DE102019204520A1

DE102019204520A1 - Wabenfilter

Info

Publication number: DE102019204520A1
Application number: DE102019204520.0A
Authority: DE
Inventors: Fumihiko YOSHIOKA; Yoshiaki Hatakeyama; Noritaka Masumitsu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN110314682B; JP7049156B2; US10669906B2; CN110314682A; US20190301327A1; JP2019177318A

Abstract

Es wird ein Wabenfilter geschaffen, der eine ausgezeichnete Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen in Abgas enthaltener Schwebstoffe und eine ausgezeichnete Reinigungsleistungsfähigkeit zum Reinigen in dem Abgas enthaltener schädlicher Substanzen aufweist.Der Wabenfilter enthält: eine Wabenstruktur 4, die poröse Trennwände 1 aufweist; und Abdichtabschnitte 5, wobei die Wabenstruktur 4 ferner eine Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, die nur auf einer Seite einer Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a umgebend, angeordnet ist, enthält, wobei die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf eine Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von einer Einströmendfläche 11, angeordnet ist und in einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von einer Ausströmendfläche 12, nicht angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, die auf der JP-2018-066813 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 30.03.2018, beruht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wabenfilter, der eine ausgezeichnete Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen von in Abgas enthaltenen Schwebstoffen und eine ausgezeichnete Reinigungsleistungsfähigkeit zum Reinigen von in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen aufweist.
Beschreibung des verwandten Gebiets
In den letzten Jahren werden Vorschriften über die Entfernung von Schwebstoffen, die in von einer Benzinkraftmaschine emittiertem Abgas enthalten sind, weltweit strenger, wobei als ein Filter zum Entfernen von Schwebstoffen ein Wabenfilter mit einer Wabenstruktur verwendet wird. Im Folgenden kann auf die Schwebstoffe als „PM“ Bezug genommen sein. Das PM ist eine Abkürzung für „die Schwebstoffe“.
Beispiele des Wabenfilters können einen Wabenfilter enthalten, der eine Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, und Abdichtabschnitten, die einen Endabschnitt irgendwelcher der Zellen abdichten, enthält. In einem solchen Wabenfilter ist jede der porösen Trennwände in der Weise strukturiert, dass sie als ein Filter zum Entfernen der PM dient. Genauer wird das PM-haltige Abgas von einer Einströmendfläche des Wabenfilters eingeleitet, werden die PM durch die porösen Trennwände aufgefangen, um gefiltert zu werden, und wird das gereinigte Abgas daraufhin von einer Ausströmendfläche des Wabenfilters emittiert. Dadurch können die PM in dem Abgas entfernt werden.
Zur Verbesserung der Reinigungsleistungsfähigkeit eines solchen Wabenfilters wird das Laden eines Katalysators zum Reinigen des Abgases auf die poröse Trennwand ausgeführt (siehe z. B. Patentdokument 1). Beispiele des Katalysators zum Reinigen des Abgases können einen Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, der durch einen Abgasreinigungskatalysator gebildet ist, der ein Element der Platingruppe enthält, enthalten. Im Folgenden kann auf den Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, als ein „PGM-Katalysator“ Bezug genommen sein. „PGM“ ist eine Abkürzung für „Metall der Platingruppe“. Das PGM enthält Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin.
[Patentdokument 1] JP-A-2015-066536
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Wabenfilter für die Benzinkraftmaschine ist untersucht worden, die Wabenstruktur zu verwenden, in der eine Porosität der Trennwand hoch ist, um eine Erhöhung des Druckverlusts zu unterdrücken. Wenn der PGM-Katalysator auf die Trennwände einer solchen Wabenstruktur geladen wird, wird der PGM-Katalysator in der Weise geladen, dass er in die Poren der porösen Trennwände gefüllt wird.
Herkömmlich weist der Wabenfilter, der die Wabenstruktur mit der hohen Porosität verwendet, ein Problem auf, dass sich die Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen der PM verschlechtert, wenn der PGM-Katalysator geladen ist. Als eine Ursache für die Verschlechterung der Auffangleistungsfähigkeit sind die folgenden Gründe denkbar. Wenn der PGM-Katalysator auf die Trennwände geladen wird, in denen eine Porosität hoch ist, wird der PGM-Katalysator unter den Poren der Trennwände in der Reihenfolge, die von Poren mit einem verhältnismäßig kleinen Porendurchmesser beginnt, gefüllt. Aus diesem Grund werden in den Trennwänden, auf die eine vorgegebene Menge PGM-Katalysator geladen ist, die Poren mit einem verhältnismäßig kleineren Porendurchmesser durch den PGM-Katalysator geschlossen und verbleiben die Poren mit einem verhältnismäßig größeren Porendurchmesser. Im Folgenden wird auf die Poren mit einem verhältnismäßig kleineren Porendurchmesser als „kleine Pore“ Bezug genommen und wird auf die Poren mit einem verhältnismäßig größeren Porendurchmesser als „große Pore“ Bezug genommen. Wenn in der Wabenstruktur, in der eine Porosität hoch ist, vorzugsweise die kleinen Poren der Trennwand durch den PGM-Katalysator geschlossen werden, wird das Verhältnis der großen Poren der Trennwände erhöht und konzentriert sich die Strömung von Abgas, das die Trennwände durchdringt, an den großen Poren. Das heißt, es wird schwierig, dass Abgas in den kleinen Poren, die zur Verbesserung der Auffangleistungsfähigkeit beitragen, strömt, und im Ergebnis verschlechtert sich die Auffangleistungsfähigkeit des Wabenfilters.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Probleme des Standes der Technik gemacht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wabenfilter geschaffen, der eine ausgezeichnete Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen von in Abgas enthaltenen PM und eine ausgezeichnete Reinigungsleistungsfähigkeit zum Reinigen in dem Abgas enthaltener schädlicher Komponenten aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein wie im Folgenden gezeigter Wabenfilter geschaffen.

