DE10235806A1

DE10235806A1 - Abgasreinigungsfilter

Info

Publication number: DE10235806A1
Application number: DE10235806A
Authority: DE
Inventors: Mikio Ishihara; Mamoru Nishimura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-02-27
Also published as: JP4007058B2; JP2003120256A; FR2828115A1; FR2828115B1; US6814774B2; US20030024220A1

Abstract

Die Patentanmeldung befasst sich mit einem Abgasreinigungsfilter (1) zur Reinigung von Abgas (2) durch Einfangen von in dem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthaltenen Partikeln, der einen höheren Reinigungswirkungsgrad und einen geringeren Druckverlust hat. Der Abgasreinigungsfilter (1) weist einen Wabenaufbau (10) auf, der aus mit einer großen Anzahl Poren versehenen Trennwänden (11) und aus durch die Trennwände (11) getrennten Zellen (12) besteht. Das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände (11), das Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 mum zuzuordnen ist, beträgt höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Abgas durch Einfangen von Partikeln, die in von Verbrennungsmotoren abgegebenem Abgas enthalten sind.
Ein Abgasreinigungsfilter, der im von Verbrennungsmotoren abgegebenen Abgas enthaltene Partikel einfängt, ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt und weist typischerweise einen Wabenaufbau auf, der aus mehreren mit einer großen Anzahl Poren versehenen Trennwänden und durch die Trennwände getrennten Zellen besteht.
Wenn dieser Abgasreinigungsfilter zur Abgasreinigung verwendet wird, wird in die oben angesprochenen Zellen Abgas geleitet, das sich durch die Trennwände hindurch in die benachbarte Zellen bewegt. Dabei werden in dem Abgas enthaltene Partikel gereinigt, indem sie in den Trennwänden eingefangen werden. Indem beispielsweise auf die Trennwände zusätzlich ein Katalysator aufgebracht wird, können die Partikel durch eine katalytische Reaktion zersetzt und entfernt werden.
Für das Leistungsvermögen des Abgasreinigungsfilters ist es wichtig, dass der Abgasreinigungswirkungsgrad hoch und der Druckverlust des durch den Filter gehenden Abgases gering ist.
Die japanische Patentschrift JP 2726616 B2 schlägt angesichts dessen einen Abgasreinigungsfilter vor, der das Leistungsvermögen dadurch verbessert, dass die Porosität, der Porendurchmesser usw. innerhalb vorgeschriebener Bereiche festgelegt werden.
Mit dem in den letzten Jahren gestiegenen Bedarf nach Abgasreinigungsfiltern mit noch höherem Leistungsvermögen erwies es sich jedoch als schwierig, bei diesem herkömmlichen Abgasreinigungsfilter den Abgasreinigungswirkungsgrad ausreichend zu erhöhen und den Abgasdruckverlust zu verringern.
Und zwar haben, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Poren 93 in den Trennwänden 91 des oben angesprochenen Abgasreinigungsfilters einen ungleichmäßigen Flächenöffnungsdurchmesser und Porendurchmesser. Dadurch tritt der Effekt auf, dass sich Partikel auf der Oberfläche 911 der Trennwände 91 ablagern und die Öffnungen 931 der Poren 93 verstopfen oder dass Partikel durch die Trennwände 91 nicht eingefangen und schließlich ausgestoßen werden. Deswegen lässt sich nur schwer eine ausreichende Verbesserung des Reinigungswirkungsgrads oder eine Verringerung des Druckverlusts erreichen.
Angesichts der obigen Probleme beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abgasreinigungsfilter mit hohem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter zur Reinigung von Abgas durch Einfangen von in von einem Verbrennungsmotor abgegebenem Abgas enthaltenen Partikeln vorgesehen, der einen Wabenaufbau aufweist, der aus mit einer großen Anzahl Poren versehenen Trennwänden und durch die Trennwände getrennten Zellen besteht und bei dem das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände, das Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 µm zuzuordnen ist, höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses beträgt.
