DE69622307T2

DE69622307T2 - Abgasreinigungsfilter und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69622307T2
Application number: DE69622307T
Authority: DE
Inventors: Keiji Ito; Terutaka Kageyama; Toshiharu Kondo; Takashi Obata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: JP3750178B2; EP0736503B1; DE69622307D1; JPH08332329A; EP0736503A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abgasreinigungsfilter, der beispielsweise verwendet, um Dieselteilchen zu sammeln, und auf Verfahren für seine Herstellung.
Das Dokument WO89/05285 bezieht sich auf einen Reinigungsfilter, bei dem eine Überzugsschicht auf der Oberfläche einer Matrix ausgebildet ist.
Teilchen, die von einem Dieselmotor ausgestoßen werden, werden durch einen wabenförmigen Filter 9 gesammelt, wie es z. B. in Fig. 23 gezeigt ist. Dieser Filter 9 weist eine poröse Matrix 91 und eine Vielzahl von Fluidkanälen 92, die in bzw. zwischen der Matrix 91 ausgebildet sind, auf.
Für einen erhöhten Wirkungsgrad beim Teilchensammeln, für eine verbesserte Regenerierungsrate und eine verbesserte Abgasreinigung wurde vorgeschlagen, im Inneren oder auf der Oberfläche der Matrix eine Überzugsschicht, die aus aktivem Katalysatorträger-Aluminiumoxid hergestellt ist, durch die folgenden Verfahren auszubilden:
Das erste Verfahren besteht in der Steuerung der Verteilung der Menge des Katalysators, der in Tiefenrichtung der Überzugsschicht aufgenommen ist, (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1-107847). Für die Katalysatorträger-Überzugsschicht wird bei diesem Verfahren aktives Aluminiumoxid mit einem spezifischen Oberflächenbereich mit einer solchen Größe wie 150 m²/g verwendet.
Beim zweiten Verfahren wird Aluminiumoxid auf die Oberfläche der Poren in der Filtermatrix aufgebracht, während das überschüssige Aluminiumoxid unter verringertem Druck abgezogen wird, um einen Überzug auszubilden (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2- 102707).
Beim dritten Verfahren wird der Überzugsbetrag von Aluminiumoxid als eine der Komponenten des Überzugs in einem gegebenen Bereich festgelegt; gegebene Minimalwerte werden für die Größe und das Volumen der zwischen dem Aluminiumpulver ausgebildeten Poren festgelegt (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2- 107340).
Bei den vorstehend genannten Abgasreinigungsfiltern nach dem Stand der Technik treten jedoch die folgenden Probleme auf.
Genauer gesagt sind beim ersten Verfahren, obwohl das aktive Aluminiumoxid einen hohen spezifischen Oberflächenbereich hat, die Teilchen so klein wie 5-10 um, wodurch eine hohe Dichte geschaffen wird. Dieses führt zu einem höheren Widerstand, wenn Gas durch die Überzugsschicht tritt, woraus sich ein größerer Druckverlust der Gasströmung und eine geringere Motorausgangsleistung ergeben.
Beim zweiten Verfahren ermöglicht das Ansaugen durch eine Dekompressionspumpe, daß Aluminiumoxid aus den Abschnitten der Überzugsschicht mit geringem Widerstand abgezogen wird, jedoch der Widerstand in den durch das Ansaugen geöffneten Abschnitten weiter verringert ist, wodurch eine Konzentration von Luft in diesen Abschnitten verursacht wird. Im Ergebnis kann das Aluminiumoxid in den anderen Abschnitten nicht ausreichend abgezogen werden. Auch vereinigt sich das Aluminiumoxid in den Abschnitten mit den Poren von geringer Größe; somit sind die Poren der Überzugsschicht durch die Ansaugkraft der Saugpumpe nicht vollständig geöffnet. Es ist daher unmöglich, im gesamten Filter die Poren zu öffnen.
Beim dritten Verfahren ist, obwohl die Prozentgrößen und das Volumen begrenzt sind, das Verfahren zum Ausbilden der Poren nicht klar; selbst wenn Poren vorliegen, ergibt sich ein erhöhter Widerstand bei denen, die nicht in Verbindung stehen, wodurch die Wirkung der Absenkung des Druckverlustes verringert ist.
Im Hinblick auf diese Nachteile beim Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasreinigungsfilter, der zu einer Verbesserung des Reinigungswirkungsgrades in der Lage ist, während der Druckverlust minimiert ist, sowie Prozesse für seine Herstellung vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch Prozesse entsprechend den Ansprüchen 1, 4, 5 bzw. 6 und durch einen Filter entsprechend dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst.
Die folgenden vier Prozesse sind als Prozesse zur Erzeugung eines Abgasreinigungsfilters entsprechend der Erfindung vorgesehen.
Ein Produktionsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist ein Prozeß zur Erzeugung eines Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch
Aufbringen einer Mischung aus Keramikpulver und einem Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren,
und anschließendes Erwärmen der Mischung, um das Keramikpulver zu sintern und eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix auszubilden, während das Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial abgebrannt wird, um Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix Verbindung herstellen.
Mit diesem Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist es möglich, eine Überzugsschicht mit einem hohen spezifischen Oberflächenbereich an der Oberfläche der Matrix auszubilden. Folglich wird, wenn ein Abgasreinigungskatalsystor auf der Überzugsschicht aufgenommen ist, der Berührungsbereich zwischen dem Katalysator und dem Abgas erhöht, wodurch ermöglicht wird, daß der Katalysator seine maximale katalytische Leistung aufweist.
Da es möglich ist, die Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Matrix Verbindung herstellen, kann ferner Abgas gleichmäßig durch die Verbindungsporen von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Matrix geleitet werden, wodurch sich ein geringer Druckverlust ergibt.
Darüber hinaus berührt das Abgas nicht nur die Oberfläche der Überzugsschicht, sondern tritt ebenfalls in das Innere ein. Somit ist es durch das Aufnehmen der Abgasreinigungskatalysators in der Überzugsschicht möglich, eine dreidimensionale Reinigungswirkung durch die Überzugsschicht hindurch zu erreichen. Folglich kann eine Verbesserung beim Reinigungsverhalten des Filters umgesetzt werden.
Ein solche gute Reinigungsleistung und ein niedriger Druckverlust des Filters gemäß Vorbeschreibung ermöglichen ebenfalls, daß dieser in der Größe kleiner gestaltet wird.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist es daher möglich, einen Abgasreinigungsfilter mit vortrefflicher Reinigungsleistung und niedrigem Druckverlust zu erhalten.
Ein Beispiel für ein bevorzugtes Verbindungsporen- Ausbildungsmaterial ist eine Gaserzeugungssubstanz. Der Grund dafür ist, daß Gas aus der Gaserzeugungssubstanz bei Erwärmung erzeugt wird und das Entweichen des Gases aus der Überzugsschicht Verbindungsporen in der Überzugsschicht bildet, die von ihrer Oberfläche zur Matrix Verbindung herstellen.
Die vorstehend genannte Gaserzeugungssubstanz kann beispielsweise Microsphere sein, das durch Matsumo Yushi Pharmaceutical hergestellt wird und aus in einem thermoplastischen Harz eingeschlossenen Butangas besteht.
Ein weiteres Beispiel für ein bevorzugtes Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial ist eine entflammbare Substanz mit einer Größe, die entweder gleich der Dicke der Überzugsschicht oder größer als diese ist. Der Grund dafür ist, daß die entflammbare Substanz beim Erwärmen abbrennt, wodurch Verbindungsporen ausgebildet werden, die von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Matrix Verbindung herstellen.
