskatalysator zur Förderung der Verbrennung der auf der Trennwand 1 angesammelten PM während der Regeneration des Filters genannt werden. Als der Oxidationskatalysator kann beispielsweise ein Katalysator verwendet werden, der ein Edelmetall wie Pt, Pd und Rh oder dergleichen durch Teilchen, gebildet aus wärmebeständigem anorganischem Oxid, lädt. Als der SCR-Katalysator kann beispielsweise ein Katalysator verwendet werden, der hauptsächlich zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vanadium, Titandioxid und Zeolith, die einen Metallaustausch durch ein Metall wie Fe und Cu oder dergleichen verursachen, umfasst.
Die Katalysatorlademenge ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise beträgt die Katalysatorlademenge pro Volumeneinheit in dem Wabensubstrat 10 bevorzugt 50 bis 250 g/l, stärker bevorzugt 50 bis 200 g/l und besonders bevorzugt 50 bis 150 g/l. Beträgt die Katalysatorlademenge weniger als 50 g/l, zeigt sich unter Verwendung des Katalysators keine ausreichende Reinigungsleistung. Übersteigt ferner die Katalysatorlademenge 250 g/l, erhöht sich der Druckabfall zu stark.
(2) Verfahren zur Herstellung des Wabenfilters:
Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird ein Formungsrohmaterial, das ein keramisches Rohmaterial enthält, hergestellt. Als das keramische Rohmaterial ist zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, einem Cordierit-bildenden Rohmaterial, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, bevorzugt. Ferner kennzeichnet das Cordierit-bildende Rohmaterial ein Rohmaterial, das durch Brennen zu Cordierit wird. Im Speziellen kennzeichnet das Cordierit-bildende Rohmaterial ein Rohmaterial, das gemäß einer chemischen Zusammensetzung, in der das Masseverhältnis von Siliciumdioxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 42 bis 56 Masse-% beträgt, das Masseverhältnis von Aluminiumoxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 30 bis 45 Masse-% beträgt und das Masseverhältnis von Magnesiumoxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 12 bis 16 Masse-% beträgt, geknetet wurde.
Bevorzugt wird das Formungsrohmaterial durch Mischen eines Dispersionsmediums, eines Sinteradditivs, eines organischen Bindemittels, eines oberflächenaktiven Mittels und eines Porenbildners oder dergleichen mit dem keramischen Rohmaterial hergestellt.
Als das Dispersionsmedium wird bevorzugt Wasser verwendet. Der Gehalt des Dispersionsmediums wird geeignet so eingestellt, dass eine Härte erhalten wird, in der das geknetete Material, erhalten durch Kneten des Formungsrohmaterials, ohne weiteres geformt werden kann. Als der Gehalt des speziellen Dispersionsmediums beträgt das Masseverhältnis des Dispersionsmediums zu 100 Masse-% des Formungsrohmaterials bevorzugt 20 bis 80 Masse-%.
Als das Sinteradditiv kann beispielsweise Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Strontiumoxid oder dergleichen verwendet werden. Als der Gehalt des Sinteradditivs beträgt das Masseverhältnis des Sinteradditivs zu 100 Masse-% des Formungsrohmaterials bevorzugt 0,1 bis 0,3 Masse-%.
Als das organische Bindemittel können beispielsweise Methylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol oder dergleichen genannt werden. Von diesen wird bevorzugt eine Kombination aus Methylcellulose und Hydroxypropoxylcellulose verwendet. Das Masseverhältnis des Bindemittels zu 100 Masse-% des Formungsrohmaterials beträgt bevorzugt 2 bis 10 Masse-%.
