DE60207120T3

DE60207120T3 - Partikelfilterwabenstruktur mit Haupt- und Neben-Wabenstrukturen

Info

Publication number: DE60207120T3
Application number: DE60207120T
Authority: DE
Inventors: Mikio Kariya-city Ishihara; Mamoru Kariya-city Nishimura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: DE60207120T2; EP1231363A3; EP1231363B2; US20020108360A1; EP1231363B1; EP1231363A2; DE60207120D1; JP2002306915A; US6764527B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Filter zum Reinigen eines Abgases oder dergleichen, der eine Wabenstruktur aufweist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Als Einrichtung zum Entfernen von Fremdkörpern, solche wie Feinkohlenstoffpartikel und ähnliche Partikel, die von einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung emittiert werden, solch einem wie einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, wurde ein Verfahren zum einmaligen Einfangen von Fremdkörpern durch Verwenden eines Wabenfilters und zum Entfernen der Fremdkörper durch Erhitzen oder Verbrennen von diesen unter Verwendung einer Heizeinrichtung oder eines Katalysators verwendet.
Der herkömmliche Filter zum Reinigen des Abgases verwendet eine Wabenstruktur, bei welcher, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, ein Ende von Zellen 90 der keramischen Wabenstruktur 9, mit beiden Enden abwechselnd mit Stopfen 95 geschlossen ist. Das heißt, Bezug nehmend auf 13, dass die Endflächen 91 an der stromaufwärtigen Seite abwechselnd zugestopft sind, beispielsweise schachbrettmusterartig, nämlich durch Stopfen 95 an dem Ende der Zelle 90. Die Zellen, die Stopfen an der stromaufwärtigen Seite haben, werden an deren stromabwärtiger Seite offen gelassen, wobei die Zellen, welche an deren stromaufwärtiger Seite geöffnet sind, mit Stopfen an der stromabwärtigen Seite geschlossen sind. Ein Katalysator wird an den Trennwänden 98 getragen, abhängig von der Art des Filters zum Reinigen des Abgases.
Der obige Filter zum Reinigen des Abgases fängt Fremdkörper an den Trennwänden ein, wenn ein Abgas von einem Verbrennungsmotor durch diese hindurch geht, wobei die Fremdkörper durch Erhitzen und Verbrennen unter Verwendung einer Heizeinrichtung oder basierend auf dem katalytischen Vorgang entfernt werden.
Jedoch hat der oben erwähnte herkömmliche Filter 9 zum Reinigen des Abgases Probleme, wie unten stehend beschrieben wird.
Das heißt, dass Fremdkörper 88, die von dem Abgas 8 eingefangen werden, das in den Abgasreinigungsfilter strömt, nicht notwendigerweise durch Verbrennen in guter Zeit entfernt werden, wie in 14 gezeigt ist, sodass sie oft schrittweise an den Trennwänden 98 abgelagert werden. Beispielsweise findet das Verbrennen trotz des katalytischen Vorgangs nicht statt, während das Abgas 8 mit einer niedrigen Temperatur von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wobei die Fremdkörper 88 einfach abgelagert werden. In diesem Fall steigt der Druckverlust an, wenn das Abgas 8 durch den Filter hindurch geht, das heißt, durch die Wabenstruktur, wobei der Filter abnormal erhitzt wird und brechen oder schmelzbeschädigt durch die Hitze des Brennens werden kann.
Weiter erfordert der Prozess zum Zustopfen von Zellen der Wabenstruktur bei deren Enden sehr mühsame und umständliche manuelle Arbeit, wodurch die Bemühungen zum Senken der Kosten der Produktion gehemmt werden.
Dokument DE-A1-4203128 offenbart einen Filter für Auspuffgas eines Motors, welcher aus einer Vielzahl von Wabenstrukturen besteht. Diese Wabenstrukturen sind in Reihe angeordnet und anliegend aneinander angeordnet. Die Zellen von jeder Wabenstruktur werden durch eine Wand einer nächsten Wabenstruktur in einer abwechselnden Weise geschlossen.
Dokument EP-A2-153157 offenbart einen Katalysator für einen Verbrennungsmotor, welcher aus einer Vielzahl von Wabenstrukturen besteht, welche in Reihe angeordnet sind. Der Hauptunterschied zur vorliegenden Erfindung ist, dass diese Wabenstrukturen nicht angrenzend aneinander angeordnet sind.
