專利名稱：廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化裝置——在下文中廢氣凈化裝置——，并且特別涉及一種作為廢氣凈化裝置部件的微粒過濾器的結(jié)構(gòu)。
在這種微粒過濾器中，由于廢氣必定通過過濾器分隔壁并且然后流出該微粒過濾器，其微粒收集速率高于廢氣只通過微粒過濾器的過濾通道而不通過其分隔壁的過濾器的微粒收集速率。
在前述的專利申請(qǐng)中所描述的微粒過濾器中，通過將過濾分隔壁的端部結(jié)合在一起然后將這些端部相互連接使過濾通道被封閉。由于這種結(jié)構(gòu)，過濾通道的廢氣入口形成為漏斗形。根據(jù)過濾通道的廢氣入口按照上述方式形成為漏斗形，廢氣平穩(wěn)地流進(jìn)過濾通道而不引起湍流。為此，在該專利申請(qǐng)中所描述的微粒過濾器中壓力損失很小。
同時(shí)，在上述的微粒過濾器中，結(jié)合的分隔壁的頂端急劇變尖。因此，例如，為了將微粒過濾器安裝在內(nèi)燃機(jī)的排氣道中微粒過濾器被處理時(shí)，如果結(jié)合的分隔壁與內(nèi)燃機(jī)的零件等接觸，則結(jié)合的分隔壁的頂端變成為碎裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在微粒過濾器被處理時(shí)能夠防止微粒過濾器中相互靠近的分隔壁頂端過濾被損壞。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，廢氣凈化裝置具有用于收集廢氣中的微粒的微粒過濾器，并且該微粒過濾器包括用于形成通道的分隔壁。該分隔壁由多孔材料制成，并且分隔壁的端部被結(jié)合在一起使得由分隔壁的端部構(gòu)成的流動(dòng)路徑的截面面積小于由分隔壁的剩余部分構(gòu)成的流動(dòng)通路的截面面積。此外，該微粒過濾器具有延伸部分，該延伸部分從該微粒過濾器的端表面延伸超過該分隔壁的頂端。
根據(jù)第一方面，其中從該微粒過濾器的端表面延伸超過該分隔壁的頂端的延伸部分，根據(jù)本發(fā)明的第一方面被設(shè)置在該微粒過濾器中，當(dāng)對(duì)該微粒過濾器進(jìn)行處理時(shí)結(jié)合在一起的分隔壁的的頂端不被損壞。
此外，在前述的第一方面，該延伸部分可以是該微粒過濾器的延伸超過該分隔壁的頂端的外周邊壁部分。
還有，延伸超過該分隔壁的頂端的外周邊壁部分可以構(gòu)造成以這樣一種方式延伸，即使其包圍分隔壁的頂端。
還有，延伸超過該分隔壁的頂端的外周邊壁部分可以通過，例如，增加其厚度而具有增加的剛度。
在前述的第一方面，能夠氧化微粒的氧化物質(zhì)可以被支撐在分隔壁上。
在前述的第一方面，分隔壁的端部可以被結(jié)合在一起，并且分隔壁的頂端可以相互連接以便封閉通道的端表面。


從下面參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的前述和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
圖1A和圖1B是示出本發(fā)明的微粒過濾器的示意圖。
圖2A和圖2B是示出本發(fā)明的微粒過濾器的一部分的示意圖。
圖3A和圖3B是示出本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的微粒過濾器的示意圖。
圖4A和圖4B是示出蜂窩結(jié)構(gòu)體的示意圖。
圖5A和圖5B是示出模子的示意圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的微粒過濾器的示意圖。
圖7A和圖7B是說明氧化微粒的反應(yīng)的示意圖。
圖8A、8B和8C是說明聚集微粒的反應(yīng)的示意圖。
圖9是示出能可氧化的和可去除的微粒量和微粒過濾器溫度之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1A是微粒過濾器的端視圖，圖1B是示出沿圖1A微粒過濾器的IB-IB線的截面的示意圖。如圖1A和1B所示，微粒過濾器22具有蜂窩結(jié)構(gòu)，并包括多個(gè)相互平行延伸的廢氣流動(dòng)通道50、51。這些廢氣流動(dòng)通道具有廢氣進(jìn)口通道50和廢氣出口通道51，每個(gè)進(jìn)口通道50具有用錐形壁(以下稱之為下游錐形壁)52封閉的下游端，每個(gè)出口通道51具有用錐形壁(以下稱之為上游錐形壁)53封閉的上游端。也就是說，廢氣流動(dòng)通道50是那些在其下游端用下游錐形壁52封閉的廢氣流動(dòng)通道，而廢氣流動(dòng)通道51是那些在其上游端用上游錐形壁53封閉的廢氣流動(dòng)通道。