[1] Wabenfilter, der enthält: eine Wabenstruktur, die poröse Trennwände aufweist, die in der Weise angeordnet sind, dass sie mehrere Zellen als Durchgangskanäle von Fluid, die von einer Einströmendfläche zu einer Ausströmendfläche verlaufen, umgeben; und Abdichtabschnitte, die in der Weise angeordnet sind, dass sie einen der Endabschnitte jeder der Zellen auf der Seite der Einströmendfläche oder auf der Seite der Ausströmendfläche abdichten, wobei die Zellen, in denen die Abdichtabschnitte in einem Endabschnitt auf der Seite der Ausströmendfläche angeordnet sind und die auf der Seite der Einströmendfläche geöffnet sind, als Einströmzellen definiert sind, die Zellen, in denen die Abdichtabschnitte in dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmendfläche angeordnet sind und die auf der Seite der Ausströmendfläche geöffnet sind, als Ausströmzellen definiert sind, die Wabenstruktur ferner eine Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, die durch einen Abgasreinigungskatalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, gebildet ist, enthält, die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf einer Seite einer Innenoberfläche der Trennwände, die Einströmzellen umgebend, angeordnet ist, und die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, in einer Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf eine Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Einströmendfläche, angeordnet ist und in einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Ausströmendfläche, nicht angeordnet ist.
[2] Wabenfilter gemäß dem obigen [1], wobei eine Porosität der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, von 50 bis 90 % beträgt.
[3] Wabenfilter gemäß dem obigen [1] oder [2], wobei eine Dicke der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, von 10 bis 40 µm beträgt.
[4] Wabenfilter gemäß einem des obigen [1] bis [3], wobei die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, eine Katalysatorschicht ist, die ein Oxid wenigstens eines Elements enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aluminium, Zirkonium und Cer besteht.
[5] Wabenfilter gemäß einem des obigen [1] bis [4], wobei in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur ein Bereich innerhalb von 60 % einer Länge von einem Schwerpunkt des Querschnitts zu einem Umfangsrand des Querschnitts als ein zentraler Abschnitt des Querschnitts definiert ist, und die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, auf den Trennwänden angeordnet ist, die in dem zentralen Abschnitt des Querschnitts vorhanden ist.
[6] Wabenfilter gemäß einem des obigen [1] bis [4], wobei in dem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, auf den Trennwänden angeordnet ist, die die Einströmzellen in einer gesamten Fläche des Querschnitts umgeben.

Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen der in Abgas enthaltenen PM und die Reinigungsleistungsfähigkeit zum Reinigen der in dem Abgas enthaltenen schädlichen Komponenten.
Das heißt, in dem Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist die „Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält,“ vorzugsweise auf der Seite der Einströmendfläche der Wabenstruktur angeordnet und ist die „Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält,“ auf der Seite der Ausströmendfläche der Wabenstruktur nicht angeordnet. Somit fungieren die Trennwände auf der Seite der Ausströmendfläche, in die eine große Menge Gas strömt, vorteilhaft als ein Filterungsmaterial zum Auffangen der PM und kann die Auffangleistungsfähigkeit durch die Trennwände auf der Seite der Ausströmendfläche verbessert sein. Außerdem wird der Kontakt der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, mit dem Abgas in den Einströmzellen gefördert und kann die Reinigungsleistungsfähigkeit effektiv verbessert sein, da die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die Einströmzellen umgebend, angeordnet ist. Wie oben beschrieben wurde, ist der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung in der Weise konfiguriert, dass er die Funktionen der Reinigungsleistungsfähigkeit und der Auffangleistungsfähigkeit zwischen der Seite der Einströmendfläche und der Seite der Ausströmendfläche der Wabenstruktur vorteilhaft gemeinsam nutzt. Das heißt, die Seite der Einströmendfläche der Wabenstruktur ist hauptsächlich für die Funktion der Verbesserung der Reinigungsleistungsfähigkeit durch die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, spezialisiert und die Seite der Ausströmendfläche der Wabenstruktur ist hauptsächlich für die Funktion der Verbesserung der Auffangleistungsfähigkeit durch die porösen Trennwände spezialisiert.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine erste Ausführungsform eines Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht einer Seite einer Einströmendfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters;
3 ist eine Draufsicht einer Seite einer Ausströmendfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters;
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie A-A' aus 2 zeigt;
5 ist eine Draufsicht einer Seite einer Einströmendfläche, die schematisch eine zweite Ausführungsform eines Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie B-B' aus 5 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist. Somit liegen die folgenden Ausführungsformen, die auf der Grundlage der üblichen Kenntnis des Fachmanns auf dem Gebiet geeignet geändert, verbessert und dergleichen sind, ohne von der Aufgabe der Erfindung abzuweichen, selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Wabenfilter (erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform eines Wabenfilters der vorliegenden Erfindung ist ein wie in 1 bis 4 gezeigter Wabenfilter 100. 1 ist hier eine perspektivische Ansicht, die schematisch die erste Ausführungsform des Wabenfilters der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht einer Seite einer Einströmendfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 3 ist eine Draufsicht einer Seite einer Ausströmendfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 4 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie A-A' aus 2 zeigt.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, enthält der Wabenfilter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Wabenstruktur 4 und Abdichtabschnitte 5. Die Wabenstruktur 4 weist poröse Trennwände 1 auf, die in der Weise angeordnet sind, dass sie mehrere Zellen 2 als Durchgangskanäle von Fluid, die von einer Einströmendfläche 11 zu einer Ausströmendfläche 12 verlaufen, umgeben. Die in 1 bis 4 gezeigte Wabenstruktur 4 ist in einer runden Säulenform mit der Einströmendfläche 11 und mit der Ausströmendfläche 12 als beide Endflächen gebildet und weist ferner auf einer Umfangsseitenfläche davon eine Umfangswand 3 auf. Das heißt, die Umfangswand 3 ist in der Weise angeordnet, dass sie die in Form eines Gitters angeordneten Trennwände 1 umgibt.
Die Abdichtabschnitte 5 sind in der Weise angeordnet, dass sie einen der Endabschnitte jeder der Zellen 2 auf der Seite der Einströmendfläche 11 oder auf der Seite der Ausströmendfläche 12 abdichten. Im Folgenden sind unter mehreren Zellen 2 die Zellen 2, in denen die Abdichtabschnitte 5 in einem Endabschnitt auf der Ausströmendfläche 12 angeordnet sind und die auf der Seite der Einströmendfläche 11 geöffnet sind, als „Einströmzellen 2a“ definiert. Außerdem sind unter den mehreren Zellen 2 die Zellen, in denen die Abdichtabschnitte 5 in dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmendfläche 11 angeordnet sind und die auf der Seite der Ausströmendfläche 12 geöffnet sind, als „Ausströmzellen 2b“ definiert. In dem Wabenfilter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Einströmzelle 2a und die Ausströmzelle 2b über die Trennwände 1 abwechselnd angeordnet sind.
Die Wabenstruktur 4 in dem Wabenfilter 100 ist wie folgt konfiguriert. Das heißt, die Wabenstruktur 4 enthält ferner eine Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, die durch einen Abgasreinigungskatalysator gebildet ist, der ein Element der Platingruppe enthält. Die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, ist nur auf einer Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a umgebend, angeordnet. Außerdem ist die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf eine Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Einströmendfläche 11 in einer Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4, angeordnet. In einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Ausströmendfläche 12, ist die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, nicht angeordnet. Die Gesamtlänge der Zellen 2 bezieht sich auf eine Länge von der Einströmendfläche 11 bis zu der Ausströmendfläche 12 der Wabenstruktur 4 (mit anderen Worten, von der Ausströmendfläche 12 bis zu der Einströmendfläche 11 der Wabenstruktur 4). Das „nur auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1 angeordnet“ bedeutet, dass der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, in einer Dickenrichtung der Trennwände 1 zwischen 0,1T und 1,0T, beginnend von einer Position des obigen 0,1T (wobei T die Dicke der Trennwände 1 angibt) in der Dickenrichtung der Trennwände 1 von der Innenoberfläche der Trennwände 1, nicht vorhanden ist.
Das Element der Platingruppe enthält hier Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Im Folgenden kann auf das Element der Platingruppe als „PGM“ Bezug genommen sein.
Die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, ist nur auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die die Einströmzellen 2a umgibt, und in einem Bereich von bis zu wenigstens 35 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Einströmendfläche 11, angeordnet. Die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, ist eine Katalysatorüberzugsschicht, die dadurch gebildet ist, dass der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, auf einer vorgegebenen Oberfläche der Trennwände 1 überzogen ist.
Der Wabenfilter 100 enthält die Wabenstruktur 4, die ferner wie oben beschrieben die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, enthält, und weist eine ausgezeichnete Auffangleistungsfähigkeit zum Auffangen der PM und eine ausgezeichnete Reinigungsleistungsfähigkeit zum Reinigen in dem Abgas enthaltener schädlicher Komponenten auf.
Das heißt, in dem Wabenfilter 100 fungieren die Trennwände 1 auf der Seite der Ausströmendfläche 12, in die eine große Menge Gas strömt, vorteilhaft als das Filterungsmaterial zum Auffangen der PM und kann die Auffangleistungsfähigkeit durch die Trennwände 1 auf der Seite der Ausströmendfläche 12 verbessert sein. Außerdem wird der Kontakt der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, mit dem Abgas in den Einströmzellen 2a gefördert und kann die Reinigungsleistungsfähigkeit effektiv verbessert sein, da die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a umgebend, angeordnet ist. Wie oben beschrieben wurde, ist der Wabenfilter 100 in der Weise konfiguriert, dass er die Funktionen der Reinigungsleistungsfähigkeit und der Auffangleistungsfähigkeit zwischen der Seite der Einströmendfläche 11 und der Seite der Ausströmendfläche 12 der Wabenstruktur 4 vorteilhaft gemeinsam nutzt. Das heißt, die Seite der Einströmendfläche 11 der Wabenstruktur 4 ist hauptsächlich für die Funktion der Reinigungsleistungsfähigkeit durch die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, spezialisiert und die Seite der Ausströmendfläche 12 der Wabenstruktur 4 ist hauptsächlich für die Funktion der Verbesserung der Auffangleistungsfähigkeit durch die porösen Trennwände 1 spezialisiert.
