專利名稱：廢氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化裝置，該裝置用于收集柴油機等排放廢氣中所含的顆粒物質(以下簡稱為PM)，從而凈化廢氣。
背景技術：
由于柴油機所排放廢氣中的顆粒物質(PM)由碳微粒、SOF(可溶有機餾份)和硫酸鹽等成分組成，因此必須將這些PM從廢氣中除去，以達到排出凈化了的廢氣的目的。由于這些PM很難由傳統(tǒng)氧化催化劑、三元催化劑等來除去，因此一般來說，使用過濾器(DPFs)對其進行收集，然后氧化將其除去。
壁流式DPF是一種廣泛使用的DPF形式。在壁流式DPF結構中，入口側的巢室阻塞在下游側的邊緣部分，同時出口側的巢室阻塞在上游側的邊緣部分，并與入口側巢室相鄰，共同形成于蜂窩狀體中。該蜂窩狀體具有大量巢室，并且由抗熱陶瓷如堇青石制成。在此DPF中，進入入口側巢室的廢氣通過巢室壁，然后從出口側巢室排出。當廢氣經過巢室壁時，PM就被室壁中的孔所收集。然后，當所收集的PM達到一定量時，就使用加熱器來加熱燃燒所收集的PM，以再生DPF的功能。
然而，在上述DPF中，在PM收集量很大的情況下，當再生DPF的功能時由燃燒所產生的熱量將會增大。這樣就有可能導致DPF被熱沖擊所損壞。同時，DPF的制造成本較高。因此，最近提出了一些意見，建議使用金屬來制造DPF。
例如，JP-A-9-262414中描述了一種DPF，其中由金屬薄板制成的波紋板與由無紡織料金屬制成的平板交替疊置，并且入口側的巢室阻塞在下游側的邊緣部分，出口側的巢室阻塞在上游側的邊緣部分，并與入口側的巢室相鄰。同時，JP-A-2002-113798中也描述了一種DPF，其中由無紡織料金屬制成的波紋板與平板交替疊置，并且入口側的巢室阻塞在下游側的邊緣部分，出口側的巢室阻塞在上游側的邊緣部分，并與入口側的巢室相鄰。
根據上述的DPF，廢氣中包含的PM被無紡織料金屬所吸收。因而，即使在用加熱方式燃燒PM的再生過程中，由于DPF是由金屬材料制成，其造成的熱沖擊較低，同時抑制了損壞。然而，對于壁流式DPF類型的所有DPF，隨其所收集的PM量增大，廢氣壓力損失也越大。此外，由于PM沉積在入口側巢室附近的阻塞部分，存在廢氣壓力損失的增大非常迅速的問題。在發(fā)動機效率、油耗等作為重要因子時，必須頻繁地進行再生過程操作。
另一方面，德國實用新型NO.20,117,873 U1公開了一種過濾器，其中由金屬箔制成的波紋板與過濾層交替疊置；波紋板上形成有多個具有釘狀高度的釘狀孔；這些釘狀孔形成具有向內導向的釘狀孔和向外導向的釘狀孔的通道；該向內導向的釘狀孔和向外導向的釘狀孔呈一定角度排列；釘狀孔的高度為整個結構高度的100％到60％；以及保證至少20％的流動自由度。
根據此過濾器，從釘狀孔進入的廢氣通過過濾層，從而PM被過濾層所收集。此外，由于此過濾器主要由直流結構所構成，因此其同時可以抑制廢氣壓力損失的增大。此過濾器由金屬制成，因此也不存在熱壓力所造成的損壞。然而，在此過濾器中，當PM在過濾層和釘狀孔部分上沉積，廢氣的通道就會被堵塞住，造成廢氣壓力損失的迅速增大。因此，由于不能增大PM的可收集量，就造成了PM收集效率降低的缺點。
同時，應用催化劑功能的過濾催化劑也被研制出來。例如，JP-A-9-262145描述了如下的濾心。亦即，平板過濾器與波紋板相互交迭，然后將交迭的過濾器/波紋板進行卷曲，形成柱狀體。然后，此柱狀體兩邊均交替填充，構成濾心。該平板過濾器通過將陶瓷、或金屬填入三維網孔狀結構的多孔坯體或其孔中，來根本上減小這些孔的直徑而制成。此三維網孔狀結構的多孔坯體由抗熱金屬制成，并且具有連續(xù)的排氣孔。在此濾心中，催化劑金屬攜帶在波紋板或平板元件上。
根據此濾心，PM收集器和催化轉換器可形成于一整體中，從而節(jié)省了空間。同時，由于載體是金屬材料，熱容量較小，因此增大了催化劑金屬的升溫速度，可更容易地達到有效激活催化劑金屬的溫度。此外，在使用NOx吸收材料如堿金屬作為催化劑金屬的情況下，可具有下述的優(yōu)點。亦即，若使用堇青石等所制的基底，則基底有可能與NOx吸收材料發(fā)生化學反應。然而，若使用金屬基底，則此金屬基底可不與NOx吸收材料發(fā)生化學反應。
