DE102019204247A1

DE102019204247A1 - Wabenfilter

Info

Publication number: DE102019204247A1
Application number: DE102019204247.3A
Authority: DE
Inventors: Takashi Aoki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN115364593A; CN110302612A; US20190299142A1; JP7323987B2; JP2019171244A

Abstract

Es wird ein Wabenfilter geschaffen, der wirksam verhindern kann, dass Abdichtabschnitte von Zellen abfallen, und der die Erosion der Abdichtabschnitte durch Fremdkörper wirksam verhindern kann. Ein Wabenfilter enthält eine Wabenstruktur 4, Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6. Jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 enthält einen Teil 5a mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger und einen Teil 5b mit hoher Porosität mit einer höheren Porosität als der Teil 5a mit niedriger Porosität, wobei die Porosität P2 (%) des Teils 5b mit hoher Porosität Formel (1) erfüllt. Der Teil 5b mit hoher Porosität weist in einer Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr auf.(In Formel (1) repräsentiert P3 (%) die Porosität (%) einer Trennwand 1; und repräsentiert N1 (%) die geöffnete Vorderfläche (%) der Zellen 2 in der Wabenstruktur 4.)

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, die auf der JP 2018-060159 beruht, die am 27. März 2018 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wabenfilter, der verhindern kann, dass Abdichtabschnitte, die zum Abdichten geöffneter Enden von Zellen vorgesehen sind, von den Zellen abfallen, und der die Erosion der Abdichtabschnitte durch Fremdkörper verhindern kann.
Beschreibung des verwandten Gebiets
Als ein Filter zum Auffangen von Schwebstoffen in dem von einer Brennkraftmaschine wie etwa einer Dieselkraftmaschine emittierten Abgas oder als eine Vorrichtung zum Reinigen giftiger gasförmiger Komponenten wie etwa CO, HC und NOx wird ein Wabenfilter mit einer Wabenstruktur verwendet (siehe Patentdokument 1). Die Wabenstruktur weist eine Trennwand auf, die aus einer porösen Keramik wie etwa Cordierit und Siliciumcarbid gebildet ist, und die Trennwand definiert mehrere Zellen. Der Wabenfilter weist eine solche wie oben beschriebene Wabenstruktur auf, wobei in der Wabenstruktur Abdichtabschnitte in der Weise vorgesehen sind, dass sie geöffnete Enden mehrerer Zellen auf der Seite der Einströmstirnfläche und geöffnete Enden auf der Seite der Ausströmstirnflächen abwechselnd abdichten. Mit anderen Worten, der Wabenfilter weist eine Struktur auf, in der abwechselnd Einströmzellen, die jeweils ein geöffnetes Einströmende und ein abgedichtetes Ausströmende aufweisen, und Ausströmzellen, die jeweils ein abgedichtetes Einströmende und ein geöffnetes Ausströmende aufweisen, angeordnet sind, während eine Trennwand dazwischenliegt. Die poröse Trennwand der Wabenstruktur fungiert in dem Wabenfilter als ein Filter, um Schwebstoffe in einem Abgas aufzufangen. Im Folgenden sind die in einem Abgas enthaltenen Schwebstoffe auch „PM“ genannt. „PM“ ist die Abkürzung für „Schwebstoffe“.
In den letzten Jahren wurde gefordert, dass der Wabenfilter zum Reinigen des von einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen emittierten Abgases den Druckverlust verringert, um z. B. die Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. Um den Druckverlust zu verringern sowie als eine „Verringerung der Wanddicke“ des Verringerns der Dicke einer Trennwand einer Wabenstruktur wird untersucht, dem weiteren Erhöhen der Porosität einer Trennwand im Vergleich zu einer herkömmlichen Trennwand „eine höhere Porosität zu geben“.
In dem Wabenfilter sind auf der Seite der Einströmstirnfläche und auf der Seite der Ausströmstirnfläche an den Enden der Zellen Abdichtabschnitte vorgesehen, so dass die Wabenstruktur zwischen den Enden mit den Abdichtabschnitten auf der Seite der Einströmstirnfläche und auf der Seite der Ausströmstirnfläche und den Abschnitten ohne die Abdichtabschnitte unterschiedliche Elastizitätsmoduln aufweisen kann. Eine Wabenstruktur mit einer kleineren Wanddicke und mit einer höheren Porosität weist wahrscheinlich zwischen den Abschnitten mit den Abdichtabschnitten und den anderen Abschnitten eine größere Differenz des Elastizitätsmoduls auf. In einem solchen Wabenfilter wird wahrscheinlich an der Begrenzung zwischen den Abschnitten mit den Abdichtabschnitten und den anderen Abschnitten eine Spannung erzeugt, wobei die Abdichtabschnitte wahrscheinlich von den Enden der Zellen abfallen. Zum Beispiel können die Abdichtabschnitte wegen der auf die Umfangsfläche des Wabenfilters ausgeübten Lagerspannung von den Enden der Zellen abfallen, wenn ein Wabenfilter in einem Gehäuse wie etwa in einem Metallgehäuse zur Verbindung mit einem Luftanzugrohr eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen gelagert ist. Wenn die durch ein Wabenfilter aufgefangenen PM abgebrannt und entfernt werden, um den Wabenfilter zu regenerieren, wird an der obigen Begrenzung wahrscheinlich ebenfalls eine Spannung erzeugt und können die Abdichtabschnitte von den Enden der Zellen abfallen. Aus diesem Grund können Abdichtabschnitte ebenfalls mit einer höheren Porosität vorgesehen sein, um eine lokale Differenz der Elastizitätsmoduln der Wabenstruktur zu verringern, um geöffnete Enden der Zellen in einer Wabenstruktur mit einer höheren Porosität abzudichten.
[Patentdokument 1] JP-A-2009-195805
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn in einer Wabenstruktur mit einer höheren Porosität Abdichtabschnitte mit einer höheren Porosität vorgesehen sind, weist die Wabenstruktur eine kleinere lokale Differenz des Elastizitätsmoduls auf und ist es unwahrscheinlich, dass die Abdichtabschnitte von den Enden der Zellen abfallen. Allerdings werden die Abdichtabschnitte mit einer höheren Porosität leider durch Kollision der Fremdkörper stark abgerieben, wenn Fremdkörper wie etwa von einer Kraftmaschine oder von einem Auspuffrohr erzeugte Metallpartikel in dem Strom eines Abgases angeflogen kommen. Insbesondere können neueste Abdichtabschnitte mit einer höheren Porosität durch Fremdkörper vollständig abgeschabt werden und können die Abdichtabschnitte schließlich von den geöffneten Enden der Zellen verlorengehen, was zu einem Wabenfilter ohne Filterungsfunktion führt. Im Folgenden wird das Abreiben oder Abschaben eines Abdichtabschnitts oder dergleichen durch Fremdkörper, die in dem Strom eines Abgases angeflogen kommen, ebenfalls „Erosion“ genannt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände gemacht. Die vorliegende Erfindung soll einen Wabenfilter schaffen, der verhindern kann, dass zum Abdichten geöffneter Enden der Zellen vorgesehene Abdichtabschnitte von den Zellen abfallen, und der die Erosion der Abdichtabschnitte durch Fremdkörper verhindern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Wabenfilter geschaffen.
[1] Wabenfilter, der umfasst:

eine säulenförmige Wabenstruktur, die eine poröse Trennwand enthält, die in der Weise vorgesehen ist, dass sie mehrere als Fluiddurchlässe dienende Zellen, die von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche verlaufen, umgibt;
Einströmseiten-Abdichtabschnitte, die an den Enden vorgegebener Zellen der mehreren Zellen auf einer Seite der Einströmstirnfläche vorgesehen sind; und
Ausströmseiten-Abdichtabschnitte, die an den Enden der restlichen Zellen der mehreren Zellen auf einer Seite der Ausströmstirnfläche vorgesehen sind, wobei
die Einströmseiten-Abdichtabschnitte und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte aus einem porösen Körper gebildet sind,
jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt auf einer Seite der Einströmstirnfläche in einer Verlaufsrichtung der Zellen einen Teil mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger enthält und auf einer Seite der Ausströmstirnfläche in einer Verlaufsrichtung der Zellen einen Teil mit hoher Porosität mit einer höheren Porosität als der Teil mit niedriger Porosität enthält,
der Teil mit hoher Porosität eine Porosität P2 (%) aufweist, die Formel (1) erfüllt, und
der Teil mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr aufweist.

P 2 \geq (0,8904 \cdot P 3) + (0,7716 \cdot N 1) - 37,585

[2] Wabenfilter gemäß [1], wobei der Teil mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (2) erfüllt: $L 1 \geq 0,1339 \cdot P 1 - 7,517$
(wobei in Formel (2) P1 (%) 65 % < P1 ≤ 70 % erfüllt).
[3] Wabenfilter gemäß [1], wobei der Teil mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (3) erfüllt: $L 1 \geq 0,0245 \cdot P 1 - 0,4375$
(wobei in Formel (3) P1 (%) 40 % < P1 ≤ 65 % erfüllt).
[4] Wabenfilter gemäß [1], wobei der Teil mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 40 % oder weniger aufweist und in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (4) erfüllt: $L 1 \geq 0,4.$
[5] Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [4], wobei der Teil mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L2 (mm) von 1 bis 9,5 mm aufweist.
[6] Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [5], wobei der Teil mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 5 bis 70 % aufweist.
[7] Wabenfilter gemäß einem von [1] bis [6], wobei ein Absolutwert einer Differenz zwischen der Porosität P2 (%) des Teils mit hoher Porosität und der Porosität P1 (%) des Teils mit niedriger Porosität 1 bis 75 % beträgt.
Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann verhindern, dass Einströmseiten-Abdichtabschnitte, die zum Abdichten geöffneter Enden von Zellen vorgesehen sind, von den Zellen abfallen, und kann die Erosion der Einströmseiten-Abdichtabschnitte durch Fremdkörper verhindern. Insbesondere kann in einem Wabenfilter, der eine Wabenstruktur mit einer höheren Porosität enthält, dadurch, dass jeder Teil mit hoher Porosität so eingestellt wird, dass er Formel (1) erfüllt, um in der Zellenverlaufsrichtung eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr aufzuweisen, wirksam verhindert werden, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte von den Enden abfallen. Außerdem enthält jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt einen Teil mit niedriger Porosität mit einer verhältnismäßig niedrigen Porosität auf der Seite der Einströmstirnfläche, so dass die Erosion durch Fremdkörper wirksam verhindert werden kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die eine Seite der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt.
3 ist eine Draufsicht, die eine Seite der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt.
4 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 2;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine nochmals andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt;

