DE60318937T3

DE60318937T3 - Verwendung eines wabenfilters zur abgasreinigung

Info

Publication number: DE60318937T3
Application number: DE60318937T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Taoka; Yukio Oshimi
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: EP1489274B2; ES2300563T3; CN1639447A; DE60318937D1; DE60318937T2; EP1489274A1; JPWO2003074848A1; WO2003074848A1; EP1489274B1; CN100365252C; EP1489274A4; US20050160710A1; ATE385281T1; US7427308B2

Description

RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der JP-A-2002-57887 , eingereicht am 4. März 2002, deren Inhalt hierin durch Verweis eingefügt ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Wabenfilters zur Abgasreinigung als Filter zum Entfernen von Partikeln u. ä., die in Abgasen enthalten sind, die von einem Verbrennungsmotor abgegeben werden, z. B. einem Dieselmotor o. ä..
HINTERGRUND DER TECHNIK
In den letzten Jahren haben Feststoffteilchen (Rußpartikel, im folgenden Partikel genannt), die in Abgasen enthalten sind, die von Verbrennungsmotoren solcher Fahrzeuge wie Busse, Lastkraftwagen o. ä. sowie Baumaschinen u. ä. abgegeben werden, starke Probleme verursacht, da diese Partikel für die Umwelt und den menschlichen Körper schädlich sind.
Vorgeschlagen wurden verschiedene Keramikfilter, die ermöglichen, daß Abgase poröse Keramikwerkstoffe durchströmen, und Partikel in den Abgasen auffangen, um die Abgase zu reinigen.
Herkömmlich wurden für Keramikfilter dieser Art Wabenfilter vorgeschlagen, die eine Struktur haben, bei der eine Anzahl von Durchgangslöchern parallel zueinander in einer Richtung platziert ist und Wandabschnitte, die die Durchgangslöcher voneinander trennen, als Filter fungieren können. Anders gesagt ist jedes der im Keramikfilter gebildeten Durchgangslöcher mit einem Stopfen an seinem abgaseinlaßseitigen oder – auslaßseitigen Ende abgedichtet, so daß Abgase, die in ein Durchgangsloch eingetreten sind, aus einem weiteren Durchgangsloch abgegeben werden, nachdem sie stets jeden Wandabschnitt durchlaufen haben, der die Durchgangslöcher trennt.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Struktur, bei der das Wabenfilter mit dieser Anordnung in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und werden Partikel in Abgasen, die vom Verbrennungsmotor abgegeben werden, veranlaßt, das Wabenfilter zu durchlaufen, werden die Partikel durch den Wandabschnitt abgefangen, so daß die Abgase gereinigt werden.
Schreitet ein solcher Reinigungsvorgang für Abgase fort, werden Partikel allmählich auf der Trennwand angesammelt, die die Durchgangslöcher des Keramikfilters trennt, was Verstopfung und die anschließende Unterbrechung der Gasdurchlässigkeit verursacht. Aus diesem Grund muß das o. g. Keramikfilter einem Regenerationsvorgang regelmäßig unterzogen werden, indem man durch eine Heizeinrichtung, z. B. eine Heizung o. ä., erwärmte Gase das Durchgangsloch durchströmen läßt, um so die Partikel zu verbrennen und zu entfernen, durch die es zum Verstopfen kommt.
In einem solchen Regenerationsvorgang des herkömmlichen Wabenfilters ist es aber schwierig, auf der Trennwand angesammelte Partikel vollständig zu verbrennen und zu entfernen, und der Regenerationsvorgang des Wabenfilters verursacht Ascherückstandskomponenten (Asche), die von Metallkomponenten der Partikel auf der Trennwand herrühren. Normalerweise bleibt diese Asche über nahezu der gesamten Fläche des Wandabschnitts in einem gleichmäßigen Zustand, und das herkömmliche Wabenfilter erschwert es, die Asche vom Wandabschnitt zu trennen und kann die Asche innerhalb des Durchgangslochs kaum mit Hilfe von Gasen bewegen, die in das Durchgangsloch im Regenerationsvorgang des Wabenfilters eintreten (siehe 9(a) bis 9(c)).
Hierbei ist 9(a) eine Querschnittaufnahme, die einen Querschnitt eines solchen Wabenfilters parallel zur Längsrichtung zeigt, 9(b) zeigt teilweise vergrößerte Querschnittaufnahmen, die Querschnitte des Wabenfilters von 9(a) in der Umgebung der Abgaseinlaßseite, des Mittelabschnitts und der Abgasauslaßseite darstellen, und 9(c) zeigt teilweise vergrößerte Querschnittaufnahmen senkrecht zur Längsrichtung in der Umgebung der Abgaseinlaßseite, des Mittelabschnitts und der Abgasauslaßseite des Wabenfilters. Bei diesem Wabenfilter verbleibt nachweislich Weißasche nahezu über der gesamten Fläche der Trennwand.
Da aus diesem Grund bei Durchführung des Vorgangs zum Einfangen der Partikel durch Verwendung der Abgasreinigungsvorrichtung mit Hilfe des herkömmlichen Wabenfilters der Regenerationswirkungsgrad im Regenerationsvorgang des Wabenfilters niedrig ist, steigt der Druckverlust schnell, was häufige Regenerationsvorgänge des Wabenfilters nötig macht.
Bei wiederholter Durchführung des Einfangvorgangs und Regenerationsvorgangs von Partikeln steigt die in gleichmäßigem Zustand über nahezu der gesamten Fläche der Trennwand des Wabenfilters verbleibende Aschemenge schnell an, was Verstopfung in der Trennwand infolge der Asche verursacht. Da in diesem Fall der Anfangsdruckverlust nach dem Regenerationsvorgang des Wabenfilters infolge der Ascherückstände hoch wird, müssen Waschvorgänge zum Entfernen der Asche häufig durchgeführt werden.
In den Waschvorgängen zur Ascheentfernung muß das o. g. Wabenfilter normalerweise von der im Abgaskanal im Verbrennungsmotor vorgesehenen Abgasreinigungsvorrichtung gelöst und einem Waschvorgang mit Wasser, einer Chemikalienbehandlung u. ä. unterzogen werden; daher ist es nicht möglich, die herkömmliche Abgasreinigungsvorrichtung lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
Die EP-A-990777 offenbart ein Regenerationssystem für eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Heizeinrichtung und einem schachbrettartigen SiC-Wabenfilter. Der SiC-Filter kann eine Länge von 150 mm und die Zellstruktur von 17/100, 14/200 oder 12/300 Millizoll Zellwanddicke zu Zellen pro Quadratzoll aufweisen. Während dem Regenieren kann ein Regenerationsgas mit Sauerstoffkonzentrationen zwischen ungefähr 3% und ungefähr 22%, bei einer Strömungsrate Va von 1,5 m/Sek oder mehr, in den Filter eingeführt werden. Die EP 0 761 279 A2 bezieht sich auf eine einheitliche Wabenstruktur, die aus SiC hergestellt sein kann, eine Länge von 100 mm aufweisen, einen Zellabstand von 2,0 mm und eine Zellwanddicke von 0,4 mm aufweisen kann. Die Oberflächenrautiefe der Zellwände beträgt mindestens Rz = 30 μm. Ein ähnlicher Wabenfilter wird in der JP 2003-1029 A offenbart und kann eine Länge von 150 mm, eine Zellwanddicke von 0,43 mm, 16 Zellen pro cm² und eine Rautiefe (maximale Höhe Ry) von 10 μm oder mehr aufweisen.
Die JP-A-8-028248 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung mit Filtereinheiten, die in einem Stück miteinander verbunden sind, indem ein Dichtungsmaterial dazwischen eingefügt ist.
Die JP-A-2001-286725 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung mit Hilfe eines Zeolithkatalysators, der in eine Reaktionssäule gefüllt ist.
Die JP-A-2-146212 offenbart eine Vorrichtung zum Einfangen von Partikeln und offenbart einen minimalen Innenzellendurchmesser (über 1,5 mm) sowie das Verhältnis der Durchgangslänge jeder Zelle zum minimalen Innendurchmesser (unter 60).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung kam zustande, um diese Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Verwendung eines Wabenfilters zur Abgasreinigung bereitzustellen, das Partikel, die sich auf dem Wandabschnitt in einem Wabenfilter-Regenerationsvorgang ansammeln, nahezu vollständig verbrennen und entfernen kann und ermöglicht, daß sich Ascherückstände auf dem Wandabschnitt innerhalb des Durchgangslochs nach dem Regenerationsvorgang leicht bewegen, da die Asche vom Wandabschnitt leicht getrennt werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat ein zur Abgasreinigung verwendeter Wabenfilter eine Struktur, bei der: durch Kombinieren einer Vielzahl von rechteckigen säulenförmigen porösen keramischen Elementen mittels einer Haftschicht ein Säulenkörper gebildet wird, wobei jedes der säulenförmigen porösen keramischen Elemente eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt platziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem abgaseinlaßseitigen Ende oder einem abgasauslaßseitigen Ende abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln fungiert, wobei der Filter aus SiC hergestellt ist, eine Länge l (mm) der längsten Seite in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und eine Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500 erfüllen und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die Beziehung 1.0 μm ≤ Ra 10 μm erfüllt.
Gemäß der Erfindung wird der Filter in einer Abgasreinigungsvorrichtung und in einem Regenerationsvorgang verwendet, bei dem das Wabenfilter geheizt wird, um Partikel, die sich auf dem Wandabschnitt ansammeln, zu verbrennen und zu entfernen, und um Ascherückstände, die gleichmäßig auf fast der gesamten Fläche des Wandabschnitts des Wabenfilters zurückbleiben, zu trennen, indem Gase, die durch ein Heizmittel geheizt werden, in die Durchgangslöcher des Wabenfilters unter Bedingungen eingeströmt werden, so dass eine Einströmungsrate 0.3 m/Sek oder mehr beträgt, und eine Sauerstoffkonzentration 6% oder mehr beträgt, und die Ascherückstände in Richtung der Abgasauslassseite in den Durchgangslöchern bewegt werden, um bei dieser Position gesammelt zu werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung hat ein Wabenfilter, der zur Abgasreinigung verwendet wird, eine Struktur, bei der: durch Kombinieren einer Vielzahl von rechteckigen säulenförmigen porösen keramischen Elementen mittels einer Haftschicht ein Säulenkörper gebildet wird, wobei jedes der säulenförmigen porösen keramischen Elemente eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt platziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem Ende einer Abgaseinlaßseite oder einer Abgasauslaßseite abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln fungiert, wobei der Filter aus SiC hergestellt ist, eine Fläche S (mm2) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllen und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die Beziehung 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm erfüllt.
Gemäß der Erfindung wird der Filter in einer Abgasreinigungsvorrichtung und in einem Regenerationsvorgang verwendet, bei dem das Wabenfilter geheizt wird, um Partikel, die sich auf dem Wandabschnitt ansammeln, zu verbrennen und zu entfernen, und um Ascherückstände, die gleichmäßig auf fast der gesamten Fläche des Wandabschnitts des Wabenfilters zurückbleiben, zu trennen, indem Gase, die durch ein Heizmittel geheizt werden, in die Durchgangslöcher des Wabenfilters unter Bedingungen eingeströmt werden, so dass eine Einströmungsrate 0.3 m/Sek oder mehr beträgt, und eine Sauerstoffkonzentration 6% oder mehr beträgt, und die Ascherückstände in Richtung der Abgasauslassseite in den Durchgangslöchern bewegt werden, um bei dieser Position gesammelt zu werden.
Weiterhin weist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die für das Verständnis der Erfindung nützlich ist und daher nachstehend hierin beschrieben wird, auf: ein Gehäuse, das mit einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors verbunden ist; und das Wabenfilter, das erfindungsgemäß zur Abgasreinigung verwendet wird, sowie eine Erwärmungseinrichtung, die innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind. Bei Durchführung eines Regenerationsvorgangs für das erfindungsgemäße Wabenfilter zur Abgasreinigung werden durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Gase in das Wabenfilter, das zur Abgasreinigung verwendet wird, unter solchen Bedingungen strömen gelassen, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s beträgt und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für ein Wabenfilter zur Abgasreinigung schematisch zeigt, und 1(b) ist eine Querschnittansicht an der Linie A-A von 1(a).
2 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für das Wabenfilter, der gemäß der Erfindung verwendet wird, schematisch darstellt.
3(a) ist eine Perspektivansicht, die ein poröses Keramikteil schematisch zeigt, das im Wabenfilter der 2 verwendet wird, und 3(b) ist eine Querschnittansicht an der Linie B-B von 3(a).
4 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel für eine Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung schematisch zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein Haltedichtungsteil schematisch zeigt, das in der Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird.
6(a) ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für ein Gehäuse schematisch darstellt, das in der Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird, und 6(b) ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für ein weiteres Gehäuse schematisch zeigt.
7 ist eine Querschnittansicht, die einen Zustand schematisch darstellt, in dem das Wabenfilter gemäß 3 hergestellt wird.
8(a) ist eine Querschnittaufnahme, die durch Aufschneiden eines porösen Keramikteils eines Wabenfilters in Verbindung mit Beispiel 1 in Parallelrichtung zu seiner Längsrichtung aufgenommen wurde, und 8(b) zeigt teilweise vergrößerte Aufnahmen auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite der Querschnittaufnahmen, die durch Aufschneiden eines porösen Keramikteils eines Wabenfilters in Verbindung mit Beispiel 1 in senkrechter Richtung zur Längsrichtung des porösen Keramikteils aufgenommen wurden.
9(a) ist eine Querschnittaufnahme, die durch Aufschneiden eines porösen Keramikteils eines Wabenfilters in Verbindung mit Vergleichsbeispiel 1 in Parallelrichtung zu seiner Längsrichtung aufgenommen wurde, 9(b) zeigt teilweise vergrößerte Aufnahmen auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite der Querschnittaufnahmen gemäß 9(a), und 9(c) zeigt Querschnittaufnahmen auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite, die durch Aufschneiden eines porösen Keramikteils eines Wabenfilters in Verbindung mit Vergleichsbeispiel 1 in senkrechter Richtung zu seiner Längsrichtung aufgenommen wurden.
10 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen und dem Anfangsdruckverlust eines Wabenfilters jeweils in Verbindung mit Beispiel 17 und Vergleichsbeispiel 12.
Bezugszeichenliste

10, 20: Wabenfilter zur Abgasreinigung
11, 31: Durchgangsloch
12, 32: Stopfen
13: Wandabschnitt
24: Klebeschicht
25: Keramikblock
26: Dichtungsmaterialschicht
30: poröses Keramikteil
33: Trennwand

