[发明专利]用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质的过滤器

说明书

用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质(PM)的过滤器，该过滤器包括具有输入表面和输出表面的多孔基体，其中所述输入表面与所述输出表面被包含多个具有第一平均孔径的孔穴的多孔结构分隔开，其中所述多孔基体涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，其中所述涂有洗涂层的多孔基体的多孔结构包含多个具有第二平均孔径的孔穴，并且所述第二平均孔径小于所述第一平均孔径。

本申请是基于申请号为201080009348.7、申请日为2010年2月26日、发明名称为“用于从强制点火发动机排出的尾气中滤除颗粒物质的过滤器”的中国专利申请的分案申请。

本发明涉及用于处理来自任何不可能通过PM堆积(所谓的“滤饼过滤”)或者深层过滤与滤饼过滤的组合从尾气中去除PM的燃烧过程的尾气中的颗粒物质(PM)的过滤器。典型的这类燃烧过程是车辆发动机的燃烧过程。具体地，本发明涉及用于处理来自车辆强制点火发动机，特别是按化学计量运转的强制点火发动机以及贫燃的强制点火发动机，的PM的过滤器。

强制点火发动机采用火花点火来引起烃与空气混合物的燃烧。与此不同，压燃式发动机通过将烃注入压缩空气中来引起烃的燃烧。强制点火发动机可以汽油燃料、混有包括甲醇和/或乙醇的含氧化合物(oxygenate)的汽油燃料、液化石油气或压缩天然气作为燃料。

多数作者根据PM的空气动力学直径(所述空气动力学直径定义为与所检测颗粒在空气中具有相同沉降速率的密度1g/cm³的球体的直径)将环境中的PM划分为以下几类：

(i)PM-10-空气动力学直径小于10μm的颗粒；

(ii)直径小于2.5μm的细颗粒(PM-2.5)；

(iii)直径小于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；以及

(iv)特征是直径小于50nm的纳米颗粒。

自20世纪九十年代中期以来，因为细颗粒和超细颗粒可能对健康造成的不利作用，自内燃发动机排出的颗粒的粒度分布越来越受到关注。在美国，法律规定了环境空气中PM-10颗粒的浓度。由于健康研究表明人类死亡率与小于2.5μm的细颗粒的浓度之间有很强的关联性，因此在美国于1997年引入了对PM-2.5的新的额外的环境空气质量标准。

关注点现在转移到柴油和汽油发动机产生的纳米颗粒上，因为从对2.5-10.0μm范围颗粒的研究发现推测，它们被认为比更大尺寸的颗粒更深入地渗透到人的肺中，因此它们被认为比更大的颗粒更加有害。

柴油颗粒的尺寸分布具有对应于颗粒成核和积聚机理的固定的双峰特征，相应的颗粒类型分别被称为核型(nuclei mode)和积聚型(accumulation mode)(参见图1)。如图1所示，在核型中，柴油PM包括大量蕴含极少量物质的小颗粒。几乎所有柴油颗粒的尺寸远小于1μm，即它们包括细颗粒(即归入1997US法的范围)、超细颗粒与纳米颗粒的混合物。

核型颗粒被认为主要由挥发性冷凝物(烃类、硫酸、硝酸等)构成，并且包含少量的固体材料，例如灰分和碳。积聚型颗粒被认为包含与冷凝物和被吸附材料(重烃类、含硫物质、氮氧化物衍生物等)混杂的固体(碳、金属灰分等)。粗型(Coarse mode)颗粒被认为不会在柴油燃烧过程中产生，并且可以通过诸如沉积和后续的来自发动机汽缸、排放系统或颗粒取样系统的壁面的颗粒材料的重新夹带的机理形成。这些类型之间的关系如图1所示。

成核颗粒的组成可能随着发动机运转条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和采样系统条件而改变。实验室工作和理论已经表明，大部分核型的形成和生长发生在低稀释率范围内。在该范围内，挥发性颗粒前体如重烃类和硫酸的气体至颗粒的转化导致所述核型的同步成核和生长，并吸附到已有的积聚型颗粒上。实验室测试(参见例如SAE980525和SAE 2001-01-0201)已经表明核型的形成随着空气稀释温度的降低迅速增加，但是在湿度是否有影响的问题上存在相矛盾的证据。