DE60102550T2

DE60102550T2 - Filter zur Reinigung von Abgasen

Info

Publication number: DE60102550T2
Application number: DE60102550T
Authority: DE
Inventors: Mikio Kariya-city Ishihara; Mamoru Kariya-city Nishimura; Hirohumi Kariya-city Yamashita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: EP1219794B1; EP1219794A1; JP3925154B2; JP2002256842A; DE60102550D1; US6790248B2; US20020078667A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUND
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abgasreinigungsfilter.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Als eine Einrichtung zum Reinigen der von einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs usw. emittierten Kohlepartikel oder dergleichen wurde ein Verfahren eingesetzt, bei dem die Partikel zeitweise durch einen Filter gefangen werden und anschließend durch Erwärmen oder Verwenden eines Katalysators verbrannt werden.
Der mit einem Katalysator beschichtete Filter ist so aufgebaut, dass eine Bienenwabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellen einen Abgasreinigungsfilter bildet, dessen Trennwände mit dem Katalysator beschichtet sind. Der in 10 und 11 gezeigte Abgasreinigungsfilter verwendet eine Bienenwabenstruktur mit Zellen 90, deren Enden alternierend durch Stöpsel 95 verschlossen sind. Genauer gesagt sind die Zellendabschnitte in der stromaufwärts liegenden Endfläche 91 beispielsweise durch die Stöpsel 95 in einem Schachbrettmuster alternierend geschlossen, wie dies in 11 gezeigt ist. Andererseits sind an der stromabwärts liegenden Endfläche 92 die Endabschnitt der Zellen 90, deren stromaufwärts liegenden Endabschnitte nicht durch die Stöpsel 95 geschlossen sind, mit den Stöpseln 95 geschlossen, während die Endabschnitte der Zellen 90, deren stromaufwärts liegenden Endabschnitte mit den Stöpseln 95 geschlossen sind, offen gelassen sind. Unter diesen Bedingungen wird der Katalysator an den Trennwänden 98 getragen.
Ein sehr ähnlicher Filter ist beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4,464,185 offenbart.
Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsfilter 9 macht es möglich, die Partikel an den Trennwänden zu fangen, wenn das Abgas der Brennkraftmaschine diese passiert, wobei die Partikel durch einen Katalysator mit der Wärme eines Hochtemperaturabgases abgebrannt werden.
Der vorstehend beschriebene herkömmliche Abgasreinigungsfilter 9 wirft jedoch die nachstehend beschriebenen Probleme auf.
Die in dem Abgas 8 strömenden und an dem Abgasreinigungsfilter 9 gefangenen Partikel 88 werden nicht immer zu einer geeigneten Zeit verbrannt, sondern können sich stetig an den Trennwänden 88 ablagern, wie in 12 gezeigt ist. Solange ein Abgas 8 mit niedriger Temperatur von der Brennkraftmaschine emittiert wird, wird beispielsweise das Verbrennen nicht mal durch die katalytische Wirkung gestartet, sondern die Partikel 88 lagern sich fortwährend ab. In diesem Fall wird der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das Abgas 8 einen Filter, d.h. einen Abgasreinigungsfilter 9 passiert, erhöht, während zur gleichen Zeit das Problem aufgeworfen wird, dass der Filter eventuell anormal erwärmt wird und durch die Verbrennungswärme reißt oder schmilzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf die vorstehend beschriebenen Problempunkte des Stands der Technik entwickelt und ihre Aufgabe liegt darin, einen Abgasreinigungsfilter zu schaffen, der in der Lage ist, die Erzeugung eines übermäßigen Druckverlustes zu unterdrücken und das Schmelzen infolge der abgelagerten Partikel zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Abgasreinigungsfilter gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 hat.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, der eine Vielzahl von Zellen aufweist, die durch Trennwände umgeben sind, wobei zumindest einige der Zellen einen Stöpsel an einer ihrer Endabschnitte haben, wobei zumindest einige der Stöpsel, die in dem Fluidpfad an der stromabwärts liegenden Seite anzuordnen sind, Teilstöpsel sind, die eine Öffnung haben, die dem Fluid ermöglicht, diese zu passieren, und wobei der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das die Zelle betretende Fluid die Trennwände passiert, kleiner als der Druckverlust ist, der verursacht wird, wenn das Fluid die Teilstöpsel passiert.