Das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände, das Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 µm zuzuordnen ist, beträgt also höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses. Das heißt, dass es nur wenige Poren gibt, für die der Flächenöffnungsdurchmesser übermäßig klein ist und die verhältnismäßig anfällig für ein Verstopfen der Öffnungen durch Partikel sind. Demzufolge kann das Verstopfen der Porenöffnungen durch Partikel und das Ablagern von Partikeln auf den Trennwänden verhindert werden.
Infolgedessen lässt sich das Abgas angemessen in die Poren einleiten, weshalb ein ausreichend hoher Abgasreinigungswirkungsgrad erreicht werden kann. Außerdem kann der Druckverlust des in den Abgasreinigungsfilter geleiteten Abgases auf einem niedrigen Niveau gehalten werden.
Die erste Ausgestaltung der Erfindung stellt also einen Abgasreinigungsfilter mit hohem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Abgas durch Einfangen von in von einem Verbrennungsmotor abgegebenem Abgas vorgesehen, der einen Wabenaufbau aufweist, der aus mit einer großen Anzahl Poren versehenen Trennwänden und durch die Trennwände getrennten Zellen besteht, bei dem die Porosität der Trennwände, die Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm zuzuordnen ist, höchstens 10% beträgt und bei dem die Porosität, die Poren mit einem Durchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 10% beträgt.
Die Porosität der Trennwände, die Poren mit einem Porendurchmesser von höchstens 10 µm zuzuordnen ist, beträgt also höchstens 10%. Das heißt, dass es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig klein ist, was die Ursache für einen erhöhten Druckverlust des in den Abgasreinigungsfilter geleiteten Abgases darstellt. Folglich kann der Druckverlust des Abgases auf einem niedrigen Niveau gehalten werden. Da es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig klein ist und die verhältnismäßig anfällig für ein Verstopfen durch Partikel sind, kann außerdem eine Ablagerung von Partikeln auf den Trennwänden verhindert werden. Folglich kann das Abgas angemessen in die Poren eingeleitet werden und lässt sich der Reinigungswirkungsgrad erhöhen.
Darüber hinaus beträgt die Porosität, die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 10%. Das heißt, dass es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig groß ist, was es verhältnismäßig schwierig machen würde, Partikel einzufangen. Folglich können die Trennwände ausreichend Partikel einfangen. Aus diesem Grund lässt sich mit diesem Abgasreinigungsfilter der Abgaswirkungsgrad angemessen erhöhen.
Die zweite Ausgestaltung der Erfindung stellt also einen Abgasreinigungsfilter mit hohem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung.
Es folgt nun eine genauere Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen:
Fig. 1 in Perspektivansicht einen Abgasreinigungsfilter gemäß Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 2 schematisch im Querschnitt den Abgasreinigungsfilter von Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 3 im Querschnitt die Trennwände von Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 4 schematisch die in den Trennwänden von Ausführungsbeispiel 1 vorhandenen Poren;
Fig. 5 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Flächenöffnungsdurchmesser in den Trennwänden und dem Druckverlust des Abgases bei Ausführungsbeispiel 3; und