Die vorstehend genannte entflammbare Substanz kann ein Material wie z. B. Kohle, Harz, Wachs usw. sein. Die entflammbare Substanz kann in der Form von z. B. Nadelkristallen, in Nadelform (Fasern usw.), in Form von Kugeln oder Stengeln sein.
Auch ist die Größe des Verbindungsporen-Ausbildungsmaterials vorzugsweise die gleiche wie die Poren der Matrix oder kleiner als diese. Dieses ermöglicht, daß das Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial in die Poren gleichmäßig eindringt, um die Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die die Innenfläche der Poren überzieht. Wenn statt dessen die Größe des Verbindungsporen- Ausbildungsmaterials größer als die der Poren der Matrix ist, tritt das Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial nicht in die Poren ein, wodurch sich möglicherweise ein Zusetzen des Keramikpulvers in den Poren und ein größerer Druckverlust durch den Filter ergeben.
Verbindungsporen-Ausbildungsmaterialien mit unterschiedlichen Größen können ebenfalls dem Keramikpulver zugegeben werden. Dieses ermöglicht die Ausbildung einer Überzugsschicht mit gleichmäßig verteilten Verbindungsporen von unterschiedlichen Größen durch die gesamte Uberzugsschicht hindurch.
Die Matrix kann ebenfalls getrennt mit einem Keramikpulver, das ein Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial von einer Größe enthält, und einem Keramikpulver, das ein Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial von einer anderen Größe enthält, beschichtet werden. Dieses ermöglicht die Änderung der Größe der Verbindungsporen in Abhängigkeit von der Dicke der Überzugsschicht.
Auch ist die mittlere Porengröße der vorstehend genannten Verbindungsporen vorzugsweise 10 bis 60 um. Wenn diese weniger als 10 um beträgt, verbessert sich die Reinigungsleistung des Filters, wobei jedoch ein hohes Risiko für den Druckverlust durch den Filter besteht. Wenn diese andrerseits 60 um überschreitet, besteht ein geringeres Risiko des Druckverlustes durch den Filter, jedoch ist das Risiko größer, daß das Abgas durch den Filter geführt wird, ohne daß eine Reinigung stattfindet, wodurch die Reinigungsleistung des Filters verringert wird (siehe Fig. 10, 11).
Die Porösität der vorstehend genannten Überzugsschicht ist vorzugsweise 30 bis 80%. Bei weniger als 30% ist das Risiko von einem Druckverlust durch den Filter erhöht. Bei mehr als 80% ist das Risiko einer geringeren Reinigungsleistung des Filters erhöht (siehe Fig. 10, 11).
Hierbei bezieht sich "Porösität" auf die Prozentzahl der Poren, die Verbindungsporen und eine geringe Anzahl an feiner Poren aufweisen, bezüglich des sichtbaren Volumens der Überzugsschicht.
Die vorstehend genannte Überzugsschicht, die auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet ist, hat die Funktion, daß eine Vergrößerung des Berührungsbereiches zwischen dem Katalysator und dem Abgas herbeigeführt wird, um die maximale katalytische Leistung des Katalysators aufzuweisen. Die Oberfläche der Matrix bezieht sich zumindest auf die obere oder untere Seite der Matrix.
Die Überzugsschicht kann auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet werden, z. B. durch ein Verfahren, bei dem die Matrix mit einer Flüssigkeit imprägniert wird, die eine Mischung aus Keramikpulver und einem Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial enthält, das eine größere Porengröße als die Matrix hat.
Die Überzugsschicht kann ein Keramikpulver sein, wie z. B. aktives Aluminiumoxid oder Zeolith. Von diesen ist aktives Aluminiumoxid bevorzugt. Die hohe Wärmebeständigkeit des aktiven Aluminiumoxids ist aufgrund der Nutzungsumgebung mit hoher Temperatur geeignet.
Eine dreidimensionale Vernetzung von vielen Poren kann in der Matrix ausgebildet werden. Die Matrix kann beispielsweise Cordierit oder SiC (Siliziumkarbid) sein.
Der erste Herstellungsprozeß entsprechend der Erfindung nach Anspruch 1 ist ein Prozeß zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch ein Aufbringen einer Mischung aus Keramikpulver und einem Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren, während die gleiche Mischung zur Innenfläche der Poren in der Matrix eingeführt wird,
und anschließendes Erwärmen der Mischung, um das Keramikpulver zu sintern und eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix und der Innenfläche der Poren in der Matrix auszubilden, während das Verbindungsporen- Ausbildungsmaterial abgebrannt wird, um Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß entsprechend der Erfindung ist es möglich, daß eine gleichmäßige Überzugsschicht nicht nur auf der Oberfläche der Matrix, sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix ausgebildet wird. Somit haftet, wenn ein Abgasreinigungskatalysator auf der Überzugsschicht aufgenommen ist, der Katalysator nicht nur an der Oberfläche der Matrix, sondern auch an der Innenfläche der Poren in der Matrix. Im Ergebnis wird das Abgas durch den Katalysator nicht nur an der Oberfläche der Matrix, sondern auch in der Matrix gereinigt. Dieses verbessert die Abgasreinigungsleistung beträchtlich.
Die weiteren Wirkungen, die durch den ersten Produktionsprozeß erhalten werden, sind die gleichen wie beim Produktionsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Einführen der vorstehend genannten Mischung in die Poren in der Matrix, während die Oberfläche der Matrix mit der Mischung beschichtet wird, ist ein Verfahren, bei dem die Matrix mit einer Lösung imprägniert wird, die die vorstehend genannte Mischung enthält (Imprägnierungsverfahren). Wenn die Matrix ein wabenförmiger Filter ist, kann das Verfahren ein solches Verfahren sein, bei dem die vorstehend genannte Lösung von einem offenen Endabschnitt des wabenförmigen Filters läuft und zum entgegengesetzt liegenden Endabschnitt gezogen wird (Ansaugverfahren), oder ein solches Verfahren sein, bei dem die Lösung durch Luft von einem offenen Endabschnitt des wabenförmigen Filters gepreßt wird (Luftdruckverfahren).
Das gleiche Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial wie beim ersten Herstellungsprozeß wird vorzugsweise beim zweiten Herstellungsprozeß verwendet. Die weiteren Einzelheiten des zweiten Herstellungsprozesses sind die gleichen wie die für den ersten Herstellungsprozeß.
Ein weiterer Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist ein Prozeß zum Herstellen eines. Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch das Aufbringen von zwei oder mehr Keramikpulvern mit unterschiedlichen Schrumpfungsfaktoren auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren und das Erwärmen von dieser, um das Keramikpulver zu sintern, damit eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet wird, während mehrere Mikrorisse in der Überzugsschicht erzeugt werden, um Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung besteht keine Notwendigkeit, das Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial zu verwenden, das im ersten und zweiten Herstellungsprozeß verwendet wurde.
Folglich ist die Herstellung des Filters einfacher als durch den ersten und zweiten Herstellungsprozeß.
Die anderen Wirkungen, die durch den weiteren Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung erzielt werden, sind die gleichen wie beim vorstehenden Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung.
Als die vorstehend genannten zwei oder mehr Keramikpulver mit unterschiedlichen Schrumpfungsfaktoren kann beispielsweise ein Keramikpulver verwendet werden, das aus einer Kombination aus Aluminiumoxid und Cordierit besteht.