Als das oberflächenaktive Mittel können Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife und Polyalkohol oder dergleichen verwendet werden. Diese Beispiele können allein oder als eine Kombination aus zwei oder mehr Beispielen verwendet werden. Das Masseverhältnis des oberflächenaktiven Mittels zu 100 Masse-% des Formungsrohmaterials beträgt bevorzugt 2 Masse-% oder weniger.
Der Porenbildner ist nicht besonders eingeschränkt, solange durch Brennen eine Pore gebildet wird. Als Beispiele können Graphit, Stärke, aufschäumbares Harz, Hohlharz, wasseraufnehmendes Harz, Kieselgel und dergleichen genannt werden. Das Masseverhältnis des Porenbildners zu 100 Masse-% des Formungsrohmaterials beträgt bevorzugt 10 Masse-% oder weniger.
Als nächstes wird das geknetete Material durch Kneten des Formungsrohmaterials geformt. Das Verfahren zum Formen des gekneteten Materials durch Kneten des Formungsrohmaterials ist nicht besonders eingeschränkt. Als ein Beispiel kann ein Verfahren unter Verwendung eines Kneters und eines Vakuum-Knetwerks oder dergleichen genannt werden.
Anschließend wird der Wabenformkörper durch Formen des erhaltenen gekneteten Materials geformt. Der Wabenformkörper ist ein Formkörper, der eine Trennwand umfasst, die mehrere Zellen definiert, die als Fluidkanäle dienen. Das Verfahren zur Formung des Wabenformkörpers durch Formen des gekneteten Materials ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann ein existierendes Formungsverfahren wie Extrusion und Spritzguss eingesetzt werden. Als ein geeignetes Beispiel kann ein Verfahren des Extrudierens des gekneteten Materials durch eine Düse mit der gewünschten Zellenform und der gewünschten Trennwanddicke genannt werden. Als das Material der Düse ist schwer verschleißbares Sinterhartmetall bevorzugt.
Der so erhaltene Wabenformkörper wird getrocknet und gebrannt. Als das Trocknungsverfahren kann beispielsweise ein Heißlufttrocknungsverfahren, ein Mikrowellentrocknungsverfahren, ein dielektrisches Trocknungsverfahren, ein Dekompressionstrocknungsverfahren, ein Vakuumtrocknungsverfahren, ein Gefriertrocknungsverfahren und dergleichen genannt werden. Von diesen wird bevorzugt das dielektrische Trocknungsverfahren, das Mikrowellentrocknungsverfahren und das Heißlufttrocknungsverfahren oder eine Kombination davon durchgeführt.
Anschließend wird der getrocknete Wabenformkörper (getrocknete Wabenkörper) zur Herstellung eines Wabensubstrats gebrannt. Ferner wird vor dem Brennen (dem Hauptbrennen) bevorzugt eine Kalzinierung (Entfettung) zum Entfernen des in dem Wabenformkörper enthaltenen Bindemittels durchgeführt. Die Kalzinierungsbedingungen sind nicht besonders eigeschränkt, und es kann eine Bedingung angewandt werden, bei der im Wabenformkörper enthaltenes organisches Material (ein organisches Bindemittel, ein oberflächenaktives Mittel und ein Porenbildner) entfernt werden kann. In der Regel beträgt die Brenntemperatur eines organischen Bindemittels etwa 100 bis 300°C und die Brenntemperatur des Porenbildners etwa 200 bis 800°C. Aus diesem Grund wird der Wabenformkörper bei etwa 200 bis 1000°C in einer oxidierenden Atmosphäre für etwa 3 bis 100 Stunden als die Kalzinierungsbedingung erwärmt.
Das Brennen (Hauptbrennen) des Wabenformkörpers wird so durchgeführt, dass das den kalzinierten Wabenformkörper bildende Formungsrohmaterial zum Verdichten und Sicherstellen der vorbestimmten Festigkeit gesintert wird. Da die Brennbedingung (Temperatur, Zeit oder Atmosphäre) in Abhängigkeit der Art des Formungsrohmaterials verschieden ist, kann die Brennbedingung entsprechend der Art ausgewählt werden. Beispielsweise beträgt bei der Verwendung des Cordierit-bildenden Rohmaterials die Brenntemperatur bevorzugt 1.350 bis 1.440°C. Ferner beträgt die Brennzeit bevorzugt 3 bis 10 Stunden als Haltezeit der Höchsttemperatur. Als Beispiel für die Vorrichtung zum Kalzinieren und Hauptbrennen können ein Elektroofen und ein Gasofen oder dergleichen genannt werden.
