DE112013000720T5

DE112013000720T5 - Wabenstrukturkörper

Info

Publication number: DE112013000720T5
Application number: DE112013000720.7T
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Murata Masakazu; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K Matsubara Hiroyuki; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA Kuno Oji; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K Suzuki Hiromasa; c/o DENSO CORPORATION Hayashi Naohiro
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-11-06
Also published as: US20150005153A1; US9533294B2; CN104066511B; JP2013173134A; JP5892911B2; CN104066511A; WO2013111778A1

Abstract

Ein Wabenstrukturkörper 1 hat mehrere Zelldichteabschnitte, die eine Zelldichte haben, die in einer Radialrichtung stufenweise geändert ist. Eine Trennwand 14 ist zwischen benachbarten Zelldichteabschnitten 2 ausgebildet. Die Zelldichteabschnitte 2 haben einen hohen Zelldichteabschnitt 2a, der mit Ausnahme eines äußersten Zelldichteabschnitts 2, der an einer äußersten Seite ausgebildet ist, eine maximale Zelldichte hat, und einen niedrigen Zelldichteabschnitt 2b, der mit Ausnahme eines innersten Zelldichteabschnitts 2, der an einer innersten Seite ausgebildet ist, eine minimale Zelldichte hat. Eine Beziehung von V – Va ≥ Vb + Vs ist erfüllt, wobei V ein Volumen des Wabenstrukturkörpers angibt, wenn der gesamte Wabenstrukturkörper 1 aus dem hohen Zelldichteabschnitt 2a besteht, Va ein Volumen des hohen Zelldichteabschnitts 2a angibt, Vb ein Volumen des Zelldichteabschnitts 2b angibt und Vs ein Volumen der Grenzwand 14 angibt, die den niedrigen Zelldichteabschnitt 2b von dem Zelldichteabschnitt 2 trennt, der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wabenstrukturkörper, die für ein Trägerelement zu verwenden sind, das einen Katalysator trägt, der in der Lage ist, von einer Brennkraftmaschine von Motorkraftfahrzeugen usw. emittiertes Abgas zu reinigen.
Es sind Wabenstrukturkörper bekannt, in denen Katalysator getragen wird, der in der Lage ist, von einer Brennkraftmaschine von Motorkraftfahrzeugen usw. emittiertes Abgas zu reinigen. Beispielsweise besteht der Wabenstrukturkörper aus Trennwänden, die in einer Gitterform angeordnet sind, und aus einer Vielzahl von durch die Trennwände ausgebildeten Zellen. Der Wabenstrukturkörper ist in einem Abgasdurchlass montiert, durch den Abgas durchtritt. Wenn Abgas mit einer hohen Temperatur durch den an dem Abgasdurchlass montierten Wabenstrukturkörper strömt, wird in dem Wabenstrukturkörper getragener Katalysator durch das Abgas mit hoher Temperatur aktiviert und reinigt das Abgas.
Da die Fahrzeugemissionsregelungen zum Verringern von Motorkraftfahrzeugemissionen von Jahr zu Jahr strenger werden, gab es zuletzt eine starke Nachfrage zum weiteren Verringern schädlicher Materialien (Kaltemissionen), die unmittelbar beim Start einer Brennkraftmaschine erzeugt werden. Um dieses Problem zu lösen, wird gefordert, den Wabenstrukturkörper so nah wie möglich an der Kraftmaschine anzuordnen und eine Temperatur des Wabenstrukturkörpers schnell zu erhöhen, um den Katalysator zu aktivieren. Somit ist es eine Anforderung an den Wabenstrukturkörper eine hohe Abgasreinigungsleistung und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit zu haben.
Beispielsweise offenbart Patentdruckschrift 1 einen Wabenstrukturkörper und definiert eine Beziehung in einer Katalysatormenge, einem Oberflächenbereich, einer Zelldichte usw. zwischen einem Zentralabschnitt und einem Außenumfangsabschnitt. Ferner offenbart Patentdruckschrift 2 einen Wabenstrukturkörper und definiert eine Beziehung in einem Öffnungsverhältnis, einer Absorptionsrate usw. zwischen einem Zentralabschnitt und einem Außenumfangsabschnitt. Außerdem offenbart Patendruckschrift 3 einen Wabenstrukturkörper mit einem inneren Hautabschnitt, der zwischen einem ersten Zellabschnitt (d. h. einem Zentralabschnitt) und einem zweiten Zellenabschnitt (d. h. einem Außenumfangsabschnitt) ausgebildet ist, und definiert eine Beziehung in einer Zelldichte usw. zwischen dem ersten Zellenabschnitt und dem zweiten Zellenabschnitt.
Ferner offenbart Patentdruckschrift 4 einen Wabenstrukturkörper, in dem die Anzahl von Stegrahmen (d. h. Trennwänden), die in Radialrichtung von einer zentralen Seite zu einer Außenumfangsseite ausgebildet sind, geändert wird. Weiterhin offenbart Patentdruckschrift 5 einen Wabenstrukturkörper, in dem Trennwände eine Form haben, die von einem zentralen Punkt in Richtung einer Außenseite vorragt, und eine Zelldichte des Zentralabschnitts kleiner als eine Zelldichte eines Außenumfangsabschnitts ist. Weiterhin offenbart Patentdruckschrift 6 einen Wabenstrukturkörper, der aus einer Vielzahl von Wabensegmenten besteht, die zusammengebaut werden, um einen monolithischen Körper zu bilden. Patentdruckschrift 6 zeigt eine Beziehung in einer Dicke einer Trennwand, einer Zelldichte usw. zwischen einem äußersten Wabensegment, das eine äußerste Umfangsfläche bildet, und den anderen Wabensegmenten, die nicht die äußerste Umfangsfläche bilden.
Druckschriftenliste
Patendruckschriften

Patendruckschrift 1: japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. JP 2002-177794
Patentdruckschrift 2: japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. JP 2008-18370
Patentdruckschrift 3: japanisches Patent Nr. JP 3219292
Patentdruckschrift 4: japanische Kohyo (veröffentlichte japanische Übersetzung einer PCT-Anmeldung) Nr. JP 2009-532605
Patentdruckschrift 5: japanisches Patent Nr. JP 4511396 ; und
Patentdruckschrift 6: japanisches Patent Nr. JP 4094823

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch kann der in der Patentdruckschrift 1 offenbarte Wabenstrukturkörper keine optimale Beziehung in einer Zelldichte zwischen dem Zentralabschnitt und dem Außenumfangsabschnitt aufzeigen und es ist daher schwierig, dass der Wabenstrukturkörper eine geeignete Abgasreinigungsleistung hat. Der in Patentdruckschrift 2 offenbarte Wabenstrukturkörper soll einen Durchmesser von in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildeten Poren vergrößern und soll die Anzahl der Poren vergrößern, damit der Außenumfangsabschnitt sein Absorptionsverhältnis erhöht, obwohl der Außenumfangsabschnitt ein größeres Absorptionsverhältnis und Öffnungsverhältnis als der Zentralabschnitt hat. Wenn ein monolithischer Körper des Wabenstrukturkörpers hergestellt wird, ist es dementsprechend erforderlich, dass der Außenumfangsabschnitt ein anderes Rohmaterial verwendet, das eine Partikelgröße hat, die sich von der Partikelgröße des Rohmaterials zum Herstellen der anderen Abschnitte unterscheidet. Somit ist es erforderlich, verschiedene Rohmaterialien zum Herstellen des Außenumfangsabschnitts zu extrudieren. Dies verursacht eine Möglichkeit der Risserzeugung in dem Wabenstrukturkörper, weil während des Trocknens und Brennens eine Differenzialschrumpfung zwischen ihnen erzeugt wird. Um eine Emissionsmenge zu verringern, ist es vorzuziehen, eine Porosität des Zentralabschnitts, durch den das meiste Abgas strömt, zu vergrößern und dessen Gewicht zu verringern. Jedoch ist es unmöglich, eine geeignete Emissionsmenge zu verringern, da die in Patentdruckschrift 2 offenbarte Struktur die Anforderung erfüllt, eine Porosität des externen Abschnitts zu erhöhen. Außerdem stellt Patentdruckschrift 2 keine optimale Beziehung im Öffnungsverhältnis (d. h. in der Zelldichte) zwischen dem Zentralabschnitt und dem Außenumfangsabschnitt bereit und es ist daher schwierig, eine geeignete Abgasreinigungsleistung beizubehalten.
