DE112017006597B4

DE112017006597B4 - Poröser Wabenfilter

Info

Publication number: DE112017006597B4
Application number: DE112017006597.6T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Takayama; Shusaku Yamamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2037-12-16
Also published as: JP2018103121A; CN110121383B; DE112017006597B9; DE112017006597T5; CN110121383A; JP6729356B2; US20190314752A1; WO2018123654A1; US10870077B2

Abstract

Poröser Wabenfilter (1), aufweisend:eine poröse erste Zellwand (21), die eine Permeation von Abgas (G) ermöglicht;eine zweite Zellwand (22), die dem Abgas eine Permeation weniger leicht ermöglicht als die erste Zellwand (21); undeine Zelle (3), die von der ersten Zellwand und der zweiten Zellwand umgeben ist, um einen sich erstreckenden Gasströmungsdurchlass zu bilden, wobeidie zweite Zellwand eine geringere Porosität aufweist als die erste Zellwand,die Zelle eine Mehrzahl von Zellen aufweist,der poröse Wabenfilter ferner eine rohrförmige Außenhülle (10) aufweist, die einen Außenumfang davon bildet,eine Mehrzahl der ersten Zellwände und eine Mehrzahl der zweiten Zellwände ein Inneres der rohrförmigen Außenhülle in die Zellen aufteilen, unddie ersten Zellwände eine geneigte Wand (211) umfassen, die sich in Bezug auf eine axiale Richtung (Z) der rohrförmigen Außenhülle geneigt erstreckt, und die zweiten Zellwände eine parallele Wand (221) umfassen, die sich parallel zu der axialen Richtung erstreckt.

Description

Querverweise auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 27. Dezember 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2016-253334 , deren Beschreibung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen porösen Wabenfilter mit einer ersten Zellwand, die das Durchdringen von Abgas ermöglicht, und einer zweiten Zellwand, die eine geringere Permeabilität für Abgas aufweist.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Auslassleitung einer Verbrennungskraftmaschine ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln (PM) versehen. Die Abgasreinigungsvorrichtung ist mit einem porösen Wabenfilter zum Sammeln der im Abgas enthaltenen PM versehen.
Der poröse Wabenfilter besitzt eine Zelle, die von einer porösen Zellwand umgeben ist, um einen sich axial erstreckenden Gasströmungsdurchlass zu bilden. Ein Teil der großen Anzahl von Zellen ist durch einen Stopfen auf einer Einströmendfläche verschlossen, während die restlichen Zellen durch einen Stopfen auf einer Ausströmendfläche verschlossen sind. In einem so konfigurierten porösen Wabenfilter strömt Abgas von den Zellen ein, deren Einströmendfläche offen ist, durchläuft die Zellwand aufgrund einer Innendruckdifferenz zwischen der Einströmzelle und der Ausströmzelle und wird dann von den Zellen abgegeben, deren Ausströmendfläche geöffnet ist. Die PM im Abgas werden zu einer Zeit des Passierens des Abgases durch die Zellwand gesammelt.
Bei dem vorstehend beschriebenen porösen Wabenfilter ist jedoch der Durchlassbereich auf der Einströmendfläche durch den Stopfen auf die Hälfte reduziert, was tendenziell zu mehr Druckverlust führt. Darüber hinaus ist die Menge des durch eine Zellwand laufenden Gases für jeden Abschnitt in der axialen Richtung sehr unterschiedlich, so dass die Gaspermeation an bestimmten Stellen konzentriert ist, was zu einem höheren Druckverlust führt. Vor diesem Hintergrund hat beispielsweise Patentliteratur 1 eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von in einem Gittermuster angeordneten Durchlässen vorgeschlagen. Jeder Durchlass, der sich von einer entsprechenden einen Endfläche hin zu einer entsprechenden anderen Endfläche oder darüber erstreckt, besitzt eine dreieckige Gestalt, so dass zwei gegenüberliegende Seiten zur tieferen Seite des entsprechenden Durchlasses hin verjüngt sind.
Darüber hinaus offenbart PTL 2 einen Wabenstrukturkörper mit einer Vielzahl an Durchgangskanälen, die durch eine Vielzahl an Trennwänden ausgebildet sind, die sich in axialer Richtung von einem ersten axialen Ende des Wabenstrukturkörpers zu einem zweiten axialen Ende davon erstrecken, wobei der Wabenstrukturkörper aus einer Vielzahl an Wabenabschnitten besteht, die aus Materialien mit verschiedenen Eigenschaften ausgebildet sind, und die Vielzahl an Wabenabschnitten direkt miteinander verbunden und zusammengesetzt sind.
Zitierungsliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP 2002 - 317 618 A
[PTL 2] EP 1 415 779 A1

Kurzfassung der Erfindung
Die vorstehende Abgasreinigungsvorrichtung mit dreieckigen Durchlässen kann einen geringeren Druckverlust verursachen. Ein stärkeres Erhöhen der Porosität der Zellwand, um das PM-Sammelverhältnis zu erhöhen, schwächt diesen jedoch, da der gesamte Filter aus gleichem Material und Porosität besteht. Es besteht die Gefahr, dass die Vorrichtung zu einer Zeit des Einbringens in eine Hülle oder aufgrund von Vibrationen beschädigt wird. Andererseits kann das Reduzieren der Porosität der Zellwand, um diese stärker zu machen, möglicherweise das PM-Sammelverhältnis verringern oder zu einem höheren Druckverlust führen.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, einen porösen Wabenfilter bereitzustellen, der stark genug für den praktischen Einsatz ist und sowohl einen geringen Druckverlust als auch ein hohes Sammelverhältnis erreicht.
Lösung des Problems
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Erläuternde Aspekte
Ein poröser Wabenfilter gemäß einem erläuternden Aspekt dieser Offenbarung weist auf:

eine poröse erste Zellwand, die eine Permeation von Abgas ermöglicht;
eine zweite Zellwand, die dem Abgas eine Permeation weniger leicht ermöglicht als die erste Zellwand; und
eine Zelle, die von der ersten Zellwand und der zweiten Zellwand umgeben ist, um einen sich erstreckenden Gasströmungsdurchlass zu bilden, wobei
die zweite Zellwand eine geringere Porosität aufweist als die erste Zellwand,
die Zelle eine Mehrzahl von Zellen aufweist,
der poröse Wabenfilter ferner eine rohrförmige Außenhülle aufweist, die einen Außenumfang davon bildet,
eine Mehrzahl der ersten Zellwände und eine Mehrzahl der zweiten Zellwände ein Inneres der rohrförmigen Außenhülle in die Zellen aufteilen,
in einem Querschnitt des porösen Wabenfilters in der Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der rohrförmigen Außenhülle ein Querschnittsbereich S_a, der durch eine Mehrzahl der ersten Zellwände eingenommen ist, und ein Querschnittsbereich S_b, der durch eine Mehrzahl der zweiten Zellwände eingenommen ist, die folgende Bedingung erfüllen: $S_{a} > S_{b};$
und
die Anzahl der zweiten Zellwände kleiner ist als die Anzahl der ersten Zellwände.

Ein poröser Wabenfilter gemäß einem weiteren erläuternden Aspekt dieser Offenbarung, weist auf:

eine poröse erste Zellwand, die eine Permeation von Abgas ermöglicht;
eine zweite Zellwand, die dem Abgas eine Permeation weniger leicht ermöglicht als die erste Zellwand; und
eine Zelle, die von der ersten Zellwand und der zweiten Zellwand umgeben ist, um einen sich erstreckenden Gasströmungsdurchlass zu bilden, wobei
die zweite Zellwand eine geringere Porosität aufweist als die erste Zellwand,
die Zelle eine Mehrzahl von Zellen aufweist,
der poröse Wabenfilter ferner eine rohrförmige Außenhülle aufweist, die einen Außenumfang davon bildet,
eine Mehrzahl der ersten Zellwände und eine Mehrzahl der zweiten Zellwände ein Inneres der rohrförmigen Außenhülle in die Zellen aufteilen,
in einem Querschnitt des porösen Wabenfilters in der Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der rohrförmigen Außenhülle ein Querschnittsbereich S_a, der durch eine Mehrzahl der ersten Zellwände eingenommen ist, und ein Querschnittsbereich S_b, der durch eine Mehrzahl der zweiten Zellwände eingenommen ist, die folgende Bedingung erfüllen: $S_{a} > S_{b};$
und
eine Dicke T₁ jeder ersten Zellwand und eine Dicke T₂ jeder zweiten Zellwand die folgende Bedingung erfüllen: $T_{1} < T_{2} .$

Der vorstehend beschriebene poröse Wabenfilter weist eine erste Zellwand und eine zweite Zellwand auf. Die erste Zellwand ermöglicht das Durchdringen von Abgas, wodurch PM im Abgas gesammelt wird. Die geeignete Anpassung der Porosität der ersten Zellwand kann das Sammelverhältnis erhöhen und eine Zunahme eines Druckverlustes verhindern. Der poröse Wabenfilter wird im Folgenden gegebenenfalls als „Filter“ bezeichnet.
Andererseits muss die zweite Zellwand keine Abgaspermeation zulassen und besitzt eine geringere Porosität als die erste Zellwand. Die zweite Zellwand mit einer geringeren Porosität kann die Filterfestigkeit in einem für die praktische Verwendung ausreichenden Maße verbessern.
Bei dem vorstehend beschriebenen Filter können so die ersten und zweiten Zellwände mit jeweils einer anderen Funktion versehen werden. Insbesondere kann die erste Zellwand PM aufnehmen und gleichzeitig den Anstieg des Druckverlustes unterdrücken, während die zweite Zellwand stark genug für die praktische Verwendung bzw. den praktischen Einsatz sein kann.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann der Aspekt einen porösen Wabenfilter bereitstellen, der stark genug für den praktischen Einsatz ist und sowohl einen geringen Druckverlust als auch ein hohes Sammelverhältnis erreicht.
Figurenliste
Die vorstehende Aufgabe und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht eines porösen Wabenfilters einer ersten Ausführungsform ist;
2 eine vergrößerte Teilansicht des YZ-Querschnitts eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
3 eine vergrößerte Teilansicht des XZ-Querschnitts eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
4 eine vergrößerte Teilansicht der Einströmendfläche eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
5 eine vergrößerte Teilansicht des XY-Querschnitts an einer Position in der Nähe der Einströmendfläche eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
6 eine vergrößerte Teilansicht des XY-Querschnitts an einer zentralen Position entlang der Axialrichtung eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
7 eine vergrößerte Teilansicht des XY-Querschnitts an einer Position in der Nähe der Ausströmendfläche eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
8 eine vergrößerte Teilansicht der Ausströmendfläche eines porösen Wabenfilters der ersten Ausführungsform ist;
9 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Verbindungsteils einer geneigten Wand in der ersten Ausführungsform ist;
10 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer geneigten Wand in der ersten Ausführungsform ist;
11 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer parallelen Wand in der ersten Ausführungsform ist;
12 eine perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur in der ersten Ausführungsform ist;
13 eine YZ-Ebenen-Querschnittsansicht einer geneigten Struktur in der in der ersten Ausführungsform ist;
14(a) eine partielle perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur ist, die mit Parallelwand-Formmaterial in einem Raum zwischen geneigten Wänden in der ersten Ausführungsform gefüllt ist;
14(b) eine partielle perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur ist, bei der eine parallele Wand durch partielles Aushärten von Parallelwand-Formmaterial gebildet wird, das in einen Raum zwischen geneigten Wänden bei der ersten Ausführungsform gefüllt ist;
15 eine partielle perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur ist, bei der in der ersten Ausführungsform eine Mehrzahl von parallelen Wänden gebildet werden, die durch Aushärten von Parallelwand-Formmaterial gebildet werden;
16(a) eine perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur in dem modifizierten Beispiel 1 ist;
16(b) eine perspektivische Ansicht einer geneigten Struktur in dem modifizierten Beispiel 1 ist;
17(a) eine erläuternde Abbildung eines Prozesses zum Laminieren eines Teils einer geneigten Struktur und einer Grünschicht (EN: green sheet) zum Bilden eines parallelen Teils bei dem modifizierten Beispiel 1 ist;
17(b) eine vergrößerte Teilansicht der XY-Ebene eines Waben-Formkörpers ist, der aus einem Laminat aus geneigten Strukturteilen und Grünschichten bei dem modifizierten Beispiel 1 aufgebaut ist;
18 eine YZ-Ebenen-Querschnittsansicht eines porösen Wabenfilters einer zweiten Ausführungsform ist;
19 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Verbindungsteils einer gekrümmten geneigten Wand bei der zweiten Ausführungsform ist;
20 die YZ-Ebenen-Querschnittsansicht eines porösen Wabenfilters einer dritten Ausführungsform zeigt;
21 die YZ-Ebenen-Querschnittsansicht eines porösen Wabenfilters einer vierten Ausführungsform zeigt;
22 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Verbindungsteils einer geneigten Wand der vierten Ausführungsform ist;
23 eine vergrößerte Ansicht einer Endfläche eines porösen Wabenfilters einer fünften Ausführungsform ist;
24(a) eine YZ-Ebenen-Querschnittsansicht eines porösen Wabenfilters der fünften Ausführungsform ist;
24(b) eine XZ-Ebenen-Querschnittsansicht eines porösen Wabenfilters der fünften Ausführungsform ist;
25 eine Vorderansicht einer Endfläche eines porösen Wabenfilters einer sechsten Ausführungsform ist;
26 eine perspektivische Ansicht des porösen Wabenfilters einer ersten Vergleichsausführungsform ist;
27 eine Querschnittsansicht entlang eines Abschnitts parallel zur Axialrichtung des porösen Wabenfilters einer ersten vergleichenden Ausführungsform ist;
28 eine erläuternde Abbildung einer Querschnittsansicht einer geneigten Wand in dem porösen Wabenfilter von Muster E2 in einem experimentellen Beispiel ist; und
29 Zusammenhänge zwischen einem axialen Abstand von der Einströmendfläche jedes porösen Wabenfilters und der Wandpermeationsströmungsrate in dem experimentellen Beispiel zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform eines porösen Wabenfilters wird mit Bezug auf die 1 bis 15 beschrieben. Wie in 1 dargestellt ist, weist ein Filter 1 eine erste Zellwand 21, eine zweite Zellwand 22 und eine Zelle 3 auf. In der vorliegenden Spezifikation wird eine die Zelle 3 umgebende Wand, die als ein Gasströmungsdurchlass dient, wie die erste Zellwand 21 und die zweite Zellwand 22, gegebenenfalls als eine Zellwand bezeichnet.
