柴油机颗粒过滤器制造技术

一种制造用于过滤从贫油燃烧内燃机发动机排出的废气的颗粒物质的过滤器的方法，其中该过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基材，其中该入口表面和出口表面通过包含第一平均孔径的孔的多孔结构而分开，其中该入口表面包含含有在多孔结构的孔上相互连接的耐火材料颗粒的桥接网络，该方法包括使过滤器基材的入口表面与包含以干燥粉末形式的耐火材料的气溶胶接触的步骤。本发明专利技术也涉及通过该方法可获得的过滤器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从贫油燃烧内燃机排出的废气过滤颗粒物质的过滤器。特别地本专利技术涉及对包含具有入口表面和出口表面的多孔基材的过滤器的改进，其中入口表面和出口表面通过包含具有第一平均孔径的孔的多孔结构而分开。
技术介绍
目前存在着对来自内燃机且特别地来自在人口稠密的市区中运行的汽车应用中的柴油发动机的颗粒物质(PM)，通常称作烟灰(soot)的关注。最大的关注是与潜在的健康影响有关，而最近与具有在纳米范围尺寸的非常微小颗粒有关。尺寸在IOOnm左右的纳米颗粒通常称作累积模态，而在IOnm左右的非常微小颗粒称作成核模态。当被吸入时，纳米颗粒可深深地渗透进入肺中，且从那里可容易地进入血流中从而因此传播到全身的各个器官，在其中它们可引起多种问题。还存在这样的证据:纳米颗粒可以沿着神经从嗅腺直接转移进入到动物大脑中。正由于这些担心，来自柴油动力乘用车和重型车辆的排气管颗粒排放物的最大数量通过立法所限制，近些年其已经随着对环境影响的关注而同步地下降。直到最近，这些排放物的限制以克数来表达，且目前，欧洲乘用车的限制为5mg/km(EUro 5)，这需要合适的废气过滤器来实现如此低的水平。柴油机颗粒过滤器(DPF)通过使用包括烧结金属，陶瓷或金属纤维等多种材料而制造，而在实际的大规模生产中最常见的类型是壁流类别，其由以贯穿本体长度的许多小通道的整块排列形式而构造的多孔陶瓷材料制备。在一端插入交替的通道使得废气强制流过多孔陶瓷通道壁，从而阻止大部分颗粒通过，因此仅经过滤的气体进入大气。商用生产中的陶瓷壁流式过滤器包括从堇青石，各种形式的碳化硅和钛酸铝制得的那些。车辆上应用的过滤器的实际形状和尺寸，以及性能例如通道壁的厚度和其性能等，取决于相关的应用。气体通过的陶瓷壁流式过滤器的过滤器通道壁中的孔的平均尺寸典型地为10-50 μ m，通常为约20 μ m。在显著的对比中，来自现代乘用车高速柴油发动机的大部分柴油机颗粒物质的尺寸非常小，例如10-200nm，因此它们应该能够通过所述过滤器而未被注意到，而这确实是当废气第一次通过干净的过滤器时所发生的情况。然而，一些PM保留在过滤器壁中的孔结构内，而这逐渐累积，直到所述孔通过PM网络桥接起来，而然后该PM网络使得容易形成过滤器通道内壁上的颗粒饼。该颗粒饼是卓越的过滤器介质，且它的存在提供很闻的过滤效率。需要周期性地从过滤器除去所捕集的PM以防止累积对发动机性能不利的过量背压，并可导致差的燃料经济性。因此在柴油机应用中，保留的颗粒物质通过在一个过程中在空气中使其燃烧而从过滤器除去，在该过程中，非常小心地控制用于达到点燃所保留的PM所需的最高温度的可获得的空气量和过量燃料的量。接近通常称作再生的该过程的最后，过滤器中的最后剩余颗粒物质的除去导致过滤效率的显著降低，并释放一阵大量的小颗粒物质到环境中。因此，当过滤器第一次使用和随后在每次再生事件后以及在每次再生过程的较后部分时，过滤器具有低的过滤效率。先前的法律规定颗粒排放物的限制是基于重量，所以对于较大较重的颗粒是偏颇的。现在引入颗粒数测量，来自2011年9月I日(欧洲5b限值)的新模型，对于柴油乘用车为6.0X1011，其对于欧洲6b限值(待确认实施日期)是相同的，这对于较小的、对环境危害更大的颗粒来讲是偏颇的。这种改变的另一实际原因是因为所允许颗粒的质量正在逐渐地降低，且目前处于其中通过称重非常小的物质来确定它们实践起来是困难的水平。随着颗粒数立法的引入，一直保持过滤效率是非常重要的，在再生期间和再生后立即的排放对于整体上通过的内容可是非常重要的贡献，且因此，特别是目前的柴油机过滤器系统不足以满足新立法要求。对于比在柴油发动机且尤其是那些柴油机乘用车的排气中高得多的温度下运行的汽油火花点火发动机而言，存在过滤器相关的问题。直喷汽油机特别倾向于形成相对高水平的废气颗粒物质。此时，温度可以如此高使得颗粒物质保留在过滤器后很快燃烧，因此在过滤器中不会形成大量的颗粒饼，不会实现高的过滤效率。已知用于特定申请的催化过滤器。例如，美国专利4，477，417 (将其全部内容引用并入)公开了用于降低柴油机烟灰点火温度的催化剂。因此，存在对于改进过滤器的过滤效率而不导致对过滤系统的附加背压的方法的需求。