Ferner beschreibt Patentdruckschrift 3 keine Beziehung in der Zelldichte zwischen dem ersten Zellabschnitt (d. h. dem Zentralabschnitt) und dem zweiten Zellenabschnitt (d. h. dem Außenumfangsabschnitt) in dem Wabenstrukturkörper. Ferner zeigt Patentdruckschrift 3 nicht die Abgasreinigungsleistung. Da ferner bei der Struktur des in Patentdruckschrift 4 offenbarten Wabenstrukturkörpers die Anzahl der Stege (d. h. der Trennwände), die in einer Radiusrichtung ausgebildet sind, in Richtung einer zentralen Seite verringert ist, wird das meiste Abgas konzentriert und strömt zu dem Zentralabschnitt. Diese Struktur ermöglicht einem unzureichend gereinigten Abgas den Wabenstrukturkörper zu passieren. Als ein Ergebnis ist es schwierig, eine geeignete Abgasreinigungsleistung zu erhalten.
Außerdem hat der in Patentdruckschrift 5 offenbarte Wabenstrukturkörper eine Struktur, in der Abgas an dem Zentralabschnitt konzentriert wird und diesen einfach passiert, und ein Teil mit ungleichmäßiger Zelldichte ist in der äußeren Seite ausgebildet. Dementsprechend trägt diese Struktur nicht zu der Verbesserung der Abgasreinigungsleistung unter Berücksichtigung der Strömung des Abgases bei. Ferner offenbart Patentdruckschrift 5 keinerlei Daten dafür. Da ferner ein Querschnitt des Wabenstrukturkörpers in einer Richtung senkrecht zu einer Achsrichtung eine elliptische Form hat, nimmt eine Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich entlang einer Richtung des Hauptdurchmessers zu. Als ein Ergebnis verringert diese Struktur die Temperaturwechselbeständigkeit. Da außerdem der in Patentdruckschrift 6 offenbarte Wabenstrukturkörper einen monolithischen Körper hat, in dem eine Vielzahl von Segmenten zusammengebaut sind, hat jede Trennwand an einem Fügeabschnitt eine vergrößerte Stärke bzw. Dicke, und als ein Ergebnis verursacht dies einen Teilbereich mit einer großen thermischen Kapazität. Diese Struktur verursacht eine große Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite und als ein Ergebnis hat sie eine mögliche Verringerung der Temperaturwechselbeständigkeit in Folge einer solchen großen Temperaturdifferenz.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor angesprochenen Punkte vollendet und es ist ihre Aufgabe, einen Wabenstrukturkörper bereitzustellen, der eine verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, während seine Abgasreinigungsleistung beibehalten bleibt.
Lösung des Problems
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel einen Wabenstrukturkörper als einen aus Kordierit gefertigten, monolithischen Formkörper bereit, der in einer Gitterform angeordnete Trennwände und eine Vielzahl von Zellen aufweist, die von den Trennwänden umgeben sind. Der Wabenstrukturkörper hat eine Vielzahl von Zelldichteabschnitten, deren Zelldichte in einer Radialrichtung von einer zentralen Seite zu einer Außenumfangsseite in einem Querschnitt stufenweise geändert ist. Dieser Querschnitt verläuft senkrecht zu einer Achsrichtung. Eine Trennwand ist zwischen den Zelldichteabschnitten ausgebildet, die einander benachbart sind, um diese Zelldichteabschnitte abzuteilen. Die Zelldichteabschnitte beinhalten einen hohen Zelldichteabschnitt, der eine maximale Zelldichte hat, ausgenommen eines äußersten Zelldichteabschnitts, der an einer äußersten Seite ausgebildet ist, und einen niedrigen Zelldichteabschnitt, der eine minimale Zelldichte hat, ausgenommen eines innersten Zelldichteabschnitts, der an der innersten Seite ausgebildet ist. Der Wabenstrukturkörper erfüllt die Beziehung V – Va ≥ Vb + Vs. Bezugszeichen V gibt ein Volumen des Wabenstrukturkörpers an, wenn der gesamte Wabenstrukturkörper lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt besteht. Bezugszeichen Va gibt ein Volumen des hohen Zelldichteabschnitts an. Bezugszeichen Vb gibt ein Volumen des niedrigen Zelldichteabschnitts an. Bezugszeichen Vs gibt ein Volumen der Grenzwand an, die den niedrigen Zelldichteabschnitt von dem Zelldichteabschnitt trennt, der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts ausgebildet ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie zuvor beschrieben ist, hat der Wabenstrukturkörper die mehreren Zelldichteabschnitte, deren Zelldichte von der zentralen Seite zu der Außenumfangsseite in einem Querschnitt (der im Weiteren auch als radialer Querschnitt bezeichnet ist) stufenweise geändert ist. Der Querschnitt verläuft senkrecht zu einer Achsrichtung. Außerdem ist die Trennwand zwischen den einander benachbarten Zelldichteabschnitten ausgebildet, um die benachbarten Zelldichteabschnitte abzuteilen. Der Wabenstrukturkörper erfüllt die Beziehung V – Va ≥ Vb + Vs, wobei Bezugszeichen V das Volumen des Wabenstrukturkörpers angibt, wenn der gesamte Wabenstrukturkörper lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt besteht. Wie zuvor beschrieben ist, gibt Bezugszeichen Va das Volumen des hohen Zelldichteabschnitts an. Bezugszeichen Vb gibt das Volumen des Zelldichteabschnitts an. Bezugszeichen Vs gibt das Volumen der Grenzwand an, die den niedrigen Zelldichteabschnitt von dem Zelldichteabschnitt trennt, der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts ausgebildet ist. Diese Struktur macht es möglich, die Temperaturwechselbeständigkeit des Wabenstrukturkörpers zu verbessern, während die Abgasreinigungsleistung auf geeignete Weise beibehalten bleibt.
Das heißt, nachdem eine Brennkraftmaschine mit einer hohen Last betrieben wird, nimmt die Drehzahl der Brennkraftmaschine ab, sodass die Brennkraftmaschine ihren Leerlaufzustand betritt, ein schnelles Kühlen der Brennkraftmaschine tritt ein und ein Abschnitt, durch den das meiste Abgas hindurch tritt, wird schnell gekühlt. Beispielsweise erfüllt der Wabenstrukturkörper die Beziehung (V – Va ≥ Vb + Vs) dieser Volumina, sodass der hohe Zelldichteabschnitt an dem Teil ausgebildet ist, durch den das meiste Abgas hindurch tritt (beispielsweise an dem zentralen Abschnitt), und der Zelldichteabschnitt, der eine niedrige thermische Kapazität hat, ist an der Außenseite des hohen Zelldichteabschnitts ausgebildet. Diese Struktur macht es möglich, das Auftreten einer Temperaturdifferenz (die im Folgenden häufig als die Innen-Außen-Temperaturdifferenz bezeichnet ist) zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite des Wabenstrukturkörpers zu unterdrücken, wenn man dies mit einem Wabenstrukturkörper vergleicht, dessen Gesamtfläche eine konstante Zelldichte aufweist. Diese Struktur macht es möglich, die Temperaturwechselbeständigkeit zu verbessern.
Außerdem ist die Grenzwand zwischen den Zelldichteabschnitten ausgebildet, um die Zelldichteabschnitte abzuteilen. Diese Struktur macht es möglich, deren Festigkeit zu erhöhen und die Temperaturwechselbeständigkeit zu verbessern. Obwohl Abgas an der inneren Seite (beispielsweise in dem Innenseitenabschnitt) konzentriert wird und in diesem einfach strömt, ist es möglich, dass die Struktur des Wabenstrukturkörpers die Verteilung einer Strömungsgeschwindigkeit von Abgas vergleichmäßigt, indem die Zelldichte in der inneren Seite und der äußeren Seite des Wabenstrukturkörpers eingestellt wird. Dies macht es möglich, Abgas in dem gesamten Wabenstrukturkörper mit hoher Effizienz zu reinigen und Emissionen zu verringern.
