DE102020203893A1

DE102020203893A1 - Wabenfilter

Info

Publication number: DE102020203893A1
Application number: DE102020203893.7A
Authority: DE
Inventors: Fumihiko YOSHIOKA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP2020163283A; JP7202236B2; CN111749759A; US11260384B2; US20200306738A1

Abstract

Es wird ein Wabenfilter geschaffen, der wirksam verhindert, dass ein Abdichtabschnitt von einer Zelle abfällt, und der eine hohe Erosionsbeständigkeit und eine hohe Wärmeschockbeständigkeit aufweist. Der Wabenfilter enthält eine säulenförmige Wabenstruktur 10 mit den angeordneten porösen Trennwänden 1, die mehrere Zellen 2 umgeben, und die Abdichtabschnitte 5. Ein Verhältnis einer Fläche S2 eines Umfangsbereichs 16 bezüglich einer Fläche S1 eines Mittelbereichs 15 der Wabenstruktur 10 (S2/S1) erstreckt sich von 0,1 bis 0,5. Die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b, die die im Mittelbereich 15 vorhandenen Abdichtabschnitte 5 sind, ist geringer als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a, die die im Umfangsbereich 16 vorhandenen Abdichtabschnitte 5 sind. Die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b erstreckt sich von 60 % bis 68 %, während sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a von 70 % bis 85 % erstreckt.

Description

Die vorliegenden Anmeldung ist eine auf JP 2019-066132 , eingereicht am 29.3.2019 beim Japanischen Patentamt, basierende Anmeldung, deren gesamte Inhalte hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wabenfilter, der wirksam verhindert, dass die Abdichtabschnitte, die vorgesehen sind, um die offenen Enden der Zellen abzudichten, von den Zellen abfallen, und der eine hohe Erosionsbeständigkeit und eine hohe Wärmeschockbeständigkeit aufweist.
Beschreibung der verwandten Technik
Bisher ist als ein Filter, der dafür ausgelegt ist, Schwebstoffe in einem von einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einer Dieselkraftmaschine, abgegebenem Abgas aufzufangen, oder eine Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, giftige Gaskomponenten, wie z. B. CO, HC und NOx, zu reinigen, ein Wabenfilter unter Verwendung einer Wabenstruktur bekannt gewesen (siehe die Patentdokumente 1 bis 4). Die Wabenstruktur weist Trennwände auf, die aus einer porösen Keramik, wie z. B. Cordierit oder Siliciumcarbid, ausgebildet sind, und enthält mehrere Zellen, die durch die Trennwände definiert sind. Im Wabenfilter ist die obige Wabenstruktur mit Abdichtabschnitten versehen, die abwechselnd die offenen Enden auf der Seite der Einströmstirnfläche der mehreren Zellen und die offenen Enden auf deren Seite der Ausströmstirnfläche abdichten. Mit anderen Worten, der Wabenfilter weist eine Struktur auf, in der die Einströmzellen, die die Seite der Einströmstirnfläche offen und die Seite der Ausströmstirnfläche abgedichtet aufweisen, und die Ausströmzellen, die die Seite der Einströmstirnfläche abgedichtet und die Seite der Ausströmstirnfläche offen aufweisen, abwechselnd mit den dazwischen angeordneten Trennwänden angeordnet sind. Ferner arbeiten im Wabenfilter die porösen Trennwände der Wabenstruktur als Filter, die die Schwebstoffe in einem Abgas auffangen. Im Folgenden können die in einem Abgas enthaltenen Schwebstoffe als „PM“ bezeichnet werden. „PM“ ist eine Abkürzung für „Schwebstoffe“.
In den letzten Jahren ist ein Wabenfilter zum Reinigen eines Abgases, das von einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen abgegeben wird, erforderlich gewesen, um hauptsächlich zum Verbessern der Leistung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Kraftfahrzeugen eine Verringerung des Druckverlustes zu erreichen. Als eine der Maßnahmen zum Verringern des Druckverlusts im Vergleich zur herkömmlichen Trennwand sind Untersuchungen an „dünneren Wänden“, um die Dicke der Trennwände einer Wabenstruktur zu verringern, und „höherer Porosität“, um die Porosität der Trennwände weiter zu vergrößern, ausgeführt worden.

[Patentdokument 1] JP-A-2015-164712
[Patentdokument 2] JP-A-2013-223856
[Patentdokument 3] JP-A-2010-221189
[Patentdokument 4] JP-A-2008-100408

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Herkömmliche Wabenfilter stellen insofern ein Problem dar, als dass die Abdichtabschnitte leicht von den Enden der Zellen abfallen. Es hat insofern ein weiteres Problem gegeben, als die Abdichtabschnitte aufgrund verschiedener Typen von Spannungen, die auf die Wabenfilter ausgeübt werden, beschädigt werden, selbst wenn die Abdichtabschnitte nicht abfallen.
Wenn z. B. ein Wabenfilter als ein Filter zum Reinigen eines Abgases verwendet wird, wird der Wabenfilter manchmal verwendet, indem er in einem Hülsenkörper, wie z. B. einem Metallgehäuse, untergebracht ist. Die Unterbringung eines Wabenfilters in einem Hülsenkörper, wie z. B. einem Metallgehäuse, kann als Einhülsen bezeichnet werden. Beim Einhülsen eines Wabenfilters wird der Wabenfilter in einem Hülsenkörper gehalten, indem auf die Umfangsfläche des Wabenfilters durch das Zwischenstück eines Haltematerials, wie z. B. einer Matte, ein Oberflächendruck ausgeübt wird. Selbst wenn ein derartiges Einhülsen ausgeführt wird, fallen die Abdichtabschnitte von den Enden der Zellen ab oder werden die Abdichtabschnitte in einigen Fällen beschädigt.
Es hat insofern ein noch weiteres Problem gegeben, dass, wenn Fremdstoffe, wie Metallpartikel aus einer Kraftmaschine oder einem Auspuffrohr, zusammen mit einer Abgasströmung kommen und die Fremdstoffe mit den Abdichtabschnitten des Wabenfilters zusammenstoßen, dann die mit den Fremdstoffe zusammengestoßenen Abdichtabschnitte verschleißen. Insbesondere im Fall neuerer Abdichtabschnitte, die für eine höhere Porosität entworfen sind, werden alle Abdichtabschnitte durch die Fremdstoffe abgeschabt, wobei die Abdichtabschnitte in einigen Fällen schließlich von den offenen Enden der Zellen verloren werden. Dies hat manchmal zum Verlust der Filterfunktion des Wabenfilters geführt. In der folgenden Beschreibung kann der Verschleiß oder das Abschaben der Abdichtabschnitte oder dergleichen, die den Fremdstoffen, die zusammen mit einer Abgasströmung kommen, zuschreibbar sind, als „Erosion“ bezeichnet werden.
Ferner wird ein Wabenfilter in einer Umgebung eingesetzt, in der der Wabenfilter einem heißen Abgas ausgesetzt ist, so dass der Wabenfilter zwangsläufig einen Temperaturgradienten entwickelt, wobei folglich eine thermische Beanspruchung erzeugt wird. Ferner verursacht die fortgesetzte Verwendung eines Wabenfilters, dass sich die PM an den Oberflächen der Trennwände ansammeln, was in einigen Fällen zu einer Zunahme des Druckverlustes des Wabenfilters führt. Aus diesem Grund wird ein Wabenfilter manchmal regelmäßig einer Regenerationsbehandlung unterworfen, um die an den Trennwänden angesammelten PM abzubrennen. Ein Wabenfilter entwickelt aufgrund der thermischen Beanspruchung, die durch den Temperaturgradienten oder die Verbrennung der PM, die oben beschrieben worden sind, verursacht wird, manchmal einen Riss oder ähnliches. Folglich hat es einen Bedarf an einer Entwicklung eines Wabenfilters, der eine höhere Wärmeschockbeständigkeit aufweist, gegeben.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik gemacht worden. Die vorliegende Erfindung schafft einen Wabenfilter, der wirksam verhindert, dass die Abdichtabschnitte, die vorgesehen sind, um die offenen Enden der Zellen abzudichten, von den Zellen abfallen, und der eine hohe Erosionsbeständigkeit und eine hohe Wärmeschockbeständigkeit aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein im Folgenden beschriebener Wabenfilter geschaffen.
[1] Ein Wabenfilter, der enthält:

eine säulenförmige Wabenstruktur mit bereitgestellten porösen Trennwänden, die mehrere Zellen umgeben, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche erstrecken; und
poröse Abdichtabschnitte, die entweder an den Enden auf der Seite der Einströmstirnfläche der Zellen oder an den Enden auf der Seite der Ausströmstirnfläche der Zellen vorgesehen sind,
wobei der Abdichtabschnitt aus einem porösen Material besteht,
die Wabenstruktur einen Mittelbereich, der einen Schwerpunkt in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der sich die Zellen erstrecken, enthält, und einen Umfangsbereich auf einer von dem Mittelbereich ferneren Umfangsseite aufweist, und ein S2/S1 aufweist, das ein Verhältnis einer Fläche S2 des Umfangsbereichs bezüglich einer Fläche S1 des Mittelbereichs bezeichnet, das sich von 0,1 bis 0,5 erstreckt,
die Porosität P1 eines Mittelabdichtabschnitts, der der Abdichtabschnitt ist, der im Mittelbereich vorhanden ist, geringer als die Porosität P2 eines Umfangsabdichtabschnitts ist, der der Abdichtabschnitt ist, der im Umfangsbereich vorhanden ist, und
sich die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte von 60 % bis 68 % erstreckt und sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte von 70 % bis 85 % erstreckt.

[2] Der im Obigen [1] beschriebene Wabenfilter, der enthält:

mehrere der Mittelabdichtabschnitte und der Umfangsabdichtabschnitte, die von einer Mitte in Richtung auf einen Umfang in einer radialen Richtung des Querschnitts der Wabenstruktur angeordnet sind,
wobei die Mittelabdichtabschnitte und die Umfangsabdichtabschnitte so konfiguriert sind, dass die Porosität jedes der Mittelabdichtabschnitte und der Umfangsabdichtabschnitte, die in der Reihenfolge in Richtung auf den Umfang angeordnet sind, stufenweise von den Mittelabdichtabschnitten, die näher bei einer zentralen Seite vorgesehen sind, in der radialen Richtung des Querschnitts zunimmt.