Als nächstes wird ein Verschlussabschnitt in dem Wabensubstrat gebildet. Der Verschlussabschnitt wird nahe der ablaufseitigen Endfläche des Wabensubstrats in der Auslassverschlusszelle so gebildet, dass das Ende verschlossen ist, und nahe der zulaufseitigen Endfläche des Wabensubstrats in der Einlassverschlusszelle so, dass das Ende verschlossen ist. Zur Bildung des Verschlussabschnittes kann ein bestehendes Verfahren angewandt werden. Als ein Beispiel für ein spezielles Verfahren wird zunächst eine Folie auf die Endfläche des gemäß dem obigen Verfahren hergestellten Wabensubstrats aufgebracht. Anschließend wird ein Loch in der Folie an einer Stelle gebildet, die der Zelle entspricht, die mit dem Verschlussabschnitt versehen werden soll. Als nächstes wird die Endfläche des Wabensubstrats, auf die die Folie aufgebracht worden ist, in eine aus einem Material zur Bildung des Verschlussabschnittes erhaltene Verschlussaufschlämmung getaucht, so dass die Verschlussaufschlämmung in das offene Ende der Zelle geladen wird, die durch das in der Folie gebildete Loch verschlossen werden soll. Die so geladene Verschlussaufschlämmung wird getrocknet, zum Aushärten gebrannt, wodurch der Verschlussabschnitt gebildet wird. Als das Material zur Bildung des Verschlussabschnittes wird bevorzugt ein Material ähnlich dem Material zur Bildung des Wabensubstrats verwendet. Ferner sei angemerkt, dass die Verschlussabschnitte in jedem Stadium nach dem Trocknen, Kalzinieren oder Brennen (Hauptbrennen) des Wabenformkörpers gebildet werden können. Durch das obige Herstellungsverfahren kann der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
(3) Verfahren zum Laden des Katalysators:
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Laden eines Katalysators auf die Trennwand des wie oben beschrieben hergestellten Wabenfilters beschrieben. Zunächst wird eine einen zu ladenden Katalysator enthaltende Katalysatoraufschlämmung hergestellt. Die Katalysatoraufschlämmung wird auf die Trennwand des Wabensubstrats geschichtet. Das Beschichtungsverfahren ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise ist ein Beispiel für das Verfahren bevorzugt ein Verfahren (Absaugverfahren), bei dem die Katalysatoraufschlämmung von der anderen Endfläche des Wabensubstrats abgesaugt wird, während eine Endfläche des Wabensubstrats in die Katalysatoraufschlämmung getaucht wird. So wird die Katalysatoraufschlämmung auf die Trennwand des Wabensubstrats geschichtet, und die Katalysatoraufschlämmung wird getrocknet. Ferner kann die getrocknete Katalysatoraufschlämmung gebrannt werden. So kann ein Wabenfilter erhalten werden, bei dem ein Katalysator auf die Trennwand geladen ist.
(Beispiele)
Nachstehend wird die Erfindung basierend auf Beispielen ausführlicher beschrieben.
(Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