Die erste Zellwand 21 entspricht einer porösen Zellwand, die das Durchdringen von Abgas ermöglicht. Die „erste Zellwand“ wird im Folgenden als eine „durchlässige Zellwand“ bezeichnet. Der Filter 1 ist derart konfiguriert, dass Abgas G, welches darin einströmt, durch die durchlässige bzw. permeable Zellwand 21 strömt. Das Bildungsmuster der durchlässigen Zellwand 21 ist nicht in besonderer Art und Weise beschränkt, solange das Abgas G durch die durchlässige Zellwand 21 hindurchtritt.
Eine undurchlässige Zellwand 22 ist für Abgas G weniger durchlässig als die durchlässige Zellwand 21. Die „zweite Zellwand“ wird im Folgenden gegebenenfalls als eine „undurchlässige Zellwand“ bezeichnet. Der Filter 1 ist derart konfiguriert, dass das in den Filter 1 strömende Abgas G die undurchlässige Zellwand 22 kaum oder praktisch nicht durchdringt. Das Bildungsmuster der undurchlässigen Zellwand 22 ist nicht in besonderer Art und Weise beschränkt, solange das Abgas G die undurchlässige Zellwand 22 nicht durchdringt. Die undurchlässige Zellwand 22 weist eine geringere Porosität auf als die durchlässige Zellwand 21. Die undurchlässige Zellwand 22 kann porös sein, jedoch nicht unbedingt, und kann ein nicht poröser oder dichter Körper sein.
Die Abgasdurchlässigkeit der durchlässigen Zellwand 21 und diese der undurchlässigen Zellwand 22 kann gemessen und anschließend beispielsweise wie folgt miteinander verglichen werden. Zunächst werden jeweils plattenförmige Prüfkörper aus der durchlässigen Zellwand 21 und der undurchlässigen Zellwand 22 des Filters 1 ausgeschnitten. Jeder Prüfkörper trennt einen bestimmten Raum in einen Niederdruckraum, der im Vakuumzustand gehalten wird, und einen Hochdruckraum, in den ein Prüfgas eingeleitet wurde. Anschließend kann der Grad der Gasdurchlässigkeit jedes Prüfkörpers gemessen werden, indem der Grad der Druckerhöhung im Niederdruckraum für den entsprechenden Prüfkörper gemessen wird. Dadurch kann die Permeabilität der durchlässigen Zellwand 21 und diese der undurchlässigen Zellwand 22 gemessen und diese miteinander verglichen werden.
Wie in 1 dargestellt ist, kann der Filter 1 beispielsweise zylindrisch sein, dieser kann jedoch auch anderen säulenförmigen Körpern, wie einer elliptischen Säule, einer dreieckigen Säule oder einer quadratischen Säule, entsprechen. Der Filter 1 besitzt eine rohrförmige Außenhülle 10, die beispielsweise zylindrisch und beidseitig offen ist, und eine Zellwand 2, welche das Innere der rohrförmigen Außenhülle 10 aufteilt. Die axiale Richtung der rohrförmigen Außenhülle 10 entspricht einer axialen Richtung bzw. Axialrichtung Z des Filters 1. Die Axialrichtung Z stimmt im Allgemeinen mit der Erstreckungsrichtung der Zelle 3, die den Gasströmungsdurchlass bildet, der Richtung des in den Filter 1 strömenden Abgases G, der Richtung des aus dem Filter 1 strömenden Abgases G, der Richtung des durch die Zelle 3 strömenden Abgases G überein.
Zellen 3, die über eine durchlässige Zellwand 21 benachbart liegen, weisen vorzugsweise jeweils einen unterschiedlichen Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S an einer beliebigen Position in der Axialrichtung Z auf (siehe 5 bis 7). Dadurch kann eine Innendruckdifferenz zwischen den über die durchlässige Zellwand 21 benachbarten Zellen 3 entstehen. Folglich durchdringt das Abgas G die poröse, durchlässige Zellwand 21 und sammelt so PM in der durchlässigen Zellwand 21. Obwohl im Folgenden spezifisch beschrieben, können eine Reduktionszelle 32 und eine Erweiterungszelle 33 beispielsweise über eine geneigte Wand 211, die gegenüber der Axialrichtung Z geneigt ist, nebeneinander angeordnet sein. In dem in den 5 bis 7 dargestellten Querschnitt liegen Punktschraffurbereiche mit hoher Dichte und Punkteschraffurbereiche mit niedriger Dichte über die durchlässige Zellwand 21 nebeneinander, und die Bereiche S₁ und S₂ dieser Schraffurbereiche sind unterschiedlich zueinander. Diese Flächendifferenz bedeutet, dass die über die durchlässige Zellwand 21 benachbart zueinander liegenden Zellen 3 jeweils einen unterschiedlichen Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S aufweisen.
Andererseits können die über die undurchlässige Zellwand 22 benachbart zueinander liegenden Zellen 3 einen identischen Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S an irgendeiner beliebigen Position in der Axialrichtung Z aufweisen. Dadurch wird keine Innendruckdifferenz zwischen den über die undurchlässige Zellwand 22 benachbarten Zellen 3 erzeugt. Folglich dringt das Abgas G kaum oder praktisch nicht durch die undurchlässige Zelle 22. Wie im Folgenden konkret beschrieben ist, können Reduktionszellen 32 und Erweiterungszellen 33 beispielsweise über eine parallele Wand 221, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstreckt, benachbart angeordnet sein. Der in den 5 bis 7 dargestellte Querschnitt entspricht dem Verhältnis des Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereichs zwischen jeder der Zellen 3, in denen die Punktschraffurbereiche mit hoher Dichte über die undurchlässige Zellwand 22 benachbart zueinander liegen. Gleiches gilt für die Punktschraffurbereiche mit geringer Dichte.
Wie in den 1, 2 und 4 bis 9 dargestellt, ist die durchlässige Zellwand 21 durch die geneigte Wand 211 ausgebildet. Die geneigte Wand 211 ist in Bezug auf die Richtung geneigt, in der das Abgas G in der Zelle 3 strömt. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters, bei der die Zellwände im Inneren des Filters in den Abbildungen verborgen sein sollen, das Bildungsmuster einiger geneigter Wände 211 zur besseren Beschreibung jedoch mit einer gepunkteten Linie gezeigt ist.
Andererseits können die undurchlässigen Zellwände 22 durch parallele Wände 221 gebildet sein, die sich parallel zur Strömungsrichtung des Abgases G erstrecken, wie beispielsweise in 3 und den 4 bis 8 dargestellt ist.
Das Reduzieren der Porosität der undurchlässigen Zellwand 22 kann den Filter 1 verstärken. In diesem Fall muss die Festigkeit nur in einer Richtung orthogonal zur Axialrichtung Z, wie in der Y-Achsen-Richtung, gewährleistet sein. Somit ist die durch die undurchlässige Zellwand 22 gebildete Struktur im Volumen vorzugsweise so klein wie möglich, so dass die Struktur dem Gasstrom nicht entgegensteht. Daher sind die undurchlässigen Zellwände 22 durch die vorstehend beschriebenen parallelen Wände 221 gebildet und die parallelen Wände 221 verlaufen parallel zur Axialrichtung Z und orthogonal zu den geneigten Wänden 21. Solange jedoch die erforderlichen Spezifikationen des Filters 1 erfüllt sind, muss die undurchlässige Zellwand 22 nicht unbedingt parallel zur Axialrichtung Z verlaufen und kann eine winzige Neigung oder einen gewellten Teil umfassen, der zu einer Zeit des Formens und Sinterns gebildet wird.
Der äußere Rand der Zelle 3 an den beiden Endflächen 11, 12 in der Axialrichtung Z des Filters 1 kann als ein Polygon, wie ein Dreieck, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Sechseck und ein Achteck, gestaltet sein. Die Zelle 3 kann auch kreisförmig oder elliptisch sein. Gleiches gilt auch für den äußeren Rand der Zelle 3 in einem Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung Z.
Falls der äußere Rand der Zelle 3 polygonal ist, kann mindestens eine Zellwand 2 aus der Mehrzahl der Zellwände 2, die jede Zelle 3 umgeben, geneigt sein, um eine geneigte Wand 211 zu bilden. Der äußere Rand der Zelle 3 ist vorzugsweise als ein Polygon mit zwei gegenüberliegenden Rändern bzw. Kanten ausgebildet. Vorzugsweise sind zwei gegenüberliegende Zellwände 2, die jede Zelle 3 umgeben, geneigt, so dass zwei entsprechende geneigte Wände 211 entstehen. Dadurch kann eine Variation der Strömungsrate des Abgases G, das durch die geneigten Wände 211 passiert, verringert werden, um den Druckverlust weiter zu reduzieren. Aus einer ähnlichen Perspektive ist der äußere Rand der Zelle 3 bevorzugter quadratisch, wie in 1 dargestellt ist. Vorzugsweise sind ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 so geneigt, dass der Wandoberflächenabstand zwischen den Wänden 211 hin zu einer der beiden Endflächen 11, 12 kleiner wird.
Der erfindungsgemäße Filter 1 mit einer durchlässigen Zellwand 21 mit einer geneigten Wand 211 und einer undurchlässigen Zellwand 22 mit einer parallelen Wand 221 wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Die „parallele Wand“ wird als eine „Stützwand“ bezeichnet. In der folgenden Beschreibung ist die Richtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung und parallel zur Wandfläche der Stützwand 221 als eine Y-Achsenrichtung definiert, und die Richtung orthogonal zu sowohl der Z-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung ist als eine X-Achsenrichtung definiert. Der Filterquerschnitt in einer Ebene mit X- und Y-Achsen ist als ein XY-Querschnitt definiert, der Filterquerschnitt in einer Ebene mit Y- und Z-Achsen als ein YZ-Querschnitt und der Filterquerschnitt in einer Ebene mit X- und Z-Achsen ist als ein XZ-Querschnitt definiert.
2 zeigt einen Querschnitt des Filters 1 in der YZ-Ebene parallel zu der Richtung, in der das Abgas G strömt, insbesondere in der Ebene mit der Axialrichtung Z des Filters 1 und der Y-Achsenrichtung parallel zu einer Wandfläche der Stützwand 221. Wie in 2 dargestellt ist, weist die durchlässige Zellwand 21 eine geneigte Wand 211 auf, die sich schräg zur Axialrichtung Z erstreckt. Die geneigte Wand 211 ist gegenüber der Axialrichtung Z geneigt. Die Axialrichtung Z schneidet daher die Neigungsrichtungen Ds1 und Ds2 der geneigten Wand 211. In 2 entsprechen die Neigungsrichtungen Ds1 und Ds2 der Neigungsrichtung der geneigten Wand 211. Die Y-Koordinatenposition jeder geneigten Wand 211 variiert beispielsweise kontinuierlich in Bezug auf die Axialrichtung Z. Ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 sind kontinuierlich geneigt, so dass sich beispielsweise die Y-Koordinatenpositionen der gegenüberliegenden geneigten Wände 211 entweder zur Endfläche 11 oder 12 hin einander annähern.
Die geneigte Wand 211 kann auf der gesamten Zellwand 2 in der Erstreckungsrichtung ausgebildet sein, wie in 2 dargestellt, oder diese kann teilweise ausgebildet sein, wie in der dritten Ausführungsform gezeigt ist, die im Folgenden beschrieben wird. Die geneigte Wand 211 kann in der Erscheinung hin zur Axialrichtung Z geneigt sein. Der Neigungswinkel 0 relativ zur Axialrichtung Z der geneigten Wand 211 ist nicht in besonderer Art und Weise beschränkt, beträgt aber vorzugsweise beispielsweise 0,9° oder mehr (siehe 9). Die Obergrenze des Neigungswinkels beträgt beispielsweise 30°. Der Neigungswinkel 0 kann je nach Dimension des Filters 1, einem gewünschtem Druckverlust und Sammelverhältnis usw. geeignet angepasst sein. Der Neigungswinkel jeder geneigten Wand 211 kann wie bei der vorliegenden Ausführungsform festgelegt sein oder kann variiert werden.
Wie in 2 dargestellt ist, kann eine kontinuierlich und linear geneigte Wand 211 als die durchlässige Zellwand 21 ausgebildet sein. Obwohl auf eine Darstellung verzichtet wird, kann eine geneigte Wand mit einer intermittierenden Neigung oder einem sich allmählich ändernden Neigungswinkel ausgebildet sein.
Wie in 2 dargestellt ist, weist die durchlässige Zellwand 21 vorzugsweise zumindest ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 auf. Die Neigungsrichtungen Ds 1 und Ds2 des Paar von geneigten Wänden 211 sind vorzugsweise symmetrisch zur Axialrichtung Z. In diesem Fall können die Strömungsraten des Abgases G, welches das Paar von geneigten Wänden 211 an einer vorbestimmten Position in der Axialrichtung Z durchdringt, weniger variiert werden, wodurch der Druckverlust reduziert wird. Die jeweiligen PM-Mengen, die in dem Paar von geneigten Wänden 211 gesammelt werden, werden ebenfalls weniger variiert, wodurch eine Temperaturschwankung zu einer Zeit des Erwärmens des Filters 1 reduziert wird. Die Neigungsrichtungen Ds1 und Ds2 können zur Axialrichtung Z asymmetrisch sein.
Wie in 2 dargestellt ist, sind die Neigungsrichtungen Ds1 und Ds2 gegenüber der Axialrichtung Z der geneigten Wand 211 beispielsweise abwechselnd umgekehrt. Das bedeutet, dass Schnittpunkte P₁ und P₂ der Neigungsrichtungen Ds1 und Ds2 eines Paares von geneigten Wänden 211, die sich gegenüberliegen, wie in 2 dargestellt, abwechselnd auf den entgegengesetzten Seiten in der Z-Achsenrichtung vorliegen.
3 zeigt einen Querschnitt des Filters 1 in der XZ-Ebene parallel zu einer Richtung, in der das Abgas G strömt, und insbesondere in einer Ebene orthogonal zu Wandoberflächen der Stützwände 221, die einen Querschnitt von undurchlässigen Zellwänden 22 einschließlich der Stützwände 221 zeigt. Wie in 3 dargestellt ist, umfasst eine undurchlässige Zellwand 22 eine Stützwand 221, die sich beispielsweise parallel zur Axialrichtung Z erstreckt. Die X-Koordinatenposition jeder Stützwand 221 bleibt gegenüber der Axialrichtung Z unverändert (z.B. konstant). Ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen geneigten Wand 211 kann die Stützwand 221 auch an einem Paar von gegenüberliegenden Zellwänden 2 ausgebildet sein. Die Stützwand 22, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstreckt, kann hinsichtlich der Erscheinung in ihrer Gesamtheit parallel zur Axialrichtung Z verlaufen und kann eine winzige Neigung oder einen gewellten Teil umfassen, der möglicherweise beim Formen und Sintern gebildet wird.