[3] Der im Obigen [1] oder [2] beschriebene Wabenfilter, wobei eine Zellenstruktur der Wabenstruktur im Mittelbereich und im Umfangsbereich die gleiche ist.
[4] Der in einem der Obigen [1] bis [3] beschriebene Wabenfilter, wobei sich die Porosität der Trennwände von 40 % bis 70 % erstreckt.
Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung schafft einen Vorteil, das er wirksam verhindert, dass die Abdichtabschnitte, die vorgesehen sind, die offenen Enden der Zellen abzudichten, von den Zellen abfallen, und einen Vorteil, dass er eine hohe Erosionsbeständigkeit und eine hohe Wärmeschockbeständigkeit aufweist. Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist als ein Wabenfilter besonders wirksam, der mit einer Wabenstruktur mit höherer Porosität versehen ist. Spezifischer ist die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte geringer als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte, so dass das Verhältnis zwischen einem Elastizitätsmodul E1 der Umfangsabdichtabschnitte mit relativ höherer Porosität und einem Elastizitätsmodul E2 der Wabenstruktur (E1/E2) klein wird, wobei es folglich möglich gemacht wird, es ferner wirksam zu verhindern, dass die Umfangsabdichtabschnitte abfallen. Zusätzlich verbessern die Mittelabdichtabschnitte mit relativ geringer Porosität deren Festigkeit, was zu einer hohen Erosionsbeständigkeit führt. Ferner erhöhen die Mittelabdichtabschnitte mit der relativ geringeren Porosität die Wärmekapazität des Mittelbereichs der Wabenstruktur, wobei folglich die Möglichkeit einer Beschädigung des Wabenfilters bei der Regenerationsbehandlung zum Abbrennen der an den Trennwänden aufgefangenen PM verringert wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die die Seite der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die die Seite der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die den entlang A-A' nach 2 genommenen Querschnitt schematisch zeigt; und
5 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt. Es sollte deshalb erkannt werden, dass diejenigen, die gegebenenfalls durch Hinzufügen von Änderungen, Verbesserungen und dergleichen zu den folgenden Ausführungsformen auf der Grundlage des allgemeinen Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet erzeugt werden, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, außerdem durch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind.
Wabenfilter
Eine Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein in den 1 bis 4 gezeigter Wabenfilter 100. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 2 ist eine Draufsicht der Seite der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 3 ist eine Draufsicht der Seite der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 4 ist eine Schnittansicht, die einen entlang A-A' nach 2 genommenen Querschnitt schematisch zeigt.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, enthält der Wabenfilter 100 eine Wabenstruktur 10 und die Abdichtabschnitte 5. Die Wabenstruktur 10 weist die angeordneten porösen Trennwände 1 auf, die mehrere Zellen 2 umgeben, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer Einströmstirnfläche 11 bis zu einer Ausströmstirnfläche 12 erstrecken. Die Wabenstruktur 10 ist eine säulenförmige Struktur mit der Einströmstirnfläche 11 und der Ausströmstirnfläche 12 als ihre beiden Stirnflächen. In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführung weist die Wabenstruktur 10 ferner eine bereitgestellte Umfangswand 3 auf, die die Trennwände 1 an deren Umfangsseitenfläche umschließt.
Die Abdichtabschnitte 5 sind entweder an den Enden auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 der Zellen 2 oder an den Enden auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 der Zellen 2 vorgesehen, um die offenen Enden der Zellen 2 abzudichten. Die Abdichtabschnitte 5 sind poröse Substanzen (d. h., poröse Körper), die aus einem porösen Material bestehen. In dem in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilter 100 sind die vorgegebenen Zellen 2 mit den an den Enden auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 vorgesehenen Abdichtabschnitten 5 und die restlichen Zellen 2 mit den an den Enden auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 vorgesehenen Abdichtabschnitten 5 abwechselnd mit den dazwischen angeordneten Trennwänden 1 angeordnet. In der folgenden Beschreibung können die Zellen 2 mit den Abdichtabschnitten 5, die an den Enden auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 vorgesehen sind, als „die Ausströmzellen 2b“ bezeichnet werden. Die Zellen 2 mit den Abdichtabschnitten 5, die an den Enden auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 vorgesehen sind, können als „die Einströmzellen 2a“ bezeichnet werden.
Im Wabenfilter 100 weist die Wabenstruktur 10 einen Mittelbereich 15, der den Schwerpunkt in einem zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 orthogonalen Querschnitt enthält, und einen Umfangsbereich 16, der sich auf der Umfangsseite bezüglich des Mittelbereichs 15 befindet, auf. Im Folgenden kann „der zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 10 orthogonale Querschnitt“ einfach als „der Querschnitt der Wabenstruktur 10“ bezeichnet werden. Ferner bezieht sich „der Schwerpunkt“ des Querschnitts der Wabenstruktur 10 auf den Schwerpunkt des Querschnitts in einem geometrischen Sinn (mit anderen Worten: den geometrischen Mittelpunkt). Im Wabenfilter 100 erstreckt sich das Verhältnis einer Fläche S2 des Umfangsbereichs 16 bezüglich einer Fläche S1 des Mittelbereichs 15, d. h., S2/S1, von 0,1 bis 0,5. Im Folgenden kann in der vorliegenden Beschreibung „das Verhältnis der Fläche S2 des Umfangsbereichs 16 bezüglich der Fläche S1 des Mittelbereichs 15“ als „das Flächenverhältnis (S2/S1)“ bezeichnet werden.
Der Wabenfilter 100 ist so konfiguriert, dass die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b, die die im Mittelbereich 15 vorhandenen Abdichtabschnitte 5 sind, geringer als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a ist, die die im Umfangsbereich 16 vorhandenen Abdichtabschnitte 5 sind. Mit dieser Konfiguration schafft der Wabenfilter 100 eine Wirkung, die wirksam verhindert, dass die Abdichtabschnitte 5 von den Zellen 2 abfallen, wobei er außerdem eine Wirkung zum Erreichen einer höheren Erosionsbeständigkeit und einer höheren Wärmeschockbeständigkeit schafft. Der Wabenfilter 100 wird insbesondere in dem Wabenfilter 100 wirksam verwendet, der mit der Wabenstruktur 10 mit höherer Porosität versehen ist. Spezifischer ist die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b geringer als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a, so dass das Verhältnis zwischen einem Elastizitätsmodul E1 der Umfangsabdichtabschnitte 5a und einem Elastizitätsmodul E2 der Wabenstruktur 10 (E1/E2) kleiner wird. Das kleinere Verhältnis der Elastizitätsmoduln (E1/E2) macht es möglich, das Abfallen der Umfangsabdichtabschnitte 5a weiter wirksam zu verhindern. Zusätzlich verbessern die Mittelabdichtabschnitte 5b mit der relativ geringeren Porosität deren Festigkeit, was zu einer hohen Erosionsbeständigkeit führt. Ferner vergrößern die Mittelabdichtabschnitte 5b mit der relativ geringeren Porosität die Wärmekapazität des Mittelbereichs 15 der Wabenstruktur 10, wobei folglich die Möglichkeit einer Beschädigung des Wabenfilters 100 während der Regenerationsbehandlung zum Wegbrennen der an den Trennwänden 1 aufgefangenen PM verringert wird.
Wenn der Wabenfilter 100 so konfiguriert ist, dass die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b, die im Mittelbereich 15 vorhanden sind, gleich der oder höher als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a ist, die im Umfangsbereich 16 vorhanden sind, dann werden die obigen Wirkungen nicht erhalten. Im Folgenden können die Mittelabdichtabschnitte 5b, die im Mittelbereich 15 vorhanden sind, einfach als „die Mittelabdichtabschnitte 5b des Mittelbereichs 15“ bezeichnet werden. Ferner können die Umfangsabdichtabschnitte 5a, die im Umfangsbereich 16 vorhanden sind, als „die Umfangsabdichtabschnitte 5a des Umfangsbereichs 16“ bezeichnet werden.
Es gibt keine besondere Einschränkung an die Form des Mittelbereichs 15, insofern als der Mittelbereich 15 ein Bereich ist, der „den Schwerpunkt“ des Querschnitts der Wabenstruktur 10 enthält. Der Mittelbereich 15 ist der Bereich, in dem sich die Porosität P1 der Abdichtabschnitte 5 von 60 % bis 68 % erstreckt und in dem die Mittelabdichtabschnitte 5b vorhanden sind. Ferner ist der Umfangsbereich 16 ein Bereich, in dem sich die Porosität der Abdichtabschnitte 5 von 70 % bis 85 % erstreckt und in dem die Umfangsabdichtabschnitte 5a vorhanden sind. Der Mittelbereich 15 kann z. B. den Schwerpunkt an der gleichen Position wie der der Wabenstruktur 10 aufweisen und kann ähnlich wie die oder anders als die Umfangsform der Wabenstruktur 10 geformt sein. Eine Formgebung des Mittelbereichs 15 ähnlich der Umfangsform der Wabenstruktur 10 verursacht, dass die obigen Wirkungen weiter wirksam gezeigt werden.
Die Porosität der Abdichtabschnitte 5 kann gemessen werden, wie im Folgenden beschrieben wird. Ein zu einer Zelle äquivalenter Abschnitt, der einen Abdichtabschnitt 5 und die Trennwände 1 um den Abdichtabschnitt 5 enthält, wird aus dem Wabenfilter 100 herausgeschnitten und bearbeitet, um die Trennwände 1 um den Abdichtabschnitt 5 zu entfernen. Danach wird die Masse des Abdichtabschnitts 5 gemessen, wobei die Porosität auf der Grundlage der gemessenen Masse und der wahren Dichte eines Abdichtmaterials, das den Abdichtabschnitt 5 bildet, berechnet wird. Wenn die Porosität des Abdichtabschnitts 5 gemessen wird, ist die Porosität aller Abdichtabschnitte 5 zu messen, die an den Enden der Zellen 2 der Wabenstruktur 10 vorgesehen sind.
Durch das Messen der Porosität der Abdichtabschnitte 5, wie oben beschrieben worden ist, können der Mittelbereich 15 und der Umfangsbereich 16 definiert werden. Spezifischer kann der Bereich, in dem sich die Mittelabdichtabschnitte 5b befinden, die die Abdichtabschnitte 5 sind, deren Porosität sich von 60 % bis 68 % erstreckt, als der Mittelbereich 15 definiert werden. Ferner kann der Bereich, in dem sich die Umfangsabdichtabschnitte 5a befinden, die die Abdichtabschnitte 5 sind, deren Porosität sich von 70 % bis 85 % erstreckt, als der Umfangsbereich 16 definiert werden. In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführung sind die Abdichtabschnitte 5, die die offenen Enden der Zellen 2 abdichten, bevorzugt entweder die Mittelabdichtabschnitte 5b, die die sich von 60 % bis 68 % erstreckende Porosität aufweisen, oder die Umfangsabdichtabschnitte 5a, die die sich von 70 % bis 85 % erstreckende Porosität aufweisen.
Es ist infolge der Möglichkeit, dass die Abdichtabschnitte 5 von den Zellen 2 abfallen, nicht bevorzugt, dass das Flächenverhältnis (S2/S1), das das Verhältnis der Fläche S2 des Umfangsbereichs 16 bezüglich der Fläche S1 des Mittelbereichs 15 ist, unter 0,1 liegt. Ferner ist es hinsichtlich der Wärmeschockbeständigkeit und Erosion nicht bevorzugt, dass das Flächenverhältnis (S2/S1) 0,5 übersteigt. Das Flächenverhältnis (S2/S1) erstreckt sich bevorzugt von 0,2 bis 0,4.
Die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b erstreckt sich von 60 % bis 68 %, erstreckt sich bevorzugt von 60 % bis 67 % und erstreckt sich bevorzugter von 60 % bis 65 %. Es ist nicht bevorzugt, dass sich die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b hinsichtlich der Reinigungsleistung nach der Katalysatorbeschichtung unter 60 % befindet. Es ist nicht bevorzugt, dass die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b hinsichtlich der Erosion 68 % übersteigt.
Die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a erstreckt sich von 70 % bis 85 %, erstreckt sich bevorzugt von 75 % bis 85 % und erstreckt sich bevorzugter von 80 % bis 85 %. Es ist infolge der Möglichkeit, dass die Abdichtabschnitte 5 von den Zellen 2 abfallen, nicht bevorzugt, dass sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a unter 70 % befindet. Es ist hinsichtlich der isostatischen Festigkeit, die die Festigkeit des Filters selbst ist, nicht bevorzugt, dass die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a 85 % übersteigt.
Der Wabenfilter 100 weist mehrere Mittelabdichtabschnitte 5b und Umfangsabdichtabschnitte 5a auf, die von der Mitte in der radialen Richtung des Querschnitts der Wabenstruktur 10 in Richtung auf den Umfang angeordnet sind. Der Wabenfilter 100 ist so konfiguriert, dass der Wert der Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b, die in dem Mittelbereich 15 vorhanden sind, im Wesentlichen konstant ist und der Wert der Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a, die in dem Umfangsbereich 16 vorhanden sind, im Wesentlichen konstant ist. Der Wert der Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b im Mittelbereich 15 kann jedoch innerhalb des Mittelbereichs 15 variieren. Ferner kann der Wert der Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a im Umfangsbereich 16 innerhalb des Umfangsbereichs 16 variieren. Wie bei einem in 5 gezeigten Wabenfilter 200 können z. B. die Mittelabdichtabschnitte 5b und die Umfangsabdichtabschnitte 5a konfiguriert sein, wie im Folgenden beschrieben wird. Die Mittelabdichtabschnitte 5b und die Umfangsabdichtabschnitte 5a können so konfiguriert sein, dass die Porosität jedes der Mittelabdichtabschnitte 5b und die Porosität der Umfangsabdichtabschnitte 5a, die in der Reihenfolge in Richtung auf den Umfang angeordnet sind, stufenweise von den Mittelabdichtabschnitten 5b, die näher bei der Mitte vorgesehen sind, in der radialen Richtung des Querschnitts zunehmen. Mit anderen Worten, der in 5 gezeigte Wabenfilter 200 ist so konfiguriert, dass die Porosität jedes der Abdichtabschnitte 5 stufenweise zunimmt, wenn der Abstand der Abdichtabschnitte 5 von der Mitte des Querschnitts der Wabenstruktur 10 in Richtung auf den Umfang zunimmt. Der in 5 gezeigte Wabenfilter 200 ist hinsichtlich der Reinigungsleistung nach der Katalysatorbeschichtung bevorzugt. 5 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. In dem in 5 gezeigten Wabenfilter 200 sind den gleichen konstituierenden Elementen wie jenen des in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilters 100 die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, wobei deren ausführliche Beschreibungen weggelassen werden.
In dem in 5 gezeigten Wabenfilter 200 erstreckt sich außerdem die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte 5b bevorzugt von 60 % bis 68 %, während sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte 5a bevorzugt von 70 % bis 85 % erstreckt.
Die Fläche S1 des Mittelbereichs 15 und die Fläche S2 des Umfangsbereichs 16 des in 1 bis 4 gezeigten Wabenfilters 100 können z. B. gemäß dem folgenden Verfahren bestimmt werden. Zuerst wird die Porosität jedes der Abdichtabschnitte 5 auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 und auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 des Wabenfilters 100 aus dessen Masse gemäß dem obigen Verfahren berechnet, wobei die Grenze zwischen den Mittelabdichtabschnitten 5b und den Umfangsabdichtabschnitten 5a identifiziert wird. Die Grenze zwischen den Mittelabdichtabschnitten 5b und den Umfangsabdichtabschnitten 5a schafft die Grenze zwischen dem Mittelbereich 15 und dem Umfangsbereich 16 in einer Ebene orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 10. Die Fläche von einer Oberfläche jeder der Trennwände 1 bis zu einer Position, die die halbe Dicke der Trennwand 1 ist, wird als die Grenze in den Trennwänden 1, die die Mittelabdichtabschnitte 5b umgeben, auf dem äußersten Umfang des Mittelbereichs 15 betrachtet, wobei die Fläche auf der Innenseite der Grenze als die Fläche S1 definiert ist. Ferner wird die Fläche S2 auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der Fläche der Ebene orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 10 und der Fläche S1 berechnet.