Der zweite Herstellungsprozeß entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 4 ist ein Prozeß zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch das Aufbringen von zwei oder mehr Keramikpulvern mit unterschiedlichen Schrumpfungsfaktoren auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren, während die Keramikpulver auf die Innenfläche der Poren in der Matrix eingeführt werden,
und anschließendes Erwärmen des Keramikpulvers,
um das Keramikpulver zu sintern und eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix und der Innenfläche der Poren in der Matrix auszubilden, während mehrere Mikrorisse in der Überzugsschicht erzeugt werden, um Verbindungsporen in der Überzugsschicht auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß ist es möglich, eine gleichmäßige Überzugsschicht nicht nur auf der Oberfläche der Matrix auszubilden, sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix. Die anderen Wirkungen, die durch den zweiten Herstellungsprozeß erreicht werden, sind die gleichen wie bei den Herstellungsprozessen entsprechend dem Hintergrund der Erfindung.
Beispiele für die Verfahren zum Einführen der vorstehend genannten Keramikpulver auf die Oberfläche der Poren in der Matrix, während die Oberfläche der Matrix mit den Keramikpulvern beschichtet wird, weisen das Imprägnierungsverfahren, das Ansaugverfahren und das Luftdruckverfahren, die für den ersten Herstellungsprozeß erläutert sind, auf.
Bezüglich der vorstehend genannten zwei oder mehr Keramikpulver mit unterschiedlichen Schrumpfungsfaktoren kann beispielsweise ein Keramikpulver verwendet werden, das aus einer Kombination aus Aluminiumoxid und Cordierit besteht.
Ein Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist ein Prozeß zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch das Hinzufügen einer hochviskosen öligen Substanz zu einem Schlamm, der ein Keramikpulver enthält, und kräftiges Mischen des Schlamms zum Ausbilden von feinen öligen Teilchen, die aus der hochviskosen öligen Substanz gebildet sind,
und anschließendes Aufbringen des Schlamms auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren und Erwärmen von dieser,
um das Keramikpulver zu sintern, damit eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet wird, während Gas in der Überzugsschicht aufgrund der feinen öligen Teilchen erzeugt wird, wodurch die feinen öligen Teilchen beseitigt werden und bewirkt wird, daß Gas aus der Überzugsschicht entweicht, damit Verbindungsporen ausgebildet werden, die von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Oberfläche der Matrix Verbindung herstellen.
Die vorstehend genannte hochviskose ölige Substanz wird zu feinen öligen Teilchen, wenn diese in den Schlamm gemischt wird. Die feinen öligen Teilchen werden beseitigt, wenn diese bei der Erwärmung Gas erzeugen. Wenn das erzeugte Gas aus der Überzugsschicht entweicht, bildet dieses Verbindungsporen, die mit der Oberfläche der Überzugsschicht in Verbindung stehen. Es wird somit möglich, einen Abgasreinigungsfilter zu erzeugen, der mit einer Überzugsschicht mit Verbindungsporen versehen ist.
Die anderen Wirkungen, die durch diesen Herstellungsprozeß erzielt werden, sind die gleichen wie mit dem vorstehenden Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung.
Die vorstehend genannte hochviskose ölige Substanz kann beispielsweise ein Schmieröl, wie Uniway (Handelsname) von Nihon Sekiyu sein.
Der dritte Herstellungsprozeß entsprechend Anspruch 5 ist ein Prozeß zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters gekennzeichnet durch das Hinzugeben einer hochviskosen öligen Substanz zu einem Schlamm, der ein Keramikpulver enthält, und kräftiges Mischen der Schlamms zum Ausbilden von feinen öligen Teilchen, die aus der hochviskosen öligen Substanz gebildet sind,
und anschließendes Aufbringen des Schlamms auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren, während der Schlamm auf die Innenfläche der Poren in der Matrix eingeführt wird,
und anschließendes Erwärmen des Schlamms,
um das Keramikpulver zu sintern, damit eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix und der Innenfläche der Matrix ausgebildet wird, während in der Überzugsschicht aufgrund der feinen öligen Teilchen Gas erzeugt wird, wodurch die feinen öligen Teilchen beseitigt werden und bewirkt wird, daß das Gas aus der Überzugsschicht entweicht, damit Verbindungsporen ausgebildet werden, die von der Oberfläche der Überzugsschicht mit der Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß ist es möglich, eine gleichmäßige Überzugsschicht nicht nur auf der Oberfläche der Matrix auszubilden, sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix. Die anderen Wirkungen, die durch den dritten Herstellungsprozeß erzielt werden, sind die gleichen wie bei den vorstehend beschriebenen Herstellungsprozessen.
Beispiele für Verfahren zum Einführen des vorstehend beschriebenen Schlammes auf die Innenfläche der Poren in der Matrix, während die Oberfläche der Matrix mit dem Schlamm beschichtet wird, weist das Imprägnierverfahren, das Ansaugverfahren und das Luftdruckverfahren auf, die für das erste Herstellungsverfahren erläutert wurden.
Die vorstehend genannte hochviskose ölige Substanz kann beispielsweise das vorstehend genannte Schmieröl sein.
Ein Herstellungsverfahren entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist ein Prozeß zum Herstellen eines Abgasreinigungsfilters, der gekennzeichnet ist durch das Aufbringen eines Schaummaterials, das zu einer Vernetzung aufschäumt, auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren,
Aufschäumen des Schaummaterials,
und anschließendes Beschichten der Oberfläche des aufgeschäumten Schaummaterials mit einem ein Keramikpulver enthaltenden Schlamm, auf eine Dicke, die entweder gleich der Größe des aufgeschäumten Schaummaterials oder größer als diese ist, und Erwärmen von diesem,
um das Keramikpulver zu sintern, damit eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet wird, während das Schaummaterial abgebrannt wird, um Verbindungsporen auszubilden, die als eine Vernetzung von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Oberfläche der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung wird das Schaummaterial vorher aufgeschäumt, um die Ausbildung von schwammartigen Verbindungsporen zu ermöglichen. Das Schaummaterial kann beispielsweise unbehandeltes Urethan sein.
Die durch diesen Herstellungsprozeß erzielten Wirkungen sind die gleichen wie beim vorstehenden Herstellungsprozeß entsprechend dem Hintergrund der Erfindung.
Der vierte Herstellungsprozeß entsprechend Anspruch 6 ist ein Prozeß zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, gekennzeichnet durch das Aufbringen eines Schaummaterials, das zu einer Vernetzung aufschäumt, auf die Oberfläche einer Matrix mit mehreren Poren, während das Schaummaterial auf die Innenfläche der Poren in der Matrix eingeführt wird,
Aufschäumen des Schaummaterial,
und anschließendes Beschichten der Oberfläche des aufgeschäumten Schaummaterials mit einem Schlamm, der ein Keramikpulver enthält, auf eine Dicke, die entweder gleich die Größe des aufgeschäumten Schaummaterials oder größer als diese ist, und Erwärmen von diesem,
um das Keramikpulver zu sintern, damit eine Überzugsschicht auf der Oberfläche der Matrix und der Innenfläche der Poren in der Matrix ausgebildet wird, während das Schaummaterial abgebrannt wird, um Verbindungsporen auszubilden, die als eine Vernetzung von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen.