Dokument US-A-4464185 offenbart einen Abgasfilter, welcher eine Wabenstruktur verwendet, wobei die Zellen abwechselnd an beiden Seiten der Wabenstruktur geschlossen sind. Jeder Durchgang einer Zelle weist eine Vielzahl von Löchern an der Wand des Durchgangs auf, sodass die Luft, die in die Wabenstruktur strömt, zu dem anliegenden Durchgang der Zelle gerichtet wird.
Dokument WO 97/29835 offenbart eine Anordnung zum Zersetzen von Stickoxiden in einer Gasströmung, die eine Vielzahl von Katalysatoren aufweist. Jeder Katalysator weist eine Wabenstruktur mit parallelen Zellen auf, durch die das Gas strömen kann. Ab dem zweiten Katalysator wird die Zelldichte eines jeden Katalysators niedriger als die Zelldichte des jeweiligen vorhergehenden stromaufwärtigen Katalysators.
Dokument DE 40 24 942 A1 offenbart einen ähnlichen Katalysator mit einer monolithischen Wabenstruktur.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Probleme, die dem Stand der Technik innewohnen, vollbracht und sieht einen Filter mit einer Wabenstruktur vor, die dazu imstande ist, das Auftreten von unangemessen hohem Druckverlust zu unterdrücken, der durch die Ablagerung von Fremdkörpern verursacht wird, und die bei verringerten Kosten hergestellt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Filter mit einer Wabenstruktur gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Die Vorgänge und Auswirkungen der Erfindung werden nun beschrieben.
Wie oben beschrieben ist, ist der Filter mit der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung durch Kombinieren der Hauptwabenstruktur und der Nebenwabenstrukturen gebildet. Die Nebenwabenstrukturen fungieren als Teilstopfen zum teilweisen Schließen von Zellen der Hauptwabenstruktur. Die Teilstopfen an der linken Endfläche der Hauptwabenstruktur sind unterschiedlich zu jenen bei der rechten Endfläche der Hauptwabenstruktur angeordnet.
Deshalb hat die Wabenstruktur eine derartige Ausführung, dass die Öffnungen an einem Ende der Zellen der Hauptwabenstruktur zwischen beiden Enden zumindest teilweise durch die Teilstopfen geschlossen sind, die durch die Nebenwabenstruktur gebildet werden. Wenn die Wabenstruktur in einem Fluid angeordnet ist, tritt deshalb, sowie das Fluid in die Zellen eintritt, ein Unterschied des Strömungswiderstands des Fluids auf, der von dem Vorliegen der Teilstopfen abhängig ist, bei der stromaufwärtigen Endfläche der Hauptwabenstruktur. Dementsprechend tritt das Fluid leicht in die Zellen ohne Teilstopfen bei der stromaufwärtigen Endfläche davon ein.
In den Zellen, die die Teilstopfen an der stromabwärtigen Endfläche der Wabenstruktur haben, wird ein Zustand hergestellt, wobei ein Fluid einem kleineren Widerstand ausgesetzt ist, wenn es durch eine Trennwand in eine Zelle ohne einen Teilstopfen an der stromabwärtigen Seite strömt, als wenn es zu der stromabwärigen Seite durch den Teilstopfen an der stromabwärtigen Endfläche der Hauptwabenstruktur strömt. Wenn der Filter, der die Wabenstruktur aufweist, zum Reinigen eines Abgases verwendet wird, strömt das Abgas, welches das Fluid ist, durch die Trennwände bei einer größeren Flussrate, als wenn es durch die Hauptwabenstruktur ohne Stopfen strömt, sodass es möglich ist, Fremdkörper in dem Abgas durch die Trennwände mit verbesserter Effizienz einzufangen.
Die Stopfen, die durch die Nebenwabenstruktur gebildet werden, sind Teilstopfen, welche nicht vollständig die Zellen der Hauptwabenstruktur schließen, sondern lediglich diese teilweise schließen. Dies unterdrückt das Problem, wie oben erklärt ist, das auftritt, wenn die Zellen vollständig durch die herkömmlichen Stopfen geschlossen werden.