Die vorliegende Erfindung kann den Wabenstrukturkörper bereitstellen, der eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit hat, während seine Abgasreinigungsleistung beibehalten wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt Perspektivansichten, die einen Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung erläutern, wobei (a) eine beispielhafte Ausführungsform mit zwei Zelldichteabschnitten zeigt, und (b) eine beispielhafte Ausführungsform mit einer Vielzahl von Zelldichteabschnitten zeigt.
2 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers gemäß Ausführungsbeispielen E1 bis E11, E13, E15 und E16 erläutert.
3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel E14 erläutert.
4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel E12 erläutert.
5 zeigt Perspektivansichten, die einen Zellenachsabstand von Zellen in dem Wabenstrukturkörper gemäß den Ausführungsbeispielen erläutern.
6 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers gemäß einem Vergleichsbeispiel C1 erläutert.
7 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers gemäß einem Vergleichsbeispiel C2 erläutert.
8 ist eine Ansicht, die einen katalytischen Wandler zeigt, der mit dem Wabenstrukturkörper gemäß den beispielhaften Ausführungsformen ausgestattet ist.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Wert von (V – Va)/(Vb + Vs) und ein Verhältnis einer Temperaturdifferenz ΔT gemäß den Ausführungsbeispielen zeigt.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Zelldichteverhältnis Ma/Mb und einer Emissionsrate der Wabenstrukturköper gemäß den beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Strecke, die von einem Mittelpunkt des Wabenstrukturkörpers gemessen wird, und einer Strömungsgeschwindigkeit in den Wabenstrukturkörpern gemäß den beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
12 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Stelle r/R der Grenzwand und des Emissionsverhältnisses der Wabenstrukturkörper gemäß den beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie zuvor beschrieben wurde, haben die Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Zelldichteabschnitten, deren Zelldichte in einem zu der Achsrichtung senkrecht verlaufenden Querschnitt von der zentralen Seite zu der Außenumfangsseite stufenweise geändert ist. Das heißt, der Wabenstrukturkörper ist in eine Vielzahl von Abschnitten (d. h. die Zelldichteabschnitte) entlang einer Radialrichtung von der zentralen Seite zu der Außenumfangsseite geteilt. Jeder der Zelldichteabschnitte hat eine konstante Zelldichte. Die einander benachbarten Zelldichteabschnitte haben verschiedene Zelldichten, sodass die Zelldichte der Zelldichteabschnitte in einer Radialrichtung stufenweise geändert ist.
Wie zuvor beschrieben ist, hat der hohe Zelldichteabschnitt die maximale Zelldichte in allen Zelldichteabschnitten mit Ausnahme des an der äußersten Seite ausgebildeten Zelldichteabschnitts. Wie außerdem zuvor beschrieben wurde, hat der niedrige Zelldichteabschnitt die minimale Zelldichte in allen Zelldichteabschnitten mit Ausnahme des an der innersten Seite ausgebildeten Zelldichteabschnitts. Wenn beispielsweise der Wabenstrukturkörper lediglich zwei Zelldichteabschnitte hat, also an der inneren Seite (an dem zentralen Abschnitt) und an der äußeren Seite (an dem Außenumfangsabschnitt), dann ist dementsprechend der eine davon der hohe Zelldichteabschnitt und der andere ist der niedrige Zelldichteabschnitt. Das Volumen V ist ein Volumen, wenn der Wabenstrukturkörper lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt besteht. Das heißt, das Volumen V ist definiert, wenn der Wabenstrukturkörper eine gleichmäßige Struktur hat, die lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt besteht.
Wenn die Beziehung von V – Va < Vb + Vs unter den Volumina V, Va, Vb und Vs erfüllt ist, dann wird eine thermische Kapazität der Außenseite groß und eine Feuchtigkeitsrückhalteeigenschaft wird gut, selbst wenn der hohe Zelldichteabschnitt an dem Abschnitt (beispielsweise an dem zentralen Abschnitt) angeordnet ist, durch den das meiste Abgas hindurch tritt, und der niedrige Zelldichteabschnitt an der äußeren Seite des hohen Zelldichteabschnitts angeordnet ist. Diese Struktur tut sich schwer, eine Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite bei einem schnellen Abkühlen des Wabenstrukturkörpers auf geeignete Weise zu unterdrücken. Dementsprechend verringert diese Struktur die Temperaturwechselbeständigkeit des Wabenstrukturkörpers.
Es ist möglich, die Beziehung von 1 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,72 unter den Volumina V, Va, Vb und Vs zu erfüllen (Patentanspruch 2). Es ist ferner möglich, die Beziehung von 1,2 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,58 unter den Volumina V, Va, Vb und Vs zu erfüllen (Patentanspruch 3). In diesen Fällen ist es möglich, eine Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite bei einem schnellen Abkühlen des Wabenstrukturkörpers zu unterdrücken und die Temperaturwechselbeständigkeit zu verbessern.
Wenn die Beziehung von (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,72 unter den Volumina V, Va, Vb und Vs erfüllt ist, gibt es eine mögliche Verringerung der Zelldichte der äußeren Seite in Richtung niedrig und ein möglicherweise leichtes Strömen des Abgases in der äußeren Seite, wenn der hohe Zelldichteabschnitt an dem Abschnitt (beispielsweise an der zentralen Seite) angeordnet ist, durch den für gewöhnlich das meiste Abgas strömt, und der niedrige Zelldichteabschnitt an der äußeren Seite des hohen Zelldichteabschnitts angeordnet ist. Bei dieser Struktur ist eine Außenseitentemperatur des Wabenstrukturkörpers niedrig, jedoch wird eine Innenseitentemperatur des Wabenstrukturkörpers beim schnellen Abkühlen des Wabenstrukturkörpers hoch gehalten. Dies verursacht leicht eine Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite während des schnellen Abkühlens des Wabenstrukturkörpers.
Es ist möglich, dass der Wabenstrukturkörper eine Beziehung von Ta ≤ Tb erfüllt, wobei Bezugszeichen Ta eine Dicke der Trennwand in dem hohen Zelldichteabschnitt angibt, und Bezugszeichen Tb eine Dicke der Trennwand in dem niedrigen Zelldichteabschnitt angibt. Diese Struktur macht es möglich, eine geeignete Festigkeit des gesamten Wabenstrukturkörpers zu erhalten, während die Zelldichte eines jeden Zelldichteabschnitts eingestellt wird. Dies macht es möglich, die Temperaturwechselbeständigkeit weiter zu verbessern.
Es ist möglich, dass die Trennwände des hohen Zelldichteabschnitts beispielsweise eine Dicke Ta innerhalb eines Bereichs von 30 bis 120 μm haben. Außerdem ist es möglich, dass die Trennwände des niedrigen Zelldichteabschnitts beispielsweise eine Dicke Tb innerhalb eines Bereichs von 50 bis 200 μm haben.
Es ist möglich, eine Struktur zu haben, die eine Beziehung von 1 < Ma/Mb < 2 erfüllt, wobei Bezugszeichen Ma die Zelldichte des hohen Zelldichteabschnitts angibt und Bezugszeichen Mb die Zelldichte des niedrigen Zelldichteabschnitts angibt (Patentanspruch 5). Diese Struktur macht es möglich, die Emissionsverringerungswirkung zu erhalten und die Abgasreinigungsleistung weiterhin die Emissionen verringern zu lassen. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Wert von Ma/Mb innerhalb eines Bereichs von 1,25 bis 1,5 liegt, um eine höhere Abgasreinigungsleistung zu erhalten.