Entsprechend diesem Herstellungsprozeß ist es möglich, eine gleichmäßige Überzugsschicht nicht nur auf der Oberfläche der Matrix, sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix auszubilden. Die anderen Wirkungen, die durch den vierten Herstellungsprozeß erzielt werden, sind die gleichen wie bei den vorstehenden Herstellungsprozessen.
Beispiele für Verfahren zum Einführen des vorstehend genannten Schaummaterials auf die Innenfläche der Poren in der Matrix, während die Oberfläche der Matrix mit dem Schaummaterial beschichtet wird, weisen das Imprägnierverfahren, das Ansaugverfahren und das Luftdruckverfahren auf, die für den zweiten Herstellungsprozeß erläutert sind.
Das Schaummaterial kann beispielsweise unbehandeltes Urethan sein.
Der Abgasreinigungsfilter entsprechend dem Hintergrund der Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter mit einer Matrix mit mehreren Poren und einer Überzugsschicht, die auf der Oberfläche der Matrix vorgesehen ist und einen Katalysator trägt, der ein von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas reinigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht Verbindungsporen hat, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix Verbindung herstellen, und daß die Porösität der Überzugsschicht 30-80% beträgt.
Der vorstehend genannte Abgasreinigungsfilter ist mit Verbindungsporen in der Überzugsschicht versehen, die von ihrer Oberfläche zur Matrix Verbindung herstellen. Somit hat gemäß Vorbeschreibung der Abgasreinigungsfilter einen niedrigen Druckverlust und eine hohe Reinigungsleistung; eine Größenverringerung des Filters kann erreicht werden.
Da die Porösität der Überzugsschicht des vorstehend genannten Abgasreinigungsfilters zwischen. 30 und 80% liegt, kann der Filter eine hohe Reinigungsleistung vorsehen, während ein niedriger Druckverlust aufrechterhalten wird.
Eine Porösität von weniger als 30% erhöht den Druckverlust des Filters. Die Reinigungsleistung des Filters verringert sich bei einer Porösität von mehr als 80%.
Die mittlere Porengröße der vorstehend genannten Verbindungsporen ist vorzugsweise 10 bis 60 um. Damit sollen der Druckverlust des Filters verringert und die Reinigungsleistung erhöht werden, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Ferner überzieht die Überzugsschicht vorzugsweise sowohl die Oberfläche der Matrix als auch die Innenfläche der Poren in der Matrix. Damit soll eine spürbarere Erhöhung bei der Abgasreinigungsleistung des Filters erzielt werden.
Der Abgasreinigungsfilter der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 10 mit einer Matrix, die mehrere Poren hat, und einer Überzugsschicht, die auf der Oberfläche der Matrix und der Innenfläche der Poren in der Matrix vorgesehen ist und die einen Katalysator trägt, der das von einem Verbrennungsmotor abgegebene Abgas reinigt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht Verbindungsporen hat, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen, und daß die Porösität der Schicht 30 bis 80% beträgt.
Bei diesem Abgasreinigungsfilter ist die Überzugsschicht nicht nur auf der Oberfläche der Matrix sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix ausgebildet. Somit haftet der auf der Überzugsschicht aufgenommene Katalysator nicht nur an der Oberfläche der Matrix, sondern auch an der Innenfläche der Poren in der Matrix. Im Ergebnis wird das Abgas durch den Katalysator nicht nur auf der Oberfläche der Matrix, sondern auch auf der Innenfläche der Poren in der Matrix gereinigt. Dieses verbessert beträchtlich die Abgasreinigungsleistung.
Die weiteren Einzelheiten des Abgasreinigungsfilters sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsfilter; der Abgasreinigungsfilter sieht ebenfalls die gleichen Wirkungen wie der vorstehende Abgasreinigungsfilter vor.
Die vorliegende Erfindung sieht daher einen Abgasreinigungsfilter und einen Prozeß zu seiner Herstellung vor, wodurch die Reinigungsleistung verbessert ist, während der Druckverlust minimiert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung der Wand des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 1 an der Linie A-A von Fig. 3 geschnitten.
Fig. 2 ist eine Oberflächendarstellung der Wand des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 1, die die Größe der Verbindungsporen der Überzugsschicht zeigt.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 1, die die wabenförmige Struktur der Matrix zeigt.
Fig. 4 ist eine Darstellung, die die Strömung des Abgases im Abgasreinigungsfilter von Beispiel. 1 zeigt.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die ein Verfahren zum Ausbilden von Verbindungsporen mit einer Gaserzeugungssubstanz entsprechend Beispiel 1 zeigt.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung eines Abgasreinigungsfilters im Vergleich zu Beispiel 1.
Fig. 7 ist ein Liniendiagramm, das die Poreneigenschaften (Porengröße und Porenvolumen) von unterschiedlichen Abgasreinigungsfiltern von Experiment Beispiel 1 zeigt.
Fig. 8 ist ein Säulendiagramm, das den spezifischen Oberflächenbereich von unterschiedlichen Abgasreinigungsfiltern von Experiment Beispiel 1 zeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Änderung des Druckverlustes über der Zeit bei unterschiedlichen Abgasreinigungsfiltern von Experiment Beispiel 1 zeigt.
Fig. 10 ist eine Korrelationsdarstellung für die mittlere Porengröße und Porösität der Überzugsschicht und für den Filterdruckverlust entsprechend dem Experiment Beispiel 2.
Fig. 11 ist eine Korrelationsdarstellung für die mittlere Porengröße und die Porösität der Überzugsschicht und für die Filterreinigungsrate des Abgases entsprechend dem Experiment Beispiel 2.
Fig. 12 ist eine Zeichnung, die den Bereich der mittleren Porengröße und Porösität der Überzugsschicht, wobei die Reinigungsrate hoch und der Druckverlust niedrig sind, entsprechend dem Versuch Beispiel 2 zeigt.
Fig. 13 ist eine Darstellung eines Prozesses für die Herstellung des Abgasreinigungsfilter von Beispiel 2.
Fig. 14 ist eine Darstellung eines Prozesses für die Herstellung des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 3.
Fig. 15 ist eine Darstellung eines Prozesses für die Herstellung des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 4.
Fig. 16 ist eine Querschnittsdarstellung der Wand des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 5, die die Größe der Verbindungsporen der Überzugsschicht zeigt.
Fig. 17 ist eine Querschnittsdarstellung der Wand des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 6, die die Größe der Verbindungsporen der Überzugsschicht zeigt.
Fig. 18 ist eine Darstellung, die die Strömung von Abgas im Abgasreinigungsfilter von Beispiel 7 zeigt.
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht des Abgasreinigungsfilters von Beispiel 8.
Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht der Wand des Abgasreinigungsfilters im Vergleich zu Beispiel 8.
Fig. 21 ist eine Liniendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Keramikpulver-Überzugsbetrag und dem Filterdruckverlust zeigt, nach dem Experiment Beispiel 3.
Fig. 22 ist eine Liniendarstellung, die die Beziehung zwischen einem Betrag der Dieselteilchen, die durch die Filter gesammelt werden, und dem Filterdruckverlust zeigt, entsprechend dem Experiment Beispiel 4.
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht des Abgasreinigungsfilters nach dem Stand der Technik.
Die Beispiele 1 bis 7 stellen den technischen Hintergrund der Erfindung dar. Ein Prozeß entsprechend der Erfindung ist in Beispiel 8 beschrieben.