Fig. 6 im Querschnitt eine Trennwand gemäß Stand der Technik.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird für den oben angesprochenen Verbrennungsmotor beispielsweise ein Dieselmotor eingesetzt.
Des weiteren bezieht sich der Flächenöffnungsdurchmesser auf den Durchmesser der Porenöffnungen in der Oberfläche der Trennwände.
Der Flächenöffnungsdurchmesser wird beispielsweise unter Verwendung eines Lasertiefenmikroskops gemessen. Und zwar werden Bilder von der Oberfläche der Trennwände um einen Faktor 200 vergrößert und mit Hilfe des angesprochenen Lasertiefenmikroskops ausgewertet. Dadurch können Abschnitte, die eine größere Tiefe als einen vorbestimmten Wert aufweisen, als Porenöffnungen in der Oberfläche der Trennwände erfasst und der Flächenöffnungsdurchmesser dieser Porenöffnungen berechnet werden.
Abgesehen davon bezieht sich das Flächenöffnungsverhältnis, das Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 µm zuzuordnen ist, auf das Verhältnis der Gesamtfläche aller Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 µm zur Fläche der Trennwände, wie sie durch das Lasertiefenmikroskop gemessen wurde. (Gilt auch in der folgenden Beschreibung.)
Auf die die Poreninnenwände enthaltenden Trennwände in dem Abgasreinigungsfilter wird vorzugsweise ein Katalysator aufgebracht. Dadurch können Partikel, die in den Trennwänden eingefangen worden sind, durch die Wirkung des Katalysators zersetzt und entfernt werden.
Abgesehen davon beträgt das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände, das Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von mindestens 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 40% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses. In diesem Fall kann der Reinigungswirkungsgrad weiter verbessert werden.
Bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann der Porendurchmesser beispielsweise durch Messung mit einem Quecksilbereinfüll-Porosimeter gemessen werden.
Die Porosität stellt dann den mit Hilfe des Quecksilbereinfüll-Porosimeters ermittelten Wert dar und entspricht dem Volumen der Poren pro Einheitsvolumen der Trennwände.
Die Porosität der Trennwände, die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 50 µm zuzuordnen ist, beträgt vorzugsweise höchstens 10%.
Abgesehen davon beträgt die Porosität der Trennwände, die Poren mit einem Durchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, vorzugsweise höchstens 5%. In diesem Fall können die Trennwände noch besser Partikel einfangen, sodass ein noch höherer Reinigungswirkungsgrad des Abgasreinigungsfilters erreicht werden kann.
Des weiteren beträgt die Porosität, die Poren mit einem Durchmesser von mehr als 50 µm zuzuordnen ist, vorzugsweise höchstens 5%.
Ferner besteht der Wabenaufbau vorzugsweise aus Cordierit, Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat oder Zirconiumphosphat. In diesem Fall lassen sich leicht Trennwände mit dem gewünschten Flächenöffnungsdurchmesser, dem gewünschten Porendurchmesser und der gewünschten Porosität bilden.
Abgesehen davon beträgt die Gesamtporosität der Trennwände vorzugsweise 55 bis 75%. Dadurch lässt sich ein Abgasreinigungsfilter zur Verfügung stellen, der einen noch höheren Reinigungswirkungsgrad und einen geringeren Druckverlust aufweist.
Wenn die Porosität weniger als 55% beträgt, besteht das Risiko eines höheren Druckverlusts. Wenn die Porosität dagegen 75% überschreitet, besteht das Risiko einer geringeren Festigkeit des Abgasreinigungsfilters.
Darüber hinaus weist der Wabenaufbau in den Öffnungen der Zellen jeweils Stopfen auf, wobei in den Enden des Wabenaufbaus Öffnungen mit diesen Stopfen und Öffnungen ohne diese Stopfen abwechselnd angeordnet sind und die Fläche der Zellenöffnungen vorzugsweise 0,6 bis 2,25 mm² beträgt.
