用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质(PM)的过滤器，该过滤器包括具有输入表面和输出表面的多孔基体，其中所述输入表面与所述输出表面被包含多个具有第一平均孔径的孔穴的多孔结构分隔开，其中所述多孔基体涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，其中所述涂有洗涂层的多孔基体的多孔结构包含多个具有第二平均孔径的孔穴，并且所述第二平均孔径小于所述第一平均孔径。
【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请号为201080009348.7、申请日为2010年2月26日、专利技术名称为“用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质的过滤器”的中国专利申请的分案申请。本专利技术涉及用于处理来自任何不可能通过PM堆积(所谓的“滤饼过滤”)或者深层过滤与滤饼过滤的组合从尾气中去除PM的燃烧过程的尾气中的颗粒物质(PM)的过滤器。典型的这类燃烧过程是车辆发动机的燃烧过程。具体地，本专利技术涉及用于处理来自车辆强制点火发动机，特别是按化学计量运转的强制点火发动机以及贫燃的强制点火发动机，的PM的过滤器。强制点火发动机采用火花点火来引起烃与空气混合物的燃烧。与此不同，压燃式发动机通过将烃注入压缩空气中来引起烃的燃烧。强制点火发动机可以汽油燃料、混有包括甲醇和/或乙醇的含氧化合物(oxygenate)的汽油燃料、液化石油气或压缩天然气作为燃料。多数作者根据PM的空气动力学直径(所述空气动力学直径定义为与所检测颗粒在空气中具有相同沉降速率的密度1g/cm3的球体的直径)将环境中的PM划分为以下几类：(i)PM-10-空气动力学直径小于10μm的颗粒；(ii)直径小于2.5μm的细颗粒(PM-2.5)；(iii)直径小于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；以及(iv)特征是直径小于50nm的纳米颗粒。自20世纪九十年代中期以来，因为细颗粒和超细颗粒可能对健康造成的不利作用，自内燃发动机排出的颗粒的粒度分布越来越受到关注。在美国，法律规定了环境空气中PM-10颗粒的浓度。由于健康研究表明人类死亡率与小于2.5μm的细颗粒的浓度之间有很强的关联性，因此在美国于1997年引入了对PM-2.5的新的额外的环境空气质量标准。关注点现在转移到柴油和汽油发动机产生的纳米颗粒上，因为从对2.5-10.0μm范围颗粒的研究发现推测，它们被认为比更大尺寸的颗粒更深入地渗透到人的肺中，因此它们被认为比更大的颗粒更加有害。柴油颗粒的尺寸分布具有对应于颗粒成核和积聚机理的固定的双峰特征，相应的颗粒类型分别被称为核型(nucleimode)和积聚型(accumulationmode)(参见图1)。如图1所示，在核型中，柴油PM包括大量蕴含极少量物质的小颗粒。几乎所有柴油颗粒的尺寸远小于1μm，即它们包括细颗粒(即归入1997US法的范围)、超细颗粒与纳米颗粒的混合物。核型颗粒被认为主要由挥发性冷凝物(烃类、硫酸、硝酸等)构成，并且包含少量的固体材料，例如灰分和碳。积聚型颗粒被认为包含与冷凝物和被吸附材料(重烃类、含硫物质、氮氧化物衍生物等)混杂的固体(碳、金属灰分等)。粗型(Coarsemode)颗粒被认为不会在柴油燃烧过程中产生，并且可以通过诸如沉积和后续的来自发动机汽缸、排放系统或颗粒取样系统的壁面的颗粒材料的重新夹带的机理形成。这些类型之间的关系如图1所示。成核颗粒的组成可能随着发动机运转条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和采样系统条件而改变。实验室工作和理论已经表明，大部分核型的形成和生长发生在低稀释率范围内。在该范围内，挥发性颗粒前体如重烃类和硫酸的气体至颗粒的转化导致所述核型的同步成核和生长，并吸附到已有的积聚型颗粒上。实验室测试(参见例如SAE980525和SAE2001-01-0201)已经表明核型的形成随着空气稀释温度的降低迅速增加，但是在湿度是否有影响的问题上存在相矛盾的证据。通常，低温、低稀释率、高湿度和长停留时间有利于纳米颗粒形成和生长。研究表明纳米颗粒主要由诸如重烃类和硫酸的挥发性材料组成，证据是仅在非常高负载的情况下才有固体组分。