Es wurden die Wabenfilter der Beispiele 1, 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 mit der in Tabelle 2 gezeigten Struktur und gebildet aus einem Material a Porosität, dem durchschnittlichen Porendurchmesser, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (A) und der Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), gezeigt in Tabelle 1, hergestellt. Ferner sind die Porosität, der durchschnittliche Porendurchmesser, der Wärmeausdehnungskoeffizient (A) und die Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), wie in Tabelle 1 gezeigt, Werte, die gemäß dem obigen Verfahren für das Material, das einen anderen Abschnitt (ein Wabensubstrat) als einen Verschlussabschnitt des Wabenfilters bildet, gemessen wurden. CW1 und CW2 von Tabelle 2 kennzeichnen jeweils die Breite einer Auslassverschlusszelle und die Breite einer Einlassverschlusszelle in einer Richtung, in der die Auslassverschlusszelle und die Einlassverschlusszelle abwechselnd angeordnet sind, im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung (siehe 4). Der Wabenfilter umfasst ein Wabensubstrat, das eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die als Fluidkanäle dienen und von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen, und einen Verschlussabschnitt, der in zumindest einem Ende nahe der zulaufseitigen Endfläche oder der ablaufseitigen Endfläche in den mehreren Zellen angeordnet ist, umfasst. Ein Teil der mehreren Zellen sind Einlassverschlusszellen, deren eines Ende durch den Verschlussabschnitt an der zulaufseitigen Endfläche des Wabensubstrat verschlossen ist. Ferner sind die anderen der mehreren Zellen Auslassverschlusszellen, deren eines Ende durch den Verschlussabschnitt an der ablaufseitigen Endfläche des Wabensubstrats verschlossen ist. Im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung ist die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszelle größer als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszelle. Die Auslassverschlusszelle und die Einlassverschlusszelle sind abwechselnd angeordnet, während sie im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung durch die Trennwand in zwei orthogonalen Richtungen getrennt werden. Ferner sind die Auslassverschlusszellen so angeordnet, dass die Auslassverschlusszellen kontinuierlich und nebeneinander angeordnet sind, während sie im Querschnitt durch die Trennwand in einer Richtung, die bezogen auf die beiden orthogonalen Richtungen geneigt ist, getrennt werden.
Ferner ist das Material a ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, in dem SiC-Teilchen als ein Aggregat durch Si als Bindemittel vereinigt sind. Das den Wabenfilter bildende Wabensubstrat wurde aus einem quadratischen, säulenförmigen Wabensegment hergestellt, dessen beide Endflächen 36 mm × 36 mm große Rechtecke waren und dessen Länge 152,4 mm betrug. Im Speziellen wurden sechszehn Wabensegmente monolithisch vereinigt und entsprechend einer Anordnung von 4 × 4 der Länge nach und in der Breite in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung verbunden, der Außenumfang wurde zu einer runden Säulenform geschliffen, ein Beschichtungsmaterial wurde so auf die bearbeitete Fläche aufgebracht, dass darauf eine Außenumfangsdeckschicht gebildet wurde, und so wurde das Wabensubstrat erhalten. Der Durchmesser des Wabensubstrats betrug 143,8 mm. Zum Verbinden der Wabensegmente wurde ein Bindematerial verwendet, das eine Alumosilicatfaser mit 30 Masseteilen, SiC-Teilchen mit 30 Masseteilen und Wasser mit 30 Masseteilen und ferner ein organisches Bindemittel, aufschäumbares Harz und ein Dispergiermittel als restliche Teile enthielt. Der Verschlussabschnitt und die Außenumfangsdeckschicht wurden aus Materialien ähnlich wie das Wabensubstrat gebildet. Im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung war die Querschnittsform der Auslassverschlusszelle achteckig, und die Querschnittsform der Einlassverschlusszelle war rechteckig (quadratisch).
(Beispiele 3 bis 5 und Vergleichsbeispiele 4 bis 6)