Auch dadurch kann ein Abgasreinigungsfilter mit höherem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung gestellt werden.
Bei der Verwendung des oben beschriebenen Abgasreinigungsfilter wird an einem Ende des Wabenaufbaus von den Öffnungen aus, die nicht mit den Stopfen versehen sind, Abgas in die Zellen geleitet. Das eingeleitete Abgas geht durch die Trennwände hindurch, tritt in die benachbarten Zellen ein und wird dann von den Öffnungen abgegeben, die nicht mit den Stopfen versehen sind. Das Abgas wird also gereinigt, wenn es durch die Trennwände hindurchgeht.
Da in den Enden des Wabenaufbaus Zellenöffnungen mit Stopfen und Zellenöffnungen ohne Stopfen abwechselnd angeordnet sind, sind die Zellen, in die Abgas eingeleitet wird, und die Zellen, aus denen Abgas abgegeben wird, nebeneinander angeordnet. Aus diesem Grund geht das Abgas effizient durch die Trennwände hindurch. Es lässt sich also ein Abgasreinigungsfilter erzielen, der einen überragenden Reinigungswirkungsgrad hat.
Da die Fläche der Zellenöffnungen außerdem 0,6 bis 2,25 mm² beträgt, kann ein Abgasreinigungsfilter zur Verfügung gestellt werden, der einen noch höheren Reinigungswirkungsgrad und geringeren Druckverlust zeigt.
Falls die Fläche der Zellenöffnungen weniger als 0,6 mm² beträgt, besteht das Risiko eines höheren Druckverlusts. Falls die Fläche dagegen 2,25 mm² überschreitet, besteht das Risiko, dass sich kein ausreichender Reinigungswirkungsgrad erzielen lässt.
Abgesehen davon ist der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände größer als der mittlere Porendurchmesser.
In diesem Fall lässt sich ein Abgasreinigungsfilter zur Verfügung stellen, der einen noch höheren Reinigungswirkungsgrad und einen geringeren Druckverlust hat.
Der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser bezieht sich auf den Mittelwert der Öffnungsdurchmesser aller in den Trennwänden gebildeten Poren. Der mittlere Porendurchmesser bezieht sich entsprechend auf den Mittelwert der Porendurchmesser aller in den Trennwänden gebildeter Poren.
Und zwar bedeutet die Tatsache, dass der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser größer als der mittlere Porendurchmesser ist, dass zumindest ein bestimmter Anteil der Poren einen Flächenöffnungsdurchmesser hat, der größer als der Porendurchmesser ist. Poren, deren Flächenöffnungsdurchmesser größer als der Porendurchmesser ist, sind verhältnismäßig unempfänglich gegenüber einer Ablagerung von Partikeln in ihren Öffnungen und können in ihrem Innern leicht Partikel einfangen. Aus diesem Grund kann ein Verstopfen der Poren verhindert werden und lässt sich der Reinigungswirkungsgrad verbessern. Wenn wie oben angesprochen ein angemessener Anteil dieser Poren vorhanden ist, lässt sich also der Reinigungswirkungsgrad ausreichend erhöhen und kann der Druckverlust ausreichend gesenkt werden.
Der Flächenöffnungsdurchmesser kann wie gesagt beispielsweise mit Hilfe eines Lasertiefenmikroskops gemessen werden, während der Porendurchmesser beispielsweise mit Hilfe eines Quecksilbereinfüll-Porosimeters gemessen werden kann.
Abgesehen davon ist der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände vorzugsweise mindestens 1,5-mal so groß wie der mittlere Porendurchmesser.
In diesem Fall kann ein Abgasreinigungsfilter zur Verfügung gestellt werden, der einen noch höheren Reinigungswirkungsgrad und geringeren Druckverlust hat.
Der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände ist vorzugsweise 1,5- bis 2-mal so groß wie der mittlere Porendurchmesser.
Wenn der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser nicht mehr als doppelt so groß wie der mittlere Porendurchmesser eingestellt wird, kann eine Verringerung des Reinigungswirkungsgrads verhindert werden.