Falls die Zelldichte Ma und die Zelldichte Mb die Beziehung Ma/Mb ≤ 1 erfüllen, besteht eine Möglichkeit, dass es schwierig ist, die zuvor beschriebenen Wirkungen auf geeignete Weise hervorzubringen, d. h. die Abgasreinigungsleistung beizubehalten. Falls andererseits die Zelldichte Ma und die Zelldichte Mb die Beziehung Ma/Mb ≥ 2 erfüllen, besteht eine Möglichkeit, dass die Zelldichte der äußeren Seite niedrig wird und dass das Abgas in der äußeren Seite leicht strömt, wenn der hohe Zelldichteabschnitt an dem Abschnitt (beispielsweise an der zentralen Seite) angeordnet ist, durch den für gewöhnlich das meiste Abgas strömt, und der niedrige Zelldichteabschnitt an der Außenseite des hohen Zelldichteabschnitts angeordnet ist. Diese Struktur ermöglicht unzureichend gereinigtem Gas durch den Wabenstrukturkörper hindurchzutreten, und als ein Ergebnis ist diese Struktur in der Lage, die Abgasreinigungsleistung zu verringern.
Es ist möglich, dass der hohe Zelldichteabschnitt eine Zelldichte Ma aufweist, die beispielsweise in einem Bereich von 62 bis 182 Zellen/cm² liegt. Es ist ferner möglich, dass der niedrige Zelldichteabschnitt eine Zelldichte Mb hat, die in einem Bereich von 46,5 bis 139,5 Zellen/cm² liegt.
Es ist möglich, die Struktur zu erhalten, die eine Beziehung von 0,2 ≤ r/R < 1 erfüllt, wobei Bezugszeichen R einen Radius des Wabenstrukturkörpers angibt und Bezugszeichen r einen Radius der Grenzwand angibt, die den hohen Zelldichteabschnitt von dem niedrigen Zelldichteabschnitt trennt, der unmittelbar außerhalb des hohen Zelldichteabschnitts ausgebildet ist (Patentanspruch 6). Diese Struktur macht es möglich, eine geeignete Emissionsverringerungswirkung bereitzustellen, während ihre Abgasreinigungsleistung beibehalten wird. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Wert r/R innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 0,8 liegt, um eine höhere Abgasreinigungsleistung zu erhalten.
Der Radius R des Wabenstrukturkörpers und der Radius r der Trennwand sind ein Radius eines Querschnitts des Wabenstrukturkörpers und ein Radius eines Querschnitts der Trennwand, die senkrecht zu einer Achsrichtung (d. h. einer Gasströmungsrichtung) des Wabenstrukturkörpers verlaufen. Wenn der Wabenstrukturkörper oder die Grenzwand eine Kreisform hat, dann ist der Radius R, r ein Radius davon, und wenn sie eine polygonale Form haben, dann ist der Radius R, r ein Radius eines darin einbeschriebenen Kreises.
Es ist möglich, den hohen Zelldichteabschnitt an der innersten Seite in den mehreren Zelldichteabschnitten anzuordnen (Patentanspruch 7). Da der hohe Zelldichteabschnitt, der einen großen Flächenbereich hat, an dem Abschnitt (beispielsweise an dem zentralen Abschnitt) angeordnet ist, durch den das meiste Abgas strömt, macht es diese Struktur möglich, Emissionen zu verringern und die Abgasreinigungsleistung beizubehalten. Da außerdem der niedrige Zelldichteabschnitt außerhalb des hohen Zelldichteabschnitts in dieser Struktur angeordnet ist, ist es möglich, die Wirkung des Unterdrückens einer Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite zu erhalten, wenn der Wabenstrukturkörper schnell abgekühlt wird, und die Temperaturwechselbeständigkeit zu erhöhen. Bei der zuvor beschrieben Struktur ist es nicht erforderlich, die Mittelachse des hohen Zelldichteabschnitts an der Mittelachse des Wabenstrukturkörpers auszurichten. Beispielsweise ist es möglich, eine Stelle des hohen Zelldichteabschnitts auf Grundlage der Form des Abgasrohrs, der Abgasströmung usw. zu bestimmen.
Der zuvor beschriebene Wabenstrukturkörper hat die zwei Zelldichteabschnitte, von denen der hohe Zelldichteabschnitt an der inneren Seite (d. h. an der zentralen Seite) angeordnet ist und der niedrige Zelldichteabschnitt an der äußeren Seite (d. h. an der Außenumfangsseite) angeordnet ist. Diese Struktur macht es möglich, folgende Wirkungen auf geeignete Weise hervorzubringen: Verringern der Emissionen; Beibehalten der Abgasreinigungsleistung; Unterdrücken eines Anstiegs einer Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite bei einem schnellen Abkühlen; und Erhöhen einer Temperaturwechselbeständigkeit.
Es ist möglich, dass der Wabenstrukturkörper eine Struktur aufweist, in der nicht weniger als drei Zelldichteabschnitte ausgebildet sind und deren Zelldichte stufenweise geändert ist. Die Struktur verbessert ferner die Wirkung des Unterdrückens des Auftretens einer Temperaturdifferenz zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite beim schnellen Abkühlen, und des Erhöhens der Temperaturwechselbeständigkeit. Jedoch weist diese Struktur eine mögliche Verringerung der Festigkeit (d. h. der isostatischen Festigkeit usw.) des Wabenstrukturkörpers auf, da die Zelldichte an dem äußersten Zelldichteabschnitt stärker verringert wird. Um dies zu vermeiden, ist die Zelldichte des äußersten Zelldichteabschnitts erhöht, um die Festigkeit des Wabenstrukturkörpers beizubehalten.
Der zuvor beschriebene Wabenstrukturkörper wird beispielsweise in katalytischen Wandlern verwendet. Der katalytische Wandler reinigt Abgas unter Verwendung eines Katalysators. Das heißt, der Katalysator wird an den Oberflächen der Trennwände des Wabenstrukturkörpers getragen. Es ist möglich, dass der Wabenstrukturkörper beispielsweise eine Porosität innerhalb eines Bereichs von 10 bis 70% hat.
Es ist möglich, dass die Zellen eine Kreisform, eine polygonale Form (beispielsweise eine quadratische Form und eine hexagonale Form) in einem radialen Querschnitt haben. Ferner ist es möglich, dass die äußere Form des Zelldichteabschnitts eine Kreisform, eine polygonale Form usw. in einem radialen Querschnitt ist. Es ist ferner möglich, dass die Grenzwand eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 20 bis 250 μm hat. Es ist zudem möglich, dass die Form der Grenzwand eine Kreisform und eine polygonale Form usw. in einem radialen Querschnitt ist.
Beispiele
Als beispielhafte Ausführungsform wurden eine Vielzahl von Wabenstrukturkörpern (als Ausführungsbeispiele E1 bis E16) und eine Vielzahl von Wabenstrukturkörpern (als Vergleichsbeispiele C1 bis C4) hergestellt und es wurde ihr Druckverlust, ihre Abgasreinigungsleistung, ihre Temperaturwechselbeständigkeit usw. ausgewertet.
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird nun die Beschreibung der Wabenstrukturköper (entsprechend der Ausführungsbeispiele E1 bis E16) angegeben. Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, besteht der Wabenstrukturkörper 1 aus Trennwänden 11, die in einer Gitterform angeordnet sind, und aus einer Vielzahl von Zellen 12, die von den Trennwänden 11 umgeben sind, um einen monolithischen Körper zu bilden. Außerdem besteht der Wabenstrukturkörper 1 aus einer Vielzahl von Zelldichteabschnitten 2, die verschiedene Zelldichten aufweisen, die sich in einem senkrecht zu einer Achsrichtung X verlaufenden Querschnitt von einer zentralen Seite zu einer Außenumfangsseite ändern. Ein Grenzabschnitt 14 ist zwischen den Zelldichteabschnitten 2 ausgebildet, die einander benachbart sind. 1(a), 2 und 3 zeigen den Wabenstrukturkörper 1, der zwei Zelldichteabschnitte 2 (21, 22) mit unterschiedlichen Zelldichten hat. 4 zeigt den Wabenstrukturkörper mit drei Zelldichteabschnitten 2 (21, 22, 23), die unterschiedliche Zelldichten aufweisen. Es ist jedoch auch akzeptabel, dass der Wabenstrukturkörper eine Vielzahl von Zelldichteabschnitten 2 (nicht weniger als vier, d. h. 21, 22, ..., und 2n) hat, wie dies in 1(b) gezeigt ist.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, haben die mehreren Zelldichteabschnitte 2 den hohen Zelldichteabschnitt 2a und den niedrigen Zelldichteabschnitt 2b. Der hohe Zelldichteabschnitt 2a hat mit Ausnahme des äußersten Zelldichteabschnitts 2 die maximale Zelldichte. Der niedrige Zelldichteabschnitt 2b hat mit Ausnahme des innersten Zelldichteabschnitts 2 die minimale Zelldichte. Ferner erfüllt der Wabenstrukturkörper 1 eine Beziehung von V – Va ≤ Vb + Vs, wobei Bezugzeichen V ein Volumen des Wabenstrukturkörpers 1 angibt, falls der gesamte Wabenstrukturkörper lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt 2a besteht, Bezugszeichen Va gibt ein Volumen des hohen Zelldichteabschnitts 2a an, Bezugszeichen Vb gibt ein Volumen des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b an und Bezugszeichen Vs gibt ein Volumen der Grenzwand 14 (14b) an, die den niedrigen Zelldichteabschnitt 2b von dem Zelldichteabschnitt 2 trennt, der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b ausgebildet ist. Im weiteren Verlauf werden nun diese Merkmale erläutert.
