[發明專利]柴油發動機廢氣過濾設備

有效

• 申請號: 200680040516.2
• 申請日: 2006-10-30
• 公開（公告）號: CN101300058A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: Z·薩馬拉斯;G·科爾察基什
• 申請（專利權）人: 塞薩洛尼基亞里士多德大學;維拉英高有限公司
• 主分類號: B01D39/20
• 分類號: B01D39/20;B01D46/10;B01D46/24;F01N3/022;F01N3/027
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 戈泊

技術領域

本發明涉及基于金屬泡沫的柴油發動機廢氣過濾器，包括限定具 有進口管和出口管的腔室的金屬殼體以及過濾設備本體，所述過濾設 備本體由設置在所述進口管和出口管之間的連通通道中的分層金屬泡 沫板制成。

背景技術

所考慮的金屬泡沫材料和制造工藝分別在國際專利申請WO 2004089564和WO?2005037467中描述。根據這種工藝，所生產的金屬 泡沫為具有期望長度和寬度的板。

對于柴油顆粒過濾的應用，基于泡沫的過濾器是已知的，盡管大 多數過濾器都基于陶瓷材料。典型地，由于具有大量的封閉孔，具有 足夠小的孔尺寸以實現良好過濾效率的陶瓷泡沫展示出相對較高的壓 降。此外，當更多碳煙(soot)在過濾器中積累時，已知的是這種泡沫 的過濾效率將降低，直到觀測到一種“吹走”(blow-off)行為，即負 效率。

陶瓷泡沫的另一個缺點是對最終過濾器成形的限制。因此，在汽 車應用中所需的有限空間內獲得大的過濾區域是非常困難的。

不同于基于表面過濾機制工作的大多數商業化的柴油顆粒過濾 器，泡沫過濾器基于深床過濾(deep-bed?filtration)操作。這就意味著 碳煙在泡沫結構中而不是在其表面上收集。根據基于發動機測試的目 前的經驗，具有小孔的高效過濾器會傾向于在其入口附近積累比朝向 其出口更多的碳煙。由于過濾器的高度裝載的區域會不成比例地增大 壓降，這種非均勻的碳煙分布是不利的。

在已知的現有技術中，所提出的材料通常是指多孔材料，并沒有 特別地說明生產工藝的細節。

此外，一些已知的實施方式由需求所限定，以通過使用電加熱器 來支持過濾器的熱再生。因此，要求使用至少兩個圓柱過濾器元件。 由于材料方面的限制、過濾器元件的生產工藝以及多個過濾器元件的 生產工藝的需求，過濾器元件的厚度被限制在0.5至20mm的范圍內， 優選地為1mm或更多。

所提出的待使用的孔的尺寸范圍特別優選地為從100至600μm， 所述范圍是相當小的。類似地，過濾厚度是非常窄的。此外，簡單地 參考“3-D捕獲效果”缺乏對實際過濾機制的理解。

在其他已知的現有技術中，有兩個元件被認為是基本的，包括所 謂的“孔隙率梯度”(porosity?gradient)原理以及使用未提出的催化覆 蓋泡沫材料。

其他已知的現有技術涉及導致陶瓷泡沫不具有梯度孔隙率的陶瓷 泡沫的使用。

發明內容

本發明的目的是克服上述缺點，使用深床過濾金屬泡沫來實現具 有低壓降的高過濾效率。這是基于徑向流動概念，在軸向和/或橫向方 向使用“孔隙率梯度”。根據應用，所述泡沫還能夠被催化活性材料 所覆蓋，以增強碳煙氧化(再生)，同時減少其它廢氣污染物，例如 CO、碳氫化合物、氮氧化物。優先地，這可以根據目標應用通過在過 濾器中使用非均勻數量的催化材料來實現。在本發明的一個變化形式 中，所述過濾器的設計方式使在清潔時能夠保證非常高的過濾效率， 并保證在由于各種原因(例如延長的低溫操作)裝載于過濾器中的碳 煙達到極高值的情況下，不會出現阻塞現象。

迄今為止的實際測試已經證明，使用形狀適合于允許徑向流動的 覆蓋泡沫過濾器，具有可接受壓降的80％至95％數量級的基于深床的 顆粒過濾效率是可能的。由于主導性的基于擴散的過濾機制，對于較 小的微粒尺寸，例如小于20nm，過濾效率是最高的，接近100％。估 計所述過濾器的碳煙容量極限可以超過15克/升，這幾乎是標準壁流 (wall-flow)系統的兩倍。已經證明，在低溫條件下(250到450℃之 間)，這種過濾器的再生潛力要優于標準催化陶瓷壁流過濾器。在200℃ 級別的溫度條件下，催化涂層也能夠獲得接近100％的CO和碳氫化合 物的轉化率。同時，在任何可能的實際行駛條件下，孔的尺寸在600 微米或更小的基于泡沫的過濾器不會表現出吹走所積累的碳煙的傾 向。