DE60301308T2 - Wabenstruktur, Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, und Abgasreinigungssystem mit Wabenstruktur - Google Patents

Wabenstruktur, Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, und Abgasreinigungssystem mit Wabenstruktur Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wabenstruktur zur Verwendung in einem Filter zum Einfangen/Ansammeln von Partikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, eines Kessels und dergleichen, ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur und ein Abgasreinigungssystem, bei dem die Wabenstruktur verwendet wird.
  • Stand der Technik
  • Abgase von Verbrennungskraftmaschinen, wie z.B. Dieselmotoren, enthalten große Mengen an kohlenstoffhältigen Partikeln (teilchenförmigen Materialien), die als Hauptkomponente an der Verschmutzung beteiligt sind. Deshalb wird in Abgassytemen manchmal ein Filter zum Einfangen/Ansammeln der Partikel montiert.
  • Im Allgemeinen wird zum diesem Zweck, wie in 6(a) und (b) dargestellt ist, als Filter üblicherweise eine Wabenstruktur verwendet, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl an Durchgangskanälen 9, poröse Trennwände 7, die die Durchgangskanäle voneinander trennen; wobei sich die Durchgangskanäle in einer axialen Richtung der Wabenstruktur erstrecken; und Verschlussabschnitte 11, die die vorbestimmten Durchgangskanäle 9a an einer Endfläche und die verbleibenden Durchgangskanäle 9b an der anderen Endfläche, die dem verschlossenen Ende der vorbestimmten Durchgangskanäle 9a gegenüberliegt, verschließen.
  • Das Abgas strömt über eine Endfläche 3 in den Filter, der aus einer solchen oben genannten Wabenstruktur besteht, und am anderen Ende strömt das Gas über die andere Endfläche 5 wieder hinaus, nachdem die im Gas enthaltenen Partikel entfernt wurden. Genauer gesagt strömt das Abgas zuerst durch die Kanäle 9b, deren Enden an der Endfläche 3 auf einer Einströmseite nicht verschlossen sind und deren andere Enden an der Endfläche 5 auf einer Ausströmseite verschlossen sind, bewegt sich durch die porösen Trennwände 7 in die Durchgangskanäle 9a, deren En den an der Endfläche 3 auf einer Einströmseite verschlossen sind und deren Enden an der Endfläche 5 auf der Ausströmseite nicht verschlossen sind, und strömt durch die Kanäle 9a aus. Außerdem dienen die Trennwände 7 in diesem Fall als Filterschichten, und die Partikel im Abgas werden von den Trennwänden 7 eingefangen und auf den Trennwänden 7 abgelagert.
  • Nachdem der Filter eine vorgegebene Dauer lang verwendet wurde, werden die im Filter abgelagerten Partikel verbrannt, indem der Filter durch die elektrische Leitung einer Elektroheizung erhitzt werden, um sie zu entfernen, nicht aber vollständig zu entfernen, da einige der Partikel als Asche (Aschenkomponenten) im Filter verbleiben. Deshalb nimmt die Filtrierfähigkeit bei Verwendung des Filters über einen Iängeren Zeitraum durch die Ablagerung der Asche deutlich ab, der Druckabfall nimmt zu und die Menge an Partikeln, die eingefangen/angesammelt werden kann, wird geringer. Somit bestand das Problem, dass die oben beschriebene Regenerationsbehandlung des Filters durch Verbrennen/Entfernen der eingefangenen Partikel häufiger durchgeführt werden musste.
  • Um dieses Problem zu lösen wurde beispielsweise eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Filter in vertikaler Richtung zum Gasstrom befestigt wird und die Vorrichtung eine Vibrationsvorrichtung für den Filter und einen Aschenansammlungsabschnitt am unteren Abschnitt des Filters zum Ansammeln von Asche aufweist, die durch die Vibration vom Filter abfällt, die durch die Vibrationsvorrichtung erzeugt wird (siehe JP-A-8-28247).
  • Ferner wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Fluid, wie z.B. Wasser, unter hohem Druck auf ein Ende des Filters gesprüht wird, um die Rückstände, die nach dem Verbrennen im Filter verbleiben, zu entfernen (siehe JP-A-2001-50028).
  • Ähnlich wie in der vorliegenden Erfindung wurde außerdem ein Verfahren zur Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt am Ende des Durchgangskanals vorgeschlagen, um die Asche zu entfernen (siehe die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 58-72414).
  • Keines dieser vorgeschlagenen Verfahren war jedoch sehr praktisch. Die in der oben genannten offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung vorgeschlagene Vorrichtung ist beispielsweise nicht praktisch, da die Effizienz des Einfangens/Ansammelns von Partikeln während des Einsatzes gering ist, weil das im Verschlussabschnitt ausgebildete Durchgangsloch durch die eingefangenen Partikel nicht verschlossen wird. Außerdem ist in machen Fällen ein spezieller Mechanismus oder eine spezielle Vorrichtung erforderlich, um die Asche aus dem Filter zu entfernen, und in anderen Fällen muss der Filter muss vom Abgassystem abmontiert werden, um die Asche zu entfernen. Somit waren die herkömmlichen Verfahren oder Methoden nicht praktisch.
  • Die EP-A-1219794 offenbart einen Wabenfilter mit porösen Trennwänden zur Filtration. Benachbarte Kanäle werden an abwechselnden Enden verschlossen. Einige der Kanäle weisen an ihren stromabwärts gelegenen Enden Teilverschlüsse auf, durch die Fluid strömen kann. Die Kanalgröße beträgt 12 mil (0,3 mm) und die Teilverschlüsse weisen eine "Verschlussöffnungsrate" von 5–80%, z.B. 70%, auf, wobei die Verschlussöffnungsrate ((A – B)/A) × 100 ist, worin A die Öffnungsfläche der Zelle ist und B die Fläche der Öffnung ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die derzeitige Lage entwickelt, und eines ihrer Ziele besteht in der Bereitstellung einer Wabenstruktur, die in einem Filter zum Einfangen/Ansammeln von in einem Abgas enthaltenen Partikeln verwendet werden kann und die innen abgelagerte Asche ohne einen speziellen Mechanismus oder ein spezielles Gerät und ohne Abmontieren vom Abgassystem entfernen kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wabenstruktur bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 dargelegt ist.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, das den Schritt des Einspritzens einer Keramikpaste zum Ausbilden des Verschlussabschnitts am Ende des Durchgangskanals und das Unterziehen der so eingespritzten Keramikpaste oder eines Verschlussabschnitts, der durch die so eingespritzte Keramikpaste ausgebildet ist, einer Bearbeitung, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden (zweiter Aspekt der Erfindung).