Wie in 1 gezeigt ist, wird der Wabenstrukturkörper 1 (der den Ausführungsbeispielen E1 bis E16 entspricht) als ein Katalysatorträgerelement verwendet, um Abgas zu reinigen. Der Wabenstrukturkörper 1 besteht aus den Trennwänden 11, den vielen Zellen 12 und einer Außenumfangswand 13. Die Trennwände 11 sind in einer Quadratgitterform angeordnet. Die Zellen 12 sind von den Trennwänden 11 umgeben. Eine Außenumfangsfläche des Wabenstrukturkörpers 1 ist mit einer Außenumfangswand 13 bedeckt. Der Wabenstrukturkörper 1 ist aus Kordierit gefertigt und in einem monolithischen Körper ausgebildet. Der Wabenstrukturkörper 1 hat einen Durchmesser von 103 mm und eine Länge von 105 mm.
Wie in 2 und in 3 gezeigt ist, ist in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E12 und den Ausführungsbeispielen E13 bis E16 ein Querschnitt, der zu einer Achsrichtung X (siehe 1) des Wabenstrukturkörpers 1 senkrecht verläuft, in zwei Zelldichteabschnitte 2 (d. h. einem ersten Zelldichteabschnitt 21 und einem zweiten Zelldichteabschnitt 22) von einer zentralen Seite zu einer Außenumfangsseite geteilt. Jeder der Zelldichteabschnitte 2 hat jeweils eine konstante Zelldichte. Der Wabenstrukturkörper 1 hat die Struktur, in der Zelldichteabschnitte 2, die einander benachbart sind, verschiedene Zelldichten aufweisen, sodass die Zelldichte in Richtung der radialen Richtung stufenweise geändert ist.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, entspricht der erste Zelldichteabschnitt 21 dem zuvor beschriebenen hohen Zelldichteabschnitt 2a, und er ist an der innersten Seite, etwa dem zentralen Abschnitt des Wabenstrukturkörpers 1 angeordnet.
Der zweite Zelldichteabschnitt 22 entspricht dem zuvor beschriebenen niedrigen Zelldichteabschnitt 2b und er ist an der äußersten Seite, etwa dem Außenumfangsabschnitt des Wabenstrukturkörpers 1 angeordnet. In dem in 2(a) gezeigten Wabenstrukturkörper 1 sind die Zellen 12 so ausgebildet, dass sie in dem ersten Zelldichteabschnitt 21 und dem zweiten Zelldichteabschnitt 22 in der gleichen Richtung geneigt sind. Jedoch ist es wie bei dem in 2(b) gezeigten Wabenstrukturkörper 1 möglich, die Zellen 12 in verschiedenen Richtungen zu neigen (die Zellen 12 in dem zweiten Zelldichteabschnitt 22 sind bezüglich den Zellen 12 in dem ersten Zelldichteabschnitt 21 um 45° geneigt).
Wie in 4 gezeigt ist, hat der Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel E12 drei Zelldichteabschnitte (d. h. den ersten Zelldichteabschnitt 21, den zweiten Zelldichteabschnitt 22 und den dritten Zelldichteabschnitt 23), die in einer Radialrichtung von der zentralen Seite zu der Außenumfangsseite in einem zu der Achsrichtung X (siehe 1) senkrecht verlaufenden Querschnitt angeordnet sind. Jeder der Zelldichteabschnitte 2 hat eine konstante Zelldichte. Ferner haben benachbarte Zelldichteabschnitte 2 verschiedene Zelldichten, die in einer Radialrichtung stufenweise geändert sind.
Der erste Zelldichteabschnitt 21 entspricht dem zuvor beschriebenen hohen Zelldichteabschnitt 2a und ist an der zentralen Seite, d. h. an der innersten Seite des Wabenstrukturkörpers 1 angeordnet. Der zweite Zelldichteabschnitt 22 entspricht dem zuvor beschriebenen niedrigen Zelldichteabschnitt 2b und ist unmittelbar außerhalb des ersten Zelldichteabschnitts 21 angeordnet. Der dritte Zelldichteabschnitt 23 hat eine Zelldichte, die niedriger als die des ersten Zelldichteabschnitts 21 und die höher als die des zweiten Zelldichteabschnitts 22 ist. Der dritte Zelldichteabschnitt 23 ist unmittelbar außerhalb des zweiten Zelldichteabschnitts 22, d. h. an der äußersten Seite des Wabenstrukturkörpers 1 angeordnet. Somit macht es diese Struktur, die das Anordnen des Zelldichteabschnitts 2 mit der minimalen Zelldichte (d. h. des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b) an der äußersten Seite vermeidet, möglich, die Festigkeit (d. h. die isostatische Festigkeit usw.) des Wabenstrukturkörpers 1 beizubehalten.
Wie ferner in 2 bis 4 gezeigt ist, erfüllt der Wabenstrukturkörper 1 (d. h. die Ausführungsbeispiele E1 bis E16) die Beziehung von Ta ≤ Tb, wobei Bezugszeichen Ta eine Dicke der Trennwand 11 in dem hohen Zelldichteabschnitt 2a (d. h. dem ersten Zelldichteabschnitt 21) angibt, und Bezugszeichen Tb eine Dicke der Trennwand 11 in dem niedrigen Zelldichteabschnitt 2b (d. h. dem zweiten Zelldichteabschnitt 22) angibt. Weiterhin erfüllt der Wabenstrukturkörper 1 (d. h. die Ausführungsbeispiele E1 bis E4, E6 und E8 bis E15) die Beziehung von 1 < Ma/Mb < 2, wobei Bezugszeichen Ma eine Zelldichte des hohen Zelldichteabschnitts 2a (d. h. des ersten Zelldichteabschnitts 21) angibt, und Bezugszeichen Mb eine Zelldichte des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b (d. h. des zweiten Zelldichteabschnitts 22) angibt. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen eine Dicke (mm) einer Trennwand, eine Zelldichte (Zellen/cm²), eine Porosität (%) und ein Zelldichteverhältnis Ma/Mb des Wabenstrukturkörpers 1 (jeweils für die Ausführungsbeispiele E1 bis E16).
Nun wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Ermitteln einer Zelldichte eines jeden Zelldichteabschnitts 2 angegeben. Ein in 5(a) und 5(b) gezeigter Zellenachsabstand P wird unter Verwendung eines Werkzeugmachermikroskops, eines anderen Mikroskops usw. gemessen, um eine Zelldichte in einem radialen Querschnitt des Wabenstrukturkörpers 1 zu erhalten. Die Zelldichte (cpsi) kann unter Verwendung der folgenden Gleichung und des gemessenen Zellenachsabstands P berechnet werden. Bei der beispielhaften Ausführungsform wurde ein Mikroskop (VHX-900, hergestellt durch KEYENCE CORPORATION) verwendet, und es wurden fünf Punkte eines jeden der Zelldichteabschnitte 2 gemessen und es wurde ein durchschnittlicher Wert der gemessenen Zellenachsabstände P berechnet. Das Bezugszeichen „cpsi” der Zelldichte gibt die Anzahl an Zellen pro Quadratzoll wieder. Tabelle 1 verwendet die Einheit (Zellen/cm²), die von der Einheit „cpsi” umgewandelt wurde.