Beispiel 1

Ein Abgasreinigungsfilter entsprechend einem Beispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 erläutert.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Abgasreinigungsfilter 59 von diesem Beispiel eine Matrix 5 mit mehreren dünnen Poren 50 und eine Überzugsschicht 1, die an der oberen Seite 51 und der unteren Seite 52 der Matrix 5 vorgesehen ist. Die Überzugsschicht 1 trägt einen Katalysator 2, der das von einem Verbrennungsmotor abgegebene Abgas reinigt.
Die Überzugsschicht 1 hat Verbindungsporen 10, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix 5 Verbindung herstellen. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Verbindungsporen 10 in einem Porengrößenbereich D von 20 bis 40 um verteilt; die mittlere Porengröße beträgt 30 um. Die Porösität der Überzugsschicht 1 beträgt 60%. Aktives Aluminiumoxid wird als die Überzugsschicht 1 verwendet. Die dünne Porengröße D der Verbindungsporen 10 wurde durch das Quecksilber-Eindruck-Verfahren (mercury indentation method) gemessen.
Die wabenförmige Filtermatrix ist mit der Überzugsschicht 1 mit 40 g je Liter an sichtbarem Volumen beschichtet. Der Überzugsbetrag der Überzugsschicht 1 wurde auf der Grundlage der Gewichtsdifferenz vor und nach dem Beschichten berechnet.
Die Überzugsschicht 1 setzt sich aus aktivem Aluminiumoxid zusammen, das auf seiner Oberfläche und auf den Wänden der Verbindungsporen 10 einen Katalysator 2 trägt. Die Dicke der Überzugsschicht 1 beträgt 5 bis 50 um. Der Katalysator 2 ist Pt (Platin), Rh (Rhodium) oder ähnliches.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Matrix 5 mehrere dünne Poren 50, die durch das Innere in einer dreidimensionalen Vernetzung verlaufen; diese ist vom Wandströmungstyp, der eine Reinigungswirkung aufweist, wenn Abgas durch die dünnen Poren 50 hindurchströmt. Die mittlere Größe der dünnen Poren 50 der Matrix beträgt 20 bis 40 um.
Wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, hat die Matrix 5 einen wabenförmigen Aufbau mit mehreren Fluidkanälen 551, 552 (siehe Fig. 23). Auch ist der Fluidkanal 551 am stromaufwärts liegenden Endabschnitt 61 der Wabenform mit einem Abdichtstopfen 55 am stromabwärts liegenden Endabschnitt 62 abgedichtet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. In ähnlicher Weise ist der Fluidkanal 552 am stromabwärts liegenden Endabschnitt 62 mit einem Abdichtstopfen 55 am stromaufwärts liegenden Ende 61 abgedichtet. Diese Fluidkanäle 551 und 552 sind abwechselnd in schachbrettartiger Anordnung angeordnet.
Die Überzugsschicht 1 ist sowohl an der Oberfläche des Fluidkanals 551 am stromaufwärts liegenden Endabschnitt 61 als auch am Fluidkanal 552 am stromabwärts liegenden Endabschnitt 62 ausgebildet.
Abgas 7 strömt vom Fluidkanal 551 an dem stromaufwärts liegenden Endabschnitt 61 hinein, strömt durch die Überzugsschicht 1, die Matrix 5 und dann durch die Uberzugsschicht 1 hindurch, um zum Fluidkanal 552 am stromaufwärts liegenden Endabschnitt 62 ausgestoßen zu werden.
Ein Prozeß zum Erzeugen des vorstehend genannten Abgasreinigungsfilters 59 wird nun erläutert.
Als erstes wurde ein wabenförmiger Cordierit-Filter ( Φ140 mm · Länge 130 mm, 150 Zellen/in² Gitter, 0,45 mm Wanddicke) als die Matrix 5 bereitgestellt.
Das Keramikpulver war eine Mischung aus 95 Gewichtsprozent aktivem Aluminiumoxid und 5 Gewichtsprozent Aluminiumoxidlösung; verdünnte den pH-Wert einstellende Stickstoffsäure wurde hinzugegeben, um den pH-Wert auf 1- 3 einzustellen. Die mittlere Porengröße des aktiven Aluminiumoxids beträgt 5 bis 10 um.
Als nächstes wurden zu 100 Gewichtsprozent des vorstehend genannten Keramikpulvers 1,5 äußere Gewichtsprozent einer gaserzeugenden Substanz als ein Verbindungsporen-Ausbildungsmaterial und 25 äußere Gewichtsprozent an Kohlenstoffpulver hinzugefügt; destilliertes Wasser wurde weiter hinzugegeben, um einen Schlamm zu erhalten. Die Teilchengröße des Kohlenstoffpulvers beträgt 10-80 um, was größer als die Dicke der auszubildenden Überzugsschicht ist (5 bis 50 um). Die vorstehend genannte Gaserzeugungssubstanz war ein Gaseinschlußmaterial, das durch den Einschluß von Butangas in ein thermoplastisches Harz hergestellt wurde, woran sich eine Granulierung angeschlossen hat.
Die vorstehend genannte Matrix 5 wurde in den Schlamm eingetaucht, während ein Rühren stattfand, und dann herausgezogen. Der überschüssige Schlamm wurde dann durch Blasen entfernt; Trocknen wurde bei 120ºC 2 Stunden lang ausgeführt.
Daran schloß sich eine Erwärmung bei 700ºC für 2 Stunden an, um das Keramikpulver zu sintern. Somit wurde eine Überzugsschicht 1, die aus Keramikpulver hergestellt wurde, auf der Oberfläche der Matrix 5 ausgebildet. Das Kohlenstoffpulver brannte auch während des Erwärmens ab. Auch brannte, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, die gaserzeugende Substanz 30 aus thermoplastischem Harz ab; das darin enthaltende Butangas 300 entwich aus der Überzugsschicht 1. Daraus ergab sich die Ausbildung von Verbindungsporen 10, die vom Inneren zur Oberfläche der Überzugsschicht 1 Verbindung herstellen.
Die Matrix 5 mit der ausgebildeten Überzugsschicht 1 wurde dann in ein Katalysatorbad getaucht, um den Katalysator 2 in die Überzugsschicht 1 einzubringen. Somit wurde der in Fig. 1 gezeigte Abgasreinigungsfilter erhalten.
Zum Vergleich wurde eine Überzugsschicht bereitgestellt, ohne daß die gaserzeugende Substanz oder Kohlenstoffpulver verwendet wurden, (Vergleichsbeispiel 1). Hierbei wurden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, die vorstehend beschriebenen Verbindungsporen nicht in der Überzugsschicht 95 ausgebildet; die ausgebildeten feinen Poren 19 hatten eine mittlere dünne Porengröße von nur 0,5 bis 10 um.
Im Unterschied dazu wurden gemäß Vorbeschreibung die Verbindungsporen 10 mit einer mittleren Porengröße von 30 um und im Bereich von 20-40 um im Abgasreinigungsfilter dieses Beispiels ausgebildet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Nun wird die Wirkung dieses Beispiels beschrieben.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Ausbildung von mehreren Verbindungsporen 10 in der Überzugsschicht 1, die von ihrer Oberfläche zur Matrix 5 Verbindung herstellen, im Abgasreinigungsfilter dieses Beispiels ausgebildet. Somit kann Abgas zwischen der Oberfläche der Überzugsschicht 1 und der Matrix 5 durch die Verbindungsporen 10 gleichmäßig laufen. Dieses ermöglicht, daß der Druckverlust des Filters verringert wird.
Darüber hinaus berührt das Abgas nicht nur die Oberfläche der Überzugsschicht 1, sondern tritt auch in das Innere ein. Somit sieht ein Abgasreinigungsfilter, der auf der Überzugsschicht aufgenommen ist, eine dreidimensionale Reinigungswirkung durch die Überzugsschicht hindurch vor. Folglich kann eine Verbesserung bei der Reinigungsleistung des Filters 59 umgesetzt werden.
Eine solche hohe Reinigungsleistung und ein solcher niedriger Druckverlust des Filters 59 gemäß Vorbeschreibung ermöglichen ebenfalls eine Verringerung der Größe.
Da ferner der Katalysator 2 in der Überzugsschicht 1 aufgenommen ist, können Dieselteilchen wirksam aufgefangen und dann verbrannt werden, wodurch der Filter wiederhergestellt wird. Alternativ dazu können HC und CO im Abgas ebenfalls gereinigt werden.
Entsprechend diesem Beispiel sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, beide Seiten der Matrix 5 mit der Überzugsschicht 1 beschichtet. Wenn somit Abgas 7 vom stromaufwärts liegenden Endabschnitt 61 zum stromabwärts liegenden Endabschnitt 62 des Filters 59 verläuft, strömt dieses zweimal durch die Überzugsschicht 1 hindurch. Dieses ermöglicht eine wirksamere Reinigung des Abgases 7.
Ferner ermöglichen eine solche hohe Reinigungsleistung und ein solcher Druckverlust des Filters 59 gemäß Vorbeschreibung ebenfalls eine Verringerung seiner Größe.
Die Überzugsschicht 1 dieses Beispiels wurde an einer Wandströmungs-Matrix 5 ausgebildet, wobei Poren 50 durch das Innere verlaufen; die Verbesserung bei der Reinigungsleistung und die Steuerung des Druckverlustes können ebenfalls erhalten werden, indem diese auf einer Wanddurchströmungsmatrix 5 mit sehr wenig Poren 50 ausgebildet wird.