NÄHERE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Anhand der Zeichnungen erläutert die nachfolgende Beschreibung Wabenfilter zur Abgasreinigung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung sowie eine Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung.
Zunächst werden Wabenfilter zur Abgasreinigung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben.
Das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Abgasreinigung verwendete Wabenfilter hat eine Struktur, bei der, nebst anderen Eigenschaften:
ein aus poröser Keramik hergestellter Säulenkörper eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt platziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem abgaseinlaßseitigen Ende oder einem abgasauslaßseitigen Ende abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln fungiert, wobei eine Länge l (mm) der längsten Seite in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und eine Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500 erfüllen
und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die Beziehung 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm erfüllt.
Das gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Abgasreinigung verwendete Wabenfilter hat eine Struktur, bei der, nebst anderen Eigenschaften:
ein aus poröser Keramik hergestellter Säulenkörper eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt plaziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem Ende einer Abgaseinlaßseite oder einer Abgasauslaßseite abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln fungiert,
wobei
eine Fläche S (mm²) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllen und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die Beziehung 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm erfüllt.
Anders gesagt hat das gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Abgasreinigung verwendete Wabenfilter die gleiche Struktur wie das Wabenfilter zur Abgasreinigung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit der Ausnahme, daß es statt Erfüllung des Vergleichsausdrucks 60 ≤ L/l ≤ 500 den Vergleichsausdruck 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllt. In Abhängigkeit von der Form des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs ist das zur Abgasreinigung verwendete Wabenfilter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit dem zur Abgasreinigung verwendeten Wabenfilter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung identisch.
Daher erläutert die folgende Beschreibung gleichzeitig das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Abgasreinigung verwendete Wabenfilter zusammen mit dem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Abgasreinigung verwendeten Wabenfilter als zur Abgasreinigung verwendetes Wabenfilter der Erfindung, wobei unterschiedliche Abschnitte jeweils erläutert werden.
1(a) ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für ein Wabenfilter zur Abgasreinigung (im folgenden einfach Wabenfilter genannt) schematisch zeigt, und 1(b) ist eine Querschnittansicht an der Linie A-A des Wabenfilters gemäß 1(a).
Wie 1(a) zeigt, hat ein nicht erfindungsgemäßes Wabenfilter 10 zur Abgasreinigung, das aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist, eine Struktur, bei der ein aus poröser Keramik hergestellter Säulenkörper eine Anzahl von Durchgangslöchern 11 aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt 13 platziert sind; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt 13, der die Durchgangslöcher trennt, funktioniert als Filter zum Auffangen von Partikeln.
Anders gesagt ist gemäß 1(b) bei jedem der im porösen Keramikteil 10 gebildeten Durchgangslöcher 11 eines seiner Enden auf der Einlaßseite oder Auslaßseite von Abgasen mit einem Stopfen 12 abgedichtet; somit sind Abgase, die in eines der Durchgangslöcher 11 eingetreten sind, dazu bestimmt, aus einem weiteren Durchgangsloch 11 auszuströmen, nachdem sie stets den Wandabschnitt 13 durchlaufen haben, der die entsprechenden Durchgangslöcher 11 trennt.
Folglich werden Partikel, die in den Abgasen enthalten sind, die in das Wabenfilter 10 eingetreten sind, durch den Wandabschnitt 13, beim Durchlaufen des Wandabschnitts 13 eingefangen, so daß die Abgase gereinigt werden.
Das Wabenfilter 10 ist so gestaltet, daß eine Länge l (mm) der längsten Seite in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 und eine Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 (Säulenkörpers) die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500 erfüllen,
oder es ist alternativ so gestaltet, daß eine Fläche S (mm²) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 (Säulenkörpers) die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllen.
Im Wabenfilter 10 erfüllen vorzugsweise alle Durchgangslöcher 11 den Vergleichsausdruck 60 ≤ L/l ≤ 500 oder den Vergleichsausdruck 20 ≤ L/S ≤ 400 unterscheidet sich aber der Wert von L/l oder der Wert von L/S für jedes der Durchgangslöcher, kann ihr Mittelwert den Vergleichsausdruck 60 ≤ L/l ≤ 500 oder den Vergleichsausdruck 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllen.
Insbesondere ist erwünscht, daß diese Beziehung auf der Abgaseinlaßseite erfüllt ist.
Durch Festlegen des Werts L/l oder L/S in einem solchen Bereich im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 strömen Gase, die durch eine Erwärmungseinrichtung (nicht gezeigt) auf hohe Temperaturen erwärmt wurden, zum Ende auf der Abgasauslaßseite als Laminarströmung innerhalb des Durchgangslochs 11; da die auf dem Wandabschnitt 13 abgeschiedenen Partikel von der Abgaseinlaßseite fortschreitend verbrannt werden, können daher die Partikel nahezu vollständig verbrannt und entfernt werden.
Liegt der Wert L/l unter 60 oder liegt der Wert L/S unter 20, wird die Länge (l) der längsten Seite im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu lang, oder die Fläche (S) im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 wird zu groß, oder die Länge (L) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 wird zu kurz. Wird die Länge (l) der längsten Seite im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu lang oder wird die Fläche (S) im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu groß, so wird das Durchgangsloch 11 im Wabenfilter 10 groß und formt innerhalb des Durchgangslochs 11 strömende Gase nicht zu einer Laminarströmung im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10. Folglich ist es im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 unmöglich, die auf dem Wandabschnitt 13 abgeschiedenen Partikel von der Abgaseinlaßseite nacheinander zu verbrennen; dadurch verbleibt in der Tendenz Asche im Weg, oder Partikel werden nicht vollständig entfernt, was zu Beeinträchtigung des Regenerationswirkungsgrads im Wabenfilter und der sich daraus ergebenden Notwendigkeit häufiger Regenerationsvorgänge des Wabenfilters 10 führt. Wird ferner die Länge (L) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 zu kurz, kommt es aufgrund der Tatsache, daß Gase mit dem abgedichteten Abschnitt (Stopfen) am anderen Ende des Wabenfilters 10 leicht kollidieren, zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im Durchgangsloch. Da folglich der Verbrennungsvorgang nicht vom Einlaßabschnitt des Wabenfilters 10, sondern von allen Abschnitten in seinem Inneren gleichzeitig beginnt, wird die resultierende Asche im Durchgangsloch insgesamt gleichmäßig abgeschieden und kann sich nicht zur Abgasauslaßseite bewegen. Da hierbei die Länge des Wandabschnitts 13 in Längsrichtung natürlich verkürzt ist (d. h. die Filterfläche kleiner wird), tritt Verstopfung infolge der Partikel schnell auf, was häufige Regenerationsvorgänge des Wabenfilters 10 notwendig macht und somit die Kraftstoffkosten steigert.
Übersteigt dagegen der Wert L/l 500 oder übersteigt der Wert L/S 400, wird die Länge (l) der längsten Seite im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu kurz, oder die Fläche (S) im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 wird zu klein, oder die Länge (L) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 wird zu lang. Wird die Länge (l) der längsten Seite im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu kurz oder wird die Fläche (S) im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs 11 zu klein,
so wird es für die Abgase schwierig, das Durchgangsloch 11 zu durchströmen, wodurch Partikel nicht gleichmäßig eingefangen werden; folglich werden die Partikel auf dem Abschnitt der Abgaseinlaßseite des Wabenfilters 10 abgeschieden, wodurch es zu Brückenbildung kommt. In einem solchen Fall ist anzunehmen, daß im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 die Verbrennung von Partikeln nur auf der Abgaseinlaßseite auftritt, was es der Asche unmöglich macht, sich zur Abgasauslaßseite zu bewegen, sowie Risse infolge einer Wärmebelastung verursacht, der das Wabenfilter 10 ausgesetzt ist.
Wird ferner die Länge (L) in Längsrichtung des Wabenfilters 10 zu lang, so wird es im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 aufgrund der Tatsache, daß die Abgase Schwierigkeiten haben ist, das Durchgangsloch 11 zu durchströmen, schwierig, Partikel gleichmäßig einzufangen; folglich werden die Partikel auf dem Abschnitt der Abgaseinlaßseite des Wabenfilters 10 abgeschieden, wodurch es zu Brückenbildung kommt.
Weiterhin ist es unmöglich, die Abgasauslaßseite des Wabenfilters 10 auf eine hohe Temperatur zu erwärmen, wodurch die auf dem Wandabschnitt 13 in der Umgebung der Abgasauslaßseite abgeschiedenen Partikel nicht verbrannt und entfernt werden. Folglich tritt im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 eine Verbrennung der Partikel von der Abgaseinlaßseite bis zum Mittelabschnitt auf, was zu Rissen infolge einer Wärmebelastung im Wabenfilter 10 führt.
Erwünscht ist hierbei, daß der Wert L/l in einem Bereich von 100 ≤ L/l ≤ 300 festgelegt ist. Dieser Bereich ermöglicht, auf dem Wandabschnitt 13 abgeschiedene Partikel wirksamer zu verbrennen und zu entfernen.
Weiterhin ist im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter 10 die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 auf 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm festgelegt. Dadurch können Ascherückstände auf dem Wandabschnitt 13 durch den Regenerationsvorgang vom Wandabschnitt 13 leicht getrennt werden. Daher wird es in diesem Regenerationsvorgang möglich, auf dem Wandabschnitt 13 abgeschiedene Asche mit Hilfe von Hochtemperaturgasen leicht zu bewegen, die als Laminarströmung strömen, und somit Asche daran zu hindern, auf der gesamten Oberfläche des Wandabschnitts 13 in gleichmäßigem Zustand zu verbleiben.
Wie zuvor beschrieben, besteht eines der herkömmlichen Probleme darin, daß es schwierig ist, die Ascherückstände auf dem Wandabschnitt abzutrennen, und der Grund dafür ist noch nicht geklärt; allerdings wurde durch Untersuchungen im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß durch Festlegen der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs auf 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm die Ascherückstände auf dem Wandabschnitt leicht abgelöst werden können.
Bei über 100 μm Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 wird es schwierig, die auf dem Wandabschnitt 13 abgeschiedene Asche nach dem Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 vom Wandabschnitt 13 zu trennen; dadurch bewegt dieser Regenerationsvorgang die Asche nicht zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs 11 mit Hilfe von Hochtemperaturgasen, die in das Innere des Durchgangslochs 11 eintreten. Aus diesem Grund ist diese Asche über dem gesamten Wandabschnitt 13 vorhanden; bei wiederholter Durchführung des Regenerationsvorgangs des Wabenfilters 10 wird dadurch der Anfangsdruckverlust des Wabenfilters 10 schnell höher, was es unmöglich macht, das Filter lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
Die Obergrenze für die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 ist auf 10 μm festgelegt. Dadurch wird es im Regenerationsvorgang des Wabenfilters 10 möglich, die auf dem Durchgangsloch 11 abgeschiedene Asche vom Wandabschnitt 13 mit Hilfe der Gase als Laminarströmung wirksamer zu trennen, die in das Durchgangsloch 11 strömt, und somit die Asche durch das Durchgangsloch 11 zu bewegen.
Die Untergrenze für die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 ist auf 1,0 μm festgelegt. Ist die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 kleiner als 1,0 μm, werden Partikel so abgeschieden, daß sie die Lücken zwischen Teilchen aus einem porösen Keramikmaterial füllen, das die Innenwände des Durchgangslochs 11 bildet; dadurch kommt es in der Tendenz zu Verstopfung in den Innenwänden des Durchgangslochs 11. Da folglich Asche zwischen den Teilchen nach dem Regenerationsvorgang leicht angesammelt wird, wird es schwierig, die Asche zu lösen. Zudem werden die Partikel, die so eingefangen wurden, daß sie die Lücken zwischen den Teilchen füllen, die die Innenwände des Durchgangslochs 11 bilden, aggregiert und können kaum reagieren, so daß der Regenerationsvorgang schwierig wird. Beträgt die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 11 mindestens 1,0 μm, werden die Abgase veranlaßt, verschiedene Strömungen zu bilden, so daß die Partikel eingefangen werden können, während Verstopfung in den Innenwänden des Durchgangslochs 11 verhindert wird; dadurch läßt sich eine Beeinträchtigung des Reaktionsvermögens im Regenerationsvorgang vermeiden. Indem die Abgase verschiedene Arten von Strömungen bilden können, wird zudem bewirkt, daß die Abgase heftiger ein- und ausströmen, so daß es möglich wird, die Asche von den Innenwänden des Durchgangslochs 11 leichter zu lösen.
Das Wabenfilter 10 ist aus einem porösen Keramikmaterial hergestellt. Zu Beispielen für das Keramikmaterial, das nicht speziell eingeschränkt ist, zählen: solche Oxidkeramikwerkstoffe wie Cordierit, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Mullit u. ä.; solche Carbidkeramikwerkstoffe wie Siliciumcarbid, Zirconiumcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid, Wolframcarbid u. ä.; sowie solche Nitridkeramikwerkstoffe wie Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Titannitrid u. ä. Genutzt werden normalerweise solche Oxidkeramikwerkstoffe wie Cordierit u. ä. Diese Materialien ermöglichen, das Herstellungsverfahren mit geringen Kosten durchzuführen, haben einen vergleichsweise kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und sind im Gebrauch weniger oxidationsanfällig. Ferner können siliciumhaltige Keramikwerkstoffe, die durch Einmischen von metallischem Silicium in die o. g. Keramikwerkstoffe hergestellt sind, und durch Silicium und Silicatverbindungen gebundene Keramikwerkstoffe verwendet werden.
Obwohl sie nicht speziell eingeschränkt ist, ist erwünscht, daß die Porosität des Wabenfilters 10 der Erfindung in einem Bereich von 40 bis 80% festgelegt ist. Liegt die Porosität unter 40% ist das Wabenfilter 10 verstopfungsanfälliger, während bei einer Porosität über 80% die Festigkeit des Wabenfilters 10 beeinträchtigt wird; dadurch kann es leicht zerbrechen.
Hierbei läßt sich diese Porosität durch bekannte Verfahren messen, z. B. ein Quecksilbereinpreßverfahren, Archimedesverfahren, ein Meßverfahren mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) u. ä.
Erwünscht ist, daß der mittlere Porendurchmesser des Wabenfilters 10 in einem Bereich von 5 bis 100 μm festgelegt ist. Unter 5 μm verursacht der mittlere Porendurchmesser in der Tendenz leicht Verstopfen von Partikeln. Übersteigt dagegen der mittlere Porendurchmesser 100 μm, werden Partikel in der Tendenz veranlaßt, die Poren zu durchlaufen; somit können die Partikel nicht eingefangen werden, wodurch die Teile nicht als Filter fungieren können.
Weiterhin ist gemäß 1(b) im Wabenfilter 10 eine Anzahl von Durchgangslöchern 11 zum Durchströmenlassen von Abgasen parallel zueinander in Längsrichtung mit dem dazwischen eingefügten Wandabschnitt 13 plaziert, und bei jedem der Durchgangslöcher 11 ist eines seiner Enden auf der Einlaßseite oder Auslaßseite mit einem Stopfen 12 abgedichtet.
Für das Material, das zur Bildung des Stopfens 12 zu verwenden ist, wird ohne spezielle Einschränkung beispielsweise das zuvor erwähnte Keramikmaterial vorgeschlagen. Erwünscht ist, daß insbesondere das gleiche Material wie das Keramikmaterial verwendet wird, aus dem das Wabenfilter 10 gebildet ist. Dadurch wird es möglich, für den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu sorgen und somit Rißbildung infolge von Temperaturänderungen im Gebrauch und bei Regenerationsvorgängen zu verhindern.
Die Größe des Wabenfilters 10 ist nicht speziell eingeschränkt und wird unter Berücksichtigung der Größe eines Abgaskanals des zu verwendenden Verbrennungsmotors u. ä. geeignet bestimmt.
Zudem ist seine Form nicht speziell eingeschränkt, solange sie eine Säulenform ist, z. B. kann jede gewünschte Form wie eine Zylinderform, elliptische Säulenform, rechtwinklige Säulenform u. ä. verwendet werden. Allgemein werden gemäß 1 solche mit einer Zylinderform oft gebraucht.
Weiterhin ist im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter ein Säulenkörper gebildet, indem mehrere rechtwinklige säulenförmige poröse Keramikteile durch Klebeschichten kombiniert sind, wobei jedes dieser säulenförmigen porösen Keramikteile eine Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit dazwischen eingefügten Trennwänden platziert sind. Da mit dieser Anordnung der Säulenkörper in mehrere poröse Keramikteile aufgeteilt ist, läßt sich eine auf die porösen Keramikteile im Gebrauch ausgeübte Wärmebeanspruchung reduzieren und folglich dem in der Erfindung verwendeten Wabenfilter ausgezeichnete Wärmebeständigkeit verleihen. Zudem ist es durch Erhöhen oder Verringern der Anzahl poröser Keramikteile möglich, seine Größe frei einzustellen.
2 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für das in der Erfindung verwendete Wabenfilter schematisch darstellt, 3(a) ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für poröse Keramikteile schematisch zeigt, die das Wabenfilter gemäß 2 bilden, und 3(b) ist eine Querschnittansicht an der Linie B-B von 3(a).
Gemäß 2 sind in einem in der Erfindung verwendeten Wabenfilter 20 der Erfindung mehrere poröse Keramikteile 30 über Klebeschichten 24 zu einem Keramikblock 25 miteinander kombiniert, und eine Dichtungsmaterialschicht 26 ist auf dem Umfang des Keramikblocks 25 gebildet. Weiterhin hat gemäß 3 jedes der porösen Keramikteile 30 eine Struktur, bei der eine Anzahl von Durchgangslöchern 31 parallel zueinander in Längsrichtung platziert ist, so daß Trennwände 33, die die Durchgangslöcher 31 voneinander trennen, als Filter fungieren können.
Anders gesagt ist gemäß 3(b) bei jedem der im porösen Keramikteil 30 gebildeten Durchgangslöcher 31 eines seiner Enden auf der Einlaßseite oder Auslaßseite von Abgasen mit einem Stopfen 32 abgedichtet; dadurch strömen Abgase, die in eines der Durchgangslöcher 31 eingetreten sind, durch ein anderes Durchgangsloch 31 aus, nachdem sie stets den Wandabschnitt 33 durchlaufen haben, der die entsprechenden Durchgangslöcher 31 trennt.
Weiterhin ist die Dichtungsmaterialschicht 26 so platziert, daß sie Abgase daran hindert, den Umfang jedes Keramikblocks 25 zu durchdringen, wenn das Wabenfilter 20 in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
Hierbei geben in 3(b) Pfeile die Strömungen von Abgasen an.
Das Wabenfilter 20 mit dieser Struktur ist im Abgaskanal in einem Verbrennungsmotor so platziert, daß Partikel in den vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgasen durch die Trennwand 33 beim Durchströmen des Wabenfilters 20 eingefangen werden; dadurch werden die Abgase gereinigt.
Da das Wabenfilter 20 dieser Art ausgezeichnete Wärmebeständigkeit hat und für leichte Regenerationsvorgänge u. ä. sorgt, wurde es auf verschiedene Großfahrzeuge und Fahrzeuge mit Dieselmotoren angewendet.
Im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter 20 mit dieser Struktur entspricht die Länge der längsten Seite des Durchgangslochs 31 des porösen Keramikteils 30 l im Wabenfilter 10, die Fläche des Durchgangslochs 31 des porösen Keramikteils 30 entspricht S im Wabenfilter 10, und die Länge in Längsrichtung des porösen Keramikteils 30 entspricht L im Wabenfilter 10. Auch im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter 20 erfüllen die vorstehend erwähnten 1 und L die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500, oder S und L erfüllen die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400, und die Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs 31 erfüllt die Beziehung 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm.
Für das Material des porösen Keramikteils 30 wird Siliciumcarbid, das große Wärmebeständigkeit, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und hohe Wärmeleitfähigkeit hat, verwendet.
Für die Porosität und den mittleren Porendurchmesser des porösen Keramikteils 30 können die gleiche Porosität und der gleiche mittlere Porendurchmesser wie im anhand von 1 erläuterten Wabenfilter 10 der Erfindung verwendet werden.
Für die Teilchengröße von Keramikteilchen, die bei Herstellung der porösen Keramikteile 30 zu verwenden sind, gelten zwar keine speziellen Einschränkungen, aber erwünscht ist, solche zu verwenden, die im anschließenden Sinterverfahren weniger schrumpfanfällig sind, und erwünscht ist, solche Teilchen zu verwenden, die durch Kombinieren von 100 Gewichtsteilen Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 50 μm mit 5 bis 65 Gewichtsteilen Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 1,0 μm hergestellt sind. Durch Mischen von Keramikpulvern mit diesen jeweiligen Teilchengrößen und diesem Mischungsverhältnis läßt sich ein poröses Keramikteil 30 bereitstellen.
Für das die Klebeschicht 24 bildende Material gilt keine besondere Einschränkung, und es kann z. B. ein Material verwendet werden, das sich aus einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel, anorganischen Fasern und anorganischen Teilchen zusammensetzt.
Für das anorganische Bindemittel können z. B. Kieselsol, Tonerdesol u. ä. verwendet werden. Jedes davon kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von ihnen können in Kombination zum Einsatz kommen. Unter den anorganischen Bindemitteln wird Kieselsol stärker erwünscht verwendet.
Zu Beispielen für das organische Bindemittel zählen Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Ethylcellulose, Carboxymethylcellulose u. ä. Jedes von diesen kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von diesen können in Kombination zum Einsatz kommen. Unter den organischen Bindemitteln wird Carboxymethylcellulose stärker erwünscht verwendet.
Zu Beispielen für die anorganischen Fasern zählen Keramikfasern, z. B. Siliciumoxid-Aluminiumoxid (Aluminiumsilikat), Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumoxid u. ä. Jede davon kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von ihnen können in Kombination zum Einsatz kommen. Unter den anorganischen Fasern werden Aluminiumoxid-Siliciumoxid-Fasern stärker erwünscht verwendet.
Zu Beispielen für die anorganischen Teilchen zählen Carbide, Nitride u. ä., und zu spezifischen Beispielen gehören anorganisches Pulver oder Whisker, die aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Bornitrid u. ä. hergestellt sind. Jedes davon kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von ihnen können in Kombination zum Einsatz kommen. Unter den anorganischen feinen Teilchen wird Siliciumcarbid mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit stärker erwünscht verwendet.
Im Wabenfilter 20 gemäß 2 ist der Keramikblock 25 in eine Zylinderform geformt; aber ohne Einschränkung auf die Zylinderform kann der Keramikblock des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters jede gewünschte Form haben, z. B. eine elliptische Säulenform, eine rechtwinklige Säulenform u. ä.
Weiterhin ist die Dichtungsmaterialschicht 26 auf dem Umfang des Keramikblocks 25 gebildet, um Abgase daran zu hindern, den Umfang jedes Keramikblocks 25 zu durchdringen. Für das Material der Dichtungsmaterialschicht, das nicht speziell eingeschränkt ist, kann z. B. das gleiche Material wie für die o. g. Klebeschicht 24 verwendet werden.
Ohne spezielle Einschränkung ist erwünscht, daß die Dicke der Dichtungsmaterialschicht in einem Bereich von 0,3 bis 1,0 mm festgelegt ist. Unter 0,3 mm Dicke kommt es in der Tendenz zum Austritt von Abgasen aus dem Umfang des Keramikblocks 25, wogegen es bei über 1,0 mm Dicke in der Tendenz zu beeinträchtigter Wirtschaftlichkeit kommt, wenngleich der Austritt von Abgasen ausreichend verhindert werden kann.
Weiterhin kann das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator haben, der CO₃ HO, NOx u. ä. in den Abgasen entfernen kann.
Trägt es einen solchen Katalysator, kann das Wabenfilter der Erfindung als Filter fungieren, das Partikel in Abgasen einzufangen vermag, und auch als Katalysatorträgerteil zum Entfernen von CO₃ HO, NOx u. ä. fungieren, die in Abgasen enthalten sind.
Ferner ist es im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter durch Beschichten der Innenwände des Durchgangslochs mit einem Katalysator möglich, Asche leicht abzulösen. Normalerweise reagieren solche Verbindungen wie Sulfide und Phosphite, die in Abgasen aus Kraftstoff o. ä. enthalten sind, mit der Katalysatordeckschicht und dem Filter zu Asche und bleiben daran haften. Angenommen wird aber, daß die Haftung von Metall, z. B. dem Katalysator, ermöglicht, die Asche an der Reaktion mit der Katalysatordeckschicht und dem Filter zu hindern.
Zu Beispielen für den Katalysator, der nicht speziell eingeschränkt ist, solange er CO₃ HO, NOx u. ä. in Abgasen entfernen kann, zählen solche Edelmetalle wie Platin, Palladium, Rhodium u. ä. Zusätzlich zu den Edelmetallen kann ein solches Element wie ein Alkalimetall (Gruppe 1 im Periodensystem der Elemente), ein Erdalkalimetall (Gruppe 2 im Periodensystem der Elemente), ein Seltenerdmetall (Gruppe 3 im Periodensystem der Elemente) oder ein Übergangsmetall zugegeben sein.
Beim Auftragen des Katalysators auf das in der Erfindung verwendete Wabenfilter ist außerdem bevorzugt, den Katalysator aufzutragen, nachdem die Oberfläche mit einem solchen Trägerteil wie Aluminiumoxid o. ä. vorbeschichtet wurde. Dadurch wird es möglich, die spezifische Oberfläche zu vergrößern, den Dispersionsgrad des Katalysators zu erhöhen und folglich den reaktionsfähigen Anteil des Katalysators zu steigern. Da zudem das Trägerteil Sintern des Katalysatormetalls verhindert, läßt sich die Wärmebeständigkeit des Katalysators verbessern. Zusätzlich wird auch der Druckverlust gesenkt.
Das in der Erfindung verwendete Wabenfilter, auf dem dieser Katalysator aufgebracht ist, kann als Gasreinigungsvorrichtung auf die gleiche Weise wie die herkömmlich bekannten DPF (Dieselpartikelfilter) mit Katalysator funktionieren. Daher entfällt in der nachfolgenden Beschreibung die nähere Darstellung des Falls, in dem das Wabenfilter der Erfindung auch als Katalysatorträgerteil dient.
Wie zuvor beschrieben, erfüllen im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter mit Bezug auf einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs die Länge l (mm) der längsten Seite und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters (Säulenkörpers) die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500, oder die Fläche S (mm²) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters (Säulenkörpers) erfüllen die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400, und die Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs ist auf höchstens 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm festgelegt.
Daher durchströmen im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter während des Regenerationsvorgangs Gase, die durch die Erwärmungseinrichtung auf hohe Temperaturen erwärmt wurden, das Innere des Durchgangslochs als Laminarströmung; da somit die auf den Innenwänden des Durchgangslochs abgeschiedenen Partikel von der Abgaseinlaßseite nacheinander verbrannt werden, können die Partikel nahezu vollständig verbrannt und entfernt werden.
Zudem ist im in der Erfindung verwendeten Wabenfilter die Oberflächenrauhtiefe Ra auf höchstens 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm festgelegt; dadurch können Ascherückstände, die nach dem Regenerationsvorgang des Wabenfilters auf dem Wandabschnitt verbleiben, vom Wandabschnitt leicht getrennt werden. Daher wird es in diesem Regenerationsvorgang möglich, die Asche innerhalb des Durchgangslochs mit Hilfe von Hochtemperaturgasen leicht zu bewegen, die durch das Innere des Durchgangslochs als Laminarströmung fließen, und folglich Asche daran zu hindern, auf der gesamten Oberfläche des Wandabschnitts in gleichmäßigem Zustand zu verbleiben.
In der folgenden Beschreibung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung erläutert.
Die Abgasreinigungsvorrichtung weist auf:
ein Gehäuse, das mit einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors verbunden ist; und das Wabenfilter der Erfindung zur Abgasreinigung sowie eine Erwärmungseinrichtung; die innerhalb des Gehäuses eingebaut sind;
wobei
bei Durchführung eines Regenerationsvorgangs für das Wabenfilter zur Abgasreinigung durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Gase in das Wabenfilter zur Abgasreinigung unter Bedingungen strömen gelassen werden, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt.
4 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel für eine erfindungsgemäß verwendete Abgasreinigungsvorrichtung schematisch darstellt.
Gemäß 4 ist die Abgasreinigungsvorrichtung 100 hauptsächlich gebildet durch das o. g. in der Erfindung verwendete Wabenfilter 20, ein Gehäuse 130, das den Umfang des Wabenfilters 20 abdeckt, ein Haltedichtungsmaterial 120, das zwischen dem Wabenfilter 20 und dem Gehäuse 130 platziert ist, sowie eine Erwärmungseinrichtung 110, die auf der Abgaseinlaßseite des Wabenfilters 20 vorgesehen ist, und ein Einleitungsrohr 140, das mit einem solchen Motor wie einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, ist mit einem Ende des Gehäuses 130 auf der Seite verbunden, an der Abgase eingeleitet werden, und ein Abgaberohr 150, das nach außen führt, ist mit dem anderen Ende des Gehäuses 130 verbunden. Hierbei bezeichnen Pfeile in 4 Strömungen der Abgase.
In 4 wird hier das Wabenfilter 20 gemäß 2 verwendet; gleichwohl kann das Wabenfilter, das in der in der Erfindung verwendeten Abgasreinigungsvorrichtung zu verwenden ist, als Wabenfilter 10 gemäß 1 hergestellt sein.
In der Abgasreinigungsvorrichtung 100 der Erfindung mit dieser Anordnung werden von einem solchen Motor wie einem Verbrennungsmotor o. ä. abgegebene Abgase durch das Einleitungsrohr 140 in das Gehäuse 130 eingeleitet und können die Trennwand 33 aus dem Durchgangsloch 31 des Wabenfilters 20 durchlaufen, so daß nach Einfangen von Partikeln durch die Trennwand 33 die resultierenden gereinigten Abgase durch das Abgaberohr 150 nach außen abgegeben werden.
Hat sich in der Abgasreinigungsvorrichtung 100, die diesen Abgasreinigungsbetrieb durchführt, eine große Partikelmenge auf der Trennwand 33 des Wabenfilters 20 angesammelt, um einen hohen Druckverlust zu verursachen, wird ein Regenerationsvorgang am Wabenfilter 20 durchgeführt.
In diesem Regenerationsvorgang werden durch die Erwärmungseinrichtung 110 erwärmte Abgase in die Durchgangslöcher 31 des Wabenfilters 20 strömen gelassen, so daß das Wabenfilter 20 erwärmt wird und die auf dem Wandabschnitt 13 angesammelten Partikel vollständig verbrannt und entfernt werden.
Für die durch die Erwärmungseinrichtung 110 zu erwärmenden Gase seien z. B. von einem solchen Motor wie einem Verbrennungsmotor o. ä. abgegebene Abgase und Luft aufgeführt.
In der in der Erfindung verwendeten Abgasreinigungsvorrichtung 100 strömen bei Durchführung dieses Regenerationsvorgangs durch die Erwärmungseinrichtung 110 erwärmte Gase in das Wabenfilter 20 unter solchen Bedingungen, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s beträgt und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt.
Wie zuvor beschrieben, ermöglicht das in der Erfindung verwendete Wabenfilter 20, auf der Trennwand 33 angesammelte Partikel durch seinen Regenerationsvorgang nahezu vollständig zu verbrennen und zu entfernen, und es ermöglicht, daß sich Ascherückstände auf der Trennwand 33 nach dem Regenerationsvorgang leicht ablösen. Da in der Abgasreinigungsvorrichtung 100, die das Wabenfilter 20 dieser Art verwendet, die durch die Erwärmungseinrichtung 110 unter diesen Bedingungen erwärmten Hochtemperaturgase in das Wabenfilter 20 unter den vorstehenden Bedingungen strömen, können sich Ascherückstände, die auf nahezu der gesamten Oberfläche der Trennwand 33 des Wabenfilters 20 abgeschieden sind, zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs 31 bewegen und in diesem Abschnitt ansammeln.
Als Ergebnis ist kaum Asche auf Abschnitten der Trennwand 33 mit Ausnahme dieser Abschnitte auf der Abgasauslaßseite vorhanden, so daß es möglich ist, die Filterfläche der Trennwand 33 als große Fläche lange Zeit beizubehalten und somit das Wabenfilter 20 weniger anfällig gegenüber einem hohen Anfangsdruckverlust zu machen, auch wenn der Einfangvorgang von Partikeln und Regenerationsvorgang im Wabenfilter 20 wiederholt durchgeführt werden; dadurch wird es möglich, das Wabenfilter 20 lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
Damit die o. g. Gase in das Wabenfilter 20 unter den Bedingungen strömen können, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s beträgt und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt, ist in dem Fall, in dem Abgase als diese Gase verwendet werden, z. B. eine zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase und der Sauerstoffkonzentration fähige Vorrichtung am Mittelabschnitt des Einleitungsrohrs 140 oder in der Umgebung der Endfläche auf der Abgaseinlaßseite des Gehäuses 130 angebracht, so daß die Abgase, die durch diese Vorrichtung auf die Bedingungen eingestellt sind, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s beträgt und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt, in das Wabenfilter 20 strömen.
Wird Luft als das o. g. Gas verwendet, ist ferner z. B. eine Pumpe o. ä. am Mittelabschnitt des Einleitungsrohrs 140 oder in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite des Gehäuses 130 angebracht, so daß Luft, die durch die Pumpe auf die Bedingungen eingestellt ist, daß eine Einströmgeschwindigkeit mindestens 0,3 m/s beträgt und eine Sauerstoffkonzentration mindestens 6% beträgt, in das Wabenfilter 20 strömt.
Unter 0,3 m/s Gaseinströmgeschwindigkeit werden die auf der Trennwand 33 abgeschiedenen Ascherückstände nicht durch das Regenerationsverfahren zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs 31 bewegt, und die auf der Trennwand 33 auf der Abgasauslaßseite im Regenerationsvorgang angesammelten Partikel werden auch nicht verbrannt, was zu einem unzureichenden Regenerationsbetrieb u. ä. führt. Unter 6% Sauerstoffkonzentration im Gas kommt es zudem zu Schwierigkeiten beim Verbrennen der auf der Trennwand 33 angesammelten Partikel.
Die Erwärmungseinrichtung 110 ist zum Erwärmen des in das Durchgangsloch 31 strömenden Gases vorgesehen, um die auf der Trennwand 33 abgeschiedenen Partikel im zuvor beschriebenen Regenerationsvorgang des Wabenfilters 20 zu verbrennen und zu entfernen, und für die Erwärmungseinrichtung, die nicht speziell eingeschränkt ist, kann z. B. eine solche Vorrichtung wie eine Elektroheizung, ein Brenner o. ä. verwendet werden.
Weiterhin kann gemäß 4 die in der Erfindung verwendete Abgasreinigungsvorrichtung ein System haben, in dem das Wabenfilter 20 durch die auf der Abgaseinlaßseite des Wabenfilters 20 vorgesehene Erwärmungseinrichtung 110 erwärmt wird, oder ein System, in dem ein Oxidkatalysator auf das Wabenfilter aufgetragen ist, wobei Kohlenwasserstoff in das Wabenfilter als Träger des Oxidkatalysators strömt, so daß das Wabenfilter erwärmt wird, oder ein System, in dem ein Oxidkatalysator auf der Abgaseinlaßseite des Wabenfilters plaziert ist, damit das Wabenfilter erwärmt wird, indem der Oxidkatalysator dadurch Wärme erzeugen kann, daß Kohlenwasserstoff der Abgaseinlaßseite des Oxidkatalysators zugeführt wird.
Da die Reaktion zwischen dem Oxidkatalysator und Kohlenwasserstoff eine wärmeerzeugende Reaktion ist, kann das Wabenfilter parallel zum Abgasreinigungsvorgang regeneriert werden, indem eine während der Reaktion erzeugte große Wärmemenge genutzt wird. Auch in diesem Fall müssen hierbei die in das Wabenfilter strömenden Gase die Bedingungen einer Einströmgeschwindigkeit von mindestens 0,3 m/s und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 6% erfüllen.
Zu Beispielen für das Material des Haltedichtungsmaterials 120 zählen ohne besondere Einschränkung anorganische Fasern, z. B. kristalline Aluminiumoxidfasern, Aluminiumoxid-Siliciumoxid-Fasern, Siliciumoxidfasern u. ä., sowie Fasern, die eine oder mehrere Arten dieser anorganischen Fasern enthalten, u. ä.
Erwünscht ist ferner, daß das Haltedichtungsmaterial 120 Aluminiumoxid und/oder Siliciumoxid enthält. Durch diese Struktur kann für ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Dauerfestigkeit im Haltedichtungsmaterial 120 gesorgt sein. Insbesondere ist erwünscht, daß das Haltedichtungsmaterial 120 mindestens 50 Gew.-% Aluminiumoxid enthält. Diese Struktur ermöglicht, für verbesserte Elastizität auch bei hohen Temperaturen in einem Bereich von 900 bis 950°C zu sorgen und damit die Haltefestigkeit für das Wabenfilter 10 zu erhöhen.
Weiterhin ist erwünscht, das Haltedichtungsmaterial 120 einem Vernadelungsverfahren zu unterziehen. Dadurch können sich die das Haltedichtungsmaterial 120 bildenden Fasern verwirren, um die Elastizität zu verbessern und die Haltefestigkeit für das Wabenfilter 20 zu erhöhen.
Für die Form des Haltedichtungsmaterials 120, die nicht speziell eingeschränkt ist, solange es auf den Umfang des Wabenfilters 20 aufgebracht werden kann, läßt sich jede gewünschte Form nutzen; und erwünscht ist, eine Form gemäß 5 zu verwenden.
5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für das Haltedichtungsmaterial schematisch zeigt.
Gemäß 5 ist das Haltedichtungsmaterial 120 gebildet durch einen Basisabschnitt 121 mit einer rechtwinkligen Form in der Draufsicht, einen konvexen Abschnitt 122, der auf einer der kurzen Seiten des Basisabschnitts 121 gebildet ist, und einen konkaven Abschnitt 123, der in der anderen kurzen Seite des Basisabschnitts 121 gebildet ist.
Hinsichtlich der Größe des Haltedichtungsmaterials 120, die nicht speziell eingeschränkt ist, ist sie in Übereinstimmung mit der Größe des Wabenfilters 20 geeignet eingestellt, und erwünscht ist, daß die Länge der langen Seite des Basisabschnitts 121 genauso wie die Umfangslänge des Wabenfilters 20 festgelegt ist. Dadurch bildet sich kein Spalt zwischen dem Umfang des Wabenfilters 20 und dem Haltedichtungsmaterial 120, das seinen Umfang abdeckt.
Weiterhin ist erwünscht, daß die Länge der kurzen Seite des Basisabschnitts 121 nahezu auf die gleiche Länge wie die Gesamtlänge des Wabenfilters 20 eingestellt ist. Dadurch kann das Wabenfilter 20 ausgezeichnete Haltestabilität haben.
Ferner ist erwünscht, die Größen und Positionen des konvexen Abschnitts 122 und des konkaven Abschnitts 123 so anzuordnen, daß diese genau zusammenpassen, wenn das Haltedichtungsmaterial 120 auf den Umfang des Wabenfilters 20 aufgebracht ist.
Indem das Haltedichtungsmaterial 120 in diese Form gebracht ist, lassen sich die Außendurchmessertoleranz des Wabenfilters 20 und die durch Wickelvorgänge des Haltedichtungsmaterials 120 verursachte Differenz richtig einstellen, und es ist auch möglich, Abweichungen im Haltedichtungsmaterial 120 zu verhindern, das auf dem Umfang des Wabenfilters 20 platziert ist.
Hierbei kann für die Form des Haltedichtungsmaterials in der Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung, die nicht speziell auf die Form des Haltedichtungsmaterials 120 gemäß 5 eingeschränkt ist, beispielsweise jede gewünschte Form verwendet werden, z. B. eine Plattenform in Draufsicht und eine Form, bei der mehrere konvexe Abschnitte und mehrere konkave Abschnitte an den beiden Enden des Basisabschnitts mit einer Rechteckform in Draufsicht gebildet sind.
Für das Material des Gehäuses 130 kann ohne spezielle Einschränkung z. B. rostfreies Material u. ä. verwendet werden.