Nun wird die Funktionsweise dieser Erfindung erklärt.
Der erfindungsgemäße Abgasreinigungsfilter weist an der stromabwärts liegenden Seite der Zellen Teilstöpsel auf, die jeweils eine Öffnung haben. Diese Teilstöpsel beziehen sich auf den vorstehend beschriebenen Druckverlust. Mit anderen Worten sind die Teilstöpsel so konfiguriert, dass sie einen höheren Durchlasswiderstand als die Trennwände gegen das Fluid aufweisen.
Aus diesem Grund passiert das Abgas, das ein die Zellen betretendes Fluid bildet, im wesentlichen nicht die Öffnungen der Teilstöpsel, falls welche vorhanden sind, sondern passiert die Trennwände und wird von den benachbarten Zellen, die keine Stöpsel haben, ausgelassen.
Als ein Ergebnis werden die Partikel in dem Abgas von den Trennwänden gefangen und auf geeignete Weise durch die Wärme der Heizeinrichtung oder durch die Wirkung des von den Trennwänden des Abgasreinigungsfilters getragenen Katalysators abgebrannt.
Andererseits werden in dem Fall, in dem die Partikel nicht leicht durch die Wärme der Heizeinrichtung oder die katalytische Wirkung verbrannt werden, die Partikel stetig an den Trennwänden abgelagert. In diesem Fall nimmt der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das Fluid die Trennwände passiert, auf ein Niveau zu, das größer als der Druckverlust ist, der in den Teilstöpseln verursacht wird.
Unter dieser anormalen Bedingung, bei der die Partikel übermäßig abgelagert werden, kann das Fluid, das die Zellen betreten hat, von den Öffnungen der Teilstöpsel ausgelassen werden und somit kann ein übermäßiger Druckanstieg unter dieser anormalen Bedingung verhindert werden. Nachdem die Partikel durch die katalytische Wirkung nachfolgend verbrannt wurden, wird der Filter daher auf den Ausgangszustand regeneriert, so dass das Fluid wieder anfängt, durch die Trennwände zu strömen, um das Fangen der Partikel wieder zu beginnen.
Bei dem Abgasreinigungsfilter gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann daher ein durch das Ablagern von Partikeln verursachter übermäßiger Druckverlust unterdrückt werden, während es zur gleichen Zeit möglich gemacht wird, einen Reiß- und Schmelzschaden zu verhindern.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei jede Endfläche des Abgasreinigungsfilters bevorzugterweise alternierend angeordnete Zellenenden mit einem Stöpsel und Zellenende ohne Stöpsel aufweist. Diese Anordnung kann auf einfache Weise einen Weg bilden, entlang der das Abgas die Trennwände passiert.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei alle Stöpsel, die sich auf der stromaufwärts liegenden Seite der Bienenwabenstruktur befinden, bevorzugterweise Vollstöpsel sind, die in der Lage sind, das Durchlassen des Fluids vollständig zu blockieren. In dem Fall, in dem die Teilstöpsel an der stromaufwärtigen Fläche der Bienenwabenstruktur ausgebildet sind, tritt das Fluid direkt von den Öffnungen der Teilstöpsel ein und die Effizienz im Fangen der Partikel kann verschlechtert werden. Indem alle stromaufwärts liegenden Stöpsel als Vollstöpsel ausgebildet werden, kann die Verringerung der Wirksamkeit im Fangen unterdrückt werden.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei die Öffnungsrate der Teilstöpsel ausgedrückt als ((A-B)/A) × 100 bevorzugterweise im Bereich von 5 bis 80 % liegt, wobei B die Fläche der Öffnung jedes Teilstöpsels und A die Fläche der Zellöffnung ist. In dem Fall, in dem die Stöpselöffnungsrate weniger als 5% beträgt, wird der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das Fluid die Teilstöpsel passiert, nicht stark erhöht, während die Menge des direkt den Filter passierenden Fluids erhöht wird, wodurch vermutlich die Effizienz im Fangen der Partikel verringert wird. Andererseits kann in dem Fall, in dem die Stöpselöffnungsrate mehr als 80% beträgt, die Modifikation der Vollstöpsel in Teilstöpsel keine ausreichende Wirkung hervorbringen.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei die sich an dem Mittelabschnitt der stromabwärts liegenden Endfläche des Abgasreinigungsfilters befindenden Stöpsel Teilstöpsel sind und die sich um die Teilstöpsel herum befindenden Stöpsel Vollstöpsel sind, die das Durchlassen des Fluids vollständig zu blockieren. Die Fließgeschwindigkeit des das Fluid bildenden Abgases ist an dem zum Mittelabschnitt näher gelegenen Abschnitt höher, so dass der Druckanstieg an dem Mittelabschnitt größer als an dem den Mittelabschnitt umgebenden Abschnitten ist. Als ein Ergebnis können die vorstehend erwähnten Wirkungen der Teilstöpsel selbst in dem Fall, in dem lediglich der Mittelabschnitt des Abgasreinigungsfilters die Funktion zum Verhindern des übermäßigen Druckabschnitts hat, ausreichend hervorgebracht werden.
Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei alle sich an der stromabwärts liegenden Endfläche des Abgasreinigungsfilters befindenden Stöpsel Teilstöpsel sind. In diesem Fall kann der übermäßige Druckanstieg ungeachtet der Fluidflußratenverteilung ausreichend verhindert werden.
Gemäß einem siebten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei die Teilstöpsel bevorzugterweise zumindest 30% aller sich in der stromabwärts liegenden Endfläche des Abgasreinigungsfilters befindenden Stöpsel ausmacht. In dem Fall, in dem die Teilstöpsel weniger als 30% ausmachen, kann die vorstehend beschriebene Wirkung zum Verhindern des übermäßigen Druckanstiegs vermindert sein.
Gemäß einem achten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter einer Bienenwabenstruktur vorgesehen, wobei die Fläche der stromabwärts liegenden Endfläche des Abgasreinigungsfilters, die sich innerhalb der gekrümmten Linie befindet, die die Mittelpunkte der Linien verbindet, die die Mitte und den Außenumfang der stromabwärts liegenden Endfläche verbindet, als eine Mittelfläche definiert ist und die Fläche, die sich außerhalb der besonderen gekrümmten Linie befindet, als eine Außenumfangsfläche definiert ist. Dann machen die Teilstöpsel bevorzugterweise eine höhere Prozentzahl aller Stöpsel in der Mittelfläche als in der Außenumfangsfläche aus. Als ein Ergebnis kann die Wirkung zum Verhindern des übermäßigen Druckanstiegs in der Mittelfläche stärker als in der Außenumfangsfläche hervorgebracht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaubild zum Erklären der stromabwärts liegenden Endfläche des Abgasreinigungsfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine Längsschnittansicht eines Abgasreinigungsfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist ein Schaubild zum Erklären des Abgasflusses mit an den Trennwänden abgelagerten Partikeln gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4(a) bis 4(d) sind Schaubilder zum Erklären der Schritte zum Anordnen der Stöpsel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5(a) bis 5(f) sind Schaubilder zum Erklären der Gestaltung der Öffnung der Teilstöpsel gemäß Modifikationen eines zweiten Ausführungsbeispiels.
6 ist ein Schaubild zum Erklären der Schritte zum Anordnen der Teilstöpsel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 ist ein Schaubild zum Erklären eines Beispiels, in dem eine Endfläche des Abgasreinigungsfilters in eine Fläche für Teilstöpsel und eine Fläche für vollständig verschlossene Stöpsel geteilt ist.
8 ist ein Schaubild zum Erklären der Beziehung zwischen der Partikelablagerungsmenge und dem Druckverlust gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9(a) bis 9(f) sind Schaubilder zum Erklären eines Stöpselgestaltungsmusters gemäß Modifikationen eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
10 ist ein Schaubild zum Erklären der stromabwärts liegenden Endfläche eines herkömmlichen Abgasreinigungsfilters.
11 ist eine Längsschnittansicht, eines herkömmlichen Abgasreinigungsfilters.