然而，根據JP-A-9-262415中所公開技術概念，由于使用了由抗熱金屬制成，并具有連續(xù)的排氣孔的三維網孔狀結構的多孔坯體，其孔的直徑是隨機的。為了攜帶催化劑，有效的辦法是形成包含攜帶催化劑金屬的多孔氧化物的催化劑層。然而，在實際上，在由抗熱金屬制成，具有隨機孔徑的三維網孔狀結構的多孔坯體之上形成均勻的催化劑層是很困難的。其中存在各種問題。亦即廢氣的壓力損失大量增加；無法充分獲得催化劑金屬的活性；使用濾心時所產生的熱量將會造成催化劑金屬的顆粒變大，因此降低其活性等。
例如，JP-A-2001-241316公開了一種廢氣凈化裝置，其中一對DPFs串聯排列，DPFs設置在上游側，其兩端未被阻塞，并具有直線通道。根據此廢氣凈化裝置，由于一部分廢氣直接從直線通道進入下游側DPF內，使得此下游側的DPF被迅速加熱，從而燃燒下游側DPF所收集的PM。因此不會降低PM的收集效率，同時還可提高PM的燃燒效率，以及能夠在短時間內完成PM的燃燒過程。
此外在近年內，例如JP-A-7-173866中所述，已研制出連續(xù)再生型的DPF(過濾催化劑)，其中，在DPF的巢室壁表面上具有氧化鋁涂層，并且該涂層中攜帶催化劑金屬如鉑(Pt)。根據此連續(xù)再生型DPF，由于收集到的PM在催化劑金屬的催化作用下發(fā)生氧化/燃燒，因此PM在被收集的同時就被燃燒，或在被收集時連續(xù)地燃燒，這樣就使得DPF能夠再生。然后，由于催化作用在相對較低的溫度下就能發(fā)生，并且PM能在收集量很小的情況下被燃燒，因此其所帶來的好處就是DPF受到的熱壓力很小，從而避免了DPF的失效。
JP-A-9-053442中也描述了一種廢氣凈化裝置，其中在廢氣的上游側按順序設置了具有直流結構的氧化催化劑，上述的過濾催化劑，以及具有直流結構的NOx吸收還原催化劑。如前所述，由于氧化催化劑或NOx吸收還原催化劑與過濾催化劑的結合使用，使得PM和NOx的凈化性能得到了提高。例如，可抑制下述的困難。亦即，進入過濾催化劑的PM在上游側的氧化催化劑的作用下受到氧化，以及進入的PM被轉化成非常小的顆粒。這樣就避免了沉積在過濾催化劑邊緣面上的微粒將過濾催化劑堵塞住的問題。同時，由于氧化催化劑或具有高氧化活性的NO2帶來的氧化反應的作用，廢氣的溫度得到升高，從而增強了PM的氧化作用，并且提高了對NOx的凈化性能。
另外，在已知的另一種廢氣凈化裝置中，使用了尿素-NOx選擇性還原催化劑，并且尿素被加入到廢氣中，利用尿素或尿素-NOx選擇性還原催化劑產生的尿素或氨來還原NOx，以達到凈化的效果。由于此尿素-NOx選擇性還原催化劑與過濾催化劑相結合使用，因此既可以氧化HC、CO和PM，又可以還原NOx來起到凈化的作用。
然而，在JP-A-2001-241316描述的技術概念中，在處于低溫范圍內的廢氣持續(xù)進入系統(tǒng)的情況下，不可能防止PM在過濾催化劑的上游側邊緣面上的沉積。這樣，由于邊緣面的堵塞，從而可能增大廢氣的壓力損失。同時，在過濾催化劑中，需要對催化劑層的涂層量加以限制，以避免廢氣壓力損失的增大。在過濾催化劑暴露在約600℃或更高溫度的條件下，有可能出現隨著Pt微粒的成長而降低凈化效率的情況。
同樣的，在柴油車輛中，會在廢氣中間隙性地加入還原劑如輕油，以提高對NOx的還原性能。結果，在JP-A-9-053442所描述的技術概念應用于此系統(tǒng)的情況下，由于還原劑在上游側氧化催化劑的作用下被部分地氧化，此還原劑的汽化可得到促進，并且可以預計到對NOx凈化效果的提高。然而，為了使氧化催化劑達到這種效果，氧化催化劑的長度必須做得很長。若氧化催化劑長度過長，則過濾催化劑的位置就離下游的柴油機過遠，從而造成對PM的氧化性能降低的問題。
因此，在使用尿素-NOx選擇性還原催化劑的廢氣凈化裝置中，由于NOx難以在上游部分的NOx選擇性還原催化劑中被還原，因此尿素-NOx選擇性還原催化劑的尺寸必須做得很大。同時，在尿素-NOx選擇性還原催化劑與過濾催化劑結合使用的情況下，由于尿素-NOx選擇性還原催化劑中的廢氣溫度無法提高，因此這種組合在升溫方面存在不足，同時其針對PM的氧化活性較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題本發(fā)明旨在解決上述問題，并且目的在于增加PM收集效率的同時抑制廢氣壓力損失的增大。同時，本發(fā)明的另一個目標是提供一種能夠連續(xù)并有效地氧化/燃燒所收集PM的廢氣凈化裝置。
解決辦法根據本發(fā)明，一種能夠解決上述問題的廢氣凈化裝置的特征在于這種廢氣凈化裝置包含半過濾結構體，該半過濾結構體包含多個廢氣通道以及內置于這些廢氣通道中的過濾體，其中；這些廢氣通道包括過濾引導部分，用以將廢氣傳導至過濾體；以及過濾器旁通部分，該過濾旁通部分通過向與過濾引導部分相鄰的廢氣通道分支出來而繞過該過濾引導部分。