Weiterhin kann für die Form des Gehäuses, die nicht speziell eingeschränkt ist, eine Zylinderform gemäß einem Gehäuse 41 von 6(a) verwendet werden, oder es kann eine zweigeteilte Mantelform zum Einsatz kommen, bei der ein Zylinder in seiner Axialrichtung in zwei Abschnitte unterteilt ist, was durch ein Gehäuse 42 von 6(b) veranschaulicht ist.
Die Größe des Gehäuses 130 ist geeignet eingestellt, so daß das Wabenfilter 10 über das Haltedichtungsmaterial 120 darin plaziert ist.
Gemäß 4 ist das zur Abgaseinleitung verwendete Einleitungsrohr 140 mit einem Ende der Endflächen des Gehäuses 130 verbunden, und das Abgaberohr 150 zur Abgasabgabe ist mit der anderen Endfläche verbunden.
Wie zuvor beschrieben, wird in der Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung das in der Erfindung verwendete Wabenfilter verwendet, und während des Regenerationsvorgangs für das Wabenfilter strömen durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Gase in das Wabenfilter zur Abgasreinigung unter Bedingungen einer Einströmgeschwindigkeit von mindestens 0,3 m/s und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 6%.
Aus diesem Grund können sich bei Durchführung des Regenerationsvorgangs für das Wabenfilter mit Hilfe der Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung Ascherückstände, die auf nahezu der gesamten Oberfläche des Wandabschnitts des Wabenfilters abgeschieden sind, zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs bewegen und in diesem Abschnitt ansammeln.
Dadurch ist kaum Asche auf Abschnitten des Wandabschnitts mit Ausnahme dieser Abschnitte auf der Abgasauslaßseite vorhanden, so daß es möglich ist, die Filterfläche des Wandabschnitts als große Fläche lange Zeit beizubehalten und somit das Wabenfilter weniger anfällig gegenüber einem hohen Anfangsdruckverlust zu machen, auch wenn Einfang- und Regenerationsvorgänge von Partikeln im Wabenfilter wiederholt durchgeführt werden; dadurch wird es möglich, das Wabenfilter lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
In der folgenden Beschreibung werden Beispiele für ein Herstellungsverfahren für das Wabenfilter der Erfindung und ein Herstellungsverfahren für die Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung erläutert.
Zuerst wird das Herstellungsverfahren für das Wabenfilter der Erfindung beschrieben.
Hat das Wabenfilter eine Struktur, die insgesamt durch einen einzelnen Sinterkörper gemäß 1 gebildet ist, wird zunächst ein Extrusionsvorgang durchgeführt, indem eine Materialpaste verwendet wird, die sich hauptsächlich aus den zuvor beschriebenen Keramikwerkstoffen zusammensetzt, so daß ein Keramikformkörper gebildet wird, der eine dem Wabenfilter 10 gemäß 1 entsprechende Form hat.
In diesem Extrusionsvorgang wird die Materialpaste durch ein Metallwerkzeug kontinuierlich extrudiert, das an der Spitze der Extrusionsmaschine angebracht und mit einer Anzahl darin gebildeter dünner Poren versehen ist, und auf eine vorbestimmte Länge geschnitten, so daß der o. g. Keramikformkörper hergestellt wird, und zur Herstellung des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters ist die Wandfläche der im Werkzeug gebildeten dünnen Poren einem Poliervorgang u. ä. unterzogen, so daß die Oberflächenrauhtiefe Ra auf höchstens 10 μm oder weniger und 1.0 μm oder mehr eingestellt ist.
Die Wandfläche der dünnen Poren des o. g. Werkzeugs ist ein Abschnitt, der die Materialpaste im Extrusionsvorgang direkt kontaktiert, und hat die Wandfläche eine große Oberflächenrauhtiefe, wird die Oberflächenrauhtiefe der Innenwand der Öffnung, die das Durchgangsloch eines herzustellenden Keramikformkörpers bildet, größer; dadurch übersteigt die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters, das durch anschließende Vorgänge herzustellen ist, 100 μm.
Hierbei sind alternativ die Viskosität der Materialpaste und die Teilchengrößen und Mischungsverhältnisse der jeweiligen Materialien so richtig eingestellt, daß die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs des herzustellenden Wabenfilters auf höchstens 10 μm oder weniger und 1.0 μm oder mehr eingestellt ist.
Außerdem wird die Länge (L' (mm)) in Längsrichtung des Keramikformkörpers in Übereinstimmung mit der Länge (l' (mm)) der längsten Seite (Innendurchmesser, von dem die Wand ausgeschlossen ist) der Öffnung bestimmt, die das Durchgangsloch des Keramikformkörpers bildet, oder die Fläche (S' (mm2)) der Öffnung und insbesondere L' wird so eingestellt, daß die Werte L' und l' 60 ≤ L'/l' ≤ 500 erfüllen, oder so, daß die Werte L' und S' 20 ≤ L'/S' ≤ 400 erfüllen.
Auf diese Weise läßt sich durch richtiges Einstellen der Länge L' in Längsrichtung des Keramikformkörpers folgendes herstellen: das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendete Wabenfilter, bei dem die Länge (l (mm) der längsten Seite (Innendurchmesser, von dem die Wand ausgeschlossen ist) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters (Säulenkörpers) die Beziehung 60 ≤ L/l ≤ 500 erfüllen, oder das gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendete Wabenfilter, bei dem die Fläche (S (mm²)) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Wabenfilters (Säulenkörpers) die Beziehung 20 ≤ L/S ≤ 400 erfüllen.
Als nächstes wird dieser Keramikformkörper Entfettungs- und Sintervorgängen unter vorbestimmten Bedingungen unterzogen, so daß ein Wabenfilter hergestellt wird, das durch poröse Keramikwerkstoffe geformt und insgesamt durch einen einzelnen Sinterkörper gebildet ist.
Für die Zusammensetzung der Materialpaste und die Bedingungen der Entfettungs- und Sintervorgänge des Keramikformkörpers u. ä. können die herkömmlich verwendeten Bedingungen zum Einsatz kommen, die auf das aus porösen Keramikwerkstoffen hergestellte Wabenfilter Anwendung finden.
Bei Entfettungs- und Sintervorgängen des Keramikformkörpers kann zusätzlich durch Einstellen der Einströmgeschwindigkeit von Gasen, die das Durchgangsloch des Keramikformkörpers durchströmen sollen, die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs des Wabenfilters der Erfindung eingestellt werden, und durch Erhöhen der Einströmgeschwindigkeit der Gase läßt sich die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs des Wabenfilters der Erfindung erhöhen.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist bevorzugt, einen Sintervorgang für den Keramikformkörper durchzuführen, während ein Reduktionsvorgang mit Hilfe von Wasserstoffgas erfolgt. Annahmen zufolge wird es dadurch möglich, die Oberfläche des Keramiksinterkörpers zu modifizieren, um die Benetzbarkeit zu ändern und folglich den Katalysator leicht auftragen zu lassen.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist bevorzugt, den Keramiksinterkörper in Fluorwasserstoffsäure einzutauchen. Annahmen zufolge wird es dadurch möglich, die Beschaffenheit der Keramik abzuwandeln, um die Benetzbarkeit zu ändern und folglich den Katalysator leicht auftragen zu lassen.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist ferner erwünscht, daß ein Aluminiumoxidfilm auf der Oberfläche des Keramikformkörpers gebildet ist, der gesintert wurde, und der Katalysator auf den Aluminiumoxidfilm aufgetragen wird.
Insbesondere werden durch Durchführung der folgenden Vorgänge (A), (B) und (C) in dieser Reihenfolge der Aluminiumoxidfilm, ein Promotor und ein Katalysator aufgetragen.
(A) Beschichtungsverfahren mit Aluminiumoxid
(A-1) Lösungsimprägniervorgang
Durchgeführt wird dieser Lösungsimprägniervorgang zum Auftragen des Aluminiumoxidfilms durch Imprägnieren der Oberfläche des Keramikformkörpers, der dem Sintervorgang unterzogen wurde, mit einer Lösung einer aluminiumhaltigen Metallverbindung durch ein Sol-Gel-Verfahren.
Eine anorganische Metallverbindung und eine organische Metallverbindung können für die Ausgangsmetallverbindung in der Lösung der aluminiumhaltigen Metallverbindung verwendet werden.
Zu Beispielen für die anorganische Metallverbindung gehören: Al(NO₃)₃, AlCl₃, AlOCl, AlPO₄, Al₂(SO₄)₃, Al₂O₃, Al(OH)₃ und Al. Von diesen ist erwünscht, daß insbesondere Al(NO3)₃ und AlCl₃ verwendet werden, die in einem solchen Lösungsmittel wie Alkohol, Wasser o. ä. leicht zu lösen und leicht zu handhaben sind.
Zu Beispielen für die organische Metallverbindung zählen: metallisches Alkoxid-, metallisches Acetylacetonat- und metallisches Carboxylat-Al. Zu spezifischen Beispielen gehören Al(OCH₃)₃, Al(OC₂H₃)₃ und Al(iso-OC₃H₇)₃.
Für das Lösungsmittel für die aluminiumhaltige Metallverbindungslösung werden ein oder mehrere Materialien, die unter Berücksichtigung der Lösbarkeit der Metallverbindung aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasser, Alkohol, Diol, Polyol, Ethylenglycol, Ethylenoxid, Triethanolamin und Xylol besteht, gemischt und darin verwendet.
Außerdem kann bei Herstellung der Lösung Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure, Fluorwasserstoffsäure o. ä. als Lösungsmittel zugegeben werden.
Hier wird Al(NO₃)₃ als erwünschtes Beispiel für die Metallverbindung vorgeschlagen, und diese wird in einem Lösungsmittel bei vergleichsweise niedriger Temperatur gelöst, so daß sich die Materiallösung leicht herstellen läßt. Für das erwünschte Lösungsmittel wird hier 1,3-Butandiol vorgeschlagen. Der erste Grund für die Verwendung dieses Materials ist, daß es eine geeignete Viskosität hat und ermöglicht, einen Gelfilm mit einer geeigneten Dicke in einem Gelzustand aufzutragen. Der zweite Grund für die Verwendung dieses Materials ist, daß das Lösungsmittel Metallalkoxid in der Lösung bildet, so daß sich ein Metalloxidpolymer, das durch Bindungen von Sauerstoff-Metall-Sauerstoff hergestellt ist, d. h. ein Vorläufer eines Metalloxidgels, leicht bilden läßt.
Erwünscht ist, daß die Menge von Al(NO3)3 in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-% festgelegt ist. Bei einer Menge unter 10 Gew.-% wird keine Aluminiumoxidmenge mit ausreichender Oberflächengröße unterstützt, die die langfristige Aktivität des Katalysators beibehalten kann; dagegen bewirkt eine Menge über 50 Gew.-% eine große Wärmeerzeugungsmenge beim Lösen, wodurch die Lösung leicht geliert.
Für die Temperatur bei Herstellung der Imprägnierlösung der Metallverbindung ist erwünscht, sie in einem Bereich von 50 bis 130°C festzulegen. Unter 50°C bewirkt die Temperatur eine geringe Löslichkeit im Gelösten, während eine Temperatur über 130°C einen abrupten Fortschritt der Reaktion zur Gelbildung verursacht, was den Gebrauch als Beschichtungslösung unmöglich macht.
Bei Herstellung der Imprägnierlösung der Metallverbindung ist erwünscht, die Rührzeit in einem Bereich von 1 bis 9 Stunden festzulegen. Durch diesen Bereich kann die Viskosität der Lösung stabilisiert werden.
Im Lösungsimprägniervorgang ist erwünscht, daß der Keramikformkörper, der gesintert wurde, mit der wie zuvor beschrieben eingestellten Lösung der Metallverbindung teilimprägniert wird, so daß die Metallverbindung darauf fixiert wird, und daß z. B. durch Imprägnierenlassen des gesinterten Keramikformkörpers bis zu einem Zielabschnitt zum Tragen des Katalysators der Trägerabschnitt und der Nichtträgerabschnitt gebildet werden. Danach geht die Abfolge zum nächsten Trockenvorgang über.
(A-2) Trockenvorgang
Im Trockenverfahren werden solche flüchtigen Komponenten wie NO₂ u. ä. verdampft und entfernt, so daß die Lösung der Gelierung unterzogen wird, um auf der Keramikteilchenoberfläche fixiert zu werden, wobei die überschüssige Lösung gleichzeitig entfernt wird; somit wird der Erwärmungsvorgang etwa 2 Stunden in einem Temperaturbereich von 120 bis 170°C durchgeführt. Liegt die Erwärmungstemperatur unter 120°C, wird es schwierig, die flüchtigen Komponenten zu verdampfen, während bei über 170°C Erwärmungstemperatur die Dicke des gelierten Films ungleichmäßig wird.
(A-3) Vorsintervorgang
Dieser Vorsintervorgang ist ein Verfahren zum Durchführen eines Vorsinterbetriebs, um Restkomponenten zu entfernen und einen amorphen Aluminiumoxidfilm zu bilden, und bevorzugt ist, den Formkörper bei einer Temperatur in einem Bereich von 300°C bis 500°C zu erwärmen. Liegt die Temperatur beim Vorsintern unter 300°C, wird es schwierig, die organischen Reststoffe zu entfernen; übersteigt dagegen die Temperatur 500°C, wird Al2O3 kristallisiert, so daß kein kleinfaseriger hervortretender Böhmit in der anschließenden hydrothermalen Behandlung gebildet werden kann.
(A-4) Hydrothermale Behandlung
Bei einer hydrothermalen Behandlung wird der vorgesinterte Keramikformkörper in Warmwasser eingetaucht, um einen Aluminiumoxidfilm zu bilden, der aus kleinfaserigem hervortretendem Böhmit hergestellt ist. Bei Durchführung einer solchen hydrothermalen Behandlung werden Teilchen auf der Oberfläche des amorphen Aluminiumoxidfilms einer Peptisierungswirkung unmittelbar nach der Behandlung unterzogen und in die Lösung in einem Solzustand freigesetzt, und durch Hydratisierung erzeugte Böhmitteilchen werden zu kleinfaserigen Vorsprüngen ausgebildet und kondensiert, so daß ein stabiler Zustand gegen Peptisierung zustande kommt.
Anders gesagt ermöglicht diese hydrothermale Behandlung, daß Aluminiumoxidteilchen, die einzeln an der Oberfläche jedes Keramikteilchens haften, kleine Fasern (nadelförmige Teilchen) bilden, die nebeneinander nach außen stehen, um eine sogenannte aufzuweisen, was zu einer aufgerauhten Oberfläche führt. Folglich wird es möglich, einen Aluminiumoxidfilm mit einer großen spezifischen Oberflächezu bilden.
Erwünscht ist, die Temperatur dieser hydrothermalen Behandlung in einem Bereich von 50 bis 100°C festzulegen. Liegt die Temperatur unter 50°C, schreitet die Hydratisierung nicht im amorphen Aluminiumoxidfilm fort, wodurch kein kleinfaseriger hervortretender Böhmit gebildet wird. Übersteigt dagegen die Temperatur 100°C, wird Wasser verdampft, was es erschwert, den Vorgang lange Zeit aufrecht zu erhalten. Erwünscht ist, die Behandlungszeit auf mindestens 1 Stunde festzulegen. Unter einer Stunde Behandlungszeit wird die Hydratisierung von amorphem Aluminiumoxid unzureichend.
(A-5) Hauptsintervorgang
In diesem Verfahren wird der durch die Hydratisierung erzeugte Böhmit dehydriert, um Aluminiumoxidkristall zu bilden. Erwünscht ist, den Hauptsintervorgang 5 bis 20 Stunden bei einer Temperatur in einem bereich von 500 bis 1000°C durchzuführen. Liegt die Temperatur beim Hauptsintern unter 500°C, schreitet die Kristallisation nicht ausreichend fort; übersteigt dagegen die Temperatur dabei 1000°C, schreitet die Kristallisation übermäßig stark fort, was zu einer Verkleinerung der Oberfläche führt.
Hierbei können die Vorgänge (A-3) und (A-4) entfallen.
Für ein weiteres Aufbringungsverfahren für das Trägermaterial kann das im folgenden dargelegte Verfahren vorgeschlagen werden.
Zunächst wird für ein Herstellungsverfahren für die Lösung Pulver des Trägermaterials mit Hilfe einer Mühle o. ä. fein zermahlen und mit einem Lösungsmittel unter Rühren zu einer Lösung gemischt.
Insbesondere wird Pulver eines Oxids, z. B. Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid o. ä., mit Hilfe eines Sol-Gel-Verfahrens o. ä. gebildet. In diesem Fall ist erwünscht, ein solches Material mit einer möglichst großen spezifischen Oberfläche zu verwenden, um eine Deckschicht aus einem Katalysator zu bilden; und erwünscht ist, das Material mit einem hohen spezifischen Oberflächenwert von mindestens 250 m²/g auszuwählen. Hierbei ist erwünscht, γ-Aluminiumoxid auszuwählen, das eine große spezifische Oberfläche hat. Um zudem die Zersetzungsreaktion von Schwefel zu beschleunigen, ist ebenfalls erwünscht, Titanoxid zuzugeben.
Diesen Pulvern werden ein anorganisches Bindemittel, z. B. Aluminiumoxidhydrat, Tonerdesol, Kieselsol o. ä., und etwa 5 bis 20 Gew.-% eines Lösungsmittels zugegeben, z. B. Reinwasser, Wasser, Alkohol, Diol, Polyol, Ethylenglycol, Ethylenoxid, Triethanolamin, Xylol o. ä., und die resultierende Mischung wird zermahlen und gerührt. Hierbei wird der Mahlvorgang durchgeführt, bis die Größe des als Trägermaterial zu verwendenden Oxids einen Wert von höchstens 500 nm erreicht hat. Durch diesen Feinmahlvorgang kann ein Aluminiumoxidfilm auf jedem Teilchen gleichmäßig gebildet werden.
Der Sinterkörper wird mit einer Lösung teilimprägniert, die das o. g. Pulver aus Metalloxid enthält, das zuvor beschrieben wurde.
Nach Trocknen durch einen etwa 2-stündigen Erwärmungsvorgang bei 110 bis 200°C wird er einem Hauptsintervorgang unterzogen. Erwünscht ist, die Temperatur des Hauptsinterverfahrens auf eine Temperatur in einem Bereich von 500 bis 1000°C festzulegen, und das Verfahren wird 1 bis 20 Stunden durchgeführt. Liegt die Temperatur des Hauptsintervorgangs unter 500°C, schreitet die Kristallisation nicht ausreichend fort; übersteigt dagegen die Temperatur 1000°C, schreitet die Kristallisation übermäßig stark fort, was zu einer Verkleinerung der Oberflächengröße führt. Außerdem ist es durch Gewichtmessung vor und nach diesen Vorgängen möglich, die aufgebrachte Menge zu berechnen.
(B) Verfahren zum Aufbringen von Promotor und NOx-Katalysator
(B-1) Lösungsimprägniervorgang
Dieser Lösungsimprägniervorgang wird durchgeführt, um die Oberfläche des gesinterten Keramikformkörpers mit einem solchen Film wie einem Seltenerdoxidfilm o. ä. zu beschichten, d. h. einem Film, der Alkalimetall, Erdalkalimetall, ein Seltenerdelement und ein Übergangsmetallelement enthält, indem seine Oberfläche mit einer Lösung einer Metallverbindung, die ein Seltenerdelement u. ä. enthält, durch ein Sol-Gel-Verfahren imprägniert wird.
Für die cerhaltige Verbindungslösung unter den Metallverbindungslösungen, die ein Seltenerdelement u. ä. enthalten, können z. B. Ce(NO₃)₃, CeCl₃, Ce₂(SO₄)₃, CeO₂, Ce(OH)₃ und Ce₂(CO₃)₃ verwendet werden.
Für das Lösungsmittel der Mischlösung werden mindestens ein oder mehrere Materialien, die unter Berücksichtigung der Lösbarkeit der Metallverbindung aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasser, Alkohol, Diol, Polyol, Ethylenglycol, Ethylenoxid, Triethanolamin und Xylol besteht, gemischt und darin verwendet.
Außerdem kann für den bei Herstellung der Lösung verwendeten Katalysator Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure, Fluorwasserstoffsäure o. ä. zugegeben werden.
Um ferner die Wärmebeständigkeit des Aluminiumoxidfilms zu verbessern, können zusätzlich zum Seltenerdoxid eine solche Einzelsubstanz wie Li, K, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Nd, Si, Zr u. ä. sowie eine Verbindung davon dem Ausgangsmaterial zugegeben werden.
Hierbei wird Ce(NO₃)₃ als erwünschtes Beispiel für die Metallverbindung vorgeschlagen, und sie wird bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur in einem Lösungsmittel gemischt, so daß sich die Materiallösung leicht herstellen läßt. Für das erwünschte Lösungsmittel wird Ethylenglycol vorgeschlagen. Der Grund für den Gebrauch dieses Materials ist, daß es eine geeignete Viskosität hat und ermöglicht, einen Gelfilm mit einer geeigneten Dicke auf dem Keramikteilchen zu bilden.
Erwünscht ist, die Menge von Ce(NO₃)₃ in einem Bereich von 1 bis 30 Gew.-% festzulegen. Unter 1 Gew.-% Menge wird die Rußoxidation nicht gefördert; dagegen verursachen mehr als 30 Gew.-% Menge Teilchenwachstum von CeO₂ nach dem Sintervorgang.
Erwünscht ist, das Mischungsverhältnis zwischen Al(NO₃)₃ und Ce(NO₃)₃ auf 10:2 festzulegen. Grund für dieses Verhältnis ist, daß der Dispersionsgrad von CeO₂-Teilchen nach dem Sintervorgang durch einen größeren Anteil von Al(NO₃)₃ verbessert ist.
Erwünscht ist, daß die Temperatur bei Herstellung der Imprägnierlösung der Metallverbindung in einem Bereich von 50 bis 130°C festgelegt ist. Bei unter 50°C Temperatur kommt es zu geringer Löslichkeit im Gelösten, während über 130°C Temperatur einen abrupten Fortschritt der Reaktion verursachen, was eine ungleichmäßige Lösung bildet und den Gebrauch der Lösung unmöglich macht.
Bei Herstellung der Imprägnierlösung der Metallverbindung ist erwünscht, die Rührzeit in einem Bereich von 1 bis 9 Stunden festzulegen. Durch diesen Bereich kann die Viskosität der Lösung stabilisiert werden.
Für die cerhaltige Metallverbindung Ce(NO₃)₃ kann zusätzlich zum vorgenannten Beispiel das nachfolgende Verfahren vorzugsweise verwendet werden, um das o. g. Verbundoxid zu erhalten: Beispielsweise werden ZrO(NO₃)₂ und ZrO₂ als Zirconiumquellen verwendet, um ein Verbundoxid oder eine feste Lösung mit Zirconium herzustellen, und durch Lösen dieser Materialien in Wasser und Ethylenglycol zu einer Mischlösung sowie nach Imprägnieren des gesinterten Keramikformkörpers mit dieser Mischlösung wird das Resultat getrocknet und gesintert, um die cerhaltige Metallverbindung darauf zu bilden.
Im Lösungsimprägniervorgang ist erwünscht, daß der Keramikformkörper, der gesintert wurde, mit der wie zuvor beschrieben eingestellten Lösung der Metallverbindung teilimprägniert wird, so daß die Lösung darauf fixiert wird, und daß z. B. durch Imprägnierenlassen des gesinterten Keramikformkörpers bis zu einem Zielabschnitt zum Tragen des Katalysators der Trägerabschnitt und der Nichtträgerabschnitt gebildet werden. Danach geht die Abfolge zum nächsten Trockenvorgang über.
(B-2) Trockenvorgang
Im Trockenvorgang werden solche flüchtigen Komponenten wie NO₂ u. ä. verdampft und entfernt, so daß die Lösung dispergiert wird, um auf der Keramikteilchenoberfläche fixiert zu werden, wobei die überschüssige Lösung gleichzeitig entfernt wird; somit wird der Erwärmungsvorgang etwa 2 Stunden in einem Temperaturbereich von 120 bis 170°C durchgeführt. Liegt die Erwärmungstemperatur unter 120°C, wird es schwierig, die flüchtigen Komponenten zu verdampfen, während bei über 170°C Erwärmungstemperatur die Dispersion ungleichmäßig wird.
(B-3) Sintervorgang
Dieser Sintervorgang ist ein Vorgang zum Durchführen eines Sinterbetriebs, um Restkomponenten zu entfernen und CeO2 auf dem Aluminiumoxidfilm abzuscheiden, und vorzugsweise wird der Formkörper 1 bis 2 Stunden bei einer Temperatur in einem Bereich von 500°C bis 800°C erwärmt. Liegt die Temperatur beim Vorsintern unter 500°C, wird es schwierig, die organischen Reststoffe zu entfernen; übersteigt dagegen die Temperatur 800°C, kommt es in der Tendenz zu Teilchenwachstum.
(C) Verfahren zum Aufbringen von Katalysator (aktive Komponente)
Die Oberfläche des gesinterten Keramikformkörpers wird z. B. mit einem Aluminiumoxidfilm beschichtet, der ein Seltenerdoxid enthält, und eine solche aktive Komponente wie Platin o. ä. wird auf den Aluminiumoxidfilm aufgebracht. Die Menge der darauf aufgebrachten aktiven Komponente wird so bestimmt, daß der Trägerkörper in die Platin o. ä. enthaltende wäßrige Lösung eingetaucht wird, um sie durch seine Wasserabsorptionsmenge zu absorbieren, so daß seine Oberfläche beginnt, etwas naß zu werden.
Hierbei wird die Wasserabsorptionsmenge, die durch den gesinterten Keramikformkörper festgehalten wird, wie folgt bestimmt: Nimmt man an, daß der gemessene Wasserabsorptionswert eines getrockneten gesinterten Keramikformkörpers 22,46 Gew.-% das Gewicht des gesinterten Keramikformkörpers 110 g und seine Kapazität 0,1631 beträgt, kann dieser gesinterte Keramikformkörper 24,7 g/l Wasser absorbieren.
Hierbei wird für die Platin-Ausgangssubstanz beispielsweise eine Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin ([Pt(NH₃)₂(NO₂)₂]HNO₃), Platinkonzentration: 4,53 Gew.-%) verwendet. Um z. B. 1,7 g/l Platin auf dem gesamten gesinterten Keramikformkörper abzuscheiden, werden 1,7(g/l) × 0,163 (1) = 0,272 g Platin auf dem gesinterten Keramikformkörper abgeschieden; daher wird die Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin (Platinkonzentration: 4,53 Gew.-%) durch destilliertes Wasser verdünnt. Anders gesagt wird das Gewichtsverhältnis X (%) der Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin (Platinkonzentration: 4,53 Gew.-%)/destilliertes Wasser durch den Ausdruck X = 0,272 (Platinmenge in g)/24,7 (Wassergehalt in g/4,63 (Platinkonzentration in Gew.-%) berechnet und mit 24,8 Gew.-% ermittelt.
(C-1) Lösungsimprägnierverfahren
Für die wäßrige Lösung von Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin, die wie zuvor beschrieben hergestellt ist, wird eine gewünschte Menge, die auf einem gesinterten Keramikformkörper als Ziel abzuscheiden ist, in ein Gefäß gegossen.
Danach wird im Fall der o. g. Bedingungen die Konzentration auf 24,8 Gew.-% eingestellt, und die Lösung wird eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand gehalten, bis die Lösung vollständig absorbiert wurde. Dadurch wird Platin dispergiert und auf der Oberfläche des Aluminiumoxidträgerfilms gleichmäßig fixiert, der den gesinterten Keramikformkörper bedeckt.
(C-2) Trocken- und Sintervorgänge
Der gesinterte Keramikformkörper, der mit der wäßrigen Lösung imprägniert wurde, wird durch ein etwa 2-stündiges Erwärmungsverfahren bei 110°C getrocknet, so daß er nach Feuchtigkeitsentfernung einem einstündigen Sintervorgang bei etwa 500°C in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen wird, damit Platin in Metall überführt wird.
Hierbei kommt in dieser Ausführungsform für das Verfahren zum Aufbringen der aktiven Komponente, z. B. Platin o. ä., ein Verfahren zum Einsatz, bei dem Platin durch den Wasserabsorptionsvorgang abgeschieden werden kann; allerdings kann auch ein anderes Verfahren verwendet werden, z. B. ein Imprägnierverfahren, bei dem der gesinterte Keramikformkörper in einer vorbestimmten Position in der Lösung zum Imprägnieren für eine vorbestimmte Zeitspanne fixiert wird, um das Abscheiden bis zur Sollposition durchzuführen, ein Verfahren mit Eindampfung zur Trocknung, ein Absorptionsgleichgewichtsverfahren, ein Anfangsnässeverfahren oder ein Spritzverfahren.
Nach den o. g. Vorgängen sind das Trägermaterial, der Promotor, der NOx-Absorptionskatalysator und der Katalysator auf der Oberfläche des gesinterten Keramikformkörpers aufgebracht.
In diesem Fall ist für die Höhe jedes der Materialien (Länge in Abgasströmungsrichtung im Wabenfilter), die zwar nicht speziell eingeschränkt ist, erwünscht, daß die Höhen aller der anderen Materialien auf die Höhe eingestellt werden, in der der Katalysator aufgebracht ist. Stimmen alle Höhen des Trägerteils, Promotors, NOx-Absorptionskatalysators und Katalysators miteinander überein, sind die Regenerationseffekte aufgrund von Synergiewirkungen verbessert, und werden einige von diesen an unnötigen Abschnitten weggelassen, wird es möglich, den Druckverlust zu reduzieren und auch unnötigen Materialverbrauch zu vermeiden, um Kosten zu sparen.
Da das in der Erfindung verwendete Wabenfilter ferner eine solche Struktur aufweist, daß gemäß 2 mehrere poröse Keramikteile über Klebeschichten miteinander kombiniert sind, wird zunächst ein Extrusionsvorgang mit Hilfe einer Materialpaste durchgeführt, die sich hauptsächlich aus den o. g. Keramikwerkstoffen zusammensetzt, so daß ein Keramikformkörper gebildet wird, der eine Form in Entsprechung zum porösen Keramikteil 30 gemäß 3 hat.
Hierbei wird das Extrusionsverfahren unter den gleichen Bedingungen wie die im Extrusionsverfahren des Wabenfilters durchgeführt, das aus einem einzelnen Sinterkörper hergestellt ist. Allerdings unterscheidet sich das bei Herstellung des Rohformkörpers zu verwendende Werkzeug von dem Werkzeug, das bei Bildung des aus einem einzelnen Sinterkörper hergestellten Wabenfilters zu verwenden ist, in seiner Form und den Positionen der dünnen Poren.
Als nächstes wird dieser Keramikformkörper Entfettungs- und Sintervorgängen unter vorbestimmten Bedingungen unterzogen, so daß ein poröses Keramikteil mit einer Struktur hergestellt wird, bei der mehrere Durchgangslöcher parallel zueinander in Längsrichtung mit dazwischen eingefügten Trennwänden platziert sind.
Bei Entfettungs- und Sintervorgängen des Keramikformkörpers kann zusätzlich durch Einstellen der Einströmgeschwindigkeit von Gasen, die das Durchgangsloch des Keramikformkörpers durchströmen sollen, die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters eingestellt werden, und durch Erhöhen der Einströmgeschwindigkeit der Gase läßt sich die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs des Wabenfilters der Erfindung erhöhen.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist bevorzugt, einen Sintervorgang für den Keramikformkörper durchzuführen, während ein Reduktionsvorgang mit Hilfe von Wasserstoffgas erfolgt. Dadurch wird es Annahmen zufolge möglich, die Oberfläche des Keramiksinterkörpers zu modifizieren, um die Benetzbarkeit zu ändern und folglich den Katalysator leicht auftragen zu können.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist bevorzugt, den Keramiksinterkörper in Fluorwasserstoffsäure einzutauchen. Annahmen zufolge wird es dadurch möglich, die Beschaffenheit des Keramiksinterkörpers abzuwandeln, um die Benetzbarkeit zu ändern und folglich den Katalysator leicht auftragen zu können.
Trägt das in der Erfindung verwendete Wabenfilter einen Katalysator, ist ferner erwünscht, daß ein Aluminiumoxidfilm auf der Oberfläche des Keramikformkörpers gebildet ist, der gesintert wurde, und der Katalysator auf die gleiche Weise wie in den o. g. Herstellungsverfahren des aus einem einzelnen Sinterkörper hergestellten Wabenfilters auf den Aluminiumoxidfilm aufgetragen wird.
Als nächstes werden gemäß 7 poröse Keramikteile 30 auf einer Basis 80 platziert, deren oberer Abschnitt so gestaltet ist, daß er eine V-Form in seinem Querschnitt hat, damit die porösen Keramikteile 30 darauf gekippt gestapelt werden können, wonach Klebepaste zur Bildung einer Klebeschicht 24 auf zwei nach oben weisende Seitenflächen 30a und 30b in gleichmäßiger Dicke aufgetragen wird, um eine Verbindungsschicht 81 zu bilden; anschließend wird ein Laminiervorgang zur Bildung eines weiteren porösen Keramikteils 30 auf dieser Verbindungsschicht 81 nacheinander wiederholt, so daß ein rechtwinkliger laminierter Keramiksäulenkörper 30 mit einer vorbestimmten Größe hergestellt wird. Hierbei wird für die porösen Keramikteile 30, die vier Ecken des laminierten Keramikkörpers entsprechen, ein dreieckiges poröses Keramiksäulenteil 30c, das durch Zerschneiden eines viereckigen porösen Keramiksäulenteils in zwei Teile gebildet ist, mit einem Harzteil 82 mit der gleichen Form wie das dreieckige poröse Keramiksäulenteil 30c verbunden, indem ein beidseitiges Band mit leichter Abziehbarkeit verwendet wird, um ein Eckteil herzustellen, und diese Eckteile werden für die vier Ecken des laminierten Keramikkörpers verwendet, und nach den Laminiervorgängen der porösen Keramikteile 30 werden alle die vier Ecken des laminierten Keramikkörpers bildenden Harzteile 82 entfernt; dadurch kann ein laminierter Keramikkörper mit einer polygonalen Säulenform in seinem Querschnitt hergestellt werden. Dadurch ist es möglich, die Abfallmenge zu verringern, die porösen Keramikteilen entspricht, die nach Bildung des Keramikblocks durch Beschneiden des Umfangsabschnitts des laminierten Keramikkörpers zu beseitigen sind.
Für das Verfahren zur Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen laminierten Keramikkörpers mit einer polygonalen Säulenform in seinem Querschnitt können außer dem Verfahren gemäß 7 z. B. ein Verfahren verwendet werden, bei dem die an vier Ecken anzuordnenden porösen Keramikteile entfallen, sowie ein Verfahren, bei dem poröse Keramikteile mit einer Dreieckform in Übereinstimmung mit der Form des herzustellenden Wabenfilters miteinander kombiniert werden. Hierbei kann natürlich ein viereckiges Keramiksäulenteil hergestellt werden.
Danach wird der laminierte Körper dieses porösen Keramikteils 30 erwärmt, so daß die Verbindungsschicht 81 trocknet und erstarrt, um eine Klebeschicht 24 zu bilden, und der Umfangsabschnitt davon wird dann in eine Form gemäß 2 geschnitten, indem z. B. ein Diamantschleifer verwendet wird, so daß ein Keramikblock 25 hergestellt wird.
Anschließend wird eine Dichtungsmaterialschicht 26 auf dem Umfang des Keramikblocks 25 gebildet, so daß ein Wabenfilter mit einer Struktur hergestellt wird, bei der mehrere poröse Keramikteile über Klebeschichten miteinander kombiniert sind.
Hierbei können für die o. g. Materialpaste, die Zusammensetzungen des Klebers und der Dichtungsmaterialpaste, die Bedingungen für Entfettungs- und Sintervorgänge des Formkörpers die gleichen Bedingungen u. ä. zum Einsatz kommen, die bei Herstellung eines herkömmlichen Wabenfilters mit einer Struktur verwendet werden, bei der mehrere poröse Keramikteile über Klebeschichten miteinander kombiniert sind.
Jedes der gemäß der vorstehenden Beschreibung hergestellten Wabenfilter hat eine Säulenform und eine Struktur, bei der eine Anzahl von Durchgangslöchern parallel zueinander mit einer dazwischen eingefügten Trennwand angeordnet sind.
Hat das Wabenfilter eine Struktur, die insgesamt durch einen einzelnen Sinterkörper gemäß 1 gebildet ist, kann die eine Anzahl von Durchgangslöchern trennende Trennwand insgesamt als Filter zum Einfangen von Partikeln fungieren; hat dagegen das Wabenfilter eine Struktur, bei der mehrere poröse Keramikteile über Klebeschichten gemäß 2 miteinander kombiniert sind, kann aufgrund der Tatsache, daß jeder der die zahlreichen Durchgangslöcher trennenden Wandabschnitte durch eine das poröse Keramikteil bildende Trennwand und eine zum Kombinieren der porösen Keramikteile verwendete Klebeschicht gebildet ist, ein Abschnitt davon, d. h. der Trennwandabschnitt, der nicht in Kontakt mit der Klebeschicht des porösen Keramikteils steht, als Filter zum Einfangen von Partikeln fungieren.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Herstellungsverfahren für die Abgasreinigungsvorrichtung erläutert.
Bei Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung wird zunächst ein Haltedichtungsmaterial hergestellt, mit dem der Umfang des Wabenfilters der Erfindung beschichtet wird.
Zur Bildung des Haltedichtungsmaterials wird zuerst ein anorganischer mattenförmiger Stoff (Bahn) mit Hilfe anorganischer Fasern gebildet, z. B. kristalline Aluminiumoxidfasern, Aluminiumoxid-Siliciumoxid-Fasern, Siliciumoxidfasern u. ä. sowie Fasern u. ä., die eine oder mehrere Arten dieser anorganischen Fasern enthalten.
Hierbei wird für das Verfahren zur Bildung dieses anorganischen mattenförmigen Stoffs ohne Einschränkung z. B. ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die o. g. Fasern u. ä. in einer kleberhaltigen Lösung dispergiert werden, so daß durch Nutzung einer Papiermaschine u. ä. zur Papierherstellung ein anorganischer mattenförmiger Stoff hergestellt wird.
Außerdem ist erwünscht, daß dieser anorganische mattenförmige Stoff einem Vernadelungsvorgang unterzogen wird. Durch diesen Vernadelungsvorgang können die Fasern miteinander verwirren, so daß es möglich ist, ein Haltedichtungsmaterial herzustellen, das hohe Elastizität hat und das Wabenfilter ausgezeichnet hält.
Danach wird dieser anorganische mattenförmige Stoff einem Schneidvorgang unterzogen, so daß ein Haltedichtungsmaterial mit einer Form z. B. gemäß 5 gebildet wird.
Als nächstes wird der Umfang des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters mit diesem Haltedichtungsmaterial beschichtet, so daß das Haltedichtungsmaterial darauf befestigt wird.
Für die Einrichtung zum Befestigen dieses Haltedichtungsmaterials kann ohne besondere Einschränkung z. B. eine Einrichtung zum Verbinden des Haltedichtungsmaterials durch einen Kleber oder eine Einrichtung zu seinem Anbinden mit Hilfe eines schnurförmigen Teils verwendet werden. Außerdem kann die Abfolge zum nächsten Vorgang übergehen, wobei das Wabenfilter mit dem Haltedichtungsmaterial beschichtet ist, ohne es mit Hilfe einer spezifischen Einrichtung zu befestigen. Hierbei kann das o. g. schnurförmige Teil aus einem durch Wärme zu zersetzenden Material hergestellt sein. Auch wenn das schnurförmige Teil nach Platzierung des Wabenfilters innerhalb des Gehäuses durch Wärme zersetzt wird, löst sich das Haltedichtungsmaterial nicht ab, da das Wabenfilter schon im Gehäuse platziert wurde.
Als nächstes wird das diesen Vorgängen unterzogene Wabenfilter im Gehäuse platziert.
Da das Material, die Form, die Struktur u. ä. dieses Gehäuses zuvor beschrieben wurden, wird hier auf ihre Beschreibung verzichtet.
Für das Verfahren zum Einbauen des Wabenfilters im Gehäuse wird für den Fall, daß das Gehäuse als zylinderförmiges Gehäuse 41 (6(a)) hergestellt ist, z. B. das folgende Verfahren vorgeschlagen: Ein mit dem Haltedichtungsmaterial beschichtetes Wabenfilter wird in eine seiner Endflächen geschoben, und nach Platzierung an einer vorbestimmten Position werden Endflächen, die mit einem Einleitungsrohr, Rohrleitungen, einem Abgaberohr u. ä. zu verbinden sind, an den beiden Enden des Gehäuses 41 gebildet. Hierbei kann das Gehäuse 41 eine Zylinderform mit einer Unterseite haben.
Um bei dieser Struktur zu verhindern, daß sich das befestigte Wabenfilter leicht bewegt, müssen solche Faktoren wie die Dicke des Haltedichtungsmaterials, die Größe des Wabenfilters, die Größe des Wabenfilters und die Größe des Gehäuses 41 auf einen Grad eingestellt sein, daß sich der Einschiebevorgang unter Ausübung einer recht hohen Druckkraft durchführen läßt.
Ist ferner das Gehäuse als zweigeteiltes mantelförmiges Gehäuse 42 (6(b)) hergestellt, wird z. B. das folgende Verfahren vorgeschlagen: Nach Platzierung eines Wabenfilters in einer vorbestimmten Position innerhalb eines halbzylinderförmigen unteren Mantels 42b wird ein halbzylinderförmiger oberer Mantel 42a auf dem unteren Mantel 42b platziert, so daß Durchgangslöcher 43a, die in einem oberen Befestigungsabschnitt 53 gebildet sind, und Durchgangslöcher 44a, die in einem unteren Befestigungsabschnitt 44 gebildet sind, deckungsgleich sind. Ferner wird eine Schraube 45 durch jedes der Durchgangslöcher 43a und 44a eingesetzt und mit einer Mutter o. ä. befestigt, so daß der obere Mantel 42a und der untere Mantel 42b aneinander befestigt werden. Danach werden Endflächen, die Öffnungen haben, die mit einem Einleitungsrohr, Rohrleitungen, einem Abgaberohr u. ä. zu verbinden sind, an zwei Enden des Gehäuses 42 gebildet. Um auch in diesem Fall das befestigte Wabenfilter an Bewegung zu hindern, müssen solche Faktoren wie die Dicke des Haltedichtungsmaterials, die Größe des Wabenfilters, die Größe des Wabenfilters und die Größe des Gehäuses 42 eingestellt sein.
Durch dieses zweigeteilte mantelförmige Gehäuse 42 können Austauschvorgänge für das darin platzierte Wabenfilter im Vergleich zum zylinderförmigen Gehäuse 41 leichter durchgeführt werden.
Als nächstes wird eine Erwärmungseinrichtung darin eingebaut, die zum Erwärmen von Gasen verwendet wird, die in die Durchgangslöcher des Wabenfilters bei Durchführung eines Regenerationsvorgangs für das Wabenfilter strömen.
Für die Erwärmungseinrichtung kann ohne besondere Einschränkung z. B. eine Elektroheizung, ein Brenner o. ä. genutzt werden.
Normalerweise wird diese Erwärmungseinrichtung in der Umgebung der Endfläche auf der Abgaseinlaßseite des im Gehäuse platzierten Wabenfilters angeordnet.
Danach wird das Gehäuse, in dem das in der Erfindung verwendete Wabenfilter und die Erwärmungseinrichtung eingebaut sind, mit einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors verbunden.
Insbesondere wird die Endfläche des Gehäuses auf der Seite, an der die Erwärmungseinrichtung angebracht ist, mit dem Einleitungsrohr verbunden, das mit einem solchen Motor wie dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, wobei die andere Endfläche mit dem nach außen führenden Abgaberohr verbunden wird.
Zudem wird eine Pumpe o. ä., durch die für den Regenerationsvorgang des Wabenfilters zu verwendende Gase in das Wabenfilter strömen können, im Mittelabschnitt des Einleitungsrohrs oder in der Umgebung der Abgaseinlaßseite des Gehäuses platziert.
Bei Durchführung des Regenerationsvorgangs des Wabenfilters können durch die so eingebaute Pumpe o. ä. durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Gase in das Wabenfilter unter Bedingungen einer Einströmgeschwindigkeit von mindestens 0,3 m/s und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 6% strömen.
Statt die Pumpe o. ä. einzubauen, kann weiterhin eine Vorrichtung o. ä., die die Einströmgeschwindigkeit und Sauerstoffkonzentration der Abgase einstellen kann, die von einem solchen Motor wie einem Verbrennungsmotor abgegeben werden, im Mittelabschnitt des Einleitungsrohrs oder in der Umgebung der Endfläche des Gehäuses auf der Abgaseinlaßseite eingebaut werden.
Indem diese Vorgänge durchgeführt werden, lassen sich das Wabenfilter und die Abgasreinigungsvorrichtung effektiv herstellen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert; gleichwohl soll die Erfindung nicht durch diese Beispiele eingeschränkt sein. Nachstehend werden nur Beispiele, die 1.0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm erfüllen, gemäß der beanspruchten Erfindung verwendet.
Referenzbeispiele 21 und 22 und Vergleichsbeispiel 1