12 ist ein Schaubild zum Erklären der Problempunkte, die durch an den Trennwänden abgelagerten Partikeln gemäß dem Stand der Technik hervorgebracht werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf 1, 2, 3 und 4(a) bis 4(b) wird ein Abgasreinigungsfilter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der Abgasreinigungsfilter 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine Bienenwabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellen 10, die jeweils von Trennwänden 11 umgeben sind.
An einem der Endabschnitte jeder Zelle 10 sind Stöpsel 2, 3 ausgebildet. An jeder der Endflächen 18, 19 des Abgasreinigungsfilters 1 sind Zellendabschnitte mit den Stöpseln 2, 3 und ohne dieser Stöpsel alternierend angeordnet.
Zudem sind zumindest einige der stromabwärts in dem Fluidpfad anzuordnenden Stöpsel Teilstöpsel 3, die jeweils eine Öffnung 30 haben, durch welche das Fluid strömen kann.
Ferner ist die Bienenwabenstruktur so konfiguriert, dass der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das die Zellen 10 betretende Fluid die Trennwände 11 passiert, kleiner als der Druckverlust ist, der verursacht wird, wenn das Fluid die Teilstöpsel passiert.
Dies wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Der Abgasreinigungsfilter 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie er in 1 und 2 gezeigt ist, hat eine zylindrische Bienenwabenstruktur, die aus Zellen 10 besteht, die jeweils einen Innenraum mit einem rechteckigen Querschnitt haben. Die Abmessungen der gesamten Bienenwabenstruktur weist einen Durchmesser von 140 mm und eine Länge von 130 mm auf. Die Zellengröße beträgt 12 mil (300 Maschen).
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, hat der sich an der stromabwärts liegenden Endfläche 19 des Abgasreinigungsfilters befindende Zellenendabschnitt Zellen mit Stöpseln 2, 3 und Zellen ohne Stöpsel, die in einem Schachbrettmuster angeordnet sind.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die meisten der sich an der stromabwärts liegenden Endfläche 19 befindenden Stöpsel Teilstöpsel 3, die jeweils eine Öffnung 30 haben und die Stöpsel, obwohl sie nur einen kleinen Prozentsatz ausmachen, die an dem Außenumfangsendabschnitt ausgebildet sind, sind vollständige Stöpsel 2, die keine Öffnung haben.
Jeder der in 2 gezeigten Teilstöpsel 3 hat die im wesentlichen kreisförmige Öffnung 30, die nahezu an dessen Mittelabschnitt liegt.
Die Teilstöpsel 3 haben eine Stöpselöffnungsrate von 5 bis 80% ausgedrückt als ((A-B)/A) × 100, wobei A die Öffnungsfläche der Zelle 10 ist und B die Fläche der Öffnung 30 ist. Die meisten Teilstöpsel haben eine Stöpselöffnungsrate von ca. 70%.
Wie in 2 gezeigt ist, sind jene Endabschnitte der Zellen 10, von denen die anderen Endabschnitte an deren stromabwärts liegenden Endfläche 19 keine Stöpsel 2, 3 haben, d.h., die sich an der stromaufwärts liegenden Endfläche 18 des Abgasreinigungsfilters 1 befindenden Zellendabschnitte, mit Vollstöpseln 2 versehen. Somit sind auch die Stöpsel 2 an der stromaufwärts liegenden Endfläche 18 in einem Schachbrettmuster angeordnet.
Zudem sind die Trennwände 11 mit einer Vielzahl von Poren ausgebildet, die dem Abgas ermöglichen, diese zu passieren.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der durch das die Zellen 10 betretende und die Trennwände passierende Abgas verursachte Druckverlust kleiner als der durch das durch die Öffnungen 30 der Zellen 10 passierende Abgas verursachte Druckverlust.
Beim Herstellen des Abgasreinigungsfilters 1 besteht der erste Schritt darin, ein Keramikmaterial abzuwiegen und das Keramikmaterial unter Verwendung einer Strangpressmaschine in eine Bienenwabenstruktur strangzupressen, nachdem es gemischt und verrührt wurde. Der so erzeugte Bienenwabenstrang wird bei ca. 1400°C getrocknet und gesintert. Als Ergebnis wird ein Abgasreinigungsfilter 1 ohne Stöpsel erhalten.