  • Zur Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, solange das Durchgangsloch in der gewünschten Form ausgebildet werden kann. Vorzugsweise wird eines der unten genannten Verfahren zur Ausbildung eines Durchgangslochs verwendet. Beispielsweise kann ein Fluid auf einen Teil der so zur Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt eingespritzten Keramikpaste aufgesprüht werden, um ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,2 mm oder mehr, jedoch nicht mehr als dem kleineren Wert aus 1 mm und 75% des Durchmessers eines Inkreises des Durchgangskanals im Verschlussabschnitt, auszubilden.
  • Ferner kann ein stabförmiges thermoplastisches organisches Material oder ein stabförmiges brennbares Material verwendet werden, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden. In diesem Fall wird das Durchgangsloch ausgebildet, indem ein stabförmiges thermoplastisches organisches Material oder ein stabförmiges brennbares Material in die Keramikpaste eingeführt wird, wonach die resultierende Wabenstruktur erwärmt wird, damit das stabförmige thermoplastische organische Material schmelzen/ausfließen kann oder damit das stabförmige brennbare Material verbrennen/entfernt werden kann, sodass ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt ausgebildet wird (weitere Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung).
  • Die Einführung des stabförmigen thermoplastischen organischen Materials oder des stabförmigen brennbaren Materials kann gleichzeitig mit dem Einspritzen der Keramikpaste in den Durchgangskanal oder nach Beendigung des Einspritzens der Keramikpaste in die Durchgangskanäle erfolgen.
  • Ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt kann ausgebildet werden, nachdem Keramikpaste zur Ausbildung des Verschlussabschnitts am Ende des Durchgangskanals eingespritzt wurde, indem eine Bohrvorrichtung, die eine Vielzahl an einer plattenähnlichen Basis angebrachte Vorsprünge umfasst, verwendet wird. In diesem Fall wird die Bohrvorrichtung auf die eingespritzte Keramikpaste gepresst, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden (weitere Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung).
  • Auch Laserbestrahlung kann verwendet werden, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden. In diesem Fall kann die Bestrahlung mit einem Laser durchgeführt werden, indem ein Laser direkt nach ihrem Einspritzen oder der Ausbildung des Verschlussabschnitts aus der eingespritzten Keramikpaste auf die Kera- mikpaste angelegt wird. Im ersten Fall wird ein Teil der Keramikpaste beim Einspritzen mit einem Laser bestrahlt, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden (weitere Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung). Im letzteren Fall wird der Verschlussabschnitt auf herkömmliche Weise hergestellt, vor der Bestrahlung mit dem Laser. Danach wird der ausgebildete Verschlussabschnitt mit einem Laser bestrahlt, um das Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Beim Schritt des Ausformens des Verschlussabschnitts am Ende des Durchgangskanals wird eine den Schmelzpunkt senkende Komponente zur Senkung des Schmelzpunkts von Cordierit zum Lösungsmittel zugemischt, um ein Lösungsgemisch herzustellen, und das Lösungsgemisch wird am Ende der Wabenstruktur aus Cordierit angebracht. Danach wird die Struktur kalziniert, um die Dicke des Abschnitts zu erhöhen, an dem das Lösungsgemisch angebracht wurde, sodass der Verschlussabschnitt, der ein Durchgangsloch umfasst, ausgebildet wird (dritten Aspekt der Erfindung).
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem zum Einfangen/Ansammeln/Entfernen von teilchenförmigen Materialien, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthalten und in staubhältigen Fluiden, wie etwa dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, enthalten sind, bereitgestellt, wobei das System Folgendes umfasst: die Wabenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die als Filter zum Einfangen/Ansammeln der teilchenförmigen Materialien verwendet wird; und Heizmittel zum Verbrennen der teilchenförmigen Materialien, die von der Wabenstruktur eingefangen/angesammelt wurden, um die Filtrierfähigkeit zu regenerieren. Ein Durchgangsloch in einem Verschlussabschnitt der Wabenstruktur weist eine solche Struktur auf, dass das Durchgangsloch durch das Einfangen/Ansammeln der akkumulierten teilchenförmigen Materialien im Wesentlichen verschlossen wird, sodass sich das so verschlossene Durchgangsloch durch das Verbrennen der teilchenförmigen Materialien durch Erhitzen des Filters zum Regenerationszeitpunkt öffnet und zumindest ein Teil der nicht verbrannten, in der Wabenstruktur abgelagerten Materialien, wie etwa Asche, mit dem Strom der staubhältigen Fluide durch das wieder geöffnete Durchgangsloch aus der Wabenstruktur ausgestoßen werden, wenn das Durchgangsloch als Ergebnis der Regeneration wieder geöffnet wird (vierter Aspekt der Erfindung).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1(a) und 1(b) sind erläuternde schematische Darstellungen, die den Aufbau einer Wabenstruktur zeigen, die hier zum Vergleich mit der Erfindung beschrieben ist, wobei 1(a) ein Grundriss von einer Endflächenseite und 1(b) eine Schnittansicht ist;
  • 2 ist eine Teilschnittansicht, die zeigt, dass ein Durchgangsloch eines Verschlussabschnitts des Aufbaus aus 1 geöffnet ist;
  • 3 ist eine Teilschnittansicht, die zeigt, dass das Durchgangsloch des Verschlussabschnitts aus dem Aufbau aus 1 mit den Partikeln gefüllt ist;
  • 4 ist eine erläuternde Darstellung zur Definition eines "Durchmessers des Durchgangslochs" gemäß vorliegender Erfindung;
  • 5(a), 5(b) und 5(c) sind Darstellungen, die die Formen der Durchgangslöcher in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 5(b) eine verjüngte Form zeigt, deren Schräge jener der in 5(a) dargestellten Form entgegengesetzt ist, und 5(c) eine zusammengezogene Form zeigt;
  • 6(a) und 6(b) sind erläuternde schematische Darstelllungen der Grundstruktur der Wabenstruktur zur Verwendung als herkömmlicher Filter, wobei 6(a) ein Grundriss von einer Endflächenseite ist und 6(b) eine Schnittansicht ist.
  • 7 ist ein Diagramm, das Änderungen des Druckabfalls eines DPF in Bezug auf die Laufzeit zeigt, und zwar in einem Fall, in dem Partikel wiederholt eingefangen/angesammelt werden, um den Filter zu regenerieren;
  • 8 ist ein Diagramm, das Änderungen der Einfang-/Ansammeleffizienz in Bezug auf die Laufzeit zeigt;
  • 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Größe des im Verschlussabschnitt ausgebildeten Durchgangslochs und der Einfang-/Ansammeleffizienz bei einer vorgegebenen Laufzeit zeigt; und
  • 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Größe des im Verschlussabschnitt ausgebildeten Durchgangslochs und der Einfang-/Ansammeleffizienz bei einer vorgegebenen Laufzeit zeigt.