(1) α-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μm (60 Gew.-%) und β-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (40 Gew.-%) wurden naßgemischt, und zu 100 Gewichtsteilen der resultierenden Mischung wurden 5 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 10 Gewichtsteile Wasser zugegeben und verknetet, um eine Materialpaste zu erhalten. Nachdem als nächstes eine geringe Menge eines Weichmachers und eines Gleitmittels der Materialpaste zugegeben und diese weiter geknetet wurde, wurde die resultierende Materialpaste mit Hilfe von Werkzeugen extrudiert, die unterschiedliche Werte, d. h. 100 μm, 50 μm und 120 μm, der Oberflächenrauhtiefe Ra von Wandflächen dünner Poren hatten, die mit der Materialpaste direkt in Kontakt kommen, so daß drei Arten von Rohformkörpern hergestellt wurden, die unterschiedliche Werte der Oberflächenrauhtiefe der Innenwände der Öffnungen haben, die parallel zueinander in Längsrichtung gebildet sind. Danach wurden diese Rohformkörper mit Hilfe eines Mikrowellentrockners getrocknet, wonach vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie der Rohformkörper gefüllt wurden, und nachdem diese wiederum mit Hilfe eines Trockners getrocknet wurden, wurden sie bei 400°C entfettet und bei 2200°C in einer Argonatmosphäre unter Normaldruck 3 Stunden gesintert, um poröse Keramikteile gemäß 3 herzustellen, von denen jedes aus einem Siliciumcarbid-Sinterkörper hergestellt war und eine Größe von 34,4 mm × 34,4 mm × 300 mm, 144 Durchgangslöcher, eine Länge l der längsten Seite von 2,39 mm, eine Länge L in Längsrichtung von 300 mm und eine Dicke des Wandabschnitts von 0,44 mm hatte.
(2) Anschließend wurde eine Anzahl der porösen Keramikteile miteinander kombiniert, indem ein wärmebeständiger Kleber verwendet wurde, der solche anorganischen Fasern wie Keramikfasern u. ä. und solche anorganischen Teilchen wie Siliciumcarbid u. ä. enthielt, und dann mit einem Diamantschleifer geschnitten; dadurch wurde ein zylinderförmiger Keramikblock mit einem Durchmesser von 165 mm und einer Länge von 300 mm gemäß 2 erhalten.