Die Wabenfilter der Beispiele 3 bis 5 und Vergleichsbeispiele 4 bis 6 wurden ähnlich den Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt, außer dass die Wabenfilter die in Tabelle 2 gezeigte Struktur hatten und aus einem Material b mit der Porosität, dem durchschnittlichen Porendurchmesser, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (A) und der Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), wie in Tabelle 1 gezeigt, gebildet waren. Ferner war das Material b ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, erhalten durch Verbinden von SiC-Teilchen als ein Aggregat durch Si als Bindemittel.
(Beispiele 6, 7 und Vergleichsbeispiele 7 bis 10)
Die Wabenfilter der Beispiele 6, 7 und Vergleichsbeispiele 7 bis 10 wurden ähnlich den Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt, außer dass die Wabenfilter die in Tabelle 2 gezeigte Struktur hatten und aus einem Material c mit der Porosität, dem durchschnittlichen Porendurchmesser, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (A) und der Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), wie in Tabelle 1 gezeigt, gebildet waren. Ferner war das Material c ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, erhalten durch Verbinden von SiC-Teilchen als ein Aggregat durch Si als Bindemittel.
(Beispiele 8, 9 und Vergleichsbeispiele 11 und 12)
Die Wabenfilter der Beispiele 8, 9 und Vergleichsbeispiele 11, 12 wurden ähnlich den Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt, außer dass die Wabenfilter die in Tabelle 2 gezeigte Struktur hatten und aus einem Material d mit der Porosität, dem durchschnittlichen Porendurchmesser, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (A) und der Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), wie in Tabelle 1 gezeigt, gebildet waren. Ferner war das Material d ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, erhalten durch Verbinden von SiC-Teilchen als ein Aggregat durch Oxide von Al, Mg und Si als Bindemittel.
(Beispiele 10, 11 und Vergleichsbeispiele 13, 14)
Die Wabenfilter der Beispiele 10, 11 und Vergleichsbeispiele 13, 14 wurden ähnlich den Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt, außer dass die Wabenfilter die in Tabelle 2 gezeigte Struktur hatten und aus einem Material e mit der Porosität, dem durchschnittlichen Porendurchmesser, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (A) und der Vierpunkt-Biegefestigkeit (B), wie in Tabelle 1 gezeigt, gebildet waren. Ferner war das Material e ein Silicium-Siliciumcarbid-basiertes Verbundmaterial, erhalten durch Verbinden von SiC-Teilchen als ein Aggregat durch Si als Bindemittel.
(Bewertung)
Die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 14 wurden hinsichtlich der „Rissbeständigkeit” und der „Druckabfall-Steigerungsrate” gemäß dem folgenden Verfahren bewertet.
(Rissbeständigkeit)
Bei Schwingungsbedingungen von einer Schwingungsbeschleunigung von 30 G und einer Vibrationsfrequenz von 100 Hz konnte ein Gas in den Wabenfilter strömen, während eine Axialschwingung darauf ausgeübt wurde. Es wurde ein Zyklus 50-mal wiederholt, in dem die Temperatur des Gases für 10 Minuten von 150°C auf 800°C erhöht und für 10 Minuten von 800°C auf 150°C gesenkt wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases war während der Erhöhung der Temperatur auf 2,0 Nm³/Minute eingestellt und während der Senkung der Temperatur auf 0,5 Nm³/Minute. Anschließend wurden beide Endflächen des Wabenfilters durch eine Lupe mit 20-facher Vergrößerung betrachtet. Dann wurden das Vorliegen des Risses und der Risszustand an der Schnittstelle der Trennwand geprüft und gemäß den folgenden Bestimmungsgrößen bewertet.