  • Die folgenden Zahlen bezeichnen in den beiliegenden Abbildungen die nachstehend angeführten Abschnitte und/oder Elemente: 3 – Endfläche, auf der das Abgas einströmt, 5 – Endfläche, auf der das Abgas ausströmt, 7 – Trennwand, 9 – Durchgangskanal, 9a – Durchgangskanal, 9b – Durchgangskanal, 11 – Verschlussabschnitt, 13 – Durchgangsloch, 21 – Partikel.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine erläuternde schematische Darstellung, die ein Beispiel für den Aufbau einer Wabenstruktur zeigt, die hier zum Vergleich mit der Erfindung beschrieben ist, wobei 1(a) ein Grundriss von einer Endflächenseite und 1(b) eine Schnittansicht ist. Die Grundstruktur dieser Wabenstruktur umfasst: eine Vielzahl an Durchgangskanälen 9, die sich in Axialrichtung der Wabenstruktur erstrecken, poröse Trennwände 7, die die Durchgangskanäle voneinander trennen, und Verschlussabschnitte 11; wobei der Verschlussabschnitt vorbestimmte Durchgangskanäle 9a an einem Ende und die verbleibenden Durchgangskanäle 9b am anderen Ende gegenüber dem verschlossenen Ende der vorbestimmten Durchgangskanäle verschließt. Vorzugsweise weisen alle Verschlussabschnitte an zumindest einem Ende der Wabenstruktur Durchgangslöcher auf.
  • Außerdem ist in zumindest einem Teil der Verschlussabschnitte 11 ein Durchgangsloch 13 ausgebildet, und der Durchmesser des Durchgangslochs 13 beträgt 0,2 mm oder mehr, jedoch nicht mehr als den kleineren Wert zwischen 1 mm und 75% des Durchmessers eines Inkreises des Durchgangskanals 9.
  • Wenn die auf diese Weise aufgebaute Wabenstruktur als Filter zum Einfangen/Ansammeln von Partikeln verwendet wird, die sich im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, wie z.B. Dieselmotoren, befinden, wie es in 2 dargestellt ist, passieren einige der Partikel im Abgas die Durchgangslöcher 13 der Verschlussabschnitte 11 sofort nach Beginn des Betriebs. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Filter, der kein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt aufweist, nimmt deshalb die Einfang/Ansammeleffizienz ab. Wie in 3 zu sehen ist, werden jedoch, da eingefangene/angesammelte Partikel 21 abgelagert werden, die Durchgangslöcher 13 in kurzer Zeit im Wesentlichen in einen verschlossenen Zustand gebracht. Danach kann der gleiche Grad an Einfang-/Ansammeleffizienz erreicht werden wie bei einem herkömmlichen Filter.
  • Sobald eine vorgegebene Menge eingefangener/angesammelter Partikel 21 im Filter abgelagert ist, wird dann eine Regenerationsbehandlung durchgeführt, indem die eingefangenen Partikel 21 durch Erhitzen des Filters mithilfe einer Heizung und dergleichen verbrannt/entfernt werden. Durch diese Regenerationsbehandlung werden, wie in 2 zu sehen ist, die Durchgangslöcher 13, die mit den Partikeln 21 verschlossen sind, wieder in einen im Wesentlichen offenen Zustand versetzt.
  • Wenn die Durchgangslöcher 13 auf dieser Weise wieder geöffnet werden, wird Asche, die als Ergebnis des Verbrennens der eingefangenen Partikel im Filter entsteht, mit dem Abgasstrom über die Durchgangslöcher 13 ausgestoßen, und der Filter erreicht wieder einen reinen Zustand, der im Wesentlichen dem Zustand direkt nach dem ersten Einsatz entspricht. Wenn mehrere Zyklen aus "Einfangen/Ansammeln der Partikel → Verbrennen/Entfernen der Partikel durch eine Regenerationsbehandlung → Ausstoßen der Restasche" auf diese Weise wiederholt werden, kann die innen abgelagerte Asche im Falle der vorliegenden Wabenstruktur ohne einen speziellen Mechanismus oder ein spezielles Gerät oder ohne temporäres Abmontieren des Filters vom Abgassystem zum Entfernen der Restasche entfernt werden.
  • Bei diesem Aufbau ist die Untergrenze für den Durchmesser der Durchgangslochs 13, das im Verschlussabschnitt 11 ausgebildet wird, bei 0,2 mm festgesetzt. Der Grund dafür ist, dass es bei einem Durchmesser unter 0,2 mm manchmal schwierig ist, die Asche auszustoßen, auch wenn sich das Durchgangsloch 13 im offenen Zustand befindet. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 13 0,4 mm oder mehr beträgt, kann die Asche bei einem Leerlauf im Wesentlichen komplett ausgestoßen werden.
  • Der Grund, warum die Obergrenze für den Durchmesser des Durchgangslochs 13 auf den kleineren Wert zwischen 1 mm und 75% des Durchmessers eines Inkreises des Durchgangskanals 9 festgesetzt ist, ist, dass bei einem Durchmesser über dieser Obergrenze die eingefangenen/angesammelten Partikel 21 lange brauchen, um das Durchgangsloch 13 zu schließen, wodurch die Einfang-/Ansammeleffizienz stark abnimmt. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 13 nicht mehr als der kleinere Wert zwischen 0,8 mm und 60% des Durchmesser eines Inkreises des Durchgangskanals 9 beträgt, kann das Durchgangsloch 9 leichter verschlossen werden, und ein Abfall der Einfang-/Ansammeleffizienz kann leichter verhindert werden.
  • Es gilt anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung "der Durchmesser des Durchgangslochs" für den Durchmesser des Durchgangslochs in dem Abschnitt steht, der vertikal zu axialen Durchgangsrichtung eines Abschnitts steht, in dem der Durchlass des Durchgangslochs am engsten ist. Wenn die Querschnittform des Durchgangslochs 13 nicht wie in 4 dargestellt rund ist, steht der Durchmesser für einen Mittelwert zwischen einem Durchmesser d des Inkreises und einem Durchmesser D eines Umkreises.
  • Wenn der Verschlussabschnitt 11 das oben beschriebene Durchgangsloch 13 umfasst, fällt die Einfang-/Ansammeleffizienz direkt nach Beginn des Betriebs oder der Regenerationsbehandlung im Vergleich zur Abwesenheit des Durchgangslochs vorübergehend ab. Wenn die Größe des Durchgangslochs 13 jedoch innerhalb des oben spezifizierten Bereichs liegt, wird das Durchgangsloch 13 innerhalb von kurzer Zeit durch die Ablagerung der Partikel 21 verschlossen. Deshalb besteht kein praktisches Problem, wenn die mittlere Einfang-/Ansammeleffizienz beim Betrieb für eine vorgegebene Dauer in Betracht gezogen wird, weil der Unterschied in der Effizienz zwischen der Wabenstruktur mit dem Durchgangsloch 13 und einer ohne Durchgangsloch 13 gering ist.
