DE112018003000B4

DE112018003000B4 - Abgasreinigungsfilter

Info

Publication number: DE112018003000B4
Application number: DE112018003000.8T
Authority: DE
Inventors: Mikio Ishihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: US10883401B2; US20200116059A1; JP2019002298A; DE112018003000T5; WO2018230611A1; CN110741139B; CN110741139A; JP6693477B2

Abstract

Abgasreinigungsfilter (1), aufweisend:ein Gehäuse (11);eine poröse Trennwand (12), welche das Innere des Gehäuses (11) in eine Wabengestalt aufteilt; undZellen (13), die von der Trennwand (12) umgeben sind; wobeieine Porenpfadlängenverteilung der Trennwand (12), wenn diese durch ein Häufigkeitshistogramm pro 10 µm der Porenpfadlänge der Trennwand (12) ausgedrückt wird, eine integrierte Häufigkeit von mindestens 58 % aufweist, wobei die integrierte Häufigkeit einem Maximalwert eines Wertes entspricht, der durch Aufsummieren der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen erhalten wird, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Abgasreinigungsfilter, bei dem die Porenpfadlängenverteilung einer Trennwand angepasst wurde.
Allgemeiner Stand der Technik
Das Abgas, welches von Verbrennungskraftmaschinen, wie Diesel- und Ottomotoren, und von Wärmemotoren, wie Kesseln, abgegeben wird, enthält Feststoffe, die als Partikel bezeichnet werden. Partikel werden im Folgenden geeignet als PM bezeichnet. Abgasreinigungsfilter werden zum Sammeln von PM in einem Abgas verwendet.
Die in einem Abgasreinigungsfilter gesammelten und aufgefangenen PM werden durch eine Verbrennung entfernt. Um die PM bei niedrigen Temperaturen durch eine Verbrennung zu entfernen, werden Abgasreinigungsfilter beispielsweise mit einem Katalysator aus einem Edelmetall beladen.
Abgasreinigungsfilter, welche die PM-Auffangrate erhöhen und gleichzeitig einen Druckverlust reduzieren, werden gesucht. Zu diesem Zweck ist es wichtig, die Porencharakteristik des Abgasreinigungsfilters zu steuern. Die PM-Auffangrate wird im Folgenden geeignet als Auffangrate bezeichnet, und der Druckverlust wird geeignet als Druckverlust bezeichnet.
Daher wird in PTL 1 eine keramische Wabenstruktur vorgeschlagen, bei der verschiedene Parameter, wie die Porosität, die mittlere Porengröße, gemessen durch Quecksilberporosimetrie, und die Steigung der Porengrößenverteilung, angepasst wurden. Bei einer solchen keramischen Wabenstruktur ist es möglich, den Druckverlust zu reduzieren, indem der Gaspermeabilitätskoeffizient in gewissem Ausmaß erhöht wird, und gleichzeitig die Auffangrate zu erhöhen.
Zitierungsliste
[Patentliteratur]

[PTL 1] JP 5673665 B2
[PTL 2] US 2007 / 0 033 912 A1
[PTL 3] JP 2010 - 138 770 A

Kurzfassung der Erfindung
[Technisches Problem]
Die konventionelle Anpassung der mittleren Porengröße und Porengrößenverteilung, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter oder dergleichen, reicht jedoch nicht aus, um sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate zu erreichen. Insbesondere beträgt der Bereich des Gaspermeabilitätskoeffizienten, der sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate erreichen kann, bei der vorstehend beschriebenen konventionellen keramischen Wabenstruktur etwa 0,55 bis 0,59, und das Kompromiss-Verhältnis zwischen dem Druckverlust und der Auffangrate kann nicht ausreichend überwunden werden.
Es wird angenommen, dass dies auftritt, da die Poren in der Trennwand Poren, die den Gasstrom beeinflussen, und Poren, die den Gasstrom nicht beeinflussen, umfassen. Auch wenn die offenen Poren der Trennwand auf konventionelle Weise umfassend angepasst werden, gibt es eine Grenze, inwieweit die Charakteristika bzw. Eigenschaften verbessert werden können. Daher ist es wichtig, die Poreneigenschaften zu steuern, indem man sich auf die Poren konzentriert, die den Gasstrom beeinflussen.
Wird zudem ein Katalysator auf das Grundmaterial des Abgasreinigungsfilters aufgebracht, sinkt der Gaspermeabilitätskoeffizient in der Regel und der Druckverlust steigt. Unter Berücksichtigung der durch die Katalysatorbeschichtung bedingten Abnahme des Gaspermeabilitätskoeffizienten ist es wünschenswert, dass der Gaspermeabilitätskoeffizient des Grundmaterials vor dem Aufbringen der Katalysatorbeschichtung auf mindestens 0,8 erhöht wird. Das heißt, es ist wünschenswert, durch eine weitere Erhöhung des Gaspermeabilitätskoeffizienten die Auffangrate weiter zu erhöhen und gleichzeitig den Druckverlust zu reduzieren.
Die vorliegende Offenbarung erfolgte angesichts eines solchen Problems und besitzt eine Aufgabe, einen Abgasreinigungsfilter bereitzustellen, der sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate auf einem hohen Niveau erreicht.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasreinigungsfilter, der aufweist:

ein Gehäuse;
eine poröse Trennwand, welche das Innere des Gehäuses in eine Wabengestalt aufteilt; und