Das vorstehend beschriebene Keramikmaterial enthält ein Hauptmaterial, das zu 19 Gew.-% aus SiO₂, zu 36 Gew.-% aus MgO · SiO₂ und 45 Gew.-% auf Al₂O₃ besteht. Das Keramikmaterial enthält zusätzlich 21,6 Gew.-% eines Porenbildners, 13,5 Gew.-% eines Bindemittels und 34 Gew.-% Wasser, jeweils ausgedrückt als Prozentsatz pro 100 des Hauptmaterials.
Als nächster Schritt werden die Stöpsel 2, 3 an den stöpsellosen Endabschnitten der Zellen 10 des Abgasreinigungsfilters 1 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die vollgefüllten Stöpsel 2 als auch die Teilstöpsel 3 durch das nachstehend beschriebene Tauchverfahren ausgebildet.
Zunächst werden zwei Arten von Schlämmen zum Tauchen vorbereitet.
Eine erste Schlämme ist zum Tauchen der stromaufwärts liegenden Endfläche 18 des Abgasreinigungsfilters 1 vorgesehen und hat eine vergleichsweise hohe Konzentration. Genauer gesagt bildet das vorstehend beschriebene Keramikmaterial eine Hauptkomponente dieser Schlämme, welche zusätzlich 80% Wasser, ausgedrückt als Prozentsatz pro 100% des vorstehend erwähnten Keramikmaterials, enthält.
Eine zweite Schlämme enthält das vorstehend erwähnte Keramikmaterial als eine Hauptkomponente, welches zusätzlich 150 Wasser, ausgedrückt als Prozentsatz pro 100 des vorstehend erwähnten Keramikmaterials, enthält.
Dann wird, wie in 4(a) gezeigt ist ein Schutzband 71 auf die Außenumfangsfläche der beiden Endabschnitte des stöpsellosen Abgasreinigungsfilters 1 aufgebracht.
Wie in 4(b) gezeigt ist, wird eine Kunstharzfolie 72 an der stromaufwärts liegenden Endfläche 18 und der stromabwärts liegenden Endfläche 19 angebracht. Die Kunstharzfolie 72 ist ein Vinylband mit 0,1 mm Dicke.
Im nächsten Schritt, werden, wie in 4(c) gezeigt ist, die den mit den Stöpseln 2, 3 zu versehenden Positionen entsprechenden Abschnitten der Kunstharzfolie 72 mit Durchgangslöchern 720 versehen, indem eine Heizvorrichtung, wie z.B. ein Lötkolben, damit in Kontakt gebracht wird. Dieser Prozess wird sowohl für die stromaufwärts liegende Endfläche 18 als auch für die stromabwärts liegende Endfläche 19 ausgeführt.
Wie in 4(d) gezeigt ist, wird ein Behälter 76 vorbereitet, der die erste Schlämme 75 enthält, und der stromaufwärts liegende Endabschnitt 18 des Abgasreinigungsfilters 1 wird dort hinein getaucht. Auf diese Weise wird einer geeigneten Menge der ersten Schlämme 75 ermöglicht, über die Durchgangslöcher 720 der Kunstharzfolie 72 einzutreten.
Dann wird ein Behälter vorbereitet, der die zweite Schlämme enthält und auf dieselbe Weise, wie es bereits in 4(d) gezeigt ist, wird der stromabwärts liegende Endabschnitt 19 des Abgasreinigungsfilters dort eingetaucht. Einer geeigneten Menge der zweiten Schlämme wird ermöglicht, mittels der Durchgangslöcher 720 der Kunstharzfolie 72 einzutreten.
Der Abgasreinigungsfilter 1 wird bei ca. 1400°C gesintert, wodurch der Kunstharzfilm 72 verbrannt wird, während zur selben Zeit die beiden Schlämmenarten getrocknet werden. Die erste Schlämme an der stromaufwärts liegenden Endfläche 18, die eine geringe Wasserkonzentration hat und ausreichend an den Zellendabschnitten angebracht ist, bildet nach dem Brennen die vollständig geschlossenen Stöpsel 2 aus, die keine Öffnung haben. Andererseits bildet die zweite Schlämme mit einer hohen Wasserkonzentration hat, die nicht einfach an den Zellendabschnitten anhaftet, an der stromabwärts liegenden Endfläche 19 die Teilstöpsel 3 mit Öffnungen 30, die nach dem Brennen verbleiben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel haben einige der sich an dem Außenumfangsendabschnitt der stromabwärts liegenden Endfläche 19 befindenden Zellen die Form eines unvollständigen Rechtecks mit einer kleinen Öffnungsfläche, und einige haben vollständige Stöpsel 2.