  • Wenn die Wabenstruktur aus 1 bis 3 im Filter zum Einfangen/Ansammeln der Partikel im Abgas der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, wird der Filter üblicherweise so im Abgassystem angeordnet, dass das Zentrum der Abgasstroms durch den zentralen Abschnitt der Wabenstruktur strömt. Im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im zentralen Abschnitt ist deshalb die des Abgases, das in der Nähe eines äußeren Umfangsabschnitts der Wabenstruktur strömt, meist gering.
  • Wenn es einen Abschnitt gibt, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases wie oben erwähnt gering ist, kann die Asche in diesem Abschnitt im Vergleich zu anderen Abschnitten nicht leicht ausgestoßen werden. Anstatt also alle Querschnittsbereiche der Durchgangslöcher des Verschlussabschnitts gleichmäßig auszubilden, können die Bereiche in Übereinstimmung mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in den einzelnen Abschnitten im Wesentlichen ungleichmäßig sein. Im oben beschriebenen Beispiel nimmt beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in der Nähe des äußeren Umfangabschnitts der Wabenstruktur ab. Deshalb wird der Querschnittsbereich des Durchgangslochs des Verschlussabschnitts in dem Abschnitt, in dem die Strömungsgeschwindigkeit gering ist, vorzugsweise größer gehalten als der des Durchgangslochs des Verschlussabschnitts in einem zentralen Abschnitt, von der Seite einer Endfläche der Wabenstruktur gesehen, sodass die Asche leicht ausgestoßen werden kann.
  • Außerdem weist, wie in 5(a), 5(b) und 5(c) dargestellt, die Querschnittsform des Durchgangslochs 13 gemäß vorliegender Erfindung in die Durchgangsrichtung eine verjüngte oder zusammengezogene Form auf, bei der ein Mittelabschnitt des Durchlasses verengt ist. Dies kann die Zeit vom Öffnen des Durchgangslochs 13 direkt nach dem ersten Einsatz oder nach der Regenerationsbehandlung bis zum Verschließen des Durchgangslochs 13 durch die eingefangenen/angesammelten Partikel verkürzen. Außerdem wird so verhindert, dass das Phänomen auftritt, dass sich die Partikel im Durchgangsloch 13 bei einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den Druck des Abgases vom Durchgangsloch 13 lösen.
  • Vorzugsweise wird auf zumindest dem Verschlussabschnitt, in dem das Durchgangsloch ausgebildet ist, oder dem Verschlussabschnitt, in dem das Durchgangsloch ausgebildet ist, und in seiner Näher ein Oxidationskatalysator getragen. Durch die katalytische Funktion des Oxidationskatalysators können die Partikel, die in einem katalysatortragenden Abschnitt abgelagert sind, bei einer Temperatur (z.B. etwa 350°C) brennen, die geringer ist als die übliche Verbrennungstemperatur (etwa 550°C). Deshalb kann die Asche leichter ausgestoßen werden. Beispiele für bevorzugte Oxidationskatalysatoren umfassen Pt, Pd und Rh.
  • Die Querschnittsform (Zellform) des Durchgangskanals ist nicht speziell eingeschränkt, aber vom Standpunkt der Herstellung gesehen ist eine aus einer dreieckigen Form, vierseitigen Form, hexagonalen Form und runden Form ausgewählt bevorzugt. Die Querschnittsform der Wabenstruktur ist ebenfalls nicht speziell eingeschränkt. Neben der runden Form kann jede beliebige Form, wie beispielsweise eine elliptische Form, längliche Form, ovale Form, im Wesentlichen dreieckige Form, im Wesentlichen vierseitige Form oder eine andere polygonale Form, verwendet werden.
  • Als Material für die Wabenstruktur wird vom Standpunkt der Festigkeit oder Hitzebeständigkeit gesehen vorzugsweise eines mit einer aus Cordierit, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Mullit und Lithiumaluminiumsilicat (LAS) bestehenden Gruppe ausgewählten Hauptkristallphase verwendet. Vorzugsweise wird der Verschlussabschnitt aus dem gleichen Material hergestellt wie die Wabenstruktur, damit ihre Wärmeausdehnungskoeffizienten übereinstimmen.
  • Die Verwendung der Wabenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist nicht speziell eingeschränkt. Wie oben beschrieben weisen die Trennwände zur Trennung der Durchgangskanäle jedoch eine Filtrierfähigkeit auf, und am besten wird die Struktur als Filter zum Einfangen/Ansammeln/Entfernen der Partikel (teilchenförmigen Materialien) verwendet, die in staubhältigen Fluiden, wie etwa dem Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, enthalten sind, wodurch die Eigenschaften der Struktur voll genutzt werden.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auch auf die Ausbildung der Durchgangslöcher der Verschlussabschnitte eingegangen wird, die charakteristische Abschnitte der Wabenstruktur darstellen.
  • Bei einer Herstellung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird zuerst eine Keramikpaste zur Ausbildung des Verschlussabschnitts am Ende des Durchgangskanals eingespritzt und dann wird entweder die so eingespritzte Keramikpaste oder ein Verschlussabschnitt, der aus der so eingespritzten Keramikpaste ausgebildet ist, einer Bearbeitung unterzogen, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden. Zur Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt kann jedes beliebige Verfahren eingesetzt werden, solange das Durchgangsloch die gewünschte Form aufweist. Beispielsweise wird ein Fluid auf einen Teil der so eingespritzten Keramikpaste aufgesprüht, um das Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden. Als Fluid, das auf die Keramikpaste aufgesprüht wird, wird vorzugsweise eines von Druckluft, Dampf und Wasser verwendet.
  • Bei einem Herstellungsverfahren gemäß einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung wird während oder nach dem Einspritzen der Keramikpaste, die den Verschlussabschnitt im Ende des Durchgangskanals ausbildet, ein stabförmiges thermoplastisches organisches Material oder ein stabförmiges brennbares Material in die eingespritzte Keramikpaste eingeführt. Danach wird diese erwärmt, damit das stabförmige thermoplastische Material schmelzen/ausfließen kann oder damit das stabförmige brennbare Material verbrennen/verschwinden kann, sodass ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt ausgebildet wird.
  • D.h. in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Loch, das verbleibt, nachdem das stabförmige thermoplastische organische Material geschmolzen/ausgeflossen ist, oder ein Loch, das verbleibt, nachdem das stabförmige brennbare Material verbrannt/verschwunden ist, im Durchgangsloch des Verschlussabschnitt verwendet. In der vorliegenden Erfindung wird als stabförmiges thermoplastisches organisches Material vorzugsweise ein Wachsmaterial aus organischen Materialien, wie z.B. Paraffinen oder plastischen Harzen, verwendet. Als stabförmiges brennbares Material wird vorzugsweise ein Wachsmaterial aus organischen Materialien, wie z.B. Paraffinen, plastischen Harzen oder Holz, verwendet. Das stabförmige Material zur Einführung sollte eine Größe aufweisen, die ausreicht, um ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,2 mm oder mehr, aber nicht mehr als dem kleineren Wert zwischen 1 mm und 75% des Durchmessers eines Inkreises des Durchgangskanals, auszubilden. In dieser Ausführungsform kann leicht eine Wabenstruktur mit einem Durchgangsloch mit verjüngter Querschnittform oder zusammengezogener Quer schnittform, bei der ein Mittelabschnitt des Durchlasses verengt ist, hergestellt werden, indem ein Stab mit der entsprechenden Form verwendet wird.