Zellen, die von der Trennwand umgeben sind; wobei
eine Porenpfadlängenverteilung der Trennwand, wenn diese durch ein Häufigkeitshistogramm pro 10 µm der Porenpfadlänge der Trennwand ausgedrückt wird, eine integrierte Häufigkeit von mindestens 58 % aufweist, wobei die integrierte Häufigkeit einem Maximalwert eines Wertes entspricht, der durch Aufsummieren der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen erhalten wird, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen.
[Effekte der Erfindung]
Bei dem vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsfilter weist das Häufigkeitshistogramm pro 10 µm der Porenpfadlänge der Trennwand eine integrierte Häufigkeit von mindestens 58 % auf. Die integrierte Häufigkeit entspricht dem Maximalwert eines Wertes, der durch Aufsummieren der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen erhalten wird, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen. Insbesondere beträgt beispielsweise ein integrierter Wert, der aus insgesamt drei Peaks bzw. Spitzen einschließlich des Maximalpeaks im Häufigkeitshistogramm und den beiden benachbarten Peaks erhalten wird, mindestens 58 %. Selbst wenn der Gaspermeabilitätskoeffizient ausreichend erhöht wird, um den Druckverlust zu senken, kann die Auffangrate somit ausreichend erhöht werden. So können beispielsweise der geringe Druckverlust und die hohe Auffangrate auch dann ausreichend gehalten werden, wenn ein Katalysator auf den Abgasreinigungsfilter beschichtet bzw. aufgebracht wird.
Der Grund dafür ist wie folgt. Die Porenpfadlänge ist der kürzeste Pfad bzw. Weg zum Verbinden von Poren und kann die Strecke ersetzen, die ein Abgas innerhalb der Trennwand strömt. Mit zunehmender Porenpfadlänge nimmt der Druckverlust der Poren zu, was die Strömung des Abgases erschwert. Dies bedeutet, dass die Pore nicht wirkungsvoll genutzt wird. Das heißt, je geringer die Häufigkeit von Klassen mit einer langen Porenpfadlänge in der Porenpfadlängenverteilung ist, desto mehr verteilt sich das Gas und strömt in den Poren, die eine kurze Porenpfadlänge besitzen, und somit sinkt die Auffangrate, der Gaspermeabilitätskoeffizient nimmt zu und der Druckverlust nimmt ab. Andererseits gilt, je geringer die Häufigkeit von Klassen mit kurzer Porenpfadlänge ist, desto mehr verteilt sich das Gas und strömt in den Poren, die eine lange Porenpfadlänge besitzen, und somit verbessert sich die Auffangrate, der Gaspermeabilitätskoeffizient sinkt und der Druckverlust steigt.
In dem vorstehend beschriebenen Häufigkeitshistogramm stellen die insgesamt drei benachbarten Peaks, die den Maximalpeak umfassen, diejenigen Poren mit Porenpfadlängen dar, die für den Gasstrom verwendet werden. Eine Erhöhung der integrierten Häufigkeit dieser Poren auf mindestens 58 % erhöht die Poren in der Trennwand, durch die das Abgas tatsächlich strömt. Das heißt, die Abgasströmungsgeschwindigkeit nimmt ab, die Auffangrate wird ausreichend verbessert, und durch die wirkungsvolle Nutzung der Poren ist es möglich, den Gaspermeabilitätskoeffizienten zu verbessern und den Druckverlust ausreichend zu reduzieren.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß dem vorstehenden Aspekt möglich, einen Abgasreinigungsfilter bereitzustellen, der sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate auf einem hohen Niveau erreicht.
Die in Klammern in den Ansprüchen und in den Mitteln zur Problemlösung aufgeführten Bezugszeichen geben eine Korrespondenzbeziehung mit den in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen spezifischen Mitteln an und schränken den technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise ein.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Abgasreinigungsfilters gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht in axialer Richtung des Abgasreinigungsfilters gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Trennwand im Abgasreinigungsfilter gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine schematische Schnittansicht einer Trennwand mit Verbindungsporen und nicht verbindenden Poren gemäß der ersten Ausführungsform.
5A ist eine schematische Schnittansicht einer Trennwand mit Verbindungsporen mit einer ungleichmäßigen Porenpfadlänge, und
5B ist eine schematische Schnittansicht einer Trennwand mit Verbindungsporen mit einer gleichmäßigen Porenpfadlänge gemäß der ersten Ausführungsform.
6A ist eine Abbildung, welche einen CT-Scan einer Trennwand des Abgasreinigungsfilters zeigt, und
6B ist eine Abbildung, welche ein binarisiertes Bild des CT-Scanbildes gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Abbildung, welche ein Skelettierungsverarbeitungsbild (EN: thinning processing image) eines Porenpfades in einer Trennwand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Beispiel 1 einer zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Beispiel 2 der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Beispiel 3 der zweiten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Beispiel 4 der zweiten Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Beispiel 5 der zweiten Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Vergleichsbeispiel 1 der zweiten Ausführungsform zeigt.
15 ist ein Diagramm, welches ein Häufigkeitshistogramm einer Porenpfadlängenverteilung gemäß Vergleichsbeispiel 2 der zweiten Ausführungsform zeigt.
16 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der integrierten Häufigkeit und der Auffangrate gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
17 ist eine schematische Abbildung, welche ein Messverfahren des Gaspermeabilitätskoeffizienten des Abgasreinigungsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
18A ist eine Abbildung, welche ein verschlussbildendes Band zeigt, das an einer stromaufwärtsseitigen Endoberfläche des Abgasreinigungsfilters angebracht ist, und
18B ist eine Abbildung, welche ein verschlussbildendes Band zeigt, das an einer stromabwärtsseitigen Endoberfläche des Abgasreinigungsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform angebracht ist.
19 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel der Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer Zelle und dem Druckverlust des Abgasreinigungsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
20 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate der Abgasreinigungsfilter der Muster 1 bis 8 zeigt, die unter Verwendung von geschmolzenen Siliziumdioxid gemäß einer dritten Ausführungsform erhalten werden.
21 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate der Abgasreinigungsfilter der Muster 1 bis 8 und der Beispiele 1 bis 5 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform gemäß einem Abgasreinigungsfilter wird mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
1 ist so gezeichnet, dass ein Teil der Trennwand und Zellen zur besseren Veranschaulichung der Abbildung nicht gezeigt ist, aber in Wirklichkeit existieren die Trennwand und die Zellen. Die Trennwand wird auch allgemein als eine Zellwand bezeichnet.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist der Abgasreinigungsfilter 1 beispielsweise aus Cordierit hergestellt und weist ein Gehäuse 11, eine Trennwand 12 und Zellen 13 auf. Das Gehäuse 11 besitzt eine zylindrische Gestalt, wie eine kreisförmige zylindrische Gestalt. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass die Axialrichtung X des zylindrischen Gehäuses der Axialrichtung X des Abgasreinigungsfilters 1 entspricht. Darüber hinaus zeigen die Pfeile in 2 die Strömung eines Abgases, wenn der Abgasreinigungsfilter 1 im Strömungspfad des Abgases angeordnet ist, wie in einer Abgasleitung.
Wie in 1 und 2 dargestellt, teilt die Trennwand 12 das Innere des Gehäuses 11 auf. So ist die Trennwand 12 beispielsweise mit einer Gittergestalt versehen. Der Abgasreinigungsfilter 1 entspricht einem porösen Körper, und in der Trennwand 12 sind mehrere Poren 121 ausgebildet, wie in 3 dargestellt ist. Daher kann das im Abgas enthaltene PM auf der Oberfläche der Trennwand 12 oder innerhalb der Poren 121 abgeschieden und gesammelt werden. Die bzw. das PM stellt Feinpartikel dar, die als Fremdstoffe, Partikel und dergleichen bezeichnet werden.
Die Dicke der Trennwand 12 kann in einem Bereich von z.B. 100 bis 400 µm angepasst werden. Die Porosität des Abgasreinigungsfilters 1 kann in einem Bereich von 45 bis 75 % angepasst werden. Die mittlere Porengröße kann in einem Bereich von 5 bis 50 µm angepasst werden. Die Porosität und die mittlere Porengröße können durch das nachfolgend beschriebene Quecksilberintrusionsverfahren gemessen werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, weist der Abgasreinigungsfilter 1 mehrere Zellen 13 auf. Die Zellen 13 sind von der Trennwand 12 umschlossen bzw. umgeben, was zur Bildung von Gasströmungspfaden führt. Die Erstreckungsrichtung der Zellen 13 stimmt in der Regel mit der Axialrichtung X überein.
Wie beispielsweise in 1 dargestellt ist, entspricht die Zellengestalt in einem Filterabschnitt in der Richtung orthogonal zur Axialrichtung X einer quadratischen Gestalt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Zellengestalt kann auch einer polygonalen Gestalt, wie einer Dreiecksgestalt, einer quadratischen Gestalt oder einer hexagonalen Gestalt, entsprechen, oder diese kann kreisförmig sein. Darüber hinaus können zwei oder mehr verschiedene Arten von Gestaltungen kombiniert sein.
Der Abgasreinigungsfilter 1 entspricht beispielsweise einem säulenförmigen Körper mit einer zylindrischen Gestalt oder dergleichen, und die Dimensionen können geeignet geändert werden. Der Abgasreinigungsfilter 1 weist an beiden Enden in der Axialrichtung X eine erste Endoberfläche 14 und eine zweite Endoberfläche 15 auf. Wenn der Abgasreinigungsfilter 1 innerhalb eines Abgasströmungspfades, wie in einer Abgasleitung, platziert ist, wird die erste Endoberfläche 14 beispielsweise zur stromaufwärtsseitigen Endoberfläche und die zweite Endoberfläche 15 wird beispielsweise zur stromabwärtsseitigen Endoberfläche.
Die Zellen 13 können erste Zellen 131 und zweite Zellen 132 aufweisen. Wie in 2 dargestellt ist, sind die ersten Zellen 131 mit Bezug auf die erste Endoberfläche 14 offen und durch einen Verschluss 16 an der zweiten Endoberfläche 15 verschlossen. Die zweiten Zellen 132 sind mit Bezug auf die zweite Endoberfläche 15 offen und durch einen Verschluss 16 an der ersten Endoberfläche 14 verschlossen. Der Verschluss 16 kann beispielsweise aus einer Keramik, wie Cordierit, aber auch aus einem anderen Material ausgebildet sein.
Die ersten Zellen 131 und die zweiten Zellen 132 sind beispielsweise nebeneinander so ausgebildet, dass diese in der horizontalen Richtung senkrecht zur Axialrichtung X, und in der vertikalen Richtung, die sowohl zur Axialrichtung X als auch zur Horizontalrichtung senkrecht verläuft, nebeneinander liegen. Das heißt, wenn die erste Endoberfläche 14 oder die zweite Endoberfläche 15 des Abgasreinigungsfilters 1 aus der Axialrichtung X betrachtet werden, sind die ersten Zellen 131 und die zweiten Zellen 132 beispielsweise in einem Schachbrettmuster angeordnet.
Innerhalb der Trennwand 12 sind mehrere Poren 121 ausgebildet, wie in 3 dargestellt ist. Wie in 2 dargestellt ist, trennt die Trennwand 12 zwei benachbarte Zellen 131 und 132, und die Poren 121 innerhalb der Trennwand 12 umfassen Verbindungsporen 122, die eine Verbindung zwischen benachbarten Zellen 131 und 132 herstellen, und nicht verbindende Poren 123, die keine Verbindung herstellen, wie in 4 dargestellt. 3 und 4 sind in einer vereinfachten, zweidimensionalen Art und Weise dargestellt, und die meisten der Verbindungsporen 122 gelten als dreidimensional schneidend. 4 stellt die Poren 121 der Trennwand 12 in 3 in vereinfachter Weise dar. Gleiches gilt für die im Folgenden beschriebenen 5.
Unter den Poren 121 sind die Poren, durch die das Abgas tatsächlich strömt, dahingehend wichtig, um den Druckverlust und die Auffangrate zu beeinflussen, und die Strömungsgeschwindigkeit wird als wichtig angesehen. Wenn die Größe der Gasströmungsgeschwindigkeit, die von den Oberflächenöffnungen 125 in die Poren 121 strömt, bekannt ist, wird davon ausgegangen, dass es möglich ist, die Poren zu identifizieren, die zur Druckverlust- und Auffangratenleistung beitragen, und die Poren, die nicht dazu beitragen. Daher wird davon ausgegangen, dass durch eine Verbesserung der Porenverteilung eine Reduktion des Druckverlustes und eine Verbesserung der Auffangrate realisiert werden kann. Insbesondere können folgende Punkte berücksichtigt werden.
Die durch die Poren 121 strömende Gasströmungsgeschwindigkeit ist abhängig von den Verbindungsporen 122. Falls die Porenpfadlänge lang ist, wie für die in 5A dargestellte Verbindungspore 122a dargestellt, wird der Druckverlust in der Verbindungspore 122a hoch, und daher wird es für das Gas schwierig, zu strömen. Das heißt, die Gasströmungsgeschwindigkeit nimmt durch eine Reduktion der Gasströmungsrate ab. Daher wird die Verbindungspore 122a nicht wirkungsvoll genutzt.
Falls die Porenpfadlänge andererseits relativ kurz ist, wie für die in 5A dargestellten Verbindungsporen 122b und 122c dargestellt, wird der Druckverlust in den Verbindungsporen 122b und 122c gering, und somit konzentriert sich die Gasströmung in den Verbindungsporen 122b und 122c. Das heißt, die Gasströmungsgeschwindigkeit nimmt durch eine Erhöhung der Gasströmungsrate relativ zu der anderen Verbindungspore 122a zu. Die Auffangrate nimmt ab, wenn die Gasströmungsgeschwindigkeit steigt.
Im Allgemeinen erfüllen die Strömungsgeschwindigkeit V, die Strömungsrate Q und die Porenquerschnittsfläche A die Beziehung V = Q/A. In einer Trennwand 12 mit den in 5A dargestellten Porenpfaden wird die Strömungsgeschwindigkeit V zu Q/2, wenn die Porenquerschnittsfläche als 1 angenommen wird, da die Verbindungspore 122a nicht wirkungsvoll genutzt wird.
Andererseits wird in einer Trennwand 12 mit den in 5B dargestellten Porenpfaden die Strömungsgeschwindigkeit V zu Q/3, da alle Verbindungsporen 122b wirkungsvoll genutzt werden. Das heißt, die Trennwand 12 mit den in 5B dargestellten Porenpfaden weist eine geringere Strömungsgeschwindigkeit auf als die in 5A dargestellte Trennwand 12.
Mit anderen Worten, wenn die Häufigkeitsverteilung der Porenpfadlängen breit wird, steigt die Strömungsgeschwindigkeit. Wenn die Häufigkeitsverteilung der Porenpfadlängen andererseits spitz wird, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab. Das heißt, die Leistung verbessert sich, wenn die Pfadlängenverteilung spitz wird.