Ausführungsbeispiel 1

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für den Abgasreinigungsfilter beschrieben.
Der Abgasreinigungsfilter 1 dieses Ausführungsbeispiels reinigt Abgas, indem er im Abgas enthaltene Teilchen einfängt, die von einem in Form eines Dieselmotors vorliegenden Verbrennungsmotor abgegeben werden.
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist der Abgasreinigungsfilter einen Wabenaufbau 10 auf, der aus mit einer großen Anzahl Poren 13 versehenen Trennwänden 11 und durch die Trennwände 11 getrennten Zellen 12 besteht.
Das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände 11, das Poren 13 zuzuordnen ist, deren Flächenöffnungsdurchmesser A wie in Fig. 3 gezeigt höchstens 10 µm beträgt, beträgt höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses.
Abgesehen davon beträgt das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände 11, das Poren zuzuordnen ist, deren Flächenöffnungsdurchmesser A mindestens 70 µm beträgt, höchstens 40% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses.
Der Begriff "Flächenöffnungsdurchmesser" bezieht sich auf den Durchmesser der Öffnungen 131 der Poren 13 in der Oberfläche 111 der Trennwände 11. Der Flächenöffnungsdurchmesser A wird mit Hilfe eines Lasertiefenmikroskops gemessen. Und zwar werden Bilder der Oberfläche 101 der Trennwände 11, die um einen Faktor 200 vergrößert wurden, durch dieses Lasertiefenmikroskop ausgewertet. Indem die Abschnitte, deren Tiefe größer als ein vorgeschriebener Wert ist, als Öffnungen 131 der Poren 13 in der Oberfläche 111 der Trennwände 11 erfasst werden, lässt sich so der Flächenöffnungsdurchmesser A berechnen.
Das Flächenöffnungsverhältnis ist der bei der Messung mit dem Lasertiefenmikroskop erhaltene Wert und entspricht der zur Oberfläche offenen Fläche der Poren 13 pro Einheitsfläche der Trennwände 11.
Der Begriff "Flächenöffnungsverhältnis, der Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von höchstens 10 µm zuzuordnen ist" bezieht sich auf die kumulierte Fläche, die pro Einheitsfläche der Trennwände von Poren belegt wird, deren Flächenöffnungsdurchmesser höchstens 10 µm beträgt. (Gilt auch im Folgenden.)
Abgesehen davon sind die Trennwände 11 einschließlich der Innenwände der Poren 13 mit einem Katalysator beladen (nicht gezeigt). Durch die Wirkung dieses Katalysators können in den Trennwänden 11 eingefangene Partikel zersetzt und entfernt werden.
Der Wabenaufbau 10 besteht im Übrigen aus Cordierit. Anstelle von Cordierit könnten jedoch auch Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat oder Zirconiumphosphat verwendet werden.
Schließlich beträgt die Gesamtporosität der Trennwände 11 55 bis 75%.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist der Abgasreinigungsfilter in den Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12 jeweils Stopfen 14 auf. In den Enden 191 und 192 des Wabenaufbaus 10 sind Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12, die mit den Stopfen 14 versehen sind, und Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12, die nicht mit diesen Stopfen 14 versehen sind, abwechselnd angeordnet. Und zwar sind die Stopfen 14 wie in Fig. 1 gezeigt in einem sogenannten Schachbrettmuster angeordnet, wenn der Wabenaufbau 10 von den Enden 191 und 192 aus betrachtet wird.
Die Fläche der Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12 beträgt 0,6 bis 2,25 mm².
Abgesehen davon ist der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände 11 größer als der mittlere Porendurchmesser. Und zwar hat eine große Anzahl Poren 13 wie in Fig. 4 gezeigt einen Aufbau, bei dem die Öffnung 131 breit ist, während das Innere der Poren eng ist. Genauer gesagt ist der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser 1,5- bis 2-mal so groß wie der mittlere Porendurchmesser.
Der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser bezieht sich auf den Mittelwert der Flächenöffnungsdurchmesser aller in den Trennwänden 11 ausgebildeten Poren 13. Der mittlere Porendurchmesser bezieht sich auf den Mittelwert der Porendurchmesser aller in den Trennwänden 11 ausgebildeten Poren 13.
Wenn der obige Abgasreinigungsfilter 1 verwendet wird, wird wie in Fig. 2 gezeigt an einem Ende 191 des Wabenaufbaus 10 von den Öffnungen 121 aus, die nicht mit den Stopfen 14 versehen sind, Abgas 2 in die Zellen 12 eingeleitet. Das eingedrungene Abgas geht durch die Trennwände 11 hindurch, tritt in benachbarte Zellen 12 ein und wird von den Öffnungen 122 der Zellen 12, die nicht mit den Stopfen 14 versehen sind, abgegeben. Das Abgas 2 wird bei dem Durchgang durch die Trennwände 11 gereinigt.