Im Anschluß daran wurde eine Dichtungsmaterialschicht auf dem Umfang des Keramikblocks mit Hilfe des wärmebeständigen Klebers gebildet, so daß ein zylinderförmiges Wabenfilter gemäß 2 hergestellt wurde.
Nach JIS B 0601 betrugen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs der so hergestellten Wabenfilter 100 μm (Referenzbeispiel 1), 50 μm (Referenzbeispiel 2) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 1), wobei L/l auf 125,5 festgelegt war.
Referenzbeispiele 3 und 4 und Vergleichsbeispiel 2

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21 und 22 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß in (1) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 500 mm festgelegt wurde, um ein poröses Keramikteil zu erhalten. (2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 23), 50 μm (Referenzbeispiel 24) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 2) betrugen, wobei L/ auf 209,2 festgelegt war.

Vergleichsbeispiele 3 bis 5

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21 und 22 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden in (1) der Beispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 100 mm festgelegt war, um ein poröses Keramikteil zu erhalten. (2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs 100 μm (Vergleichsbeispiel 3), 50 μm (Vergleichsbeispiel 4) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 5) betrugen, wobei L/l auf 41,8 festgelegt war.

Referenzbeispiele 25 und 26 und Vergleichsbeispiel 6

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21 und 22 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden in (1) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 mit der Ausnahme durchgeführt, daß das poröse Keramikteil eine Größe von 34,42 mm × 34,42 mm × 100 mm, 324 Durchgangslöcher, eine Länge l der längsten Seite von 1,49 und eine Länge L in Längsrichtung von 100 mm hatte, um ein poröses Keramikteil herzustellen.
(2) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21 und 22 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 25), 50 μm (Referenzbeispiel 26) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 6) betrugen, wobei L/l auf 67,1 festgelegt war.