EP2158956(将其全部内容引用并入)公开了壁流式类别和仅在流入侧间壁(partition wall)上或同时在流入侧和流出侧间壁上提供表面层的蜂窝过滤器。该文献特别公开了两种蜂窝状过滤器实施方案和五种蜂窝过滤器制造方法。在第一或第二蜂窝过滤器中的表面层优选地含有具有钼和钯的一种或两种的精细颗粒，并符合以下条件:(I)表面层的孔径峰值等于或小于间壁基材的平均孔径，和表面层的孔隙率大于间壁基材的孔隙率；(2)表面层具有0.3 μ m或更大和小于20 μ m的孔径峰值，和60 %或更大且少于95%的孔隙率(测量方式是压汞法)；(3)表面层的厚度LI是间壁厚度L2的0.5%或更大且小于30%; (4)每过滤面积的表面层质量为0.01mg/cm2或更大且小于6mg/cm2 ;和(5)间壁基材具有10 μ m或更大且小于60 μ m的平均孔径，和40 %或更大且小于65%的孔隙率。所述五种蜂窝过滤器制造方法包括准备含有至少一种纤维材料的淤浆，和通过使用例如针形雾化器的雾化方法将该淤浆施涂到蜂窝过滤器基材上。来自2008年4月14-17日在Michigan，Detroit举行的2008世界会议的汽车工程协会(SAE)科技论文2008-01-0621 (欧洲专利EP2158956的作者)，描述了在碳化硅柴油机颗粒过滤器上以15g/l (非贵金属)的负载量使用具有300nm颗粒尺寸的CeO2基材料的表面层。
技术实现思路
我们已经研究具有在EP2158956中公开的表面层的涂覆非催化过滤器，我们发现它们不令人满意:用于涂覆经催化的烟灰过滤器的标准基面涂层配制剂制造出经涂覆的过滤器，其在使用中带来过量背压；溶胶基(sol-based)配制剂的耐久性较差，由于化学地沉积该金属困难，较高的钼族金属负载量是达不到的。目前我们发现令人惊奇地，通过使以气溶胶形式的颗粒耐火材料沉积在过滤器的入口表面上以形成在其上的桥接网络，与其中基面涂层渗透过滤器的多孔结构的传统过滤器相比，所得到的过滤器可以从处于较低背压的内燃机的废气捕集相同量的颗粒物质。根据一方面，本专利技术提供了制造用于从内燃机、优选为贫油燃烧柴油发动机或燃料喷射燃气发动机排出的废气过滤颗粒物质的过滤器的方法，该过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基材，其中该入口表面和出口表面通过包含具有第一平均孔径的孔的多孔结构而分开，其中该入口表面包含含有在多孔结构的孔上相互联接的耐火材料颗粒的桥接网络，该方法包括使该过滤器基材的入口表面与包含以干粉末形式的耐火材料的气溶胶接触的步骤。附图说明将参考以下附图全面地理解本专利技术图1是显示对于现有技术的(对比性)催化过滤器而言的过滤效率针对时间的图；图2是显示对于相同的现有技术(对比性)催化过滤器而言的背压针对烟灰负载量的图；图3如图1，包括相同的现有技术(对比性)催化过滤器的过滤效率与时间的关系图，但目前包括根据本专利技术的耐火材料粉末桥接网络；图4如图2，包括相同的现有技术(对比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.02 US 61/350,8891.一种用于过滤来自贫油燃烧废气的颗粒物质的过滤器，所述过滤器包含: (a)多孔基材，其具有入口表面和出口表面，其中所述入口表面和出口表面通过多孔结构而分开；和 (b)在入口表面上的催化过滤饼，所述饼包括选自硅酸盐沸石，铝硅酸盐沸石，金属取代的铝硅酸盐沸石，非沸石分子筛和金属氧化物的无机颗粒，条件是所述金属氧化物颗粒具有大于0.2 μ m和小于5 μ m的平均尺寸。2.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述饼是干燥气溶胶-沉积的饼。3.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述饼来自堆密度为0.05-lg/cm3的粉末。4.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述饼是来自堆密度为0.1-0.4g/cm3的粉末。5.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述多孔基材的平均孔径为约11_22μπι。6.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述多孔基材是壁流式过滤器。7.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述饼以小于1.2g/in3的量存在。8.前述权利要求任一项的过滤器，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·萨顿，M·V·特威格，
申请(专利权)人：约翰森·马瑟公开有限公司，
类型：
国别省市：