Wie in 1 und den 4 bis 8 dargestellt ist, sind die Stützwände 221 vorzugsweise orthogonal zu den geneigten Wänden 211 an den Endflächen 11, 12 und/oder dem XY-Querschnitt des Filters 1. Dies kann den Filter weiter verstärken. 5 zeigt einen XY-Querschnitt des Filters 1 an einer Zwischenposition zwischen der Mitte in der Axialrichtung Z und einer Einströmendfläche 11, betrachtet von der Seite der Einströmendfläche 11. Die Position und Ausrichtung des XY-Abschnitts von 5 in der Axialrichtung Z werden entsprechend durch die Linie V-V und Pfeile in 2 angezeigt. 6 zeigt einen XY-Abschnitt des Filters 1 in der Mittelposition der Axialrichtung Z, betrachtet von der Seite der Einströmendfläche 11. Die Position und Ausrichtung des XY-Abschnitts von 6 in der Axialrichtung Z werden entsprechend durch die Linie VI-VI und Pfeile in 2 angezeigt. 7 zeigt einen XY-Querschnitt des Filters 1 an einer Zwischenposition zwischen der Mitte in der Axialrichtung Z und der Ausströmendfläche 12, betrachtet von der Seite der Einströmendfläche 11. Die Position und Ausrichtung des XY-Abschnitts von 7 in der Axialrichtung Z werden entsprechend durch die Linie VII-VII und Pfeile in 2 angezeigt.
Wie in den 4 bis 8 dargestellt ist, weist der Filter 1 eine Einströmendfläche 11 und eine Ausströmendfläche 12 für Abgas G entsprechend an beiden Enden der Axialrichtung Z auf. Die Zellen 3 weisen jeweils eine Reduktionszelle 32, bei welcher der Querschnittsbereich bzw. die Querschnittsfläche S des Gasströmungsdurchlasses in Zellen 3 von der Einströmendfläche 11 hin zur Ausströmendfläche 12 kleiner wird, und eine Erweiterungszelle 33, bei welcher die Querschnittsfläche S des Gasströmungsdurchlasses in den Zellen 3 von der Einströmendfläche 11 hin zur Ausströmendfläche 12 größer wird, auf. Die Reduktionszelle 32 und die Erweiterungszelle 33 sind vorzugsweise nebeneinander angeordnet und teilen sich eine einzige geneigte Wand 211. Diese Anordnung erleichtert es dem Abgas G, in die Reduktionszelle 32 zu strömen, die gemeinsame geneigte Wand 211 zu passieren und von der benachbarten Erweiterungszelle 33 abgegeben zu werden, wodurch das PM-Sammelverhältnis verbessert und die Variation des Sammelverhältnisses reduziert wird. Zu beachten ist, dass in den 4 bis 8 der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich der Reduktionszelle 32 als S₁ bezeichnet ist, während der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich der Erweiterungszelle 33 als S₂ bezeichnet ist. Der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ entspricht der Flächengröße der Reduktionszelle 32 in einem Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung Z. Der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ entspricht der Flächengröße der Erweiterungszelle 33 in einem Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung Z.
Die Reduktionszelle 32 kann einen Bereich, in dem der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ konstant ist, und einen Bereich, in dem der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ kleiner ist, umfassen. Der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ kann allmählich abnehmen. Gleichermaßen kann der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ in der Erweiterungszelle 33 allmählich zunehmen.
Wie in 2 und den 4 bis 8 dargestellt ist, sind die Reduktionszellen 32 und die Erweiterungszellen 33 abwechselnd in der Y-Achsrichtung auf der XY-Ebene ausgebildet, und diese liegen in der Y-Achsrichtung benachbart zueinander. Andererseits liegen die Reduktionszellen 32 in der X-Achsenrichtung auf der XY-Ebene benachbart zueinander und die Erweiterungszellen 33 liegen in der X-Achsenrichtung auf der XY-Ebene benachbart zueinander. Eine solche Anordnung der Reduktionszelle 32 und der Erweiterungszelle 33 bewirkt, dass sich die gegenüberliegenden geneigten Wände 211 auf den Endflächen 11, 12 in der Axialrichtung Z schneiden und mit diesen integriert sind. Jede geneigte Wand 211 ist an den Endflächen 11, 12 verbunden, wodurch eine integrale Struktur nur durch die geneigten Wände 211 gebildet wird. Wie später beschrieben ist, kann so ein Filter beispielsweise im Extrusionsverfahren hergestellt werden, was ermöglicht, eine Massenproduktivität des Filters 1 zu verbessern.
Darüber hinaus sind die Reduktionszellen 32 und die Erweiterungszellen 33 benachbart zueinander angeordnet, um eine einzige geneigte Wand 211 zu teilen, wie in 2 und den 4 bis 8 dargestellt ist. Dadurch weisen die Reduktionszelle 32 und die Erweiterungszelle 33, die über die geneigte Wand 211 benachbart zueinander liegen, wie in den 5 bis 7 dargestellt, Bereiche auf, in denen die Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereiche S₁ und S₂ zueinander unterschiedlich sind. Dadurch entsteht eine Innendruckdifferenz zwischen der Reduktionszelle 32 und der Erweiterungszelle 33, die über die geneigte Wand 211 benachbart zueinander liegen, wodurch es möglich ist, zu veranlassen, dass das Abgas G die geneigte Wand 211 durchdringt.
Darüber hinaus können die Reduktionszellen 32 über die Stützwand 221 benachbart zueinander liegen und die Erweiterungszellen 33 können über die Stützwand 221 benachbart zueinander liegen, wie in 3 und den 5 bis 7 dargestellt ist. Folglich ist der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ jeder Reduktionszelle 32, die über die Stützwand 221 benachbart zueinander liegen, an jeder Position der Axialrichtung Z identisch, und der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ jeder Erweiterungszelle 33, die über die Stützwand 221 benachbart zueinander liegen, ist ebenfalls identisch, wie in den 5 bis 7 dargestellt ist. In diesem Fall tritt zwischen der Reduktionszelle 32 und der Erweiterungszelle 33 keine Innendruckdifferenz auf, was veranlasst, dass das Abgas G die Stützwand 221 kaum durchdringt oder praktisch nicht durchdringt.
Wie in den 2 und 4 dargestellt ist, ist es vorzuziehen, dass der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ der Reduktionszelle 32 auf der Einströmendfläche 11 maximiert ist und die Reduktionszelle 32 auf der Einströmendfläche 11 offen ist. Andererseits ist es vorzuziehen, dass der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ der Erweiterungszelle 33 auf der Einströmendfläche 11 minimal ist und die beiden gegenüberliegenden geneigten Wände 211 der Erweiterungszelle 33 direkt auf der Einströmendfläche 11 verbunden sind, um einen einströmseitigen Verbindungsteil 214 zu bilden.
In diesem Fall ist die Erweiterungszelle 33 durch die Einströmendfläche 11 verschlossen, und der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ ist an dem einströmseitigen Verbindungsteil 214 der Einströmendfläche 11 gleich 0. Der Öffnungsbereich der Reduktionszelle 32, die als eine Einströmzelle dient, in die das Abgas G strömt, wird auf der Einströmendfläche 11 groß, was den Druckverlust weiter reduzieren kann.
Wie in 2 und 8 dargestellt ist, ist es vorzuziehen, dass der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ der Reduktionszelle 32 auf der Ausströmendfläche 12 minimiert ist und die Reduktionszelle 32 zwei gegenüberliegende geneigte Wände 211 besitzt, die direkt auf der Ausströmendfläche 12 verbunden sind, um einen ausströmseitigen Verbindungsteil 213 zu bilden. In diesem Fall ist die Reduktionszelle 32 durch den ausströmseitigen Verbindungsabschnitt 213 geschlossen, und der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₁ kann am ausströmseitigen Verbindungsteil 213 der Ausströmendfläche 12 gleich 0 sein. Andererseits ist der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich S₂ der Erweiterungszelle 33 auf der Ausströmendfläche 12 maximiert, was dazu führen kann, dass die Erweiterungszelle 33 auf der Ausströmendfläche 12 offen ist.
Das geeignete Anpassen des Neigungswinkels 0 eines Paares gegenüberliegender geneigter Wände 211 kann dazu führen, dass sich Neigungsrichtungen entweder auf der Ausströmendfläche 12 oder der Einströmendfläche 11 schneiden, wie vorstehend beschrieben ist. Dies kann das Paar von geneigten Wänden 211 an der Ausströmendfläche 12 oder der Einströmendfläche 11, wo sich die Neigungsrichtungen schneiden, direkt verbinden.
Jede Zelle 3, die von jeder Zellwand 2 und den beiden Endflächen 11, 12 umgeben ist, nimmt ein dreieckiges Prisma mit einer Höhe in der X-Achsenrichtung an. Die Reduktionszellen 32 und Erweiterungszellen 33 sind abwechselnd in der Y-Achsenrichtung, das heißt, in einer Richtung parallel zu der Wandoberfläche jeder Stützwand 221 und orthogonal zu der Axialrichtung Z, benachbart zueinander angeordnet. Die Reduktionszelle 32 und die Erweiterungszelle 33, welche benachbart zueinander liegen, teilen sich eine einzige geneigte Wand 211.
Der Filter 1 ist aus einem keramischen Material, wie Cordierit, SiC, Aluminiumtitanat, Ceroxid-Zirkonoxid-Festlösung, Aluminiumoxid und Mullit gebildet. Cordierit ist aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner hervorragenden Hitzeschockbeständigkeit vorzuziehen.
Die durchlässige Zellwand 21, welche die geneigte Wand 211 umfasst, und die undurchlässige Zellwand 22, welche die Stützwand 221 umfasst, können aus einem identischen oder unterschiedlichen Material hergestellt sein. Beispielsweise kann die durchlässige Zellwand 21 aus einem keramischen Material, wie Cordierit, hergestellt sein und die undurchlässige Zellwand 22 kann aus Metall hergestellt sein. Vorzugsweise sind sowohl die durchlässige Zellwand 21 als auch die undurchlässige Zellwand 22 aus einem keramischen Material hergestellt, dessen Hauptkomponente eine kristalline Phase des Cordierits ist.
Dies kann die thermische Ausdehnungsdifferenz zwischen der durchlässigen Zellwand 21 und der undurchlässigen Zellwand 22 reduzieren, wodurch das Auftreten eines Defekts, wie eines Risses, verhindert wird.
Die Porosität der durchlässigen Zellwand 21 und der undurchlässigen Zellwand 22 kann durch Anpassen der Rohmaterialzusammensetzung und/oder des Partikeldurchmessers jedes Rohmaterialpulvers oder dergleichen variiert werden. Die Porosität kann mit einem Quecksilberporosimeter durch ein Quecksilberpenetrationsverfahren verglichen und gemessen werden. Quecksilberporosimeter können den AutoPore IV 9500 der Shimadzu Corporation umfassen.
Die undurchlässige Zellwand 22 ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, dass eine Festigkeit pro Einheitsdicke höher ist als diese der durchlässigen Zellwand 21. Dies verbessert den Effekt der Festigkeitssteigerung durch die undurchlässige Zellwand 22 weiter. Die Festigkeit pro Einheitsdicke kann beispielsweise durch eine Dreipunkt-Biegefestigkeitsbewertung mit zwei Stützpunkten und einem Lastpunkt gemäß JIS R 1601:2008 „Fine Ceramics Bending Strength Test Method“ gemessen und verglichen werden.
Wie in den 10 und 11 dargestellt ist, können die durchlässige Zellwand 21 und die undurchlässige Zellwand 22 einen Abgasreinigungskatalysator 4 tragen. Ein veranschaulichender Katalysator 4 ist ein Dreiwegekatalysator, der ein Edelmetall enthält. Ein bevorzugtes Edelmetall entspricht einem aus Pt, Rh und Pd aufgrund deren hervorragender katalytischer Leistung.
Wie in 10 dargestellt ist, trägt die durchlässige Zellwand 21 den Katalysator 4 im Inneren davon. Die durchlässige Zellwand 21 trägt den Katalysator 4 nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch im Inneren davon, da die durchlässige Zellwand 21 eine hohe Porosität aufweist. Insbesondere weist die durchlässige Zellwand 21 viele große Poren 219 auf, und die den Poren 219 zugewandte Wandoberfläche trägt auch den Katalysator 4. Die Poren 219 dienen jeweils als ein Strömungspfad für das durch die durchlässige Zellwand strömende Abgas. Für ein besseres PM-Sammelverhältnis und weniger Druckverlust kann die Porosität der durchlässigen Zellwand beispielsweise zwischen 40 und 70 % liegen.
Andererseits trägt, wie in 11 dargestellt ist, die undurchlässige Zellwand 22, die eine Trägerwand 221 mit geringer Porosität umfasst, den Katalysator 4 auf einer dem Gasströmungsdurchlass zugewandten Oberfläche 228, nicht im Inneren davon. Die undurchlässige Zellwand 22 erlaubt keine Abgaspermeation und muss daher keinen Katalysator 4 innerhalb der Trägerwand 221 tragen. Die Porosität der durchlässigen Zellwand 21 kann in einem Ausmaß erhöht sein, um den Katalysator im Inneren davon zu tragen, während die Porosität der undurchlässigen Zellwand 22 in einem Ausmaß reduziert sein kann, um den Katalysator auf der Oberfläche 228 zu tragen. Die Porosität der undurchlässigen Zellwand beträgt vorzugsweise weniger als 45 % und noch bevorzugter 30 % oder weniger, um die Festigkeit des Filters 1 zu verbessern. Die undurchlässige Zellwand kann ein dichter Körper sein, und die Porosität der undurchlässigen Zellwand kann 0 betragen.
Der Katalysator kann durch ein bekanntes Verfahren getragen werden. Ein darstellendes Verfahren besteht darin, einen Filter in eine Flüssigkeit einzutauchen, die einen Abgasreinigungskatalysator oder einen Vorläufer davon enthält, und dann den Katalysator auf dem Filter zu brennen.