Referenzbeispiele 27 und 28 und Vergleichsbeispiel 7

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 25 und 26 und im Vergleichsbeispiel 7 wurden in (1) der Referenzbeispiele 25 und 26 und des Vergleichsbeispiels 6 mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 300 mm festgelegt war, um ein poröses Keramikteil herzustellen. (2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 7), 50 μm (Referenzbeispiel 8) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 7) betrugen, wobei L/ auf 201,3 festgelegt war.

Referenzbeispiele 29 und 30 und Vergleichsbeispiel 8

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 25 und 26 und im Vergleichsbeispiel 7 wurden in (1) der Referenzbeispiele 25 und 26 und des Vergleichsbeispiels 6 mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 500 mm festgelegt war, um ein poröses Keramikteil herzustellen. (2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 29), 50 μm (Referenzbeispiel 30) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 8) betrugen, wobei L/l auf 335,6 festgelegt war.

Referenzbeispiele 31 und 32 und Vergleichsbeispiel 9

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21 und 22 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden in (1) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 mit der Ausnahme durchgeführt, daß das poröse Keramikteil eine Größe von 34,43 mm × 34,43 mm × 100 mm, 484 Durchgangslöcher, eine Länge 1 der längsten Seite des Durchgangslochs von 1,22 mm und eine Länge L in Längsrichtung von 100 mm hatte, um ein poröses Keramikteil herzustellen.
(2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 21 und 22 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 31), 50 μm (Referenzbeispiel 32) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 9) betrugen, wobei L/l auf 82,0 festgelegt war.

Referenzbeispiele 33 und 34 und Vergleichsbeispiel 10

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 31 und 32 und im Vergleichsbeispiel 9 wurden in (1) der Referenzbeispiele 31 und 32 und des Vergleichsbeispiels 9 mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 300 mm festgelegt war, um ein poröses Keramikteil herzustellen.
(2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 31 und 32 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 33), 50 μm (Referenzbeispiel 34) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 10) betrugen, wobei L/l auf 245,9 festgelegt war.

Referenzbeispiele 35 und 36 und Vergleichsbeispiel 11

(1) Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 31 und 32 und im Vergleichsbeispiel 9 wurden in (1) der Referenzbeispiele 31 und 32 und des Vergleichsbeispiels 9 mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Länge L in Längsrichtung des porösen Keramikteils auf 500 mm festgelegt war, um ein poröses Keramikteil herzustellen.
(2) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Referenzbeispiele 31 und 32 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß Wabenfilter hergestellt wurden, bei denen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs 100 μm (Referenzbeispiel 35), 50 μm (Referenzbeispiel 36) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 11) betrugen, wobei L/l auf 409,8 festgelegt war.

Jedes der in den Referenzbeispielen 21 bis 36 und Vergleichsbeispielen 1 bis 11 hergestellten Wabenfilter wurde im Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß 4 eingebaut und Bewertungsversuchen unterzogen, bei denen Einfangvorgänge von Partikeln und Regenerationsvorgänge 100 mal wiederholt durchgeführt wurden, wonach jedes der resultierenden Wabenfilter entnommen und aufgeschnitten wurde. Für die Schnittfläche jedes der Wabenfilter wurde der Regenerationszustand von Partikeln visuell beobachtet, und das angesammelte Aschemengenverhältnis (B/A) zwischen der angesammelten Aschemenge (A) in der Umgebung des Endes auf der Abgasauslaßseite (1/3-Punkt von der Auslaßseite in der Mitte des Filters) und der angesammelten Aschemenge (B) in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite (1/3-Punkt vonder Einlaßseite in der Mitte des Filters) wurde gemessen. Hierbei wurde die angesammelte Menge durch Messen der Aschedicke gemessen. Sofern Restpartikel verblieben, wurde die Messung durchgeführt, nachdem diese Restpartikel in einem Elektroofen verbrannt waren.
Hierbei strömt im o. g. Regenerationsvorgang durch Verwendung der Pumpe, die in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite des Gehäuses platziert ist, Luft (Sauerstoffkonzentration: 21%) durch das Wabenfilter mit einer Einströmgeschwindigkeit von 0,8 m/s.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse gezeigt. Tabelle 1

	l (mm)	L (mm)	L/l	S (mm²)	L/S (mm^–1)	Ra (μm)	Katalysator vorhanden	Partikel vorhanden	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Referenzbeispiel 21	2.39	300	125.5	5.71	52.52	100	Nein	Nein	0.04
Referenzbeispiel 222	2.39	300	125.5	5.71	52.52	50	Nein	Nein	0.05
Referenzbeispiel 23	2.39	500	209.2	5.71	87.53	100	Nein	Nein	0.06
Referenzbeispiel 24	2.39	500	209.2	5.71	87.53	50	Nein	Nein	0.08
Referenzbeispiel 25	1.49	100	67.1	2.22	45.04	100	Nein	Nein	0.03
Referenzbeispiel 26	1.49	100	67.1	2.22	45.04	50	Nein	Nein	0.04
Referenzbeispiel 27	1.49	300	201.3	2.22	135.13	100	Nein	Nein	0.06
Referenzbeispiel 28	1.49	300	201.3	2.22	135.13	50	Nein	Nein	0.08
Referenzbeispiel 29	1.49	500	335.6	2.22	225.22	100	Nein	Nein	0.07
Referenzbeispiel 30	1.49	500	335.6	2.22	225.22	50	Nein	Nein	0.08
Referenzbeispiel 31	1.22	100	82.0	1.49	67.19	100	Nein	Nein	0.06
Referenzbeispiel 32	1.22	100	82.0	1.49	67.19	50	Nein	Nein	0.12
Referenzbeispiel 33	1.22	300	245.9	1.49	201.56	100	Nein	Nein	0.06
Referenzbeispiel 34	1.22	300	245.9	1.49	201.56	50	Nein	Nein	0.07
Referenzbeispiel 35	1.22	500	409.8	1.49	335.93	100	Nein	Nein	0.08
Referenzbeispiel 36	1.22	500	409.8	1.49	335.93	50	Nein	Nein	0.09
Vergleichsbeispiel 1	2.39	300	125.5	5.71	52.52	120	Nein	Nein	0.85
Vergleichsbeispiel 2	2.39	500	209.2	5.71	87.53	120	Nein	Nein	0.89
Vergleichsbeispiel 3	2.39	100	41.8	5.71	17.51	100	Nein	Ja	0.22
Vergleichsbeispiel 4	2.39	100	41.8	5.71	17.51	50	Nein	Ja	0.26
Vergleichsbeispiel 5	2.39	100	41.8	5.71	17.51	120	Nein	Ja	0.81
Vergleichsbeispiel 6	1.49	100	67.1	2.22	45.04	120	Nein	Nein	0.88
Vergleichsbeispiel 7	1.49	300	201.3	2.22	135.13	120	Nein	Nein	0.89
Vergleichsbeispiel 8	1.49	500	335.6	2.22	225.22	120	Nein	Nein	0.94
Vergleichsbeispiel 9	1.22	100	82.0	1.49	67.19	120	Nein	Nein	0.90
Vergleichsbeispiel 10	1.22	300	245.9	1.49	201.56	120	Nein	Nein	0.92
Vergleichsbeispiel 11	1.22	500	409.8	1.49	335.93	120	Nein	Nein	0.94

Gemäß Tabelle 1 waren in den Wabenfiltern der Referenzbeispiele 21 bis 36 kaum Partikel auf der Trennwand angesammelt, und im Hinblick auf die Asche war sie fast insgesamt von der Trennwand gelöst und zur Abgasauslaßseite bewegt.
8(a) ist hierbei eine Querschnittaufnahme durch Aufschneiden eines Wabenfilters von Referenzbeispiel 21, das dem Bewertungsversuch unterzogen wurde, in Parallelrichtung zur Längsrichtung des porösen Keramikteils; und 8(b) zeigt teilweise vergrößerte Aufnahmen auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite der Querschnittaufnahmen, die durch Aufschneiden eines porösen Keramikteils eines Wabenfilters von Referenzbeispiel 21 in senkrechter Richtung zur Längsrichtung des porösen Keramikteils aufgenommen wurden.
Gemäß 8(a) und 8(b) wurde im Wabenfilter von Referenzbeispiel 21 visuell nachgewiesen, daß Partikel kaum auf der Trennwand angesammelt waren, während Asche auf der Abgasauslaßseite des Durchgangslochs angesammelt war.
Auch in den Wabenfiltern der Referenzbeispiele 22 bis 36 wurde nahezu der gleiche Zustand nachgewiesen.
Obwohl dagegen in den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 6 bis 11 Partikel kaum auf der Trennwand angesammelt waren, verblieb Asche in nahezu gleichmäßigem Zustand auf der Trennwand. Außerdem blieben in den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 3 und 4 viele Partikel auf der Trennwand, ohne vollständig verbrannt worden zu sein; allerdings war nach nachgewiesener Verbrennung der Partikel die meiste Asche von der Trennwand gelöst und zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs bewegt. Weiterhin blieben beim Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 5 viele Partikel auf der Trennwand ohne Verbrennung, und die Asche blieb in nahezu gleichmäßigem Zustand auf der Trennwand.
Hierbei ist 9(a) eine Querschnittaufnahme, die einen Querschnitt des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1 parallel zur Längsrichtung des porösen Keramikteils zeigt, 9(b) zeigt teilweise vergrößerte Querschnittaufnahmen, die Querschnitte des Wabenfilters von 9(a) auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite darstellen, und 9(c) zeigt teilweise vergrößerte Querschnittaufnahmen senkrecht zur Längsrichtung des porösen Keramikteils, die Querschnitte des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1 auf der Abgaseinlaßseite, im Mittelabschnitt und auf der Abgasauslaßseite zeigen.
Gemäß 9(a) bis 9(c) wurde im Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 visuell nachgewiesen, daß zwar kaum Partikel auf der Trennwand angesammelt waren, aber Asche auf der gesamten Fläche der Trennwand in nahezu gleichmäßigem Zustand angesammelt war.
Auch in den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 2 und 6 bis 11 wurde nahezu der gleiche Zustand nachgewiesen.
Wie die Ergebnisse von Tabelle 1 verdeutlichen, ist es in dem Fall, in dem die Länge l der längsten Seite des Durchgangslochs des Wabenfilters und die Länge L des porösen Keramikteils in einem Bereich von 60 ≤ L/l ≤ 500 liegen, während die Fläche S des Durchgangslochs des Wabenfilters und die Länge L des porösen Keramikteils in einem Bereich von 20 ≤ L/S ≤ 400 liegen, möglich, auf der Trennwand angesammelte Partikel nahezu vollständig zu verbrennen und zu entfernen, und in dem Fall, in dem die Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwände des Durchgangslochs Ra ≤ 100 μm erfüllt, wird es möglich, die Ascherückstände auf der Trennwand leicht abzulösen und somit die Asche innerhalb des Durchgangslochs unter Nutzung von Gasen zu bewegen, die das Durchgangsloch im Regenerationsvorgang des Wabenfilters durchströmen.
Referenzbeispiele 37 und 38 und Vergleichsbeispiel 12
Das Wabenfilter von Referenzbeispiel 21 wurde im Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß 4 mit Hilfe des in der näheren Beschreibung der Erfindung erläuterten Verfahrens platziert, so daß eine Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt wurde. In der Umgebung des Endes des Gehäuses auf der Abgaseinlaßseite der Abgasreinigungsvorrichtung wurden eine Pumpe, durch die Luft (Sauerstoffkonzentration: 21%) in das Wabenfilter mit einer gewünschten Einströmgeschwindigkeit im Regenerationsvorgang des Wabenfilters strömen kann, und ein Gegendrucksensor eingebaut, der einen Druckverlust im Wabenfilter mißt.
Hierbei waren im Regenerationsvorgang des Wabenfilters Werte der Einströmgeschwindigkeit von Luft, die in das Wabenfilter strömt, auf 0,3 m/s (Referenzbeispiel 37), 1,0 m/s (Referenzbeispiel 38) und 0,2 m/s (Vergleichsbeispiel 12) festgelegt.
Referenzbeispiele 39 und 40 und Vergleichsbeispiel 13
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 37 und 38 und im Vergleichsbeispiel 12 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß das Wabenfilter von Referenzbeispiel 22 verwendet wurde, so daß eine Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt wurde.
Hierbei waren im Regenerationsvorgang des Wabenfilters Werte der Einströmgeschwindigkeit von Luft, die in das Wabenfilter strömt, auf 0,3 m/s (Referenzbeispiel 39), 1,0 m/s (Beispiel 40) und 0,2 m/s (Vergleichsbeispiel 13) festgelegt.
Vergleichsbeispiele 14 und 15
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 37 und 38 und im Vergleichsbeispiel 12 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß das Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde, so daß eine Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt wurde.
Hierbei waren im Regenerationsvorgang des Wabenfilters Werte der Einströmgeschwindigkeit von Luft, die in das Wabenfilter strömt, auf 0,3 m/s (Vergleichsbeispiel 14) bzw. 1,0 m/s (Vergleichsbeispiel 15) festgelegt.
Vergleichsbeispiele 16 und 17
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 37 und 38 und im Vergleichsbeispiel 12 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß das Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 3 verwendet wurde, so daß eine Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt wurde.
Hierbei waren im Regenerationsvorgang des Wabenfilters Werte der Einströmgeschwindigkeit von Luft, die in das Wabenfilter strömt, auf 0,3 m/s (Vergleichsbeispiel 16) bzw. 1,0 m/s (Vergleichsbeispiel 17) festgelegt.
Referenzbeispiele 41 bis 44
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 37 bis 40 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß im Regenerationsvorgang des Wabenfilters das Gas, das in das Wabenfilter strömen soll, auf ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 6% umgestellt wurde.
Vergleichsbeispiele 18 bis 21
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 37 bis 40 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß im Regenerationsvorgang des Wabenfilters das Gas, das in das Wabenfilter strömen soll, auf ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 4% umgestellt wurde.
Jede der in den Referenzbeispielen 37 bis 44 und Vergleichsbeispielen 12 bis 21 hergestellten Abgasreinigungsvorrichtungen wurde in einem Abgaskanal eines Motors eingebaut und Bewertungsversuchen unterzogen, bei denen Einfangvorgänge von Partikeln und Regenerationsvorgänge des Wabenfilters 100 mal wiederholt durchgeführt wurden, so daß der Druckverlust im Anfangsstadium (im folgenden Anfangsdruckverlust genannt) jedes Wabenfilters nach jedem der Regenerationsvorgänge gemessen wurde. Außerdem wurde nach den Bewertungsversuchen jedes der Wabenfilter, das in jeder der Abgasreinigungsvorrichtungen verwendet wurde, entnommen und aufgeschnitten; dadurch wurde das angesammelte Aschemengenverhältnis (B/A) zwischen der angesammelten Aschemenge (A) in der Umgebung des Endes auf der Abgasauslaßseite und der angesammelten Aschemenge (B) in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite gemessen. Hierbei wurde die angesammelte Menge durch Messen der Aschedicke gemessen.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 und in 10 dargestellt. Tabelle 2

	Filter	Sauerstoffkonzentration des Einströmgases {%}	Einströmgeschwindigkeit {m/s}	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Referenzbeispiel 37	Referenzbeispiel 21	21	0.3	0.08
Referenzbeispiel 38	Referenzbeispiel 21	21	1.0	0.03
Referenzbeispiel 39	Referenzbeispiel 22	21	0.3	0.09
Referenzbeispiel 40	Referenzbeispiel 22	21	1.0	0.04
Referenzbeispiel 41	Referenzbeispiel 21	6	0.3	0.12
Referenzbeispiel 42	Referenzbeispiel 21	6	1.0	0.10
Referenzbeispiel 43	Referenzbeispiel 22	6	0.3	0.15
Referenzbeispiel 44	Referenzbeispiel 22	6	1.0	0.13
Vergleichsbeispiel 12	Beispiel 1	21	0.2	0.79
Vergleichsbeispiel 13	Beispiel 2	21	0.2	0.75
Vergleichsbeispiel 14	Beispiel 1	21	0.3	0.85
Vergleichsbeispiel 15	Beispiel 1	21	1.0	0.75
Vergleichsbeispiel 16	Beispiel 3	21	0.3	0.55
Vergleichsbeispiel 17	Beispiel 3	21	1.0	0.45
Vergleichsbeispiel 18	Referenzbeispiel 21	4	0.3	0.32
Vergleichsbeispiel 19	Referenzbeispiel 21	4	1.0	0.41
Vergleichsbeispiel 20	Referenzbeispiel 22	4	0.3	0.45
Vergleichsbeispiel 21	Referenzbeispiel 22	4	1.0	0.51

Gemäß Tabelle 2 war in den Wabenfiltern der Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 37 bis 44 Asche auf der Abgasauslaßseite des Durchgangslochs angesammelt, wobei kaum Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite und im Mittelabschnitt des Durchgangslochs verblieb.
Dagegen verblieb in den Wabenfiltern der Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 12 bis 15 Asche in nahezu gleichmäßigem Zustand auf der Trennwand.
Weiterhin zeigt 10 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen jedes der Wabenfilter von Referenzbeispiel 37 und Vergleichsbeispiel 12; sowie dem Anfangsdruckverlust in jedem der Wabenfilter nach den Regenerationsvorgängen.
Gemäß 10 beträgt beim Wabenfilter von Referenzbeispiel 37 der Anfangsdruckverlust nach dem ersten Regenerationsvorgang 4 kPa, und der Anfangsdruckverlust steigt allmählich in der Kurve zweiten Grades; so beträgt der Anfangsdruckverlust nach dem 100. Regenerationsvorgang 9 kPa, wodurch es möglich ist, einen niedrigen Wert des Anfangsdruckverlusts lange Zeit beizubehalten.
Hierbei wurde für die Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen und dem Anfangsdruckverlust jedes der Wabenfilter der Referenzbeispiele 38 bis 44 nahezu die gleiche Beziehung wie die von Referenzbeispiel 37 erhalten.
Daher ist es in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 37 bis 44 möglich, eine große filterfähige Fläche im Wabenfilter auch nach den o. g. Bewertungsversuchen zu behalten; dadurch wird es möglich, den Anfangsdruckverlust des Wabenfilters daran zu hindern, nach den Regenerationsvorgängen zu hoch zu werden, und somit das Filter auch nach den diesen Bewertungsversuchen kontinuierlich zu verwenden.
Obwohl im Gegensatz dazu beim Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 12 der Anfangsdruckverlust nach dem ersten Regenerationsvorgang 4 kPa beträgt, steigt der Anfangsdruckverlust linear vergleichsweise steil an; somit beträgt der Anfangsdruckverlust nach dem 100. Regenerationsvorgang 16 kPa; folglich wird der Anfangsdruckverlust leicht höher.
Hierbei wurde für die Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen und dem Anfangsdruckverlust jedes das Wabenfilter der Vergleichsbeispiele 13 bis 15 nahezu die gleiche Beziehung wie die von Vergleichsbeispiel 12 erhalten.
Daher tritt bei den Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 12 bis 15 Verstopfung in der Trennwand des Wabenfilters infolge von Asche nach den Bewertungsversuchen auf, was einen hohen Anfangsdruckverlust im Wabenfilter verursacht; folglich muß das Wabenfilter durch Waschen mit Wasser o. ä. nach den Bewertungsversuchen gewaschen werden, was den kontinuierlichen Filtergebrauch unmöglich macht.
Obwohl zudem beim Wabenfilter jeder der Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 16 und 17 ein Teil der Asche auf der Abgasauslaßseite des Durchgangslochs angesammelt ist, verbleibt Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite und im Mittelabschnitt des Durchgangslochs zusammen mit vielen Partikeln, was den Anfangsdruckverlust nach dem Regenerationsvorgang leicht höher werden läßt; dadurch muß der Partikelregenerationsvorgang verglichen mit den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 37 bis 40 häufiger durchgeführt werden. Obwohl ferner die Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 16 und 17 keinen Waschvorgang des Wabenfilters durch Waschen mit Wasser o. ä. unmittelbar nach dem Bewertungsversuch erfordern, benötigen diese Vorrichtungen den Waschvorgang in einer kürzeren Zeitspanne verglichen mit den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 37 bis 44.
Außerdem werden im Wabenfilter jeder der Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 18 bis 21 die Partikel unzureichend verbrannt und bleiben zurück, was zu einer höheren angesammelten Aschemenge führt.
Wie die Ergebnisse gemäß Tabelle 2 deutlich machen, wird es im Regenerationsvorgang des Wabenfilters in der Abgasreinigungsvorrichtung unter Verwendung des Wabenfilters der Erfindung durch Festlegen der Einströmgeschwindigkeit von Gasen in das Wabenfilter auf mindestens 0,3 m/s möglich, Ascherückstände auf der Trennwand zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs zu bewegen, um eine große filterfähige Fläche in der Trennwand zu wahren und somit das Wabenfilter lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
Ist z. B. die Einströmgeschwindigkeit von Gasen in das Wabenfilter auf mindestens 0,3 m/s im Regenerationsvorgang des Wabenfilters festgelegt, so ist es ohne Verwendung des Wabenfilters der Erfindung unmöglich, Ascherückstände auf der Trennwand zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs zu bewegen; somit läßt sich das Filter nicht lange gebrauchen.
Ist zudem die Sauerstoffkonzentration von Gasen niedrig, die in das Wabenfilter strömen sollen, werden die Partikel nicht ausreichend verbrannt und verbleiben darauf; dadurch wird die angesammelte Aschemenge höher.
Beispiele 25 und 26 und Referenzbeispiel 1

(1) α-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μm (60 Gew.-%) und β-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (40 Gew.-%) wurden naßgemischt, und zu 100 Gewichtsteilen der resultierenden Mischung wurden 5 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 10 Gewichtsteile Wasser zugegeben und verknetet, um eine Materialpaste zu erhalten. Nachdem als nächstes eine geringe Menge eines Weichmachers und eines Gleitmittels der Materialpaste zugegeben wurden und diese weiter geknetet wurde, wurde die resultierende Materialpaste mit Hilfe eines Werkzeugs extrudiert, das 0,1 μm Oberflächenrauhtiefe Ra von Wandflächen dünner Poren hat, die mit der Materialpaste direkt in Kontakt kommen, so daß ein Rohformkörper hergestellt wurde, in dem mehrere Durchgangslöcher parallel zueinander in Längsrichtung mit einer dazwischen eingefügten Trennwand angeordnet waren. Nachdem dieser Rohformkörper mit einem Mikrowellentrockner getrocknet war, wurden anschließend vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie der Rohformkörper gefüllt, und diese wurde wieder mit Hilfe eines Trockners getrocknet. Als nächstes wurde der Rohformkörper einem Entfettungsvorgang bei 400°C unterzogen und 3 Stunden bei 2200°C gesintert, wobei Argongas alle Durchgangslöcher des Rohformkörpers mit einer Einströmgeschwindigkeit von 15 m/s (Beispiel 25), 12 m/s (Beispiel 26) bzw. 5 m/s (Referenzbeispiel 1) durchströmte. Hergestellt wurden dadurch gemäß 3 poröse Keramikteile, von denen jedes aus einem Siliciumcarbid-Sinterkörper hergestellt war und eine Größe von 34,4 mm × 34,4 mm × 300 mm, 144 Durchgangslöcher, eine Länge l der längsten Seite von 2,39, eine Fläche S des Durchgangslochs im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung von 5,71 mm2, eine Länge L in Längsrichtung von 300 mm und eine Dicke des Wandabschnitts von 0,44 mm hatte.
(2) Anschließend wurde eine Anzahl der porösen Keramikteile miteinander kombiniert, indem ein wärmebeständiger Kleber verwendet wurde, der solche anorganischen Fasern wie Keramikfasern u. ä. und solche anorganischen Teilchen wie Siliciumcarbid u. ä. enthielt, und dann mit einem Diamantschleifer geschnitten; dadurch wurde ein zylinderförmiger Keramikblock mit einem Durchmesser von 165 mm und einer Länge von 300 mm gemäß 2 erhalten.