Das heißt, wenn die Zellen vollständig abgestopft sind, strömt lediglich wenig Fluid durch die Trennwände unter einer abnormalen Bedingung, bei welcher die Fremdkörper unangemessen hoch an den Trennwänden abgelagert werden, wobei der Druck in den Zellen unangemessen hoch ansteigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden andererseits die Zellen der Hauptwabenstruktur teilweise abgestopft, sodass selbst bei einem abnormalen Zustand, bei welchem ein Druck in den Zellen erhöht wurde, das Fluid durch einen Raum in einer Zelle strömt, der durch die Teilstopfen übrig gelassen wird, wobei der Druck nicht unangemessen erhöht wird.
Weiter hat die Nebenwabenstruktur die Schnittabschnitte der Trennwände, die den Zellen der Hauptwabenstruktur derart zugewandt sind, dass sie die Teilstopfen ausbilden. Deshalb wird kein mühseliger Herstellungsprozess zum Ausführen notwendig, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Zustopfprozess. Dies ermöglicht es, die Wabenstruktur bei verringerten Kosten und noch effektiver herzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Auftreten von einem unangemessen hohen Druckverlust zu unterbinden, der durch die Ablagerung von Fremdkörpern verursacht wird, und eine Wabenstruktur bereitzustellen bei verringerten Kosten.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das Verhältnis der Gesamtlänge der Nebenwabenstruktur in der Axialrichtung zu der Länge der gesamten Wabenstruktur in der Axialrichtung in einem Bereich von 5–60% ist. Wenn das obige Verhältnis kleiner ist als 5%, hat die Wabenstruktur eine verringerte Stärke und kann brechen. Wenn das Verhältnis 60% überschreitet, besitzt die Hauptwabenstruktur andererseits einen verringerten Filterungsbereich, sodass es eine beträchtlich verringerte Kapazität zum Einfangen der Fremdkörper hat.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise beide Zellen, die Zellen der Hauptwabenstruktur und die Zellen der Nebenwabenstrukturen, die an den Enden der Hauptwabenstruktur angeordnet sind, eine quadratische Gestalt und sind mit deren Seiten um ungefähr 45° relativ zueinander geneigt und schneiden sich. In diesem Fall können die Schnittabschnitte der Trennwände der Nebenwabenstrukturen regelmäßig relativ zu den Zellen der Hauptwabenstruktur angeordnet sein, wobei folglich die Teilstopfen regelmäßig angeordnet werden können. Deshalb wird durch die Anordnung der Teilstopfen eine gesteigerte Auswirkung erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, die Hauptwabenstruktur und die Nebenwabenstrukturen mit einem Haftmittel zu verbinden. In diesem Fall können die Hauptwabenstruktur und die Nebenwabenstrukturen fest zusammen fixiert sein und eine Positionsabweichungsbeziehung zwischen ihnen kann während der Verwendung verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kasten zum Umgeben der Wabenstruktur angeordnet, wobei die Anordnung der Hauptwabenstruktur und der Nebenwabenstrukturen durch den Kasten gesichert/fixiert ist. In diesem Fall ist es möglich, den Schritt der Anhaftung der Hauptwabenstruktur und der Nebenwabenstrukturen aneinander wegzulassen, wobei daher der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, die Hauptwabenstruktur aus einem keramischen Material herzustellen. Wie die Hauptwabenstruktur können die Trennwände aus einem Metall oder einem anderem Material hergestellt sein, solange sie eine Permeabilität haben können. Unter diesen ist ein keramisches Material vorzuziehen, da dieses leicht die Wabenstruktur realisieren kann, die Trennwände mit Poren aufweisender Permeabilität hat.
Die Nebenwabenstrukturen können aus einem keramischen Material, einem Metall, etc. gemacht werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Schnittabschnitte der Trennwände der Nebenwabenstruktur eine erhöhte Dicke haben. In diesem Fall bringen die Teilstopfen einen gesteigerten Effekt ein.