Wenn, wie beispielsweise in 5(a) gezeigt ist, die Zelle 12 eine quadratische Form hat, wie bei der Struktur der Ausführungsbeispiele E1 bis E16, und ein durchschnittlicher Zellenachsabstand den Wert p1 hat, dann wird die Zelldichte (cpsi) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Zelldichte (cpsi) = (25,4/p1)². Wenn außerdem, wie in 5(b) gezeigt ist, die Zelle eine hexagonale Form hat und ein durchschnittlicher Zellenachsabstand den Wert p2 hat, dann wird die Zelldichte (cpsi) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Zelldichte (cpsi) = (2/√3) × (25,4/p2)².
Wie in 2 bis 4 gezeigt ist, ist die Trennwand 14, die eine zylindrische Form hat, zwischen den einander benachbarten Zelldichteabschnitten 2 in dem Wabenstrukturkörper 1 (d. h. den Ausführungsbeispielen E1 bis E16) ausgebildet. Das heißt, die Trennwand 14 trennt die Zelldichteabschnitte 2, die benachbart zueinander angeordnet sind, ab. Die Grenzwand 14 in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel E14 (siehe 3) hat eine oktogonale Form. Die Grenzwand 14 in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß den anderen Ausführungsbeispielen (siehe 2 und 4) hat eine Kreisform. Außerdem erfüllt der Wabenstrukturkörper 1 eine Beziehung von 0,2 ≤ r/R < 1, wobei Bezugszeichen R einen Radius des Wabenstrukturkörpers 1 angibt und Bezugszeichen r einen Radius der Grenzwand 14 angibt, die den hohen Zelldichteabschnitt 2a (d. h. den ersten Zelldichteabschnitt 21) von dem Zelldichteabschnitt 2 (d. h. dem zweiten Zelldichteabschnitt 22), der unmittelbar außerhalb des hohen Zelldichteabschnitts 2a ausgebildet ist, trennt. Da die Grenzwand 14 in dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel E14 eine oktogonale Form hat, bezeichnet Bezugzeichen r einen Radius eines einbeschriebenen Kreises der oktogonalen Form. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen eine Dicke (mm) der Grenzwand, und eine Stelle r/R der Grenzwand in dem Wabenstrukturkörper 1 (der den Ausführungsbeispielen E1 bis E16 entspricht).
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, erfüllt der Wabenstrukturkörper 1 (d. h. die Ausführungsbeispiele E1 bis E16) eine Beziehung von V – Va ≥ Vb + Vs, d. h., er erfüllt eine Beziehung von (V – Va)/(Vb + Vs) ≥ 1, wobei Bezugszeichen V ein Volumen des Wabenstrukturkörpers angibt, wenn der gesamte Wabenstrukturkörper 1 lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt 2a besteht, Bezugszeichen Va ein Volumen des hohen Zelldichteabschnitts 2a angibt, Bezugszeichen Vb ein Volumen des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b angibt und Bezugszeichen Vs ein Volumen der Grenzwand 14 (14b) angibt, die den niedrigen Zelldichteabschnitt 2b (d. h. den zweiten Zelldichteabschnitt 22) von dem Zelldichteabschnitt 2 (d. h. dem ersten Zelldichteabschnitt 21), der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts 2b ausgebildet ist, trennt. Das heißt, Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen den Wert (V – Va)/(Vb + Vs) des Wabenstrukturkörpers 1 (d. h. der Ausführungsbeispiele E1 bis E16).
Wenn, wie zuvor beschrieben ist, ein Radius des Wabenstrukturkörpers 1 mit Bezugszeichen R bezeichnet ist, ein Radius der Grenzwand 14 mit Bezugszeichen r bezeichnet ist, eine axiale Länge des Wabenstrukturkörpers 1 mit Bezugszeichen L bezeichnet ist und eine Dicke der Grenzwand 14 mit Bezugszeichen Ls bezeichnet ist, ist es möglich die Volumina V, Va, Vb und Vs des Wabenstrukturkörpers 1, der eine zylindrische Form hat, durch die Folgenden Gleichungen zu berechnen: V = π × R² × L × (1 – OFA/100) × (1 – Porosität/100), Va = π × (r – ts/2)² × L × (1 – OFA des hohen Zelldichteabschnitts/100) × (1 – Porosität des hohen Zelldichteabschnitts/100), Vb = {R² – (r + ts/2)²} × π × L × (1 – OFA des niedrigen Zelldichteabschnitts/100) × (1 – Porosität des niedrigen Zelldichteabschnitts/100), and Vs = {π × (r + ts/2)² × L} – {π × (r – ts/2)² × L} × (1 – Porositat der Grenzwand/100), wobei OFA eine Abkürzung für Open Frontal Area bzw. offene Vorderfläche ist, die ein Öffnungsverhältnis der Zelle 12 angibt.
Als Nächstes wird nun eine Beschreibung des Wabenstrukturkörpers 9 (d. h. der Vergleichsbeispiele C1 bis C3) unter Bezugnahme auf Figuren angegeben. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, besteht der Wabenstrukturkörper 9 gemäß den Vergleichsbeispielen C1 und C2 lediglich aus einem Zelldichteabschnitt (d. h. dem in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegebenen ersten Zelldichteabschnitt), dessen Struktur sich von dem zuvor beschriebenen Wabenstrukturkörper 1 gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E16 unterscheidet. Das heißt, der gesamte Bereich des Wabenstrukturkörpers 9 hat eine konstante Zelldichte. Der Wabenstrukturkörper 9 gemäß dem Vergleichsbeispiel C1 (siehe 6(a)) hat eine Zelldichte, die niedriger als die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers 9 gemäß dem Vergleichsbeispiel C2 (siehe 7) ist. Weitere Komponenten des Wabenstrukturkörpers 9 haben die gleiche Struktur wie jene des zuvor beschriebenen Wabenstrukturkörpers 1 gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E16.
Die Volumina V, Va, Vb und Vs in dem Vergleichsbeispiel C3 haben eine Beziehung von (V – Va)/(Vb + Vs) < 1. Andere Komponenten des Vergleichsbeispiels C3 haben die gleiche Struktur wie jene des zuvor beschriebenen Wabenstrukturkörpers 1 gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E16. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Dicke (mm) der Trennwand, die Zelldichte (Zellen/cm²), die Porosität (%) usw. der Vergleichsbeispiele C1, C2 und C3.
Als Nächstes wird nun eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Wabenstrukturkörpers (gemäß den Ausführungsbespielen E1 bis E16 und den Vergleichsbeispielen C1 bis C3) angegeben. Zuerst wurde ein keramisches Rohmaterial vorbereitet. Das keramische Rohmaterial bestand im Wesentlichen aus Kaolin, Quarzglas, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Talk, Kohlenstoffpartikeln usw., sodass die chemische Zusammensetzung von Kordierit wie folgt erfüllt ist: SiO₂: 45 bis 55%, Al₂O₃: 33 bis 42% und MgO: 12 bis 18%. Wasser, Bindemittel und andere Bestandteile einer vorbestimmten Menge wurden dem keramischen Rohmaterial hinzugefügt und wurden dann gemischt, um das keramische Rohmaterial herzustellen.
Als Nächstes wurde das so erhaltene keramische Rohmaterial unter Verwendung einer Strangpressform extrudiert, um einen Wabenstrukturformkörper unter Verwendung einer Extrusionsform herzustellen, die eine Vielzahl von Schlitznuten hat. Das Muster der Schlitznuten entspricht der Anordnung oder einer Form der Trennwände. Der Wabenstrukturformkörper wurde unter Verwendung von Mikrowellen getrocknet. Der getrocknete Wabenstrukturformkörper wurde auf eine vorbestimmte Länge geschnitten und wurde dann bei einer vorbestimmten Maximaltemperatur (beispielsweise 1390°C bis 1430°C) gebrannt, um die Wabenstrukturkörper herzustellen.