Nun werden die Funktionen und Wirkungen des vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsfilters 1 erklärt.
Der Abgasreinigungsfilter 1 hat die Teilstöpsel 3 mit den Öffnungen 30 an seiner stromabwärts liegenden Seite. Die Teilstöpsel 3 beziehen sich auf den Druckverlust, wie dies vorstehend beschrieben ist. Genauer gesagt sind die Teilstöpsel so konfiguriert, dass sie einen größeren Durchlasswiderstand für das Abgas 8 als die Trennwände 11 haben. Wie in 2 gezeigt ist, passiert daher das Abgas 8, das die Zellen 10 unter normalen Umständen betritt, im wesentlichen nicht die Öffnungen der Teilstöpsel 3, sondern passiert die Trennwände 11 und wird ausgelassen, nachdem es sich zu den benachbarten Zellen 10 bewegt, welche keine Stöpsel aufweisen.
Als ein Ergebnis werden die Partikel in dem Abgas in den Trennwänden 11 gefangen und auf geeignete Weise durch die Wärme einer Heizeinrichtung oder durch die katalytische Wirkung verbrannt.
In dem Fall, in dem Verbrennung durch die Wärme der Heizvorrichtung oder die katalytische Wirkung nicht einfach bewirkt werden kann, wie in 3 gezeigt ist, lagern sich andererseits die Partikel 88 ständig an den Trennwänden ab. In einem solchen Fall nimmt der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das Abgas 8 die Trennwände 11 passiert, auf ein Niveau zu, das größer als der Druckverlust ist, der verursacht wird, wenn es (das Abgas) die Teilstöpsel 3 passiert.
Unter diesen anormalen Umständen, bei denen die Partikel übermäßig abgelagert werden, wie in 3 gezeigt ist, wird das Abgas 8, das die Zellen 10 betreten hat, von den Öffnungen 30 der Teilstöpsel 3 ausgelassen. Als Ergebnis kann ein übermäßiger Druckanstieg unter den anormalen Umständen vermieden werden. Wenn daraufhin die Partikel durch die Wärme einer Heizvorrichtung oder durch die katalytische Wirkung verbrannt werden, wird der Ursprungszustand regeneriert und das Fangen durch die Trennwände 11 wird wieder aufgenommen.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel gibt einen Fall wieder, bei dem die Gestalt der Öffnungen 30 der Teilstöpsel 3 des ersten Ausführungsbeispiels geändert wird.
Genauer gesagt kann zusätzlich zu dem Teilstöpsel 3, der eine kreisförmige Öffnung 30 hat, wie dies für das erste Ausführungsbeispiel in 5(a) gezeigt ist, der Teilstöpsel 3, der eine elliptische Öffnung 30 hat, wie in 5(b) gezeigt ist, der eine fassförmige Öffnung 30 hat, wie in 5(c) gezeigt ist oder der eine rechteckige Öffnung 30 hat, wie in 5(d) gezeigt ist, eingesetzt werden, wenn dies erforderlich ist.
Ferner müssen die Öffnungen 30, wie in 5(e) und 5(f) gezeigt ist, nicht an dem Mittelabschnitt, sondern können an dem Randabschnitten ausgebildet sein. Welche dieser Gestalten auszuwählen ist, hängt hauptsächlich von dem verwendeten Herstellungsverfahren ab.
Ungeachtet dessen, welche Gestalt der Öffnung 30 für den Teilstöpsel 3 verwendet wird, können die gleichen Funktionen und Wirkungen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden, solange ein ähnliches Verhältnis zwischen den Trennwänden 11 und dem Druckverlust wie jenes des ersten Ausführungsbeispiel erhalten wird.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel gibt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Anordnen der Teilstöpsel 3 des Abgasreinigungsfilters 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wieder.