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt sein soll. Somit sind Änderungen, Verbesserungen und andere Abwandlungen, die auf der Grundlage der üblichen Kenntnis des Fachmanns auf dem Gebiet an den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen geeignet vorgenommen werden, selbstverständlich ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wabenfilter:
Eine Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung ist ein wie in 1 bis 4 gezeigter Wabenfilter 100. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die eine Seite der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt. 3 ist eine Draufsicht, die eine Seite der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt. 4 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 2.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, enthält der Wabenfilter 100 eine Wabenstruktur 4, Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6. Die Wabenstruktur 4 weist eine poröse Trennwand 1 auf, die in der Weise vorgesehen ist, dass sie mehrere als Fluiddurchlässe dienende Zellen 2, die von einer Einströmstirnfläche 11 zu einer Ausströmstirnfläche 12 verlaufen, umgibt. Die Wabenstruktur 4 ist eine säulenförmige Struktur mit der Einströmstirnfläche 11 und mit der Ausströmstirnfläche 12 als die jeweiligen Stirnflächen. Ferner weist die Wabenstruktur 4 in dem Wabenfilter 100 der Ausführungsform auf der Umfangsseitenfläche davon eine Umfangswand 3 auf, die in der Weise vorgesehen ist, dass sie die Trennwand 1 umgibt.
Die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 sind an den Enden vorgegebener Zellen 2 der mehreren Zellen 2 auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 vorgesehen. Im Folgenden ist eine Zelle 2 mit einem Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 an dem Ende auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 auch „Ausströmzelle 2b“ genannt. Die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6 sind auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 an den Enden der restlichen Zellen 2 der mehreren Zellen 2 (d. h. der anderen Zellen als der Ausströmzellen 2b) vorgesehen. Im Folgenden ist eine Zelle 2 mit einem Ausströmseiten-Abdichtabschnitt 6 an dem Ende auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 auch „Einströmzelle 2a“ genannt. Die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6 sind aus einem porösen Körper gebildet. In der vorliegenden Patentschrift sind die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6 auch allgemein einfach „Abdichtabschnitte“ genannt.
Hauptsächlich ist der Wabenfilter 100 der Ausführungsform dadurch charakterisiert, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 die folgende Struktur aufweisen. Mit anderen Worten, jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 enthält auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 einen Teil 5a mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger, enthält auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 einen Teil 5b mit hoher Porosität mit einer höheren Porosität als der Teil 5a mit niedriger Porosität. Der Teil 5b mit hoher Porosität weist eine Porosität P2 (%) auf, die Formel (1) erfüllt. Der Teil 5b mit hoher Porosität weist in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr auf. $P 2 \geq (0,8904 \cdot P 3) + (0,7716 \cdot N 1) - 37,585$
(In Formel (1) repräsentiert P3 (%) die Porosität (%) der Trennwand 1; und repräsentiert N1 (%) die geöffnete Vorderfläche (%) der Zellen 2 in der Wabenstruktur 4.)
In der Patentschrift ist die geöffnete Vorderfläche (%) der Zellen 2 in einer Wabenstruktur 4 der Prozentsatz des Verhältnisses der geöffneten Gesamtfläche S2 der mehreren Zellen 2 zu der Gesamtfläche S1 eines Querschnitts orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4. Die „geöffnete Gesamtfläche S2 der mehreren Zellen 2“ bedeutet die geöffnete Gesamtfläche in der Wabenstruktur der Wabenstruktur 4, während die Abdichtabschnitte (die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6) nicht betrachtet sind.
Der Wabenfilter 100 mit einer solchen Struktur kann verhindern, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 von den Zellen 2 abfallen, und kann die Erosion der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 durch Fremdkörper verhindern. Insbesondere kann in einem Wabenfilter 100, der eine Wabenstruktur 4 mit einer höheren Porosität enthält, dadurch, dass der Teil 5b mit hoher Porosität jedes Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr aufweist, verhindert werden, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 von den Zellen 2 abfallen. Außerdem enthält jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 einen Teil 5a mit niedriger Porosität mit einer verhältnismäßig niedrigen Porosität und kann somit die Erosion durch Fremdkörper wirksam verhindert werden.
Falls der Teil 5a mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von mehr als 70 % aufweist, ist die Erosionsbeständigkeit verringert. Vorzugsweise weist der Teil 5a mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 5 bis 70 % und bevorzugter von 5 bis 50 % auf.
Jeder Teil 5b mit hoher Porosität weist eine Porosität P2 (%) auf, die Formel (1) erfüllt, wobei es unwahrscheinlich ist, dass die Wirkung zu verhindern, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 abfallen, erzielt wird, falls die Formel (1) nicht erfüllt ist.
Formel (1) ist eine Ungleichung, in der die Porosität P2 (%) der Teile 5b mit hoher Porosität, die Porosität P3 (%) einer Trennwand 1 und die geöffnete Vorderfläche N1 (%) der Zellen 2 einer Wabenstruktur 4 Variable sind. Vorzugsweise weist die Trennwand 1 z. B. eine Porosität P3 (%) von 40 bis 70 % und bevorzugter von 45 bis 65 % auf. Zum Beispiel beträgt die geöffnete Vorderfläche N1 (%) der Zellen 2 vorzugsweise 55 bis 85 % und bevorzugter 62 bis 83 %.
Der bevorzugte Bereich der Länge L1 (mm) eines Teils 5a mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 kann in Abhängigkeit von der Porosität P1 (%) des Teils 5a mit niedriger Porosität wie im Folgenden spezifiziert werden. Mit anderen Worten, wenn die Porosität P1 (%) eines Teils 5a mit niedriger Porosität innerhalb des Bereichs von 65 % < P1 ≤ 70 % liegt, ist vorzugsweise die Formel (2) erfüllt. Wenn die Porosität P1 (%) eines Teils 5a mit niedriger Porosität innerhalb des Bereichs von 40 % < P1 ≤ 65 % liegt, ist vorzugsweise die Formel (3) erfüllt. Wenn die Porosität P1 (%) eines Teils 5a mit niedriger Porosität 40 % oder weniger beträgt, ist vorzugsweise die Formel (4) erfüllt.
$L 1 \geq 0,1339 \cdot P 1 - 7,517$
(In Formel (2) erfüllt P1 (%) 65 % < P1 ≤ 70 %.) $L 1 \geq 0,0245 \cdot P 1 - 0,4375$
(In Formel (3) erfüllt P1 (%) 40 % < P1 ≤ 65 %.) $L 1 \geq 0,4$
Falls die Länge L1 (mm) eines Teils 5a mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 keine der Formeln (2) bis (4) erfüllt, weist der Teil 5a mit niedriger Porosität im Wesentlichen eine übermäßig kleine Dicke auf und kann der Teil 5a mit niedriger Porosität wegen Abrieb (Korrosionsverlust) des Teils 5a mit niedriger Porosität leicht verlorengehen. Im Folgenden ist „die Länge L1 eines Teils 5a mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen 2“ auch einfach „die Länge L1 eines Teils 5a mit niedriger Porosität“ genannt.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Messen der Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5, d. h. der Porosität P1 (%) der Teile 5a mit niedriger Porosität und der Porosität P2 (%) der Teile 5b mir hoher Porosität, beschrieben. Um die Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 zu messen, wird ein Rasterelektronenmikroskop (im Folgenden auch „REM“ genannt) verwendet, um in den Einströmseiten-Abdichtabschnitten 5 in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 10 Gesichtsfelder aufzuzeichnen. Die 10 aufzuzeichnenden Gesichtsfelder sind in dem Querschnitt von einer Trennwand 1, der durch das Zentrum des Wabenfilters 100 geht, 5 Gesichtsfelder, die entlang der X-Achsen-Richtung gewählt werden, und 5 Gesichtsfelder, die entlang der Y-Achsen-Richtung gewählt werden. Nachfolgend wird jedes aufgezeichnete Bild durch Bildanalyse in Hohlraumbereiche (d. h. Porenbereiche) und von den Hohlräumen verschiedene Bereiche binarisiert. Nachfolgend wird der Anteil der Hohlraumbereiche in jedem Bild berechnet und wird der Durchschnitt bestimmt. Der wie oben bestimmte Durchschnitt wird als die Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 angesehen. Dadurch, dass die Aufzeichnungspositionen eines Querschnitts in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 eingestellt werden, können die Porosität P1 (%) der Teile 5a mit niedriger Porosität und die Porosität P2 (%) der Teile 5b mit hoher Porosität getrennt bestimmt werden.
Falls die Länge L2 (mm) des Teils 5b mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 kleiner als 1 mm ist, ist die Verbindungsfläche zwischen den Einströmseiten-Abdichtabschnitten 5 und der Trennwand 1 übermäßig klein und ist es unwahrscheinlich, dass die Wirkung zu verhindern, dass die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 abfallen, erzielt wird. Im Folgenden ist die „Länge L2 eines Teils 5b mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen 2“ einfach die „Länge L2 eines Teils 5b mit hoher Porosität“ genannt. Vorzugsweise weist der Teil 5b mit hoher Porosität eine Länge L2 (mm) von 1 bis 9,5 mm und bevorzugter von 2 bis 6,5 mm auf.
Vorzugsweise weist jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine Länge L3 (mm) von 3 bis 10 mm und bevorzugter von 5 bis 7 mm auf. Die Länge L3 (mm) des Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist die Summe der Länge L1 (mm) des Teils 5a mit niedriger Porosität und der Länge L2 (mm) des Teils 5b mit hoher Porosität. Im Folgenden ist die „Länge L3 eines Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2“ auch einfach die „Länge L3 eines Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5“ genannt. Falls die Länge L3 (mm) eines Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 kleiner als 3 mm ist, kann eine Höhlung oder ein Span der Einströmstirnfläche 11 des Wabenfilters 100 zur Beseitigung des Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 führen, so dass eine solche Bedingung unvorteilhaft ist. Falls die Länge L3 (mm) eines Einströmseiten-Abdichtabschnitts 5 größer als 10 mm ist, ist die Gasdurchgangsfläche verringert, was den Druckverlust erhöht, so dass eine solche Bedingung unvorteilhaft ist.
Der Absolutwert der Differenz zwischen der Porosität P2 (%) des Teils 5b mit hoher Porosität und der Porosität P1 (%) des Teils 5a mit niedriger Porosität (| P2 (%) - P1 (%) |) beträgt vorzugsweise 1 bis 75 %, bevorzugter 10 bis 75 % und besonders bevorzugt 20 bis 75 %.
Vorzugsweise weisen die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 eine im Wesentlichen konstante Porosität auf. Mit anderen Worten, jeder Ausströmseiten-Abdichtabschnitt 6 hat vorzugsweise weder den Teil 5a mit niedriger Porosität noch den Teil 5b mit hoher Porosität wie in dem Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5.
Vorzugsweise weist die Trennwand 1 in der Wabenstruktur 4 eine Porosität P3 (%) von 40 bis 70 % und bevorzugter von 45 bis 65 % auf. Der Wabenfilter 100 der Ausführungsform übt ausgeprägtere Wirkungen aus, wenn er eine Wabenstruktur 4 mit hoher Porosität enthält, die eine Trennwand 1 mit einer Porosität P3 von 40 bis 70 % enthält. Die Porosität P3 (%) einer Trennwand 1 wird durch Quecksilberporosimetrie bestimmt. Die Porosität P3 (%) einer Trennwand 1 kann z. B. unter Verwendung des durch Micromeritics hergestellten AutoPore 9500 (Handelsname) bestimmt werden. Die Porosität P3 (%) einer Trennwand 1 kann unter Verwendung eines Probestücks bestimmt werden, das durch teilweises Schneiden der Trennwand 1 aus einer Wabenstruktur 4 vorbereitet wird. Vorzugsweise ist die Porosität P3 (%) der Trennwand 1 in dem gesamten Gebiet der Wabenstruktur 4 konstant. Zum Beispiel beträgt der Absolutwert der Differenz zwischen der maximalen Porosität P3 (%) der Trennwand 1 und der minimalen Porosität P3 (%) der Trennwand 1 vorzugsweise 10 % oder weniger.
Vorzugsweise weist die Trennwand 1 in der Wabenstruktur 4 eine Dicke von 0,127 bis 0,381 mm, bevorzugter von 0,152 bis 0,305 mm und besonders bevorzugt von 0,203 bis 0,254 mm auf. Die Dicke einer Trennwand 1 kann z. B. unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops oder eines Mikroskops bestimmt werden. Falls die Dicke einer Trennwand 1 kleiner als 0,127 mm ist, kann keine ausreichende Festigkeit erzielt werden. Falls die Dicke einer Trennwand 1 größer als 0,381 mm ist, kann der Druckverlust eines solchen Wabenfilters 100 zunehmen.
Die durch die Trennwand 1 definierten Zellen 2 können irgendeine Form aufweisen. Beispiele der Form der Zellen 2 in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 enthalten eine Mehreckform, eine Kreisform und eine elliptische Form. Beispiele der Mehreckform enthalten eine Dreieckform, eine Viereckform, eine Fünfeckform, eine Sechseckform und eine Achteckform. Vorzugsweise ist die Form der Zellen 2 eine Dreieckform, eine Viereckform, eine Fünfeckform, eine Sechseckform oder eine Achteckform. Hinsichtlich der Form der Zellen 2 können alle Zellen 2 dieselbe Form aufweisen oder können die Zellen unterschiedliche Formen aufweisen. Zum Beispiel, in den Zeichnungen nicht gezeigt, können viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt sein. Hinsichtlich der Größe der Zellen 2 können alle Zellen 2 dieselbe Größe aufweisen oder können die Zellen unterschiedliche Größen aufweisen. Zum Beispiel, in den Zeichnungen nicht gezeigt, können einige Zellen von mehreren Zellen eine größere Größe aufweisen und die anderen Zellen eine kleinere Größe aufweisen. In der vorliegenden Erfindung bedeutet die Zelle einen von einer Trennwand umgebenen Raum.
Vorzugsweise beträgt die Zellendichte der durch die Trennwand 1 definierten Zellen 2 15 bis 78 Zellen/cm² und bevorzugter 31 bis 62 Zellen/cm². Wenn der Wabenfilter 100 eine solche Struktur aufweist, kann er die PM-Auffangleistungsfähigkeit aufrechterhalten und eine Zunahme des Druckverlusts unterdrücken.
Die Umfangswand 3 der Wabenstruktur 4 kann einteilig mit der Trennwand 1 gebildet sein oder kann eine Umfangsüberzugsschicht sein, die durch Auftragen eines Umfangsüberzugsmaterials in der Weise, dass es die Trennwand 1 umgibt, gebildet ist. In den Zeichnungen nicht gezeigt, kann die Umfangsüberzugswand in einem Herstellungsprozess wie folgt bereitgestellt werden: Eine Trennwand und eine Umfangswand werden einteilig gebildet, daraufhin wird die gebildete Umfangswand durch eine bekannte Technik wie etwa Schleifen entfernt und auf dem Umfang der Trennwand wird eine Umfangsüberzugsschicht bereitgestellt.
Die Wabenstruktur 4 kann irgendeine Form aufweisen. Beispiele der Form der Wabenstruktur 4 enthalten eine Säulenform, in der eine Einströmstirnfläche 11 und eine Ausströmstirnfläche 12 eine Kreisform, eine elliptische Form, eine Mehreckform oder dergleichen aufweisen.