Als Nächstes wird nun eine Beschreibung der Auswertung einer Temperaturwechselbeständigkeit und einer Abgasreinigungsleistung des Wabenstrukturkörpers (d. h. der Ausführungsbeispiele E1 bis E16 und der Vergleichsbeispiele C1 bis C3) angegeben. Im weiteren Verlauf wird das Auswertungsverfahren der Temperaturwechselbeständigkeit und der Abgasreinigungsleistung erläutert.
Bei dem Auswertungsverfahren für die Temperaturwechselbeständigkeit wurde, wie in 8 gezeigt ist, der Wabenstrukturkörper 1 (9) mit einer Aluminiumoxidmatte 81 umwickelt und wurde im Inneren eines Abgasrohrs 82 angeordnet. Dadurch wurde ein katalytischer Wandler 8 ausgebildet. Der Katalysator wurde im Vorfeld in dem Wabenstrukturkörper 1 (9) aufgetragen. Es ist möglich, von dem Wabenstrukturkörper zu tragenden Katalysator zu verwenden, der aus γ-Aluminiumoxid und/oder Zer und zumindest einem aus Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd) als Edelmetall besteht, d. h. einen Drei-Wege-Katalysator. Zwei Temperaturmesseinrichtungen H1 und H2 sind an Mittelpunkten in der Achsrichtung des Wabenstrukturkörpers 1 (9) montiert. Eine Temperaturmesseinrichtung H1 ist an einer zentralen Position (an der Stelle der Mittelachse) in einem zu der Achsrichtung X senkrecht verlaufenden Querschnitt angeordnet. Die andere Temperaturmesseinrichtung H2 ist an einer Position angeordnet, die einer Länge von 10 Prozent eines Radius entspricht, und zwar gemessen von dem Außenumfang zu der Innenseite des Wabenstrukturkörpers 1 (9).
Der katalytische Wandler 8 wurde an einer Kraftmaschine (achtzylindrige Kraftmaschine der V-Bauart) montiert und die Kraftmaschine wurde unter einer Bedingung von WOT (Wide Open Throttle, weit geöffnete Drossel) betrieben. Der Wabenstrukturkörper 1 (9) wurde für eine vorbestimmte Zeitspanne (fünf Minuten) belassen, sodass dessen zentraler Abschnitt (an der Temperaturmesseinrichtung H1) eine vorbestimmte Temperatur (1050°C) hat. Danach fiel die Drehzahl der Kraftmaschine ab, sodass sie ihren Leerlaufzustand betrat, und sodass ein schnelles Abkühlen des Wabenstrukturkörpers 1 (9) durchgeführt wurde. Eine Temperaturdifferenz ΔT (°C) zwischen dem zentralen Punkt (an der Temperaturmesseinrichtung H1) und dem Außenumfangsabschnitt (an der Temperaturmesseinrichtung H2) wurde erfasst. Bei der beispielhaften Ausführungsform wurde ein Verhältnis einer Temperaturdifferenz ΔT auf Grundlage einer Temperaturdifferenz ΔT (°C) des Vergleichsbeispiels C2 als ein Referenzwert ermittelt.
Bei der Auswertung der Abgasreinigungsleistung wurde ein Wabenstrukturkörper vorbereitet, dessen Verschlechterung äquivalent zu einem Fall war, nach dem ein Fahrzeug mit dem Wabenstrukturkörper einhunderttausend Kilometer gefahren ist. Als Nächstes wurde der Wabenstrukturkörper 1 (9) an einer S/C-Position (einer Startkatalysatorposition) der Brennkraftmaschine montiert. Der Wabenstrukturkörper mit dem Katalysator, der durch Erwärmen unter Verwendung eines elektrischen Ofens auf geeignete Weise verschlechtert wurde, wurde an einer UF/C-Position (Unterbodenkatalysator) der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs montiert. Nachdem das Fahrzeug in einem vorbestimmten Modus (LA#4-Auswertungsmodus) gefahren wurde, wurde eine Menge jeweiliger Emissionen (HC, CO und NOx) erfasst, die von der Brennkraftmaschine emittiert wurden. Ein Emissionsverhältnis eines jeden der Ausführungsbeispiele und der Vergleichsbeispiele wurde auf Grundlage der Emissionsmenge des Vergleichsbeispiels C2 als Referenzwert ermittelt. Die S/C-Position gibt eine Position (an der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmung) unmittelbar hinter einem Abgasanschluss der Brennkraftmaschine an, der an den Abgasdurchlass montiert ist, durch den das von der Brennkraftmaschine emittierte Abgas strömt. Ferner gibt die UF/C-Position eine Position (an der stromabwärtigen Seite der Abgasströmung) direkt unter dem Boden des Fahrzeugs an der stromabwärtigen Seite der S/C-Position an. [Tabelle 1]
[Tabelle 2]
Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Auswertungsergebnisse der Temperaturwechselbeständigkeit und der Abgasreinigungsleistung. Wie aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ersichtlich ist, erfüllt der Wabenstrukturkörper gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E16 die Beziehung von (V – Va)/(Vb + Vs) ≥ 1 und hat ein Verhältnis der Temperaturdifferenz ΔT von weniger als 1 und ein Emissionsverhältnis von weniger als 1. Genauer gesagt ermöglicht die Struktur des Wabenstrukturkörpers gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E7 und E11 bis E16, ein verringertes Verhältnis der Temperaturdifferenz ΔT zu erhalten und eine Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite bei einem schnellen Abkühlen zu unterdrücken, wenn man dies mit dem Vergleichsbeispiel C2 vergleicht, bei dem ein gesamter Bereich des Vergleichsbeispiels C2 eine konstante Zelldichte hat, und mit dem Vergleichsbeispiel C3 vergleicht, das die Beziehung von (V – Va)/(Vb + Vs) < 1 erfüllt. Außerdem ermöglicht der Wabenstrukturkörper gemäß den Ausführungsbeispielen E1, E4 und E8 bis E11, einen verringerten Emissionsbetrag zu erhalten, wenn man dies mit jenem der Vergleichsbeispiele C1 und C2 vergleicht, in welchen deren gesamter Bereich eine konstante Zelldichte aufweist. Als ein Ergebnis kann verstanden werden, dass der Wabenstrukturkörper gemäß den Ausführungsbeispielen E1 bis E16 eine bessere Temperaturwechselbeständigkeit und eine bessere Abgasreinigungsleistung aufweist.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Wert (V – Va)/(Vb + Vs) und dem Verhältnis der Temperaturdifferenz ΔT, die aus den in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigten Auswertungsergebnissen erhalten werden. In der gleichen Figur sind das Verhältnis der Temperaturdifferenz ΔT der Ausführungsbeispiele E1 bis E7 und E11 bis E16 graphisch dargestellt. Wie dies aus der gleichen Figur ersichtlich ist, ist es möglich, die Temperaturdifferenz ΔT zuverlässig zu verringern (Verhältnis der Temperaturdifferenz ΔT von weniger als 1), und die Temperaturwechselbeständigkeit zu erhöhen, wenn die Beziehung von 1 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,72 erfüllt ist. Insbesondere ist es möglich, diese Wirkungen weiter zu verbessern, wenn die Beziehung von 1,2 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,63 wie in den Ausführungsbeispielen E4, E5, E15 und E16 erfüllt ist, und ferner, wenn die Beziehung von 1,2 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,58 wie bei den Ausführungsbeispielen E4, E5 und E15 erfüllt ist.
Außerdem zeigt 10 die Beziehung zwischen dem Zelldichteverhältnis Ma/Mb und dem Emissionsverhältnis auf Grundlage der in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigten Auswertungsergebnisse. Das Emissionsverhältnis eines jeden Ausführungsbeispiels E1, E4, E8 und E9 und des Vergleichsbeispiels C2 sind in 10 graphisch dargestellt. Das Vergleichsbeispiel C2 hat das Zelldichteverhältnis Ma/Mb = 1 (das Zelldichteverhältnis Ma/Mb des Vergleichsbeispiels C2 ist in Tabelle 1 und Tabelle 2 mit Bezugszeichen „–” bezeichnet). Wie aus 10 ersichtlich ist, ist es dann, wenn der Wabenstrukturkörper die Beziehung von 1 < Ma/Mb ≤ 2 erfüllt, möglich, das Emissionsverhältnis (von weniger als 1) zuverlässig zu verringern und die Abgasreinigungsleistung zu erhöhen. Wenn ferner der Wabenstrukturkörper die Beziehung von 1,25 ≤ Ma/Mb ≤ 1,5 erfüllt, ist es möglich, das Emissionsverhältnis weiter zu verringern und die Abgasreinigungsleistung weiter zu erhöhen.