Es gibt keine besondere Einschränkung an die Länge der Zelle 2 in der Erstreckungsrichtung jedes der Abdichtabschnitte 5. Die Länge in der Erstreckungsrichtung der Zelle 2 jedes der Abdichtabschnitte 5 erstreckt sich z. B. bevorzugt von 3 mm bis 9 mm und erstreckt sich bevorzugter von 3 mm bis 7 mm. Es ist nicht bevorzugt, dass sich die Länge der Abdichtabschnitte 5 unter 3 mm befindet, weil die Abdichtabschnitte 5 manchmal leicht abfallen, falls die Einströmstirnfläche 11 des Wabenfilters 100 eingedellt oder abgesplittert ist. Es ist nicht bevorzugt, dass die Länge der Abdichtabschnitte 5 9 mm übersteigt, weil die Fläche, durch die ein Gas hindurchgeht, abnimmt, was zu einer Zunahme des Druckverlusts führt.
In den Abdichtabschnitten 5, die die Mittelabdichtabschnitte 5b und die Umfangsabdichtabschnitte 5a enthalten, ist bevorzugt der Wert der Porosität in der Erstreckungsrichtung der Zelle 2 für jeden der Abdichtabschnitte 5 im Wesentlichen konstant. Spezifischer besteht jeder der Abdichtabschnitte 5 bevorzugt aus einem porösen Material, das im Wesentlichen die gleiche Porosität als Ganzes aufweist, anstatt die Porosität lokal zu erhöhen oder zu verringern, indem z. B. eine Glasur oder dergleichen auf die Oberfläche auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 oder der Seite der Ausströmstirnfläche 12 aufgetragen wird.
In der Wabenstruktur 10 erstreckt sich die Porosität P3 der Trennwände 1 bevorzugt von 40 % bis 70 % und bevorzugter von 45 % bis 65 %. Der Wabenfilter 100 zeigt eine weitere deutliche Wirkung, wenn die Wabenstruktur 10 mit hoher Porosität verwendet wird, wobei sich die Porosität P3 der Trennwände 1 von 45 % bis 65 % erstreckt. Die Porosität P3 der Trennwände 1 bezeichnet einen durch das Quecksilber-Einpressverfahren gemessenen Wert. Die Porosität P3 der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des AutoPore 9500 (Handelsname) von Micromeritics gemessen werden. Ein Teil der Trennwände 1 wird aus der Wabenstruktur 10 herausgeschnitten, um ein Probestück zu erhalten, wobei die Messung der Porosität P3 der Trennwände 1 unter Verwendung des Probestücks ausgeführt werden kann, das erhalten wird, wie oben beschrieben worden ist. Die Porosität P3 der Trennwände 1 weist bevorzugt in der gesamten Wabenstruktur 10 einen konstanten Wert auf. Der Absolutwert der Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Porosität P3 der Trennwände 1 ist z. B. bevorzugt 5 % oder kleiner.
In der Wabenstruktur 10 erstreckt sich die Dicke der Trennwände 1 bevorzugt von 0,15 mm bis 0,30 mm und bevorzugter von 0,15 mm bis 0,25 mm und besonders bevorzugt von 0,20 mm bis 0,25 mm. Die Dicke der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops oder eines Mikroskops gemessen werden. Wenn die Dicke der Trennwände 1 unter 0,15 mm liegt, dann kann keine ausreichende Festigkeit erhalten werden. Wenn andererseits die Dicke der Trennwände 1 0,30 mm übersteigt, dann kann der Druckverlust des Wabenfilters 100 zunehmen.
Es gibt keine besondere Einschränkung an die Formen der Zellen 2, die durch die Trennwände 1 definiert sind. Die Formen der Zellen 2 in dem Querschnitt, der orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 ist, können z. B. polygonal, kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. Eine polygonale Form kann dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, achteckig oder dergleichen sein. Die Formen der Zellen 2 sind bevorzugt dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig oder achteckig. Hinsichtlich der Formen der Zellen 2 können alle Zellen 2 die gleiche Form oder unterschiedliche Formen aufweisen. Es können z. B. viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt sein, obwohl dies nicht gezeigt ist. Hinsichtlich der Größen der Zellen 2 können ferner alle Zellen 2 die gleiche Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen. Unter den mehreren Zellen können z. B. einige Zellen größer sein und können einige andere Zellen relativ kleiner sein, obwohl dies nicht gezeigt ist. In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Zellen“ die von den Trennwänden umgebenen Räume.
In dem Wabenfilter 100 ist die Zellenstruktur der Wabenstruktur 10 bevorzugt in dem Mittelbereich 15 und dem Umfangsbereich 16 die gleiche. Diese Konfiguration verursacht, dass ein Gas gleichmäßig strömt, so dass die Konfiguration hinsichtlich des Druckverlustes bevorzugt ist. Die Zellenstruktur bedeutet die Struktur der Zellen 2 in der Wabenstruktur 10, einschließlich der Dicke der Trennwände, der Formen der Zellen 2, der Zellendichte und dergleichen.
In der Wabenstruktur 10 erstreckt sich die Zellendichte der Zellen 2, die durch die Trennwände 1 definiert sind, bevorzugt von 27 bis 51 Zellen/cm² und bevorzugter von 31 bis 47 Zellen/cm². Diese Konfiguration macht es möglich, eine Zunahme des Druckverlustes zu unterdrücken, während die PM-Auffangleistung des Wabenfilters 100 beibehalten wird.
Die Umfangswand 3 der Wabenstruktur 10 kann einteilig mit den Trennwänden 1 konfiguriert sein oder kann eine Umfangsüberzugschicht sein, die durch das Auftragen eines Umfangsüberzugsmaterials gebildet wird, das die Trennwände 1 umschließt. Die Umfangsüberzugschicht kann auf der Umfangsseite der Trennwände vorgesehen werden, nachdem die Trennwände und die Umfangswand einteilig ausgebildet worden sind, wobei dann die ausgebildete Umfangswand durch ein öffentlich bekanntes Verfahren, wie z. B. Schleifen, in einem Herstellungsprozess entfernt wird, obwohl dies nicht gezeigt ist.
Es gibt keine besondere Einschränkung an die Form der Wabenstruktur 10. Die Wabenstruktur 10 kann säulenförmig sein, wobei die Formen der Einströmstirnfläche 11 und der Ausströmstirnfläche 12 kreisförmig, elliptisch, polygonal oder dergleichen sein können.
Es gibt keine besondere Einschränkung an die Größe der Wabenstruktur 10, z. B. die Länge von der Einströmstirnfläche 11 bis zur Ausströmstirnfläche 12 und die Größe des Querschnitts, der orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 10 ist. Jede Größe kann geeignet gewählt werden, so dass eine optimale Reinigungsleistung erhalten wird, wenn der Wabenfilter 100 als ein Filter zum Reinigen eines Abgases verwendet wird. Die Länge von der Einströmstirnfläche 11 bis zur Ausströmstirnfläche 12 der Wabenstruktur 10 erstreckt sich z. B. bevorzugt von 90 mm bis 160 mm und erstreckt sich bevorzugter von 120 mm bis 140 mm. Ferner erstreckt sich die Fläche des Querschnitts, der zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 der Wabenstruktur 10 orthogonal ist, bevorzugt von100 cm² bis 180 cm² und bevorzugter von 110 cm² und 150 cm².
Es gibt keine besondere Einschränkung an das Material der Trennwände 1. Das Material der Trennwände 1 enthält z. B. bevorzugt wenigstens ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Siliciumcarbid, Cordierit, ein Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, ein Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid und Aluminiumtitanat umfasst.
Es gibt auch keine besondere Einschränkung an das Material der Abdichtabschnitte 5. Es kann z. B. das gleiche Material wie das oben beschriebene Material der Trennwände 1 verwendet werden. In den Abdichtabschnitten 5 können außerdem das Material der Mittelabdichtabschnitte 5b und das Material der Umfangsabdichtabschnitte 5a unterschiedlich oder das gleiche sein.
Herstellungsverfahren für den Wabenfilter
Es gibt keine besondere Einschränkung an das Verfahren zum Herstellen des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei z. B. das folgende Verfahren verwendet werden kann. Zuerst wird ein plastisches Knetmaterial zum Herstellen der Wabenstruktur vorbereitet. Das Knetmaterial zum Herstellen der Wabenstruktur kann durch das Hinzufügen eines Additivs, wie z. B. eines Bindemittels, eines Porenbildners und gegebenenfalls Wasser, zu einem aus den obigen geeigneten Materialien der Trennwände ausgewählten Material als Ausgangsstoffpulver hergestellt werden.
Anschließend wird das Knetmaterial, das erhalten wird, wie oben beschrieben worden ist, einer Extrusion unterworfen, um dadurch einen säulenförmigen Wabenformling zu erhalten, der die Trennwände, die mehrere Zellen definieren, und eine bereitgestellte Umfangswand, die die Trennwände umgibt, aufweist. Dann wird der erhaltene Wabenformling z. B. durch Mikrowellen und Heißluft getrocknet.
Anschließend werden an den offenen Enden der Zellen des getrockneten Wabenformlings Abdichtabschnitte vorgesehen. Spezifischer wird z. B. zuerst ein Abdichtmaterial vorbereitet, das einen Ausgangsstoff zum Bilden der Abdichtabschnitte enthält. Dann wird eine Maske an der Einströmstirnfläche des Wabenformlings bereitgestellt, um die Einströmzellen abzudecken. Als Nächstes wird das Abdichtmaterial, das vorbereitet worden ist, in die offenen Enden der Ausströmzellen, die nicht mit der Maske versehenen sind, auf der Seite der Einströmstirnseite des Wabenformlings gefüllt. Danach wird das Abdichtmaterial außerdem für die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings in die offenen Enden der Einströmzellen durch das gleiche oben beschriebene Verfahren gefüllt.
Bei der Herstellung des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung werden zum Bereitstellen der Abdichtabschnitte zwei Typen von Abdichtmaterialien vorbereitet, nämlich ein Mittelabdichtmaterial zum Bilden der Mittelabdichtabschnitte und ein Umfangsabdichtmaterial zum Bilden der Umfangsabdichtabschnitte. Für das Mittelabdichtmaterial wird das Verhältnis eines porenbildenden Ausgangsstoffs (z. B. Porenbildner) festgelegt, so dass es niedrig ist, um die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte festzulegen, so dass sie relativ gering ist. Ferner wird für das Umfangsabdichtmaterial das Verhältnis eines porenbildenden Ausgangsstoffs (z. B. Porenbildner) hoch festgelegt, um die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte festzulegen, so dass sie relativ hoch ist. Dann werden die beiden Typen von Abdichtmaterialien richtig verwendet, um die offenen Enden der Zellen in einem vorgegebenen Bereich abzudichten. Spezifischer wird das Mittelabdichtmaterial verwendet, um die offenen Enden der Zellen in einem Bereich zu füllen, der der Mittelbereich im Wabenformling sein wird, während das Umfangsabdichtmaterial verwendet wird, um die offenen Enden der Zellen in einem Bereich zu füllen, der der Umfangsbereich im Wabenformling sein wird.
Anschließend wird der Wabenformling mit den an den offenen Enden einer Seite der Zellen vorgesehenen Abdichtabschnitten gebrannt, um den Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre variieren gemäß einem Material, wobei ein Fachmann auf dem Gebiet eine Brenntemperatur und eine Brennatmosphäre wählen kann, die für ein ausgewähltes Material am besten geeignet sind.
(Beispiele)
Das Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung weiter spezifisch durch Beispiele; die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs durch die Beispiele eingeschränkt.
(Beispiel 1)
Zehn Massenteile eines Porenbildners, 20 Massenteile eines Dispergiermediums und 1 Massenteil eines organischen Bindemittels wurden zu 100 Massenteilen eines Cordierit bildenden Ausgangsstoffs hinzugefügt und gemischt, wobei die Mischung geknetet wurde, um ein Knetmaterial herzustellen. Als den Cordierit bildenden Ausgangsstoff wurden Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Siliciumdioxid verwendet. Als das Dispergiermedium wurde Wasser verwendet. Als das organische Bindemittel wurde Methylcellulose verwendet. Als das Dispergiermittel wurde Dextrin verwendet. Als der Porenbildner wurde Koks mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 15 µm verwendet.
Anschließend wurde das Knetmaterial einer Extrusion unter Verwendung eines Extrudierwerkzeugs zum Herstellen von Wabenformlingen unterworfen, wobei dadurch ein Wabenformling erhalten wurde, dessen gesamte Form eine runde Säulenform war. Die Form der Zellen des Wabenformlings war viereckig.
Anschließend wurde der Wabenformling durch einen Mikrowellentrockner getrocknet und weiter durch einen Heißlufttrockner getrocknet, um den Wabenformling vollständig zu trocknen. Danach wurden beide Stirnflächen des Wabenformlings auf vorgegebene Abmessungen geschnitten.
Anschließend wurden die Abdichtmaterialien zum Bilden der Abdichtabschnitte vorbereitet. Im Beispiel 1 wurden die beiden Typen von Abdichtmaterialien, nämlich das Mittelabdichtmaterial zum Bilden der Mittelabdichtabschnitte und das Umfangsabdichtmaterial zum Bilden der Umfangsabdichtabschnitte, vorbereitet. Für das Mittelabdichtmaterial wurde beim Vorbereiten des Abdichtmaterials der Anteil des porenbildenden Ausgangsstoffs so festgelegt, dass er im Vergleich zum Umfangsabdichtmaterial relativ gering ist. Für das Umfangsabdichtmaterial wurde beim Herstellen des Abdichtmaterials der Anteil des porenbildenden Ausgangsstoffs so festgelegt, dass er im Vergleich zum Mittelabdichtmaterial relativ hoch ist.
Anschließend wurden unter Verwendung der obigen zwei Typen von Abdichtmaterialien die Mittelabdichtabschnitte und die Umfangsabdichtabschnitte an den offenen Enden der Zellen auf der Seite der Einströmstirnfläche des getrockneten Wabenformlings gebildet. Spezifischer wurde zuerst eine Maske auf der Einströmstirnfläche des Wabenformlings vorgesehen, um die Einströmzellen abzudecken. Dann wurde entweder das Mittelabdichtmaterial oder das Umfangsabdichtmaterial in die offenen Enden der nicht mit der Maske versehenen Ausströmzellen gefüllt, wodurch die Mittelabdichtabschnitte und die Umfangsabdichtabschnitte gebildet wurden. Spezifischer wurden die offenen Enden der Zellen in dem Bereich, der der Mittelbereich sein wird, mit dem Mittelabdichtmaterial gefüllt, während die offenen Enden der Zellen in dem Bereich, der der Umfangsbereich sein wird, mit dem Umfangsabdichtmaterial gefüllt wurden.
Anschließend wurde die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings außerdem mit einer Maske versehen, um die Ausströmzellen abzudecken. Dann wurde entweder das Mittelabdichtmaterial oder das Umfangsabdichtmaterial in die offenen Enden der nicht mit der Maske versehenen Einströmzellen gefüllt, wodurch die Mittelabdichtabschnitte und die Umfangsabdichtabschnitte gebildet wurden.
Anschließend wurde der Wabenformling, in dem die Abdichtabschnitte gebildet worden waren, entfettet und gebrannt, um dadurch den Wabenfilter des Beispiels 1 herzustellen.
Der Wabenfilter des Beispiels 1 war säulenförmig rund, wobei die Formen seiner Einströmstirnfläche und seiner Ausströmstirnfläche kreisförmig waren. Die Durchmesser der Einströmstirnfläche und der Ausströmstirnfläche betrugen 118 mm. Ferner betrug die Länge der Zellen des Wabenfilters in der Erstreckungsrichtung 127 mm. Im Wabenfilter des Beispiels 1 betrug die Dicke der Trennwände 0,22 mm, betrug die Porosität P3 der Trennwände 55 % und betrug die Zellendichte 31 Zellen/cm². Tabelle 1 zeigt die Dicke der Trennwände, die Porosität P3 der Trennwände und die Zellendichte des Wabenfilters. Die Porosität P3 der Trennwände wurde unter Verwendung des AutoPore 9500 (Handelsname) von Micromeritics gemessen.