Bei der Messung der Porenpfadlängenverteilung wird die Porenpfadlänge für die Poren 121 nacheinander berechnet, und in den Fällen, in denen eine Überschneidung einer Pore 121 vorliegt, wird es wichtig, die Häufigkeitsverteilung der Porenpfadlängen durch Auswahl der kürzeren Pfadlänge zu berechnen, was den Druckverlust verringert. Beispielsweise bei einer Messung der Porengrößenverteilung unter Verwendung eines Quecksilberporosimeters ist es jedoch nicht möglich, die Porenpfadlänge zu messen oder die Pfadlänge auszuwählen, wenn sich die Poren 121 schneiden. Infolgedessen weist eine mit einem Quecksilberporosimeter erhaltene Porengrößenverteilung eine unklare Größenbeziehung mit Bezug auf die Gasströmungsgeschwindigkeit auf, so dass die vorstehend beschriebene Häufigkeitsverteilung nicht analysiert werden kann.
Daher kann eine Skelettierungsverarbeitung der Poren 121 in der Trennwand 12 unter Verwendung von Bilddaten durchgeführt werden, die mittels eines CT-Scans dreidimensional analysiert werden. Anschließend können unter Verwendung einer Bildanalysesoftware die Zieldaten durch das Durchführen einer Verarbeitung berechnet werden, welche die kürzere Pfadlänge für diese Poren 121 wählt, die sich innerhalb der Trennwand 12 schneiden. Die Messmethode wird im Folgenden vorgestellt.
Zunächst wird, wie in 6A dargestellt ist, ein CT-Scanbild der Trennwand 12 des Abgasreinigungsfilters gemessen. Als die CT-Scanvorrichtung kommt ein Xradia 520 Versa von Zeiss zum Einsatz. Die Messbedingungen entsprechen einer Aufnahmespannung von 80 kV und einem Aufnahmestrom von 87 µmA. Die Auflösung des aufgenommenen Bildes beträgt 1,6 µm/Pixel.
Wie in 6A dargestellt ist, wird das aufgenommene Bild auf eine beliebige Größe zugeschnitten. Die Größe eines Analysebildes im folgenden Beispiel beträgt 500 µm × 500 µm × Dicke der Trennwand 12.
Anschließend wird die Binarisierungsverarbeitung durchgeführt. Für die Durchführung der Binarisierungsverarbeitung wird die Bildanalysesoftware ImageJ Version 1.46 verwendet. Die Binarisierung hat das Ziel, die Porenabschnitte und die Keramikabschnitte in der Trennwand zu klassifizieren. Bei der Binarisierungsverarbeitung wird die Binarisierungsverarbeitung nach dem Entfernen des im aufgenommenen Bild verbleibenden Rauschens und dem Einstellen einer beliebigen Schwelle durchgeführt, da es einen Helligkeitsunterschied zwischen den Porenabschnitten und den Keramikabschnitten gibt. Da die Schwelle zwischen Mustern bzw. Proben unterschiedlich ist, wird für jedes aufgenommene Bild eine Schwelle festgelegt, welche die Porenabschnitte und die Keramikabschnitte ermöglicht, während das gesamte vom CT-Scan aufgenommene Bild visuell überprüft wird. Das aufgenommene Bild nach der Binarisierungsverarbeitung ist in 6B gezeigt. In 6B stellen die schwarzen Bereiche Poren dar und die grauen Bereiche stellen die Keramik dar.
Anschließend werden die Pfadlängen der Poren 121 basierend auf dem aufgenommenen Bild nach der Binarisierungsverarbeitung gemessen. Die Porenpfadlängenmessung erfolgt mit IGORL Version 6.0.3.1 von Hulinks Inc. Zunächst wird die Skelettierungsverarbeitung mit Bezug auf die Poren 121 im aufgenommenen Bild durchgeführt. Ein Beispiel für ein Ergebnis der Skelettierungsverarbeitung ist in 7 gezeigt. Wie in 7 dargestellt ist, stellt die Skelettierungsverarbeitung den Prozess zum Verbinden der Pixelmitten der Poren 121 mit Linien dar.
Basierend auf dem in 7 dargestellten Bild nach der Skelettierungsverarbeitung wird für eine Trennwand 12, die benachbarte Zellen trennt, die Pfadlänge berechnet, indem die Anzahl von Pixeln angenommen wird, die benötigt werden, um von einer Trennwandoberfläche 12a, die einer der Zellen 131 zugewandt ist, zu der Trennwandoberfläche 12b, die der anderen Zelle 131 zugewandt ist, quer verlaufend zu gelangen (siehe 2). In einem Fall, in dem in dem Porenpfad Schnitt- bzw. Kreuzungsbereiche vorhanden sind, wie die in 7 durch gestrichelte Linien eingeschlossenen Bereiche, wird die kürzere Pfadlänge ausgewählt. Das heißt, die Verarbeitung erfolgt unter der Annahme, dass die Anzahl von Poren 121, die auf der Trennwandoberfläche 12b offen sind, und die Anzahl von Pfaden gleich sind. In einer dreidimensionalen Analyse wird die Gesamtpfadlänge für jede Pore 121 zum Erreichen der Trennwandoberfläche 12b von der Trennwandoberfläche 12a berechnet.
Die Darstellung in 7 weist drei Porenpfadlängen auf, und die jeweiligen Pfadlängen, ausgedrückt in Pixelzahlen, betragen von links 52, 51 und 47. Die tatsächliche Porenpfadlänge, basierend auf der Auflösung des aufgenommenen Bildes von 1,6 µm/Pixel, wird berechnet, indem die Pfadlängen in Pixelzahlen mit 1,6 multipliziert werden. 7 stellt ein Beispiel für ein Skelettierungsverarbeitungsbild dar, welches sich von der Dicke einer tatsächlichen Trennwand unterscheidet.
Als ein Ergebnis der oben beschriebenen Messung der Porenpfadlängen der Trennwand 12 wird eine Porenpfadlängenverteilung, das heißt, ein Häufigkeitshistogramm, erhalten. Die Porenpfadlängenverteilung wird durch Berechnen einer Häufigkeit (%) für alle der berechneten Porenpfadlängen in einem Histogramm erhalten. Das Häufigkeitshistogramm wird durch ein Balkendiagramm der Daten dargestellt, nachdem die Porenpfadlängen in 10 µm Klassen unterteilt wurden.
Der Grund für die oben beschriebene Aufteilung der Porenpfadlängen der Trennwand 12 in 10 µm Klassen liegt darin, dass der Porengröße entsprechende Teilungen, welche die kleinste Einheit der Porenpfadlänge darstellt, vorzuziehen sind. Obwohl Poren mit unterschiedlichen Porengrößen, z.B. von 1 bis 100 µm, innerhalb der Trennwand 12 existieren, besitzt ferner ein großer Teil dieser Poren eine Porengröße von 10 bis 20 µm. Es wird erachtet, dass dies daran liegt, dass die Porengröße von der Partikelgröße eines Siliziumdioxid-Rohmaterials abgeleitet ist, das als ein porenbildendes Material dient. Durch die Aufteilung des Histogrammintervalls alle 10 µm werden daher die Porenpfadlängen als genau getrennt betrachtet.
Wenn beispielsweise die Dicke der Trennwand 12 gleich 200 µm ist, beginnt die Porenpfadlänge bei 200 µm. Anschließend wird die Gesamtzahl der Pfadlängen von mindestens 200 µm, jedoch weniger als 210 µm gezählt. Anschließend wird alle 10 µm die Gesamtzahl der Pfadlängen gezählt. Dann wird die Häufigkeit jeder Pfadlänge berechnet, indem jede Zählzahl durch die Gesamtzahl dividiert und dann der erhaltene Wert in Prozent ausgedrückt wird.
8 zeigt ein Beispiel für ein Häufigkeitshistogramm, das die Porenpfadlängenverteilung einer Trennwand 12 zeigt. Die integrierte Häufigkeit, welche dem Maximalwert eines Wertes entspricht, der durch Aufsummierung der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen erhalten wird, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen, wird basierend auf dem Häufigkeitshistogramm berechnet. Wie in 8 gezeigt ist, wird beim Vorliegen einer maximalen Spitzenhäufigkeit eine integrierte Häufigkeit berechnet, indem die maximale Spitzenhäufigkeit der Porenpfadlängen und die Häufigkeiten der beiden an die maximale Spitzenhäufigkeit angrenzenden Klassen aufsummiert werden. Insbesondere wird beispielsweise der Gesamtwert der drei Häufigkeiten berechnet, wie durch die in 8 dargestellten Pfeile dargestellt. Obwohl nicht gezeigt, kann beim Vorliegen von zwei oder mehr maximalen Spitzenhäufigkeiten im Häufigkeitshistogramm der Gesamtwert so gewählt werden, dass die Summe der Häufigkeiten von drei benachbarten Klassen, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen, maximiert wird. Obwohl in diesem Fall die integrierte Häufigkeit eine Mehrzahl von maximalen Spitzenhäufigkeiten umfassen kann, verbleibt ein Gesamtwert von drei Klassen.
Bei dem Abgasreinigungsfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die vorstehend beschriebene integrierte Häufigkeit auf zumindest einen vorbestimmten Wert im Häufigkeitshistogramm pro 10 µm der Porenpfadlänge der Trennwand 12 erhöht. Folglich kann beispielsweise selbst dann, wenn der Gaspermeabilitätskoeffizient auf mindestens 0,8 × 10^-12 m² erhöht ist, um den Druckverlust ausreichend zu senken, die PM-Auffangrate ausreichend erhöht werden. Daher können beispielsweise ein niedriger Druckverlust und eine hohe Auffangrate auch dann ausreichend gehalten werden, wenn ein Katalysator auf den Abgasreinigungsfilter 1 aufgebracht ist. Der Grund dafür wird wie folgt betrachtet.
Wie in 7 dargestellt ist, entspricht die Porenpfadlänge dem kürzesten Pfad zum Verbinden von Poren, und diese kann die Strecke eines Abgasstroms innerhalb der Trennwand 12 ersetzen. Mit zunehmender Porenpfadlänge nimmt der Druckverlust der Poren zu, was die Strömung des Abgases erschwert. Das heißt, die Poren 121 mit langen Pfadlängen werden nicht wirkungsvoll genutzt.
Darüber hinaus konzentriert sich der Gasstrom in den Poren 121 mit kurzen Porenpfadlängen, wenn die Häufigkeiten in der Porenpfadlängenverteilung abnehmen. Daher nimmt die PM-Auffangrate im Abgasreinigungsfilter 1 ab, der Gaspermeabilitätskoeffizient nimmt ab und der Druckverlust steigt.
In dem in 8 dargestellten Häufigkeitshistogramm entsprechen der maximale Peak und die beiden benachbarten Peaks Poren 121 mit Porenpfadlängen, die für die Gasströmung verwendet werden. Eine Erhöhung der integrierten Häufigkeit dieser Poren 121 erhöht die Poren 121 bzw. deren Anzahl in der Trennwand 12, durch die das Abgas tatsächlich strömt. Das heißt, die Abgasströmungsgeschwindigkeit nimmt ab, die Auffangrate wird ausreichend verbessert, und da die Poren 121 wirkungsvoll genutzt werden, ist es möglich, den Gaspermeabilitätskoeffizienten zu verbessern und den Druckverlust wie oben beschrieben ausreichend zu reduzieren.
Wie in der unten beschriebenen zweiten Ausführungsform gezeigt ist, ist es vorzuziehen, dass die integrierte Häufigkeit mindestens 58 % beträgt. Dadurch ist der Abgasreinigungsfilter 1 in der Lage, einen geringen Druckverlust und eine hohe Auffangrate auf hohem Niveau zu erreichen. Aus der Perspektive, ein noch höheres Niveau zu erreichen, ist es vorzuziehen, dass die integrierte Häufigkeit mindestens 70 % beträgt.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren des Abgasreinigungsfilters 1 beschrieben. Der Abgasreinigungsfilter 1 ist beispielsweise hauptsächlich aus Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung aus SiO₂: 45 bis 55 Gew.-%; Al₂O₃: 33 bis 42 Gew.-%; und MgO: 12 bis 18 Gew.-% aufgebaut. Daher wird bei der Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 ein Cordieritrohmaterial verwendet, das eine Si-Quelle, eine Al-Quelle und eine Mg-Quelle umfasst, so dass eine Cordieritzusammensetzung gebildet wird.
Das Cordieritrohmaterial entspricht einem Rohmaterial, das beim Sintern eine Cordieritzusammensetzung bilden kann. Als das Cordieritrohmaterial wird ein Gemisch verwendet, in dem Siliziumdioxid, Talk, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Kaolin und dergleichen geeignet gemischt sind. Es ist vorzuziehen, poröses Siliziumdioxid als das Siliziumdioxid zu verwenden. Darüber hinaus ist es aus Sicht der Fähigkeit, die Porosität zu erhöhen, vorzuziehen, Aluminiumhydroxid als die Al-Quelle zu verwenden.
Bei der Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 werden Wasser, Bindemittel, Schmieröl, porenbildende Materialien bzw. Porenbildner und dergleichen mit dem Cordieritrohmaterial geeignet vermischt, um einen das Cordieritrohmaterial enthaltenden Ton herzustellen. Für das Durchführen des Mischens kann eine Knetvorrichtung verwendet werden. Dann wird der Ton beispielsweise im Extrusionsverfahren in eine Wabengestalt geformt. Der Formartikel besteht aus dem Ton und wird nach dem Trocknen beispielsweise auf eine vorbetimmte Länge geschnitten.
Anschließend wird der Formartikel gesintert. Dadurch wird ein Sinterkörper mit einer Wabenstruktur erhalten. Obwohl nicht gezeigt, weist der wabenstrukturierte Sinterkörper eine Konfiguration äquivalent zu dem in 1 und 2 dargestellten Abgasreinigungsfilter auf, mit dem Unterschied, dass kein Verschluss ausgebildet wurde.
Anschließend wird ein Verschluss 16 gebildet. Der Verschluss 16 wird gebildet, indem die erste Endoberfläche 14 oder die zweite Endoberfläche 15 der Zellen 13 mittels eines Spenders oder durch Drucken oder dergleichen unter Verwendung einer Aufschlämmung, welche die gleiche Art von keramischem Rohmaterial wie der Sinterkörper enthält, gefüllt wird und anschließend ein Sintern durchgeführt wird. Das Verfahren zum Bilden des Verschlusses 16 ist nicht in besonderer Art und Weise beschränkt und es kann auch ein anderes Verfahren verwendet werden. Darüber hinaus kann vor dem Sintern ein Verschluss in dem Formartikel gebildet werden, und das Sintern des Formartikels und des Verschlusses kann gleichzeitig mit einem einzigen Sintervorgang erfolgen.
Der Abgasreinigungsfilter kann wie oben beschrieben hergestellt werden. Die integrierte Häufigkeit der Porenpfadlängenverteilung im Abgasreinigungsfilter 1 wird wie oben beschrieben auf mindestens einen vorbestimmten Wert angepasst. Dadurch ist es möglich, einen Abgasreinigungsfilter 1 bereitzustellen, der sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate auf hohem Niveau erreicht.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden eine Mehrzahl von porösen Filtern mit unterschiedlichen Porenpfadlängenverteilungen hergestellt und deren Leistung vergleichend bewertet. Von den in der zweiten und nachfolgenden Ausführungsformen verwendeten Bezugszeichen stellen die gleichen Bezugszeichen wie die in früheren Ausführungsformen verwendeten Bezugszeichen, sofern nicht anders angegeben, die gleichen Komponenten wie diese in früheren Ausführungsformen dar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden sieben Arten von Abgasreinigungsfiltern 1 mit unterschiedlichen Porenpfadlängenverteilungen hergestellt. Diese Abgasreinigungsfilter 1 werden entsprechend als Beispiele 1 bis 5, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 bezeichnet. Abgesehen von unterschiedlichen Porenpfadlängenverteilungen weisen diese die gleichen Konfigurationen untereinander auf und sind mit der gleichen Konfiguration wie der Abgasreinigungsfilter 1 der ersten Ausführungsform vorgesehen. Zunächst wird das Herstellungsverfahren der Abgasreinigungsfilter beschrieben.
Die Abgasreinigungsfilter 1 der Beispiele 1 bis 5 wurden durch Vorbereiten von Cordieritrohmaterialien durch geeignetes Mischen von porösem Siliziumdioxid, Talk und Aluminiumhydroxid, wie in Tabelle 1 gezeigt, hergestellt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wies das verwendete Aluminiumhydroxid entweder eine mittlere Partikelgröße von 5 µm oder eine Kombination von mittleren Partikelgrößen von 3 µm und 8 µm auf.
Andererseits wurden die Abgasreinigungsfilter des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 unter Verwendung von geschmolzenem Siliziumdioxid bzw. Quarzglas anstelle von porösem Siliziumdioxid und Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 8 µm hergestellt, wie in Tabelle 2 gezeigt. In der vorliegenden Spezifikation bezieht sich „mittlere Partikelgröße“ auf die Partikelgröße bei einem volumenintegrierten Wert von 50 % in einer Partikelgrößenverteilung, die durch das Laserbeugungs-/Streuverfahren erhalten wird.

Wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt ist, wurde dem Cordieritrohmaterial ein porenbildendes Material aus Graphit, Wasser, Schmieröl und einem Bindemittel aus Methylcellulose geeignet zugegeben. Aus diesen gemischten Rohmaterialien wurde ein Ton hergestellt, ein Formen des Tons erfolgte in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform, und die Abgasreinigungsfilter wurden nach dem Sintern und der Ausbildung eines Verschlusses erhalten. [Tabelle 1]

	Beispiel 1		Beispiel 2		Beispiel 3		Beispiel 4		Beispiel 5
	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew-.%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew-.%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew-.%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew-.%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew-.%)
Poröses Siliziumoxid	21	20,5	16	20,5	21	20,5	16	20,5	21	20,5
Talk	35	35,3	14	35,3	20	35,3	20	35,3	35	35,3
Aluminumhydroxid	5	44,2	3	13,3	3	13,3	3	22,1	5	44,2
Aluminumhydroxid	-	0	8	30,9	8	30,9	8	22,1	-	0
Methylcellulose	-	9	-	9	-	9	-	9	-	9
Graphit	25	20	-	0	-	0	-	0	-	0
Schmieröl	-	5,5	-	5.5	-	5,5	-	5,5	-	5,5
Wasser	-	46	-	34	-	34	-	66	-	45

[Tabelle 2]

	Vergleichsbeispiel 1		Vergleichsbeispiel 2
	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	Mischungsverhältnis (Gew.-%)
Quarzglas	30	19,4	45	19,4
Talk	35	35,4	40	35,4
Aluminumhydroxid	8	45,2	8	45,2
Methylcellulose	-	9	-	9
Graphit	25	20	25	20
Schmieröl	-	5,5	-	5,5
Wasser	-	34	-	34

Wie bei der ersten Ausführungsform wurde mit Bezug auf jeden der Abgasreinigungsfilter 1 ein Häufigkeitshistogramm der Porenpfadlängen gemessen. Die Ergebnisse sind jeweils in Tabelle 3 und 9 bis 15 gezeigt. [Tabelle 3]

PfadLänge (µm)	Häufigkeit (%)
PfadLänge (µm)	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5
190	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
200	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
210	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
220	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
230	0,4	0,0	0,0	0,3	0,0	0,0	0,0
240	2,1	0,0	0,0	2,1	0,1	0,3	0,0
250	5,8	0,0	0,0	8,4	0,2	3,0	0,1
260	7,7	0,1	0,0	23,6	0,9	12,0	2,5
270	12,6	1,0	0,3	34,3	5,4	24,8	9,5
280	17,4	3,6	2,0	25,1	13,5	32,1	21,9
290	19,6	5,1	4,3	5,5	24,4	17,7	22,9
300	12,0	6,4	8,2	0,7	26,5	7,3	18,3
310	7,2	9,2	17,3	0,0	19,7	2,2	12,0
320	6,1	15,7	21,7	0,0	6,8	0,5	7,9
330	4,3	12,6	19,0	0,0	1,9	0,1	2,3
340	2,5	9,7	14,1	0,0	0,5	0,0	1,3
350	1,4	8,0	6,9	0,0	0,2	0,0	0,8
360	0,6	6,5	2,8	0,0	0,0	0,0	0,4
370	0,3	5,2	2,2	0,0	0,0	0,0	0,1
380	0,0	4,4	0,8	0,0	0,0	0,0	0,1
390	0,0	3,9	0,4	0,0	0,0	0,0	0,0
400	0,0	3,2	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
410	0,0	1,4	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
420	0,0	1,7	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
430	0,0	0,8	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
440	0,0	0,7	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
450	0,0	0,8	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0