Genauer gesagt wird in diesem Ausführungsbeispiel die Schlämme 77, die gleich wie die erste Schlämme des ersten Ausführungsbeispiels ist, bereitgestellt. Wie in 6 gezeigt ist, wird die Schlämme 77 Stück für Stück an der Innenfläche des Zellendabschnitts aufgebracht, der den Teilstöpsel 3, um dadurch die Größe der Öffnungsfläche allmählich zu verringern. Nach dem Brennen der Struktur kann ein Teilstöpsel mit einer Öffnung ausgebildet werden.
Auch in diesem Fall können die gleichen Funktionen und Wirkungen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels erreicht werden.
Weitere einsetzbare Verfahren schließen ein Verfahren ein, in dem die Struktur gebrannt wird, nachdem sie wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in die erste Schlämme getaucht wurde, und dann ein Loch mit einer stangenförmigen Vorrichtung vor dem Trocknungsprozess ausgebildet wird, oder ein Verfahren, bei dem nach dem Brennen ein Loch ausgefräst wird.
Weitere Verfahren bestehen im Ankleben einer Keramikplatte mit Öffnungen an den den Öffnungen der Zellendabschnitte entsprechenden Abschnitten.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Dieses in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel gibt einen Fall wieder, in dem die Teilstöpsel lediglich in dem Bereich 300 des Mittelabschnitts der stromabwärts liegenden Endflächen 19 des Abgasreinigungsfilters 1 ausgebildet sind, während die Vollstöpsel für den Randbereich 200 verwendet werden. Die weiteren Merkmale sind gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
Auch in diesem Fall können die gleichen Funktionen und Wirkungen, wie jene des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Diese Ausführungsbeispiel gibt einen Fall wieder, in dem der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Abgasreinigungsfilter verwendet wird, um das Verhältnis zwischen der Menge der von dem Abgas abgelagerten Partikel und dem Druckverlust des Abgases zu messen. Genauer gesagt wird ein Fluid mit den gleichen Komponenten, wie es das die Partikel enthaltende Abgas aufweist, durch den Abgasreinigungsfilter 1 geführt, um das Verhältnis zwischen der Menge der abgelagerten Partikel und dem Druckverlust zu messen.
Das Messergebnis ist in 8 gezeigt. In 8 gibt die Abszisse die Menge der abgelagerten Partikel wird und die Ordinate gibt den Druckverlust wieder.
Wie in 8 gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass der Abgasreinigungsfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine solche Konfiguration hat, dass der durch das Durchlasen des Abgases erzeugte Druckverlust mit der Ablagerungsmenge der Partikel zunimmt bis die Menge der in dem Abgasreinigungsfilter 1 abgelagerten Partikel einen vorbestimmten Wert S erreicht, während der Druckverlust andererseits im wesentlichen damit aufhört zuzunehmen, nachdem die Menge der abgelagerten Partikel den vorbestimmten Wert S übersteigt.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des fünften Ausführungsbeispiel und gibt einen Fall wieder, in dem die Zellen des Bereichs 300 des Mittelabschnitts der stromabwärts liegenden Endfläche 19 des Abgasreinigungsfilters 1 zugestöpselt sind, während die Zellen in dem umgebenden Bereich 200 mit keinerlei Stöpseln versehen sind und ihre Öffnungen unverändert sind. Die anderen Merkmale sind gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
Auch in diesem Fall sind die Funktionen und Wirkungen gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist auch eine Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels und gibt einen Fall wieder, in dem die Zellen in dem Bereich 300 des Mittelabschnitts der stromabwärts liegenden Endfläche 19 des Abgasreinigungsfilters 1 mit Stöpseln gefüllt sind, während die Zellen in dem umgebenden Bereich 200 mit Teilstöpseln gefüllt sind. Die anderen Merkmale sind gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
Auch in diesem Fall sind die Funktionen und Wirkungen gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels und gibt einen Fall wieder, in dem die Anordnung der Stöpsel einschließlich Teilstöpsel, welche durch die vollständigen Stöpsel ersetzt werden können, geändert ist.