Experiment Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurden, wie es in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist, die Porenkennlinien und die Reinigungsrate des Filters des vorstehenden Beispiels 1 (im folgenden als "Probe 1" bezeichnet) sowie der spezifischen Oberflächenbereich der Überzugsschicht gemessen.
Die Porenkennlinie des Abgasreinigungsfilters wurde als erstes bewertet.
Die Porenkennlinie des Filters wurde auf der Grundlage der Porengröße und des Porenvolumens bewertet. Die Porengröße und das Porenvolumen des Filters wurde durch das Quecksilber-Eindruck-Verfahren gemessen.
Zum Vergleich wurden ein Filter des vorstehenden Vergleichsbeispiels 1 (Probe C1), wobei eine Überzugsschicht ohne Verbindungsporen auf der Matrixoberfläche ausgebildet wurde, ein Filter, der aus einer Matrix allein ohne Überzugsschicht besteht, (Probe C2) und ein Überzugsmaterial allein ohne Verbindungsporen (Probe C3) in der gleichen Weise ebenfalls gemessen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt.
Wie es aus dieser graphische Darstellung ersichtlich ist, war die Porenkennlinie des Probe-1-Filters nahe derjenigen des Filters, der aus der Matrix allein besteht, (Probe C2), Andrerseits war die Porenkennlinie des Filters, bei der die Matrix mit einer Überzugsschicht beschichtet war, in der keine Verbindungsporen vorhanden waren, (Probe C1) nahe der Porenkennlinie der Überzugsschicht allein (Probe C3), wobei sowohl die Porengröße als auch das Porenvolumen von dieser klein waren. Dieses demonstriert, daß sich durch das aktive Ausbilden der Verbindungsporen in der Überzugsschicht, die von ihrer Oberfläche zur Matrix Verbindung herstellt, die Porenkennlinie an die der Matrix annähert, um einen niedrigeren Druckverlust des Filters vorzusehen.
Der spezifische Oberflächenbereich der Überzugsschicht des Beispiel-1-Filters wurde dann gemessen. Im Vergleich wurde die Probe C1 ebenfalls in der gleichen Weise gemessen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt. Diese graphische Darstellung zeigt, daß der spezifische Oberflächenbereich der Überzugsschicht des Beispiels 130% größer als der der Überzugsschicht des Beispiels C1 war.
Der Druckverlust des Beispiel-1-Filters wurde dann gemessen.
Der Filter wurde in einen Verbrennungsmotor-Abgaskanal gebracht, wobei konstante Meßbedingungen vorlagen und wobei ein 2,2-Liter-DI(Direkteinspritz)-Verbrennungsmotor mit 2000 U/min. 100 Nm verwendet wurde.
Zum Vergleich wurden die Proben C1 und C2 ebenfalls in der gleichen Weise gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 gezeigt.
Diese graphische Darstellung zeigt, daß der Probe-1- Filter ungefähr den gleichen niedrigen Druckverlust wie der Filter aufwies, der aus der Matrix allein bestand, (Probe C2). Andrerseits wies der Filter, der die Überzugsschicht hat, wobei keine Verbindungsporen an der Matrixoberfläche ausgebildet sind, (Probe C1) einen wesentlich erhöhten Druckverlust über der Zeit auf.
Dieses demonstriert, daß die Werte für den Druckverlust des Filters, bei dem Verbindungsporen in der Überzugsschicht ausgebildet sind, ungefähr so niedrig wie die des Filters sind, der aus der Matrix allein besteht.
Es wird angenommen, daß diese Resultate den vorstehend beschriebenen Gründen zuzuschreiben sind.
Das heißt, daß trotz der Dichtheit der Überzugsschicht selbst das Porenvolumen aufgrund der Ausbildung der Verbindungsporen größer war. Somit wies der Probe-1- Filter eine Porenkennlinie nahe der Matrix auf. Dieses war wahrscheinlich der Grund dafür, daß der Druckverlust ungefähr so niedrig wie der der Matrix war.
Die Reinigungsleistung des Probe-1-Filters wurde als nächstes gemessen.
Die Messung wurde unter konstanten Meßbedingungen einer Verbrennungsmotordrehzahl von 2000 U/min. 100 Nm getätigt. Die Reinigungsrate wurde für HC, CO und NOX gemessen und ist hier unter Verwendung der Werte für HC dargestellt.
Zum Vergleich wurde der Filter, der eine Überzugsschicht ohne Verbindungsporen hat, (Probe C1) ebenfalls in der gleichen Weise gemessen.
Im Ergebnis betrug die Reinigungsrate 98% für Probe 1 und 92% für Probe C1.
Dieses demonstriert, daß der Probe-1-Filter eine bessere Reinigungsleistung aufweist.

Experiment Beispiel 2

In diesem Beispiel wurden, wie es in den Fig. 10 bis 12 gezeigt ist, die Wirkungen der mittleren Porengröße und der Porösität der Überzugsschicht auf den Druckverlust und die Reinigungsleistung des Filters gemessen.
Als erstes wurde die Wirkung der mittleren Porengröße und der Porösität der Überzugsschicht auf den Druckverlust des Filters gemessen.
Die mittlere Porengröße der Überzugsschicht und der Druckverlust des Filters wurden durch die gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 10 gezeigt.
Wie es in dieser graphischen Darstellung gezeigt ist, sieht eine größere mittlere Porengröße der Überzugsschicht einen niedrigeren Druckverlust des Filters vor. Bei einer konstanten mittleren Porengröße sieht eine höhere Porösität der Überzugsschicht ebenfalls einen niedrigeren Druckverlust des Filters vor.
Die Wirkungen der mittleren Porengröße der Überzugsschicht und der Porösität des Filters auf die Reinigungsleistung des Filters wurden dann gemessen. Die Meßverfahren waren die gleichen wie vorstehend beschrieben. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 gezeigt.
Wie es in dieser graphischen Darstellung gezeigt ist, sieht eine geringere mittlere Porengröße der Überzugsschicht eine höhere Abgasreinigungsrate des Filters vor. Mit einer konstanten mittleren Porengröße sieht eine niedrigere Porösität der Überzugsschicht auch eine höhere Reinigungsrate vor.
Fig. 12 zeigt auf der Grundlage dieser Meßergebnisse die mittlere Porengröße und die Porösität der Überzugsschicht, die einen niedrigen Filterdruckverlust von 10 kPa oder weniger und eine hohe Reinigungsrate von 90% oder mehr ergeben.
Im gleichen Diagramm stellen die Punkte A bis D kritische Werte für einen Bereich der mittleren Porengrößen und Porösitäten der Überzugsschicht dar, die den vorstehend genannten besseren Druckverlust und die vorstehend genannte Reinigungsleistung ergeben. Die jeweiligen Porengrößen und Porösitäten sind: Punkt A (10 um, 80%), Punkt B (20 um, 60%), Punkt C (60 um, 30%) und Punkt D (50 um, 70%).
Der Bereich, der durch die Linien definiert ist, die die Punkte A bis D verbinden, (nicht schraffiertes Gebiet) stellt einen Druckverlust von 10 kPa oder weniger und eine Reinigungsrate von 90% oder mehr dar. Filter mit Kennlinien innerhalb dieses Bereiches weisen einen niedrigen Druckverlust und eine hohe Reinigungsrate auf.
Andrerseits stellt das Gebiet unterhalb der Linien AB und BC (nach unten geneigt schraffiertes Gebiet) einen 10 kPa überschreitenden Druckverlust dar. Das Gebiet unterhalb der Linien AD und DC (nach oben schraffiertes Gebiet) stellt eine Reinigungsrate von weniger als 90% dar.

Beispiel 2

Dieses Beispiel, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, ist ein Fall, in dem Verbindungsporen unter Verwendung eines zylindrischen Verbindungsporen ausbildenden Materials 31 ausgebildet wurden.
Das Verbindungsporen ausbildende Material 31 war ein Harz, das bei der Erwärmung des Keramikpulvers abbrannte; ein Beispiel dafür ist Polyester (Handelsname) von Nihon Synthetic Chemical Co. Das Verbindungsporen ausbildende Material 31 hat einen Durchmesser von 10 bis 30 um und eine Länge von 50 um. Die Dicke der Überzugsschicht 1 beträgt 5 bis 50 um.
Das Verbindungsporen ausbildende Material 31 wird mit dem Keramikpulver gemischt, getrocknet und dann erwärmt. Dieses brennt das Verbindungsporen ausbildende Material 31 ab, das Verbindungsporen 10 in der Überzugsschicht 1 bildet, die von ihrer Oberfläche zur Matrix 5 Verbindung herstellen.
Das Verbindungsporen ausbildende Material 31 kann statt zylindrisch gemäß Vorbeschreibung prismenförmig oder polygonförmig sein; Verbindungsporen 10 können ausgebildet werden, solange diese zumindest so groß wie die Dicke der Überzugsschicht 1 sind.
Die Überzugsschicht 1 besteht aus aktivem Aluminiumoxid; der Abgasreinigungskatalysator 2 wird auf ihrer Oberfläche und den Wänden der Verbindungsporen 10 aufgenommen.
Ansonsten ist der Filter der gleiche wie in Beispiel 1. Die in diesem Beispiel erhaltene Wirkung ist die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

Beim Abgasreinigungsfilter dieses Beispiels sind, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, die Verbindungsporen 10 unter Verwendung eines Teilchen-Verbindungsporen ausbildenden Materials 32 ausgebildet.
Harz oder Wachs wird als Verbindungsporen ausbildendes Material 32 verwendet. Der lange Durchmesser des Verbindungsporen ausbildenden Materials 32 beträgt 40 bis 100 um; der kleine Durchmesser beträgt 10 bis 60 um.
Die Überzugsschicht 1 besteht aus aktivem Aluminiumoxid; der Abgasreinigungskatalysator 2 wird auf ihrer Oberfläche und den Wänden der Verbindungsporen 10 aufgenommen. Die Dicke der Überzugsschicht 1 beträgt 5 bis 50 um.
Ansonsten ist der Filter der gleiche wie in Beispiel 1. Die bei diesem Beispiel erhaltene Wirkung ist die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 4