雖然細(xì)節(jié)將在下面描述，但下游錐形壁52通過結(jié)合形成微粒過濾器22廢氣進(jìn)口通道50的分隔壁下游端分隔壁部分并將它們相互連接而形成。另一方面，上游錐形壁53通過結(jié)合形成微粒過濾器22廢氣出口通道51的分隔壁上游端分隔壁部分并將它們相互連接而形成。
在這個(gè)實(shí)施例中，廢氣進(jìn)口通道50和廢氣出口通道51是經(jīng)薄分隔壁54交替地形成。換句話說，廢氣進(jìn)口通道50和廢氣出口通道51以這樣一種方式設(shè)置，使每個(gè)廢氣進(jìn)口通道50被四個(gè)廢氣出口通51道包圍，每個(gè)廢氣出口通道51被四個(gè)廢氣進(jìn)口通道50所包圍。也就是說，兩個(gè)相鄰的廢氣流動(dòng)通道中的一個(gè)廢氣流動(dòng)通道50在其下游端用下游端錐形壁52完全封閉，而另一個(gè)廢氣流動(dòng)通道51在其上游端用上游錐形壁53完全封閉。
微粒過濾器22由多孔材料制成，例如堇青石。因而，流進(jìn)廢氣進(jìn)口通道50的廢氣如圖1B的箭頭所示流過環(huán)繞分隔壁54，并且然后流進(jìn)相鄰的廢氣出口通道51。當(dāng)然，由于錐形壁52、53是用與分隔壁54同樣類型的材料制成，廢氣能夠如圖2A的箭頭所示流過上游錐形壁53，然后流出廢氣出口通道51，此外，能夠流出下游錐形壁52，如圖2B的箭頭所示。
同時(shí)，上游錐形壁53形成正四棱錐體的形式，其向著上游側(cè)以這樣的方式收縮，即，使廢氣出口通道51的流動(dòng)路徑截面面積逐漸減小。因此，由四個(gè)上游錐形壁53包圍形成的廢氣進(jìn)口通道50的上游端形成正四棱錐體，其向著上游側(cè)以這樣的方式加寬，即，使廢氣進(jìn)口通道的流動(dòng)路徑的截面面積逐漸增加。由于這種結(jié)構(gòu)，與構(gòu)造成圖3A所示的廢氣進(jìn)口通道的入口的情況相比，廢氣流進(jìn)微粒過濾器更加容易。
也就是說，在圖3A所示的微粒過濾器中，廢氣出口通道的上游端用孔塞72封閉。在這種情況下，用附圖標(biāo)記73表示的一部分廢氣與孔塞72碰橦，所以這部分廢氣很難流進(jìn)廢氣進(jìn)口通道。因此，微粒過濾器的壓力損失變大。此外，從孔塞72附近流進(jìn)廢氣進(jìn)口通道的廢氣在入口附近變成用附圖標(biāo)記74表示的湍流。這也使廢氣難以流進(jìn)廢氣進(jìn)口通道。因此，微粒過濾器的壓力損失變得更大。
在另一方面，在本發(fā)明的微粒過濾器22中，如圖2A所示，廢氣能夠流進(jìn)廢氣進(jìn)口通道50而不變成湍流。由于這種結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，廢氣很容易流進(jìn)微粒過濾器22中。因此，微粒過濾器22的壓力損失很小。
還有，在圖3A所示的微粒過濾器中，在廢氣中的大量微粒往往會(huì)積累在孔塞72的上游端表面和其附近的分隔壁表面上。這是因?yàn)閺U氣與孔塞72碰撞，而且，廢氣在孔塞72附近轉(zhuǎn)變成湍流。相反，在本發(fā)明的微粒過濾器22中，由于上游錐形壁53為正四棱錐體，不存在廢氣與其強(qiáng)烈碰撞的上游端表面，而且，廢氣在上游端表面附近不轉(zhuǎn)變成湍流。因此，根據(jù)本發(fā)明，大量微粒不會(huì)積累在微粒過濾器22的上游端區(qū)域中，因此抑制了微粒過濾器22的壓力損失的增加。
另一方面，下游錐形壁52形成為正四棱錐體的形式，其向著下游側(cè)以這樣的方式收縮，使廢氣進(jìn)口通道50的流動(dòng)路徑的截面面積逐漸減小。因此，被四個(gè)下游錐形壁52包圍而形成的廢氣出口通道51的下游端形成正四棱錐體的形式，其向著下游側(cè)以這樣的方式加寬，使廢氣出口通道51的流動(dòng)路徑的截面面積逐漸增加。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，與圖3B所示構(gòu)造的廢氣出口通道的出口的情況相比，廢氣從微粒過濾器流動(dòng)更加容易。
也就是說，在圖3B所示的微粒過濾器中，廢氣進(jìn)口通道的下游端被孔塞70所封閉，并且廢氣出口通道一直延伸到其出口。在這種情況下，已經(jīng)流出廢氣出口通道的出口的一部分廢氣沿著孔塞70的下游端表面流動(dòng)，因此，在廢氣出口通道的出口附近產(chǎn)生湍流71。如果產(chǎn)生如上所述的湍流，廢氣難以流出廢氣出口通道。
另一方面，在本發(fā)明的微粒過濾器中，如圖2B所示，廢氣能夠通過在廢氣出口通道51端部的出口流出而不轉(zhuǎn)變成湍流。因此，根據(jù)本發(fā)明，廢氣相對(duì)容易地流出微粒過濾器。因此，由于這種結(jié)構(gòu)，使微粒過濾器22的壓力損失很小。