Bei dem Filter, der die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung aufweist, ist jeder Strömungswiderstand des Fluids, das durch die Zellen in der Wabenstruktur strömt, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, derart festgelegt, dass dieser sich zwischen zwei angrenzenden Zellen durch die oben erwähnte Kombination der Vielzahl von Wabenstrukturen unterscheidet. Folglich strömt ein Fluid, das in die Zellen eintritt, die einen hohen Strömungswiderstand haben, durch die Trennwände in angrenzende Zellen, die einen niedrigen Strömungswiderstand haben. Deshalb wird ein bemerkenswerter Vorteil erhalten, wenn die oben erwähnte Wabenstruktur als der Filter verwendet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters, der eine Wabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 aufweist;
2 ist eine Darstellung, die eine Endfläche des Filters, der die Wabenstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 aufweist, veranschaulicht, gesehen von der Richtung eines Pfeils A in 1;
3 ist eine Darstellung, die eine Endfläche des Filters, der die Wabenstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 aufweist, veranschaulicht, gesehen von der Richtung eines Pfeils B in 1;
4 ist eine Ansicht, die den Filter zum Reinigen des Abgases gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht;
5 ist eine perspektivische Ansicht des Filters, der die Wabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 aufweist;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Wabenstruktur gemäß einem Vergleichsbeispiel, das zum bessern Verständnis der Erfindung dient;
7 ist eine Darstellung, die eine Endfläche der Wabenstruktur gemäß dem Vergleichsbeispiel, das zum bessern Verständnis der Erfindung dient, veranschaulicht, gesehen von der Richtung eines Pfeils A in 6;
8 ist eine Darstellung, die eine Endfläche der Wabenstruktur gemäß dem Vergleichsbeispiel, das zum bessern Verständnis der Erfindung dient, veranschaulicht, gesehen von der Richtung eines Pfeils B in 6;
9 ist eine Darstellung, die den Strömungswiderstand eines Fluids gemäß dem Vergleichsbeispiel, das zum bessern Verständnis der Erfindung dient, veranschaulicht;
10 ist eine Darstellung, die eine Endfläche der Wabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 veranschaulicht, gesehen von einer Richtung entsprechend der Richtung des Pfeils A in 1;
11 ist eine Darstellung, die eine Endfläche der Wabenstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 veranschaulicht, gesehen von einer Richtung entsprechend der Richtung des Pfeils B in 1;
12 ist eine Darstellung, die eine Endfläche der Wabenstruktur gemäß einem Stand der Technik veranschaulicht;
13 ist eine Darstellung, die einen Längsquerschnitt der Wabenstruktur gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht; und
14 ist eine Darstellung, die das Problem veranschaulicht, das auftritt, wenn die Fremdkörper sich an den Trennwänden bei dem Stand der Technik ablagern.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiel 1.
Der Filter, der die Wabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 hat der Filter, der die Wabenstruktur 1 von diesem Ausführungsbeispiel aufweist, eine Hauptwabenstruktur 10 und zwei Nebenwabenstrukturen 21 und 22, die axial in Reihe an beiden Endflächen der Hauptwabenstruktur 10 angeordnet sind.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 sind Schnittabschnitte den Trennwänden 211, 221, die die Zellen der Nebenwabenstrukturen 21, 22 umgeben, die angrenzend an der Wabenstruktur 21, 22 angeordnet sind, einigen Zellen 11 der Hauptwabenstruktur derart zugewandt, dass diese Teilstopfen 15 bilden. Hier unterscheidet sich die Anordnung der Teilstopfen 15 zwischen der einen Endfläche 101 und der anderen Endfläche 102 der Hauptwabenstruktur 10.
Dies wird nun im Detail beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Hauptwabenstruktur 10 und die Nebenwabenstrukturen 21, 22 Trennwände 111, 211, 221 in der Form eines quadratischen Gittermusters, wie in den 2 und 3 gezeigt ist, und haben viele quadratische Zellen. Die Wabenstrukturen 10, 21, 22 sind aus einem keramischen Material hergestellt, das hauptsächlich Cordierit aufweist. Zumindest die Trennwände 111 haben eine Anzahl von Poren zum Aufrechterhalten der Gaspermeabilität.
Die Hauptwabenstruktur 10 und die Nebenwabenstrukturen 21, 22 haben alle Außengrößen von 129 mm im Durchmesser. Weiter hat die Hauptwabenstruktur 10 eine Länge von 130 mm, während die Nebenwabenstrukturen 21, 22 eine Länge von 10 mm jeweils haben, wobei das Verhältnis der Gesamtlänge der Nebenwabenstrukturen 21, 22 in der Axialrichtung zu der Länge der gesamten Wabenstruktur 1 in der Axialrichtung zu 13% gemacht ist.