Die Dimensionen der Wabenstruktur 4, z. B. die Länge von der Einströmstirnfläche 11 bis zu der Ausströmstirnfläche 12 und die Dimensionen eines Querschnitts orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 in der Wabenstruktur 4, sind nicht auf bestimmte Werte beschränkt. Jede Dimension kann geeignet in der Weise eingestellt werden, dass die optimale Reinigungsleistungsfähigkeit erzielt wird, wenn der Wabenfilter 100 als ein Filter zum Reinigen eines Abgases verwendet wird. Zum Beispiel beträgt die Länge von der Einströmstirnfläche 11 bis zu der Ausströmstirnfläche 12 der Wabenstruktur 4 vorzugsweise 80 bis 170 mm und bevorzugter 90 bis 160 mm. Die Fläche eines Querschnitts orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4 beträgt vorzugsweise 50 bis 210 cm² und bevorzugter 80 bis 180 cm².
Die Trennwand 1 kann aus irgendeinem Material gebildet sein. Zum Beispiel enthält das Material der Trennwand 1 vorzugsweise wenigstens eines, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, einem Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid und Aluminiumtitanat besteht.
Die Einströmseiten-Abdichtabschnitte 5 und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte 6 können ebenfalls aus irgendeinem Material gebildet sein. Zum Beispiel kann ein ähnliches Material wie die obigen Materialien der Trennwand 1 verwendet sein. Der Teil 5a mit niedriger Porosität und der Teil 5b mit hoher Porosität können in jedem Einströmseiten-Abdichtabschnitt 5 aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
Nachfolgend werden andere Ausführungsformen des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenfilter 200, wie er in 5 gezeigt ist. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 zeigt einen Querschnitt, der dem Querschnitt entlang der Linie A-A' in 2 entspricht.
Der in 5 gezeigte Wabenfilter 200 enthält eine Wabenstruktur 4, Einströmseiten-Abdichtabschnitte 25 und Ausströmseiten-Abdichtabschnitte (nicht gezeigt). In dem Wabenfilter 200 der Ausführungsform unterscheiden sich die Strukturen eines Teils 25a mit niedriger Porosität und eines Teils 25b mit hoher Porosität in jedem Einströmseiten-Abdichtabschnitt 25 von dem Teil 5a mit niedriger Porosität und von dem Teil 5b mit hoher Porosität in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100. Vorzugsweise weisen die von den Teilen 25a mit niedriger Porosität und von den Teilen 25b mit hoher Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 25 verschiedenen Komponenten in dem Wabenfilter 200 einige ähnliche Strukturen wie die entsprechenden Komponenten des in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilters 100 auf. In dem in 5 gezeigten Wabenfilter 200 sind gleiche oder entsprechende Komponenten wie jene in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und werden sie nicht besonders beschrieben.
In dem in 5 gezeigten Wabenfilter 200 steht das Ende des Teils 25a mit niedriger Porosität jedes Einströmseiten-Abdichtabschnitts 25 von der Einströmstirnfläche 11 der Wabenstruktur 4 nach außen vor. Außerdem können in dem Wabenfilter 200 mit einer solchen Struktur durch Einstellen jedes Teils 25b mit hoher Porosität mit einer Porosität, die Formel (1) erfüllt, auf eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 erzielt werden. Außerdem weist in dem Wabenfilter 200 jeder Teil 25a mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger auf.
Nachfolgend wird eine nochmals andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die nochmals andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung ist ein wie in 6 gezeigter Wabenfilter 300. 6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine nochmals andere Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 zeigt einen Querschnitt, der dem Querschnitt entlang der Linie A-A' in 2 entspricht.
Der in 6 gezeigte Wabenfilter 300 enthält eine Wabenstruktur 4, Einströmseiten-Abdichtabschnitte 45 und Ausströmseiten-Abdichtabschnitte (nicht gezeigt). Außerdem unterscheiden sich in dem Wabenfilter 300 der Ausführungsform die Strukturen eines Teils 45a mit niedriger Porosität und eines Teils 45b mit hoher Porosität in jedem Einströmseiten-Abdichtabschnitt 45 von dem Teil 5a mit niedriger Porosität und von dem Teil 5b mit hoher Porosität in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100. Vorzugsweise weisen die von den Teilen 45a mit niedriger Porosität und von den Teilen 45b mit hoher Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 45 verschiedenen Komponenten in dem Wabenfilter 300 ähnliche Strukturen wie die entsprechenden Komponenten des in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilters 100 auf. In dem in 6 gezeigten Wabenfilter 300 sind gleiche oder entsprechende Komponenten wie jene in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und werden sie nicht besonders beschrieben.
In dem in 6 gezeigten Wabenfilter 300 befindet sich der Teil 45a mit niedriger Porosität jedes Einströmseiten-Abdichtabschnitts 45 außerhalb der Einströmstirnfläche 11 der Wabenstruktur 4. Außerdem können in dem Wabenfilter 300 mit einer solchen Struktur dadurch, dass jeder Teil 45b mit hoher Porosität mit einer Porosität, die Formel (1) erfüllt, auf eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr eingestellt ist, ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 erzielt werden. Außerdem weist jeder Teil 45a mit niedriger Porosität in dem Wabenfilter 300 eine Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger auf.
Verfahren zur Herstellung des Wabenfilters:
Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann durch irgendein Verfahren hergestellt werden und kann z. B. durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein Kunststoffknetmaterial zum Herstellen einer Wabenstruktur vorbereitet. Das Knetmaterial zum Herstellen einer Wabenstruktur kann aus den obigen bevorzugten Ausgangsstoffen für Trennwände durch Zugeben geeigneter Additive wie etwa eines Bindemittels, eines Porenbildners und von Wasser zu einem gewählten Ausgangsstoff als ein Ausgangsstoffpulver vorbereitet werden.
Nachfolgend wird das wie oben vorbereitete Knetmaterial einer Extrusion ausgesetzt, um einen säulenförmigen Wabenformling zu ergeben, der eine Trennwand enthält, die mehrere Zellen definiert, und der eine Umfangswand enthält, die in der Weise vorgesehen ist, dass sie die Trennwand umgibt. Nachfolgend wird der erhaltene Wabenformling z. B. durch Mikrowellen und Warmluft getrocknet.
Nachfolgend werden bei den geöffneten Enden der Zellen des getrockneten Wabenformlings Abdichtabschnitte vorgesehen. Genauer wird z. B. auf die Einströmstirnfläche des Wabenformlings eine Maske aufgetragen, um die Einströmzellen zu bedecken. Daraufhin wird das Ende des Wabenformlings mit der Maske in einen Abdichtbrei getaucht, der einen Abdichtausgangsstoff zum Bilden von Abdichtabschnitten enthält, und werden die geöffneten Enden der Ausströmzellen ohne die Maske mit dem Abdichtbrei gefüllt. Nachfolgend wird derselbe Prozess wie oben für die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings ausgeführt, um die geöffneten Enden der Einströmzellen mit einem Abdichtbrei zu füllen.
Um den Wabenfilter der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird ein solcher Prozess wie im Folgenden ausgeführt, wenn die Abdichtabschnitte auf der Seite der Einströmstirnfläche des Wabenformlings vorgesehen sind, so dass Einströmseiten-Abdichtabschnitte jeweils mit einem Teil mit niedriger Porosität und mit einem Teil mit hoher Porosität vorbereitet werden. Zunächst wird von der Stirnfläche des Wabenformlings ein Abdichtausgangsstoff für hohe Porosität geschoben oder eingeführt und daraufhin wird nachfolgend ein Abdichtausgangsstoff für niedrige Porosität geschoben oder eingeführt, was die Einströmseiten-Abdichtabschnitte liefert.
Nachfolgend wird der Wabenformling mit den Abdichtabschnitten, die jeweils an einem geöffneten Ende einer Zelle vorgesehen sind, gebrannt, um den Wabenfilter der vorliegenden Erfindung zu ergeben. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre variieren mit den Ausgangsstoffen, wobei der Fachmann auf dem Gebiet die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre für ein gewähltes Material geeignet wählen kann.
(Beispiele)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung besonders anhand von Beispielen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll.
(Beispiel 1)
Zu 100 Masseteilen eines Cordieritbildungsausgangsstoffs wurden 10 Masseteile eines Porenbildners, 20 Masseteile eines Dispergiermediums und 1 Masseteil eines organischen Bindemittels zugegeben und das Ganze wurde gemischt und geknetet, um ein Knetmaterial zu ergeben. Der Cordieritbildungsausgangsstoff enthielt Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talk und Siliciumdioxid. Das Dispergiermedium war Wasser. Das organische Bindemittel war Methylzellulose. Das Dispergiermittel was Dextrin. Der Porenbildner war ein Koks mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 µm.
Nachfolgend wurde das Knetmaterial unter Verwendung einer Form extrudiert, um einen Wabenformling vorzubereiten, was einen Wabenformling mit einer runden Säulenform als Ganzes ergab. Die Form der Zellen in dem Wabenformling war viereckig.
Daraufhin wurde der Wabenformling in einem Mikrowellentrockner getrocknet und in einem Warmlufttrockner weiter vollständig getrocknet. Die beiden Stirnflächen des Wabenformlings wurden zur Einstellung auf eine beabsichtigte Größe abgeschnitten.
Nachfolgend wurde ein Abdichtmaterial zum Bilden von Abdichtabschnitten vorbereitet. Das Abdichtmaterial enthielt den Cordieritbildungsausgangsstoff, 1,5 Masse-% eines schäumbaren Harzes (eines Copolymers mit Akrylnitril mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 50 µm und mit einer Kapselwanddicke von 0,2 µm) und 30 Masse-% Wasser. Das Abdichtmaterial hatte eine Viskosität (25 °C) von 280 dPa ▪ s. Die Viskosität des Abdichtmaterials wurde mit einem Rotationsviskosimeter bestimmt.
Das obige Abdichtmaterial wurde verwendet, um an den geöffneten Enden von Zellen auf der Seite der Einströmstirnfläche des getrockneten Wabenformlings Einströmseiten-Abdichtabschnitte zu bilden. Genauer wurde auf die Einströmstirnfläche des Wabenformlings eine Maske aufgetragen, um die Einströmzellen zu bedecken. Daraufhin wurde das Ende des Wabenformlings mit der Maske in ein Abdichtmaterial getaucht, um Abdichtabschnitte mit einer hohen Porosität zu bilden, und daraufhin wurden die geöffneten Enden der Ausströmzellen ohne die Maske mit dem Abdichtmaterial gefüllt. Nachfolgend wurde der Wabenformling in ein Abdichtmaterial getaucht, um Abdichtabschnitte mit einer niedrigen Porosität zu bilden, und wurden Teile mit niedriger Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte gebildet.
Nachfolgend wurde auf die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings ebenfalls eine Maske aufgetragen, um die Ausströmzellen zu bedecken. Daraufhin wurde das Ende des Wabenformlings mit der Maske in ein Abdichtmaterial getaucht und wurden die geöffneten Enden der Einströmzellen ohne die Maske mit dem Abdichtmaterial gefüllt. Wie oben beschrieben wurde, wurden an den geöffneten Enden der Zellen auf der Seite der Ausströmstirnfläche des getrockneten Wabenformlings die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte gebildet.
Nachfolgend wurde der Wabenformling mit den jeweiligen Abdichtabschnitten entfettet und gebrannt, um einen Wabenfilter des Beispiels 1 zu liefern.
Der Wabenfilter des Beispiels 1 hatte eine runde Säulenform mit einer kreisförmigen Einströmstirnfläche und mit einer kreisförmigen Ausströmstirnfläche. Die Einströmstirnfläche und die Ausströmstirnfläche hatten jeweils einen Durchmesser von 118,4 mm. Der Wabenfilter hatte in der Zellenverlaufsrichtung eine Länge von 127,0 mm. Der Wabenfilter des Beispiels 1 hatte eine Trennwanddicke von 0,216 mm und eine Zellendichte von 46,5 Zellen/cm². Tabelle 1 zeigt die Trennwanddicke und die Zellendichte des Wabenfilters. Die Porosität der Trennwand wurde mit dem durch Micromeritics hergestellten AutoPore 9500 (Handelsname) bestimmt.
In dem Wabenfilter des Beispiels 1 hatte jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt einen Teil mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 (%) von 70 % auf der Seite der Einströmstirnfläche und einen Teil mit hoher Porosität mit einer Porosität P2 (%) von 80 % auf der Seite der Ausströmstirnfläche. In dem Einströmseiten-Abdichtabschnitt hatte der Teil mit niedriger Porosität in der Zellenverlaufsrichtung eine Länge L1 (mm) von 2 mm und hatte der Teil mit hoher Porosität in der Zellenverlaufsrichtung eine Länge L2 (mm) von 1 mm. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Der durch Ersetzen der Porosität P3 (%) der Trennwand und der geöffneten Vorderfläche N1 (%) der Zellen auf der rechten Seite von Formel (1) berechnete Zahlenwert wurde in Tabelle 1 in „Wert aus Formel (1) (%)“ gezeigt. Die durch Ersetzen der Porosität P1 (%) des Teils mit niedriger Porosität auf den rechten Seiten von Formel (2) und Formel (3) erhaltenen Zahlenwerte wurden in Tabelle 1 in „Wert aus Formel (2) (%)“ bzw. „Wert aus Formel (3) (%)“ gezeigt.
Die Porositäten der Teile mit niedriger Porosität und der Teile mit hoher Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte wurden durch die folgende Prozedur bestimmt. Zunächst wurde ein Rasterelektronenmikroskop verwendet, um in einem Querschnitt orthogonal zu der Zellenverlaufsrichtung 10 Gesichtsfelder in den Einströmseiten-Abdichtabschnitten aufzuzeichnen. Die aufgezeichneten 10 Gesichtsfelder waren in dem Querschnitt von der Trennwand, der durch das Zentrum des Wabenfilters geht, 5 Gesichtsfelder, die entlang der X-Achsen-Richtung, und 5 Gesichtsfelder, die entlang der Y-Achsen-Richtung gewählt wurden. Nachfolgend wurde jedes aufgezeichnete Bild durch Bildanalyse in Hohlraumbereiche und von den Hohlräumen verschiedene Bereiche binarisiert. Nachfolgend wurde der Anteil der Hohlraumbereiche in jedem Bild berechnet und wurde der Durchschnitt als die Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte bestimmt. Durch Einstellen der Aufzeichnungsposition eines Querschnitts in der Zellenverlaufsrichtung wurden die Porosität der Teile mit niedriger Porosität und die Porosität der Teile mit hoher Porosität getrennt bestimmt.
Der Wabenfilter aus Beispiel 1 wurde durch die folgenden Prozeduren einem Einhülsebruchtest“ und einer „Erosionsbeständigkeitsbewertung“ ausgesetzt. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.
(Einhülsebruchtest)
Zunächst wurde die Umfangsfläche des Wabenfilters des Beispiels 1 mit einer nicht dehnbaren Matte umhüllt. Die nicht dehnbare Matte war eine durch 3M hergestellte „INTERAM 1600HTE (Handelsname)“. Die nicht dehnbare Matte hatte eine Flächenmasse von 1700 g/m². Um die Umfangsfläche mit der nicht dehnbaren Matte zu umhüllen, wurde die nicht dehnbare Matte so angeordnet, dass sich das Ende der nicht dehnbaren Matte bei einer Begrenzung der Abdichtabschnitte des Wabenfilters befand. Nachfolgend wurde der mit der nicht dehnbaren Matte umhüllte Wabenfilter in eine Metallhülse eingeführt und wurde die Metallhülse zusammengedrückt, bis die Lagerspannung an der Umfangsfläche des Wabenfilters 1,0 MPa erreichte. Das Einführen und Lagern eines Wabenfilters in eine Metallhülse wird „Einhülsen“ genannt. Wenn in dem Prozess des Erhöhens der Lagerspannung auf 1,0 MPa kein Abdichtabschnitt zerbrochen wurde, wurde eine solche Probe als Akzeptanz angesehen. Wenn in dem Prozess des Erhöhens der Lagerspannung auf 1,0 MPa ein Abdichtabschnitt zerbrochen wurde, wurde eine solche Probe als Defekt angesehen.
(Erosionsbeständigkeitsbewertung)