錐形壁52、53可以是不同于正四棱錐體的其他任何形狀，例如，圓錐體，只要其形狀向著微粒過濾器22的外部逐漸收縮。
順便說明，由于錐形壁52、53形成為如上所述的正四棱錐體，其頂端急劇變尖。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)，例如為了將微粒過濾器22安裝在內(nèi)燃機(jī)中，微粒過濾器22被處理時(shí)，頂端與某些其他物體接觸時(shí)該頂端可能會(huì)破裂。
因此，在本發(fā)明的微粒過濾器22中，其外周邊壁56的形狀為，在微粒過濾器22的軸向延伸超過錐形壁52、53的頂端。換句話說，本發(fā)明的微粒過濾器22包括外周邊壁延伸超過由錐形壁52、53的頂端形成的端表面，即，超過微粒過濾器22的端表面的外周邊壁56的部分(以下稱之為延伸部分)55。外周邊壁56的延伸部分55延伸成環(huán)繞錐形壁52、53的頂端。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在微粒過濾器22被處理時(shí)，正是外周邊壁56的延伸部分55與其他物體接觸。因此，錐形壁52、53的頂端決不會(huì)與去任何物體接觸，因此，防止錐形壁52、53的頂端被損壞。
還有，本發(fā)明的微粒過濾器22以這樣一種方式構(gòu)成，使其剛度至少在于外周邊壁56的延伸部分55是高的。在這個(gè)實(shí)施例中，例如，通過使延伸部分55的厚度，優(yōu)選使外周邊壁56總體上的厚度大于分隔壁54的厚度，而使其剛度增大。由于這種設(shè)置，即使延伸超過微粒過濾器22的端表面的外周邊壁56的延伸部分55在微粒過濾器22被處理時(shí)與其他物體接觸，也可防止外周邊壁56的延伸部分55不被損壞。還有，在本發(fā)明中，一部分外周邊壁被用作防止錐形壁52、53的頂端不被損壞的裝置。因此，與那種損壞防止裝置是額外地安裝在微粒過濾器上的情況相比，本發(fā)明的損壞防止裝置很容易形成，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
在這個(gè)實(shí)施例中，延伸超過微粒過濾器22的端表面的外周邊壁56的延伸部分55延伸過微粒過濾器22的整個(gè)周邊。然而，如果微粒過濾器22的各自外周邊壁56中的一些延伸超過微粒過濾器22的端表面，本發(fā)明的目的也可以實(shí)現(xiàn)。還有，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，微粒過濾器至少有延伸超過其端面的部分就足夠了。
同時(shí)，就其性能而言，對(duì)于微粒過濾器22重要的是，以這樣一種方式構(gòu)造微粒過濾器，可能降低壓力損失并且當(dāng)使用微粒過濾器22時(shí)壓力損失不偏離可能達(dá)到的值。
換句話說，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)包括微粒過濾器時(shí)，例如，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行控制設(shè)計(jì)成考慮微粒過濾器可能的壓力損失。為此，即使微粒過濾器構(gòu)造成其壓力損失很低，當(dāng)使用微粒過濾器其壓力損失偏離可能達(dá)到的值時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的整體性能變低。
因此，根據(jù)本發(fā)明，正如上面所描述的，構(gòu)成微粒過濾器22中的廢氣流動(dòng)通道的上游端區(qū)域的分隔壁做成錐形壁。由于這種結(jié)構(gòu)當(dāng)廢氣流進(jìn)廢氣流動(dòng)通道時(shí)防止其變成湍流，因此，微粒過濾器22的壓力損失可能變低。
還有，正如上面所描述的，形成微粒過濾器22中的廢氣流動(dòng)通道的上游端區(qū)域的分隔壁做成錐形壁，并且這使微粒很難積累在錐形壁的壁表面上。換句話說，這防止流進(jìn)廢氣流動(dòng)通道的廢氣轉(zhuǎn)變成湍流，該湍流由在使用微粒過濾器22時(shí)積累在錐形壁的壁表面的微粒所引起。由于這種設(shè)置，根據(jù)本發(fā)明，在使用微粒過濾器時(shí)，將抑制壓力損失從可能達(dá)到值的偏離，所述壓力損失偏離會(huì)導(dǎo)致高壓力損失。
順便說，正如上面所描述的，當(dāng)使用微粒過濾器22時(shí)微粒不容易積累在上游錐形壁53。然而，在某些情況下，微粒可能積累在上游錐形壁53上。在這種情況下，使用微粒過濾器22時(shí)其壓力損失變得較大。