Der Filter 1 mit der geneigten Wand 211 und der Stützwand 221 wird beispielsweise in den folgenden Schritten hergestellt. Der erste Schritt besteht darin, Cordierit-Rohmaterial durch Mischen von Rohmaterialpulvern, wie Siliziumdioxid, Aluminiumhydroxid und Talkum, vorzubereiten, um eine Cordieritzusammensetzung bereitzustellen. Als Cordierit-Rohmaterial sind auch Kaolin, Aluminiumoxid und andere möglich. Die Zusammensetzung der Rohmaterialpulver kann angepasst werden, so dass die endgültige Zusammensetzung nach einem Brennen des Cordierit-Rohmaterials beispielsweise betragen kann SiO₂: 47 bis 53 Masse%, Al₂O₃: 32 bis 38 Masse% und MgO: 12 bis 16 Masse%.
Als nächstes wird dem pulverförmigen Cordierit-Rohmaterial Wasser und Methylcellulose zugegeben und selbige verknetet, um einen tonartigen Körper bereitzustellen. Verdickungsmittel, Dispersionsmittel, ein organisches Bindemittel, porenbildendes Material, Tensid und dergleichen können dem Körper ebenfalls zugesetzt werden. Dieser Körper wird als ein die geneigte Wand bildender Körper bezeichnet.
Der nächste Schritt entspricht dem Extrusionsformen des die geneigte Wand bildenden Körpers, um eine balgförmige geneigte Struktur 200 bereitzustellen, wie in den 12 und 13 dargestellt. Die Richtung der Extrusion entspricht einer Richtung orthogonal zur Axialrichtung Z. Insbesondere wird der YZ-Ebenen-Körper der in 13 dargestellten geneigten Struktur 200 in der X-Achsrichtung extrudiert. Der YZ-Ebenen-Körper kann als ein Balgabschnitt-Planarkörper, gewellter Planarkörper, V-förmiger Verbindungs-Planarkörper usw. bezeichnet werden. Die X-Achsenrichtung entspricht der Richtung orthogonal zum Blatt von 13 und entspricht der Erstreckungsrichtung der nach dem Brennen gebildeten Verbindungsteile 213, 214 der geneigten Wand 211. Wie vorstehend beschrieben ist, kann das Extrudieren der YZ-Ebene in der X-Achsenrichtung die geneigte Struktur 200 durch Extrusionsformen bereitstellen. Die Massenproduktivität der geneigten Struktur 200 kann somit verbessert werden, was zu einer besseren Produktivität der porösen Wabenfilter führt.
Wie in den 12 und 13 dargestellt ist, weist die geneigte Struktur 200 viele geneigte Teile 201 auf, die nach dem später beschriebenen Brennen eine geneigte Wand bilden. Ein Paar benachbarter geneigter Teile 201 sind geneigt, die sich einander in Richtung hin zu dem Verbindungsteil 213 oder dem Verbindungsteil 214 annähern. Ein Paar benachbarter geneigter Teile 201 weisen unterschiedliche Neigungsrichtungen Ds1 bzw. Ds2 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Neigungsrichtung eines Paares von geneigten Teilen 201 symmetrisch zur Axialrichtung Z, und der Neigungswinkel ist ebenfalls symmetrisch. Bei der geneigten Struktur 200 sind die geneigten Teile 201 entsprechend an den Enden in der Axialrichtung Z verbunden, um die Verbindungsteile 213, 214 zu bilden. Die Verbindungsteile 213, 214 erstrecken sich entlang der X-Achsenrichtung, welche der Extrusionsrichtung entspricht.
Daher weisen die beiden benachbarten geneigten Teile 201 aufeinander zu, und die beiden benachbarten geneigten Teile 201 sind an einem entsprechenden Verbindungsteil 213 oder 214 in Bezug auf die Axialrichtung Z symmetrisch zueinander. Folglich besitzt der YZ-Querschnitt der geneigten Struktur 200 die Gestalt von kontinuierlichen V-Formen, wobei die V-Formen kontinuierlich ausgerichtet sind, wie in 13 dargestellt ist. Die Länge der geneigten Struktur in der Axialrichtung Z stimmt mit der axialen Länge des porösen Wabenfilters überein, sofern die Schrumpfung nach dem Brennen nicht berücksichtigt wird.
Die geneigte Struktur 200 wird anschließend getrocknet und durch Mikrowellentrocknen geschrumpft. Die geneigte Struktur 200 wird anschließend auf eine Größe zugeschnitten, die größer ist als der Durchmesser eines gewünschten zylindrischen Filters 1, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Anschließend wird ein die parallele Wand bildendes Material bzw. Parallelwand-Formmaterial mit der geneigten Struktur 200 integral ausgebildet. Somit wird bei der geneigten Struktur 200 ein paralleler Teil 202 ausgebildet, um einen Waben-Formkörper zu erhalten. Insbesondere wird das die parallele Wand bildende Material durch Mischen von pulverförmigem Cordierit-Rohmaterial und pulverförmigem photohärtbarem Harz erhalten. Die Menge an photohärtbarem Harz ist vorzugsweise so gering wie möglich, falls das die parallele Wand bildende Material durch Laserbestrahlung ausgehärtet werden kann, wie später beschrieben. Die Stützwand kann dadurch dichter gemacht werden.
Anschließend wird, wie in 14(a) dargestellt ist, die geneigte Struktur 200 so angeordnet, dass diese in der vertikalen Richtung extrudiert wird. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die geneigte Struktur 200 in der X-Achsrichtung extrudiert, die auch der Erstreckungsrichtung der Verbindungsteile 213, 214 entspricht. Zu dieser Zeit sind die Y-Achsrichtung und die Z-Achsrichtung der geneigten Struktur 200 horizontal.
Im nächsten Schritt wird der Raum Sp zwischen den geneigten Wänden 211 der geneigten Struktur 200 mit dem Parallelwand-Formmaterial 220 bis zu einer vorbestimmten Höhe in der vertikalen Richtung gefüllt. Im nächsten Schritt wird das Parallelwand-Formmaterial 220 in dem Raum Sp mit einem Laserstrahl LS beispielsweise in der vertikalen Richtung bestrahlt. Die Bestrahlung kann z.B. in der vertikalen Richtung von oben nach unten ausgeführt werden. Wie in 14(b) dargestellt ist, kann diese Bestrahlung das Parallelwand-Formmaterial 220 von der Bestrahlungsoberfläche bis zu einer vorbestimmten Dicke aushärten, um einen parallelen Teil 202 zu bilden. Die Aushärtedicke kann gemäß einer gewünschten Dicke der Stützwand 221 geeignet angepasst werden.
Der nächste Schritt besteht darin, ein Parallelwand-Formmaterial 220 weiter auf den parallelen Teil 202 bis zu einer vorbestimmten Höhe in der vertikalen Richtung einzufüllen, wie in 15 dargestellt ist. Anschließend folgt ein Bestrahlen des Parallelwand-Formmaterials 220 mit einem Laserstrahl LS in der vertikalen Richtung, um das Parallelwand-Formmaterial 220 auszuhärten und weiter den parallelen Teil 202 auszubilden. Durch wiederholtes Durchführen der Befüllung des Parallelwand-Formmaterials 220 und der Aushärtung desselben durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LS können die parallelen Teile 202 in einem vorbestimmten Intervall ausgebildet werden.
Der nächste Schritt besteht darin, das in dem Raum Sp zwischen den geneigten Wänden 211 verbleibende nicht ausgehärtete Parallelwand-Formmaterial 220 aus dem Raum Sp abzuführen und zu entfernen. Das nicht ausgehärtete Parallelwand-Formmaterial kann nach dem Ausbilden aller parallelen Teile 202 oder jedes parallelen Teils 202 entfernt werden. Der parallele Teil 202 orthogonal zu dem geneigten Teil 201 ist somit integral zwischen jedem geneigten Teil 201 in der geneigten Struktur 200 ausgebildet, um einen Waben-Formkörper zu erhalten. Das Parallelwand-Formmaterial 220 kann beispielsweise durch Neigen des Waben-Formkörpers auf einfache Art und Weise aus der Öffnung jeder Zelle 3 an den Endflächen 11, 12 entfernt werden. Ein Luftgebläse kann in Kombination verwendet werden.
Die parallelen Teile 202 können beispielsweise mit einem 3D-Drucker ausgebildet werden. Ein 3D-Drucker ermöglicht die Verwendung eines Parallelwand-Formmaterials 220, das ein photohärtbares Harz enthält, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, oder eines Parallelwand-Formmaterials 220, das kein photohärtbares Harz enthält. In diesem Fall kann beispielsweise ein Hochenergielaser mit einer kurzen Wellenlänge, die von Cordierit absorbiert werden kann, als eine Lichtquelle des Laserstrahls LS ausgewählt werden. Die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LS erwärmt das Cordierit-Rohmaterial, das durch zumindest teilweises Sintern desselben gehärtet werden kann. Ein exemplarischer kurzwelliger Laserstrahl ist ein Femtosekundenlaser.
Im nächsten Schritt wird eine rohrförmige Außenhülle am Außenumfang durch Zementieren nach zylindrischem Aushöhlen des Waben-Formkörpers gebildet, obwohl dies in der Abbildung nicht dargestellt ist. Daher kann ein zylindrischer Waben-Formkörper erhalten werden. Das Brennen dieses zylindrischen Waben-Formkörpers kann den in 1 dargestellten Filter 1 ergeben. Infolge des Brennens wird der geneigte Teil 201 zu der geneigten Wand 211, und der parallele Teil 202 wird zu der Stützwand 221.
Eine Filtergestalt, Zellengestalt und dergleichen können geeignet verändert werden. Eine Zellenteilung, eine Zellwanddicke, ein Neigungswinkel einer geneigten Wand, eine Filterdimension, wie eine Länge und Breite, können ebenfalls geeignet verändert werden.
Der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine durchlässige Zellwand 21 und eine undurchlässige Zellwand 22 als eine Zellwand 2 auf, wie in den 1 bis 9 dargestellt ist. Die durchlässige Zellwand 21 ermöglicht dem Abgas G eine Permeation, wodurch PM aus dem Abgas G gesammelt werden. Die durchlässige Zellwand 21 kann gebildet werden, indem eine Zellwand in Bezug auf die Axialrichtung Z geneigt wird, beispielsweise wie bei der geneigten Wand 211. Die geeignete Anpassung der Porosität der durchlässigen Zellwand 21 kann das Sammelverhältnis erhöhen und einen Anstieg des Druckverlustes verhindern.
Andererseits ist es nicht erforderlich, dass die undurchlässige Zellwand 22 eine Permeation des Abgases G ermöglicht, und diese besitzt eine geringere Porosität als die durchlässige Zellwand 21. Auch wenn die Anzahl der undurchlässigen Zellwände 22 relativ zu den durchlässigen Zellwänden 21 reduziert ist, können daher die weniger porösen undurchlässigen Zellwände 22 den Filter noch in ausreichendem Maße für den praktischen Einsatz verstärken. Die undurchlässige Zellwand 22 ist durch eine Stützwand 221 gebildet, die im Vergleich zu der geneigten Wand eine geringere Porosität aufweist und dichter ist, und sich beispielsweise parallel zur Axialrichtung Z erstreckt.
Im Filter 1 können so die durchlässigen Zellwände 21 und die undurchlässigen Zellwände 22 entsprechend mit unterschiedlichen Funktionen versehen werden. Die durchlässige Zellwand 21 kann PM sammeln, während der Anstieg des Druckverlustes kontrolliert wird, und die undurchlässige Zellwand 22 kann stark genug für den praktischen Einsatz sein.
Der Filter 1 kann in einem Bereich, der die Wirkung nicht beeinträchtigt, verschiedenen Modifikationen unterzogen werden. So sind beispielsweise in dem Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Paar von geneigten Wänden 211, die jede Zelle 3 bilden, symmetrisch zur Axialrichtung Z, die durch die Verbindungsteile 213, 214 verläuft, diese können jedoch auch asymmetrisch sein. Die geneigten Wände 211 können einen konstanten Neigungswinkel relativ zur Axialrichtung Z aufweisen, der abwechselnd eine Neigungsrichtung ändert, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, diese können jedoch auch einen inkonstanten Neigungswinkel aufweisen.
In dem Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform sind die gegenüberliegenden geneigten Wände 211 an einer der beiden Endflächen 11, 12 verbunden, die geneigten Wände 211 können jedoch an den Endflächen 11, 12 nicht verbunden sein, und die Zellen 3 können an den Endflächen 11, 12 offen sein. Selbst in diesem Fall weist jede Zelle 3 eine geneigte Wand 211 auf, wobei der Öffnungsbereich der Zelle der Einströmendfläche 11 der Reduktionszelle 32 größer ist als dieser der Ausströmendfläche 12, während der Öffnungsbereich einer Zelle der Einströmendfläche 11 der Erweiterungszelle kleiner ist als dieser der Ausströmendfläche 12. Für ein höheres Sammelverhältnis ist es vorzuziehen, dass die gegenüberliegenden geneigten Wände 211 an irgendeinem Punkt in der axialen Richtung direkt verbunden sind oder über ein Kopplungsbauelement gekoppelt sind, wie nachstehend erwähnt, und die Zellen 32, 33 jeweils geschlossen sind.
Die zur Herstellung des Filters 1 verwendete geneigte Struktur 200 wird hinsichtlich der Produktivität vorzugsweise durch Extrusionsformen hergestellt, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, kann aber beispielsweise durch Spritzgießen, einen 3D-Drucker usw. hergestellt werden. Es ist auch möglich, den gesamten Formkörper mit einem 3D-Drucker und dergleichen herzustellen.
(Modifiziertes Beispiel 1)
Das vorliegende Beispiel ist vorgesehen, um ein modifiziertes Beispiel des Herstellungsverfahrens zu beschreiben. Die erste Ausführungsform beschreibt ein Beispiel für das Ausbilden einer Stützwand durch Füllen von Parallelwand-Formmaterial und Laserbestrahlung nach der Herstellung einer geneigten Struktur. Bei dem vorliegenden Beispiel wird eine Stützwand unter Verwendung einer Grünschicht ausgebildet. Aus den im vorliegenden Beispiel und danach verwendeten Bezugszeichen beziehen sich diejenigen, die mit den in den vorstehenden Ausführungsformen verwendeten Bezugszeichen identisch sind, auf die gleichen Komponenten wie diese bei den vorstehenden Ausführungsformen, sofern nicht anders angegeben.