Die Hauptwabenstruktur 10 hat eine Zellgröße, sodass die Trennwand 0,3 mm dick ist und der Zellabstand, d. h. die Seite der Zelle 0,74 mm ist, wobei die Diagonallinie 1,05 mm lang ist. Die Nebenwabenstrukturen 21, 22 haben Zellgrößen, sodass die Teilwände 0,3 mm dick sind und die Zellabstände (Längen der Seiten) 1,47 mm jeweils ist. Das heißt, der Zellabstand (Länge der Seite) der Nebenwabenstrukturen 21, 22 wird derart ausgewählt, dass dieser der gleiche ist wie der Abstand in der Richtung der Diagonallinie (Länge einer Diagonallinie) der Hauptwabenstruktur 10.
Bei den Nebenwabenstrukturen 21, 22 sind die entsprechenden Schnittabschnitte der Trennwände 211, 221 derart verdickt, dass diese die Zelleckabschnitte verdicken, wie in den 2 und 3 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Nebenwabenstrukturen 21, 22 mit beiden axialen Endflächen 101, 102 der Hauptwabenstruktur 10 jeweils verbunden, nämlich unter Verwendung eines Haftmittels.
Hier sind die Trennwände 111 der Hauptwabenstruktur 10 und die entsprechenden Trennwände 211, 221 der Nebenwabenstrukturen 21, 22 derart angeordnet, dass diese sich schneiden, wie in 2 und 3 gezeigt ist, wobei diese um ungefähr 45 Grad gegeneinander geneigt sind.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, liegen weiter die Positionen an einer Endfläche 101 der Hauptwabenstruktur 10, bei welcher die Teilstopfen 15 durch das Schneiden der Trennwände 211 der Nebenwabenstruktur 21 ausgebildet sind, vor, und sind unterschiedlich zu den Positionen an der anderen Endfläche der Hauptwabenstruktur 10, bei welcher die Teilstopfen 15, die durch Schneiden der Trennwände 221 der Nebenwabenstruktur 22 ausgebildet sind, gelegen sind, was bedeutet, dass die früheren Positionen abwechselnd gegen die letzteren Positionen angeordnet sind, wenn beide der Positionen in der gleichen Ebene sind (prüfen).
Das heißt, dass die Zellen 11a, die die Teilstopfen 15 an der einen Endfläche 101 der Zelle 11a haben, wie in 2 gezeigt ist, geöffnet sind, ohne die Teilstopfen 15 an der anderen Endfläche 102, wie in 3 gezeigt ist (prüfen).
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 11b der Hauptwabenstruktur 10 durch die Teilstopfen 15 bei einem Verhältnis von ungefähr 85% im Hinblick auf den Bereich/die Fläche verschlossen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die so gebildete Wabenstruktur als ein Träger zum Bilden eines Filters zum Reinigen des Abgases verwendet. Im Speziellen wird ein Katalysator, wie in 4 gezeigt ist, durch die Wabenstruktur 1 getragen, welcher in einem Kasten 5 untergebracht ist.
Die folgenden Vorgänge werden eingebracht, wenn der Filter, der die Wabenstruktur 1 zum Reinigen des Abgases verwendet, in dem Abgasdurchgang angeordnet ist.
Das heißt, dass das Abgas, das mit einer Endfläche 101 an der stromaufwärtigen Seite kollidiert, dazu neigt, wahlweise in die Zellen 11b (2) ohne die Teilstopfen 15 wegen des Widerstands einzutreten, der durch die Teilstopfen 15 erzeugt wird.
Weiter haben die Zellen 11b den Teilstopfen 15 an der stromabwärtigen Seite, wie in 3 gezeigt ist, welcher den Umstand erzeugt, dass das Fluid einen geringeren Widerstand antrifft, wenn es in die Zellen 11a ohne die Teilstopfen 15 an der stromabwärtigen Seite durch die Trennwände 111 derart strömt, dass es aus den Zellen 11a Andererseits sind die offenen Zellen 11b ohne die Teilstopfen 15 an einer Endfläche 101 der Zellen 11b, wie in 2 gezeigt ist, mit den teilweisen Zellen 15 an der anderen Endfläche 102 davon vorgesehen, wie ebenso in 3 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 11b der Hauptwabenstruktur 10 durch die Teilstopfen 15 bei einem Verhältnis von ungefähr 85% im Hinblick auf den Bereich/die Fläche verschlossen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die so gebildete Wabenstruktur als ein Träger zum Bilden eines Filters zum Reinigen des Abgases verwendet. Im Speziellen wird ein Katalysator, wie in 4 gezeigt ist, durch die Wabenstruktur 1 getragen, welcher in einem Kasten 5 untergebracht ist.