Beim Abgasreinigungsfilter dieses Beispiels sind, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, die Verbindungsporen 10 unter Verwendung von Whiskers als Verbindungsporen ausbildendes Material 33 ausgebildet.
Die Nadelkristalle sind Kohlenstoff-Nadelkristalle mit einem Durchmesser von 40 um.
Die Überzugsschicht 1 besteht aus aktivem Aluminiumoxid; der Abgasreinigungskatalysator 2 wird auf ihrer Oberfläche und den Wänden der Verbindungsporen 10 aufgenommen. Die Dicke der Überzugsschicht 1 beträgt 5 bis 50 um.
Ansonsten ist der Filter der gleiche wie in Beispiel 1. Die bei diesem Beispiel erhaltene Wirkung ist die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 5

Bei dem Filter dieses Ausführungsbeispiels sind, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, Verbindungsporen 101 mit unterschiedlichen Porengrößen in der Überzugsschicht 1 ausgebildet.
Die Porengrößen der Verbindungsporen 101 sind zwischen 10 um und 80 um breit verteilt, wobei die mittlere Porengröße 40 um beträgt.
Die Überzugsschicht 1 besteht aus aktivem Aluminiumoxid; der Abgasreinigungskatalysator 2 wird auf ihrer Oberfläche und der Wand der Verbindungsporen 101 aufgenommen. Die Dicke der Überzugsschicht 1 beträgt 5 bis 50 um.
Die Verbindungsporen 101 werden unter Verwendung von Poren ausbildenden Materialien (gaserzeugende Substanzen und Kohlenstoffpulver) mit unterschiedlichen Größen im Bereich, der sich von 10 um bis 80 um erstreckt, ausgebildet. Diese Verbindungsporen ausbildenden Materialien mit unterschiedlichen Größen wurden dem keramischen Pulver hinzugegeben; destilliertes Wasser wurde hinzugegeben, um Schlamm zu erzeugen. Die Matrix wurde in Schlamm eingetaucht; der überschüssige Schlamm wurde entfernt; dann wurde die Matrix getrocknet und erwärmt, um den Abgasreinigungsfilter zu erhalten.
Ansonsten ist der Filter der gleiche wie in Beispiel 1. Die bei diesem Beispiel erhaltene Wirkung ist die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 6

Bei dem Filter dieses Beispiels sind, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, Verbindungsporen mit relativ großen Porengrößen in der Überzugsschicht 1 ausgebildet. Die Porengrößen der Verbindungsporen 102 sind zwischen 40 um und 100 um verteilt; die mittlere Porengröße beträgt 60 u m. Der Filter ist ansonsten der gleiche wie in Beispiel 5.
Bei diesem Beispiel sieht die relativ große Porengröße der Verbindungsporen eine sogar größere Verringerung beim Druckverlust vor. Die anderen Wirkungen sind die gleichen wie in Beispiel 5.

Beispiel 7

Beim Filter dieses Beispiels ist die Überzugsschicht 1, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, an der Oberfläche der Matrix 5 am Ende des Fluidkanals 551 am stromaufwärts liegenden Endabschnitt 61 ausgebildet; am Endabschnitt des Fluidkanals 552 am stromabwärts liegenden Endabschnitts 62 ist keine Überzugsschicht 1 ausgebildet.
Dieser Filter wird hergestellt, indem nur eine Seite der Matrix in Schlamm eingetaucht wird, der Keramikpulver enthält. Ansonsten ist der Filter der gleiche wie in Beispiel 1.
Da die Überzugsschicht 1 in diesem Beispiel nur an dem Endabschnitt des Fluidkanals 551 am stromaufwärts liegenden Endabschnitt ausgebildet ist, strömt das zu reinigende Abgas durch die Matrix 5, nachdem eine Reinigung durch die Überzugsschicht 1 erfolgt ist, und strömt dieses zum stromabwärts liegenden Endabschnitt 62. Somit können die im Abgas enthaltenen Dieselteilchen wirksam gesammelt werden, während ermöglicht wird, daß der Druckverlust niedriger als bei einem Filter ist, der Überzugsschichten an beiden Seiten der Matrix aufweist.

Beispiel 8

Wie es in Fig. 19 gezeigt ist, weicht der Filter der vorliegenden Erfindung vom Stand der Technik darin ab, daß die Überzugsschicht 1 nicht nur auf die obere und untere Fläche der Matrix 5 aufgebracht ist, sondern auch auf die Oberfläche der Poren 50 in der Matrix.
Die Überzugsschicht 1, die auf die obere und untere Oberfläche des Matrix 5 und die Oberfläche der Poren 50 aufgebracht ist, hat Verbindungsporen 10, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix 5 oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen. Die mittlere Porengröße der Verbindungsporen 10 beträgt 20 um. Die Porösität der Überzugsschicht 1 beträgt 62%; ihre Dicke beträgt 2 bis 20 um. Aktives Aluminiumoxid wird als Überzugsschicht 1 verwendet.
Ein Abgasreinigungskatalysator 2, wie z. B. Pt oder Rh, wird auf der Oberfläche der Überzugsschicht und auf den Innenwänden der Verbindungsporen 10 aufgenommen. Die Matrix 5 hat mehrere Poren 50, die durch das Innere in einer dreidimensionalen Vernetzung verlaufen. Die mittlere Größe der Poren 50 beträgt 20 bis 40 um.
Die Herstellung des vorstehend genannten Abgasreinigungsfilters ist grundsätzlich die gleiche wie im vorstehenden Beispiel 1. Diese weicht jedoch darin ab, daß die mittlere Teilchengröße des Verbindungsporen ausbildenden Materials 10 bis 30 um beträgt und daß die wabenförmige Filtermatrix mit der Überzugsschicht mit 65 g je Liter an sichtbarem Volumen beschichtet ist.
In diesem Beispiel ist die Überzugsschicht nicht nur auf der oberen und unteren Fläche der Matrix 5 ausgebildet, sondern auch auf der Oberfläche der Poren 50 in der Matrix 5. Somit haftet der Katalysator 2, der auf der Überzugsschicht aufgenommen ist, nicht nur auf der oberen und unteren Fläche der Matrix 5, sondern auch auf der Oberfläche der Poren 50 in dieser. Im Ergebnis wird das Abgasberührungsflächen-Gebiet des Katalysators 2 erhöht, wodurch insbesondere die Abgasreinigungsleistung verbessert wird.
Ferner ist die Oberfläche der Poren 50 mit der Überzugsschicht 1 mit Verbindungsporen 10 beschichtet. Somit verstopfen die Poren 50 nicht, wodurch ein gleichmäßiges Strömen des Abgases ermöglicht wird.
Als der Filter ohne Verwendung eines Verbindungsporen ausbildenden Materials hergestellt wurde, wie es in Fig. 20 gezeigt ist, wurden die Poren 50 der Matrix 5 durch die Überzugsschicht 1 (Keramikpulver) verschlossen.
Ferner hatte die Überzugsschicht auf der Oberfläche der Innenporen in der Filtermatrix kontinuierliche Poren, die von der Oberfläche der Filtermatrix zur Oberfläche der Innenporen Verbindung herstellen, wodurch sich eine Erhöhung des Oberflächengebietes der Matrix ergibt und wodurch sich die Leistung der Oxidationsreaktion als ein Katalysator der Überzugsschicht verbessert.

Experiment Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde die Beziehung zwischen dem Überzugsbetrag des Keramikpulvers und dem Druckverlust des Filters gemessen.
Das für die Messung verwendete Keramikpulver hatte den gleichen Typ und die gleiche Größe wie das Keramikpulver in Beispiel 8. Der Überzugsbetrag des Keramikpulvers wurde zwischen 0 und 75 g je Liter an sichtbarem Volumen der wabenförmigen Filtermatrix geändert. Der Filter war ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, um die Probe 2 bereitzustellen.
Zum Vergleich wurde ein Filter ohne Verwendung eines Verbindungsporen ausbildenden Materials hergestellt, um eine Probe C4 bereitzustellen.
Industriefabrikluft (5 kg/cm²) wurde vom stromaufwärts liegenden Ende zum stromabwärts liegenden Ende des Filters mit 200 Liter/min. geführt. Der Druckverlust des Filters während dieser Zeit wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 21 gezeigt.
Wie es in dieser graphischen Darstellung gezeigt ist, hatte der Probe-2-Filter praktische keine Änderung beim Druckverlust, selbst bei einem erhöhten Überzugsbetrag des Keramikpulvers. Andrerseits hat sich der Druckverlust des Probe-C4-Filters drastisch erhöht, wenn sich der Überzugsbetrag des Keramikpulvers erhöht hat.
Dieses zeigt, daß der niedrige Druckverlust des Filters aufrechterhalten wird, indem die Verbindungsporen ausgebildet werden, die von der Oberfläche der Überzugsschicht zur Oberfläche der Matrix oder der Innenfläche der Poren in der Matrix Verbindung herstellen, wie es entsprechend der Erfindung der Fall ist. Es wurde auch demonstriert, daß ein Filter mit niedrigem Druckverlust erzeugt werden kann, wenn der Überzugsbetrag des Keramikpulvers 10 bis 50 g je Liter an sichtbarem Volumen des wabenförmigen Filters beträgt.

