用于從強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣中濾除顆粒物質(zhì)(PM)的過濾器，該過濾器包括具有輸入表面和輸出表面的多孔基體，其中所述輸入表面與所述輸出表面被包含多個(gè)具有第一平均孔徑的孔穴的多孔結(jié)構(gòu)分隔開，其中所述多孔基體涂覆有包含多個(gè)固體顆粒的洗涂層，其中所述涂有洗涂層的多孔基體的多孔結(jié)構(gòu)包含多個(gè)具有第二平均孔徑的孔穴，并且所述第二平均孔徑小于所述第一平均孔徑。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)是基于申請(qǐng)?zhí)枮?01080009348.7、申請(qǐng)日為2010年2月26日、專利技術(shù)名稱為“用于從強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣中濾除顆粒物質(zhì)的過濾器”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。本專利技術(shù)涉及用于處理來自任何不可能通過PM堆積(所謂的“濾餅過濾”)或者深層過濾與濾餅過濾的組合從尾氣中去除PM的燃燒過程的尾氣中的顆粒物質(zhì)(PM)的過濾器。典型的這類燃燒過程是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程。具體地，本專利技術(shù)涉及用于處理來自車輛強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是按化學(xué)計(jì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)以及貧燃的強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，的PM的過濾器。強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)采用火花點(diǎn)火來引起烴與空氣混合物的燃燒。與此不同，壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)通過將烴注入壓縮空氣中來引起烴的燃燒。強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)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、液化石油氣或壓縮天然氣作為燃料。多數(shù)作者根據(jù)PM的空氣動(dòng)力學(xué)直徑(所述空氣動(dòng)力學(xué)直徑定義為與所檢測(cè)顆粒在空氣中具有相同沉降速率的密度1g/cm3的球體的直徑)將環(huán)境中的PM劃分為以下幾類：(i)PM-10-空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于10μm的顆粒；(ii)直徑小于2.5μm的細(xì)顆粒(PM-2.5)；(iii)直徑小于0.1μm(或100nm)的超細(xì)顆粒；以及(iv)特征是直徑小于50nm的納米顆粒。自20世紀(jì)九十年代中期以來，因?yàn)榧?xì)顆粒和超細(xì)顆粒可能對(duì)健康造成的不利作用，自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排出的顆粒的粒度分布越來越受到關(guān)注。在美國(guó)，法律規(guī)定了環(huán)境空氣中PM-10顆粒的濃度。由于健康研究表明人類死亡率與小于2.5μm的細(xì)顆粒的濃度之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此在美國(guó)于1997年引入了對(duì)PM-2.5的新的額外的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)注點(diǎn)現(xiàn)在轉(zhuǎn)移到柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的納米顆粒上，因?yàn)閺膶?duì)2.5-10.0μm范圍顆粒的研究發(fā)現(xiàn)推測(cè)，它們被認(rèn)為比更大尺寸的顆粒更深入地滲透到人的肺中，因此它們被認(rèn)為比更大的顆粒更加有害。柴油顆粒的尺寸分布具有對(duì)應(yīng)于顆粒成核和積聚機(jī)理的固定的雙峰特征，相應(yīng)的顆粒類型分別被稱為核型(nucleimode)和積聚型(accumulationmode)(參見圖1)。如圖1所示，在核型中，柴油PM包括大量蘊(yùn)含極少量物質(zhì)的小顆粒。幾乎所有柴油顆粒的尺寸遠(yuǎn)小于1μm，即它們包括細(xì)顆粒(即歸入1997US法的范圍)、超細(xì)顆粒與納米顆粒的混合物。核型顆粒被認(rèn)為主要由揮發(fā)性冷凝物(烴類、硫酸、硝酸等)構(gòu)成，并且包含少量的固體材料，例如灰分和碳。積聚型顆粒被認(rèn)為包含與冷凝物和被吸附材料(重?zé)N類、含硫物質(zhì)、氮氧化物衍生物等)混雜的固體(碳、金屬灰分等)。粗型(Coarsemode)顆粒被認(rèn)為不會(huì)在柴油燃燒過程中產(chǎn)生，并且可以通過諸如沉積和后續(xù)的來自發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、排放系統(tǒng)或顆粒取樣系統(tǒng)的壁面的顆粒材料的重新夾帶的機(jī)理形成。這些類型之間的關(guān)系如圖1所示。成核顆粒的組成可能隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件、環(huán)境條件(特別是溫度和濕度)、稀釋和采樣系統(tǒng)條件而改變。實(shí)驗(yàn)室工作和理論已經(jīng)表明，大部分核型的形成和生長(zhǎng)發(fā)生在低稀釋率范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)，揮發(fā)性顆粒前體如重?zé)N類和硫酸的氣體至顆粒的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致所述核型的同步成核和生長(zhǎng)，并吸附到已有的積聚型顆粒上。