Der Wabenfilter des Beispiels 1 war so konfiguriert, dass die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte, die die im Mittelbereich vorhandenen Abdichtabschnitte waren, geringer als die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte war, die die im Umfangsbereich vorhandenen Abdichtabschnitte waren. Die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte erstreckte sich von 66 % bis 68 %, während sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte von 78 % bis 80 % erstreckte. Die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte und die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte wurden wie folgt berechnet. Nach dem Verarbeiten, um nur die Abdichtabschnitte zu entfernen, wurden die Massen der Abdichtabschnitte gemessen, wobei die Porosität P1 und die Porosität P2 aus den gemessenen Massen und der wahren Dichte der Abdichtmaterialien berechnet wurden. Im Wabenfilter des Beispiels 1 war das Flächenverhältnis, das das Verhältnis der Fläche S2 des Umfangsbereichs bezüglich der Fläche S1 des Mittelbereichs (S2/S1) ist, 0,19. Die Ergebnisse sind in der Spalte „Flächenverhältnis zwischen Mittelbereich und Umfangsbereich (S2/S1)“ der Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 1 zeigen die Spalten „Porosität P1 (max.) (%)“ und „Porosität P1 (min.) (%)“ des „Mittelabdichtabschnitts“ den maximalen und den minimalen Wert, die erhalten werden, wenn sich die Porosität P1 in den Mittelabdichtabschnitten des Mittelbereichs unterscheidet. Ferner zeigen in Tabelle 1 die Spalten „Porosität P2 (max.) (%)“ und „Porosität P2 (min.) (%)“ des „Umfangsabdichtabschnitts“ den Maximalwert und den Minimalwert, die erhalten werden, wenn sich die Porosität P2 in den Umfangsabdichtabschnitten des Umfangsbereichs unterscheidet. Wenn die Porosität der Mittelabdichtabschnitte und die Porosität der Umfangsabdichtabschnitte in den Bereichen konstant sind, dann sind die Werte in den Spalten die gleichen. (Tabelle 1)