因此，在本發(fā)明中能夠氧化并去除微粒的氧化物質(zhì)可以支撐在上游錐形壁53上，以便積累在上游錐形壁53上的微粒被氧化并被去除。根據(jù)這種設(shè)置，由于被上游錐形表面53所收集的微粒不斷被氧化并被去除，決不會(huì)由大量微粒積累在上游錐形壁53上。因此，即使在使用微粒過濾器22時(shí)其壓力損失保持在低值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在廢氣出口通道51用由多孔材料制成的上游錐形壁53封閉、以使微粒過濾器22的壓力損失可能變低的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的具體問題，即，當(dāng)使用微粒過濾器時(shí)其壓力損失偏離能達(dá)到的值的問題，能夠避免。
在這個(gè)實(shí)施例中，氧化物質(zhì)總體上被支撐在微粒過濾器22上，即，不僅在上游錐形壁53，而且在分隔壁54和下游錐形壁52上都有氧化物質(zhì)。此外，氧化物質(zhì)不僅被分別支撐在上游錐形壁53、下游錐形壁52和分隔壁54的壁表面上，而且被支撐在其內(nèi)側(cè)的多微孔壁上。另外，在這個(gè)實(shí)施例中，被支撐在上游錐形壁53上每單位體積的氧化物質(zhì)的量大于被支撐在分隔壁54和下游錐形壁52上每單位體積的氧化物質(zhì)的量。
下面將簡(jiǎn)要地描述制造微粒過濾器的方法。圖4A示出圓柱形的蜂窩結(jié)構(gòu)體，而圖4B示出沿IVB-IVB線的該蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面。首先，如圖4所示的圓柱形蜂窩結(jié)構(gòu)體80用多孔材料，諸如堇青石等，擠壓而成。蜂窩結(jié)構(gòu)體80具有多個(gè)廢氣流動(dòng)通道，每個(gè)廢氣流動(dòng)通道具有方形截面。這些廢氣流動(dòng)通道中的一些用作微粒過濾器22的廢氣進(jìn)口通道50，剩余的用作微粒過濾器22的廢氣出口通道51。此外，蜂窩結(jié)構(gòu)體80的外周邊壁在其兩端延伸超過蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端表面，以便提供延伸部分55。
其次，圖5所示的模子90被壓在蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端面。如圖5A所示，模子90具有多個(gè)突出部分91，每個(gè)突出部分具有正四棱錐體形狀。圖5B示出一個(gè)突出部分91。模子90以這樣一種方式被壓在蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端面，使突出部分91分別插入預(yù)定的廢氣流動(dòng)通道中。這時(shí)，形成預(yù)定的廢氣流動(dòng)通道的分隔壁，即，分隔壁54被結(jié)合在一起以便形成錐形壁。該預(yù)定的廢氣流動(dòng)通道用錐形壁完全封閉。
然后，蜂窩結(jié)構(gòu)體被干燥。其后，蜂窩結(jié)構(gòu)體被烘干。這之后氧化物質(zhì)被支撐在蜂窩結(jié)構(gòu)體。結(jié)果，這些步驟形成微粒過濾器。
如上所述，微粒過濾器22在其端部用錐形壁52、53封閉，錐形壁52、53是用與微粒過濾器22的分隔壁54同樣類型的多孔材料制成的。因此，在特別簡(jiǎn)單的方法中，諸如上述的模子90被壓在蜂窩結(jié)構(gòu)體的端面，微粒過濾器22的廢氣流動(dòng)通道50、51可以用與分隔壁54同樣的材料封閉。
在這里，將模子90壓在蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端面的步驟可以在蜂窩結(jié)構(gòu)體干燥后進(jìn)行?？蛇x擇地，在蜂窩結(jié)構(gòu)體80被烘干之后，蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端面的可以被軟化，并且然后，模子90可以壓在軟化地端部。之后，在這種情況下，蜂窩結(jié)構(gòu)體80的端面被再一次烘干。
在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述了本發(fā)明應(yīng)用于微粒過濾器的情況，其中錐形壁52、53的頂端被完全封閉。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用于錐形壁52、53的一些頂端具有小孔57、58的情況，例如，如圖6所示，以便獲得與上面所描述的實(shí)施例所獲得的同樣的效果。特別是，本發(fā)明能夠應(yīng)用于任何微粒過濾器，只要它們?cè)趶U氣流動(dòng)通道的端部以這樣一種形式包括錐形壁，使得各廢氣流動(dòng)通道的流動(dòng)路徑的截面面積向著該端部逐漸減小，因此，獲得與在對(duì)前述實(shí)施例的相關(guān)描述中同樣的效果。這里，各孔57、58的尺寸大于構(gòu)成錐形壁52、53的多孔材料的各微孔的直徑。