Bei der Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 wird ein Cordierit-Ausgangsmaterial angesetzt, das aus SiO₂- Ausgangsmaterial, MgO.SiO₂-Ausgangsmaterial und Al₂O₃- Ausgangsmaterial besteht. Und zwar nimmt die Menge der Teilchen aus dem SiO₂-Ausgangsmaterial und dem MgO.SiO₂- Ausgangsmaterial mit mindestens 40 µm höchstens 20 Gew.-% vom Gesamtanteil ein, während die Menge der Teilchen mit höchstens 10 µm höchstens 20 Gew.-% des Gesamtanteils einnimmt. Darüber hinaus beträgt die Menge der Teilchen des Al₂O₃-Ausgangsmaterials mit mindestens 70 µm höchstens 10 Gew.-% des Gesamtanteils, während die Menge der Teilchen mit höchstens 5 µm höchstens 10 Gew.-% des Gesamtanteils ausmacht.
Indem zu dem Cordierit-Ausgangsmaterial Wasser hinzugegeben und eingemischt wird und das Ganze dann stranggepresst wird, wird ein Wabenpressling erhalten. Nach dem Formen, Trocknen und Brennen wird eine Schlämme aufgetragen, um auf den vorgeschriebenen Zellenöffnungen in dem Wabenpresskörper in einem sogenannten Schachbrettmuster Stopfen 14 auszubilden. Durch Brennen wird dann ein Wabenaufbau 10 erzielt, der mit Stopfen 14 versehen ist. Der Abgasreinigungsfilter wird dann dadurch erhalten, dass auf diesen keramischen Wabenaufbau 10 ein Katalysator wie Platin aufgebracht wird (Fig. 1).
Es folgt nun eine Erläuterung der Funktions- und Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels.
Das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände 11, das Poren 13 zuzuordnen ist, deren Flächenöffnungsdurchmesser höchstens 10 µm beträgt, beträgt höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses. Das heißt, dass es nur wenige Poren mit einem übermäßig kleinen Flächenöffnungsdurchmesser gibt, die verhältnismäßig anfällig für ein Verstopfen der Öffnungen 131 durch Partikel sind. Folglich kann das Verstopfen von Öffnungen 131 der Poren 13 durch Partikel und deren Ablagerung auf den Trennwänden 11 verhindert werden.
Infolgedessen kann Abgas 2 ausreichend in die Poren 13 eingeleitet werden, sodass der Reinigungswirkungsgrad des Abgases 2 angemessen erhöht werden kann. Außerdem kann der Druckverlust des in den Abgasreinigungsfilter 1 eingeleiteten Abgases 2 auf ein niedriges Niveau gesenkt werden.
Dadurch, dass das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände 11, das Poren zuzuordnen ist, deren Flächenöffnungsdurchmesser mindestens 70 µm beträgt, höchstens 40% der gesamten Öffnungsfläche beträgt, kann der Reinigungswirkungsgrad weiter verbessert werden.
Abgesehen davon besteht der Wabenaufbau 10 aus Cordierit, Siliziumcarbid, Aluminlumtitanat oder Zirconiumphosphat. Folglich lassen sich leicht Trennwände bilden, die den gewünschten Flächenöffnungsdurchmesser, den gewünschten Porendurchmesser und die gewünschte Porosität haben.
Da die Gesamtporosität der Trennwände 11 55 bis 75% beträgt, kann ein Abgasreinigungsfilter 1 zur Verfügung gestellt werden, der einen noch geringeren Druckverlust hat.
Darüber hinaus sind die Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12, die mit den Stopfen 14 versehen sind, und die Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12, die nicht mit den Stopfen 14 versehen sind, in den Enden 191 und 192 des Wabenaufbaus 10 abwechselnd angeordnet. Folglich sind die Zellen 12, in die Abgas 2 eingeleitet wird, und die Zellen 12, aus denen es abgegeben wird, nebeneinander angeordnet. Aus diesem Grund geht das Abgas 2 effizient durch die Trennwände 11 hindurch. Es kann somit ein Abgasreinigungsfilter mit überragendem Reinigungswirkungsgrad erzielt werden.
Da darüber hinaus die Fläche der Öffnungen 121 und 122 der Zellen 12 0,6 bis 2,25 mm² beträgt, kann ein Abgasreinigungsfilter 1 zur Verfügung gestellt werden, der einen noch höheren Reinigungswirkungsgrad und einen noch geringeren Druckverlust hat.
Außerdem ist der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände 11 größer als der mittlere Porendurchmesser (Fig. 4). Aus diesem Grund kann der Reinigungswirkungsgrad weiter erhöht und der Druckverlust verringert werden.
Und zwar bedeutet die Tatsache, dass der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser größer als der mittlere Porendurchmesser ist, dass zumindest ein bestimmter Anteil der Poren 13 einen Flächenöffnungsdurchmesser hat, der größer als der Porendurchmesser ist. Poren 13, deren Flächenöffnungsdurchmesser größer als der Porendurchmesser ist, sind vergleichsweise unempfänglich gegenüber einer Ablagerung von Partikeln in ihren Öffnungen und können im Innern leicht Partikel einfangen. Aus diesem Grund kann ein Verstopfen der Poren 13 verhindert und der Reinigungswirkungsgrad verbessert werden. Da wie gesagt ein angemessenen Anteil dieser Poren 13 vorhanden ist, lässt sich der Reinigungswirkungsgrad ausreichend erhöhen und der Druckverlust ausreichend senken.
Wie oben beschrieben ist, kann erfindungsgemäß ein Abgasreinigungsfilter mit hohem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung gestellt werden.