Für jedes der Häufigkeitshistogramme wurde eine integrierte Häufigkeit auf die gleiche Art und Weise berechnet wie bei der ersten Ausführungsform, indem die maximale Spitzenhäufigkeit der Porenpfadlängen und die Häufigkeiten der beiden an die maximale Spitzenhäufigkeit angrenzenden Klassen aufsummiert wurden. Das heißt, der Maximalwert von Werten, die durch Aufsummierung der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen im Häufigkeitshistogramm erhalten wurden, wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Darüber hinaus wurden für jeden der Abgasreinigungsfilter die PM-Auffangrate, der Gaspermeabilitätskoeffizient, die mittlere Porengröße (µm) und die Porosität (%) wie folgt gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
<PM-Auffangrate>
Der Abgasreinigungsfilter 1 wurde im Inneren des Abgasrohrs eines Otto-Direkteinspritzmotors angebracht und ein PM-haltiges Abgas wurde durch den Abgasreinigungsfilter 1 geleitet. Zu dieser Zeit wurde die PM-Auffangrate berechnet, indem die PM-Zahl im Abgas vor dem Einströmen in den Abgasreinigungsfilter und die PM-Zahl in dem von dem Abgasreinigungsfilter ausströmenden Abgas gemessen wurde. Die Messbedingungen entsprachen einer Temperatur von 450 °C und einer Abgasströmungsrate von 2,76 m³/min. Die Größe des bei der Messung verwendeten Filters hatte einen Durchmesser von 132 mm, eine Axialrichtungslänge von 100 mm und eine Trennwanddicke von 200 µm. Die Messung wurde für einen Ausgangszustand durchgeführt, in dem PM im Filter nicht abgeschieden war. Die Messung der PM-Zahl erfolgte unter Verwendung eines PM-Partikelzählers. Die Beziehung zwischen der PM-Auffangrate und der vorstehend beschriebenen integrierten Häufigkeit der Porenpfadlängenverteilung ist in 16 gezeigt.
<Gaspermeabilitätskoeffizient>
Zunächst wurde für jedes Beispiel und Vergleichsbeispiel ein Abgasreinigungsfilter vorbereitet, ohne dass ein Verschluss ausgebildet war. Das heißt, es wurden Abgasreinigungsfilter ohne Verschluss an einer Endoberfläche und mit Zellen, die an beiden Endoberflächen offen sind, vorbereitet. Die Messung des Gaspermeabilitätskoeffizienten verwendete einen Abgasreinigungsfilter mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 30 mm, einer Axialrichtungslänge von 25 mm und einer Trennwanddicke von 200 µm. Ein solcher Abgasreinigungsfilter mit einer Außendimension, die kleiner ist als diese eines tatsächlichen Produkts, das für den Einsatz an Bord oder dergleichen verwendet wird, kann durch Ausschneiden eines Filters mit den gewünschten Dimensionen bzw. Abmessungen aus einem tatsächlichen Produkt erhalten werden. So kann beispielsweise nach dem Ausschneiden das Gehäuse des Filters durch Zementieren gebildet werden.
Anschließend wurden, wie in 17 dargestellt ist, Polyesterbänder 161 und 162 an beiden Endoberflächen 14 und 15 in der Axialrichtung X des Abgasreinigungsfilters 1 angebracht. Anschließend wurden die Polyesterbänder 161 und 162 beispielsweise unter Verwendung eines Lötkolbens teilweise entfernt, so dass abwechselnde Verschlüsse äquivalent zu diesen der ersten Ausführungsform durch die Polyesterbänder 161 und 162 ausgebildet wurden.
Auf diese Art und Weise weist die erste Endoberfläche 14, welche der stromaufwärtsseitigen Endoberfläche entspricht, Zellen 13 auf, die offen sind, und die verbleibenden Zellen 13 sind durch einen Verschluss 16 aus dem Band 161 verschlossen. Andererseits weist, wie in 18B dargestellt ist, die zweite Endoberfläche 15, welche der stromabwärtsseitigen Endoberfläche entspricht, 25 offene Zellen 13 auf, und die verbleibenden Zellen 13 sind durch einen Verschluss 16 aus dem Band 162 verschlossen. Das heißt, es wurde ein Verschluss 16 aus Polyesterband anstelle eines Verschlusses aus Keramik, wie bei der ersten Ausführungsform, ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde bei der Messung des Gaspermeabilitätskoeffizienten ein Filter verwendet, bei dem der Verschluss 16 unter Verwendung der Polyesterbändern 161 und 162 gebildet ist, es kann jedoch ebenfalls ein äquivalentes bzw. gleichwertiges Ergebnis erzielt werden, falls ein mit einem Verschluss aus Keramik gebildeter Filter, wie in der ersten Ausführungsform, verwendet wird.
Anschließend wurde, wie in 17 dargestellt ist, Gas von der ersten Endoberfläche 14 jedes Abgasreinigungsfilters 1 hin zur zweiten Endoberfläche 15 geleitet und die Beziehung zwischen der Gasströmungsgeschwindigkeit und dem Druckverlust wurde unter Verwendung eines Perm-Porometers 100 gemessen. Der Druckverlust wurde insbesondere bei Änderung der Strömungsgeschwindigkeit gemessen. Der Pfeil in 17 gibt die Gasströmungsrichtung an. Als das Perm-Porometer 100 wurde ein CEP-1100AXSHJ von Porous Materials Inc. verwendet. Ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Gasströmungsgeschwindigkeit und dem Druckverlust ist in 19 gezeigt. Die in 19 dargestellten Punkte zeigen tatsächliche Messwerte an, die unter Verwendung des Perm-Porometers 100 erhalten wurden, und die gestrichelte Linie stellt berechnete Werte dar, die unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Ausdrücke (i) bis (viii) erhalten wurden. Die Ausdrücke (i) bis (viii) werden im Folgenden beschrieben.
Der Druckverlust des Filters, ΔP (Einheit: Pa); die Summe des Kondensationsdruckverlusts ΔP_inlet, wenn Gas in die Zellen 13 einströmt, und des Expansionsdruckverlusts ΔP_exit, wenn Gas aus den Zellen 13 ausströmt, ΔP_inlet/exit (Einheit: Pa); der Druckverlust, der sich dadurch ergibt, dass Gas durch das Innere der Zellen 13 läuft, ΔP_channel (Einheit: Pa); und der Druckverlust, der sich dadurch ergibt, dass Gas die Trennwand durchläuft, ΔP_wall (Einheit: Pa); erfüllen die folgende Beziehung in Ausdruck (i). $Δ P = Δ P_{inlet/exit} + Δ P_{channel} + Δ P_{wall}$
Darüber hinaus erfüllen ΔP_inlet/exit; die Öffnungsfläche der Zellen, A_open (Einheit: m²); die Öffnungsfläche der Zellen auf der ersten Endoberfläche, welche als die Gaseinlass-Endoberfläche dient, A_in (Einheit: m²); die Gasströmungsgeschwindigkeit innerhalb der Zellen, V_channel (Einheit: m/s); und die Luftdichte, p (Einheit: kg/m³); die Beziehung im nachstehenden Ausdruck (ii).
[Gleichung 1] $Δ P_{inlet/exit} = {(1 - \frac{A_{open}}{A_{in}})}^{2} \cdot \frac{1}{2} ρ V^{2}_{channel} + {(0.04 - (\frac{1}{0.582 + \frac{0.0418}{1.1 - {(\frac{A_{open}}{A_{in}})}^{- 0.5}}}))}^{2} \cdot \frac{1}{2} ρ V^{2}_{channel}$
Darüber hinaus erfüllen ΔP_channel+ΔP_wall; der Gaspermeabilitätskoeffizient, k (Einheit: m²); die Axialrichtungslänge des Abgasreinigungsfilters, L (Einheit: m); der hydraulische Zelldurchmesser, a₁ (Einheit: m); die Trennwanddicke, w (Einheit: m); der Reibungskoeffizient innerhalb der Zelle, F (Einheit: einheitslos); die Reynoldszahl (Einheit: einheitslos); die Gasviskosität, µ (Einheit: Pa·s); und die Gasströmungsgeschwindigkeit innerhalb der Zelle, V_channel (Einheit: m/s); die Beziehungen in Ausdruck (iii) bis Ausdruck (viii) unten. In Ausdruck (iii) entspricht e der Exponentialfunktion, exp.
[Gleichung 2] $Δ P_{channel} + Δ P_{wall} = {\frac{(e^{g 1} + 1) (e^{g 2} + 1) (g_{2} - g_{1})}{4 (e^{g 2} - e^{g 1})} + \frac{A_{2}}{2}} \cdot \frac{μ V_{channel} a_{1} w}{4 Lk}$