Falls die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, ebenfalls auf anderen Abschnitten als der Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a umgebend, angeordnet ist, kann der Druckverlust des Wabenfilters 100 erhöht sein. Obgleich der Katalysator, der das Element der Platingruppe enthält, eine ausgezeichnete Katalysatorleistungsfähigkeit für die Abgasreinigung aufweist, ist außerdem die Knappheit groß und ist ein industrieller Wert ebenfalls hoch. Somit ist die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf der vorgegebenen Oberfläche der Trennwände 1 angeordnet, so dass die Herstellungskosten des Wabenfilters 100 verringert sein können.
Vorzugsweise beträgt die Porosität der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, von 50 bis 90 %, bevorzugter von 60 bis 80 % und besonders bevorzugt von 60 bis 70 %. Falls die Porosität der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kleiner als 50 % ist, kann der Druckverlust erhöht sein. Andererseits kann sich die Auffangeffizienz verschlechtern, wenn die Porosität der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, 90 % übersteigt.
Vorzugsweise beträgt ein durchschnittlicher Porendurchmesser der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, von 1 bis 7 µm, bevorzugter von 1 bis 5 µm und besonders bevorzugt von 1 bis 3 µm.
Die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kann durch das folgende Verfahren gemessen werden. Zunächst wird ein Querschnittsabschnitt der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, durch ein Rasterelektronenmikroskop (auf das im Folgenden als „REM“ Bezug genommen wird) betrachtet, um das REM-Bild davon zu erfassen. Das REM-Bild wird zur Beobachtung auf das 200-fache vergrößert. Das REM ist eine Abkürzung für „Rasterelektronenmikroskop“. Als das Rasterelektronenmikroskop kann z. B. ein durch die Hitachi High-Technologies Corporation hergestelltes Rasterelektronenmikroskop „Modellnummer: S3200-N“ verwendet werden. Nachfolgend werden ein materieller Anteil der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, und ein leerer Anteil in der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, durch Analysieren des erfassten REM-Bild binarisiert. Daraufhin wird ein Prozentsatz eines Verhältnisses des leeren Anteils in der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, in Bezug auf eine Gesamtfläche des materiellen Anteils und des leeren Anteils der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, berechnet und wird der berechnete Wert als die Porosität der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, eingestellt. Außerdem wird getrennt eine hohle Wand zwischen den jeweiligen Partikeldurchmessern in dem REM-Bild binarisiert und wird eine Größe der hohlen Wand mit einer Skale direkt gemessen und wird der Porendurchmesser der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, berechnet. Ein Durchschnittswert der berechneten Porendurchmesser wird als ein durchschnittlicher Porendurchmesser der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, eingestellt.
Außerdem ist die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, vorzugsweise eine Katalysatorschicht, die durch einen Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, mit einem Partikeldurchmesser von 1 bis 10 µm gebildet ist. Mit einer solchen Konfiguration kann die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, effektiv auf der Innenoberfläche der Trennwände 1, die die Einströmzellen 2a umgeben, angeordnet werden.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, von 10 bis 40 µm, bevorzugter von 20 bis 35 µm und besonders bevorzugt von 20 bis 30 µm. Falls die Dicke der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kleiner als 10 µm ist, ist es nicht bevorzugt, da der Kontakt der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, verringert ist. Andererseits ist es nicht bevorzugt, falls die Dicke der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, 40 µm übersteigt, da der Druckverlust erhöht sein kann.
Die Dicke der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kann durch das folgende Verfahren gemessen werden. Zunächst wird ein Querschnittsanteil der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, durch ein Rasterelektronenmikroskop beobachtet, um das REM-Bild davon zu erfassen. Nachfolgend wird die Dicke der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, aus dem erfassten REM-Bild unter Verwendung der Skale direkt gemessen.
Es ist bevorzugt, dass die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, eine Katalysatorschicht ist, die ein Oxid wenigstens eines Elements enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aluminium, Zirkonium und Cer besteht. Es ist bevorzugt, dass die Katalysatorschicht, die ein solches Oxid enthält, in Bezug auf die Gesamtmasse der Katalysatorschicht von 1 bis 3 Masse-% eines Elements der Platingruppe enthält. Eine Zusammensetzung der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kann z. B. durch Röntgenfluoreszenz-Analyse (XRF; Röntgenfluoreszenz) gemessen werden. Genauer kann die Zusammensetzungsanalyse der Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, durch Detektieren für jedes Element intrinsischer fluoreszierender Röntgenstrahlen, die durch Bestrahlen einer Probe mit Röntgenstrahlen erzeugt werden, ausgeführt werden.
Die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, ist in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Einströmendfläche 11, angeordnet und ist in einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Ausströmendfläche 12, nicht angeordnet. Der Bereich, in dem die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, angeordnet ist, kann z. B. bis zu 40 %, bis zu 50 % und bis zu 60 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Einströmendfläche 11, betragen. Außerdem kann der Bereich, in dem die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, nicht angeordnet ist, vorzugsweise wenigstens 35 % und bevorzugter wenigstens 40 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 2, beginnend von der Ausströmendfläche 12, betragen. Bei einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Auffangeffizienz des Wabenfilters 100 zu erhöhen und die Erhöhung des Druckverlusts des Wabenfilters 100 effektiv zu unterdrücken.
In dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 ist in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4 die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, auf der gesamten Fläche des Querschnitts angeordnet. Allerdings kann die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, wenigstens eine der Einströmzellen 2a in dem Querschnitt umgebend, angeordnet sein. Das heißt, die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, kann in einem Bereich von wenigstens bis zu 60 % in Bezug auf die Gesamtlänge, beginnend von der Einströmendfläche 11 der Wabenstruktur 4 auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, wenigstens eine der Einströmzellen 2a umgebend, angeordnet sein.
Vorzugsweise beträgt die Porosität der Trennwände 1 der Wabenstruktur 4 von 50 bis 70 %, bevorzugter von 55 bis 65 % und besonders bevorzugt von 60 bis 65 %. Die Porosität der Trennwände 1 ist ein Wert, der durch eine Quecksilberporosimetrie gemessen wird. Die Porosität der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des durch die Micromeritics Instrument Corp. hergestellten AutoPore 9500 (Produktname) gemessen werden. Falls die Porosität der Trennwände 1 kleiner als 50 % ist, ist es nicht bevorzugt, da ein Permeationswiderstand der Trennwände 1 erhöht ist und der Druckverlust erhöht ist. Falls die Porosität der Trennwände 1 70 % übersteigt, ist es nicht bevorzugt, da die Festigkeit deutlich verringert ist.
Vorzugsweise beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 110 bis 25 µm, bevorzugter von 10 bis 20 µm und besonders bevorzugt von 15 bis 20 µm. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1 ist ein durch die Quecksilberporosimetrie gemessener Wert. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des durch die Micromeritics Instrument Corp. hergestellten AutoPore 9500 (Produktname) gemessen werden. Falls der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1 kleiner als 10 µm ist, ist es nicht bevorzugt, da ein Permeationswiderstand der Trennwand 1 erhöht ist und der Druckverlust erhöht ist. Falls der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 125 µm übersteigt, ist es nicht bevorzugt, da sich die Gasströmung an dem Abschnitt der großen Pore konzertiert und sich somit die Auffangeffizienz verschlechtert.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Trennwände 1 in der Wabenstruktur 4 von 0,15 bis 0,38 mm, bevorzugter von 0,18 bis 0,33 mm und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,31 mm. Die Dicke der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops oder des Mikroskops gemessen werden. Falls die Dicke der Trennwände 1 kleiner als 0,15 mm ist, kann die ausreichende Festigkeit nicht erhalten werden. Andererseits kann der Druckverlust erhöht sein, wenn der Katalysator auf die Trennwände 1 geladen ist, falls die Dicke der Trennwände 1 0,38 mm übersteigt.