与此不同，稳态运转下汽油颗粒的发动机输出尺寸分布显示出单峰分布，峰值为约60-80nm(参见例如SAE1999-01-3530的图4)。与柴油尺寸分布相比，汽油PM主要为超细颗粒，积聚型和粗型可忽略不计。柴油颗粒过滤器对柴油颗粒的颗粒捕集是基于使用多孔屏障从气相中分离气生(gas-borne)颗粒的原理。柴油过滤器可定义为深层过滤器(deep-bedfilter)和/或表层过滤器(surface-typefilter)。在深层过滤器中，过滤介质的平均孔径大于所捕集颗粒的平均直径。所述颗粒在深层过滤机制的综合作用下沉积在所述介质上，所述机制包括扩散沉积(布朗运动)、惯性沉积(撞击)和流路阻截(布朗运动或惯性)。在表层过滤器中，过滤介质的孔径小于PM的直径，因此PM通过筛分作用分离。分离借助捕集的柴油PM本身的积聚来实现，该积聚通常称为“滤饼”并且所述过程称为“滤饼过滤”。研究者认为柴油颗粒过滤器如陶瓷壁流独石(ceramicwallflowmonoliths)可以利用深层过滤和表层过滤的组合进行工作：当深层过滤容量饱和时更多的烟灰负载导致形成滤饼，且颗粒层开始覆盖过滤表面。相比滤饼过滤，深层过滤的特征是一定程度上较低的过滤效率和较低的压降。WO03/011437公开了一种具有排放系统的汽油发动机，所述排放系统包括用于从尾气中捕获PM的装置和用于催化所述PM被所述尾气中的二氧化碳和/或水氧化的催化剂，该催化剂包括负载的碱金属。用于捕获PM的装置适用于捕获颗粒范围10-100nm的PM，并且可以是由适当孔径的陶瓷材料制成的壁流过滤器，如涂覆有催化剂的堇青石、负载有催化剂的金属氧化物泡沫、金属丝网、设计用于柴油应用的柴油壁流过滤器、电泳捕获器或热泳捕获器(参见例如GB-A-2350804)。WO2008/136232A1公开了将具有巢室壁的蜂巢状过滤器用作柴油颗粒过滤器，所述巢室壁由多孔巢室壁基材构成，并且仅在其流入侧或同时在其流入和流出侧上设置有表面层，并且满足以下条件(1)-(5)：(1)所述表面层的峰值孔径与所述巢室壁基材的平均孔径相同或更小，并且所述表面层的孔隙率大于所述巢室壁基材的孔隙率；(2)对于所述表面层，峰值孔径为0.3到小于20μm，且孔隙率为60到小于95％(通过压汞法测得)；(3)所述表面层的厚度(L1)为0.5到小于所述巢室壁厚度(L2)的30％；(4)所述表面层每单位面积的质量为0.01到小于6mg/cm2；以及(5)对于所述巢室壁基材，平均孔径为10到小于60μm，且孔隙率为40到小于65％。同样参见SAE文件No.2009-01-0292。本领域建议的其它用于从气相中分离汽油PM的技术包括涡流回收。在欧洲，从2014年9月1日起排放标准(欧6)本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质(PM)的过滤器，该过滤器包括具有输入表面和输出表面的多孔基体，其中所述输入表面与所述输出表面被包含多个具有第一平均孔径的孔穴的多孔结构分隔开，其中所述多孔基体涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，其中所述涂有洗涂层的多孔基体的多孔结构包含多个具有第二平均孔径的孔穴，并且所述第二平均孔径小于所述第一平均孔径。
【技术特征摘要】
2009.02.26 GB 0903262.4;2009.12.24 GB 0922612.71.用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质(PM)的过滤
器，该过滤器包括具有输入表面和输出表面的多孔基体，其中所述输入
表面与所述输出表面被包含多个具有第一平均孔径的孔穴的多孔结构分
隔开，其中所述多孔基体涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，其中所述
涂有洗涂层的多孔基体的多孔结构包含多个具有第二平均孔径的孔穴，
并且所述第二平均孔径小于所述第一平均孔径。
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【专利技术属性】
技术研发人员：L·C·阿诺德，R·J·布里斯雷，D·R·格林威尔，C·G·摩根，
申请(专利权)人：约翰森·马瑟公开有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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