[Gleichung 3] $g_{1} = A_{1} - \sqrt{A_{1}^{2} + 2 A_{2}}$

[Gleichung 4] $g_{2} = A_{1} + \sqrt{A_{1}^{2} + 2 A_{2}}$

[Gleichung 5] $A_{1} = \frac{k}{a_{1} w} \frac{4 L}{a_{1}} Re$

[Gleichung 6] $A_{2} = \frac{4 Fk}{a_{1} w} {(\frac{L}{a_{1}})}^{2}$

[Gleichung 7] $Re = \frac{ρ V_{channel} a_{1}}{μ}$
Die Druckverlustwerte wurden basierend auf den vorstehenden Ausdrücken (i) bis (viii) berechnet. Das Ergebnis ist als die gestrichelte Linie in 19 gezeigt. Das heißt, die gestrichelte Linie stellt die durch Berechnungen erhaltenen Druckverlustwerte dar. Wie aus den Ausdrücken (i) bis (viii) ersichtlich ist, wird mit Ausnahme des Gaspermeabilitätskoeffizienten k der Druckverlustwert durch eine Messung der Filterlänge L, der Öffnungsfläche der Zellen A_open, des hydraulischen Durchmessers a₁ und der Trennwanddicke w berechnet, und dieser Wert ändert sich auch bei Änderung der Gasströmungsgeschwindigkeit nicht. Daher kann die durch die in 19 dargestellte gestrichelte Linie dargestellte Beziehung durch Eingabe eines beliebigen Wertes für den Gaspermeabilitätskoeffizienten hergeleitet werden.
Wird beispielsweise ein großer Wert für den Gaspermeabilitätskoeffizienten eingegeben, wird der Druckverlustwert kleiner als der tatsächliche Messwert, und der durch die gestrichelte Linie angezeigte berechnete Wert fällt unter den tatsächlichen Messwert. Wird hingegen ein kleiner Wert für den Gaspermeabilitätskoeffizienten eingegeben, überschreitet der durch die gestrichelte Linie angezeigte berechnete Wert den tatsächlichen Messwert. Um den berechneten Wert so nah wie möglich an den tatsächlichen Messwert anzunähern, wurde daher der Gaspermeabilitätskoeffizient k nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet, so dass die Differenz zwischen dem berechneten Wert und dem tatsächlichen Messwert minimiert wurde. Dieser berechnete Wert entspricht dem Gaspermeabilitätskoeffizienten k in der vorliegenden Spezifikation. Das heißt, der Gaspermeabilitätskoeffizient k ist ein Wert, der durch Rückrechnung des Gaspermeabilitätskoeffizienten aus den tatsächlichen Messwerten des mit einem Perm-Porometer gemessenen Druckverlustes unter Verwendung der Ausdrücke (i) bis (viii) erhalten wird.
<Mittlere Porengröße und Porosität>
Die mittlere Porengröße und die Porosität wurden mit einem Quecksilberporosimeter unter Verwendung der Prinzipien des Quecksilberintrusionsverfahrens gemessen. Das AutoPore IV 9500 von Shimadzu Corp. wurde als das Quecksilberporosimeter verwendet. Die Messbedingungen waren wie folgt.
Zunächst wurde ein Prüfkörper aus dem Filter herausgeschnitten. Der Prüfkörper hatte eine rechteckige Parallelepiped-Gestalt mit Axialrichtungs- und Orthogonalrichtungsdimensionen von Höhe 15 mm × Breite 15 mm und einer Axialrichtungslänge von 20 mm. Anschließend wurde der Prüfkörper in der Messzelle des Quecksilberporosimeters aufgenommen und der Druck in der Messzelle wurde reduziert. Dann wurde Quecksilber eingeführt und innerhalb der Messzelle unter Druck gesetzt, und die Porosität und das Porenvolumen wurden aus dem Druck zu der Zeit der Druckbeaufschlagung und dem Volumen des in die Poren des Prüfkörpers eingebrachten Quecksilbers gemessen.

Die Messung wurde über einen Druckbereich von 0,5 bis 20.000 psia durchgeführt. Zu beachten ist, dass 0,5 psia 0,35×10^-3 kg/mm² entspricht und 20.000 psia 14 kg/mm² entspricht. Der Bereich der diesem Druckbereich entsprechenden Porengrößen entspricht 0,01 bis 420 µm. Ein Kontaktwinkel von 140° und eine Oberflächenspannung von 480 dyn/cm wurden als Konstanten bei der Berechnung der Porengröße aus dem Druck verwendet. Die mittlere Porengröße bezieht sich auf die Porengröße bei einem integrierten Porenvolumenwert von 50 %. Die Porosität wurde nach dem folgenden Beziehungsausdruck berechnet. Die tatsächliche spezifische Dichte von Cordierit beträgt 2,52.

\begin{array}{l} Porosit \ddot{a} t (%) = Gesamtporenvolumen/ (Gesamtporenvolumen + 1 /tats \ddot{a} chliche \\ spezifische Dichte von Cordierit) \times 100 \end{array}

[Tabelle 4]

Beispiel, VergleichsBeispiel Nr..	Integrierte Häufigkeit (%) bei drei Peaks in der Porenpfadlängenverteilung (Histogramm)	Auffangrate (%)	Gaspermeabilitätskoeffizient (×10^-12m²)	Mittlere Porengröße (µm)	Porosität (%)
Vergleichsbeispiel 1	49,0	56	0,85	25	59
Vergleichsbeispiel 2	37,4	54	1,09	30	63
Beispiel 1	58,0	60	1,36	19	66
Beispiel 2	83,0	83	1,63	14	65
Beispiel 3	70,6	71	1,95	17	65
Beispiel 4	74,6	75	1,42	16	65
Beispiel 5	63,1	63	1,22	18	60

Wie in Tabelle 4 zu sehen ist, kann selbst bei Erhöhung des Gaspermeabilitätskoeffizienten durch Erhöhen der integrierten Häufigkeit im Häufigkeitshistogramm der Pfadlängenverteilung die Auffangrate ausreichend erhöht werden. Wie in 16 gezeigt ist, wird eine bemerkenswerte Verbesserung der Auffangrate erreicht, indem die integrierte Häufigkeit, wie in den Beispielen 1 bis 5, zumindest gleich 58 % gemacht wird. Es wird erachtet, dass dies daran liegt, dass sich die Gleichmäßigkeit der Poren verbessert, was die Poren 121 erhöht, welche als Abgasströmungspfade innerhalb der Trennwand 12 dienen und effektiv zur PM-Sammlung genutzt werden, und die Gasströmungsgeschwindigkeit entsprechend gleichmäßiger macht.
Fällt hingegen die integrierte Häufigkeit wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 unter 58 %, ist die Auffangrate gering, da sich im Gegensatz zu den Beispielen die Abgasströmung in den Poren 121 mit einer kurzen Pfadlänge konzentriert, durch die das Gas einfacher strömt. Es wird erachtet, dass der Grund dafür, dass die Steigung der Beziehung zwischen den Vergleichsbeispielen in 16 allmählicher ist, im Folgenden liegt. Im Vergleichsbeispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 2 wird die Gasströmungsgeschwindigkeit durch eine Konzentration der Gasströmung insgesamt höher. Ferner ist die Konzentration der Gasströmung auch dann unverändert, wenn sich die Porengrößenverteilung wie in Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 ändert, und die Steigung gilt als allmählicher, da keine große Änderung der Strömungsgeschwindigkeit beobachtet wird.
Daher ist es in der Art und Weise der Beispiele 1 bis 5 vorzuziehen, dass der Maximalwert der Werte, die durch Aufsummieren der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Pfadlängenklassen im Häufigkeitshistogramm der Porenpfadlängenverteilung, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen, erhalten werden, mindestens 58 % beträgt. Da es bei den Beispielen 1 bis 5 einen maximalen Peak gibt, ist die integrierte Häufigkeit, die durch Aufsummieren der maximalen Spitzenhäufigkeit und der Häufigkeiten der beiden an die maximale Spitzenhäufigkeit angrenzenden Pfadlängenklassen erhalten wird, mindestens gleich 58 % gemacht. Da in dem Abgasreinigungsfilter 1 die Poren 121, die effektiv für die PM-Sammlung genutzt werden, zunehmen und die Gasströmungsgeschwindigkeit gleichmäßig wird, kann der Abgasreinigungsfilter folglich sowohl einen geringen Druckverlust als auch eine hohe Auffangrate auf hohem Niveau aufweisen.
Wie in 9 bis 15, Tabelle 4 und 16 zu sehen ist, ist die Gleichmäßigkeit der Pfadlängenverteilung im Abgasreinigungsfilter hoch, und es ist zu erkennen, dass sich die Auffangrate mit zunehmender integrierter Häufigkeit, wie vorstehend beschrieben, verbessert. Anschließend werden die Produktionsbedingungen, die ermöglichen, dass die Porenpfadlängenverteilung gleichmäßiger gemacht wird, wie folgt untersucht.
Da Siliziumdioxid und Talk bei hohen Temperaturen schmelzen und Poren bilden können, werden diese als porenbildende Materialien bezeichnet. Es wird angenommen, dass sich der Kontakt zwischen Partikeln mit zunehmendem Partikelzahlverhältnis des porenbildenden Materials verbessert, was ermöglicht, die Porenpfadlänge gleichmäßiger zu machen.
Ferner wird beim Extrusionsverfahren des Tons mit dem Cordieritrohmaterial das Partikelzahlverhältnis von Siliziumdioxid und Talk im Ton gesteuert. Das Cordieritrohmaterial entspricht einem Rohmaterial, wie Siliziumdioxid, Talk und einer Al-Quelle, das beim Sintern eine Cordieritzusammensetzung bilden kann.
Das Partikelzahlverhältnis ist jedoch schwer zu messen und es werden ferner Schwankungen des Messwertes in Abhängigkeit von Formbedingungen erwartet. Daher ist ein Index erwünscht, der es ermöglicht, die Pfadlängenverteilung durch Steuern der Bedingungen von Rohmaterialpulvern, wie Siliziumdioxid, Talk und einer Al-Quelle, anzupassen. Eine Bewertungsmethode, die den Ton simuliert, wurde aus dieser Perspektive durch Messen der komprimierten Raumdichten der Rohmaterialpulver untersucht.
Insbesondere wurde ein Mischpulver der Rohmaterialpulver zunächst in einer Messeinheit mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 20 mm eines „Autograph“-Druckmessinstruments der Firma Shimadzu Corp. angeordnet und anschließend wurde mit dem Verdichten des Mischpulvers begonnen. Die Verdichtungsrate betrug 1 mm/min. Nach Erreichen einer Last von 7 kN, was einem Druck von 15 MPa entspricht, wurde die Verdichtung durch eine Grenzsteuerung gestoppt. Als Ergebnis der Verdichtung wurde ein zylindrisches Pellet aus dem Mischpulver erhalten. Das Gewicht und die Höhe des Pellets wurden gemessen.
Die Höhenmessung des Pellets kann mit einem Messschieber, einem Mikrometer, einem dreidimensionalen Messgerät oder dergleichen durchgeführt werden. Hier wurde die Messung unter Verwendung eines Mikrometers durchgeführt. Da der Durchmesser des Pellets 25 mm beträgt, wurde das Volumen des Pellets aus dem Produkt von Durchmesser und Höhe berechnet.
Darüber hinaus wurde die Dichte aus dem Volumen und Gewicht des Pellets berechnet. Die Dichte wurde berechnet, indem das Gewicht durch das Volumen dividiert wurde. Die Dichte wurde als die komprimierte Raumdichte angenommen. Es ist zu beachten, dass die von Matsumoto Yushi Seiyaku Co. Ltd. hergestellte Methylcellulose „65MP-4000“ dem Mischpulver der Rohmaterialien als ein Bindemittel zugesetzt wurde. Das Bindemittel ermöglicht eine einfachere Handhabung des pelletartigen Mischpulvers und es können andere Bindemittel verwendet werden. Konkret wurden 1,5 g des Rohmaterialpulvers und 0,5 g des Bindemittels verwendet, was insgesamt 2 g ergibt.
Im Allgemeinen besteht eine Korrelation zwischen der Partikelgröße und der Raumdichte, bei der eine Verringerung der Partikelgröße zur Bildung eines größeren Raums zwischen den Partikeln führt, was zu einer geringeren Raumdichte führt. Die Anzahl der in einem bestimmten Volumen angeordneten Partikel nimmt mit abnehmendem Partikeldurchmesser zu. Mit kleiner werdender Raumdichte steigt daher die Anzahl der Partikel. Das heißt, die Raumdichte und die Anzahl der Partikel stehen in umgekehrter Beziehung.
Das Partikelzahlverhältnis R des porenbildenden Materials im Mischpulver wird unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (x) aus der Anzahl von Partikeln N_ST von Siliziumdioxid und Talk und der Anzahl von Partikeln N_M im gesamten Rohmaterialmischpulver, das zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters verwendet wird, berechnet. $R = N_{ST} {/N}_{M}$
Wenn die Beziehung zwischen der Raumdichte und der Anzahl von Partikeln, wie vorstehend beschrieben, auf Ausdruck (x) angewendet wird, wird das Partikelzahlverhältnis R des porenbildenden Materials durch folgenden Ausdruck (xi) aus der komprimierten Raumdichte ρ_M des gesamten Rohmaterialmischpulvers und der komprimierten Raumdichte ρ_ST des Siliziumdioxid- und Talk-Mischpulvers beschrieben. $R = ρ_{M} / ρ_{ST}$
Da das Rohmaterialmischpulver bei der vorliegenden Ausführungsform Siliziumdioxid, Talk und Aluminiumhydroxid umfasst, entspricht die komprimierte Raumdichte ρM der komprimierten Raumdichte eines Mischpulvers aus Siliziumdioxid, Talk und Aluminiumhydroxid. Daher kann das Partikelzahlverhältnis R durch Erhöhen der komprimierten Raumdichte von Aluminiumhydroxid oder Reduzieren der komprimierten Raumdichte des Siliziumdioxid- und Talk-Mischpulvers erhöht werden.
Ferner wurde unter Verwendung der komprimierten Raumdichte ρ_A von Aluminiumhydroxid und des Partikelzahlverhältnisses R des porenbildenden Materials aus Siliziumdioxid und Talk als ein Index ρ_A / ρ_ST berechnet. Die komprimierten Raumdichten wurden gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 6 zeigt die Raumdichten des porösen Siliziumdioxids und von geschmolzenem Siliziumdioxid bzw. Quarzglas, wie in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet, welche durch einen Klopfdichtemesser erhalten werden. Die Messung wird unter Verwendung einer Klopfdichteverfahren-Fluidanhaftungsmessvorrichtung durchgeführt. Konkret wurde ein von Seishin Enterprise Co., Ltd. hergestellter Klopfdichtemesser verwendet. Ferner wurde das in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendete Siliziumdioxid, welches die Messzielpulver darstellt, verwendet, um den Zylinder der Messvorrichtung zu befüllen. Anschließend wurde das Siliziumdioxid durch Klopfen verdichtet, und die Raumdichte wurde aus der Masse des Siliziumdioxids und dem Volumen des Zylinders im komprimierten Zustand berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. [Tabelle 5]