對此廢氣凈化裝置進一步實例化，所得到的廢氣凈化裝置，其特征在于半過濾結構體通過由金屬薄板制成的波紋板和由過濾體構成的氣體傳導平板交替疊置而構成，該波紋板沿橫過廢氣流動的方向具有交替相鄰的波峰部分和波谷部分；該波峰部分通過降低其波峰高度而具有凹陷的中間波谷部分，并且所述中間波谷部分構成過濾旁通部分，該過濾旁通部分包括使廢氣能從相鄰的波谷部分流出的支路部分，以及使廢氣能流入下游一個波峰部分的開口；該波谷部分通過降低其波谷的深度而具有凸起的中間波峰部分；過濾引導部分由中間波峰部分、與該波谷部分相鄰接的兩側波峰部分，及與該波峰部分相連接的平板構成；在過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少有一部分在波谷部分流動的廢氣通過支路部分流入相鄰的波峰部分。
在該情況下，該波峰部分最好能夠隔著平板與過濾引導部分相對。
同時，當從波紋板背面來描述此廢氣凈化裝置的特點時，此系統(tǒng)具有如下的結構。亦即半過濾結構體通過由金屬薄板制成的波紋板和由過濾體構成的氣體傳導平板交替疊置而構成，該波紋板沿橫過廢氣的流動方向具有交替相鄰的波峰部分和波谷部分；該波谷部分通過降低其波谷的深度而具有凸起的中間波峰部分；該波峰部分構成所述過濾旁通部分，該過濾旁通部分包括使廢氣能從相鄰波峰部分流出的支路部分，以及使廢氣能流入下游一個波谷部分的開口；該波峰部分通過降低其波峰的高度而具有凹陷的中間波谷部分；過濾引導部分由中間波谷部分、與該波峰部分相鄰接的兩側的波谷部分，及與該波谷分別相連接的平板構成；在過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少有一部分在波峰部分流動的廢氣通過支路部分流入相鄰的波谷部分。
在該情況下，該波谷部分最好能夠隔著平板與過濾引導部分相對。
中間波谷部分和中間波峰部分最好都通過使波峰部分或波谷部分變形而形成，并且其中間波峰部分的波峰高度或中間波谷部分的深度朝其下游側逐漸降低。
同時，從平面圖中估計，過濾引導部分中的波紋板的開口面積占整個波紋板的開口面積的30％或更多。過濾引導部分的總容積大于或等于波峰部分和波谷部分總容積的50％。
此外，由氧化催化劑和氧化物載體組成的催化劑層最好形成在至少廢氣通道和過濾體的一個中。
發(fā)明效果根據本發(fā)明的廢氣凈化裝置，當PM沉積在半過濾結構體的過濾引導部分上，且廢氣壓力損失增大時，廢氣可繞過過濾引導部分從過濾旁通部分流通，該過濾旁通部分通過向與過濾引導部分相鄰的廢氣通道分支出來而為所述過濾引導部分設旁路，并且當廢氣通過過濾旁通部分并隨后繞過過濾器時，廢氣分布在出口端邊緣部分。從而，抑制了廢氣壓力損失的增大。
于是，從過濾引導部分至過濾旁通部分限定出的過濾體可用于收集PM，因而過濾體的大部分區(qū)域都可用于收集PM，提高了PM的收集效率。因此延長了在再生過程之前燃燒所收集的PM的作用時間。


圖1為實施例1的廢氣凈化裝置及其主要部分的透視圖和放大透視圖。
圖2為實施例1的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的透視圖。
圖3為實施例1的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖4為實施例1的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖5為實施例1的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖6為實施例1的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖7為實施例1的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖8為實施例2的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖9為顯示了實施例1的廢氣凈化裝置與比較例1的廢氣凈化裝置關于PM收集量的PM收集效率和廢氣壓力損失大小的關系圖。
圖10為實施例3的廢氣凈化裝置及其主要部分的透視圖和放大透視圖。