Zunächst wurden SiC-Abriebkörner mit einem Korndurchmesser von 50 µm, die in einer durch einen Gasbrenner erzeugten Warmluft flogen, auf die Einströmstirnfläche des Wabenfilters des Beispiels 1 auftreffen gelassen, und wurde der Abriebverlust der Einströmseiten-Abdichtabschnitte des Wabenfilters bestimmt. Die SiC-Abriebkörner wurden für 5 Minuten von einem Rohr mit einem Durchmesser von 20 mm unter Bedingungen einer Temperatur von 700 °C und eines Durchflusses von 120 m/s angewendet. Wenn der durchschnittliche Abriebverlust der Einströmseiten-Abdichtabschnitte kleiner als 3 mm war, wurde eine solche Probe als Akzeptanz angesehen. Wenn der durchschnittliche Abriebverlust der Einströmseiten-Abdichtabschnitte 3 mm oder mehr war, wurde eine solche Probe als Defekt angesehen. (Tabelle 1)

	Wabenstruktur				Teil mit niedriger Porosität		Teil mit hoher Porosität		Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
	Trennwanddicke (mm)	Zellendichte (Zellen/cm²)	Trennwandporosität P3 (%)	geöffnete Vorderfläche N1 der Zellen (%)	Porosität P1 (%)	Länge L1 (mm)	Porosität P2 (%)	Länge L2 (mm)	Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
Beispiel 1	0,216	46,5	65	72,8	70	2	80	1	76,5	1,86	-
Beispiel 2	0,305	46,5	65	62,8	70	2	80	1	68,7	1,86	-
Beispiel 3	0,216	46,5	65	72,8	65	1,5	80	1	76,5	-	1,16
Beispiel 4	0,305	46,5	65	62,8	65	1,5	70	1	68,7	-	1,16
Beispiel 5	0,216	46,5	65	72,8	60	1,2	80	1	76,5	-	1,03
Beispiel 6	0,305	46,5	65	62,8	60	1,2	70	1	68,7	-	1,03
Vergleichsbeispiel 1	0,216	46,5	65	72,8	75	3	80	1	76,5	-	-
Vergleichsbeispiel 2	0,305	46,5	65	62,8	75	3	80	1	68,7	-	-
Vergleichsbeispiel 3	0,216	46,5	65	72,8	80	3	80	1	76,5	-	-
Vergleichsbeispiel 4	0,305	46,5	65	62,8	80	3	80	1	68,7	-	-
Vergleichsbeispiel 5	0,216	46,5	65	72,8	60	2	70	1	76,5	1,86	-
Vergleichsbeispiel 6	0,305	46,5	65	62,8	60	2	65	1	68,7	1,86	-
Vergleichsbeispiel 7	0,216	46,5	65	72,8	60	2	80	0,5	76,5	1,86	-
Vergleichsbeispiel 8	0,305	46,5	65	62,8	60	2	70	0,5	68,7	1,86	-