Die folgenden Vorgänge werden eingebracht, wenn der Filter, der die Wabenstruktur 1 zum Reinigen des Abgases verwendet, in dem Abgasdurchgang angeordnet ist.
Das heißt, dass das Abgas, das mit einer Endfläche 101 an der stromaufwärtigen Seite kollidiert, dazu neigt, wahlweise in die Zellen 11b (2) ohne die Teilstopfen 15 wegen des Widerstands einzutreten, der durch die Teilstopfen 15 erzeugt wird.
Weiter haben die Zellen 11b den Teilstopfen 15 an der stromabwärtigen Seite, wie in 3 gezeigt ist, welcher den Umstand erzeugt, dass das Fluid einen geringeren Widerstand antrifft, wenn es in die Zellen 11a ohne die Teilstopfen 15 an der stromabwärtigen Seite durch die Trennwände 111 derart strömt, dass es aus den Zellen 11a eher herausströmt, als wenn es zu der stromabwärtigen Seite durch die Teilstopfen 15 an den stromabwärtigen Endflächen der Zellen 11b strömt.
Deshalb durchläuft das Abgas, welches das Fluid ist, die Trennwände 111 bei einer erhöhten Flussrate, verglichen damit, wenn lediglich die Hauptwabenstruktur 10, die keinen Stopfen hat, verwendet wird, wenn die oben erwähnte Wabenstruktur 1 ein Träger des Filters zum Reinigen von Abgas ist, sodass die Fremdkörper, die in dem Abgas enthalten sind, mit verbesserter Effizienz eingefangen werden können.
Die Stopfen, die durch die Nebenwabenstrukturen 21, 22 gebildet werden, schließen nicht vollständig die Zellen der Hauptwabenstruktur, aber sind die Teilstopfen 15 zum teilweisen Schließen. Unter einer abnormalen Bedingung, bei welcher die Fremdkörper unangemessen hoch an den Trennwänden 111 abgelagert wurden, geht das Fluid durch die Räume der Zellen, die durch die Teilstopfen 15 verblieben sind, wobei der Druck nicht unangemessen hoch angehoben wird.
Die Nebenwabenstrukturen 21 und 22 bilden die Teilstopfen mit deren Schnittabschnitte der Trennwände 211, 221 aus, die den Zellen 11 der Hauptwabenstruktur 10 zugewandt sind. Dies eliminiert einen mühseligen Produktionsprozess, solch einen wie ein Zustopfen, der in dem Stand der Technik angewandt wird. Dementsprechend wird die Wabenstruktur 1 bei niedrigen Kosten und effektiv hergestellt.
Wie oben beschrieben ist, stellt dieses Ausführungsbeispiel einen Filter mit einer Wabenstruktur 1 bereit, welche das Auftreten von einem unangemessen hohen Druckverlust unterdrückt, der durch die Ablagerung von Fremdkörpern verursacht wird, und welche bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Hauptwabenstruktur 10 und die Nebenwabenstrukturen 21, 22 miteinander mit einem Haftmittel verbunden. Sie können jedoch unter Verwendung des oben erwähnten Kastens ohne die Verwendung eines Haftmittels miteinander befestigt werden.
Ausführungsbeispiel 2.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt ist, wird eine Vielzahl von Hauptwabenstrukturen 31 bis 33 verwendet, wobei die Hauptwabenstrukturen 31 bis 33 und die Nebenwabenstrukturen 41 bis 44 abwechselnd angeordnet sind. Die geformten Hauptwabenstrukturen 31 bis 33 sind aus den gleichen keramischen Wabenstrukturen wie die Hauptwabenstruktur 10 des Ausführungsbeispiels 1 mit der Ausnahme des Kürzens der Länge davon auf 36 mm. Die Hauptwabenstrukturen 41, 43 sind die gleichen wie die Nebenwabenstruktur 21 des Ausführungsbeispiels 1, wobei die Nebenwabenstrukturen 42, 44 die gleichen sind wie die Nebenwabenstruktur 22 des Ausführungsbeispiels 1. Wie in 5 gezeigt ist, sind sie in Reihe in der axialen Richtung angeordnet und miteinander mit einem Haftmittel aneinander angehaftet. In anderen Hinsichten ist dieses Ausführungsbeispiel das gleiche wie das Ausführungsbeispiel 1.