11 zeigt eine Beziehung zwischen einer Strecke, die von einem Mittelpunkt eines Wabenstrukturkörpers gemessen wird, und einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Die Strömungsgeschwindigkeitsrate eines jeden Ausführungsbeispiels E1, E8 und E9 und des Vergleichsbeispiels C2 sind graphisch dargestellt. Nun wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Erfassen einer Strömungsgeschwindigkeit von Abgas beschrieben. Wie in 8 gezeigt ist, wurde der Wabenstrukturkörper 1 (9), der einen Katalysator trägt, der in der Lage ist, Abgas zu reinigen, im Inneren eines Abgasrohrs 82 montiert, um einen katalytischen Wandler 8 herzustellen. Eine Strömungsgeschwindigkeitsmesseinrichtung (nicht gezeigt) wurde an der stromabwärtigen Seite des Wabenstrukturkörpers angeordnet. Als Nächstes wurde eine vorbestimmte Luftmenge zu dem Wabenstrukturkörper 1 (9) zugeführt und eine Strömungsgeschwindigkeit der den Wabenstrukturkörper 1 (9) unmittelbar hindurch tretenden Luft wurde erfasst. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist es für die Ausführungsbeispiele E1, E8 und E9 möglich, eine Schwankung der Luftströmungsgeschwindigkeit zwischen der inneren Seite und der äußeren Seite des Wabenstrukturkörpers zu verringern, da sie verglichen mit dem Vergleichsbeispiel C2 das eingestellte Zelldichteverhältnis Ma/Mb haben. Das heißt, es ist für diese Ausführungsbeispiele möglich, dass sie eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit haben. Dies macht es möglich, deren Emissionsmenge zu verringern und die Abgasreinigungsleistung zu verbessern.
Ferner zeigt 12 die Beziehung zwischen der Stelle r/R der Grenzwand und dem Emissionsverhältnis auf Grundlage des in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigten Auswertungsergebnisses. Das Emissionsverhältnis eines jeden Ausführungsbeispiels E1, E10 und E11 und der Vergleichsbeispiele C1 und C2 sind in diesen Figuren graphisch dargestellt. Da sich das Vergleichsbeispiel C1 in seiner Zelldichte von den Ausführungsbeispielen E1, E10 und E11 unterscheidet, hat die Stelle r/R der Grenzwand in dem Vergleichsbeispiel C1 den Wert null (r/R = 0). (Genauer gesagt ist die Stelle r/R des Grenzabschnitts in dem Vergleichsbeispiel C1 in Tabelle 1 und Tabelle 2 mit Bezugszeichen „–” bezeichnet). Da außerdem das Vergleichsbeispiel C2 und die Ausführungsbeispiele E1, E10 und E11 die gleiche Zelldichte haben, wird deren Stelle r/R zu eins, d. h. r/R = 1. (Genauer gesagt ist in Tabelle 1 und Tabelle 2 der Stelle r/R des Grenzabschnitts in dem Vergleichsbeispiel C2 mit Bezugszeichen „–” bezeichnet). Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist es möglich, das Emissionsverhältnis zuverlässig zu verringern (es ist möglich, das Emissionsverhältnis von weniger als 1 zu erhalten), da die Beziehung von of 0,2 ≤ r/R < 1 erfüllt ist. Wenn die Beziehung von 0,5 ≤ r/R ≤ 0,8 erfüllt ist, ist es möglich, das Emissionsverhältnis weiter zu verringern und die Abgasreinigungsleistung weiter zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Wabenstrukturkörper
11: Trennwand
12: Zelle
14: Grenzwand
2: Zelldichteabschnitt
2a: Hoher Zelldichteabschnitt
2b: Niedriger Zelldichteabschnitt

Claims

Wabenstrukturkörper (1) als ein aus Kordierit gefertigter monolithischer Körper, der in einer Gitterform angeordnete Trennwände (11) und eine Vielzahl von Zellen (12) aufweist, die von den Trennwänden (11) umgeben sind, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Vielzahl von Zelldichteabschnitten (2) aufweist, die eine Zelldichte haben, die in einer Radialrichtung von einer zentralen Seite zu einer Außenumfangsseite in einem senkrecht zu einer Achsrichtung (X) verlaufenden Querschnitt stufenweise geändert ist, wobei eine Grenzwand (14) zwischen den einander benachbarten Zelldichteabschnitten (2) ausgebildet ist, um diese Zelldichteabschnitte (2) abzutrennen, wobei die Zelldichteabschnitte (2) einen hohen Zelldichteabschnitt (2a), der mit Ausnahme eines äußersten Zelldichteabschnitts (2), der an einer äußersten Seite ausgebildet ist, eine maximale Zelldichte hat, und einen niedrigen Zelldichteabschnitt (2b) aufweisen, der mit Ausnahme eines innersten Zelldichteabschnitts (2), der an einer innersten Seite ausgebildet ist, eine minimale Zelldichte hat, und wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von V – Va ≥ Vb + Vs erfüllt, wobei Bezugszeichen V ein Volumen des Wabenstrukturkörpers angibt, wenn der Wabenstrukturkörper (1) lediglich aus dem hohen Zelldichteabschnitt (2a) besteht, Bezugszeichen Va ein Volumen des hohen Zelldichteabschnitts (2a) angibt, Bezugszeichen Vb ein Volumen des niedrigen Zelldichteabschnitts (2b) angibt, und Bezugszeichen Vs ein Volumen der Grenzwand (14) angibt, die den niedrigen Zelldichteabschnitt (2b) von dem Zelldichteabschnitt (2) trennt, der unmittelbar innerhalb des niedrigen Zelldichteabschnitts (2b) ausgebildet ist.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Volumina V, Va, Vb und Vs in dem Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 1 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,72 erfüllen.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Volumina V, Va, Vb und Vs in dem Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 1,2 ≤ (V – Va)/(Vb + Vs) ≤ 1,58 erfüllen.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von Ta ≤ Tb erfüllt, wobei Bezugszeichen Ta eine Dicke der Trennwand (11) in dem hohen Zelldichteabschnitt (2a) angibt und Bezugszeichen Tb eine Dicke der Trennwand (11) in dem niedrigen Zelldichteabschnitt (2b) angibt.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 1 < Ma/Mb < 2 erfüllt, wobei Bezugszeichen Ma eine Zelldichte des hohen Zelldichteabschnitts (2a) angibt und Bezugzeichen Mb eine Zelldichte des niedrigen Zelldichteabschnitts (2b) angibt.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 0,2 ≤ r/R < 1 erfüllt, wobei Bezugszeichen R einen Radius des Wabenstrukturkörpers (1) angibt und Bezugszeichen r einen Radius der Grenzwand (14) angibt, die den hohen Zelldichteabschnitt (2a) von dem Zelldichteabschnitt trennt, der unmittelbar außerhalb des hohen Zelldichteabschnitts (2a) ausgebildet ist.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der hohe Zelldichteabschnitt (2a) an der innersten Seite in den Zelldichteabschnitten (2) angeordnet ist.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 1,25 < Ma/Mb < 1,5 erfüllt, wobei Bezugszeichen Ma die Zelldichte des hohen Zelldichteabschnitts (2a) angibt und Bezugszeichen Mb die Zelldichte des niedrigen Zelldichteabschnitts (2b) angibt.
Wabenstrukturkörper (1) gemäß Anspruch 6, wobei der Wabenstrukturkörper (1) eine Beziehung von 0,5 < r/R < 0,8 erfüllt, wobei Bezugszeichen R den Radius des Wabenstrukturkörpers (1) angibt und Bezugszeichen r den Radius der Grenzwand (14) angibt, die den hohen Zelldichteabschnitt (2a) von dem Zelldichteabschnitt trennt, der unmittelbar außerhalb des hohen Zelldichteabschnitts (2a) ausgebildet ist.