[发明专利]具有提高过滤器性能的载体涂层的柴油机微粒过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机微粒过滤器及其制造材料和方法。

背景技术

柴油发动机是在宽的应用范围内使用的优选的产生扭矩的装置，从在运输中使用，如重型卡车、火车、野外农业和采矿设备，到现场电力的大规模生产，仅举几例。柴油发动机在功质比(power to mass ratio)方面几乎是无与伦比的，并且它们燃料的相对安全性使得柴油发动机几乎是用在需要移动、可靠、安全的大扭矩来源的应用的唯一选择。

由于它们燃烧的燃料的类型以及由于它们的设计，柴油发动机总是产生烟尘。烟尘本身是占多数的碳颗粒和包括碳氢化合物的液体的小滴的混合。在一般情况下，柴油发动机越大，它产生的烟尘越多。因此，烟尘是所有柴油发动机的问题，尤其是大型柴油发动机，如在大型卡车、火车、船、发电机、野外建设、采矿和农业设备等中发现的那些柴油发动机。

为了限制释放到大气中的烟尘的量，大多数工业化国家控制给定的发动机可以释放到大气中的烟尘的量。工业上已经通过产生用于移除或至少减少由柴油发动机排放到大气中的烟尘的量的各种系统来作出反应。这些系统中的多种可能对于该系统所连接到的发动机的燃料效率有负面影响。在某些情况下，发动机的机械完整性和这种系统的使用增加了制造和操作使用柴油发动机的机器的成本。本文所描述的发明的各方面提供制造和使用有助于有效地降低通过操作柴油发动机排放到大气中的烟尘的量的系统的材料、设备和方法。

发明内容

一些实施例包括柴油机微粒过滤器，包括：柴油机微粒过滤器，包括：多孔陶瓷基体，所述多孔陶瓷基体具有与来自柴油发动机的废气接触的第一表面和与大气接触的第二表面，并且其中所述第一表面和所述第二表面共用介于其间的多孔壁；一组耐热微颗粒，其中，所述微颗粒的直径在约1微米至约40微米之间的量级；和一组耐热胶状颗粒，其中，所述胶状颗粒的直径在约1nm至约10nm之间的量级，其中，所述微颗粒和所述胶状颗粒沉积在所述多孔陶瓷基体的至少一个表面上。在一些实施例中，所述微颗粒和胶状颗粒主要由氧化铝组成。在一些实施例中，用于涂覆DPF的陶瓷芯体的载体涂层(washcoat)中的微颗粒的含量在该柴油机微粒过滤器上的载体涂层中的颗粒的总量的约99％至约80％之间；在另一些实施例中，所述胶状颗粒的含量在该柴油机微粒过滤器上的载体涂层中的颗粒的总量的约1％至约20％之间。并且在其它实施方案中，涂层颗粒包括约20微米至约50微米量级的一组大颗粒。在其它实施例中，DPF包括主要由微颗粒和胶状颗粒组成的载体涂层，但同时还包括示范性水平的约20微米至约50微米等级的较大颗粒。

根据本发明的一些方面，柴油机颗粒过滤器包括在涂敷的同时被涂敷到DPF的陶瓷过滤器主体的催化成分。在许多实施例中，催化剂作为包括用于涂敷DPF的陶瓷芯体的颗粒的载体涂层浆料的成分被涂敷到DPF。在一些实施例中，该创造性的DPF的催化成分包括从由铂、钯等构成的组中选择的至少一种金属。在另一些实施例中，DPF包括至少一种催化金属氧化物，例如从由氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇等构成的组中选择的至少一种氧化物。

本发明的其它方面包括制造柴油机微粒过滤器的方法，包括以下步骤：使用载体涂层浆料涂敷柴油颗粒过滤器，其中，所述载体涂层浆料包括：水基载体；第一组耐热微颗粒，其中，所述微颗粒的直径在约1微米至约40微米之间的量级；和第二组耐热胶状颗粒，其中，所述胶状颗粒的直径在约1nm至约10nm之间的量级，其中所述第一组耐热微颗粒和所述第二组耐热胶状颗粒沉积在在柴油机微粒过滤器的至少一个表面上。在一些实施例中，载体涂层浆料中的所述微颗粒和所述胶状颗粒主要由氧化铝组成。在一些实施例中，载体涂层浆料中的所述微颗粒的含量在最终载体涂层浆料中的颗粒的总量的约99％至约80％之间。在一些实施例中，载体涂层浆料中的胶状颗粒的含量在载体涂层浆料(slurry)中的颗粒的总量的约1％至约20％之间。在一些实施例中，除了主要具有微颗粒和胶状尺寸的颗粒，载体涂层浆料还包括一组大颗粒，其中这些颗粒的直径为约20微米至约50微米的量级。

在一些实施例中，除了颗粒，载体涂层浆料还包括催化成分。在一些实施例中，催化成分包括从由铂、钯和铑构成的组中选择的至少一种金属。在某些实施例中，该浆料包括从由氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇等构成的组中选择的至少一种金属氧化物。在一些实施例中，该创造性的浆料包括约5％重量至约20％重量之间的固体。

附图说明

图1为用于柴油发动机的代表性SCR废气处理系统的示意图。

图2为示出DPF入口通道、壁和出口通道的显微照片剖视图。