Im Anschluß daran wurde eine Dichtungsmaterialschicht auf dem Umfang des Keramikblocks mit Hilfe des wärmebeständigen Klebers gebildet, so daß ein zylinderförmiges Wabenfilter gemäß 2 hergestellt wurde.
Nach JIS B 0601 betrugen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs der so hergestellten Wabenfilter 10 μm (Beispiel 25), 1 μm (Beispiel 26) bzw. 0,5 μm (Referenzbeispiel 1), wobei L/l und L/S auf 125,5 bzw. 52.52 festgelegt waren.
Referenzeispiele 47 und 48 und Vergleichsbeispiel 22

(1) α-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μm (60 Gew.-%) und β-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (40 Gew.-%) wurden naßgemischt, und zu 100 Gewichtsteilen der resultierenden Mischung wurden 5 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 10 Gewichtsteile Wasser zugegeben und verknetet, um eine Materialpaste zu erhalten. Nachdem als nächstes eine geringe Menge eines Weichmachers und eines Gleitmittels der Materialpaste zugegeben wurden und diese weiter geknetet wurde, wurde die resultierende Materialpaste mit Hilfe von Werkzeugen extrudiert, die unterschiedliche Werte, d. h. 100 μm, 50 μm und 120 μm, der Oberflächenrauhtiefe Ra von Wandflächen dünner Poren hatten, die mit der Materialpaste direkt in Kontakt kommen, so daß drei Arten von Rohformkörpern hergestellt wurden, die unterschiedliche Werte der Oberflächenrauhtiefe der Innenwände der Öffnungen haben, die parallel zueinander in Längsrichtung gebildet sind. Danach wurden diese Rohformkörper mit Hilfe eines Mikrowellentrockners getrocknet, wonach vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie der Rohformkörper gefüllt wurden, und nachdem diese wiederum mit Hilfe eines Trockners getrocknet wurden, wurden sie bei 400°C entfettet und bei 2200°C in einer Argonatmosphäre unter Normaldruck 3 Stunden gesintert, um poröse Keramikteile gemäß 3 herzustellen, von denen jedes aus einem Siliciumcarbid-Sinterkörper hergestellt war und eine Größe von 34,4 mm × 34,4 mm × 300 mm, 144 Durchgangslöcher, eine Länge l der längsten Seite von 2,39, eine Länge L in Längsrichtung von 300 mm und eine Dicke der Trennwand von 0,44 mm hatte. Ferner wurde jedes der porösen Keramikteile 5 Minuten in Fluorwasserstoffsäure (Konzentration: 0,1%) eingetaucht, so daß seine Oberfläche modifiziert wurde.
(2) Al(NO₃)₃ wurde 1,3-Butandiol zugegeben, und diese Mischung wurde 5 Stunden bei 60°C gerührt, so daß eine 1,3-Butandiollösung hergestellt wurde, die 30 Gew.-% Al(NO₃)₃ enthielt. Nach Eintauchen des porösen Keramikteils in diese 1,3-Butandiollösung wurde das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 150°C erwärmt und dann ferner 2 Stunden bei 400°C erwärmt, und nach weiterem 2-stündigen Eintauchen in Wasser bei 80°C wurde es 8 Stunden bei 700°C erwärmt, so daß eine Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche des porösen Keramikteils gebildet wurde. Ce(NO₃)₃ wurde Ethylenglycol zugegeben, und diese Mischung wurde 5 Stunden bei 90°C gerührt, so daß eine Ethylenglycollösung hergestellt wurde, die 6 Gew.-% Ce(NO₃)₃ enthielt. Nach Eintauchen des porösen Keramikteils in diese Ethylenglycollösung wurde das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 150°C erwärmt und dann auch 2 Stunden bei 650°C in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt, so daß eine ein Seltenerdoxid enthaltende Aluminiumoxidschicht, die zum Aufbringen eines Katalysators verwendet wurde, auf der Oberfläche des porösen Keramikteils gebildet wurde. Eine Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin ([Pt(NH₃)₂(NO₂)₂]HNO₃), die 4,53 Gew.-% Platin enthielt, wurde mit destilliertem Wasser verdünnt, und das poröse Keramikteil mit einer Wasserabsorptionsmenge von 28,0 g/l wurde in diese Lösung eingetaucht, so daß es 2 g/l Pt enthielt, wonach das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 110°C erwärmt und ferner 1 Stunden bei 500°C in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt wurde, so daß ein Platinkatalysator auf die Oberfläche des porösen Keramikteils aufgebracht wurde.
(3) Als nächstes wurde eine Anzahl der porösen Keramikteile miteinander kombiniert, indem ein wärmebeständiger Kleber verwendet wurde, der anorganische Fasern, z. B. Keramikfasern u. ä., und anorganische Teilchen, z. B. Siliciumcarbid u. ä., enthielt, und anschließend wurden sie mit Hilfe eines Diamantschleifers geschnitten, so daß ein zylinderförmiger Keramikblock gemäß 2 mit einem Durchmesser von 165 mm und einer Länge von 300 mm gebildet wurde.

Danach wurde eine Dichtungsmaterialschicht auf dem Umfang des Keramikblocks mit Hilfe des wärmebeständigen Klebers gebildet, so daß ein zylinderförmiges Wabenfilter gemäß 2 hergestellt wurde.
Nach JIS B 0601 betrugen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs der so hergestellten Wabenfilter 100 μm (Referenzeispiel 47), 50 μm (Referenzeispiel 48) bzw. 120 μm (Vergleichsbeispiel 22), wobei L/l auf 125,5 festgelegt war.
Referenzeispiele 49 und 50 und Referenzbeispiel 2

(1) α-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μm (60 Gew.-%) und β-Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (40 Gew.-%) wurden naßgemischt, und zu 100 Gewichtsteilen der resultierenden Mischung wurden 5 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 10 Gewichtsteile Wasser zugegeben und verknetet, um eine Materialpaste zu erhalten. Nachdem als nächstes eine geringe Menge eines Weichmachers und eines Gleitmittels der Materialpaste zugegeben wurden und diese weiter geknetet wurde, wurde die resultierende Materialpaste mit Hilfe eines Werkzeugs extrudiert, das 0,1 μm Oberflächenrauhtiefe Ra von Wandflächen dünner Poren hatte, die mit der Materialpaste direkt in Kontakt kommen, so daß ein Rohformkörper hergestellt wurde, in dem mehrere Durchgangslöcher parallel zueinander in Längsrichtung mit einer dazwischen eingefügten Trennwand angeordnet waren. Nachdem dieser Rohformkörper mit einem Mikrowellentrockner getrocknet war, wurden anschließend vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie der Rohformkörper gefüllt, und diese wurde wieder mit Hilfe eines Trockners getrocknet. Als nächstes wurde der Rohformkörper einem Entfettungsvorgang bei 400°C so unterzogen, daß Argongas alle Durchgangslöcher des Rohformkörpers mit einer Einströmgeschwindigkeit von 15 m/s (Beispiel 29), 12 m/s (Beispiel 30) oder 5 m/s (Referenzbeispiel 2) durchströmen konnte. Anschließend wurde der Rohformkörper einem 3-stündigen Sintervorgang bei 2200°C so unterzogen, daß Wasserstoffgas alle Durchgangslöcher des Rohformkörpers mit einer Einströmgeschwindigkeit von 15 m/s (Beispiel 29), 12 m/s (Beispiel 30) oder 5 m/s (Referenzbeispiel 2) durchströmen konnte. Hergestellt wurden dadurch gemäß 3 poröse Keramikteile, von denen jedes aus einem Siliciumcarbid-Sinterkörper hergestellt war und eine Größe von 34,4 mm × 34,4 mm × 300 mm, 144 Durchgangslöcher, eine Länge 1 der längsten Seite von 2,39, eine Fläche S des Durchgangslochs im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung von 5,71 mm2, eine Länge L in Längsrichtung von 300 mm und eine Dicke des Wandabschnitts von 0,44 mm hatte. Ferner wurde jedes der porösen Keramikteile 5 Minuten in Fluorwasserstoffsäure (Konzentration: 0,1%) eingetaucht, so daß die Beschaffenheit seiner Oberfläche modifiziert wurde.
(2) Al(NO₃)₃ wurde 1,3-Butandiol zugegeben, und diese Mischung wurde 5 Stunden bei 60°C gerührt, so daß eine 1,3-Butandiollösung hergestellt wurde, die 30 Gew.-% Al(NO₃)₃ enthielt. Nach Eintauchen des porösen Keramikteils in diese 1,3-Butandiollösung wurde das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 150°C erwärmt und dann ferner 2 Stunden bei 400°C erwärmt, und nach weiterem 2-stündigen Eintauchen in Wasser bei 80°C wurde es 8 Stunden bei 700°C erwärmt, so daß eine Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche des porösen Keramikteils gebildet wurde. Ce(NO₃)₃ wurde Ethylenglycol zugegeben, und diese Mischung wurde 5 Stunden bei 90°C gerührt, so daß eine Ethylenglycollösung hergestellt wurde, die 6 Gew.-% Ce(NO₃)₃ enthielt. Nach Eintauchen des porösen Keramikteils in diese Ethylenglycollösung wurde das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 150°C erwärmt und dann auch 2 Stunden bei 650°C in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt, so daß eine ein Seltenerdoxid enthaltende Aluminiumoxidschicht, die zum Aufbringen eines Katalysators verwendet wurde, auf der Oberfläche des porösen Keramikteils gebildet wurde. Eine Salpetersäurelösung von Dinitrodiamminplatin ([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3), die 4,53 Gew.-% Platin enthielt, wurde mit destilliertem Nasser verdünnt, und das poröse Keramikteil mit einer Wasserabsorptionsmenge von 28,0 g/l wurde in diese Lösung eingetaucht, so daß es 2 g/l Pt enthielt, wonach das resultierende poröse Keramikteil 2 Stunden bei 110°C erwärmt und ferner 1 Stunden bei 500°C in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt wurde, so daß ein Platinkatalysator auf die Oberfläche des porösen Keramikteils aufgebracht wurde.
(3) Die gleichen Verfahren wie in (2) der Beispiele 25 und 26 und des Referenzbeispiels 1 wurden durchgeführt, so daß ein zylinderförmiges Wabenfilter hergestellt wurde.

Nach JIS B 0601 betrugen Werte der Oberflächenrauhtiefe Ra der Innenwand des Durchgangslochs der so hergestellten Wabenfilter 10 μm (Beispiel 29), 1 μm (Beispiel 30) bzw. 0,5 μm (Referenzbeispiel 2), wobei L/l und L/S auf 125,5 bzw. 52.52 festgelegt waren.
Beispiele 31, 32, 35–38, 41–44, 47–50, 53–56, 59–62, 65–68, 71 und 72, Referenzbeispiele 53, 54, 59, 60, 65, 66, 71, 72, 77, 78, 83, 84, 89, 90, und 3 bis 16 und Vergleichsbeispiele 23 bis 50
Die gleichen Verfahren wie in den Referenzbeispielen 21, 22, 47, 48, Beispielen 25, 26, 29 und 30, im Vergleichsbeispiel 1 und in den Referenzbeispielen 1 und 2 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß bei der Herstellung des porösen Keramikteils die längste Seite 1 des Durchgangslochs und die Fläche S des Durchgangslochs am Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung eingestellt wurden, während die Länge L in Längsrichtung eingestellt wurde, indem die Anzahl der Durchgangslöcher und die Größe jedes Durchgangslochs gemäß den Tabellen 3 bis 6 eingestellt wurden, so daß Wabenfilter mit einer Zylinderform hergestellt wurden.
Jedes der in den Beispielen 25 bis 72, Referenzbeispielen 1 bis 16 und Vergleichsbeispielen 22 bis 50 hergestellten Wabenfilter wurde in einem Gehäuse einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß 4 plaziert, und nach Bewertungsversuchen, bei denen Partikeleinfang- und Regenerationsvorgänge 100 mal wiederholt wurden, wurde jedes der Wabenfilter entnommen und aufgeschnitten. Für die Schnittfläche jedes der Wabenfilter wurde der Regenerationszustand von Partikeln visuell beobachtet, und das angesammelte Aschemengenverhältnis (B/A) zwischen der angesammelten Aschemenge (A) in der Umgebung des Endes auf der Abgasauslaßseite und der angesammelten Aschemenge (B) in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite wurde gemessen. Hierbei wurde die angesammelte Menge durch Messen der Aschedicke gemessen.
Hierbei strömt im o. g. Regenerationsvorgang durch Verwendung der Pumpe, die in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite des Gehäuses plaziert ist, Luft (Sauerstoffkonzentration: 21%) durch das Wabenfilter mit einer Einströmgeschwindigkeit von 0,8 m/s.

Die Ergebnisse der Versuche sind in den Tabellen 3 bis 6 dargestellt. Tabelle 3

	l (mm)	L (mm)	L/l	S (mm²)	L/S (mm^–1)	Ra (μm)	Katalysator vorhanden	Partikel vorhanden	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Beispiel 25	2.39	300	125.5	5.71	52.52	10	Nein	Nein	0.05
Beispiel 26	2.39	300	125.5	5.71	52.52	1	Nein	Nein	0.12
Referenzbeispiel 47	2.39	300	125.5	5.71	52.52	100	Ja	Nein	0.04
Referenzbeispiel 48	2.39	300	125.5	5.71	52.52	50	Ja	Nein	0.04
Beispiel 29	2.39	300	125.5	5.71	52.52	10	Ja	Nein	0.04
Beispiel 30	2.39	300	125.5	5.71	52.52	1	Ja	Nein	0.10
Beispiel 31	2.39	500	209.2	5.71	87.53	10	Nein	Nein	0.06
Beispiel 32	2.39	500	209.2	5.71	87.53	1	Nein	Nein	0.10
Referenzbeispiel 53	2.39	500	209.2	5.71	87.53	100	Ja	Nein	0.05
Referenzbeispiel 54	2.39	500	209.2	5.71	87.53	50	Ja	Nein	0.07
Beispiel 35	2.39	500	209.2	5.71	87.53	10	Ja	Nein	0.05
Beispiel 36	2.39	500	209.2	5.71	87.53	1	Ja	Nein	0.09
Beispiel 37	1.49	100	67.1	2.22	45.04	10	Nein	Nein	0.07
Beispiel 38	1.49	100	67.1	2.22	45.04	1	Nein	Nein	0.15
Referenzbeispiel 59	1.49	100	67.1	2.22	45.04	100	Ja	Nein	0.02
Referenzbeispiel 60	1.49	100	67.1	2.22	45.04	50	Ja	Nein	0.03
Beispiel 41	1.49	100	67.1	2.22	45.04	10	Ja	Nein	0.06
Beispiel 42	1.49	100	67.1	2.22	45.04	1	Ja	Nein	0.13
Beispiel 43	1.49	300	201.3	2.22	135.13	10	Nein	Nein	0.06
Beispiel 44	1.49	300	201.3	2.22	135.13	1	Nein	Nein	0.10
Referenzbeispiel 65	1.49	300	201.3	2.22	135.13	100	Ja	Nein	0.05
Referenzbeispiel 66	1.49	300	201.3	2.22	135.13	50	Ja	Nein	0.07
Beispiel 47	1.49	300	201.3	2.22	135.13	10	Ja	Nein	0.05
Beispiel 48	1.49	300	201.3	2.22	135.13	1	Ja	Nein	0.09

Tabelle 4

	l (mm)	L (mm)	L/l	S (mm²)	L/S (mm^–1)	Ra (μm)	Katalysator vorhanden	Partikel vorhanden	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Beispiel 49	1.49	500	335.6	2.22	225.22	10	Nein	Nein	0.07
Beispiel 50	1.99	500	335.6	2.22	225.22	1	Nein	Nein	0.11
Referenzbeispiel 71	1.49	500	335.6	2.22	225.22	100	Ja	Nein	0.05
Referenzbeispiel 72	1.49	500	335.6	2.22	225.22	50	Ja	Nein	0.07
Beispiel 53	1.49	500	335.6	2.22	225.22	10	Ja	Nein	0.05
Beispiel 54	1.49	500	335.6	2.22	225.22	1	Ja	Nein	0.10
Beispiel 55	1.22	100	82.0	1.49	67.19	10	Nein	Nein	0.12
Beispiel 56	1.22	100	82.0	1.49	67.19	1	Nein	Nein	0.24
Referenzbeispiel 77	1.22	100	82.0	1.49	67.19	100	Ja	Nein	0.05
Referenzbeispiel 78	1.22	100	82.0	1.49	67.19	50	Ja	Nein	0.10
Beispiel 59	1.22	100	82.0	1.49	67.19	10	Ja	Nein	0.11
Beispiel 60	1.22	100	82.0	1.49	67.19	1	Ja	Nein	0.22
Beispiel 61	1.22	300	245.9	1.49	201.56	10	Nein	Nein	0.07
Beispiel 62	1.22	300	245.9	1.49	201.56	1	Nein	Nein	0.09
Referenzbeispiel 83	1.22	300	245.9	1.49	201.56	100	Ja	Nein	0.05
Referenzbeispiel 84	1.22	300	245.9	1.49	201.56	50	Ja	Nein	0.05
Beispiel 65	1.22	300	245.9	1.49	201.56	10	Ja	Nein	0.06
Beispiel 66	1.22	300	245.9	1.49	201.56	1	Ja	Nein	0.08
Beispiel 67	1.22	500	409.8	1.49	335.93	10	Nein	Nein	0.09
Beispiel 68	1.22	500	409.8	1.49	335.93	1	Nein	Nein	0.13
Referenzbeispiel 89	1.22	500	409.8	1.49	335.93	100	Ja	Nein	0.06
Referenzbeispiel 90	1.22	500	409.8	1.49	335.93	50	Ja	Nein	0.08
Beispiel 71	1.22	500	409.8	1.49	335.93	10	Ja	Nein	0.08
Beispiel 72	1.22	500	409.8	1.49	335.93	1	Ja	Nein	0.10