(Beispiele 2 bis 6)
Abgesehen davon, dass die geöffnete Vorderfläche N1 (%) der Zellen und die Porositäten P1 (%) und P2 (%) und die Längen L1 (mm) und L2 (mm) in der Zellenverlaufsrichtung des Teils mit niedriger Porosität und des Teils mit hoher Porosität jedes Einströmseiten-Abdichtabschnitts wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden, wurde dieselbe Prozedur wie für den Wabenfilter aus Beispiel 1 ausgeführt, was Wabenfilter lieferte. In den Beispielen 2 bis 6 wurden die Porositäten P1 (%) und P2 (%) des Teils mit niedriger Porosität und des Teils mit hoher Porosität durch Ändern der Menge des schäumbaren Harzes geändert, wenn ein Abdichtbrei vorbereitet wurde, um die Porosität der Einströmseiten-Abdichtabschnitte zu ändern.
(Beispiele 7 bis 27)
In den Beispielen 7 bis 27 wurde die Porosität P3 (%) der Trennwand 1 ebenfalls wie in Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigt geändert und wurden Wabenfilter hergestellt. Die Porosität P3 (%) der Trennwand 1, die geöffnete Vorderfläche N1 (%) der Zellen und die Porositäten P1 (%) und P2 (%) und die Längen L1 (mm) und L2 (mm) in der Zellenverlaufsrichtung des Teils mit niedriger Porosität und des Teils mit hoher Porosität jedes Einströmseiten-Abdichtabschnitts waren wie in Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigt.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 21)
In den Vergleichsbeispielen 1 bis 21 wurden Wabenfilter mit solchen wie in Tabelle 1 bis Tabelle 3 gezeigten Strukturen hergestellt.