下面將詳細(xì)描述支撐在微粒過濾器22上的氧化物質(zhì)。在這個(gè)實(shí)施例中，例如用鋁制成的載體層全部形成在各廢氣進(jìn)口通道50和各廢氣出口通道51的圓周壁表面上，即，各分隔壁54的兩側(cè)表面和錐形壁52、53的兩側(cè)表面。在這個(gè)載體上，支撐的是貴金屬催化劑和活性氧釋放劑，該活性氧釋放劑當(dāng)周圍存在過量的氧時(shí)捕捉并保存氧并且當(dāng)周圍的氧的濃度較低時(shí)將其保存的氧釋放成活性氧的形式。這個(gè)實(shí)施例的氧化物質(zhì)是活性氧釋放劑。
在這個(gè)實(shí)施例中，鉑Pt被用作貴金屬催化劑。用作活性氧釋放劑的是選自下列中的一種堿金屬諸如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Se、銣Rb等；堿土金屬諸如鋇Ba、鈣Ca、鍶Sr等；稀土元素諸如鑭La、釔Y、鈰Ce等；過渡金屬諸如鐵Fe；和碳族元素諸如錫Sn。
作為活性氧釋放劑，優(yōu)選用與鈣Ca相比具有較高的離子化傾向的堿金屬或堿土金屬，即，鉀K、鋰Li、銫Se、銣Rb、鋇Ba和鍶Sr。
下面用鉑Pt和鉀K作為支撐在載體上例子描述用微粒過濾器22去除廢氣中的微粒的反應(yīng)。然而，用其他的貴金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土元素或過渡金屬，也能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的去除微粒的反應(yīng)。
例如，描述是根據(jù)下面的假定，假定流進(jìn)微粒過濾器22中的廢氣是從壓縮點(diǎn)火型內(nèi)燃機(jī)釋放的氣體，其中燃料在過量空氣條件下燃燒。根據(jù)這個(gè)假定，流進(jìn)微粒過濾器22中的廢氣包含大量的過量空氣。特別是，定義供給到進(jìn)入通道和燃燒室5的空氣和燃料的比例作為廢氣的空氣然料比例，在壓縮點(diǎn)火型內(nèi)燃機(jī)中的廢氣空氣燃料比是稀薄比。此外，由于在壓縮點(diǎn)火型內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中產(chǎn)生一氧化氮NO，一氧化氮NO包含在廢氣中。還有，燃料包含有硫組分S，并且硫組分S與氧反應(yīng)在燃燒室生成二氧化硫SO2，因此，包含過量氧、一氧化氮NO和二氧化硫SO2的廢氣流進(jìn)微粒過濾器22的廢氣進(jìn)口通道50。
圖7A和7B示意地示出了形成在各廢氣進(jìn)口通道50的內(nèi)圓周表面的載體層表面的放大示意圖。在圖7A和7B附圖標(biāo)記60表示鉑Pt的微粒，61表示包含鉀K的活性氧釋放劑。
如上所述，廢氣包含大量過量氧。因此，當(dāng)廢氣流進(jìn)微粒過濾器22的廢氣進(jìn)口通道50時(shí)，氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面，如圖7A所示。另一方面，在廢氣中的一氧化氮NO與Pt表面上的O2-或O2-發(fā)生反應(yīng)生成二氧化氮NO2()。然后，這樣產(chǎn)生的一部分二氧化氮NO2當(dāng)在鉑Pt上被氧化時(shí)被活性氧釋放劑61吸藏，并以氮離子NO3-的形式擴(kuò)散進(jìn)入活性氧釋放劑61中，如圖7A所示，當(dāng)與鉀K結(jié)合時(shí)形成硝酸鉀KNO3。
另一方面，如上所述，廢氣還包含二氧化硫SO2。二氧化硫SO2也被活性氧釋放劑61以與吸藏一氧化氮NO同樣的機(jī)制被吸藏。特別是，如上所述，氧O2以O(shè)2-或O2-的形式附著在鉑Pt的表面，并且廢氣中的二氧化硫SO2與鉑Pt表面的O2-或O2-發(fā)生反應(yīng)以生成三氧化硫SO3。然后這樣產(chǎn)生的三氧化硫SO3的一部分被活性氧釋放劑61吸藏，同時(shí)在鉑Pt表面被進(jìn)一步氧化，并以硫酸根離子SO42-的形式擴(kuò)散進(jìn)入活性氧釋放劑61中，同時(shí)與鉀K結(jié)合生成硫酸鉀K2SO4。以這種方式，硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4在活性氧釋放劑61中生成。