Wie in 16(a) dargestellt ist, wird zunächst eine geneigte Struktur 200 ausgebildet, wie bei der ersten Ausführungsform. Die geneigte Struktur 200 wird dann in einem zur X-Achse orthogonalen Querschnitt, das heißt, im YZ-Querschnitt, geschnitten. Das Schneiden kann beispielsweise in der gleichen Breite wie die Teilung erfolgen, in der eine gewünschte Stützwand 221 ausgebildet wird. Eine Mehrzahl von in 16(b) dargestellten geneigten Strukturteilen bzw. Strukturstücken 209 werden somit ausgeschnitten. Das geneigte Strukturstück 209 ist jeweils identisch zu der geneigten Struktur 200 gestaltet, mit der Ausnahme, dass die Breite in Richtung der X-Achse klein ist.
Anschließend wird durch Mischen von Cordierit-Rohmaterial, einem organischen Lösungsmittel und einem Butyralbindemittel ein schlammartiges Parallelwand-Formmaterial hergestellt. Das Parallelwand-Formmaterial wird durch ein Streichmesserverfahren zu einem Blatt bzw. einer Schicht mit einer vorbestimmten Dicke geformt, um einen ungebrannten blattförmigen Formkörper zu erhalten. Der blattförmige Formkörper wird im Folgenden als eine Grünschicht bezeichnet. Die Dicke der Grünschicht kann geeignet angepasst werden, so dass nach dem Brennen der Grünschicht eine Stützwand 221 mit einer gewünschten Dicke ausgebildet ist.
Eine Schnittfläche 203 des geneigten Strukturstücks 209 und eine Blattoberfläche 226 einer Grünschicht 225 werden dann abwechselnd laminiert, wie in 16(b) und 17(a) dargestellt ist, um miteinander in Kontakt zu kommen. Die Schnittfläche 203 des geneigten Strukturstücks 209 entspricht der YZ-Ebene in 16(b) und diese ist balgförmig gestaltet. Die Grünschicht 225 entspricht dem parallelen Teil 202 in der ersten Ausführungsform und wird nach dem Brennen zu einer Stützwand 221.
Beispielsweise wird zu einer Zeit des Laminierens vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel auf die Kontaktfläche zwischen dem geneigten Strukturstück 209 und der Grünschicht 225 aufgebracht. Dadurch wird eine bessere Haftung zwischen dem geneigten Strukturstück 209 und der Grünschicht 225 erreicht, was das Auftreten von Rissen und/oder einer partiellen Zellwandverformung beim oder nach dem Brennen verhindern kann.
Im Hinblick auf die Verbesserung der Haftfähigkeit ist es vorzuziehen, ein organisches Lösungsmittel zu verwenden, das denjenigen entspricht oder ähnelt, die bei der Herstellung der Grünschicht 225 verwendet werden. Das organische Lösungsmittel kann beispielsweise durch Sprühen aufgebracht werden. Darüber hinaus kann das organische Lösungsmittel auf die Schnittfläche 203 des geneigten Strukturstücks 209 aufgebracht werden. Ferner können das geneigte Strukturstück 209 und die Grünschicht 225 durch Thermokompressionsverbinden verbunden werden. Dies kann das Auftreten von Rissen und/oder einer Verformungen ebenfalls verhindern.
Auf diese Art und Weise werden viele geneigte Strukturstücke 209 und viele Grünschichten 225 abwechselnd laminiert. Dadurch ist es möglich, wie in 17(b) dargestellt ist, einen Waben-Formkörper zu erhalten, der ein Laminat aus den geneigten Strukturstücken 209 und den Grünschichten 225 umfasst. Dann kann die Durchführung des gleichen Vorgangs wie bei der ersten Ausführungsform einen Filter 1 bereitstellen, der diesem der ersten Ausführungsform ähnlich ist.
(Die zweite Ausführungsform)
Nun erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines porösen Wabenfilters, bei dem geneigte Wände an beiden axialen Enden davon kurvenförmig geneigt sind. Wie in den 18 und 19 dargestellt ist, weist der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform eine geneigte Wand 211 auf, die als eine durchlässige Zellwand 21 dient, die in Richtung hin zu der Einströmendfläche 11 bzw. der Ausströmendfläche 12 der Axialrichtung Z gekrümmt ist.
Gleichermaßen wie der Filter der ersten Ausführungsform weist der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Zelle 3 auf, deren XY-Querschnitt einen vierseitigen äußeren Rand aufweist. Ein Paar gegenüberliegender Zellwände 2 werden durch geneigte Wände 211 gebildet und das verbleibende Paar gegenüberliegender Zellwände 2 werden durch Stützwände 221 gebildet (siehe 1). Wie in 18 dargestellt ist, sind die beiden gegenüberliegenden geneigten Wände 211 an einem mittleren Abschnitt der Axialrichtung Z linear geneigt, diese sind jedoch, wie in den 18 und 19 dargestellt ist, hin zu der Einströmendfläche 11 und der Ausströmendfläche 12 kurvenförmig geneigt.
Insbesondere weist eine geneigte Wand 211, die sich in der Axialrichtung Z erstreckt, einen einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acf, der hin zu der Einströmungsendfläche 11 kurvenförmig geneigt ist, und einen ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acr, der hin zu der Ausströmendfläche 12 geneigt ist, auf. In einer Reduktionszelle 32 sind ein Paar von geneigten Wänden 211 in dem ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acr miteinander verbunden, um einen ausströmseitigen Verbindungsteil 213 zu bilden. Andererseits sind bei der Erweiterungszelle 33 ein Paar von geneigten Wänden 211 in dem einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acf miteinander verbunden, um einen einströmseitigen Verbindungsteil 214 zu bilden. Folglich nehmen der einströmseitige Verbindungsteil 214 und der ausströmseitige Verbindungsteil 213 eine gekrümmte Struktur an. Die geneigten Wände 211 zwischen dem einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acf und dem ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acr sind linear geneigt.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind die geneigten Wände 211 jeweils hin zu jeder der Endflächen 11, 12 gekrümmt, ein Winkel α zwischen einer tangentialen Ebene P der geneigten Wand 211 und der Axialrichtung Z nimmt hin zu jeder der Endflächen 11, 12 in axialer Richtung zu. Insbesondere erfüllen, wie in 18 dargestellt ist, ein Winkel α2 zwischen einer tangentialen Ebene P₂ an einem ersten Punkt der geneigten Wand 211 und der Axialrichtung Z und ein Winkel α1 zwischen einer tangentialen Ebene P₁ an einem zweiten Punkt der geneigten Wand 211 und der Axialrichtung Z die Beziehung α1 < α2; wobei der zweite Punkt näher an der Endfläche 11 oder 12 liegt als der erste Punkt.
Wie bei der vorliegenden Ausführungsform kann die geneigte Wand 211 eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Falls die geneigte Wand 211 in dem YZ-Querschnitt kurvenförmig geneigt und gekrümmt ist, wie in den 18 und 19 dargestellt ist, kann die Strömungsrate des durch die geneigte Wand 211 strömenden Abgases weniger variiert werden. Wie in dem nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispiel gezeigt, ist die Variation kleiner als bei dem Filter 1 der ersten Ausführungsform und dem Filter 1 der dritten Ausführungsform, wobei letztere später beschrieben ist. Dies kann ein ausgezeichnetes Sammelverhältnis bereitstellen, während der Druckverlust ausreichend reduziert wird.
Wie in 18 dargestellt ist, ist die Neigungsrichtung eines Paares von kurvenförmig geneigten Wänden 211 symmetrisch zur Axialrichtung Z, und diese sind auf der Einströmendfläche 11 miteinander verbunden. Infolgedessen nimmt in dem einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acf der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich jeder Zelle 3 in Richtung hin zu der Einströmendfläche 11 zu, und der Betrag der Zunahme nimmt auch in Richtung hin zu der Einströmendfläche 11 zu. Gleiches gilt für den ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acr. Jede Zelle 3 weist daher einen größeren Öffnungsbereich auf der Einströmendfläche 11 und der Ausströmendfläche 12 auf, wodurch der Druckverlust weiter reduziert wird. Zu beachten ist, dass sich die Richtung, in der die kurvenförmig geneigten Wände geneigt sind, auf eine tangentiale Richtung bezieht. Falls die Neigungsrichtung symmetrisch zur Axialrichtung ist, bedeutet dies daher, dass jede Tangente an der kurvenförmig geneigten Wand symmetrisch ist. Genaugenommen können jedoch nicht alle Tangenten symmetrisch sein, sondern es ist nur erforderlich, dass diese in der Erscheinung im Wesentlichen symmetrisch sind.
18 zeigt ein Beispiel einer geneigten Wand, die zwischen dem einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acf und dem ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich Acr linear geneigt ist, der geneigte, lineare Bereich ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ermöglicht das Vorsehen beispielsweise eines Wendepunkts in der axialen Mitte der geneigten Wand im YZ-Querschnitt des Filters auch, eine geneigte Wand auszubilden, bei welcher der einströmseitige, kurvenförmig geneigte Bereich Acf und der ausströmseitige kurvenförmig geneigte Bereich Acr, deren Neigungsrichtung wechselseitig symmetrisch zur axialen Richtung ist, an dem Wendepunkt verbunden sind. Andere Konfigurationen und Betriebseffekte sind gleich diesen der ersten Ausführungsform.
(Die dritte Ausführungsform)
Nun erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines porösen Wabenfilters, bei dem die geneigten Wände in der axialen Richtung weiter innen verbunden und geschlossen sind als die Einströmendfläche und die Ausströmendfläche. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die geneigten Wände 211, die als die durchlässige Zellwand 21 dienen, an den beiden Endflächen 11, 12 der Axialrichtung Z zum Schließen der Zelle 3 verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt jedoch eine Beschreibung eines Filters 1, bei dem ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 weiter innen verbunden sind als die beiden Endflächen 11, 12, um eine Zelle 3 zu schließen, wie in 20 dargestellt ist.
Gleichermaßen wie der Filter der ersten Ausführungsform weist der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Zelle 3 auf, deren XY-Querschnitt einen vierseitigen äußeren Rand aufweist. Ein Paar von gegenüberliegenden Zellwänden 2 weisen jeweils eine geneigte Wand 211 auf, die relativ zu der Axialrichtung Z geneigt ist, und das verbleibende Paar von Zellwänden 2 sind durch Stützwände 221 gebildet, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken (siehe 1). Wie in 20 dargestellt ist, ist ein Paar von geneigten Wänden 211, die sich in der Axialrichtung Z erstrecken, in der Axialrichtung Z weiter innen miteinander verbunden als die Einströmendfläche 11 oder die Ausströmendfläche 12, um Verbindungsteile 213, 214 zu bilden.
Der Filter 1 der in 20 dargestellten vorliegenden Ausführungsform wird mit einem Fokus auf eine Reihe von Zellwänden 2 beschrieben, die eine geneigte Wand 211 umfassen und sich hin zu den beiden Endflächen 11, 12 der Axialrichtung Z erstrecken. Die Zellwand 2 besitzt eine geneigte Wand 211, die zwischen dem einströmseitigen Verbindungsteil 214 und dem ausströmseitigen Verbindungsteil 214 in der Mitte der Axialrichtung Z ausgebildet ist. Die vorstehend beschriebene Reihe der Zellwand 2 besitzt zusätzlich eine einströmseitige parallele Wand 215, die sich zu der Einströmseite der geneigten Wand 211 fortsetzt und sich parallel zur Axialrichtung Z erstreckt, und eine ausströmseitige parallele Wand 216, die sich zu der Ausströmseite der geneigten Wand 211 fortsetzt und sich parallel zur Axialrichtung Z erstreckt. Die geneigte Wand 211, die einströmseitige parallele Wand 215 und die ausströmseitige parallele Wand 216 können durch ein Bauelement mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Porosität ausgebildet sein. Um eine geneigte Struktur mit guter Produktivität durch Extrusionsformen herzustellen, wie bei der ersten Ausführungsform oder dem modifizierten Beispiel 1, bestehen die geneigte Wand 211, die einströmseitige parallele Wand 215 und die ausströmseitige parallele Wand 216 vorzugsweise jeweils aus einem identischen Bauteil.
Nun wird der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich einer Zellwand beschrieben, die eine Reduktionszelle 32 und eine Erweiterungszelle 33 umgibt. Eine Reduktionszelle 32, in die das Abgas G von der Einströmendfläche 11 strömt, weist ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 und ein Paar von einströmseitigen parallelen Wänden 215, die entsprechend mit der Einströmseite jeder geneigten Wand 211 verbunden sind und sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken, auf. Das Paar geneigter Wände 211 in der Reduktionszelle 32 sind hin zu der Ausströmendfläche 12 geneigt, so dass diese nahe beieinander liegen können, und diese sind in der Axialrichtung Z weiter innen miteinander verbunden als die Ausströmendfläche 12. Wie in 20 dargestellt ist, sind beispielsweise ein Paar geneigter Wände 211 direkt miteinander verbunden, wodurch der ausströmseitige Verbindungsteil 213 gebildet wird, und diese schließen die Reduktionszelle 32. Der ausströmseitige Verbindungsteil 213 kann in der Axialrichtung Z beispielsweise näher an der Ausströmendfläche 12 ausgebildet sein. Teile der geneigten Wände 211, die näher an der Ausströmendfläche 12 liegen als der ausströmseitige Verbindungsteil 213, sind miteinander verbunden, um eine ausströmseitige parallele Wand zu bilden, das heißt, eine Zellwand 216, die sich parallel zur axialen Richtung erstreckt.
Eine Erweiterungszelle 33, in die das Abgas G von der Ausströmendfläche 12 abgegeben wird, weist ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 und ein Paar einer ausströmungsseitigen parallelen Wand 216, die mit der Ausströmseite jeder geneigten Wand 211 verbunden sind und sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken, auf. Das Paar geneigter Wände 211 in der Erweiterungszelle 33 sind hin zu der Einströmendfläche 11 geneigt, so dass diese nahe beieinander liegen können, und diese sind in der Axialrichtung Z weiter innen miteinander verbunden als die Einströmendfläche 11. Wie in 20 dargestellt ist, sind ein Paar geneigter Wände 211 beispielsweise direkt miteinander verbunden, wodurch der einströmseitige Verbindungsteil 214 gebildet wird, und diese schließen die Erweiterungszelle 33. Der einströmseitige Verbindungsteil 214 kann in der Axialrichtung Z beispielsweise näher an der Einströmendfläche 11 ausgebildet sein. Teile der geneigten Wände 211, die näher an der Einströmendfläche 11 liegen als der ausströmseitige Verbindungsteil 214, sind miteinander verbunden, um eine ausströmseitige parallele Wand zu bilden, das heißt, eine Zellwand 215, die sich parallel zur axialen Richtung erstreckt.