Die Wabenfilter der Beispiele 2 bis 27 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 21 wurden ebenfalls dem „Einhülsebruchtest“ und der „Erosionsbeständigkeitsbewertung“ ausgesetzt. Tabelle 4 bis Tabelle 6 zeigen die Ergebnisse. (Tabelle 2)

	Wabenstruktur				Teil mit niedriger Porosität		Teil mit hoher Porosität		Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
	Trennwanddicke (mm)	Zellendichte (Zellen/cm²)	Trennwandporosität P3 (%)	geöffnete Vorderfläche N1 der Zellen (%)	Porosität P1 (%)	Länge L1 (mm)	Porosität P2 (%)	Länge L2 (mm)	Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
Beispiel 7	0,216	31,0	55	77,4	70	2	80	1	71,1	1,86	-
Beispiel 8	0,305	31,0	55	69	70	2	80	1	64,6	1,86	-
Beispiel 9	0,305	46,5	55	62,8	70	2	80	1	59,8	1,86	-
Beispiel 10	0,216	31,0	55	77,4	65	1,5	75	1	71,1	-	1,16
Beispiel 11	0,305	31,0	55	69	65	1,5	70	1	64,6	-	1,16
Beispiel 12	0,305	46,5	55	62,8	65	1,5	70	1	59,8	-	1,16
Beispiel 13	0,216	31,0	55	77,4	60	1,2	75	1	71,1	-	1,03
Beispiel 14	0,305	31,0	55	69	60	1,2	70	1	64,6	-	1,03
Beispiel 15	0,305	46,5	55	62,8	60	1,2	65	1	59,8	-	1,03
Vergleichsbeispiel 9	0,216	31,0	55	77,4	75	3	80	1	71,1	-	-
Vergleichsbeispiel 10	0,305	31,0	55	69	75	3	80	1	64,6	-	-
Vergleichsbeispiel 11	0,305	46,5	55	62,8	75	3	80	1	59,8	-	-
Vergleichsbeispiel 12	0,216	31,0	55	77,4	60	2	70	1	71,1	1,86	-
Vergleichsbeispiel 13	0,305	31,0	55	69	55	2	60	1	64,6	1,86	-
Vergleichsbeispiel 14	0,305	46,5	55	62,8	50	2	55	1	59,8	1,86	-
Vergleichsbeispiel 15	0,216	31,0	55	77,4	60	2	75	0,5	71,1	1,86	-
Vergleichsbeispiel 16	0,305	31,0	55	69	55	2	70	0,5	64,6	1,86	-
Vergleichsbeispiel 17	0,305	46,5	55	62,8	50	2	65	0,5	59,8	1,86	-

(Tabelle 3)