In diesem Fall werden der oben erwähnte Zustand von 2 und der Zustand von 3 abwechselnd wegen dem Vorliegen von den Nebenwabenstrukturen 41 bis 44 wiederholt. Wenn die Wabenstruktur ein Filter zum Reinigen von Abgas auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, geht deshalb das Abgas, welches das Fluid ist, durch die Trennwände der Hauptwabenstrukturen 31 bis 33 hindurch, d. h., durch die Trennwände dreimal hindurch. Als Folge können die Fremdkörper mit verbesserter Effizienz eingefangen werden.
In anderen Hinsichten sind die Vorgänge und Auswirkungen die gleichen wie jene des erstens Ausführungsbeispiels.
Die oben erwähnten Ausführungsbeispiele haben mit Fällen gehandelt, bei welchen die Hauptwabenstrukturen und Nebenwabenstrukturen quadratisch gestaltete Zellen haben. Jedoch können die Wabenstrukturen Zellen von anderer Gestalt haben, solche wie eine dreieckige Gestalt oder eine hexagonale Gestalt, solange die oben erwähnten Teilstopfen ausgebildet werden können.
Vergleichsbeispiel 1.
Die Wabenstruktur 6 von diesem Vergleichsbeispiel hat drei Wabenstrukturen 61, 62 und 63, die in Reihe angeordnet sind, wie in 6 gezeigt ist. Die zwei angrenzenden Wabenstrukturen sind derart angeordnet, dass die Trennwände von einer Wabenstruktur Öffnungen von zumindest einigen der Zellen der anderen Wabenstruktur zugewandt sind.
Wenn das Fluid in die Richtung strömt, in welche die drei Wabenstrukturen 61, 62 und 63 in Reihe angeordnet sind, hat die Wabenstruktur 61, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, eine höhere Dichte von Zellen als die Dichte der Zellen der Wabenstruktur 62, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, wobei die Wabenstruktur 62, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, eine höhere Dichte von Zellen als die Dichte von Zellen der Wabenstruktur 63, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, hat.
Im Speziellen hat die Wabenstruktur 61 an der stromabwärtigsten Seite eine Dichte von Zellen von 900 Maschen, wobei die Wabenstruktur 62 an dem Zentrum eine Dichte von Zellen von 600 Maschen hat, wobei die Wabenstruktur 63 an der meist stromabwärtigen Seite eine Dichte von Zellen von 300 Maschen hat.
7 veranschaulicht einen Zustand, bei welchem die Wabenstruktur 6 von der Vorderseite an der stromaufwärtigen Seite betrachtet ist (von der Richtung eines Pfeils A in 6). 7 veranschaulicht die Trennwände 611 der Wabenstruktur 61 an der am meisten stromaufwärtigen Seite, wobei die Trennwände 621 der zentralen Wabenstruktur an der Hinterseite davon angeordnet sind. Die Wabenstruktur 61 an der meist stromaufwärtigen Seite hat Zellen 610, welche geschlossene Zellen 610b haben, die den Trennwänden der zentralen Wabenstruktur 62 zugewandt sind, und offene Zellen 610a, welche abwechselnd angeordnet sind in der offenen Fläche an der stromabwärtigen Seite davon.
8 veranschaulicht einen Zustand, bei welchem die Wabenstruktur 6 von der Vorderseite an der stromabwärtigen Seite betrachtet ist (von der Richtung eines Pfeils B in 6). 8 veranschaulicht die Trennwände 631 der Wabenstruktur 63 an der am meisten stromabwärts gelegenen Seite, wobei die Trennwände 621 der zentralen Wabenstruktur 62 an der Hinterseite davon angeordnet sind. Die zentrale Wabenstruktur 62 hat Zellen 620, welche geschlossene Zellen 620b haben, die den Trennwänden 631 der Wabenstruktur 63 an der am meisten stromabwärtig gelegenen Seite zugewandt sind, und offene Zellen 620, welche abwechselnd in der offenen Fläche an der stromabwärtigen Seite davon angeordnet sind.