In der Reduktionszelle 32 und der Erweiterungszelle 33 kann das Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211 beispielsweise symmetrisch relativ zu der Axialrichtung Z geneigt sein. Die Reduktionszelle 32 und die Erweiterungszelle 33 liegen mit gemeinsamen geneigten Wänden 211 benachbart zueinander und sind in der Y-Achsrichtung beispielsweise abwechselnd ausgebildet.
Wie in 20 dargestellt ist, weist der Filter 1 beispielsweise einen Kommunikationsbereich Ac, in dem eine Reduktionszelle 32 und eine Erweiterungszelle 33 über eine geneigte Wand 211 in der Y-Achsenrichtung benachbart zueinander liegen, und einen Nichtkommunikationsbereich Anc, in dem diese Zellen nicht benachbart zueinander liegen, auf. Der Kommunikationsbereich Ac entspricht einem Bereich, in dem das Abgas G die geneigte Wand 211 passiert, wobei das in die Reduktionszelle 32 strömende Abgas G die geneigte Wand 211 in dem Kommunikationsbereich Ac passiert, um von der Erweiterungszelle 33 abgegeben zu werden. In dem Nichtkommunikationsbereich Anc liegen hingegen Reduktionszellen 32 über eine einströmseitige parallele Wand 215 benachbart zueinander, und Erweiterungszellen 33 liegen über eine ausströmseitige parallele Wand 216 benachbart zueinander. Das Abgas G durchdringt in dem Nichtkommunikationsbereich Anc die Zellwände, wie beispielsweise die parallelen Wände 215, 216, praktisch nicht. Der Kommunikationsbereich Ac ist in einem mittleren Bereich in der Axialrichtung Z ausgebildet, während die Nichtkommunikationsbereiche Anc jeweils in einem vorbestimmten Bereich in der Axialrichtung Z von den beiden Endflächen 11, 12 ausgebildet sind.
Die einströmseitige parallele Wand 215 und die ausströmseitige parallele Wand 216 können beispielsweise gleich lang sein. Der Nichtkommunikationsbereich Anc auf der Seite der Einströmendfläche 11 und der Nichtkommunikationsbereich Anc auf der Seite der Ausströmendfläche 12 können ebenfalls gleich lang sein. Die Längen der einströmseitigen parallelen Wand 215 und der ausströmseitigen parallelen Wand 216 können geeignet verändert werden und gleich oder unterschiedlich sein.
In dem Fall, in dem die Zellwände 2 in gleicher Teilung in einem Filter 1 gleicher Gestalt und Größe ausgebildet sind, kann das Ausbilden der Verbindungsteile 213, 214 entsprechend weiter innen in der Axialrichtung Z als die Ausströmendfläche 12 und die Einströmendfläche 11 (siehe 23), wie im vorliegenden Beispiel, eine Annäherungszone bereitstellen, in der kein Gas durch die Zellwände 2 an der Einströmendfläche 11 und der Ausströmendfläche 12 hindurchgeht, im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Verbindungsteile 213, 214 der geneigten Wand 211 entsprechend an der Ausströmendfläche 12 und der Einströmendfläche 11 ausgebildet sind, wie bei der ersten Ausführungsform (siehe 2). Die Annäherungszone unterdrückt einen Einströmverlust oder eine Gaskonzentration an den Zellen 3, was auf einen Einfluss einer Gasturbulenz zurückzuführen ist, die durch die Kollision des Abgases G gegen eine Zellwand 2 auf der Einströmendfläche 11 hervorgerufen wird. Dies kann den Druckverlust reduzieren.
Wie in dem nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispiel gezeigt ist, kann das miteinander Verbinden der sich linear erstreckenden geneigten Wände 211 weiter innen als die beiden Endflächen 11, 12, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, eine Strömungsratenschwankung des durch die geneigten Wände 211 passierenden Abgases G reduzieren, wobei die Schwankung geringer ist als in dem Fall, in dem diese an den beiden Endflächen 11, 12 verbunden sind, wie bei der ersten Ausführungsform. Dies kann ein ausgezeichnetes Sammelverhältnis bereitstellen, während der Druckverlust reduziert wird.
(Die vierte Ausführungsform)
Es erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines porösen Wabenfilters, bei dem geneigte Wände durch ein Verbindungselement verbunden sind. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind ein Paar von gegenüberliegenden geneigten Wänden 211, die sich in der Axialrichtung Z erstrecken, an den Verbindungsteilen 213, 214 direkt verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 21 und 22 dargestellt, wird der Filter 1 beschrieben, bei dem die geneigte Wand 211 über das parallel zu den Endflächen 11, 12 liegende Verbindungselement 23 verbunden ist.
Der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Zelle 3 mit einer Außenrandgestalt des XY-Querschnitts in Form eines Vierecks auf, wie bei der ersten Ausführungsform. Ein Paar von gegenüberliegenden Zellwänden 2 sind durch geneigte Wände 211 gebildet, die in Bezug auf die Axialrichtung Z geneigt sind, und die verbleibenden Paare von Zellwänden 2 sind durch Stützwände 221 gebildet, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken (siehe 1). Wie in den 21 und 22 dargestellt ist, ist ein sich in der Axialrichtung Z erstreckendes Paar geneigter Wände 211 nicht direkt, sondern über ein Verbindungselement 23 verbunden.
Eine Reduktionszelle 32 ist durch ein ausströmseitiges Verbindungselement 231 geschlossen, das an einer Ausströmendfläche 12 vorgesehen ist, und das ausströmseitige Verbindungselement 231 bildet einen ausströmseitigen Verbindungsteil 213. Andererseits ist eine Erweiterungszelle 33 durch ein einströmseitiges Verbindungselement 232 geschlossen, das auf einer Einströmendfläche 11 vorgesehen ist, und das einströmseitige Verbindungselement 232 bildet ein einströmseitiges Verbindungsteil 214.
Jede geneigte Wand 211 ist ausgehend von der Einströmendfläche 11 hin zu der Ausströmendfläche 12 kontinuierlich und linear geneigt. In dem Fall, in dem die geneigten Wände 211 bei gleicher Zellteilung in dem Filter 1 die gleiche Gestalt und Größe aufweisen, macht das miteinander Verbinden der geneigten Wände 211 über das Verbindungselement 23 an den beiden Endflächen 11, 12, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, den Neigungswinkel der geneigten Wände 211 kleiner als das intersektionale Verbinden der geneigten Wände 211 miteinander an den beiden Endflächen 11, 12, wie bei der ersten Ausführungsform (siehe 2).
Das Verbindungselement 23 weist beispielsweise eine zur Axialrichtung Z orthogonale Oberfläche auf. Das Verbindungselement kann, wie vorstehend beschrieben, parallel zu den Einströmendflächen 11, 12 vorgesehen sein, dieses kann jedoch geneigt sein, solange das Verbindungselement ein Paar von geneigten Wänden 211 verbinden kann. Das Material des Verbindungselements 23 kann geeignet ausgewählt sein. Es gibt keine besondere Einschränkung, das Verbindungselement 23 kann jedoch beispielsweise aus Cordierit ausgebildet sein, wie eine Zellwand 2, so wie eine geneigte Wand 211 und eine Stützwand 221. Das Verbindungselement 23 schließt einen Gasströmungsdurchlass innerhalb der Zelle 3 hinsichtlich der Erscheinung ab. Das Verbindungselement 23 selbst kann eine Gaspermeation zulassen oder nicht.
Das Verbindungselement 23 ist vorzugsweise aus dem gleichen Bauelement hergestellt wie die geneigte Wand 211. In diesem Fall kann eine geneigte Struktur 200, bei der eine große Anzahl von geneigten Wänden 211 durch das Verbindungselement 23 verbunden sind, durch Extrusionsformen hergestellt werden, wie bei der ersten Ausführungsform und dem modifizierten Beispiel 1. Mit anderen Worten, als eine geneigte Struktur 200 können die geneigte Wand 211 und das Verbindungselement 23 eine integrierte Struktur bilden, die das Extrusionsformen ermöglicht, wodurch der Filter 1 produktiv hergestellt wird.
Das Verbinden der geneigten Wände 211, die sich linear und geneigt in Bezug auf die Axialrichtung Z erstrecken, mit dem Verbindungselement 23 an den beiden Endflächen 11, 12, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, ermöglicht den geneigten Wänden 211 nach wie vor, eine durchlässige Zellwand 21 zu bilden. Der Neigungswinkel kann wie vorstehend beschrieben reduziert werden, was wiederum die Strecke erhöht, über welche das Abgas G bei der geneigten Wand 211 hindurchtritt. Dadurch ist es möglich, das PM-Sammelverhältnis zu verbessern. Diese Konfiguration erhöht eine Innendruckdifferenz der geneigten Wand 211, welche die Abgaspermeation durch die durchlässige Zellwand 21 erleichtert.
Ferner ermöglicht es das Anpassen der Porosität des Verbindungselements 23, PM aus dem Abgas G auch bei dem Verbindungselement 23 der Endflächen 11, 12 zu sammeln. Aufgrund des Vorliegens der geneigten Wände 211 ist der Bereich, in dem das Verbindungselement 23 an Endflächen 11, 12 jeder Zelle 3 ausgebildet ist, kleiner als der Bereich, in dem das Verbindungselement 23 in einem Filter mit einer Zellwand ausgebildet ist, die keine geneigte Wand 211 aufweist und sich parallel zur Axialrichtung Z erstreckt, wie bei der später beschriebenen Vergleichsausführungsform 1 gezeigt ist. Dadurch ist es auch möglich, den Druckverlust zu reduzieren. Der Bereich, in dem das Verbindungselement 23 ausgebildet ist, entspricht einem Bereich des Verbindungselements 23 an den Endflächen 11, 12 des Filters 1. Weitere Konfigurationen und Betriebseffekte sind die gleichen wie diese der ersten Ausführungsform.
(Die fünfte Ausführungsform)
Es erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines porösen Wabenfilters, bei dem ein axiales Ende einer undurchlässigen Zellwand weiter innen ausgebildet ist als eine axiale Endfläche. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erreichen die undurchlässigen Zellwände 22, die jeweils eine Stützwand 221 umfassen, die beiden Endflächen 11, 12 in der Axialrichtung Z. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 23, 24(a) und 24(b) dargestellt, erreicht die undurchlässige Zellwand 22 weder die Endfläche 11 noch die Endfläche 12 in der Axialrichtung Z, und ein Ende 222 der undurchlässigen Zellwand 22 befindet sich in der Axialrichtung Z weiter innen als die Endflächen 11, 12.
Gleichermaßen zu dem Filter der ersten Ausführungsform weist der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Zelle 3 auf, deren XY-Querschnitt einen vierseitigen äußeren Rand aufweist. Ein Paar von gegenüberliegenden Zellwänden 2 sind durch geneigte Wände 211 ausgebildet, die sich gegenüber der Axialrichtung Z geneigt erstrecken. Die geneigten Wände 211 dienen jeweils als eine durchlässige Zellwand 21. Ein Paar von geneigten Wänden 211 erreichen die Einströmendfläche 11 oder die Ausströmendfläche 12.
Andererseits sind die beiden verbleibenden gegenüberliegenden Zellwände 2 durch Stützwände 221 gebildet, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken. Diese Stützwände 221 dienen jeweils als eine undurchlässige Zellwand 22. Wie in 23, 24(a) und 24(b) dargestellt ist, erreicht das Paar der undurchlässigen Zellwände 22 die Einströmendfläche 11 oder die Ausströmendfläche 12 nicht, und ein Ende 222 jeder undurchlässigen Zellwand 22 befindet sich in der Axialrichtung Z weiter innen als die jeweilige Endfläche 11, 12.
Wie in 24(a) und 24(b) dargestellt ist, sind die undurchlässigen Zellwände 22 bei einem vorbestimmten Bereich innerhalb des Filters 1 entlang der Axialrichtung Z ausgebildet. Ein Ausbildungsbereich At für die undurchlässigen Zellwände 22 liegt weiter innen als die beiden Endflächen 11, 12. Ein Nicht-Ausbildungsbereich Ant für undurchlässige Zellwände 22 ist in einem vorbestimmten Bereich ausgehend von den beiden Endflächen 11, 12 innerhalb des Filters 1 ausgebildet. In dem Nicht-Ausbildungsbereich Ant ist keine undurchlässige Zellwand ausgebildet.
Infolgedessen ist jede Zelle 3 von einem Paar durchlässiger Zellwände 21 und einem Paar undurchlässiger Zellwände 22 in dem Ausbildungsbereich At umgeben, während in dem Nicht-Ausbildungsbereich Ant jede Zelle 3 von einem Paar durchlässiger Zellwände 21 dazwischen aufgenommen ist, ohne von einem Paar undurchlässiger Zellwände 22 dazwischen aufgenommen zu sein. An den beiden Endflächen 11, 12 des Filters 1 ist eine Erweiterungszellenöffnung 35 ausgebildet, und die Erweiterungszellenöffnung 35 ist von einem Paar durchlässiger Zellwände 21 dazwischen aufgenommen, und bei der Erweiterungszellenöffnung 35 befindet sich keine undurchlässige Zelle 22.
Falls die Endflächen 11, 12 des Filters 1 eine Erweiterungszellenöffnung 35 aufweisen, wie vorstehend beschrieben, kann der Druckverlust weiter reduziert werden. Falls die Erweiterungszellenöffnung 35 auf der Einströmendfläche 11 ausgebildet ist, wird insbesondere der Öffnungsbereich der Einströmendfläche 11, in den Abgas strömt, größer, was einen stärkeren Effekt zur Reduzierung des Druckverlustes bewirkt.
Die Länge in der Axialrichtung Z des Ausbildungsbereichs At und des Nicht-Ausbildungsbereichs Ant für undurchlässige Zellwände 22 kann geeignet verändert werden. Die undurchlässigen Zellwände 22 einschließlich Stützwände 221 können die Filterfestigkeit verbessern, wie vorstehend beschrieben. Um die Filterfestigkeit ausreichend zu verbessern, beträgt die Länge in der Axialrichtung Z des Ausbildungsbereichs At für die undurchlässigen Zellwände 22 vorzugsweise 80 % oder mehr der Gesamtlänge in der Axialrichtung Z des Filters, weiter bevorzugt 90 % oder mehr, und noch bevorzugter 95 % oder mehr.