	Wabenstruktur				Teil mit niedriger Porosität		Teil mit hoher Porosität		Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
	Trennwanddicke (mm)	Zellendichte (Zellen/cm²)	Trennwandporosität P3 (%)	geöffnete Vorderfläche N1 der Zellen (%)	Porosität P1 (%)	Länge L1 (mm)	Porosität P2 (%)	Länge L2 (mm)	Wert aus Formel (1)(%)	Wert aus Formel (2) (mm)	Wert aus Formel (3) (mm)
Beispiel 16	0,127	55,8	48	81,9	70	2	75	1	68,3	1,86	-
Beispiel 17	0,152	34,1	48	83	70	2	75	1	69,2	1,86	-
Beispiel 18	0,216	31,0	48	77,4	70	2	75	1	64,9	1,86	-
Beispiel 19	0,305	46,5	48	62,8	70	2	75	1	53,6	1,86	-
Beispiel 20	0,127	55,8	48	81,9	65	1,5	70	1	68,3	-	1,16
Beispiel 21	0,152	34,1	48	83	65	1,5	70	1	69,2	-	1,16
Beispiel 22	0,216	31,0	48	77,4	65	1,5	70	1	64,9	-	1,16
Beispiel 23	0,305	46,5	48	62,8	65	1,5	70	1	53,6	-	1,16
Beispiel 24	0,127	55,8	48	81,9	60	1,2	70	1	68,3	-	1,03
Beispiel 25	0,152	34,1	48	83	60	1,2	70	1	69,2	-	1,03
Beispiel 26	0,216	31,0	48	77,4	60	1,2	70	1	64,9	-	1,03
Beispiel 27	0,305	46,5	48	62,8	60	1,2	70	1	53,6	-	1,03
Vergleichsbeispiel 18	0,127	55,8	48	81,9	70	2	80	0,5	68,3	1,86	-
Vergleichsbeispiel 19	0,152	34,1	48	83	60	1,2	65	1	69,2	-	1,03
Vergleichsbeispiel 20	0,216	31,0	48	77,4	75	3	80	1	64,9	-	-
Vergleichsbeispiel 21	0,305	46,5	48	62,8	75	3	80	1	53,6	-	-

(Tabelle 4)

	Einhülsebruchtest	Erosionsbeständigkeitsbewertung
Beispiel 1	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 2	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 3	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 4	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 5	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 6	Akzeptanz	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 1	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 2	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 3	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 4	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 5	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 6	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 7	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 8	Defekt	Akzeptanz

(Tabelle 5)

	Einhülsebruchtest	Erosionsbeständigskeitsbewertung
Beispiel 7	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 8	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 9	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 10	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 11	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 12	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 13	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 14	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 15	Akzeptanz	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 9	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 10	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 11	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 12	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 13	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 14	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 15	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 16	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 17	Defekt	Akzeptanz

(Tabelle 6)

	Einhülsebruchtest	Erosionsbeständigskeitsbewertung
Beispiel 16	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 17	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 18	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 19	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 20	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 21	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 22	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 23	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 24	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 25	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 26	Akzeptanz	Akzeptanz
Beispiel 27	Akzeptanz	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 18	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 19	Defekt	Akzeptanz
Vergleichsbeispiel 20	Akzeptanz	Defekt
Vergleichsbeispiel 21	Akzeptanz	Defekt

(Ergebnisse)
Die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 27 führten sowohl in dem „Einhülsebruchtest“ als auch in der „Erosionsbeständigkeitsbewertung“ zur Akzeptanz. Die Wabenfilter der Vergleichsbeispiele 1 bis 21 führten entweder in dem „Einhülsebruchtest“ oder in der „Erosionsbeständigkeitsbewertung“ zum Defekt. Insbesondere führten Wabenfilter, die Teile mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 von mehr als 70 % enthielten, in der „Erosionsbeständigkeitsbewertung“ zum Defekt. Wabenfilter, die einen Teil mit hoher Porosität mit einer Porosität P2 kleiner als den Wert aus Formel (1) enthielten, und Wabenfilter, die einen Teil mit hoher Porosität mit einer Länge L2 kleiner als 1 mm enthielten, führten in dem „Einhülsebruchtest“ zum Defekt.
(Industrielle Anwendbarkeit)
Der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung kann als ein Filter verwendet werden, der Schwebstoffe in einem Abgas auffängt.
Bezugszeichenliste

1:: Trennwand
2:: Zelle
2a:: Einströmzelle
2b:: Ausströmzelle
3:: Umfangswand
4:: Wabenstruktur
5, 25, 45:: Einströmseiten-Abdichtabschnitt
5a, 25a, 45a:: Teil mit niedriger Porosität
5b, 25b, 45b:: Teil mit hoher Porosität
6:: ausströmseitiger Abdichtabschnitt
11:: Einströmstirnfläche
12:: Ausströmstirnfläche
100, 200, 300:: Wabenfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018060159 [0001]
JP 2009195805 A [0006]

Claims

Wabenfilter, der umfasst: eine säulenförmige Wabenstruktur, die eine poröse Trennwand enthält, die in der Weise vorgesehen ist, dass sie mehrere als Fluiddurchlässe dienende Zellen, die von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche verlaufen, umgibt; Einströmseiten-Abdichtabschnitte, die an den Enden vorgegebener Zellen der mehreren Zellen auf einer Seite der Einströmstirnfläche vorgesehen sind; und Ausströmseiten-Abdichtabschnitte, die an den Enden der restlichen Zellen der mehreren Zellen auf einer Seite der Ausströmstirnfläche vorgesehen sind, wobei die Einströmseiten-Abdichtabschnitte und die Ausströmseiten-Abdichtabschnitte aus einem porösen Körper gebildet sind, jeder Einströmseiten-Abdichtabschnitt auf einer Seite der Einströmstirnfläche in einer Verlaufsrichtung der Zellen einen Teil mit niedriger Porosität mit einer Porosität P1 (%) von 70 % oder weniger enthält und auf einer Seite der Ausströmstirnfläche in einer Verlaufsrichtung der Zellen einen Teil mit hoher Porosität mit einer höheren Porosität als der Teil mit niedriger Porosität enthält, der Teil mit hoher Porosität eine Porosität P2 (%) aufweist, die Formel (1) erfüllt: $P 2 \geq (0,8904 \cdot P 3) + (0,7716 \cdot N 1) - 37,585$
(wobei in Formel (1) P3 (%) eine Porosität (%) der Trennwand repräsentiert; und N1 (%) eine geöffnete Vorderfläche (%) der Zellen in der Wabenstruktur repräsentiert), und der Teil mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L2 (mm) von 1 mm oder mehr aufweist.
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei der Teil mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (2) erfüllt: $L 1 \geq 0,1339 \cdot P 1 - 7,517$
(wobei in Formel (2) P1 (%) 65 % < P1 ≤ 70 % erfüllt).
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei der Teil mit niedriger Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (3) erfüllt: $L 1 \geq 0,0245 \cdot P 1 - 0,4375$
(wobei in Formel (3) P1 (%) 40 % < P1 ≤ 65 % erfüllt).
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei der Teil mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 40 % oder weniger aufweist und in der Verlaufsrichtung der Zelten eine Länge L1 (mm) aufweist, die Formel (4) erfüllt: $L 1 \geq 0,4.$
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Teil mit hoher Porosität in der Verlaufsrichtung der Zellen eine Länge L2 (mm) von 1 bis 9,5 mm aufweist.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Teil mit niedriger Porosität eine Porosität P1 (%) von 5 bis 70 % aufweist.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Absolutwert einer Differenz zwischen der Porosität P2 (%) des Teils mit hoher Porosität und der Porosität P1 (%) des Teils mit niedriger Porosität 1 bis 75 % beträgt.