Ausführungsbeispiel 2

Das Ausführungsbeispiel 2 stellt ein Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungsfilters 2 dar, bei dem der Porendurchmesser der Trennwände 11 definiert ist.
Und zwar beträgt die Porosität der Trennwände 11, die Poren 13 zuzuordnen ist, deren Porendurchmesser höchstens 10 µm beträgt, höchstens 10%. Die Porosität der Trennwände 11, die Poren 13 zuzuordnen ist, deren Porendurchmesser 70 µm überschreitet, beträgt ebenfalls höchstens 10%.
Darüber hinaus beträgt die Porosität, die Poren zuzuordnen ist, deren Porendurchmesser 70 µm überschreitet, vorzugsweise höchstens 5%.
Der angesprochene Porendurchmesser kann durch ein Quecksilbereinfüll-Porosimeter gemessen werden.
Die Porosität ist der mit dem Quecksilbereinfüll- Porosimeter gemessene Wert und entspricht dem Volumen der Poren pro Einheitsvolumen der Trennwände 11.
Abgesehen davon ist bei diesem Ausführungsbeispiel der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Poren 13 der Trennwände 11 nicht besonders definiert.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht ansonsten dem Ausführungsbeispiel 1.
Die Porosität der Trennwände 11, die Poren 13 zuzuordnen ist, deren Porendurchmesser höchstens 10 µm beträgt, beträgt höchstens 10%. Das heißt, dass es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig klein ist, was zu einer Erhöhung des Druckverlusts des in den Abgasreinigungsfilter 1 geleiteten Abgases 2 führen würde. Folglich kann der Druckverlust des Abgases 2 auf ein niedriges Niveau gesenkt werden.
Da es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig klein ist und die verhältnismäßig anfällig für ein Verstopfen der Poren 13 durch Partikel sind, kann außerdem eine Ablagerung der Partikel auf den Trennwänden 11 verhindert werden. Folglich kann effizient Abgas 2 in die Poren 13 eingeleitet und der Reinigungswirkungsgrad erhöht werden.
Darüber hinaus beträgt die Porosität, die Poren 13 zuzuordnen ist, deren Porendurchmesser 70 µm überschreitet, höchstens 10%. Das heißt, dass es nur wenige Poren gibt, deren Porendurchmesser übermäßig groß ist und denen es vergleichsweise schwer fällt, Partikel einzufangen. Folglich können die Trennwände 11 ausreichend Partikel einfangen, sodass der Abgasreinigungsfilter ausreichend den Reinigungswirkungsgrad erhöhen kann.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann erfindungsgemäß ein Abgasreinigungsfilter mit hohem Reinigungswirkungsgrad und geringem Druckverlust zur Verfügung gestellt werden.

Ausführungsbeispiel 3

Das Ausführungsbeispiel 3 ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem wie in Fig. 5 gezeigt der Zusammenhang zwischen dem Flächenöffnungsdurchmesser und dem Abgasdruckverlust in den Trennwänden eines Abgasfilters gemessen wurde.
Und zwar wurde der Druckverlust für neun Porentypen mit einem mittleren Flächenöffnungsdurchmesser im Bereich von 3 bis 65 µm gemessen, die durch Ändern der Teilchengröße des SiO₂-Ausgangsmaterials, des Mg.SiO₂-Ausgangsmaterials und des Al₂O₃-Ausgangsmaterials erzielt wurden.
Die Messergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Druckverlust besonders hoch, wenn der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser 10 µm oder weniger beträgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt sich, dass das Vorhandensein einer großen Anzahl Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von 10 µm oder weniger eine Hauptursache für die Zunahme des Druckverlusts ist. Es lässt sich also festhalten, dass der Druckverlust gesenkt werden kann, wenn die Anzahl Poren mit einem Flächenöffnungsdurchmesser von 10 µm oder weniger verringert wird.

Ausführungsbeispiel 4

Das Ausführungsbeispiel 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem wie in Tabelle 1 angegeben der Zusammenhang zwischen der Porendurchmesserverteilung in den Trennwänden des Abgasreinigungsfilters, dem Druckverlust des Abgases und dem Partikeleinfangverhältnis gemessen wurde.
Und zwar wurden wie in Tabelle 1 angegeben vier Typen Abgasreinigungsfilter mit verschiedenen Porositätsverhältnissen an Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm zur Gesamtporosität und verschiedenen Porositätsverhältnissen an Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zur Gesamtporosität vorbereitet. Diese wurden wie in Tabelle 1 angegeben als Probekörper 1 bis 4 bezeichnet.
Bei der Messung des Porendurchmessers wurde zunächst die Porosität der Poren mit dem relevanten Porendurchmesser gemessen, indem mit Hilfe eines Quecksilbereinfüll- Porosimeters Quecksilber in die Poren von Probekörpern eingefüllt wurde, die mit Abmessungen von 10 × 10 × 15 mm aus den Abgasreinigungsfiltern herausgeschnitten worden waren.
Des weiteren wurde durch jeden Abgasreinigungsfilter mit einem Durchsatz von 2 m²/min partikelhaltiges Abgas strömen gelassen. Der Druckverlust vor und hinter dem Abgasreinigungsfilter wurde dann mit einem Manometer gemessen. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. In Tabelle 1 bezieht sich das Druckverlustverhältnis auf den Druckverlust des Probekörpers zum Standarddruckverlust des Probekörpers 1 (100).
Indem darüber hinaus gleichzeitig das Gewicht M1 und M2 jedes Abgasreinigungsfilters vor und nach dem Durchgang des Abgases gemessen wurde, wurde auch die Masse N der Partikel ermittelt, die durch den Abgasreinigungsfilter hindurchging. Unter Verwendung der folgenden auf den angesprochenen Werten M1, M2 und N beruhenden Gleichung wurde dann das Partikeleinfangverhältnis P bestimmt.