9 veranschaulicht schematisch eine Positionsbeziehung zwischen den Trennwänden 611 der Wabenstruktur 61 an der am meisten stromaufwärts gelegenen Seite und der Trennwände 621 der zentralen Wabenstruktur 62. In den Zellen 610 bei der Wabenstruktur 61 in 9 ist der Strömungswiderstand der offenen Zelle 610a ohne die Trennwand 621 der Wabenstruktur 62 in der offenen Fläche an der stromabwärtigen Seite davon mit P1 bezeichnet, der Strömungswiderstand der geschlossenen Zelle 610b, die die Trennwand 621 der Wabenstruktur 62 hat, die in der offenen Fläche an der stromabwärtigen Seite davon angeordnet ist, mit P2 bezeichnet, und der Widerstand, der erzeugt wird, sowie das Fluid von der geschlossenen Zelle 610b in die offene Zelle 610a durch die Trennwand 611 strömt, mit P3 bezeichnet. Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die Beziehung P1 < P3 < P2 eingehalten.
Dies lässt zu, dass das Fluid, das durch die geschlossene Zelle 610b strömt, effektiv in die offene Zelle 610a durch den Trennwand 611 strömt, nämlich zum leichten Erhalten von exzellenten Filterungsauswirkungen durch die Trennwand 611.
Solch ein Vorgang und eine Auswirkung werden ähnlicherweise erhalten, selbst zwischen der zentralen Wabenstruktur 62 und der stromabwärtigen Wabenstruktur 63; das heißt, die Wabenstruktur 6 als ein Ganzes entfaltet zwei Schritte der exzellenten Filterungsauswirkung.
Ausführungsbeispiel 3.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden, wie in 10 und 11 gezeigt ist, die Formen der Zellen in der Hauptwabenstruktur 10 und in den zwei Nebenwabenstrukturen 21, 22, die axial in Reihe angeordnet sind, an beiden Enden der Hauptwabenstruktur 10 bei dem Ausführungsbeispiel 1 geändert.

Claims

Filter zum Reinigen eines Abgases oder dergleichen, mit einer Wabenstruktur (1), wobei die Wabenstruktur Folgendes aufweist: zumindest eine Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) und eine Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44), die axial in Reihe an beiden Endflächen der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Teilstopfen (15) für einige der Zellen der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) durch Zusammenlaufen der Schnittabschnitte der Aufteilungswände (211, 221) gebildet werden, die die Zellen der Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44) umgeben, die angrenzend an der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) mit den einigen der Zellen der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) angeordnet sind, und wobei die Anordnung der Teilstopfen (15) bei einer Endfläche der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) teilweise Zellen schließt, die unterschiedlich zu den Zellen sind, die teilweise durch Stopfen an der anderen Endfläche der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) geschlossen werden.
Filter gemäß Anspruch 1, wobei die Hauptwabenstrukturen (10; 31, 32, 33) in einer Vielzahl verwendet werden, wobei die Hauptwabenstrukturen (10; 31, 32, 33) und die Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44) abwechselnd angeordnet sind.
Filter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis der Gesamtlänge der Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44) in deren axialer Richtung zu der Länge der gesamten Wabenstruktur (1) in deren axialer Richtung im Bereich von 5 bis 60% liegt.
Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sowohl die Zellen der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) als auch die Zellen der Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44), die an den Enden der Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) angeordnet sind, eine quadratische Gestalt haben und mit deren Seiten um ungefähr 45° relativ zueinander geneigt und sich schneidend angeordnet sind.
Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) und die Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44) mit einem Haftmittel zusammengefügt sind.
Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Gehäuse (5) zum Umgeben der Wabenstruktur (1) angeordnet ist und die Anordnung der Hauptwabenstruktur (10, 31, 32, 33) und der Nebenwabenstrukturen (21, 22; 41, 42, 43, 44) durch das Gehäuse (5) befestigt ist.
Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hauptwabenstruktur (10; 31, 32, 33) aus keramischem Material hergestellt ist.
Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schnittabschnitte der Aufteilungswände (211, 221) der Nebenwabenstruktur eine erhöhte Dicke haben.