Die Form der in der Wabenstruktur 4 gebildeten Zellen 2 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann die Form der Zellen 2 in dem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 ein Mehreck, ein Kreis, eine Ellipse oder dergleichen sein. Beispiele des Mehrecks können ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Achteck und dergleichen enthalten. Vorzugsweise ist die Form der Zellen 2 ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck oder ein Achteck. Hinsichtlich der Form der Zellen 2 können alle Zellen 2 dieselbe Form aufweisen oder können die Zellen 2 voneinander verschiedene Formen aufweisen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, können z. B. viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt sein. Hinsichtlich der Größe der Zellen 2 können alle Zellen 2 dieselbe Größe aufweisen oder können die Zellen 2 voneinander verschiedene Größen aufweisen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, können z. B. einige Zellen von mehreren Zellen eine größere Größe aufweisen und die anderen Zellen eine kleinere Größe aufweisen. In der vorliegenden Erfindung bedeuten die Zellen einen von den Trennwänden umgebenen Raum.
Vorzugsweise beträgt eine Zellendichte der durch die Trennwände 1 definierten Zellen 2 von 31 bis 54 Zellen/cm² und bevorzugter von 39 bis 47 Zellen/cm². Mit einer solchen Konfiguration kann der Wabenfilter geeignet als ein Filter zum Auffangen von PM in von einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen emittiertem Abgas verwendet werden.
Die Umfangswand 3 der Wabenstruktur 4 kann einteilig mit den Trennwänden 1 gebildet sein oder kann durch eine durch Überziehen eines Umfangsüberzugsmaterials in der Weise, dass es die Trennwände 1 umgibt, gebildete Umfangsüberzugsschicht sein. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann die Umfangsüberzugsschicht zur Zeit der Herstellung auf der Umfangsseite der Trennwände vorgesehen werden, nachdem die Trennwände mit der Umfangswand einteilig gebildet worden sind, und wird die gebildete Umfangswand daraufhin durch die bekannten Verfahren wie etwa eine Schleifverarbeitung entfernt.
Die Form der Wabenstruktur 4 ist nicht besonders beschränkt. Die Form der Wabenstruktur 4 kann eine Säulenform enthalten, in der die Einströmendfläche 11 und die Ausströmendfläche 12 eine Kreisform, eine elliptische Form und eine Mehreckform enthalten.
Die Größe der Wabenstruktur 4, z. B. die Länge in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4 (im Folgenden auch als „Gesamtlänge“ bezeichnet) oder die Größe des Querschnitts (im Folgenden auch als „Querschnittsfläche“ bezeichnet) orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4, ist nicht besonders beschränkt. Jede Größe kann in der Weise geeignet gewählt werden, dass zur Zeit der Verwendung des Wabenfilters 100 die optimale Reinigungsleistungsfähigkeit erhalten wird. Vorzugsweise beträgt die Gesamtlänge der Wabenstruktur 4 von 90 bis 160 mm und bevorzugter von 120 bis 140 mm. Außerdem beträgt die Querschnittsfläche der Wabenstruktur 4 vorzugsweise von 8000 bis 16000 mm² und bevorzugter von 10000 bis 14000 mm².
Vorzugsweise ist das Material der Trennwände 1 wenigstens eines, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cordierit, Siliciumcarbid, einem Verbundmaterial auf der Grundlage von Silicium-Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und einem Verbundmaterial auf der Grundlage von Siliciumcarbid-Cordierit besteht. Vorzugsweise ist das Material, das die Trennwände 1 bildet, ein Material, das 30 Masse-% oder mehr, bevorzugter ein Material, das 40 Masse-% oder mehr, und besonders bevorzugt ein Material, das 50 Masse-% oder mehr der in der obigen Gruppe aufgeführten Materialien enthält. In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform ist das Material, das die Trennwände 1 bildet, besonders bevorzugt Cordierit.
Wabenfilter (zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird im Folgenden eine zweite Ausführungsform eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein wie in 5 und 6 gezeigter Wabenfilter 200. 5 ist hier eine Draufsicht einer Seite einer Einströmendfläche, die schematisch die zweite Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie B-B' aus 5 zeigt.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist, ist der Wabenfilter 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Wabenfilter 200, der eine Wabenstruktur 24 und Abdichtabschnitte 25 enthält. Die Wabenstruktur 24 weist poröse Trennwände 21 auf, die in der Weise angeordnet sind, dass sie mehrere Zellen 22 als Durchgangskanäle von Fluid, die von einer Einströmendfläche 31 zu einer Ausströmendfläche 32 verlaufen, umgeben. Ferner ist eine Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur 24 mit einer Umfangswand 23 versehen, um die Trennwände 21 zu umgeben.
Die Abdichtabschnitte 25 sind in der Weise angeordnet, dass sie einen der Endabschnitte jeder der Zellen 22 entweder auf der Seite der Einströmendfläche 31 oder auf der Seite der Ausströmendfläche 32 abdichten. Die Zelle 22, in der die Abdichtabschnitte 25 bei dem Endabschnitt auf der Seite der Ausströmendfläche 32 angeordnet sind, ist als „Einströmzelle 22a“ definiert, und die Zelle 22, in der die Abdichtabschnitte 25 bei dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmendfläche 31 angeordnet sind, ist als „Ausströmzelle 22b“ definiert.
Außerdem enthält die Wabenstruktur 24 in dem Wabenfilter 200 ferner eine Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, die durch einen Abgasreinigungskatalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, gebildet ist. Die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, ist nur auf einer Seite einer Innenoberfläche der Trennwände 21, die Einströmzellen 22a umgebend, angeordnet. Darüber hinaus ist die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, in einem Bereich von wenigstens 35 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 22, beginnend von der Einströmendfläche 31, angeordnet und in einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen 22, beginnend von der Ausströmendfläche 32, nicht angeordnet.
In dem Wabenfilter 200 ist die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, auf den Trennwänden 21 angeordnet, die in einem zentralen Abschnitt 38 der Wabenstruktur 24 vorhanden sind. Das heißt, die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, ist unter den in dem zentralen Abschnitt 38 vorhandenen Trennwänden 21 nur auf einer Seite einer Innenoberfläche der Trennwände 21, die Einströmzellen 22a umgebend, angeordnet. Der zentrale Abschnitt 38 bedeutet hier in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 22 der Wabenstruktur 24 einen Bereich innerhalb von 60 % einer Länge von einem Schwerpunkt des Querschnitts zu einem Umfangsrand des Querschnitts. Das heißt, in dem Wabenfilter 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, vorzugsweise nur bei dem „zentralen Abschnitt 38“ in dem Querschnitt der oben beschriebenen Wabenstruktur 24 angeordnet und ist die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, bei anderen Abschnitten als dem zentralen Abschnitt 38 nicht angeordnet.
Da die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, in dem Wabenfilter 200 nur bei dem zentralen Abschnitt 38 angeordnet ist, bei dem ein Durchfluss des Abgases erhöht ist, ist es möglich, die Reinigungsleistungsfähigkeit des Wabenfilters 200 vorteilhaft aufrechtzuerhalten, die Erhöhung eines Druckverlusts zu unterdrücken und die Herstellungskosten weiter zu senken.
In dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 ist die Katalysatorschicht 14, die ein Element der Platingruppe enthält, in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 4 auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a der gesamten Fläche des Querschnitts umgebend, angeordnet. Es ist bevorzugt, dass der in 5 und 6 gezeigte Wabenfilter 200 abgesehen davon, dass der Bereich, in dem die Katalysatorschicht 34, die ein Element der Platingruppe enthält, angeordnet ist, auf den zentralen Abschnitt 38 der Wabenstruktur 24 beschränkt ist, dieselbe Struktur wie der in 1 bis 4 gezeigte Wabenfilter 100 aufweist.