另一方面，主要由碳C組成的微粒產(chǎn)生在燃燒室5中。因此，廢氣包含這些微粒。當(dāng)廢氣流過微粒過濾器22的廢氣進(jìn)口通道50，或當(dāng)廢氣從廢氣進(jìn)口通道50流到廢氣出口通道51時(shí)，包含在廢氣中的如圖7B中用附圖標(biāo)記62所示的這些微粒與載體層表面接觸并附著在載體層表面，例如，活性氧釋放劑61的表面。
當(dāng)這些微粒62如上所述地附著在活性氧釋放劑61的表面時(shí)，在微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面處的氧濃度低。當(dāng)氧的濃度低時(shí)，在接觸表面和氧濃度高的活性氧釋放劑61的內(nèi)側(cè)之間產(chǎn)生濃度差。因此，在活性氧釋放劑61中的氧試圖移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表表面。結(jié)果，形成在活性氧釋放劑61中的硝酸鉀KNO3分解成鉀K、氧O和一氧化氮NO，并且氧O移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面，而一氧化氮NO從活性氧釋放劑61釋放到外面。已經(jīng)被釋放到外面的一氧化氮NO在下游側(cè)的鉑Pt上被氧化，并且然后再一次被活性氧釋放劑61所吸藏。
還有，在這時(shí)，形成在活性氧釋放劑61中的硫酸鉀K2SO4也分解成鉀K、氧O和二氧化硫SO2，并且，并且氧O移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面，而二氧化硫SO2從活性氧釋放劑61釋放到外面。已經(jīng)被釋放到外面的二氧化硫SO2在下游側(cè)的鉑Pt上被氧化，并且然后再一次被活性氧釋放劑61所吸藏。但是，由于硫酸鉀K2SO4是穩(wěn)定的不容易被分解，與硝酸鉀KNO3相比，硫酸鉀K2SO4很難釋放反應(yīng)氧。
如上所述，當(dāng)活性氧釋放劑61以氮離子NO3-的形式吸藏NOx時(shí)，在與氧發(fā)生反應(yīng)的過程中它也產(chǎn)生并釋放活性氧。類似地，如上所述，當(dāng)活性氧釋放劑61以硫酸根離子SO42-的形式吸藏SO2時(shí)，在與氧發(fā)生反應(yīng)的過程中它也產(chǎn)生并釋放活性氧。
同時(shí)，移向微粒62和活性氧釋放劑61之間地接觸表面的氧O是從諸如硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4的化合物分解的氧。從化合物分解的氧具有高能量，并具有特別高的活性狀態(tài)。因此，移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面的氧處于活性氧O狀態(tài)。類似地，在NOx和活性氧釋放劑61中的氧之間發(fā)生反應(yīng)的過程中或在二氧化硫SO2和氧之間發(fā)生反應(yīng)的過程中所產(chǎn)生的氧也是處于活性氧狀態(tài)。當(dāng)該活性氧O與微粒62接觸時(shí)，微粒62在短時(shí)間內(nèi)(從幾秒鐘到幾十分鐘)被氧化而不產(chǎn)生明亮的火焰，并且微粒62完全消失。因此，微粒62難以積累在在微粒過濾器22上。
在通常情況下，當(dāng)在微粒過濾器22上積累成多層狀態(tài)的微粒被燃燒時(shí)，微粒過濾器22變成紅熱并且微粒燃燒而有火焰。這種帶有火焰的燃燒只有在高溫下才能持續(xù)。因此，為了上述那種帶有火焰的連續(xù)燃燒，過濾器22必須保持在高溫下。
如上述相反，在本發(fā)明中，微粒62被氧化而不產(chǎn)生如上所述的明亮火焰，此時(shí)，微粒過濾器22的表面不變成紅熱狀態(tài)。換句話說，在本發(fā)明中，微粒62被氧化并且與常規(guī)情況相比在相當(dāng)?shù)偷臏囟认卤蝗コＲ虼?，根?jù)本發(fā)明通過氧化微粒62而無明亮火焰去除微粒的反應(yīng)是完全不同于常規(guī)的帶有火焰的去除微粒的反應(yīng)。
同時(shí)，鉑Pt和活性氧釋放劑61在微粒過濾器22的溫度升高時(shí)被激活。因此，當(dāng)微粒過濾器22的溫度升高時(shí)，在微粒過濾器22上的在單位時(shí)間內(nèi)被氧化并被無明亮火焰去除的可氧化并去除的微粒量增加。
圖9中的實(shí)線示出了在單位時(shí)間內(nèi)被氧化并被去除而不產(chǎn)生明亮火焰的可氧化并可去除的微粒量G。在圖9中，水平軸表示微粒過濾器22的溫度TF。將單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)微粒過濾器22中的微粒量定義為流入微粒量M，在流入微粒量M小于可氧化并可去除的微粒量G的情況下，也就是，流入微粒量M落在圖9的I區(qū)內(nèi)，當(dāng)流進(jìn)微粒過濾器22中所有微粒與微粒過濾器22接觸時(shí)，它們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)(從幾秒鐘到幾十分鐘)在微粒過濾器22中被氧化并被去除而不產(chǎn)生明亮火焰。