Um den Effekt zum Reduzieren des Druckverlustes mit der Erweiterungszellenöffnung 35 vollständig bereitzustellen, beträgt die Länge in der Axialrichtung Z des Nicht-Ausbildungsbereichs Ant für die undurchlässigen Zellwände 22 vorzugsweise 1 % oder mehr der Gesamtlänge in der Axialrichtung Z des Filters, weiter bevorzugt 3 % oder mehr und noch weiter bevorzugt 5 % oder mehr. Falls der Nicht-Ausbildungsbereich Ant an beiden Enden in der Axialrichtung Z ausgebildet ist, bezieht sich die Länge in der Axialrichtung Z des Nicht-Ausbildungsbereich Ant auf eine Länge der jeweiligen Bereiche Ant.
Der Nicht-Ausbildungsbereich Ant für die undurchlässige Zellwand 22 und die dadurch gebildete Erweiterungszellenöffnung 35 können auf den beiden Endflächen 11, 12 der Axialrichtung Z ausgebildet sein, diese können aber auch auf einer Endfläche ausgebildet sein. Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene weitere Reduzierbarkeit des Druckverlustes auf der Einströmendfläche 11 sind der Nicht-Ausbildungsbereich Ant für die undurchlässige Zellwand 22 und die Erweiterungszellenöffnung 35 vorzugsweise zumindest auf der Einströmendfläche 11 ausgebildet. Andere Konfigurationen und Betriebseffekte sind gleich diesen bei der ersten Ausführungsform.
(Die sechste Ausführungsform)
Nun erfolgt eine Beschreibung eines Filters mit einem kleineren Querschnittsbereich, der von undurchlässigen Zellwänden eingenommen ist, als ein Querschnittsbereich, der von durchlässigen Zellwänden in einem Querschnitt des Filters in der Richtung orthogonal zur axialen Richtung eingenommen ist. Zunächst erfolgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf die 4 bis 8.
Wie in den 4 bis 8 dargestellt ist, liegen die Fläche S_a eines Bereichs, der aus einem Querschnitt einer durchlässigen Zellwand 21 gebildet ist, und die Fläche S_b eines Bereichs, der aus einem Querschnitt einer undurchlässigen Zellwand 22 gebildet ist, in einem Querschnitt orthogonal zur axialen Richtung des Filters 1 vor. Beispielsweise entspricht in jedem Querschnitt, der in den 5 bis 7 gezeigt ist, ein Querschnitt einer durchlässigen Zellwand 21 einem Schraffurbereich mit einer feinen schrägen Linie bzw. einem fein schraffierten Bereich, der sich parallel zur X-Achse erstreckt. Dieser Bereich entspricht der Querschnittsfläche S_a der durchlässigen Zellwand 21. Mit anderen Worten, Sa entspricht einer Summe von Querschnittsflächen von permeablen Zellwänden 21 in einem beliebigen Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung des Filters 1.
Andererseits entspricht der Querschnitt von undurchlässigen Zellwänden 22 einem Schraffurbereich mit einer groben, schrägen Linie bzw. einem grob schraffierten Bereich, der sich parallel zur Y-Achse erstreckt. Dieser Bereich entspricht dem Querschnittsbereich S₂ der undurchlässigen Zellwand 22. Mit anderen Worten, S_b entspricht eine Summe von Querschnittsbereichen bzw. Querschnittsflächen der undurchlässigen Zellwand 22 in einem beliebigen Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung des Filters 1.
Vorzugsweise ist das Verhältnis von S_a > S_b in einem Querschnitt des Filters 1 orthogonal zur Axialrichtung an einer beliebigen axialen Position erfüllt. Dadurch kann das durch die undurchlässigen Zellwände 22 eingenommene Volumen in dem Filter 1 reduziert werden, wodurch eine durch die undurchlässigen Zellwände 22, durch die das Gas kaum hindurchdringt, gehemmte Gasströmung gemildert wird. Dadurch ist es möglich, den Druckverlust weiter zu reduzieren. Darüber hinaus werden die PM im Abgas G durch die durchlässigen Zellwänden 21 gesammelt bzw. aufgefangen, so dass ein Absinken des Sammelverhältnisses verhindert werden kann, auch wenn der von den undurchlässigen Zellwänden 22 eingenommene Bereich relativ reduziert ist, wie vorstehend beschrieben ist. Mit anderen Worten, der Druckverlust kann reduziert werden, während ein Absinken des Sammelverhältnisses verhindert wird.
Um die Beziehung von S_a > S_b zu erfüllen, kann beispielsweise die Anzahl der undurchlässigen Zellwände kleiner sein als die Anzahl der durchlässigen Zellwände. Ein Beispiel ist in 25 gezeigt. 25 zeigt eine Vorderansicht von Endflächen 11, 12 des Filters 1. In 25 stellen die dicken Linien aus den sich parallel zur X-Achse erstreckenden Linien Verbindungsteile 213, 214 dar, die auf einer Vorderseite in der Richtung orthogonal zum Blatt vorhanden sind, während die dünnen Linien Verbindungsteile 213, 214 darstellen, die auf einer Rückseite in der Richtung orthogonal zum Blatt vorhanden sind. Bei der Einströmendfläche 11 und der Ausströmendfläche 12 sind die dicken Linien und dünnen Linien, die sich parallel zur X-Achsenrichtung erstrecken, um eine halbe Teilung verschoben, aber im Wesentlichen äquivalent.
Gleichermaßen wie der Filter der ersten Ausführungsform weist der in 25 dargestellte Filter 1 eine Zelle 3 auf, deren XY-Querschnitt einen vierseitigen äußeren Rand aufweist. Ein Paar von gegenüberliegenden Zellwänden 2 sind durch geneigte Wände 211 gebildet, die sich gegenüber der Axialrichtung Z geneigt erstrecken. Die geneigten Wände 211 dienen jeweils als eine durchlässige Zellwand 21. Andererseits sind die beiden verbleibenden gegenüberliegenden Zellwände 2 durch Stützwände 221 gebildet, die sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken, und diese Stützwände 221 dienen jeweils als die undurchlässige Zellwand 22.
Wie in 25 dargestellt ist, sind beispielsweise die durchlässigen Zellwände 21 und die undurchlässigen Zellwände 22 orthogonal zueinander. Eine Zelle 3, die von diesen durchlässigen Zellwänden 21 und den undurchlässigen Zellwänden 22 umgeben ist, weist an den Endflächen 11, 12 einen vierseitigen äußeren Rand auf. Der Filter 1 der vorliegenden Ausführungsform weist weniger undurchlässige Zellwände 22 auf als durchlässige Zellwände 21, wobei die undurchlässigen Zellwände 22 das Innere einer rohrförmigen Außenhülle 10 an den Endflächen 11, 12 linear aufteilen. Folglich ist die Öffnung der Zelle 3 auf der Einströmendfläche 11 und der Ausströmendfläche 12 rechteckig, wie in 25 dargestellt ist.
Das Reduzieren der Anzahl der undurchlässigen Zellwände 22, wie vorstehend beschrieben, kann die Beziehung von S_a > S_b erfüllen, wodurch das Volumen, das von den undurchlässigen Zellwänden 22 im Filter 1 eingenommen wird, reduziert und die durch die undurchlässigen Zellwände 22 gehemmte Gasströmung gemildert wird. Dadurch ist es möglich, den Druckverlust zu reduzieren und zusätzlich beispielsweise den Öffnungsbereich bzw. die Öffnungsfläche der Zelle 3 auf der Einströmendfläche 11 zu vergrößern. Auf diese Weise kann eine weitere Reduzierung des Druckverlustes ermöglicht werden.
Darüber hinaus kann die Anzahl der undurchlässigen Zellwände 22 in dem Bereich angepasst werden, in dem die gewünschte Festigkeit aufrechterhalten werden kann.
Als weitere Konfiguration zur Erfüllung der Beziehung von S_a > S_b kann beispielsweise die Dicke T₂ der undurchlässigen Zellwand 22 in einem Querschnitt des Filters 1 entlang einer Richtung orthogonal zur Axialrichtung Z kleiner gemacht werden als die Dicke T₁ der durchlässigen Zellwand 21. Mit anderen Worten, die Beziehung T₁< T₂ muss nur erfüllt werden. Dadurch kann auch der von der undurchlässigen Zellwand 22 im Filter 1 eingenommene Bereich bzw. die Fläche reduziert und damit der Druckverlust weiter reduziert werden.
Um die Beziehung von S_a > S_b zu erfüllen, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, ist es besonders vorzuziehen, die undurchlässige Zellwand 22 aus einem Material auszubilden, das pro Einheitsdicke stärker bzw. stabiler ist als die durchlässige Zellwand 21. Dies macht die undurchlässige Zellwand 22 stabiler und verhindert so weiter, dass diese auch bei weniger undurchlässigen Zellwänden 22 schwächer wird. Dies ermöglicht einen geringeren Druckverlust und verhindert gleichzeitig die Verschlechterung der Festigkeit. Weitere Konfigurationen und Betriebseffekte sind die gleichen wie diese bei der ersten Ausführungsform.
(Erste Vergleichsausführungsform)
Nun erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels für einen porösen Wabenfilter zum Vergleich mit jeder Ausführungsform. Wie in den 26 und 27 dargestellt ist, weist der Filter 9 der vorliegenden Ausführungsform keine geneigte Wand auf, die sich relativ zu der Axialrichtung Z geneigt erstreckt. Der Filter 9 weist eine rohrförmige Außenhülle 90, eine Zellwand 91, die das Innere der Außenhülle aufteilt, und eine Zelle 92, die von den Zellwänden 91 umgeben ist, um einen Gasströmungsdurchlass zu bilden, der sich in der Axialrichtung Z der rohrförmigen Außenhülle erstreckt, auf. Jede Zelle 92 ist von vier Zellwänden 91 umgeben und weist zwei Paare von gegenüberliegenden Zellwänden 91 auf, die orthogonal zueinander sind. Die Zelle 92 in einem Querschnitt orthogonal zur Axialrichtung Z ist vierseitig, genauer gesagt quadratisch.
Eine der beiden Endflächen 93, 94 in der Axialrichtung Z jeder Zelle 92 ist durch ein Verschlusselement 95 verschlossen, das keine Permeation von Gas zulässt. Eine Zelle 92, die mit dem Verschlusselement 95 auf der Ausströmendfläche 94 versehen ist, ist auf der Einströmendfläche 93 offen, um als eine Einströmzelle 921 zu dienen, in die das Abgas strömt. Andererseits ist eine Zelle 92, die mit einem Verschlusselement 95 auf der Einströmendfläche 93 versehen ist, auf der Ausströmendfläche 94 offen, um als eine Ausströmzelle 922 zu dienen, aus der Abgas strömt.
Die Einströmzellen 921 und die Ausströmzellen 922 sind abwechselnd benachbart zueinander angeordnet. Eine Einströmzelle 921 und eine Ausströmzelle 922, die benachbart zueinander liegen, teilen sich eine Zellwand 91. Das in die Einströmzelle 921 strömende Abgas durchläuft eine Zellwand 91, die von der Einströmzelle 921 und der Ausströmzelle 922 gemeinsam genutzt wird, um die Ausströmzelle 922 zu erreichen. Das Abgas G passiert die Ausströmzelle 922, um von der Ausströmendfläche 94 abgegeben zu werden. Der Filter 9 der vorliegenden Ausführungsform weist praktisch keine undurchlässigen Zellwände auf, wie bei den vorstehenden Ausführungsformen gezeigt, und alle Zellwände 91, die jede Zelle 92 bilden, übertragen Abgas.
Im Filter 9 der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Zellwände 91 parallel zur Axialrichtung Z, und die von den Zellwänden 91 umgebenen Zellen 92 sind abwechselnd auf den beiden Endflächen 93, 94 geschlossen, wie vorstehend beschrieben ist. Bei der Einströmendfläche 93 sind daher die Hälfte aller Zellen 92 offen, und die andere Hälfte sind durch die Verschlusselemente 95 verschlossen. Dadurch entsteht mehr Druckverlust auf der Einströmendfläche 93 als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Hälfte der Zellen 92 sind offen und die andere Hälfte sind auch auf der Ausströmendfläche 94 geschlossen.
In 27 sind Strömungsraten des Abgases G, das die Zellwände 91 passiert, durch die Länge von Pfeilen angegeben, die über diese verlaufen. Die Strömungsrate des Abgases G, das die Zellwände 91 passiert, wird als eine Wandpermeationsströmungsrate bezeichnet. Wie in der gleichen Abbildung dargestellt ist, nimmt die Wandpermeationsströmungsrate zu, wenn sich das Abgas G der Einströmendfläche 93 und Ausströmendfläche 94 nähert, die mit den Verschlusselementen 95 versehen sind, und die Wandpermeationsströmungsrate sinkt in der Mitte der Axialrichtung Z des Filters 9. Dies führt zu variierenderen Wandpermeationsströmungsraten und damit zu mehr Druckverlust.
(Experimentelles Beispiel)
Im vorliegenden Beispiel werden Wandpermeationsströmungsraten von drei Arten von porösen Wabenfiltern mit jeweils einer geneigten Wand, die im gleichen Muster wie die Ausführungsformen 1 bis 3 ausgebildet ist, durch Simulation gemessen und mit dem porösen Wabenfilter der Vergleichsausführungsform 1 verglichen.
Ein Muster E1 entspricht dem Filter der ersten Ausführungsform, der dem Filter 1 entspricht, dessen geneigte Wände 211 ausgehend von der Einströmendfläche 11 hin zu der Ausströmendfläche 12 linear und kontinuierlich geneigt sind, und die gegenüberliegenden geneigten Wände 211 sind an einer der beiden Endflächen 11, 12 direkt miteinander verbunden (siehe 1 bis 9). Die tatsächliche Gestalt und Dimensionen des Musters E1, die bei der Messung der Wandpermeationsströmungsrate im vorliegenden Beispiel verwendet werden, sind wie folgt.
Der Filter 1 von Muster E1 ist zylindrisch. Der Durchmesser Φ des Filters beträgt 118,4 mm und die Länge der Axialrichtung Z beträgt 118,4 mm. Die Dicke jeder Zellwand 2, das heißt, die Dicke T₁ jeder geneigten Wand 211 und die Dicke T₂ jeder Stützwand 221 betragen jeweils 0,203 mm (siehe 9 und 3). Die Dicke T₃ in der Y-Achsenrichtung bei den Verbindungsteilen 213, 214 der geneigten Wand 211 beträgt 0,444 mm und die Breite W₁ in der Axialrichtung Z der Verbindungsteile 213, 214 beträgt 0,200 mm (siehe 9). Der Neigungswinkel 0 der geneigten Wand 211, das heißt, der durch die geneigte Wand 211 und die Axialrichtung Z gebildete Winkel 0 beträgt 0,97° (siehe 9). Der äußere Rand bzw. die Außenkante jeder Zelle 3 ist auf Endflächen 11, 12 quadratisch, und die Länge L₁ einer Seite der Außenkante beträgt 1.576 mm (siehe 4).