A: kennzeichnet den Zustand, in dem kein Riss vorliegt.
B: kennzeichnet den Zustand, in dem ein Riss nur in einer Zelle vorliegt.
C: kennzeichnet den Zustand, in dem ein Riss in zwei oder mehr Zellen vorliegt.

Das Bewertungsergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt. Ferner wurde basierend auf dem Bewertungsergebnis ein Diagramm, das die Beziehung zwischen t/CP und A/B, die die Rissbeständigkeit einschließt, darstellt, erzeugt und in 7 gezeigt. Ferner kennzeichnet eine Linie L1 von 7 eine Grenzlinie, die so gezogen ist, dass sie die Zeichen für die Bewertung A oder B von dem Zeichen für die Bewertung C trennt, und eine Linie L2 kennzeichnet eine Grenzlinie, die so gezogen ist, dass sie das Zeichen für die Bewertung A von den Zeichen für die Bewertung B oder C trennt. Die Linie L1 kann durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden, und die Linie L2 kann durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt werden.
Gleichung (5):

t/CP = 0,163 × A/B + 0,105

Gleichung (6):

t/CP = 0,145 × A/B + 0,160

Die Zeichen für die Bewertung A oder B liegen in einer Fläche über der Linie L1 von 7 vor, und das Zeichen für die Bewertung A liegt in einer Fläche über der Linie L2 von 7 vor. Das heißt, zum Erhalt eines Wabenfilters mit einer hohen Rissbeständigkeit und einer hervorragenden Wärmeschockbeständigkeit muss die Untergrenze von t/CP gleich dem Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,163 × A/B + 0,105, sein und muss bevorzugt gleich dem Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,145 × A/B + 0,160, sein.
(Druckabfall-Steigerungsrate)
Unter Verwendung eines Rußgenerators, der Ruß mit einem Brenner erzeugt, der Gasöl als Brennstoff nutzt, wurde ein Ruß enthaltendes Abgas mit 200°C erzeugt. Das Abgas konnte mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,4 Nm³/Minute in den Wabenfilter strömen, und der Druckabfall des Wabenfilters, der erhalten wurde, als die Menge des in dem Wabenfilter angesammelten Rußes auf 4 g/l pro Volumeneinheit des Wabenfilters anstieg, wurde aufgezeichnet. Der Druckabfall kennzeichnet eine Druckdifferenz zwischen dem stromäufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Wabenfilters. Aus diesem Messwert wurden für die Wabenfilter des Beispiels und Vergleichsbeispiels, bei denen die Struktur und das Material ähnlich waren, bis auf t und t/CP, der Druckabfall des Wabenfilters der anderen Beispiele oder Vergleichsbeispiele erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters des Beispiels oder Vergleichsbeispiels, der die Beziehung t = WT erfüllt, mit 100% festgelegt wurde.
Das heißt, bei den Wabenfiltern der Beispiele 1, 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden die Druckabfallwerte (die relativen Werte) der Wabenfilter der Beispiele 1, 2 und Vergleichsbeispiele 2, 3 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 1 mit 100% festgelegt wurde. Ferner wurden bei den Wabenfiltern von Beispiel 3 und der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 die Druckabfallwerte (die relativen Werte) der Wabenfilter von Beispiel 3 und der Vergleichsbeispiele 5, 6 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 4 mit 100% festgelegt wurde. Ferner wurde bei den Wabenfiltern der Beispiele 4, 5 der Druckabfallwert (der relative Wert) des Wabenfilters von Beispiel 5 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Beispiel 4 mit 100% festgelegt wurde. Ferner wurden bei den Wabenfiltern der Beispiele 6, 7 und Vergleichsbeispiele 7 bis 10 die Druckabfallwerte (die relativen Werte) der Wabenfilter der Beispiele 6, 7 und Vergleichsbeispiele 8 bis 10 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 7 mit 100% festgelegt wurde. Ferner wurden bei den Wabenfiltern der Beispiele 8, 9 und Vergleichsbeispiele 11, 12 die Druckabfallwerte (die relativen Werte) der Wabenfilter der Beispiele 8, 9 und von Vergleichsbeispiel 12 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 11 mit 100% festgelegt wurde. Ferner wurden bei den Wabenfiltern der Beispiele 10, 11 und Vergleichsbeispiele 13, 14 die Druckabfallwerte (die relativen Werte) der Wabenfilter der Beispiele 10, 11 und von Vergleichsbeispiel 14 erhalten, wenn der Druckabfall des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 13 mit 100% festgelegt wurde.
Dann wurde ein Wert, erhalten durch Subtrahieren des Druckabfalls (100%) des Wabenfilters von einem Beispiel oder Vergleichsbeispiel, das die Beziehung t = WT erfüllt, von dem Druckabfall (der relative Wert) des Wabenfilters der anderen Beispiele oder Vergleichsbeispiele in Tabelle 2 als die Druckabfall-Steigerungsrate gezeigt. Ferner wurde ein Beziehungsausdruck von t/CP und WT, wenn die Druckabfall-Steigerungsrate 30%, 25% bzw. 20% betrug, durch die Mehrvariablenanalyse der Druckabfall-Steigerungsrate der Wabenfilter der Beispiele 1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 14 erhalten. Der erhaltene Beziehungsausdruck war die folgende Gleichung (7), wenn die Druckabfall-Steigerungsrate 30% betrug, die folgende Gleichung (8), wenn die Druckabfall-Steigerungsrate 25% betrug, und die folgende Gleichung (9), wenn die Druckabfall-Steigerungsrate 20% betrug.
Gleichung (7):

