[发明专利]排放物处理系统和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2006年12月1日提交的美国临时专利申请60/868,289、 2006年12月1日提交的美国临时专利申请60/868,293、2006年12月15 日提交的美国临时专利申请60/870,323和2007年11月29日提交的美国 专利申请11/947,409的优先权，它们的公开内容全文经此引用并入本文。

技术领域

概括而言，本发明的实施方案涉及柴油机废气处理过滤器、系统和方 法。更特别地，本发明的实施方案涉及包括涂有氧化催化剂的被涂布微粒 过滤器的柴油机废气处理系统和方法。

背景技术

压缩点火柴油机由于它们固有的燃料经济性和在低速下的高扭矩而具 有作为车辆动力装置的极大效用和优点。柴油机在非常稀燃条件下在高空 燃比(A/F)下运行。因此，它们具有极低的气相烃和一氧化碳排放。但 是，柴油机废气以相对较高的氮氧化物(NO_x)和微粒排放为特征。柴油 机废气是多相混合物，不仅含有气态排放物，例如一氧化碳(“CO”)、 未燃烃(“HC”)和氮氧化物(“NO_x”)，还含有构成所谓微粒或颗粒 物的凝相材料(液体和固体)。柴油机的排放物处理系统必须处理废气的 所有组分，以符合全世界各个管理机构设定的排放标准。

柴油机废气的总颗粒排放物含有三种主要组分。一种组分是固态、干 燥的碳质成分或烟灰成分。这种干燥的碳质成分引起常与柴油机废气联系 在一起的可见烟灰排放。颗粒物的第二组分是可溶有机成分(“SOF”)。 根据柴油机废气的温度，SOF可以以蒸气或以气溶胶(液体冷凝物的细滴) 的形式存在于柴油机废气中。如标准测量试验(例如U.S.Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)所规定，其在52℃的标准微粒收集温 度下通常以冷凝液体形式存在于稀释废气中。这些液体来自两个来源：(1) 活塞每次上下运动时从发动机汽缸壁上扫除的润滑油；和(2)未燃或部分 燃烧的柴油燃料。颗粒物的第三组分是所谓的硫酸盐成分，其由柴油燃料 中存在的少量硫组分形成。

通常在柴油机排气系统中提供催化剂组合物和其上置有该组合物的基 底，以将某些或所有这些废气组分转化成无害组分。例如，含有铂族金属、 贱金属及其组合的氧化催化剂(其可以被称作柴油机氧化催化剂，DOC) 通过促进未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)气态污染物以及一定比例的颗 粒物经由这些污染物的氧化转化成二氧化碳和水来促进柴油机废气的处 理。这类催化剂通常位于各种基底(例如蜂窝流过型整体基底)上，它们 被放置在柴油机排气装置中，以便在废气排放到大气中之前处理废气。某 些氧化催化剂还促进NO氧化成NO₂。

除了使用氧化催化剂外，还使用柴油机微粒过滤器实现柴油机排放物 处理系统中高的颗粒物减少。典型的陶瓷壁流过滤器基底由耐火材料(例 如堇青石或碳化硅)构成。壁流基底特别可用于从柴油机废气中过滤颗粒 物。常见的构造是多通道蜂窝结构，蜂窝结构的入口侧和出口侧上交替通 道的末端被堵塞。这种构造在各端产生棋盘型图案。在入口轴向末端堵塞 的通道在出口轴向末端上开放。这使得夹带着颗粒物的废气可进入开放的 入口通道，流经多孔内壁，并经由具有开放的出口轴向末端的通道离开。 颗粒物由此过滤到基底的内壁上。气压驱使废气经由多孔结构壁进入在上 游轴向末端封闭和在下游轴向末端开放的通道。积聚的粒子会增加发动机 上的来自该过滤器的背压。因此，必须从过滤器上连续或周期性地烧除积 聚的粒子，以维持可接受的背压。

沿壁流基底内壁沉积的催化剂组合物通过促进积聚的颗粒物燃烧而有 助于过滤器基底的再生。积聚的颗粒物的燃烧恢复了排气系统内可接受的 背压。烟灰燃烧可以是被动的(例如，借助壁流过滤器上的催化剂和足够 高的废气温度)，但对于许多应用，也要求主动烟灰燃烧(例如在过滤器 上游在废气中制造高温放热)。这两种方法都采用例如O₂或NO₂的氧化 剂使颗粒物燃烧。