如上述相反，在流入微粒量M大于可氧化并可去除的微粒量G的情況下，也就是，流入微粒量M落在圖9的II區(qū)內(nèi)，活性氧量不足以氧化所有微粒。在這種情況下，微粒被氧化的狀況示于圖8A、8B、8C。在活性氧量不足以氧化所有微粒的情況下，當(dāng)微粒62如圖8A所示附著在活性氧釋放劑61時(shí)，只有一些微粒62被氧化，那些沒有被充分氧化的微粒被保留在載體層上。如果活性氧的量不足夠的狀態(tài)持續(xù)下去，沒有被氧化的微粒一個(gè)接一個(gè)地積累在載體層上。結(jié)果，載體層表面被剩余的微粒63所覆蓋，如圖8B所示。
如果載體層的表面被剩余微粒63所覆蓋，不進(jìn)行一氧化氮NO和二氧化硫SO2被鉑Pt氧化的氧化反應(yīng)和活性氧釋放劑61釋放活性氧的反應(yīng)。這樣，由于剩余微粒63不被氧化而被保留。因此，另一些微粒64一個(gè)接一個(gè)地積累在剩余微粒63上，如圖8C所示。即，微粒積累成多層狀態(tài)。
當(dāng)微粒如上所述積累成多層狀時(shí)，微粒64不再被活性氧O氧化。因此，直到另一些微粒一個(gè)接一個(gè)地積累在微粒64上。也就是，如果流入微粒量M大于可氧化并可去除微粒量G的狀態(tài)持續(xù)下去，那么微粒在微粒過濾器22上積累成多層。因此，被積累的微粒不能被點(diǎn)火并燃燒，除非廢氣的溫度或微粒過濾器22的溫度增加到高溫。
如上所述，在圖9的I區(qū)內(nèi)微粒在微粒過濾器22上在短時(shí)間內(nèi)被氧化而不產(chǎn)生明亮火焰，而在圖9的II區(qū)內(nèi)微粒在微粒過濾器22上積累成多層。因此，為了避免微粒在微粒過濾器22上積累成多層，流入微粒量M必須恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G。
正如從圖9所看到的，本發(fā)明的實(shí)施例所采用的例微粒過濾器22，即使微粒過濾器22的溫度TF相當(dāng)?shù)?，微粒也能夠被氧化。因而流入微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF保持這樣一種方式，使流入微粒量M恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G。
如果如上所述，流入微粒量M恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G，則微粒很難積累在微粒過濾器22上，并且因此幾乎總是不存在背壓增加。
另一方面，一旦微粒在微粒過濾器22上積累成多層狀態(tài)，很難用活性氧氧化這些微粒，即使流入微粒量M變成小于可氧化并可去除的微粒量G。然而，如果在沒有被氧化的微粒開始剩余的狀態(tài)下流入微粒量M變成小于可氧化并可去除的微粒量G，即，當(dāng)微粒積累的量在某個(gè)限度范圍內(nèi)，那么剩余的微粒由活性氧O氧化并被去除而不產(chǎn)生明亮火焰。
同時(shí)，考慮到微粒過濾器22設(shè)置并用在內(nèi)燃機(jī)的廢氣通道中，燃料或潤(rùn)滑油含有鈣Ca，并且因此廢氣含有鈣Ca。這些鈣Ca在存在三氧化硫SO3場(chǎng)合產(chǎn)生硫酸鈣CaSO4。這樣產(chǎn)生的硫酸鈣CaSO4是處于聚集形式，即使在高溫下也不發(fā)生熱分解。因此，當(dāng)產(chǎn)生硫酸鈣CaSO4時(shí)，硫酸鈣CaSO4封閉微粒過濾器22的微孔。結(jié)果，使廢氣難以流過微粒過濾器22。
在這種情況下，當(dāng)堿金屬或堿土金屬，與鈣Ca相比具有高微?；瘍A向的例如鉀K用作活性氧釋放劑61時(shí)，擴(kuò)散進(jìn)入的活性氧釋放劑61中的三氧化硫SO3與鉀K結(jié)合以便形成硫酸鉀K2SO4。因此，鈣Ca通過微粒過濾器22的分隔壁54而不與三氧化硫SO3結(jié)合，并流進(jìn)廢氣出口通道51。因此，微粒過濾器22的微孔不被阻塞。因此，如上所述，優(yōu)選采用具有比鈣Ca高的微粒化傾向的堿金屬或堿土金屬作為活性氧釋放劑61，即，鉀K、鋰Li、銫Se、銣Rb、鋇Ba和鍶Sr。
本發(fā)明也可應(yīng)用于只有諸如鉑Pt的貴金屬支撐在形成在微粒過濾器22兩側(cè)的載體層的情況。然而，在這種情況下，在圖9中表示可氧化并可去除的微粒量G的實(shí)線比圖9中當(dāng)前的實(shí)線稍稍向右側(cè)偏移。在這種情況下，從支撐在鉑Pt表面的二氧化氮NO2或三氧化硫SO3中釋放活性氧。