Verfahren zur Herstellung des Wabenfilters
Das Verfahren zur Herstellung eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders beschränkt und z. B. kann das folgende Verfahren erwähnt werden.
Zunächst wird ein Kunststoffknetmaterial zum Herstellen von Trennwänden einer Wabenstruktur vorbereitet. Das Knetmaterial zur Herstellung der Trennwände der Wabenstruktur kann durch geeignetes Zugeben von Additiven wie etwa eines Bindemittels, eines Porenbildners und von Wasser zu einem Ausgangsstoffpulver vorbereitet werden, um ein geeignetes Material für die oben erwähnten Trennwände vorzubereiten. Beispiele des Ausgangsmaterialpulvers können Pulver von Aluminiumoxid, Talk, Kaolin und Siliciumdioxid enthalten. Beispiele des Bindemittels können Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose oder dergleichen enthalten. Außerdem können Beispiele des Additivs einen oberflächenaktiven Stoff enthalten.
Nachfolgend wird durch Extrudieren des somit erhaltenen Knetmaterials ein Säulenwabenformkörper mit Trennwänden zum Definieren mehrerer Zellen und mit einer Umfangswand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt, vorbereitet. Nachfolgend wird der erhaltene Wabenformkörper z. B. mit Mikrowellen und Warmluft getrocknet.
Nachfolgend werden auf dem getrockneten Wabenformkörper die Abdichtabschnitte gebildet. Das Verfahren zum Bilden von Abdichtabschnitten kann gemäß dem herkömmlich bekannten Verfahren zum Herstellen eines Wabenfilters ausgeführt werden. Zum Beispiel wird zuerst auf die Einströmendfläche des Wabenformkörpers eine Maske aufgetragen, so dass die Einströmzelle bedeckt wird. Danach wird der Endabschnitt mit der Maske des Wabenformkörpers in einen Abdichtschlicker getaucht und wird ein geöffnetes Ende ohne Maske der Ausströmzelle mit dem Abdichtschlicker gefüllt. Danach wird auch für die Ausströmendfläche des Wabenformkörpers das geöffnete Ende der Einströmzelle durch dasselbe Verfahren wie oben beschrieben mit dem Abdichtschlicker gefüllt. Danach wird der Wabenformkörper mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten mit einem Warmlufttrockner weiter getrocknet.
Nachfolgend wird der Wabenformkörper mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten gebrannt, um vor dem Anordnen der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, einen Wabenfiltervorläufer vorzubereiten. Eine Brenntemperatur und eine Brennatmosphäre zur Zeit des Brennens des Wabenformkörpers unterscheiden sich in Abhängigkeit von einem Ausgangsstoff zum Vorbereiten des Wabenformkörpers, wobei der Fachmann auf dem Gebiet eine Brenntemperatur und eine Brennatmosphäre, die für das gewählte Material am besten geeignet sind, wählen kann.
Nachfolgend wird der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, zum Vorbereiten der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, vorbereitet. Als der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, kann z. B. ein Katalysator, in dem ein Element der Platingruppe auf ein Aluminiumoxid mit einem Partikeldurchmesser von 1 bis 10 µm geladen ist, verwendet werden. Ein solches Aluminiumoxid wird in einem Zonenüberzug in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers, aufgetragen. Als ein spezifisches Verfahren des Zonenüberzugs können z. B. die folgenden Verfahren erwähnt werden. Zunächst wird ein Katalysatorschichtbildungsschlicker, der Katalysatorpulver wie etwa Aluminiumoxid enthält, auf das das Element der Platingruppe geladen ist, und ein geeignetes Lösungsmittel (z. B. lonenaustauschwasser) und ein Dispergiermittel vorbereitet. Nachfolgend wird der Katalysatorschichtbildungsschlicker von der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers geschüttet und von der Ausströmendfläche aufgesaugt, so dass der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, auf die Oberfläche der Trennwände, die Einströmzellen umgebend, in denen die Seite der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers geöffnet ist, aufgetragen wird. Danach wird der in der Zone überzogene Katalysator, der das Element der Platingruppe enthält, bei 500 °C gebrannt, um die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, vorzubereiten. Durch Einstellen der Viskosität des Katalysatorschichtbildungsschlickers und/oder des Drucks zur Zeit des Aufsaugens wird die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf der Oberfläche der Trennwände angeordnet. Außerdem kann als ein Verfahren des Zonenüberzugs eine Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, ebenfalls durch Tauchen des Katalysatorschichtbildungsschlickers auf die Oberfläche der Trennwände aufgetragen werden. Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie oben beschrieben hergestellt werden.
(Beispiele)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen genauer beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
(Beispiel 1)
Zunächst wurden Aluminiumoxid-, Talk-, Kaolin- und Siliciumdioxid-Ausgangsstoffe zum Vorbereiten von Trennwänden einer Wabenstruktur vorbereitet. Zu den vorbereiteten Aluminiumoxid-, Talk-, Kaolin- und Siliciumdioxid-Ausgangsstoffen (insgesamt 100 Masseteile) wurden 2 Masseteile eines Dispergiermediums und 7 Masseteile eines organischen Bindemittels zugegeben, diese wurden gemischt und geknetet, um Knetmaterial vorzubereiten. Als das Dispergiermedium wurde Wasser verwendet. Als das organische Bindemittel wurde Methylzellulose verwendet. Als das Dispergiermittel wurde ein oberflächenaktiver Stoff verwendet.
Nachfolgend wurde das Knetmaterial unter Verwendung einer Form zum Vorbereiten eines Wabenformkörpers extrudiert, um einen Wabenformkörper zu erhalten, dessen Gesamtform eine runde Säulenform ist. Die Form der Zelle des Wabenformkörpers war ein Rechteck.
Nachdem der Wabenformkörper durch einen Mikrowellentrockner getrocknet wurde und durch einen Warmlufttrockner erneut vollständig getrocknet wurde, wurden nachfolgend beide Endflächen des Wabenformkörpers abgeschnitten und auf vorgegebene Dimensionen eingestellt.
Nachfolgend wurden auf dem getrockneten Wabenformkörper Abdichtabschnitte gebildet. Genauer wurde zunächst auf die Einströmendfläche des Wabenformkörpers eine Maske aufgetragen, so dass die Einströmzelle bedeckt wurde. Danach wurde der Endabschnitt mit der Maske des Wabenformkörpers in einen Abdichtschlicker getaucht und wurde ein geöffnetes Ende ohne Maske der Ausströmzelle mit dem Abdichtschlicker gefüllt. Danach wurde auch für die Ausströmendfläche des Wabenformkörpers das geöffnete Ende der Einströmzelle durch dasselbe Verfahren wie oben beschrieben mit dem Abdichtschlicker gefüllt. Danach wurde der Wabenformkörper mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten mit einem Warmlufttrockner weiter getrocknet.
Nachfolgend wurde der getrocknete Wabenformkörper entfettet und gebrannt, um vor dem Anordnen der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, einen Wabenfiltervorläufer vorzubereiten.
Nachfolgend wurde auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die Einströmzellen des Wabenfiltervorläufers umgebend, durch das folgende Verfahren die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, vorbereitet. Zunächst wurden ein Katalysatorschichtbildungsschlicker, der ein Pulver von Aluminiumoxid enthielt, auf das Palladium als ein Element der Platingruppe geladen wurde, lonenaustauschwasser und ein Dispergiermittel vorbereitet. Nachfolgend wurde der Katalysatorschichtbildungsschlicker von der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers geschüttet und wurde der geschüttete Katalysatorschichtbildungsschlicker von der Ausströmendfläche aufgesaugt, während ein Druck zur Zeit des Aufsaugens in der Weise eingestellt wurde, dass die Katalysatorschicht, die ein Platinelement enthält, nur auf die Innenoberfläche der Trennwände aufgetragen wurde. Dadurch wurde der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, auf die Oberfläche der Trennwände, die Einströmzellen, in denen die Seite der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers geöffnet ist, umgebend, aufgetragen. Danach wurde der auf die Oberfläche der Trennwände aufgetragene Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, bei 500 °C gebrannt, um die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, vorzubereiten.
Die Form des Wabenfilters aus Beispiel 1 war eine runde Säulenform, in der die Form der Einströmendfläche und der Ausströmendfläche ein Kreis war. Außerdem betrug eine Länge in einer Verlaufsrichtung der Zellen des Wabenfilters 127 mm. Ein Durchmesser der Endfläche des Wabenfilters betrug 118 mm. In der Wabenstruktur, die den Wabenfilter bildet, betrug eine Dicke der Trennwand 0,22 mm und betrug eine Zellendichte 47 Zellen/cm². Eine Porosität der Trennwände der Wabenstruktur betrug 63 %.