Beispiel Nr.	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5
Komprimierte Raumdichte ρ_ST(g/cm³) von porösem Siliziumdioxid und Talk	0,91	0,76	0,79	0,79	0,91
Komprimierte Raumdichte ρ_A(g/cm³) von Aluminumhydroxid	1,42	1,56	1,56	1,56	1,42
Partikelzahlverhältnis ρ_A/ρ_ST(%) von porösem Siliziumdioxid und Talk	1,56	2,05	1,97	1,97	1,56

[Tabelle 6]

Beispiel, Vergleichsbeispiel Nr.	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Siliziumdioxidtyp	Poröses Siliziumdioxid A	Poröses Siliziumdioxid B	Poröses Siliziumdioxid C	Poröses Siliziumdioxid B	Poröses Siliziumdioxid A	Quarzglas A	Quarzglas B
Durch Klopfdichtemesser gemessene Raumdichte (g/cm³)	0,51	0,22	0,26	0,22	0,51	1,35	1,38

Wie aus Tabelle 5 und Tabelle 6 ersichtlich ist, wird in den Beispielen 2 bis 4 ein poröses Siliziumdioxid B und ein poröses Siliziumdioxid C verwendet, das eine geringe Raumdichte, gemessen mit dem Klopfdichtemesser, aufweist. In den Beispielen 2 bis 4 ist ersichtlich, dass die komprimierte Raumdichte ρST des Mischpulvers aus Siliziumdioxid und Talk niedrig ist.
Darüber hinaus werden durch die Verwendung von Aluminiumhydroxid, das sowohl aus einem Pulver mit großem Durchmesser und einer relativ großen mittleren Partikelgröße als auch aus einem Pulver mit kleinem Durchmesser und einer relativ kleinen mittleren Partikelgröße aufgebaut ist, die Fülleigenschaften verbessert und die Raumdichte des Aluminiumhydroxids nimmt zu. Es wird allgemein davon ausgegangen, dass für Aluminiumhydroxid, das aus einem Pulver mit großem Durchmesser und einem Pulver mit kleinem Durchmesser aufgebaut ist, eine Anpassung des Mischungsverhältnisses des Pulvers mit kleinem Durchmesser auf 5 bis 35 Gew.-% zum Verbessern der Füllungseigenschaften geeignet ist.
Das optimale Mischungsverhältnis zwischen dem Pulver mit großem Durchmesser und dem Pulver mit kleinem Durchmesser ändert sich jedoch je nach der Kombination von Partikelgrößen, Partikelformen, Verteilungen und dergleichen. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 5 µm in Beispiel 1 und Beispiel 5 allein verwendet. In Beispiel 2 und Beispiel 3 wird ein Mischpulver verwendet, bei dem ein Pulver mit kleinem Durchmesser von Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 3 µm und ein Pulver mit großem Durchmesser von Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 8 µm in einem Verhältnis des Pulvers mit kleinem Durchmesser zu dem Pulver mit großem Durchmesser von 3:7 gemischt sind. In Beispiel 4 wird ein Mischpulver verwendet, bei dem ein Pulver mit kleinem Durchmesser von Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 3 µm und ein Pulver mit großem Durchmesser von Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Partikelgröße von 8 µm in einem Verhältnis des Pulvers mit kleinem Durchmesser zu dem Pulver mit großem Durchmesser von 5:5 gemischt sind.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, führen solche Kombinationen von Partikelgrößen von Aluminiumhydroxid zu annähernd äquivalenten bzw. gleichwertigen komprimierten Raumdichten, wenn das Mischungsverhältnis des Pulvers mit kleinem Durchmesser 30 bis 50 Gew.-% beträgt. Es ist zu erkennen, dass sich in den Beispielen 2 bis 4 die komprimierte Raumdichte gegenüber Fällen, wie den Beispielen 1 und 5, in denen Aluminiumhydroxid mit unterschiedlichen mittleren Partikelgrößen nicht vermischt wird und ein einzelner Typ verwendet wird, erhöht hat.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, wird durch die Berechnung des Partikelzahlverhältnisses von Siliziumdioxid und Talk aus der komprimierten Raumdichte in jedem Beispiel die Beziehung zwischen den Größen der Partikelzahlverhältnisse durch Beispiel 1 und Beispiel 5 < Beispiel 3 und Beispiel 4 < Beispiel 2 dargestellt. Wie in Tabelle 3 und 16 gezeigt ist, stimmt dies mit der vorstehend beschriebenen Reihenfolge für die integrierten Häufigkeiten der Porenpfadlängenverteilungen und der Auffangraten überein. Daher wird davon ausgegangen, dass bessere Ergebnisse in Bezug auf die Leistung erhalten werden, wenn das Partikelzahlverhältnis von Siliziumdioxid und Talk erhöht ist. Das heißt, es ist vorzuziehen, die komprimierte Raumdichte von Aluminiumhydroxid zu reduzieren und die komprimierte Raumdichte des Gemisches aus porösem Siliziumdioxid und Talk zu erhöhen. Folglich kann die integrierte Häufigkeit der Porenpfadlängenverteilung des Abgasreinigungsfilters erhöht werden, wodurch der Gaspermeabilitätskoeffizient erhöht und die Auffangrate erhöht werden kann.
Darüber hinaus wurde bei der vorliegenden Ausführungsform das Partikelzahlverhältnis von Siliziumdioxid und Talk in dem porenbildenden Material durch (komprimierte Raumdichte ρ_A von Aluminiumhydroxid) / (komprimierte Raumdichte ρ_ST des Mischrohmaterials aus Siliziumdioxid und Talk) berechnet, wobei die komprimierte Raumdichte des gesamten Cordieritrohmaterials anstelle der komprimierten Raumdichte von Aluminiumhydroxid jedoch auch verwendet werden kann. Das heißt, das Partikelzahlverhältnis von Siliziumdioxid und Talk in dem porenbildenden Material kann auch durch (komprimierte Raumdichte ρ_M des Cordieritrohmaterials) / (komprimierte Raumdichte ρ_ST des Mischrohmaterials aus Siliziumdioxid und Talk) berechnet werden.
Insbesondere wenn beispielsweise Kaolin oder Aluminiumoxid als das Cordieritrohmaterial verwendet wird, kann die komprimierte Raumdichte eines Mischpulvers einschließlich selbiger verwendet werden. Darüber hinaus ist es bei Verwendung eines porenbildenden Materials möglich, die komprimierte Raumdichte eines Mischpulvers einschließlich des porenbildenden Materials zu verwenden. Darüber hinaus ist es in Fällen, in denen es akzeptabel ist, dass die Porosität der Trennwand abnimmt, möglich, dass Aluminiumoxid mit einer anderen mittleren Partikelgröße als Aluminiumhydroxid dem Aluminiumhydroxidgemisch zugesetzt wird. Bei dem Gemisch aus Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxid ist es möglich, Aluminiumhydroxid mit einer Art einer mittleren Partikelgröße zu verwenden, oder zwei oder mehr Arten von mittleren Partikelgrößen in Kombination zu verwenden. Gleiches gilt für Aluminiumoxid. Darüber hinaus ist es möglich, Aluminiumoxid anstelle von Aluminiumhydroxid als die Al-Quelle zu verwenden. Diese Kombinationen können aus Sicht der Formbarkeit, des Schrumpfverhältnisses, der Kosten und dergleichen geeignet ausgewählt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform entspricht einem Beispiel, in dem eine Mehrzahl von Abgasreinigungsfiltern hergestellt werden, um bevorzugte Beziehungen zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate zu untersuchen. Zunächst wurden, wie in Tabelle 7 gezeigt ist, Tone, welche das Cordieritrohmaterial enthalten, durch Mischen von Quarzglas, Talk, Aluminiumhydroxid, einem porenbildenden Material aus Graphit und dergleichen hergestellt.
Die Tone wurden auf die gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform geformt, und die Abgasreinigungsfilter wurden nach dem Sintern und der Ausbildung eines Verschlusses erhalten. Das Sintern wurde unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die maximale Heiztemperatur während des Sinterns 1.430 °C betrug und die Verweilzeit bei der maximalen Heiztemperatur 20 Stunden betrug. Die acht Typen von Abgasreinigungsfiltern, die Muster 1 bis 8, wurden auf diese Art und Weise erhalten.