Experiment Beispiel 4

Entsprechend diesem Beispiel wurde die Beziehung zwischen dem Betrag an Abgasdiesel-Teilchen, die durch den Abgasreinigungsfilter gesammelt wurden, und dem Druckverlust des Filters gemessen.
Der für die Messung verwendete Filter war der Filter, der in Beispiel 8 als Probe 3 erzeugt wurde.
Zum Vergleich wurde die gleiche Messung für einen Filter, der eine Überzugsschicht hat, die ohne Verwendung eines Verbindungsporen ausbildenden Materials ausgebildet wurde, als Probe C5 und für einen Filter, bei dem der Katalysator direkt an der Matrix haftet, ohne daß Keramikpulver und ein Verbindungsporen ausbildendes Material verwendet wird, als Probe C6 gemacht. Die Dicke der Überzugsschicht von Probe 3 und von Probe C5 war 2 bis 20 um; der Überzugsbetrag der Überzugsschicht betrug 65 g je Liter an sichtbarem Volumen des wabenförmigen Filters.
Für die Messung wurden die Filter in einen Verbrennungsmotorabgaskanal eingebracht. Der verwendete Verbrennungsmotor war ein Dieselmotor mit einem Zylindervolumen von 4,2 Liter, der mit 1600 U/min bei vollständig geöffnetem Fahrpedal (W. O. T.) angetrieben wurde. Der Betrag der Dieselteilchen, die durch den Filter gesammelt wurden, und der Druckverlust des Filters wurden während dieser Zeit gemessen; die Ergebnisse sind in Fig. 22 gezeigt.
Wie es durch diese graphische Darstellung gezeigt ist, hatten die Proben 3, C5 und C6 alle einen großen Druckverlust der Filter, als sich der Betrag der gesammelten Dieselteilchen erhöhte. Auch betrug der Druckverlust des Filters mit der Überzugsschicht, die das Verbindungsporen ausbildende Material enthält (Probe 3) nicht mehr als 1, 5 mal den Druckverlust des Filters, wobei der Katalysator direkt an der Matrix haftet, (Probe C6). Andrerseits hatte der Filter, bei dem die Überzugsschicht kein Verbindungsporen ausbildendes Material enthält, (Probe C5) zwei- bis dreimal den Betrag des Druckverlustes von Probe C6.
Dieses demonstriert, daß die Ausbildung von Verbindungsporen in der Überzugsschicht durch das Hinzugeben eines Verbindungsporen ausbildenden Materials zum Keramikpulver zu einem Abgasreinigungsfilter führt, der einen niedrigeren Druckverlust als ohne Hinzufügen eines Verbindungsporen ausbildenden Materials hat.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, das die Schritte aufweist:

Beschichten der Oberfläche einer Matrix (5) mit mehreren Poren (50) mit einer Mischung aus Keramikpulver und einem verbindenden porenbildenden Material, während die Mischung auf die Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) eingebracht wird und

anschließendes Erwärmen der Mischung zum Sintern des Keramikpulvers und Bilden einer Überzugsschicht (1) auf der Oberfläche der Matrix (5) und der Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5), während das verbindende porenbildende Material abgebrannt wird, um in der Überzugsschicht (1) die verbindenden Poren (10) auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix (5) und zur Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) Verbindung herstellen.

2. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters nach Anspruch 1, wobei das verbindende porenbildende Material eine Gaserzeugungssubstanz (30) ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters nach Anspruch 1, wobei das verbindende porenbildende Material eine entflammbare Substanz mit einer Größe ist, die entweder gleich der Dicke der Überzugsschicht (1) oder größer als die Dicke der Überzugsschicht (1) ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, das die Schritte aufweist:

Beschichten der Oberfläche der Matrix (5) mit mehreren Poren (50) mit einer Vielzahl von Keramikpulvern mit unterschiedlichen Schrumpfungsfaktoren, während die Keramikpulver auf die Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) eingebracht werden, und

anschließendes Erwärmen der Keramikpulver zum Sintern der Keramikpulver und Bilden einer Überzugsschicht (1) auf der Oberfläche der Matrix (5) und der Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5), während eine Vielzahl an Mikrorissen in der Überzugsschicht (1) erzeugt werden, um die verbindenden Poren (10) in der Überzugsschicht (1) auszubilden, die von ihrer Oberfläche zur Oberfläche der Matrix (5) und zur Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) Verbindung herstellen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, das den Schritt aufweist:

Hinzufügen einer hochviskosen öligen Substanz zu einem Schlamm, der ein Keramikpulver enthält, und kräftiges Mischen des Schlammes zum Ausbilden von feinen öligen Teilchen, die aus der hochviskosen öligen Substanz gebildet sind, und

anschließendes Beschichten der Oberfläche der Matrix (5) mit mehreren Poren (50) mit dem Schlamm, während der Schlamm auf die Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) eingebracht wird, und

anschließendes Erwärmen des Schlamms zum Sintern des Keramikpulvers, um auf der Oberfläche der Matrix (5) und der Innenfläche der Matrix (5) eine Überzugsschicht (1) auszubilden, während in der Überzugsschicht (1) aufgrund der feinen öligen Teilchen Gas erzeugt wird, wodurch die feinen öligen Teilchen beseitigt werden und bewirkt wird, daß Gas aus der Überzugsschicht (1) entweicht, damit die verbindenden Poren (10) ausgebildet werden, die von der Oberfläche der Überzugsschicht (1) zur Oberfläche der Matrix (5) und zur Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) Verbindung herstellen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, das die Schritte aufweist:

Beschichten der Oberfläche einer Matrix (5) mit mehreren Poren (50) mit einem Schaummaterial, das zu einer Vernetzung aufschäumt, während das Schaummaterial auf die Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) eingebracht wird,

Aufschäumen des Schaummaterials und

anschließendes Beschichten der Oberfläche des aufgeschäumten Schaummaterials mit einem Schlamm, der Keramikpulver enthält, auf eine Dicke, die entweder gleich der Größe des aufgeschäumten Schaummaterials oder größer als diese ist, und

Erwärmen von diesem zum Sintern des Keramikpulvers, um eine Überzugsschicht (1) auf der Oberfläche der Matrix · (5) und der Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) auszubilden, während das Schaummaterial abgebrannt wird, um verbindende Poren (10) auszubilden, die als eine Vernetzung von der Oberfläche der Überzugsschicht (1) zur Oberfläche der Matrix (5) und zur Innenfläche der Poren (50) in der Matrix (5) Verbindung herstellen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mittlere Porengröße der verbindenden Poren (10) 10 bis 60 um beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Porösität der Überzugsschicht 30 bis 80% beträgt.

9. Abgasreinigungsfilter mit einer Matrix (5) mit mehreren Poren und einer Überzugsschicht (1), die auf der Oberfläche der Matrix (5) und auf der Innenfläche der Poren (50) in der Matrix vorgesehen ist, wobei die Überzugsschicht (1) einen Katalysator (2) trägt, der von einem Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas reinigt, wobei die Überzugsschicht (1) verbindende Poren (10) hat, die von der Oberfläche der Überzugsschicht (1) zur Oberfläche der Matrix (5) und zur Innenfläche der Poren (50) in der Matrix Verbindung herstellen, wobei die Überzugsschicht (1) eine Porösität von 30 bis 80% hat.

10. Abgasreinigungsfilter nach Anspruch 9, wobei die mittlere Porengröße der verbindenden Poren (10) 10 bis 60 um beträgt.