  • Bei einem Herstellungsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung wird eine Bohrvorrichtung, die eine Vielzahl an einer plattenähnlichen Basis angebrachter Vorsprünge umfasst, auf die Keramikpaste gepresst, um das Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  • In dieser Ausführungsform stellt ein Abschnitt, der vom Vorsprung der Bohrvorrichtung durchstochen wird, das Durchgangsloch dar. Die Position des Verschlussabschnitts, in dem das Durchgangsloch ausgebildet werden soll, wird bestimmt. In diesem Fall kann, wenn die Bohrvorrichtung mit dem Vorsprung, der der Position gegenüberliegen soll, vorbereitet wird, auch eine Vielzahl an Durchgangslöchern gemeinsam durch einen Pressvorgang mit der Bohrvorrichtung in einer Endfläche der Wabenstruktur ausgebildet werden.
  • Bei einem Herstellungsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Teil der Keramikpaste oder ein Teil des Verschlussabschnitts nach dem Ausbilden aus der Keramikpaste mit einem Laser bestrahlt, um das Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  • Im Falle der letzteren Ausführungsform wird zuerst der Verschlussabschnitt ohne Durchgangsloch ausgebildet. Danach wird der Verschlussabschnitt mit Laser bestrahlt, um das Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  • Bei einem Herstellungsverfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird im Schritt der Ausbildung des Verschlussabschnitts im Ende des Durchgangskanals eine den Schmelzpunkt senkende Komponente zur Senkung des Schmelzpunkts von Cordierit in ein Lösungsmittel eingemischt, um ein Lösungsgemisch herzustellen, und das Lösungsgemisch wird am Ende der Wabenstruktur aus Cordierit angebracht. Danach wird die Wabenstruktur kalziniert, um die Dicke des Abschnitts zu erhöhen, an dem das Lösungsgemisch angebracht wurde, sodass der Verschlussabschnitt mit dem Durchgangsloch ausgebildet wird.
  • D.h. in der vorliegenden Erfindung bildet die verdickte Trennwand des Durchgangskanalendes den Verschlussabschnitt, und der durch die Verdickung verengte Durchgangskanal das Durchgangsloch. Bei diesem Verfahren wird das verdickte Ende im Vergleich zu den anderen Abschnitten verdichtet und verstärkt. Somit kann gleichzeitig mit der Ausbildung des Durchgangslochs der verdichtete und verstärkte Abschnitt im Ende angeordnet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann für die Wabenstruktur, an der das Lösungsgemisch angebracht werden soll, ein ungebranntes trockenes Material verwendet werden. In diesem Fall wird als Lösungsmittel des Lösungsgemischs vorzugsweise ein wasserunlösliches oder wasserlösliches organisches Lösungsmittel verwendet. Außerdem wird in der Wabenstruktur, an der das Lösungsgemisch angebracht werden soll, ein vorkalziniertes kalziniertes Material verwendet. In diesem Fall wird vorzugsweise Wasser als Lösungsmittel des Lösungsmittelgemischs verwendet.
  • Es gilt anzumerken, dass neben den oben genannten Verfahren auch verschiedene andere Herstellungsverfahren in Betracht gezogen werden können. Die hierin beschriebenen Verfahren sind jedoch vom Standpunkt der einfachen Ausformung des Durchgangslochs im Verschlussabschnitt und der wirtschaftlichen Effizienz gesehen bevorzugt.
  • Ein Abgasreinigungssystem gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird unter Verwendung der Wabenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt und zum Zweck des Einfangens/Ansammelns/Entfernens der Partikel (teilchenförmigen Materialien), die Kohlenstoff als Hauptkomponenten enthalten und in staubhältigen Fluiden, wie etwa dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthalten sind, verwendet. Dieses System umfasst: die Wabenstruktur zur Verwendung als Filter zum Einfangen/Ansammeln der Partikel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; und Heizmittel zum Verbrennen der Partikel, die von der Wabenstruktur eingefangen/angesammelt wurden, um die Filtrierfähigkeit zu regenerieren.
  • In diesem System weist das Durchgangsloch des Verschlussabschnitts der Wabenstruktur eine solche Struktur auf, dass das Durchgangsloch durch das Einfangen/Ansammeln und Ablagern der Partikel verschlossen wird, sodass sich das verschlossene Durchgangsloch durch das Verbrennen der Partikel durch Erhitzen zum Zeitpunkt der Regeneration öffnet und zumindest ein Teil der nicht verbrannten, in der Wabenstruktur abgelagerten Materialien, wie etwa Asche, mit dem Strom der staubhältigen Fluide aus der Wabenstruktur ausgestoßen wird, wenn sich das Durchgangsloch öffnet.
  • Als Heizmittel des Systems wird vorzugsweise eine Elektroheizung, ein Gas oder Flüssigbrennstoff verwendender Brenner, eine Mikrowellengeneratorvorrichtung oder ein Heizmittel zum Ausstoß von nicht verbrannten Brennstoffkomponenten im Abgas der Verbrennungskraftmaschine durch eine katalytische Reaktion für die Anhebung der Abgastemperatur verwendet.
  • Die Wirkung des Aufbaus aus 1 wird nachstehend in größerem Detail erläutert.
  • Änderung des Druckabfalls in Bezug auf die Laufzeit
  • Eine Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 144 mm, einer Länge von 152 mm, einer Trennwandstärke von 0,3 mm, einer Zelldichte von 46/cm2 und einem Durchmesser des Inkreises des Durchgangskanals von 1,17 mm wurde verwendet, um einen Dieselpartikelfilter (DPF) mit einer herkömmlichen Struktur herzustellen, bei der ein Ende des Durchgangskanal durch den in 6(a) oder (b) dargestellten Verschlussabschnitt verschlossen war.
  • Dieser DPF wurde im Abgassystem eines Vierzylinder-Diesel-Reihenmotors mit Direkteinspritzung vom herkömmlichen Triebwagentyp mit einem Hubraum von 2000 cm3 eingebaut, und das Einfangen/Ansammeln der Partikel und die Regeneration wurden wiederholt durchgeführt. Es gilt anzumerken, dass bei der Regeneration des DPF der durch Nacheinspritzung in den Brennraum eines Motors eingespritzte Treibstoff durch einen Oxidkatalysator vom Wabentyp, der stromaufwärts im DPF angeordnet war, verbrannt wurde, und die im DPF abgelagerten Partikel wurden durch die erzeugte Hitze verbrannt.