Die Filtergestalt entsprach einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 132 mm und einer Länge von 100 mm. Darüber hinaus betrug die Dicke der Trennwand 0,20 mm und die Zellenteilung betrug 1,47 mm. Die Zellenteilung kann auch als 8 mil/300 cpsi ausgedrückt werden. Zu beachten ist, dass „mil“ für 1/1000 Zoll und „cpsi“ für die Anzahl der Zellen pro Quadratzoll steht. [Tabelle 7]

	Muster 1		Muster 2		Muster 3		Muster 4		Muster 5		Muster 6		Muster 7		Muster 8
	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)	Mittlere Partikelgröße (µm)	MischungsVerhältnis (Gew.-%)
Gelöstes Siliziumdioxid	12	19,4	15	19,4	20	19,4	20	19,4	30	19,4	30	19,4	45	19,4	52	19,4
Talk	14	35,4	14	35,4	20	35,4	35	35,4	35	35,4	35	35,4	40	35,4	40	35,4
Aluminumhydroxid	5	45,2	5	45,2	5	45,2	5	45,2	5	45,2	8	45,2	8	45,2	10	45,2
Methylcellulose	-	7	-	9	-	9	-	9	-	7	-	9	-	9	-	9
Graphit	25	0	25	20	25	20	25	20	25	20	25	20	25	20	25	20
Schmieröl	-	5,5	-	5,5	-	5,5	-	5,5	-	5,5	-	5,5	-	5,5	-	5,5
Wasser	-	29,1	-	34	-	34	-	34	-	34	-	34	-	34	-	34

Die mittlere Porengröße, die Porosität, der Gaspermeabilitätskoeffizient und die PM-Auffangrate wurden für jedes Muster bzw. jede Probe auf die gleiche Art und Weise gemessen wie bei der zweiten Ausführungsform. Der Gaspermeabilitätskoeffizient bezieht sich auf den Wert, der durch Rückrechnung aus dem tatsächlichen Messwert des Druckverlustes erhalten wird, wie in der zweiten Ausführungsform gezeigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt. [Tabelle 8]

Beispiel Nr.	Muster 1	Muster 2	Muster 3	Muster 4	Muster 5	Muster 6	Muster 7	Muster 8
Mittlere Porengröße (µm)	10	12	15	18	20	25	30	35
Porosität (%)	50	57	59	60	61	59	63	62
Gaspermeabilitätskoeffizient (× 10^-12m²)	0,24	0,48	0,60	0,71	0,78	0,85	1,09	1,30
PM-Auffangrate (%)	82	78	71	68	62	56	54	42

Darüber hinaus ist die Beziehung zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate in 20 gezeigt. Die in 20 gezeigte Linie wird durch den multiplen Regressionsausdruck (I) ausgedrückt, y = -3,9431x² - 32,666x + 91,45. Hier entspricht x dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und y der Auffangrate.
Die Muster 1 bis 8 sind Abgasreinigungsfilter unter Verwendung von Quarzglas, die ungleichmäßige Porenpfadlängenverteilungen aufweisen. In diesen Fällen besteht eine Tendenz zur Abnahme der PM-Auffangrate bei Erhöhung des Gaspermeabilitätskoeffizienten, und eine Tendenz zur Abnahme des Gaspermeabilitätskoeffizienten bei Erhöhung der PM-Auffangrate, wie aus Tabelle 8 ersichtlich ist.
Diese Tendenzen werden auch aus 20 klar, und es besteht eine Korrelation zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate. Das heißt, der Gaspermeabilitätskoeffizient ist abhängig von der Porengröße und der Porosität. Mit zunehmender Porengröße und zunehmender Porosität steigt der Gaspermeabilitätskoeffizient. Andererseits steigt der Gaspermeabilitätskoeffizient, wenn die Porengröße größer wird. Dadurch rutschen die PM leichter durch und die Auffangrate nimmt ab.
Daher ist ein Abgasreinigungsfilter vorzuziehen, bei dem die Auffangrate A und der Gaspermeabilitätskoeffizient k die Beziehung in Ausdruck (II) unten erfüllen. In diesem Fall kann die Auffangrate von der Trade-Off-Linie, die durch den obigen multiplen Regressionsausdruck (I) ausgedrückt wird, erhöht werden. Das heißt, der Gaspermeabilitätskoeffizient kann höher gemacht werden und die Auffangrate kann höher gemacht werden. $A > - 3,94 k^{2} - 32,67 k + 91,45$
21 zeigt ein Diagramm, in welchem die Beziehung zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate in den Abgasreinigungsfiltern der Beispiele 1 bis 5 in der zweiten Ausführungsform zusammen mit der Beziehung zwischen dem Gaspermeabilitätskoeffizienten und der Auffangrate der in 20 gezeigten Muster 1 bis 8 dargestellt ist. Wie in 21 gezeigt ist, hat sich die Auffangrate in den Beispielen 1 bis 5, bei denen die integrierte Häufigkeit der Porenpfadlängenverteilung wie vorstehend beschrieben mindestens 58 % beträgt, gegenüber der durch den multiplen Regressionsausdruck (I) ausgedrückten Trade-Off-Linie verbessert. Das heißt, Ausdruck (II) ist erfüllt.
Darüber hinaus hat sich die Auffangrate, wie aus 21 ersichtlich ist, in Beispiel 1 und Beispiel 5, welche integrierte Häufigkeiten in einem Bereich von 58 bis 65 % aufweisen, gegenüber der Trade-Off-Linie von Ausdruck (I) um einen Faktor von mindestens 1,2 bei gleichem Gaspermeabilitätskoeffizienten verbessert. Andererseits hat sich die Auffangrate in den Beispielen 2 bis 4, welche integrierte Häufigkeiten von mindestens 70 % aufweisen, gegenüber der Trade-Off-Linie von Ausdruck (I) um einen Faktor von mindestens 1,5 bei gleichem Gaspermeabilitätskoeffizienten verbessert.
Die Abgasreinigungsfilter wurden mit einer Aufschlämmung beschichtet, die einen Katalysator, wie ein Edelmetall, enthält, wodurch der Katalysator aufgebracht wurde. Zu dieser Zeit wurden einige der Poren aufgrund der Katalysatorpartikelgröße, der Schlämmenviskosität der Beladungsmenge, der Strömungsgeschwindigkeitsbedingungen der Aufschlämmung zu der Zeit der Beschichtung und dergleichen geschlossen, und die Auffangrate nahm ab. Insbesondere wenn der Effekt der Beladungsmenge groß war und die Beladungsmenge weniger als 100 g/L betrug, sank die Auffangrate im Vergleich zu dieser vor dem Beladen auf etwa 4/5, und es bestand eine Tendenz, dass die Auffangrate bei oder über 100 g/L auf etwa 2/3 bis 1/2 abnahm oder noch weiter abnahm.
Im Hinblick auf die Erfüllung zukünftiger verbesserter Vorschriften ist es vorzuziehen, dass die PM-Auffangrate nach der Katalysatorbeladung mindestens 50 % beträgt. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass die PM-Auffangrate vor der Katalysatorbeladung mindestens 60 % beträgt, wie in den Beispielen 1 bis 5. Darüber hinaus ist es im Hinblick auf die Erfüllung noch strengerer Vorschriften in der Zukunft vorzuziehen, dass die PM-Auffangrate vor der Katalysatorbeladung mindestens 67 % beträgt, wie in den Beispielen 2 bis 4.
Darüber hinaus ist es im Hinblick auf eine ausreichende Verringerung des Druckverlustes nach der Katalysatorbelastung vorzuziehen, dass der Gaspermeabilitätskoeffizient mindestens 0,8×10^-12 m² beträgt, wie in den Beispielen 1 bis 5. Dieser beträgt noch bevorzugter mindestens 1,2×10^-12 m² und noch weiter bevorzugt mindestens 1,4×10^-12 m².
Vorstehend wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist durch die vorstehenden Ausführungsformen jedoch in keiner Weise beschränkt, und es können verschiedene Ausführungsformen innerhalb eines Schutzumfangs angewendet werden, der von dem Grundgedanken davon nicht abweicht.

Claims

Abgasreinigungsfilter (1), aufweisend: ein Gehäuse (11); eine poröse Trennwand (12), welche das Innere des Gehäuses (11) in eine Wabengestalt aufteilt; und Zellen (13), die von der Trennwand (12) umgeben sind; wobei eine Porenpfadlängenverteilung der Trennwand (12), wenn diese durch ein Häufigkeitshistogramm pro 10 µm der Porenpfadlänge der Trennwand (12) ausgedrückt wird, eine integrierte Häufigkeit von mindestens 58 % aufweist, wobei die integrierte Häufigkeit einem Maximalwert eines Wertes entspricht, der durch Aufsummieren der Häufigkeiten von insgesamt drei benachbarten Klassen erhalten wird, welche die maximale Spitzenhäufigkeit umfassen.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 1, wobei ein Gaspermeabilitätskoeffizient k der Trennwand (12) mindestens 0,8×10^-12 m² beträgt.
Abgasreinigungsfilter (1) nach Anspruch 2, wobei eine Partikelauffangrate A und der Gaspermeabilitätskoeffizient k des Abgasreinigungsfilters (1) die Beziehung in der nachstehenden Gleichung (I) erfüllen. $A > - 3,94 k^{2} - 32,67 k + 91,45$