Wie in 9(a) bis 9(f) gezeigt ist, können die offenen Zellen 100 und die Stöpsel 300 einschließlich der Vollstöpsel oder der Teilstöpsel auf verschiedene Arten angeordnet sein.
Ein Abgasreinigungsfilter, der in der Lage ist, das Erzeugen eines übermäßigen Druckverlusts infolge der abgelagerten Partikel zu unterdrücken, ist offenbart. Zumindest ein Teil einer Vielzahl von durch Trennwände (11) umgebener Zellen (10) des Bienenwabenabgasreinigungsfilters (1) hat Stöpsel (2, 3) an einem seiner beider Endabschnitte. Zumindest ein Teil der an der stromabwärts liegenden Seite in dem Fluidpfad anzuordnenden Zellen sind Teilstöpsel (3) mit Öffnungen (30), die dem Fluid erlauben, dort hindurch zu strömen. Der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das die Zellen (10) passierende Fluid die Trennwände (11) passiert, ist kleiner als der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das Abgas die Teilstöpsel (3) passiert.

Claims

Abgasreinigungsfilter (1) einer Bienenwabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellen (10) die von Trennwänden (11) umgeben sind, wobei zumindest einige der Zellen einen Stöpsel (2, 3) an einem ihrer Endabschnitte haben, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der an der stromabwärtsliegenden Seite der Bienenwabenstruktur in dem Fluidpfad anzuordnenden Stöpsel (3) Teilstöpsel (3) sind, von denen jeder eine Öffnung (30) hat, die es dem Fluid erlaubt, diesen zu passieren, und wobei der Druckverlust, der verursacht wird, wenn das die Zellen (10) betretende Fluid die Trennwände (11) passiert, kleiner als der Druckverlust ist, der verursacht wird, wenn das Fluid die Teilstöpsel (3) passiert.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei jede der Endflächen des Abgasreinigungsfilters (1) eine alternierende Anordnung von den Zellendabschnitten mit einem Stöpsel (3) und den Zellabschnitten ohne einen Stöpsel (3) hat.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei alle Stöpsel (2), die sich an der stromaufwärtsliegenden Seite der Bienenwabenstruktur befinden, vollständige Stöpsel (2) sind, die in der Lage sind, das Durchlassen des Fluids vollständig zu blockieren.
Abgasreinigungsfilter gemäß Anspruch 1, wobei die Füllrate der Teilstöpsel (3), ausgedrückt als ((A-B)/A)×100, in dem Bereich von 5% bis 80% liegt, wobei B die Fläche der Öffnung (30) jedes Teilstöpsels und B die Fläche der Zellöffnung ist.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Stöpsel (3), die sich an dem Mittelabschnitt der stromabwärtsliegenden Endfläche (19) des Abgasreinigungsfilters (1) befinden, Teilstöpsel (3) sind, und die Stöpsel (2), die sich um die Teilstöpsel (3) herum befinden, vollständige Stöpsel (2) zum vollständigen Blockieren des Durchlassens des Fluids sind.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei alle die Stöpsel (3), die sich an der stromabwärtsliegenden Endfläche (19) des Abgasreinigungsfilters (1) befinden, die Teilstöpsel (3) sind.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Teilstöpsel (3) zumindest 30% von allen den Stöpseln (3) ausmachen, die sich an der stromabwärtsliegenden Endfläche (19) des Abgasreinigungsfilters (1) befinden.
Abgasreinigungsfilter (1) gemäß Anspruch 1, wobei jene Fläche der stromabwärtsliegenden Endfläche (19) des Abgasreinigungsfilters (1), die sich innerhalb einer gekrümmten Linie befindet, welche die Mittelpunkte der Linie verbindet, die die Mitte und den Außenumfang der stromabwärtsliegenden Endfläche (19) verbindet, als ein Mittelbereich (300) definiert ist, und wobei die Fläche, die sich außerhalb der speziell gekrümmten Linie befindet, als eine Außenumfangsfläche (200) definiert ist, und wobei die Teilstöpsel (3) einen höheren Prozentsatz der Stöpsel (2, 3) in dem Mittelbereich (300) als in dem Außenumfangsbereich (200) ausmachen.