	Wabenstruktur			Flächenverhältnis zwischen Mittelbereich und Umfangsbereich (S2/S1)	Mittelabdichtabschnitt		Umfangsabdichtabschnitt
	Dicke der Trennwand (mm)	Porosität P3 der Trennwand (%)	Zellendichte (Zellen/cm²)		Porosität P1 (max.) (%)	Porosität P1 (min.) (%)	Porosität P2 (max.) (%)	Porosität P2 (min.) (%)
Beispiel 1	0,22	55	31	0,19	68	66	80	78
Beispiel 2	0,22	57	31	0,39	63	61	73	71
Beispiel 3	0,22	63	47	0,41	62	60	82	80
Beispiel 4	0,22	61	47	0,17	68	66	82	80
Beispiel 5	0,2	60	47	0,41	62	60	82	80
Beispiel 6	0,24	64	47	0,17	68	66	82	80
Beispiel 7	0,165	46	34	0,27	62	60	82	80
Beispiel 8	0,178	46	34	0,18	64	66	72	70
Vergleichsbeispiel 1	0,22	63	47		76	74	76	74
Vergleichsbeispiel 2	0,22	55	31		70	68	70	68
Vergleichsbeispiel 3	0,15	48	34		72	70	72	70
Vergleichsbeispiel 4	0,22	55	31	0,29	61	60	68	67
Vergleichsbeispiel 5	0,15	48	34	0,18	59	58	86	85