此外，也可以采用以下類型的催化劑作為活性氧釋放劑，該催化劑能夠吸收并保存二氧化氮NO2或三氧化硫SO3，并使這些被吸收的二氧化氮NO2或三氧化硫SO3釋放活性氧。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化裝置，其包括用于收集廢氣中的微粒的微粒過濾器，該微粒過濾器包括用于形成通道的分隔壁，該分隔壁由多孔材料制成；和相鄰分隔壁的端部，該端部相互靠近以便使由分隔壁形成的各自通道收縮，因而由相鄰分隔壁的端部形成的流動(dòng)路徑的截面面積小于相鄰分隔壁的剩余部分形成的流動(dòng)路徑的截面面積，其特征在于該微粒過濾器具有從該微粒過濾器端面延伸超過該分隔壁頂端的延伸部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分沿所述微粒過濾器的軸向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分是所述微粒過濾器的外周邊壁的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的廢氣凈化裝置，其特征在于延伸超過分隔壁頂端的外周邊壁的所述部分延伸以便包圍分隔壁的頂端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的廢氣凈化裝置，其特征在于延伸超過分隔壁頂端的外周邊壁的所述部分的剛度高于分隔壁的剛度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的廢氣凈化裝置，其特征在于延伸超過分隔壁頂端的外周邊壁的所述部分的厚度大于分隔壁的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其特征在于所述分隔壁的端部被結(jié)合在一起，并且該分隔壁的頂端被相互連接以便封閉通道的一個(gè)端面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的廢氣凈化裝置，其特征在于包括多個(gè)分隔壁并且該多個(gè)分隔壁構(gòu)成多個(gè)通道，在該多個(gè)通道的一些中，分隔壁的下游端部分被結(jié)合在一起并相互連接，以便形成第一連接部分；而在其余的通道中，分隔壁的上游端部分被結(jié)合在一起并相互連接，以便形成第二連接部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分設(shè)有多個(gè)分隔壁中的至少一個(gè)，以便沿軸向向微粒過濾器的外面延伸到長(zhǎng)于其余分隔壁的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分設(shè)有形成多個(gè)第一連接部分中的至少一個(gè)的分隔壁，以便沿軸向向微粒過濾器的外面延伸到長(zhǎng)于形成其余第一連接部分的分隔壁的長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分設(shè)有形成多個(gè)第二連接部分中的至少一個(gè)第二連接部分的分隔壁，以便沿軸向向微粒過濾器的外面延伸到長(zhǎng)于形成其余第二連接部分的分隔壁的長(zhǎng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其特征在于所述延伸部分在構(gòu)成微粒過濾器外周邊壁的分隔壁上形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其特征在于能夠氧化微粒的氧化物質(zhì)被支撐在所述分隔壁上。
全文摘要
本發(fā)明包括一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器(22)。該微粒過濾器(22)包括用于形成通道(50、51)的分隔壁(54)。分隔壁(54)由多孔材料制成。相鄰分隔壁(54)的端部相互靠近以便使由該分隔壁(54)形成的各自通道收縮，并且該通道端部區(qū)域的流動(dòng)路徑的截面面積制成小于該通道剩余部分中的流動(dòng)路徑的截面面積。該微粒過濾器(22)具有從該微粒過濾器(22)端面延伸超過該分隔壁(54)頂端的延伸部分(55)。
文檔編號(hào)F01N3/08GK1541299SQ02815631
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月8日
發(fā)明者中谷好一郎, 也, 廣田信也 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社