t/CP = 0,714 × WT + 0,160

Gleichung (8):

t/CP = 0,714 × WT + 0,132

Gleichung (9):

t/CP = 0,714 × WT + 0,104

Bei dem Wabenfilter, bei dem die Druckabfall-Steigerungsrate 30% überstieg, steigt der Druckabfall, verursacht durch die Ansammlung von Ruß, im tatsächlichen Gebrauchszustand stark. Daher herrscht Besorgnis hinsichtlich einer Beeinflussung der Motorleistung. Aus diesem Grund kann der Wabenfilter nur schwer als ein PM-Auffangfilter wie ein DPF verwendet werden. Zur Verwendung des Wabenfilters als PM-Auffangfilter wie DPF muss die Druckabfall-Steigerungsrate gleich oder kleiner als 30% sein. Das heißt, die Obergrenze von t/CP muss gleich dem Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,160, sein. Ferner ist zur Verwendung des Wabenfilters als PM-Auffangfilter wie eines DPF die Druckabfall-Steigerungsrate bevorzugt gleich oder kleiner als 25%. Das heißt, die Obergrenze von t/CP ist bevorzugt gleich dem Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,132. Ferner ist zur Verwendung des Wabenfilters als PM-Auffangfilter wie eines DPF die Druckabfall-Steigerungsrate stärker bevorzugt gleich oder kleiner als 20%. Das heißt, die Obergrenze von t/CP ist stärker bevorzugt gleich dem Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,104. [Tabelle 1]

	Porosität (%)	durchschn. Porendurchmesser (μm)	Wärmeausdehnungskoeffizient (A) (× 10^–6/°C)	Vierpunkt-Biegefestigkeit (B) (MPa)	A/B
MATERIAL a	40	15	4,5	45	0,10
MATERIAL b	65	20	5,0	11	0,45
MATERIAL c	70	20	5,5	5	1,10
MATERIAL d	68	20	3,5	9	0,39
MATERIAL e	55	15	4,2	20	0,21

[Tabelle 2]

(Ergebnis)
Bei den Wabenfiltern der Beispiele 1 bis 11, bei denen der Wert von t/CP gleich oder größer war als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,163 × A/B + 0,105, und gleich oder kleiner war als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,160, war die Bewertung der Rissbeständigkeit A oder B, und die Druckabfall-Steigerungsrate war gleich oder kleiner als 30%. Andererseits war bei den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 1, 2, 4, 5, 7 bis 9, 11, 13 und 14, bei denen der Wert von t/CP kleiner war als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,163 × A/B + 0,105, die Bewertung der Rissbeständigkeit C. Ferner überstieg bei den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 3, 6, 10 und 12, bei denen der Wert von t/CP größer war als der Wert, den der folgende Ausdruck liefert: 0,714 × WT + 0,160, die Druckabfall-Steigerungsrate 30%.
Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann geeignet als ein Wabenfilter verwendet werden, der PM oder dergleichen in einem Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor ausgestoßen wird, entfernt.
Beschreibung der Bezugsziffern