Am Wabenfilter des Beispiels 1 wurden die „Bewertung des Abfallens des Abdichtabschnitts“, die „Bewertung der Erosionsbeständigkeit“ und die „Bewertung der Wärmeschockbeständigkeit“ gemäß dem folgenden Verfahren ausgeführt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
[Bewertung des Abfallens der Abdichtabschnitte]
Die Seitenfläche des Wabenfilters jedes Beispiels wurde gemäß dem folgenden Verfahren mit einer Matte umwickelt, wobei der mit der Matte umwickelte Wabenfilter in einen Hülsenkörper geschoben wurde, um den Wabenfilter durch den Hülsenkörper zu stützen. Beim Umwickeln der Matte wurde ein Rand der Matte bei 5 mm auf der Innenseite von einer Stirnfläche der Wabenstruktur, die den Wabenfilter bildet, positioniert, wobei die gesamte Seitenfläche des Wabenfilters mit der Matte bedeckt wurde. Der Wabenfilter wurde so gehalten, dass der Grad des Zusammendrückens, d. h., die effektive Raumdichte in der Lücke (GBD) [engl.: gab bulk density] der Matte zu diesem Zeitpunkt 0,45 g/cm³ betrug, wobei das Auftreten des Abfallens der Abdichtabschnitte von den Zellen überprüft wurde.
Bewertung „OK“: Wenn das Abfallen der Abdichtabschnitte im zu bewertenden Wabenfilter nicht auftritt, dann wird das Bewertungsergebnis mit „OK“ bezeichnet.
Bewertung „NG“: Wenn das Abfallen der Abdichtabschnitte im zu bewertenden Wabenfilter auftritt, dann wird das Auswertungsergebnis mit „NG“ bezeichnet.
[Bewertung des Erosionsbeständigkeit]
Zuerst wurde ein Wabenfilter in einen Hülsenkörper eingehülst (untergebracht), wobei der eingehülste Wabenfilter auf einer Gasbrenner-Prüfvorrichtung angeordnet wurde. Dann wurde SiC-Schleifkorn durch die Gasbrenner-Prüfvorrichtung mit der Einströmstirnfläche des Wabenfilters zusammengestoßen. Die Bedingungen, unter denen das Schleifkorn kollidierte, waren wie folgt. Die Menge des zugeführten Korns betrug 5 Gramm. Die Temperatur des in den Wabenfilter geleiteten Gases betrug 700 °C. Die Strömungsgeschwindigkeit des in den Wabenfilter geleiteten Gases betrug 120 m/s. Die Prüfzeit betrug 10 Minuten, während der das Schleifkorn nach und nach zugeführt wurde. Danach wurde der Wabenfilter herausgenommen, wobei der herausgenommene Wabenfilter durch Computertomographie (CT) photographiert wurde, um die durch den Aufprall des Schleifkorns verursachte Abschabtiefe im Wabenfilter (eine Erosionstiefe (mm)) zu berechnen. Bei der Messprüfung der Erosionsmenge wurde ein Schleifkorn mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 50 µm verwendet. Die Erosionsbeständigkeit des Wabenfilters wurde gemäß den folgenden Bewertungsnormen bewertet. Unter den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurde das Vergleichsbeispiel 1 als der Bezugs-Wabenfilter definiert. Der Begriff „Durchdringung der Abdichtung“ bedeutet, dass die Abdichtabschnitte durch Erosion abgeschabt werden und wenigstens einige der Abdichtabschnitte in der Richtung, in der das Gas strömte, durchdrungen werden.
Bewertung „ausgezeichnet“: Wenn die Erosionstiefe des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Erosionstiefe des zu bewertenden Wabenfilters unter 20 % liegt, der Wabenfilter als „ausgezeichnet“ bewertet.
Bewertung „gut“: Wenn die Erosionstiefe des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Erosionstiefe des zu bewertenden Wabenfilters 20 % oder mehr und weniger als 50 % beträgt, der Wabenfilter als „gut“ bewertet.
Bewertung „annehmbar“: Wenn die Erosionstiefe des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Erosionstiefe des zu bewertenden Wabenfilters 50 % oder mehr und weniger als 80 % beträgt, der Wabenfilter als „annehmbar“ bewertet.
Bewertung „NG“: Wenn die Erosionstiefe des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Erosionstiefe des zu bewertenden Wabenfilters 80 % oder mehr beträgt, der Wabenfilter als „NG“ bewertet.
[Bewertung der Wärmeschockbeständigkeit]
Zuerst wurde in einem mit einer 1,4-I-Benzinkraftmaschine versehenen Kraftmaschinenprüfstand unter einer bestimmten Betriebsbedingung eine vorgegebene Menge Ruß erzeugt, dann wurde der erzeugte Ruß auf den Oberflächen der Trennwände des Wabenfilters jedes Beispiels und jedes Vergleichsbeispiels angesammelt. Als Nächstes wurde die Regenerationsbehandlung durch Nacheinspritzung ausgeführt, wurde die Einlassgastemperatur des Wabenfilters erhöht, wurde die Nacheinspritzung abgestellt, wenn der Druckverlust vor und nach dem Wabenfilter begann abzunehmen, und wurde die Kraftmaschine in eine Leerlaufbetriebsart geschaltet. Die Ansammlungsmenge des Rußes in der vorgegebenen Menge vor der Regenerationsbehandlung wurde allmählich erhöht, wobei der obige Betrieb wiederholt ausgeführt wurde, bis der Wabenfilter riss. Die Ansammlungsmenge des Rußes, die einen Riss im Wabenfilter verursachte, wurde als „die Rußansammlungsgrenzmenge“ in jedem Wabenfilter definiert. Die Rußansammlungsgrenzmenge jedes Wabenfilters wurde gemäß den folgenden Bewertungsnormen bewertet. Unter den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurde das Vergleichsbeispiel 1 als der Bezugs-Wabenfilter definiert.
Bewertung „ausgezeichnet“: Wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des zu bewertenden Wabenfilters 130 % oder mehr beträgt, der Wabenfilter als „ausgezeichnet“ bewertet.
Bewertung „gut“: Wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des zu bewertenden Wabenfilters 120 % oder mehr und weniger als 130 % beträgt, der Wabenfilter als „gut“ bewertet.
Bewertung „annehmbar“: Wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des zu bewertenden Wabenfilters 100 % oder mehr und weniger als 120 % beträgt, der Wabenfilter als „annehmbar“ bewertet.
Bewertung „nicht bestanden“: Wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des Bezugs-Wabenfilters als 100 % definiert ist, dann wird, wenn die Rußansammlungsgrenzmenge des zu bewertenden Wabenfilters unter 100 % liegt, der Wabenfilter als „nicht bestanden“ bewertet.
(Beispiele 2 bis 8)
Die Wabenfilter wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie dem, das für den Wabenfilter des Beispiels 1 verwendet wurde, hergestellt, mit Ausnahme, dass die Konfigurationen der Wabenfilter geändert wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. In den Beispielen 2 bis 8 wurden die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte und die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte durch das Ändern der Menge eines schäumbaren Harzes geändert, wenn ein Abdichtmaterial hergestellt wurde.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 5)
Die Wabenfilter wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie dem, das für den Wabenfilter des Beispiels 1 verwendet wurde, hergestellt, mit Ausnahme, dass die Konfigurationen der Wabenfilter geändert wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wurden die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte und die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte durch das Ändern der Menge eines schäumbaren Harzes geändert, wenn ein Abdichtmaterial hergestellt wurde.