Außerdem war die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf einer Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die Einströmzellen umgebend, angeordnet. Die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, war in einem Bereich (d. h. in einem Bereich von 60 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Einströmendfläche) von bis zu 60 % in Bezug auf die Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Einströmendfläche der Wabenstruktur, angeordnet. Eine Porosität der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, betrug 65 %. Tabelle 1 zeigt einen Anordnungsbereich und eine Anordnungsstelle des Katalysators, der ein Element der Platingruppe enthält. [Tabelle 1]

	Anordnungsbereich des Katalysators, der ein Element der Platingruppe enthält	Anordnungsstelle des Katalysators, der ein Element der Platingruppe enthält
Vergleichsbeispiel 1	100%	In Pore der Trennwand
Vergleichsbeispiel 2	60 %von der Einströmendfläche	In Pore der Trennwand
Beispiel 1	60 %von der Einströmendfläche	Oberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt
Beispiel 2	50 %von der Einströmendfläche	Oberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt
Beispiel 3	40 %von der Einströmendfläche	Oberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt
Beispiel 4	35 %von der Einströmendfläche	Oberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt
Beispiel 5	70 %von der Einströmendfläche	Oberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt

In Bezug auf den Wabenfilter aus Beispiel 1 wurden die „Auffangeffizienzleistungsfähigkeit“, die „Druckverlustleistungsfähigkeit“ und die „Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit“ durch das folgende Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
(Auffangeffizienzleistungsfähigkeit)
Zunächst wurde eine Abgasreinigungsvorrichtung, die einen Wabenfilter jedes Beispiels eines Abgasreinigungsfilters verwendet, hergestellt. Die hergestellte Abgasreinigungsvorrichtung wurde mit einer Seite eines Auslasses eines Kraftmaschinenabgaskrümmers eines 1,2-I-Benzinkraftmaschinenfahrzeugs vom Direkteinspritzungstyp verbunden, um durch ein PN-Messverfahren die Anzahl des in dem von dem Auslass der Abgasreinigungsvorrichtung emittierten Gas enthaltenen Rußes zu messen. Das „PN-Messverfahren“ ist ein Messverfahren, das durch ein Partikelmessprogramm (abgekürzt als PMP) bei der Konferenz von Exhaust Gas Energy Experts (abgekürzt als GRPE) des Automobile Standard Harmonized World Forum (abgekürzt als WP29) in dem European Economic Committee (abgekürzt als ECE) der Vereinten Nationen (abgekürzt als UN) vorgeschlagen wurde. Genauer ist bei der Bestimmung der Anzahl des Rußes die kumulative Anzahl des Rußes, der nach Fahrt in einer Betriebsart des Worldwide harmonized Light duty Test Cycle (WLTC-Betriebsart) emittiert wird, als die zu bestimmende Anzahl des Rußes der Abgasreinigungsvorrichtung definiert, und wird die Auffangeffizienz gemessen. Die Auffangeffizienzleistungsfähigkeit wurde auf der Grundlage der folgenden Bewertungskriterien bewertet, die auf den Messwerten jeder Auffangeffizienz beruhten. Wenn die Werte der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die einen Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, in einer Spalte „Auffangeffizienzverhältnis (%)“ in der folgenden Tabelle 2 auf 100 % eingestellt war, wurden die Werte (%) der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung unter Verwendung eines Wabenfilters jedes Beispiels gezeigt.
Bewertung „ausgezeichnet“: Wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 120 % oder mehr betrug, war die Bewertung „ausgezeichnet“.
Bewertung „gut“: Wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 110 % überstieg und kleiner als 120 % war, war die Bewertung „gut“.
Bewertung „Zulassung“: Wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Auffangeffizienz der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 100 % betrug und 110 % oder kleiner war, war die Bewertung „Zulassung“.
(Druckverlustleistungsfähigkeit)
Das von einer 1,4-I-Benzinkraftmaschine vom Direkteinspritzungstyp emittierte Abgas wurde in Wabenfilter jedes Beispiels eingeleitet und Ruß in dem Abgas wurde in Trennwänden des Wabenfilters aufgefangen. Der Ruß wurde aufgefangen, bis die Menge des pro Volumeneinheit (1l) des Wabenfilters abgelagerten Rußes 1 g/l erreichte. Daraufhin wurde das Kraftmaschinenabgas von 200 °C in einem Zustand, in dem die abgelagerte Menge Ruß 1 g/l betrag, in einem Durchfluss von 1,0 Nm³/min strömengelassen und wurde der Druck zwischen der Seite der Einströmendfläche und der Seite der Ausströmendfläche des Wabenfilters gemessen. Daraufhin wurde durch Berechnen einer Druckdifferenz zwischen der Seite der Einströmendfläche und der Seite der Ausströmendfläche ein Druckverlust (kPa) des Wabenfilters erhalten. Die Druckverlustleistungsfähigkeit wurde auf der Grundlage der folgenden Bewertungskriterien, die auf den Messwerten jedes Druckverlusts beruhten, bewertet. In der Spalte „Druckverlustverhältnis (%)“ sind in der folgenden Tabelle 2 Werte (%) des Druckverlusts der Wabenfilter jedes Beispiels gezeigt, wenn der Wert des Druckverlusts des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1100 % betrug.
Bewertung „ausgezeichnet“: Wenn der Wert des Druckverlusts des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert des Druckverlusts des zu bewertenden Wabenfilters kleiner als 90 % war, war die Bewertung „ausgezeichnet“.
Bewertung „gut“: Wenn der Wert des Druckverlusts des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert des Druckverlusts des zu bewertenden Wabenfilters 90 % oder mehr und weniger als 95 % war, war die Bewertung „gut“.
Bewertung „Zulassung“: Wenn der Wert des Druckverlusts des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert des Druckverlusts des zu bewertenden Wabenfilters 95 % oder mehr und weniger als 100 % war, war die Bewertung „Zulassung“.
(Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit)
Zunächst wurde eine Abgasreinigungsvorrichtung, die einen Wabenfilter jedes Beispiels verwendete, als ein Abgasreinigungsfilter hergestellt. Die hergestellte Abgasreinigungsvorrichtung wurde mit einer Seite eines Auslasses eines Kraftmaschinenauspuffkrümmers eines 1,2-I-Benzinkraftmaschinenfahrzeugs vom Direkteinspritzungstyp verbunden, um eine Konzentration des in dem von dem Auslass der Abgasreinigungsvorrichtung emittierten Gas enthaltenen NOx zu messen und eine Reinigungseffizienz von NOx zu erhalten. Die Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit wurde auf der Grundlage der folgenden Bewertungskriterien bewertet, die auf den Messwerten der Reinigungseffizienz jedes NOx beruhten. Wenn die Werte der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, in einer Spalte „Reinigungseffizienzverhältnis (%) von NOx“ in der folgenden Tabelle 2 auf 100 % gesetzt wurden, sind die Werte (%) der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die die Wabenfilter jedes Beispiels verwendete, gezeigt.
Bewertung „ausgezeichnet“: Wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 125 % überstieg, war die Bewertung „ausgezeichnet“.
Bewertung „gut“: Wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 120 % oder mehr und 125 % oder weniger betrug, war die Bewertung „gut“.
Bewertung „Zulassung“: Wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 100 % überstieg und 120 % oder kleiner war, war die Bewertung „Zulassung“.