Tabelle 5

	l (mm)	L (mm)	L/l	S (mm²)	L/S (mm^–1)	Ra (μm)	Katalysator vorhanden	Partikel vorhanden	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Referenzbeispiel 1	2.39	300	125.5	5.71	52.52	0.5	Nein	Nein	0.20
Referenzbeispiel 2	2.39	300	125.5	5.71	52.52	0.5	Ja	Nein	0.18
Referenzbeispiel 3	2.39	500	209.2	5.71	87.53	0.5	Nein	Nein	0.15
Referenzbeispiel 4	2.39	500	209.2	5.71	87.53	0.5	Ja	Nein	0.12
Referenzbeispiel 5	1.49	100	67.1	2.22	45.04	0.5	Nein	Nein	0.25
Referenzbeispiel 6	1.49	100	67.1	2.22	45.04	0.5	Ja	Nein	0.23
Referenzbeispiel 7	1.49	300	201.3	2.22	135.13	0.5	Nein	Nein	0.15
Referenzbeispiel 8	1.49	300	201.3	2.22	135.13	0.5	Ja	Nein	0.12
Referenzbeispiel 9	1.49	500	335.6	2.22	225.22	0.5	Nein	Nein	0.17
Referenzbeispiel 10	1.49	500	335.6	2.22	225.22	0.5	Ja	Nein	0.15
Referenzbeispiel 11	1.22	100	82.0	1.49	67.19	0.5	Nein	Nein	0.28
Referenzbeispiel 12	1.22	100	82.0	1.49	67.19	0.5	Ja	Nein	0.26
Referenzbeispiel 13	1.22	300	245.9	1.49	201.56	0.5	Nein	Nein	0.15
Referenzbeispiel 14	1.22	300	245.9	1.49	201.56	0.5	Ja	Nein	0.14
Referenzbeispiel 15	1.22	500	409.8	1.49	335.93	0.5	Nein	Nein	0.20
Referenzbeispiel 16	1.22	500	409.8	1.49	335.93	0.5	Ja	Nein	0.17

Tabelle 6

	l (mm)	L (mm)	L/l	S (mm²)	L/S (mm^–1)	Ra (μm)	Katalysator vorhanden	Partikel vorhanden	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Vergleichsbeispiel 22	2.39	300	125.5	5.71	52.52	120	Ja	Nein	0.82
Vergleichsbeispiel 23	2.39	500	209.2	5.71	87.53	120	Ja	Nein	0.85
Vergleichsbeispiel 24	2.39	100	41.8	5.71	17.51	10	Nein	Ja	0.25
Vergleichsbeispiel 25	2.39	100	41.8	5.71	17.51	1	Nein	Ja	0.30
Vergleichsbeispiel 26	2.39	100	41.8	5.71	17.51	0.5	Nein	Ja	0.34
Vergleichsbeispiel 27	2.39	100	41.8	5.71	17.51	120	Ja	Ja	0.75
Vergleichsbeispiel 28	2.39	100	41.8	5.71	17.51	100	Ja	Ja	0.20
Vergleichsbeispiel 29	2.39	100	41.8	5.71	17.51	50	Ja	Ja	0.24
Vergleichsbeispiel 30	2.39	100	41.8	5.71	17.51	10	Ja	Ja	0.23
Vergleichsbeispiel 31	2.39	100	41.8	5.71	17.51	1	Ja	Ja	0.28
Vergleichsbeispiel 32	2.39	100	41.8	5.71	17.51	0.5	Ja	Ja	0.30
Vergleichsbeispiel 33	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	120	Nein	Ja	0.96
Vergleichsbeispiel 34	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	100	Nein	Ja	0.42
Vergleichsbeispiel 35	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	50	Nein	Ja	0.43
Vergleichsbeispiel 36	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	10	Nein	Ja	0.48
Vergleichsbeispiel 37	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	1	Nein	Ja	0.49
Vergleichsbeispiel 38	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	0.5	Nein	Ja	0.52
Vergleichsbeispiel 39	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	120	Ja	Ja	0.93
Vergleichsbeispiel 40	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	100	Ja	Ja	0.40
Vergleichsbeispiel 41	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	50	Ja	Ja	0.41
Vergleichsbeispiel 42	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	10	Ja	Ja	0.45
Vergleichsbeispiel 43	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	1	Ja	Ja	0.46
Vergleichsbeispiel 44	2.39	1200	502.1	5.71	210.8	0.5	Ja	Ja	0.50
Vergleichsbeispiel 45	1.49	100	67.1	2.22	45.04	120	Ja	Nein	0.85
Vergleichsbeispiel 46	1.49	300	201.3	2.22	135.13	120	Ja	Nein	0.85
Vergleichsbeispiel 47	1.49	500	335.6	2.22	225.22	120	Ja	Nein	0.89
Vergleichsbeispiel 48	1.22	100	82.0	1.49	67.19	120	Ja	Nein	0.87
Vergleichsbeispiel 49	1.22	300	245.	1.49	201.56	120	Ja	Nein	0.90
Vergleichsbeispiel 50	1.22	500	409.8	1.49	335.93	120	Ja	Nein	0.85

Gemäß den Tabellen 3 und 4 waren in den Wabenfiltern der Beispiele 25, 26, 29, 30–32, 35–38, 41–44, 47–50, 53–56, 59–62, 65–68, 71 und 72 kaum Partikel auf der Trennwand angesammelt, und hinsichtlich der Asche war diese zumeist vollständig von der Trennwand gelöst und zur Abgasauslaßseite bewegt.
Obwohl dagegen gemäß Tabelle 5 in den Wabenfiltern der Referenzbeispiele 1 bis 16 kaum Partikel auf der Trennwand angesammelt waren, verblieb Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite des Durchgangslochs.
Weiterhin verblieben gemäß Tabelle 6 in den Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 24 bis 44 viele Partikel auf der Trennwand, ohne vollständig verbrannt worden zu sein, und Asche verblieb auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite des Durchgangslochs.
Wie die Ergebnisse der Tabellen 3 bis 6 verdeutlichen, ist es in dem Fall, in dem die längste Seite l des Durchgangslochs des Wabenfilters und die Länge L des porösen Keramikteils in einem Bereich von 60 ≤ L/l ≤ 500 festgelegt sind, wobei die Fläche S des Durchgangslochs des Wabenfilters und die Länge L des porösen Keramikteils in einem Bereich von 20 ≤ L/S ≤ 400 festgelegt sind, möglich, die auf der Trennwand angesammelten Partikel durch den Regenerationsvorgang des Wabenfilters nahezu vollständig zu verbrennen und zu entfernen, und ist auch die Oberflächenrauhtiefe Ra auf der Innenwand des Durchgangslochs in einem Bereich von 1 bis 10 um festgelegt, können sich auf der Trennwand angesammelte Ascherückstände leicht ablösen, und im Regenerationsvorgang wird es möglich, Asche durch das Durchgangsloch mit Hilfe von Gasen zu bewegen, die in das Durchgangsloch strömen.
Beispiele 73 bis 88, Referenzbeispiele 17 bis 20, Vergleichsbeispiele 51 bis 66
Jedes der Wabenfilter der Beispiele 25, 26, 29, 30, Referenzbeispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 25 und 31 wurde im Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß 4 mit Hilfe des in der näheren Beschreibung der Erfindung erläuterten Verfahrens platziert, so daß eine Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt wurde. In der Umgebung des Endes des Gehäuses auf der Abgaseinlaßseite der Abgasreinigungsvorrichtung wurden eine Pumpe, durch die Luft (Sauerstoffkonzentration: 21%), ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 6% oder ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 4% in das Wabenfilter mit einer gewünschten Einströmgeschwindigkeit im Regenerationsvorgang des Wabenfilters strömen kann, und ein Gegendrucksensor eingebaut, der einen Druckverlust im Wabenfilter mißt.
Hierbei strömte gemäß Tabelle 7 im Regenerationsvorgang des Wabenfilters Luft (Sauerstoffkonzentration: 21%), ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 6% oder ein Sauerstoff-Stickstoff-Mischgas mit einer Sauerstoffkonzentration von 4% in das Wabenfilter, und ihre Einströmgeschwindigkeiten waren auf 0,3 m/s, 1,0 m/s bzw. 0,2 m/s festgelegt.
Jede der in den Beispielen 73 bis 88, Referenzbeispielen 17 bis 20 und Vergleichsbeispielen 51 bis 66 hergestellten Abgasreinigungsvorrichtungen wurde in einem Abgaskanal eines Motors eingebaut und Bewertungsversuchen unterzogen, bei denen Einfangvorgänge von Partikeln und Regenerationsvorgänge von Wabenfiltern 100 mal wiederholt durchgeführt wurden, so daß der Druckverlust im Anfangsstadium jedes Wabenfilters nach jedem der Regenerationsvorgänge gemessen wurde. Außerdem wurde nach den Bewertungsversuchen jedes der Wabenfilter, das in jeder der Abgasreinigungsvorrichtungen verwendet wurde, entnommen und aufgeschnitten; dadurch wurde das angesammelte Aschemengenverhältnis (B/A) zwischen der angesammelten Aschemenge (A) in der Umgebung des Endes auf der Abgasauslaßseite und der angesammelten Aschemenge (B) in der Umgebung des Endes auf der Abgaseinlaßseite gemessen. Hierbei wurde die angesammelte Menge durch Messen der Aschedicke gemessen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7

	Filter	Sauerstoffkonzentration von Einströmgas (%)	Einströmgeschwindigkeit (m/s)	Angesammeltes Aschemengenverhältnis
Beispiel 73	Beispiel 25	21	0.3	0.10
Beispiel 74	Beispiel 25	21	1.0	0.04
Beispiel 75	Beispiel 26	21	0.3	0.18
Beispiel 76	Beispiel 26	21	1.0	0.10
Beispiel 77	Beispiel 29	21	0.3	0.09
Beispiel 78	Beispiel 29	21	1.0	0.03
Beispiel 79	Beispiel 30	21	0.3	0.15
Beispiel 80	Beispiel 30	21	1.0	0.09
Beispiel 81	Beispiel 25	6	0.3	0.13
Beispiel 82	Beispiel 25	6	1.0	0.08
Beispiel 83	Beispiel 26	6	03	0.23
Beispiel 84	Beispiel 26	6	1.0	0.18
Beispiel 85	Beispiel 29	6	0.3	0.13
Beispiel 86	Beispiel 29	6	1.0	0.06
Beispiel 87	Beispiel 30	6	0.3	0.20
Beispiel 88	Beispiel 30	6	1.0	0.18
Referenzbeispiel 17	Referenzbeispiel 1	21	0.3	0.28
Referenzbeispiel 18	Referenzbeispiel 1	21	1.0	0.19
Referenzbeispiel 19	Referenzbeispiel 2	21	0.3	0.25
Referenzbeispiel 20	Referenzbeispiel 2	21	1.0	0.18
Vergleichsbeispiel 51	Beispiel 25	21	0.2	0.77
Vergleichsbeispiel 52	Beispiel 26	21	0.2	0.79
Vergleichsbeispiel 53	Beispiel 29	21	0.2	0.74
Vergleichsbeispiel 54	Beispiel 30	21	0.2	0.76
Vergleichsbeispiel 55	Vergleichsbeispiel 25	21	0.3	0.35
Vergleichsbeispiel 56	Vergleichsbeispiel 25	21	1.0	0.28
Vergleichsbeispiel 57	Vergleichsbeispiel 31	21	0.3	0.33
Vergleichsbeispiel 58	Vergleichsbeispiel 31	21	1.0	0.27
Vergleichsbeispiel 59	Beispiel 25	4	0.3	0.38
Vergleichsbeispiel 60	Beispiel 25	4	1.0	0.42
Vergleichsbeispiel 61	Beispiel 26	4	0.3	0.48
Vergleichsbeispiel 62	Beispiel 26	4	1.0	0.52
Vergleichsbeispiel 63	Beispiel 29	4	0.3	0.35
Vergleichsbeispiel 64	Beispiel 29	4	1.0	0.40
Vergleichsbeispiel 65	Beispiel 30	4	0.3	0.45
Vergleichsbeispiel 66	Beispiel 30	4	1.0	0.50

Gemäß Tabelle 7 war in den Wabenfiltern der Abgasreinigungsvorrichtungen der Beispiele 73 bis 88 kaum Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite und im Mittelabschnitt des Durchgangslochs angesammelt, während etwas Asche auf der Abgasauslaßseite des Durchgangslochs angesammelt war. Außerdem war in den Wabenfiltern der Beispiele 73 bis 88 die Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen des Wabenfilters und dem Anfangsdruckverlust nahezu die gleiche wie im Beispiel 17, und gemäß 10 steigt der Anfangsdruckverlust allmählich in der Kurve zweiten Grades mit jeder Wiederholung des Regenerationsvorgangs, so daß ein niedriger Wert für den Anfangsdruckverlust lange Zeit gewahrt bleiben kann.
Daher ist es in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Beispiele 73 bis 88 möglich, eine große filterfähige Fläche im Wabenfilter auch nach diesen Bewertungsversuchen zu behalten; dadurch wird es möglich, den Anfangsdruckverlust des Wabenfilters daran zu hindern, nach den Regenerationsvorgängen zu hoch zu werden, und somit das Filter auch nach den o. g. Bewertungsversuchen kontinuierlich zu verwenden.
Dagegen verblieb bei den Wabenfiltern der Beispiele 17 bis 20 die Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite des Durchgangslochs. Außerdem wurde für die Beziehung zwischen der Anzahl von Regenerationsvorgängen und dem Anfangsdruckverlust jedes der Wabenfilter der Beispiele 17 bis 20 nahezu die gleiche Beziehung wie im Vergleichsbeispiel 12 erhalten, und gemäß 10 steigt der Anfangsdruckverlust mit jeder Wiederholung des Regenerationsvorgangs linear vergleichsweise abrupt; somit wird der Anfangsdruckverlust schnell höher.
Daher tritt bei den Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 17 bis 20 Verstopfung in der Trennwand des Wabenfilters infolge von Asche nach den Bewertungsversuchen auf, die einen hohen Anfangsdruckverlust im Wabenfilter verursacht; folglich muß das Wabenfilter durch Waschen mit Wasser o. ä. nach den Bewertungsversuchen gewaschen werden, was den kontinuierlichen Filtergebrauch unmöglich macht.
Obwohl beim Wabenfilter jeder der Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 51 bis 66 ein Teil der Asche auf der Abgasauslaßseite des Durchgangslochs angesammelt war, verblieb Asche auf der Trennwand auf der Abgaseinlaßseite und im Mittelabschnitt des Durchgangslochs zusammen mit vielen Partikeln, was den Anfangsdruckverlust nach dem Regenerationsvorgang leicht höher werden läßt; dadurch muß der Partikelregenerationsvorgang verglichen mit den Abgasreinigungsvorrichtungen der Beispiele 73 bis 88 häufiger durchgeführt werden. Obwohl ferner die Abgasreinigungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 51 bis 66 keinen Waschvorgang des Wabenfilters durch Waschen mit Wasser o. ä. unmittelbar nach dem Bewertungsversuch erfordern, benötigen diese Vorrichtungen den Waschvorgang in einer kürzeren Zeitspanne verglichen mit den Abgasreinigungsvorrichtungen der Beispiele 73 bis 88.
Wie die Ergebnisse gemäß Tabelle 7 deutlich machen, wird es im Regenerationsvorgang des Wabenfilters in der Abgasreinigungsvorrichtung unter Verwendung des in der Erfindung verwendeten Wabenfilters durch Festlegen der Einströmgeschwindigkeit von Gasen in das Wabenfilter auf mindestens 0,3 m/s möglich, Ascherückstände auf der Trennwand zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs zu bewegen, um eine große filterfähige Fläche in der Trennwand zu wahren und somit das Wabenfilter lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.
Ist weiterhin z. B. die Einströmgeschwindigkeit von Gasen in das Wabenfilter auf mindestens 0,3 m/s im Regenerationsvorgang des Wabenfilters festgelegt, so ist es unmöglich, Ascherückstände auf der Trennwand zur Abgasauslaßseite des Durchgangslochs zu bewegen, ohne das in der Erfindung verwendete Wabenfilter zu verwenden; folglich läßt sich das Filter nicht langfristig gebrauchen.
Ist zudem die Sauerstoffkonzentration von Gasen niedrig, die in das Wabenfilter einströmen sollen, werden die Partikel nicht ausreichend verbrannt und verbleiben darauf; dadurch wird die angesammelte Aschemenge höher.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung verwendete Wabenfilter zur Abgasreinigung entsprechen der vorstehenden Beschreibung; daher ist es in einem Wabenfilter-Regenerationsvorgang möglich, auf dem Wandabschnitt angesammelte Partikel so gut wie vollständig zu verbrennen und zu entfernen und außerdem Ascherückständen auf dem Wandabschnitt zu ermöglichen, sich innerhalb des Durchgangslochs problemlos zu bewegen, da die Asche vom Wandabschnitt leicht getrennt werden kann.
Weiterhin entspricht die Abgasreinigungsvorrichtung der vorstehenden Beschreibung, was ermöglicht, eine große filterfähige Fläche im Wandabschnitt auch nach kontinuierlichen Partikelauffang- und Regenerationsvorgängen des Wabenfilters zu wahren; dadurch wird es möglich, den Anfangsdruckverlust des Wabenfilters daran zu hindern, nach den Regenerationsvorgängen zu hoch zu werden, und folglich das Wabenfilter lange Zeit kontinuierlich zu verwenden.

Claims

Verwendung eines Wabenfilters zur Reinigung von Abgasen, das eine Struktur hat, bei der: ein Säulenkörper durch Kombinieren mehrerer rechtwinkliger poröser keramischer Säulenelemente durch eine Kleberschicht gebildet ist, wobei jedes poröse keramische Säulenelement mehrere Durchgangslöcher aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt platziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem abgaseinlassseitigen Ende oder einem abgasauslassseitigen Ende abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln funktioniert, wobei das Filter aus SiC besteht, eine Länge l (mm) der längsten Seite in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und eine Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die folgende Beziehung erfüllen: 60 ≤ L/l ≤ 500, und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die folgende Beziehung erfüllt: 1,0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm, in einer Abgasreinigungsvorrichtung und einem Regenerationsprozess von Erwärmen des Wabenfilters zum Verbrennen und Entfernen von Partikeln, die an dem Wandabschnitt abgelagert worden sind, und zum Trennen von Restasche, die gleichmäßig an fast der gesamten Oberfläche des Wandabschnitts des Wabenfilters verblieben ist, durch Fließen von Gasen, die durch eine Wärmeeinrichtung erwärmt worden sind, in die Durchgangslöcher des Wabenfilters unter den Bedingungen, dass eine Einfließrate 0,3 m/s oder mehr beträgt und eine Sauerstoff-Konzentration 6% oder mehr beträgt, und Bewegen der Restasche zu der Abgasauslassseite in den Durchgangslöchern zum Ansammeln an dieser Position.
Verwendung eines Wabenfilters zur Reinigung von Abgasen, das eine Struktur hat, bei der: ein Säulenkörper durch Kombinieren mehrerer rechtwinkliger poröser keramischer Säulenelemente durch eine Kleberschicht gebildet ist, wobei jedes poröse keramische Säulenelement mehrere Durchgangslöcher aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung mit einem dazwischen eingefügten Wandabschnitt platziert sind; jedes der Durchgangslöcher mit einem Stopfen an einem abgaseinlassseitigen Ende oder einem abgasauslassseitigen Ende abgedichtet ist; und ein Teil oder der gesamte Wandabschnitt, der die Durchgangslöcher trennt, als Filter zum Auffangen von Partikeln funktioniert, wobei das Filter aus SiC besteht, eine Fläche S (mm²) des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des Durchgangslochs und die Länge L (mm) in Längsrichtung des Säulenkörpers die folgende Beziehung erfüllen: 20 ≤ L/S ≤ 400, und eine Oberflächenrauhtiefe Ra (nach JIS B 0601) der Innenwand des Durchgangslochs die folgende Beziehung erfüllt: 1,0 μm ≤ Ra ≤ 10 μm, in einer Abgasreinigungsvorrichtung und einem Regenerationsprozess von Erwärmen des Wabenfilters zum Verbrennen und Entfernen von Partikeln, die an dem Wandabschnitt abgelagert worden sind, und zum Trennen von Restasche, die gleichmäßig an fast der gesamten Oberfläche des Wandabschnitts des Wabenfilters verblieben ist, durch Fließen von Gasen, die durch eine Wärmeeinrichtung erwärmt worden sind, in die Durchgangslöcher des Wabenfilters unter den Bedingungen, dass eine Einfließrate 0,3 m/s oder mehr beträgt und eine Sauerstoff-Konzentration 6% oder mehr beträgt, und Bewegen der Restasche zu der Abgasauslassseite in den Durchgangslöchern zum Ansammeln an dieser Position.
Verwendung des Wabenfilters zur Reinigung von Abgasen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Katalysator darauf abgestützt ist.
Verwendung des Wabenfilters zur Reinigung von Abgasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Gehäuse mit einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors verbunden ist; und Wärmeeinrichtungen innerhalb des Gehäuses eingebaut sind.