Ein Muster E2 entspricht dem Filter der zweiten Ausführungsform, der dem Filter 1 entspricht, dessen geneigte Wände 211 gegenüber den beiden Endflächen 11, 12 der Axialrichtung Z kurvenförmig geneigt sind und gekrümmte Verbindungsteile 213, 214 aufweisen. 28 zeigt ein tatsächliches Ausbildungsmuster der geneigten Wand 211 beim Muster E2, das zur Messung der Wandpermeationsströmungsrate verwendet wird. In 28 gibt die horizontale Achse die Länge des Filters von der Einströmendfläche 11 hin zur Ausströmendfläche 12 in der Axialrichtung Z an. Die vertikale Achse zeigt eine radiale Breite, und insbesondere beispielsweise den Abstand in der Y-Achsenrichtung von einem beliebigen einströmseitigen Verbindungsteil 214 an, das in der Mitte angeordnet ist. In 28 werden die Verbindungsteile 213, 214 dünn, deren Dicke kann jedoch beliebig verändert werden. Andere Gestaltungen und Dimensionen sind die gleichen wie bei Muster E1.
Ein Muster E3 entspricht dem Filter der dritten Ausführungsform, der dem Filter 1 entspricht, dessen geneigte Wände 211 miteinander verbunden und in der axialen Richtung weiter innen geschlossen sind als die Endflächen 11, 12 (siehe 20). Die Dimensionen von Muster E3, die zur Messung der Wandpermeationsströmungsrate verwendet werden, sind wie folgt. Der Abstand in der axialen Richtung Z zwischen dem einströmseitigen Verbindungsteil 214 und dem ausströmseitigen Verbindungsteil 213, das heißt, die axiale Länge des Bereichs, in dem die geneigten Wände 211 ausgebildet sind, beträgt 108,4 mm, während die Länge der einströmseitigen parallelen Wand 215 und die Länge der ausströmseitigen parallelen Wand 216 jeweils 5,0 mm betragen. Der Winkel, der durch die geneigten Wände 211 und die Axialrichtung Z gebildet ist, das heißt, der Neigungswinkel, beträgt 1,06°. Bei dem Muster E3 ist ein Nicht-Kommunikationsbereich Anc 5,0 mm lang und ein Kommunikationsbereich Ac ist 108,4 mm lang (siehe 20). Andere Gestaltungen und Dimensionen sind die gleichen wie bei Muster E1.
Ein Muster C1 entspricht dem Filter der Vergleichsausführungsform 1, der dem Filter 9 entspricht, bei dem sich alle Zellwände parallel zur Axialrichtung erstrecken und jede Zelle abwechselnd durch ein Verschlusselement an beiden Enden geschlossen ist (siehe 26 und 27). Die jeweiligen Dimensionen bei dem Muster C1, die zur Messung einer Wandpermeationsströmungsrate verwendet werden, sind die gleichen wie bei Muster E1, mit der Ausnahme, dass es keine geneigte Wand gibt.
Die Abmessungen bzw. Dimensionen der Muster E1 bis E3 sind repräsentative Beispiele. Die Dimensionen des Filters 1 sind nicht auf diese beschränkt, sondern können geeignet geändert werden. Die Beziehung zwischen dem axialen Abstand von der Einströmendfläche und der Wandpermeationsströmungsrate jedes Filtermusters wird durch Simulation gemessen. Die Bedingungen für die Messung der Simulation sind wie folgt. Gasströmungsrate: 32 m³/min, Temperatur: 900 °C, stromaufwärtiger Druck: 60 kPa. Die Ergebnisse sind in 29 gezeigt.
Wie bei Muster C1 stellt der Filter 9, der keine geneigte Wand aufweist, alle Zellwände 91 sich parallel zur Axialrichtung Z erstrecken, und jede Zelle 92 durch das an einer der Endflächen 93 und 94 vorgesehene Verschlusselement 95 verschlossen ist, eine stärker variierte Wandpermeationsströmungsrate bereit, wie in 29 gezeigt ist (siehe 29). Insbesondere nimmt die Wandpermeationsströmungsrate zu, wenn sich das Abgas G der Einströmendfläche 93 und der Ausströmendfläche 94 nähert, wobei an jeder davon ein Spitzenwert vorliegt, während diese in der Mitte der Axialrichtung Z minimiert ist. Das Muster C1 zeigt eine große Differenz zwischen dem Minimal- und Maximalwerten der Wandpermeationsströmungsrate, was eine stärker variierte Wandpermeationsströmungsrate bedeutet. Dadurch entsteht mehr Druckverlust.
Andererseits stellt der Filter 1 mit durchlässigen Zellwänden 21, die jeweils eine geneigte Wand 211 umfassen, und undurchlässigen Zellwänden 22, die jeweils eine Stützwand 221 umfassen, wie bei den Mustern E1 bis E3, eine Wandpermeationsströmungsrate bereit, die weniger variiert ist als das vorstehend beschriebene Muster C1, was den Druckverlust reduziert. Wie aus 29 ersichtlich ist, zeigt ein Vergleich der Muster E1 bis E3, dass die Wandpermeationsströmungsrate in der Reihenfolge des Musters E3, des Musters E1 und des Musters E2 weniger variiert ist.
Wie in 20 dargestellt ist, ist der Öffnungsbereich der Einströmendfläche 11 bei dem Filter 1 von Muster E3, dessen geneigte Wände 211 miteinander verbunden und in der Axialrichtung Z weiter innen geschlossen sind als die Endflächen 11, 12, wie vorstehend beschrieben, größer als beim Filter 1 von Muster E1, dessen geneigte Wände 211 an den Endflächen 11, 12 geschlossen sind. Wie in 29 gezeigt ist, ist die Wandpermeationsströmungsrate der Einströmendfläche 11 bei Muster E3 geringer. Andererseits sind die geneigten Wände 211 bei Muster E3 stärker geneigt als bei Muster E1, und somit ist die Wandpermeationsströmungsrate in der Mitte der Axialrichtung Z bei Muster E3 höher. Folglich bietet das Muster E1 eine weniger variierte Wandpermeationsströmungsrate als das Muster E3.
Das Muster E2 liefert eine konstante Wandpermeationsströmungsrate, die praktisch unverändert ist. Das Muster E2 kann somit den geringsten Druckverlust aus den Mustern E1 bis E3 erzeugen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung in Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, ist ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die Offenbarung umfasst auch verschiedenartig modifizierte Beispiele und Variationen, die im Äquivalenzbereich liegen. Darüber hinaus fallen verschiedene Kombinationen oder Ausführungsformen mit anderen Kombinationen und Ausführungsformen, die nur ein Element oder mehr oder weniger umfassen, in den Schutzumfang und die Idee der vorliegenden Offenbarung.
Die Konfigurationen der ersten Ausführungsform 1 bis zur sechsten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben sind, können nach Bedarf kombiniert werden. Beispielsweise können die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform kombiniert werden, um Verbindungsteile 213, 214 einer kurvenförmigen geneigten Wand axial innen zu bilden. Darüber hinaus können die zweite Ausführungsform und die vierte Ausführungsform kombiniert werden, um ein Paar von kurvenförmig geneigten Wänden über ein Verbindungselement an einem Verbindungsteil zu verbinden.

Claims

Poröser Wabenfilter (1), aufweisend: eine poröse erste Zellwand (21), die eine Permeation von Abgas (G) ermöglicht; eine zweite Zellwand (22), die dem Abgas eine Permeation weniger leicht ermöglicht als die erste Zellwand (21); und eine Zelle (3), die von der ersten Zellwand und der zweiten Zellwand umgeben ist, um einen sich erstreckenden Gasströmungsdurchlass zu bilden, wobei die zweite Zellwand eine geringere Porosität aufweist als die erste Zellwand, die Zelle eine Mehrzahl von Zellen aufweist, der poröse Wabenfilter ferner eine rohrförmige Außenhülle (10) aufweist, die einen Außenumfang davon bildet, eine Mehrzahl der ersten Zellwände und eine Mehrzahl der zweiten Zellwände ein Inneres der rohrförmigen Außenhülle in die Zellen aufteilen, und die ersten Zellwände eine geneigte Wand (211) umfassen, die sich in Bezug auf eine axiale Richtung (Z) der rohrförmigen Außenhülle geneigt erstreckt, und die zweiten Zellwände eine parallele Wand (221) umfassen, die sich parallel zu der axialen Richtung erstreckt.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei in einem Querschnitt des porösen Wabenfilters in der Richtung orthogonal zu der axialen Richtung ein Querschnittsbereich S_a, der durch eine Mehrzahl der ersten Zellwände eingenommen ist, und ein Querschnittsbereich S_b, der durch eine Mehrzahl der zweiten Zellwände eingenommen ist, die folgende Bedingung erfüllen: $S_{a} > S_{b} .$
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der zweiten Zellwände kleiner ist als die Anzahl der ersten Zellwände.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Dicke T₁ jeder ersten Zellwand und eine Dicke T₂ jeder zweiten Zellwand die folgende Bedingung erfüllen: $T_{1} < T_{2} .$
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Zellwände ein Paar der geneigten Wände umfassen, die einander zugewandt sind, und eine Neigungsrichtung (Ds) einer der geneigten Wände des Paares symmetrisch zu einer Neigungsrichtung (Ds) der anderen der geneigten Wände des Paares bezüglich der axialen Richtung ist.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 5, wobei: der poröse Wabenfilter eine Einströmendfläche (11), in die das Abgas einströmt, und eine Ausströmendfläche (12), aus der das Abgas ausströmt, aufweist, wobei die Einströmendfläche (11) und die Ausströmendfläche (12) entsprechend an entgegengesetzten Enden der axialen Richtung (Z) angeordnet sind; die Zellen umfassen: eine Reduktionszelle (32) mit einem Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich (S), der von der Einströmendfläche in Richtung hin zu der Ausströmendfläche abnimmt, und eine Erweiterungszelle (33) mit einem Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich, der von der Einströmendfläche in Richtung hin zu der Ausströmendfläche der Zelle zunimmt; und die Reduktionszelle und die Erweiterungszelle benachbart zueinander angeordnet sind, um eine der geneigten Wände zu teilen.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 6, wobei die Reduktionszelle Reduktionszellen aufweist, die über eine der parallelen Wände benachbart zueinander liegen, und die Erweiterungszelle Erweiterungszellen aufweist, die über eine der parallelen Wände benachbart zueinander liegen.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend einen ausströmseitigen Verbindungsteil (213), der das Paar von geneigten Wänden, welche die Reduktionszelle bilden, direkt oder über ein Verbindungselement (23) verbindet; und einen einströmseitigen Verbindungsteil (214), der das Paar von geneigten Wänden, welche die Erweiterungszelle bilden, direkt oder über das Verbindungselement (23) verbindet.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 8, wobei das aus einem Bauelement aufgebaut ist, das identisch zu der geneigten Wand ist.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 8 oder 9, wobei: der Verbindungsteil an der Ausströmendfläche in der axialen Richtung ausgebildet ist; und der Verbindungsteil an der Ausströmendfläche in der axialen Richtung ausgebildet ist.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 8 oder 9, wobei: der Verbindungsteil so angeordnet ist, dass dieser in der axialen Richtung weiter innen liegt als die Ausströmendfläche; und der Verbindungsteil so angeordnet ist, dass dieser in der axialen Richtung weiter innen liegt als die Einströmendfläche.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die geneigte Wand zwischen dem Verbindungsteil und dem Verbindungsteil linear geneigt ist.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: die sich in der axialen Richtung erstreckende geneigte Wand einen einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich (Acf), der kurvenförmig hin zu der Seite der Einströmendfläche geneigt ist, und einen ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich (Acr), der kurvenförmig hin zu der Seite der Ausströmendfläche geneigt ist, aufweist; bei der Reduktionszelle das Paar von geneigten Wänden in dem ausströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich miteinander verbunden sind, um den zu bilden; und bei der Erweiterungszelle das Paar von geneigten Wänden in dem einströmseitigen, kurvenförmig geneigten Bereich miteinander verbunden sind, um das zu bilden.
Poröser Wabenfilter nach Anspruch 13, wobei bei jedem Teil aus dem aus- und dem eine Neigungsrichtung einer der geneigten Wände des Paares symmetrisch zu der Neigungsrichtung der anderen der geneigten Wände des Paares bezüglich der axialen Richtung ist.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei jede der zweiten Zellwände einen axialen Endteil (222) aufweist, und der axiale Endteil so angeordnet ist, dass dieser in der axialen Richtung weiter innen liegt als die Einströmendfläche und die Ausströmendfläche des porösen Wabenfilters.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Zellen benachbarte Zellen umfassen, die über eine der ersten Zellwände benachbart zueinander liegen, jede der benachbarten Zellen über eine der ersten Zellwände einen Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich an einer beliebigen Position in einer axialen Richtung (Z) der rohrförmigen Außenhülle aufweist, und der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich einer der benachbarten Zellen über eine der ersten Zellwände sich von dem Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich der anderen der benachbarten Zellen unterscheidet.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Zellen benachbarte Zellen umfassen, die über eine der zweiten Zellwände benachbart zueinander liegen, jede der benachbarten Zellen über eine der zweiten Zellwände einen Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich an einer beliebigen Position in einer axialen Richtung (Z) der rohrförmigen Außenhülle aufweist, und der Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich einer der benachbarten Zellen über eine der zweiten Zellwände identisch ist zu dem Gasströmungsdurchlassquerschnittsbereich der anderen der benachbarten Zellen.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die zweite Zellwand aus einem Material hergestellt ist, das pro Einheitsdicke stabiler ist als ein Material der ersten Zellwand.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die erste Zellwand und die zweite Zellwand jeweils aus einem keramischen Material hergestellt sind, dessen Hauptkomponente kristalline Cordieritphase ist.
Poröser Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner aufweisend: einen Abgasreinigungskatalysator (4), der durch die erste Zellwand und die zweite Zellwand getragen ist, wobei: der Abgasreinigungskatalysator innerhalb der ersten Zellwand getragen ist; und der Abgasreinigungskatalysator auf einer Oberfläche (228) der zweiten Zellwand getragen ist, wobei die Oberfläche dem Gasdurchfluss zugewandt ist.