1: Trennwand, 2: Zelle, 2a: Auslassverschlusszelle, 2b: Einlassverschlusszelle, 3: Verschlussabschnitt, 10: Wabensubstrat, 11: Zulaufendfläche, 12: Ablaufendfläche, 100: Wabenfilter, G: Abgas

Claims

Wabenfilter, umfassend: ein Wabensubstrat (10), das eine poröse Trennwand (1) umfasst, die mehrere Zellen (2) definiert, die als Fluidkanäle dienen und von einer Zulaufendfläche (11) als eine Endfläche, zu der ein Fluid strömt, zu einer Ablaufendfläche (12) als eine Endfläche, aus der ein Fluid strömt, verlaufen; und einen Verschlussabschnitt (3), der in einem Ende der zulaufseitigen Endfläche (11) und der ablaufseitigen Endfläche (12) in den mehreren Zellen (2) angeordnet ist, wobei ein Teil der mehreren Zellen (2) Einlassverschlusszellen (2b) sind, deren Enden nahe der zulaufseitigen Endfläche (11) des Wabensubstrats (10) durch den Verschlussabschnitt (3) verschlossen sind, und die anderen der mehreren Zellen (2) Auslassverschlusszellen (2a) sind, deren Enden nahe der ablaufseitigen Endfläche (12) des Wabensubstrats (10) durch den Verschlussabschnitt (3) verschlossen sind, wobei im Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung die Querschnittsfläche der Auslassverschlusszellen (2a) größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassverschlusszellen (2b), wobei die Auslassverschlusszellen (2a) und die Einlassverschlusszellen (2b) abwechselnd und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand (1) im Querschnitt in zwei orthogonalen Richtungen (d1 und d2) getrennt sind, und die Auslassverschlusszellen (2a) kontinuierlich und nebeneinander angeordnet sind, während sie von der Trennwand (1) in einer Richtung (d3), in der die Auslassverschlusszellen (2a) bezogen auf zwei orthogonale Richtungen (d1 und d2) im Querschnitt geneigt sind, getrennt sind, wobei, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 300 bis 600°C eines das Wabensubstrat (10) bildenden Materials durch A (× 10^–6/°C) angegeben wird, die Vierpunkt-Biegefestigkeit des das Wabensubstrat (10) bildenden Materials durch B (MPa) angegeben wird, die Dicke des dünnsten Abschnitts in einem Abschnitt, der die Auslassverschlusszellen trennt, in der Trennwand durch t (mm) angegeben wird, die Dicke eines Abschnitts, der die Auslassverschlusszellen (2a) und die Einlassverschlusszellen (2b) trennt, in der Trennwand (1) durch WT (mm) angegeben wird und der Abstand zwischen der Mitte der Auslassverschlusszelle (2a) und der Mitte der Einlassverschlusszelle (2b), die nebeneinander liegen, durch CP (mm) angegeben wird, die Beziehung der folgenden Gleichung (1) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,160 ≥ t/CP ≥ 0,163 × A/B + 0,105.
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (2) erfüllt ist t/CP ≥ 0,145 × A/B + 0,160.
Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (3) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,132 ≥ t/CP.
Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beziehung der folgenden Gleichung (4) erfüllt ist 0,714 × WT + 0,104 ≥ t/CP.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wabensubstrat (10) durch monolithisches Verbinden mehrerer Segmente mit einer Wabenstruktur erhalten wird.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das das Wabensubstrat (10) bildende Material Keramik aus zumindest einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, ist.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abschnitt, der die Auslassverschlusszellen (2a) trennt, in der Trennwand (1) eine nicht einheitliche Dicke hat.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abgasreinigungskatalysator auf die Trennwand (1) geladen ist.