P = (M2 - M1)/(M2 - M1 + N)
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist der Druckverlust umso höher, je höher die Porosität ist, die Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm zuzuordnen ist, und ist der Druckverlust umso geringer, je geringer die Porosität ist, die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist. Andererseits ist das Einfangverhältnis P umso geringer, je höher die Porosität ist, die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, und ist das Einfangverhältnis P umso höher, je geringer die Porosität ist, die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist.
Der Probekörper 4, bei dem das Porositätsverhältnis an Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm höchstens 10% betrug und das Porositätsverhältnis an Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm höchstens 10% betrug, zeigt ein geringes Druckverlustverhältnis (80) und ein hohes Einfangverhältnis (96%).
Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurde festgestellt, dass der Druckverlust gesenkt und das Einfangverhältnis erhöht werden kann, wenn das Porositätsverhältnis an Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm auf höchstens 10% und das Porositätsverhältnis an Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm auf höchstens 10% eingestellt wird.

Claims

1. Abgasreinigungsfilter (1) zur Reinigung von Abgas (2) durch Einfangen von in von einem Verbrennungsmotor abgegebenem Abgas enthaltenen Partikeln,
der einen Wabenaufbau (10) aufweist, der aus mit einer großen Anzahl Poren (13) versehenen Trennwänden (11) und aus durch die Trennwände getrennten Zellen (12) besteht, und
bei dem das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände (11), das Poren (13) mit einem Flächenöffnungsdurchmesser (A) von höchstens 10 µm zuzuordnen ist, höchstens 20% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses beträgt.

2. Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 1, bei dem das Flächenöffnungsverhältnis der Trennwände (11), das Poren (13) mit einem Flächenöffnungsdurchmesser (A) von mindestens 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 40% des gesamten Flächenöffnungsverhältnisses beträgt.

3. Abgasreinigungsfilter (1) zur Reinigung von Abgas (2) durch Einfangen von in von einem Verbrennungsmotor abgegebenem Abgas enthaltenen Partikeln,
der einen Wabenaufbau (10) aufweist, der aus mit einer großen Anzahl Poren (13) versehenen Trennwänden (11) und aus durch die Trennwände getrennten Zellen (12) besteht, und
bei dem die Porosität der Trennwände (11), die Poren (13) mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm zuzuordnen ist, höchstens 10% beträgt und die Porosität, die Poren (13) mit einem Durchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 10% beträgt.

4. Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 3, bei dem die Porosität der Trennwände (11), die Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 70 µm zuzuordnen ist, höchstens 5% beträgt.

5. Abgasreinigungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Wabenaufbau (10) aus entweder Cordierit, Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat oder Zirconiumphosphat besteht.

6. Abgasreinigungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Gesamtporosität der Trennwände (11) 55 bis 75% beträgt.

7. Abgasreinigungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in den Öffnungen (121, 122) der Zellen (12) jeweils Stopfen (14) vorgesehen sind, wobei in den Enden (191, 192) des Wabenaufbaus (10) Zellenöffnungen, die mit den Stopfen versehen sind, und Zellenöffnungen, die nicht mit den Stopfen versehen sind, abwechselnd angeordnet sind und die Fläche der Zellenöffnungen 0,6 bis 2,25 mm² beträgt.

8. Abgasreinigungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser (A) der Trennwände (11) größer als der mittlere Porendurchmesser ist.

9. Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 8, bei dem der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser (A) der Trennwände (11) mindestens 1,5-mal so groß wie der mittlere Porendurchmesser ist.

10. Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 9, bei dem der mittlere Flächenöffnungsdurchmesser der Trennwände (11) 1,5- bis 2-mal so groß wie der mittlere Porendurchmesser ist.