An den Wabenfiltern der Beispiele 2 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden außerdem die „Bewertung des Abfallens des Abdichtabschnitts“, die „Bewertung der Erosionsbeständigkeit“ und die „Bewertung der Wärmeschockbeständigkeit“ gemäß dem gleichen Verfahren wie dem, das für das Beispiel 1 verwendet wurde, ausgeführt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. (Tabelle 2)

	Bewertung des Abfallens des Abdichtabschnitts	Bewertung der Erosionsbeständigkeit	Bewertung der Wärmeschockbeständi gkeit
Beispiel 1	OK	annehmbar	ausgezeichnet
Beispiel 2	OK	gut	annehmbar
Beispiel 3	OK	ausgezeichnet	annehmbar
Beispiel 4	OK	gut	ausgezeichnet
Beispiel 5	OK	ausgezeichnet	gut
Beispiel 6	OK	annehmbar	ausgezeichnet
Beispiel 7	OK	ausgezeichnet	ausgezeichnet
Beispiel 8	OK	gut	ausgezeichnet
Vergleichsbeispiel 1	NG	Bezug	Bezug
Vergleichsbeispiel 2	NG	annehmbar	gut
Vergleichsbeispiel 3	OK	annehmbar	nicht bestanden
Vergleichsbeispiel 4	NG	ausgezeichnet	ausgezeichnet
Vergleichsbeispiel 5	OK	ausgezeichnet	nicht bestanden

(Ergebnisse)
Es wurde festgestellt, dass die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 8 eine hohe Erosionsbeständigkeit aufweisen und es ermöglichen, die Wärmeschockbeständigkeit zu verbessern, während verhindert wird, dass die Abdichtabschnitte zum Zeitpunkt des Einhülsens von den Zellen abfallen. Andererseits wurde festgestellt, dass der Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 im Vergleich zu den Wabenfiltern der Beispiele 1 bis 8 eine kleine Wirkung auf irgendeines des Abfallens der Abdichtabschnitte von den Zellen, der Erosionsbeständigkeit und der Wärmeschockbeständigkeit aufweist. Es bestand eine Tendenz, durch das Steuern der Porosität der Abdichtabschnitte im Mittelbereich, so dass sie gering ist, die Erosionsbeständigkeit und die Wärmeschockbeständigkeit zu verbessern, wobei das Abfallen der Abdichtabschnitte von den Zellen unterdrückt werden konnte, indem die Porosität der Abdichtabschnitte im Umfangsbereich auf einen höheren Wert gesetzt wurde. Ferner wurde festgestellt, dass, wenn der Absolutwert der Porosität der Abdichtabschnitte im Umfangsbereich übermäßig klein ist, wie beim Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 4, dann keine ausreichende Wirkung zum Unterdrücken des Abfallens der Abdichtabschnitte erhalten werden kann. Ferner wurde festgestellt, dass sich, wenn der Absolutwert der Porosität der Abdichtabschnitte im Mittelbereich übermäßig klein ist, dann die Wärmeschockbeständigkeit wie beim Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 5 verschlechtert.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Filter zum Auffangen von Schwebstoffen in einem Abgas verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1:: Trennwand;
2:: Zelle;
2a:: Einströmzelle;
2b:: Ausströmzelle;
3:: Umfangswand;
5:: Abdichtabschnitt;
5a:: Umfangsabdichtabschnitt;
5b:: Mittelabdichtabschnitt;
10:: Wabenstruktur;
11:: Einströmstirnfläche;
12:: Ausströmstirnfläche;
15:: Mittelbereich;
16:: Umfangsbereich; und
100, 200:: Wabenfilter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019066132 [0001]
JP 2015164712 A [0004]
JP 2013223856 A [0004]
JP 2010221189 A [0004]
JP 2008100408 A [0004]

Claims

Wabenfilter, der umfasst: eine säulenförmige Wabenstruktur mit bereitgestellten porösen Trennwänden, die mehrere Zellen umgeben, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche erstrecken; und eine porösen Abdichtabschnitt, der entweder an einem Ende auf der Seite der Einströmstirnfläche der Zellen oder an einem Ende auf der Seite der Ausströmstirnfläche der Zellen vorgesehen ist, wobei der Abdichtabschnitt aus einem porösen Material besteht, die Wabenstruktur einen Mittelbereich, der einen Schwerpunkt in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der sich die Zellen erstrecken, enthält, und einen Umfangsbereich auf einer von dem Mittelbereich ferneren Umfangsseite aufweist, und ein S2/S1 aufweist, das ein Verhältnis einer Fläche S2 des Umfangsbereichs bezüglich einer Fläche S1 des Mittelbereichs bezeichnet, das sich von 0,1 bis 0,5 erstreckt, die Porosität P1 eines Mittelabdichtabschnitts, der der Abdichtabschnitt ist, der im Mittelbereich vorhanden ist, geringer als die Porosität P2 eines Umfangsabdichtabschnitts ist, der der Abdichtabschnitt ist, der im Umfangsbereich vorhanden ist, und sich die Porosität P1 der Mittelabdichtabschnitte von 60 % bis 68 % erstreckt und sich die Porosität P2 der Umfangsabdichtabschnitte von 70 % bis 85 % erstreckt.
Wabenfilter nach Anspruch 1, der umfasst: mehrere Mittelabdichtabschnitte und der Umfangsabdichtabschnitte, die von einer Mitte in Richtung auf einen Umfang in einer radialen Richtung des Querschnitts der Wabenstruktur angeordnet sind, wobei die Mittelabdichtabschnitte und die Umfangsabdichtabschnitte so konfiguriert sind, dass die Porosität jedes der Mittelabdichtabschnitte und der Umfangsabdichtabschnitte, die in der Reihenfolge in Richtung auf den Umfang angeordnet sind, stufenweise von den Mittelabdichtabschnitten, die näher bei einer zentralen Seite vorgesehen sind, in der radialen Richtung des Querschnitts zunimmt.
Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zellenstruktur der Wabenstruktur im Mittelbereich und im Umfangsbereich die gleiche ist.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Porosität der Trennwände von 40 % bis 70 % erstreckt.