  • 7 zeigt Änderungen des Druckabfalls eines DPF in Bezug auf die Laufzeit, und zwar in einem Fall, in dem Partikel wiederholt eingefangen/angesammelt werden, um den Filter zu regenerieren. Nach einer bestimmten Laufzeit (während der die Partikel eingefangen/angesammelt werden) steigt der Druckabfall des DPF zuerst. Wenn der Abfall den vorbestimmten Wert ΔPmax erreicht, wird die Regeneration des DPF begonnen. Nach einer vorgegebenen Zeit wird die Regeneration beendet. Zu diesem Zeitpunkt fällt der Druckabfall auf ΔPmin. Danach wird das Einfangen/Ansammeln der Partikel erneut begonnen.
  • Wenn die Schritte des Einfangens/Ansammelns und des Regenerierens wiederholt werden, und wenn der DPF zum Zeitpunkt der Regeneration immer vollständig regeneriert wird, verändert sich ΔPmin nicht. In einem DPF mit der herkömmlichen Struktur steigt ΔPmin jedoch allmählich durch die Ablagerung von unverbrannten Komponenten bei längerem Gebrauch an. Durch den Anstieg von ΔPmin wird der Abstand zwischen Regeneration und nächster Regeneration (Regenerationsintervall = T) nach und nach kürzer, und der Filter muss häufig regeneriert werden. Folglich wird die Verschlechterung des Regenerationssystems beschleunigt, die Benutzbarkeit wird verschlechtert, beispielsweise durch eine Einschränkung der Betriebsbedingungen zum Zeitpunkt der Regeneration, oder Mängel, wie z.B. eine Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs bei der Regeneration, treten auf. Außerdem steigen beim Betrieb mit einem fixierten Regenerationsintervall sowohl ΔPmin als auch ΔPmax an, weshalb die Leistungsfähigkeit des Motors abnimmt.
  • Die Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 144 mm, einer Länge von 152 mm, einer Trennwandstärke von 0,3 mm, einer Zelldichte von 46/cm2 und einem Durch messer des Inkreises des Durchgangskanals von 1,17 mm wurde verwendet, um einen DPF (im Verschlussabschnitt sind keine Durchgangslöcher ausgebildet) mit der herkömmlichen Struktur herzustellen, bei der ein Ende des Durchgangskanal durch den in 6(a) oder (b) dargestellten Verschlussabschnitt verschlossen war. Außerdem wurde ein DPF hergestellt, worin die Durchgangslöcher wie in 1(a) und (b) dargestellt in den Verschlussabschnitten ausgebildet waren.
  • Diese beiden DPFs wurden auf die gleiche Weise wie oben beschrieben im Abgassystem eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung vom herkömmlichen Triebwagentyp eingebaut, die Partikel wurden eingefangen/angesammelt, und Änderungen der Einfang-/Ansammeleffizienz im Laufe der Zeit wurden überwacht. Es gilt anzumerken, dass die Einfang-/Ansammeleffizienz gemessen, indem ein Teil des Abgases abgesaugt und stromaufwärts und stromabwärts vom DPF durch Filterpapier geschickt wurde, wonach die Masse des Rußes im Abgas, das am Filterpapier hängen blieb, bestimmt wurde, und durch die folgende Gleichung erhalten wurde. Einfang-/Ansammeleffizienz(%) = {1 – (Rußmasse stromabwärts vom DPF)/(Rußmasse stromaufwärts vom DPF)} × 100 Gleichung 1
  • Die Ergebnisse sind in 8 zusammengefasst. Sogar beim DPF mit der herkömmlichen Struktur, worin in den Verschlussabschnitten keine Durchgangslöcher ausgebildet sind, ist die Einfang-/Ansammeleffizienz direkt nach dem Beginn des Einfangens/Ansammelns der Partikel gering. Die Einfang-/Ansammeleffizienz steigt normalerweise, wenn die eingefangene/angesammelte Menge im Laufe der Zeit zunimmt. Beim DPF, andererseits, bei dem Durchgangslöcher in den Verschlussabschnitten ausgebildet sind, strömt das Abgas als solches aus den Durchgangslöchern der Verschlussabschnitte. Deshalb ist die Einfang-/Ansammeleffizienz direkt nach Beginn des Einfanges/Ansammelns geringer als die des DPF mit der herkömmlichen Struktur. Wenn jedoch die Durchgangslöcher durch die abgelagerten Partikel verschlossen sind, steigt die Einfang-/Ansammeleffizienz demgemäß leicht an.
  • Wenn die Durchgangslöcher vollständig verschlossen sind, ist die Einfang-/Ansammeleffizienz gleich wie beim herkömmlichen DPF.
  • Größe des Durchgangslochs und Einfang-/Ansammeleffizienz
  • Eine Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 144 mm, einer Länge von 152 mm, einer Trennwandstärke von 0,43 mm, einer Zelldichte von 16/cm2 und einem Durchmesser des Inkreises des Durchgangskanals von 2,07 mm wurde verwendet, um DPFs herzustellen, worin in den Verschlussabschnitten Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0 mm (kein Durchgangsloch ausgebildet) bis 1,2 mm ausgebildet waren.
  • Außerdem wurde die Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 144 mm, einer Länge von 152 mm, einer Trennwandstärke von 0,3 mm, einer Zelldichte von 46/cm2 und einem Durchmesser des Inkreises des Durchgangskanals von 1,17 mm verwendet, um DPFs herzustellen, worin in den Verschlussabschnitten Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0 mm (kein Durchgangsloch ausgebildet) bis 1,0 mm ausgebildet waren.
  • Die ersteren und letzteren DPFs wurden auf die gleiche Weise wie oben beschrieben im Abgassystem eines Dieselmotors mit Common-rail-Direkteinspritzung eingebaut, die Partikel wurden eingefangen/angesammelt, und die Beziehung zwischen der Größe des Durchgangsloch und der Einfang-/Ansammeleffizienz in einer bestimmten Laufzeit wurde überprüft.
  • Die Ergebnisse für die ersteren DPF sind in 9, die für die letzteren DPF in 10 zusammengefasst. Mit steigendem Durchmesser des Durchgangslochs nimmt die Einfang-/Ansammeleffizienz allmählich ab. Aber auch bei einem Durchmesser von 0,8 mm ist eine in der Praxis ausreichende Einfang-/Ansammeleffizienz von 72% zu verzeichnen (wenn kein Durchgangsloch ausgebildet ist (Durchmesser 0 mm), beträgt die Effizienz 85%). Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs über 0,8 mm beträgt, nimmt die Einfang-/Ansammeleffizienz stark ab. In 9 beträgt die Effi zienz jedoch auch bei einem Durchmesser von 1 mm 60%, was einen in der Praxis anwendbaren Bereich darstellt.
  • Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs über 1 mm beträgt, dauert es lange, bis das Durchgangsloch durch die abgelagerten Partikel verschlossen wird, und die Einfang-/Ansammeleffizienz nimmt stark ab, was in der Praxis nicht erwünscht ist. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 1 mm oder weniger beträgt, aber mehr als 75% des Inkreises des Durchgangskanals (Durchmesser 0,877 mm im Beispiel aus 10), dann können die Partikel nicht leicht im Durchgangslochabschnitt abgelagert werden. Folglich nimmt die Einfang-/Ansammeleffizienz stark ab, und die Struktur kann nicht als DPF eingesetzt werden.
  • Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 60% oder weniger des Durchmessers des Inkreises des Durchgangskanals (Durchmesser 0,702 mm im Beispiel aus 10) beträgt, können die Partikel leichter abgelagert werden. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs weniger als 0,2 mm beträgt, wird die Asche manchmal nicht gut ausgestoßen. Folglich beträgt der Durchmesser vorzugsweise 0,2 mm oder mehr. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs jedoch weniger als 0,4 mm beträgt, wird die Asche bei langsamem Betrieb bei 1000 U/min oder weniger manchmal vollständig ausgestoßen. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs andererseits 0,4 mm oder mehr beträgt, wird die Asche auch im Leerlauf vollständig ausgestoßen, weshalb dieser Durchmesser bevorzugter ist.
  • Dies lässt den Schluss zu, dass der Durchmesser des im Verschlussabschnitt ausgebildeten Durchgangslochs vorzugsweise 0,2 mm oder mehr, aber nicht mehr als der kleinere Wert zwischen 1 mm und 75% des Durchmessers des Inkreises des Durchgangskanals, beträgt, noch bevorzugter 0,4 mm oder mehr, aber nicht mehr als der kleinere Wert zwischen 0,8 mm und 60% des Durchmessers des Inkreises des Durchgangskanals.
  • Änderung des Druckabfalls bei Verwendung über einen längeren Zeitraum
  • Eine Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 144 mm, einer Länge von 152 mm, einer Trennwandstärke von 0,38 mm, einer Zelldichte von 23/cm2 und einem Durchmesser des Inkreises des Durchgangskanals von 1,705 mm wurde verwendet, um einen DPF herzustellen (in den Verschlussabschnitten sind keine Durchgangslöcher ausgebildet), der die herkömmliche Struktur umfasst, bei der ein Ende des Durchgangskanals durch den in 6(a) oder (b) dargestellten Verschlussabschnitt verschlossen war. Außerdem wurde ein DPF hergestellt, worin die Durchgangslöcher wie in 1(a) und (b) dargestellt in den Verschlussabschnitten ausgebildet waren (vier Typen mit Durchgangsloch-Durchmessern von 0,2 mm, 0,4 mm, 0,8 mm, 1,0 mm).
  • Diese beiden DPFs wurden auf die gleiche Weise wie oben beschrieben im Abgassystem eines Dieselmotors mit Common-rail-Direkteinspritzung eingebaut, das Einfangen/Ansammeln der Partikel wurde wiederholt durchgeführt, und Änderungen des Druckabfalls während der Verwendung über einen längeren Zeitraum wurden überwacht. Es gilt anzumerken, dass in Bezug auf das Einfangen/Ansammeln und Regenerieren die Regeneration durchgeführt wurde, nachdem 7,5 g Partikel eingefangen/angesammelt worden waren. Dies wurde als ein Zyklus festgelegt, und der Vorgang wurde 500 Zyklen lang durchgeführt.
  • Beim DPF mit der herkömmlichen Struktur, bei der keine Durchgangslöcher in den Verschlussabschnitten ausgebildet waren, stieg der Druckabfall langsam an. Nach 500 Zyklen war der Druckabfall 1,3 mal so hoch wie zu Beginn des Tests. Nach Ende des Tests zeigte sich Ablagerung von Asche, die aus unverbrannten Komponenten in den Partikeln bestand, im DPF. Beim DPF, andererseits, bei dem die Durchgangslöcher in den Verschlussabschnitten ausgebildet waren, wobei die Durchgangslöcher Durchmesser von 0,2 mm, 0,4 mm, 0,8 mm und 1,0 mm aufwiesen, waren der Druckabfall und die Einfang-/Ansammeleffizienz nach 500 Zyklen gleich wie zu Beginn des Tests. Nach Ende des Tests fanden sich keine unverbrannten Komponenten der Partikel im DPF.
  • Herstellungsverfahren
  • Bei der Herstellung der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wurden beim Schritt der Ausbildung der Durchgangslöcher in den Verschlussabschnitten bei allen Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. Genauer gesagt stellte sich die Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, bei der herausnehmbare Stäbe eingeführt wurden, als leichteste heraus.
  • Wie oben beschrieben ist es unter Verwendung einer Wabenstruktur gemäß vorliegender Erfindung als Filter zum Einfangen/Ansammeln von Partikeln, die im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wie z.B. einem Dieselmotor, enthalten sind, anders als nach dem Stand der Technik möglich, Asche zu entfernen, die sich im Inneren abgelagert hat, ohne dass ein spezieller Mechanismus oder ein spezielles Gerät erforderlich wäre und ohne dass der Filter vom Abgassystem abmontiert werden müsste. Gemäß einem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann die oben beschriebene Wabenstruktur leicht und wirtschaftlich hergestellt werden. Außerdem ist es in einem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung, in der die Wabenstruktur als Filter verwendet wird, leicht möglich, im Filter abgelagerte Asche zu entfernen.

Claims (24)

  1. Wabenstruktur, umfassend: eine Vielzahl an Durchgangskanälen (9), die sich in einer axialen Richtung der Wabenstruktur erstrecken, poröse Trennwände (7), die die Durchgangskanäle (9) voneinander trennen, und Verschlussabschnitte (11), die vorbestimmte Durchgangskanäle (9) an einem axialen Ende der Wabenstruktur und die verbleibenden Durchgangskanälen am anderen Ende verschließen, worin ein Durchgangsloch (13) in jedem von zumindest einigen der Verschlussabschnitte ausgebildet ist und der Durchmesser des Durchgangslochs 0,2 mm oder mehr, jedoch nicht mehr als der kleinere Wert aus 1 mm und 75% des Durchmessers eines Inkreises des Durchgangskanals beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittform des Durchgangslochs (13) in der Durchgangsrichtung des Durchgangslochs sich verjüngt oder eine zusammengezogene Form aufweist, bei der ein Mittelabschnitt des Loches verengt ist.
  2. Wabenstruktur nach Anspruch 1, worin der Durchmesser des Durchgangslochs (13) 0,4 mm oder mehr, jedoch nicht mehr als der kleinere Wert aus 0,8 mm und 60% des Durchmessers des Inkreises des Durchgangskanals beträgt.