Bewertung „keine Zulassung“: Wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 verwendete, auf 100 % gesetzt wurde und wenn der Wert der Reinigungseffizienz von NOx der Abgasreinigungsvorrichtung, die den zu bewertenden Wabenfilter verwendete, 100 % oder weniger war, war die Bewertung „keine Zulassung“. [Tabelle 2]

	Auffangeffizienz (%)	Druckverlust (kPa)	Reinigungseffizienz von NOx (%)	Auffangeffizienzverhältnis (%)	Druckverl ustverhäl tnis (%)	Reinigungsef fizienzverhäl tnis von NOx (%)	Auffangeffizienzleistungsfähigkeit	Druckverlustleistungsfähigkeit	Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit
Vergleichsbeispiel 1	60,00	3,00	60	100%	100%	100%	Kriterium	Kriterium	Kriterium
Vergleichsbeispiel 2	64,00	2,96	50	107%	99%	83%	Zulassung	Zulassung	keine Zulassung
Beispiel 1	75,00	2,80	75	125 %	93%	125 %	ausgezeichnet	gut	gut
Beispiel 2	73,00	2,75	72	122 %	92 %	120 %	ausgezeichnet	gut	gut
Beispiel 3	71,00	2,70	69	118%	90 %	115 %	gut	gut	Zulassung
Beispiel 4	70,00	2,68	68	117%	89 %	113 %	gut	ausgezeich net	Zulassung
Beispiel 5	77,00	2,85	78	128 %	95 %	130 %	ausgezeichnet	Zulassung	ausgezeichnet

(Beispiele 2 bis 5)
Abgesehen davon, dass ein Ablagerungsbereich und eine Ablagerungsstelle eines Katalysators, der ein Element der Platingruppe enthält, wie in der obigen Tabelle 1 gezeigt geändert wurden, wurden die Wabenfilter in demselben Verfahren wie in Beispiel 1 vorbereitet. In Bezug auf die Wabenfilter der Beispiele 2 bis 5 wurden die „Auffangeffizienzleistungsfähigkeit“, die „Druckverlustleistungsfähigkeit“ und die „Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit“ durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
(Vergleichsbeispiele 1 und 2)
Abgesehen davon, dass ein Ablagerungsbereich und eine Ablagerungsstelle eines Katalysators, der ein Element der Platingruppe enthält, wie in der obigen Tabelle 1 gezeigt geändert wurden, wurden Wabenfilter in demselben Verfahren wie in Beispiel 1 vorbereitet. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, wie in den folgenden Verfahren in den inneren Abschnitt der Poren von Trennwänden einer Wabenstruktur geladen. In dem Vergleichsbeispiel 1 wurde zunächst ein Katalysatorschichtbildungsschlicker, der ein Katalysatorpulver von Aluminiumoxid enthielt, auf das ein Element der Platingruppe geladen war, lonenaustauschwasser und ein Dispergiermittel vorbereitet. Nachfolgend wurde der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, durch Imprägnieren des Katalysatorschichtbildungsschlickers von einer Einströmendfläche und von einer Ausströmendfläche des Wabenfiltervorläufers auf die gesamte Oberfläche der Trennwände eines Wabenfiltervorläufers aufgetragen. Danach wurde der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, auf 500 °C gebrannt, um die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, vorzubereiten. In dem Vergleichsbeispiel 2 wurde der Katalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, durch Imprägnieren des oben beschriebenen Katalysatorschichtbildungsschlickers in einem Bereich von 60 % von der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers von der Einströmendfläche des Wabenfiltervorläufers in den Innenabschnitt der Poren der Trennwände geladen.
(Ergebnis)
Es wurde bestätigt, dass die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 5 die jeweiligen Leistungsfähigkeiten des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1, das als eine Referenz diente, in allen Bewertungen der „Auffangeffizienzleistungsfähigkeit“, der „Druckverlustleistungsfähigkeit“ und der „Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit“ überstiegen. Somit ist ermittelt worden, dass die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 5 ebenfalls eine ausgezeichnete Auffangleistungsfähigkeit und Reinigungsleistungsfähigkeit aufwiesen und die Zunahme des Druckverlusts im Vergleich zu dem herkömmlichen Wabenfilter unterdrücken können. Andererseits wurden die Verbesserung der „Auffangeffizienzleistungsfähigkeit“ und der „Druckverlustleistungsfähigkeit“ in dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 2 im Vergleich zu dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 kaum beobachtet, während die „Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit“ äußerst gering war.
Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann als der Filter zum Auffangen der Schwebstoffe in dem Abgas verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 und 21: Trennwand, 2 und 22: Zelle, 2a und 22a: Einströmzelle, 2b und 22b: Ausströmzelle, 3 und 23: Umfangswand, 4 und 24: Wabenstruktur, 5 und 25: Abdichtabschnitt, 11 und 31: Einströmendfläche, 12 und 32: Ausströmendfläche, 14 und 34: Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, 38: zentraler Abschnitt, und 100 und 200: Wabenfilter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018066813 [0001]
JP 2015066536 A [0006]

Claims

Wabenfilter, der umfasst: eine Wabenstruktur, die poröse Trennwände aufweist, die in der Weise angeordnet sind, dass sie mehrere Zellen als Durchgangskanäle von Fluid, die von einer Einströmendfläche zu einer Ausströmendfläche verlaufen, umgeben; und Abdichtabschnitte, die in der Weise angeordnet sind, dass sie einen der Endabschnitte jeder der Zellen auf der Seite der Einströmendfläche oder auf der Seite der Ausströmendfläche abdichten, wobei die Zellen, in denen die Abdichtabschnitte in einem Endabschnitt auf der Seite der Ausströmendfläche angeordnet sind und die auf der Seite der Einströmendfläche geöffnet sind, als Einströmzellen definiert sind, die Zellen, in denen die Abdichtabschnitte in dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmendfläche angeordnet sind und die auf der Seite der Ausströmendfläche geöffnet sind, als Ausströmzellen definiert sind, die Wabenstruktur ferner eine Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, die durch einen Abgasreinigungskatalysator, der ein Element der Platingruppe enthält, gebildet ist, enthält, die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, nur auf einer Seite einer Innenoberfläche der Trennwände, die Einströmzellen umgebend, angeordnet ist, und die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, in einer Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur in einem Bereich von wenigstens bis zu 35 % in Bezug auf eine Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Einströmendfläche, angeordnet ist und in einem Bereich von wenigstens bis zu 30 % in Bezug auf eine Gesamtlänge der Zellen, beginnend von der Ausströmendfläche, nicht angeordnet ist.
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei eine Porosität der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, von 50 bis 90 % beträgt.
Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, von 10 bis 40 µm beträgt.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, eine Katalysatorschicht ist, die ein Oxid wenigstens eines Elements enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aluminium, Zirkonium und Cer besteht.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in einem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur ein Bereich innerhalb von 60 % einer Länge von einem Schwerpunkt des Querschnitts zu einem Umfangsrand des Querschnitts als ein zentraler Abschnitt des Querschnitts definiert ist, und die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, auf der Trennwand angeordnet ist, die in dem zentralen Abschnitt des Querschnitts vorhanden ist.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Querschnitt orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur die Katalysatorschicht, die ein Element der Platingruppe enthält, auf den Trennwänden angeordnet ist, die die Einströmzellen in einer gesamten Fläche des Querschnitts umgeben.