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試(參見例如SAE980525和SAE2001-01-0201)已經(jīng)表明核型的形成隨著空氣稀釋溫度的降低迅速增加，但是在濕度是否有影響的問題上存在相矛盾的證據(jù)。通常，低溫、低稀釋率、高濕度和長(zhǎng)停留時(shí)間有利于納米顆粒形成和生長(zhǎng)。研究表明納米顆粒主要由諸如重?zé)N類和硫酸的揮發(fā)性材料組成，證據(jù)是僅在非常高負(fù)載的情況下才有固體組分。與此不同，穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)下汽油顆粒的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出尺寸分布顯示出單峰分布，峰值為約60-80nm(參見例如SAE1999-01-3530的圖4)。與柴油尺寸分布相比，汽油PM主要為超細(xì)顆粒，積聚型和粗型可忽略不計(jì)。柴油顆粒過濾器對(duì)柴油顆粒的顆粒捕集是基于使用多孔屏障從氣相中分離氣生(gas-borne)顆粒的原理。柴油過濾器可定義為深層過濾器(deep-bedfilter)和/或表層過濾器(surface-typefilter)。在深層過濾器中，過濾介質(zhì)的平均孔徑大于所捕集顆粒的平均直徑。所述顆粒在深層過濾機(jī)制的綜合作用下沉積在所述介質(zhì)上，所述機(jī)制包括擴(kuò)散沉積(布朗運(yùn)動(dòng))、慣性沉積(撞擊)和流路阻截(布朗運(yùn)動(dòng)或慣性)。在表層過濾器中，過濾介質(zhì)的孔徑小于PM的直徑，因此PM通過篩分作用分離。分離借助捕集的柴油PM本身的積聚來實(shí)現(xiàn)，該積聚通常稱為“濾餅”并且所述過程稱為“濾餅過濾”。研究者認(rèn)為柴油顆粒過濾器如陶瓷壁流獨(dú)石(ceramicwallflowmonoliths)可以利用深層過濾和表層過濾的組合進(jìn)行工作：當(dāng)深層過濾容量飽和時(shí)更多的煙灰負(fù)載導(dǎo)致形成濾餅，且顆粒層開始覆蓋過濾表面。相比濾餅過濾，深層過濾的特征是一定程度上較低的過濾效率和較低的壓降。WO03/011437公開了一種具有排放系統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述排放系統(tǒng)包括用于從尾氣中捕獲PM的裝置和用于催化所述PM被所述尾氣中的二氧化碳和/或水氧化的催化劑，該催化劑包括負(fù)載的堿金屬。用于捕獲PM的裝置適用于捕獲顆粒范圍10-100nm的PM，并且可以是由適當(dāng)孔徑的陶瓷材料制成的壁流過濾器，如涂覆有催化劑的堇青石、負(fù)載有催化劑的金屬氧化物泡沫、金屬絲網(wǎng)、設(shè)計(jì)用于柴油應(yīng)用的柴油壁流過濾器、電泳捕獲器或熱泳捕獲器(參見例如GB-A-2350804)。WO2008/136232A1公開了將具有巢室壁的蜂巢狀過濾器用作柴油顆粒過濾器，所述巢室壁由多孔巢室壁基材構(gòu)成，并且僅在其流入側(cè)或同時(shí)在其流入和流出側(cè)上設(shè)置有表面層，并且滿足以下條件(1)-(5)：(1)所述表面層的峰值孔徑與所述巢室壁基材的平均孔徑相同或更小，并且所述表面層的孔隙率大于所述巢室壁基材的孔隙率；(2)對(duì)于所述表面層，峰值孔徑為0.3到小于20μm，且孔隙率為60到小于95％(通過壓汞法測(cè)得)；(3)所述表面層的厚度(L1)為0.5到小于所述巢室壁厚度(L2)的30％；(4)所述表面層每單位面積的質(zhì)量為0.01到小于6mg/cm2；以及(5)對(duì)于所述巢室壁基材，平均孔徑為10到小于60μm，且孔隙率為40到小于65％。同樣參見SAE文件No.2009-01-0292。本領(lǐng)域建議的其它用于從氣相中分離汽油PM的技術(shù)包括渦流回收。在歐洲，從2014年9月1日起排放標(biāo)準(zhǔn)(歐6)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于從強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣中濾除顆粒物質(zhì)(PM)的過濾器，該過濾器包括具有輸入表面和輸出表面的多孔基體，其中所述輸入表面與所述輸出表面被包含多個(gè)具有第一平均孔徑的孔穴的多孔結(jié)構(gòu)分隔開，其中所述多孔基體涂覆有包含多個(gè)固體顆粒的洗涂層，其中所述涂有洗涂層的多孔基體的多孔結(jié)構(gòu)包含多個(gè)具有第二平均孔徑的孔穴，并且所述第二平均孔徑小于所述第一平均孔徑。
【技術(shù)特征摘要】
2009.02.26 GB 0903262.4;2009.12.24 GB 0922612.71.用于從強(qiáng)制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣中濾除顆粒物質(zhì)(PM)的過濾
器，該過濾器包括具有輸入表面和輸出表面的多孔基體，其中所述輸入
表面與所述輸出表面被包含多個(gè)具有第一平均孔徑的孔穴的多孔結(jié)構(gòu)分
隔開，其中所述多孔基體涂覆有包含多個(gè)固體顆粒的洗涂層，其中所述
涂有洗涂層的多孔基體的多孔結(jié)構(gòu)包含多個(gè)具有第二平均孔徑的孔穴，
并且所述第二平均孔徑小于所述第一平均孔徑。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：L·C·阿諾德，R·J·布里斯雷，D·R·格林威爾，C·G·摩根，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：約翰森·馬瑟公開有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：英國(guó);GB
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