  3. Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Querschnittsbereich des Durchgangslochs (13) des Verschlussabschnitts in der Nähe eines äußeren Umfangsabschnitts der Wabenstruktur größer als der des Durchgangslochs (13) des Verschlussabschnitts in einem Mittelabschnitt der Wabenstruktur ist.
  4. Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, worin jeder Querschnittsbereich der in den Verschlussabschnitten der Wabenstruktur ausgebildeten Durchgangslöcher (13) in Bezug zueinander im Wesentlichen nicht gleichmäßig sind.
  5. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein Oxidationskatalysator auf zumindest den Verschlussabschnitten (11), in denen die Durchgangslöcher (13) ausgebildet sind, oder in den Verschlussabschnitten (11), in denen die Durchgangslöcher (13) ausgebildet sind, oder in der Nähe dieser getragen ist.
  6. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Querschnittform der Durchgangskanäle eine aus dreieckiger Form, vierseitiger Form, hexagonaler Form und runder Form ist.
  7. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Wabenstruktur aus einem Material hergestellt ist, das ein Beliebiges aus Cordierit, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Mullit und LAS als eine Hauptkristallphase umfasst.
  8. Verwendung einer Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als ein Filter zum Einfangen/Ansammeln/Entfernen von teilchenförmigen Materialien, die in staubhältigen Fluiden enthalten sind, mittels der Filtrierfähigkeit der Trennwände.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, worin das staubhältige Fluid das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine ist.
  10. Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte: des Einspritzens einer Keramikpaste, die die Verschlussabschnitte (11) bildet, in vorbestimmte Durchgangskanäle von einer der Endflächen einer Wabenstruktur aus, die über die Durchgangskanäle (9) und die diese trennenden porösen Trennwände (7) verfügt; und des darauf folgenden Unterziehens der so eingespritzten Keramikpaste oder der Verschlussabschnitte, die durch die so eingespritzte Keramikpaste ausgebildet sind, einer Bearbeitung, um die Durchgangslöcher (13) in den Verschlussabschnitten auszubilden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Bearbeitung zur Ausbildung der Durchgangslöcher in den Verschlussabschnitten aus dem Aufsprühen eines Fluids auf die eingespritzte Keramikpaste besteht.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, worin das auf die Keramikpaste ausgesprühte Fluid ein beliebiges aus Druckluft, Dampf und Wasser ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Bearbeitung zur Ausbildung eines Durchgangslochs (13) im Verschlussabschnitt aus dem Einführen eines stabförmigen thermoplastischen organischen Materials oder eines stabförmigen brennbaren Materials in die Keramikpaste während oder nach dem Einspritzen der Keramikpaste, die den Verschlussabschnitt im Ende des Durchgangskanals ausbildet und das darauf folgende Erwärmen der resultierenden Wabenstruktur besteht, damit das stabförmige thermoplastische organische Material zum Ausfließen aus dieser schmelzen kann oder damit das stabförmige brennbare Material zur Entfernung aus dieser verbrennen kann, sodass ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das stabförmige thermoplastische organische Material ein Paraffinwachsmaterial oder ein plastisches Harz ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, worin das stabförmige brennbare Material ein Paraffinwachsmaterial, ein plastisches Harz oder Holz ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Bearbeitung zur Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt aus dem Pressen einer Bohrvorrichtung, die eine an einer plattenähnlichen Basis angebrachte Vorsprünge umfasst, auf die eingespritzte Keramikpaste besteht, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, weiters umfassend die Schritte: des Zumischens einer den Schmelzpunkt senkenden Komponente zur Senkung des Schmelzpunkts von Cordierit zum Lösungsmittel, um ein Lösungsgemisch herzustellen; des Anbringens des Lösungsgemischs am Ende der Wabenstruktur aus Cordierit; und des darauf folgenden Kalzinierens der Wabenstruktur zur Erhöhung der Dicke eines Abschnitts, an dem das Lösungsgemisch angebracht wurde, sodass der Verschlussabschnitt, der ein Durchgangsloch umfasst, ausgebildet ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, weiters umfassend: das Ausbilden des Verschlussabschnitts, der das Durchgangsloch umfasst; und das Bereitstellen eines verstärkten Abschnitts, der im Vergleich zu einem anderen Abschnitt, der nicht der Endabschnitt im Ende ist, verdichtet ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, worin die Wabenstruktur, an die das Lösungsgemisch angebracht wird, ein ungebranntes trockenes Material ist und das Lösungsmittel des Lösungsgemischs ein wasserunlösliches oder wasserlösliches organisches Lösungsmittel ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, worin die Wabenstruktur, an die das Lösungsgemisch angebracht wird, ein vorkalziniertes kalziniertes Material ist und das Lösungsmittel des Lösungsgemischs Wasser ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 10, worin der Schritt der Ausbildung eines Durchgangslochs im Verschlussabschnitt aus dem Bestrahlen eines Teils der eingespritzten Keramikpaste mit einem Laser besteht, um ein Durchgangsloch im Verschlussabschnitt auszubilden.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, worin das Durchgangsloch nach dem Ausbilden des Verschlussabschnitts aus einer eingespritzten Keramikpaste ausgebildet wird.
  23. Abgasreinigungssystem zum Einfangen/Ansammeln/Entfernen von teilchenförmigen Materialien, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthalten und in staubhältigen Fluiden, wie etwa dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, enthalten sind, wobei das System Folgendes umfasst: die Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die als Filter zum Einfangen/Ansammeln der teilchenförmigen Materialien verwendet wird; und Heizmittel zum Verbrennen der teilchenförmigen Materialien, die von der Wabenstruktur eingefangen/angesammelt wurde, zum Zweck der Regeneration der Filtrierfähigkeit, worin ein Durchgangsloch in einem Verschlussabschnitt der Wabenstruktur eine solche Struktur aufweist, dass das Durchgangsloch durch das Einfangen/Ansammeln und Ablagern der teilchenförmigen Materialien verschlossen wird, sodass sich das verschlossene Durchgangsloch durch das Verbrennen der teilchenförmigen Materialien durch Erhitzen bei der Regenerationszeit öffnet und zumindest ein Teil der nicht verbrannten, in der Wabenstruktur abgelagerten Materialien, wie etwa Asche, mit dem Strom der staubhältigen Fluide aus der Wabenstruktur ausgestoßen werden, wenn sich das Durchgangsloch öffnet.
  24. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 23, worin das Heizmittel ein beliebiges aus einer Elektroheizung, einem Gas oder Flüssigbrennstoff verwendenden Brenner, einer Mikrowellengeneratorvorrichtung und einem Heizmittel zum Ausstoß von nicht verbrannten Brennstoffkomponenten im Abgas der Verbrennungskraftmaschine und zum Verbrennen der nicht verbrannten Brennstoffkomponenten durch eine katalytische Reaktion für die Anhebung der Abgastemperatur ist.
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