圖11為實施例3的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的透視圖。
圖12為實施例4的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的透視圖。
圖13為實施例5的廢氣凈化裝置的主要部分的透視圖。
圖14為實施例6的廢氣凈化裝置的主要部分的透視圖。
圖15為實施例7的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖16為實施例7的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的放大透視圖。
圖17為實施例10的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的放大透視圖。
圖18為實施例10的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖19為實施例10的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖20為實施例10的廢氣凈化裝置的主要部分的放大透視圖。
圖21為實施例11的廢氣凈化裝置的工作說明圖。
圖22為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖23為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的波紋板的主要部分的透視圖。
圖24為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖25為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖26為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖27為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖28為實施例11的廢氣凈化裝置所使用的半過濾器結構體的主要部分的透視圖。
圖29為實施例12的廢氣凈化裝置的工作說明圖。
圖30為比較例7的廢氣凈化裝置的工作說明圖。
圖31為比較例8的廢氣凈化裝置的工作說明圖。
圖32為比較例9的廢氣凈化裝置的工作說明圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的廢氣凈化裝置由這樣一種半過濾結構體構成，該半過濾結構體構具有多個廢氣通道和內置于廢氣通道內的過濾體，其中廢氣通道包括將廢氣引導進入過濾體的過濾引導部分，和過濾旁通部分，該過濾旁通部分通過向與所述過濾引導部分相鄰的廢氣通道分支出來而為所述過濾引導部分設旁路。
當將多孔陶瓷和纖維整體作為這種過濾體來使用時，過濾體能夠收集PM，并且其具有氣體滲透性。由于過濾體安置在廢氣通道中，過濾引導部分得以形成，并且由于連通相鄰廢氣通道的孔形成于上游側的廢氣通道上，過濾旁通得以形成。作為特定的優(yōu)選實施例，優(yōu)選地通過將不具有氣體滲透性的波紋板和具有平板的過濾體交替疊置構成具有呈蜂窩形狀的半過濾結構體。
更具體地，作為上述的半過濾結構體，應優(yōu)選地使用如權利要求3或權利要求15所述的半過濾結構體。在如權利要求3所述的廢氣凈化裝置(半過濾結構體)中，進入由波谷部分和上部平板形成的通道的廢氣與中間波峰部分相碰撞，然后穿過具有氣體傳輸特性的上部平板(過濾體)，從而PM被平板收集。當上部平板所收集的PM增多時，由于過濾引導部分內壓力增大，廢氣將從過濾引導部分流經上游側過濾旁通部分的支路部分，并且廢氣分為支流通過開口從兩側波峰部分之間的中間波谷部分進入兩側波峰部分。
于是，如權利要求15所述，在波紋板的背面一側，中間波谷部分的背面?zhèn)瘸释蛊馉?，從而使過濾引導部分形成于波峰部分和較低側的平板之間，過濾旁通部分形成于上游側波谷部分的中間波峰部分中。因此，進入由波峰部分和較低側的平板所形成的通道的廢氣將與中間波谷部分相碰撞。當過濾引導部分內壓力增大時，廢氣將從過濾引導部分流出，并流經上游側過濾旁通部分的支路部分，然后分為支流通過兩側波谷部分間的中間波峰部分的開口進入兩側波谷部分。
該操作從廢氣的入口側邊緣面到出口側邊緣面不斷地重復。
換句話說，由于本發(fā)明的廢氣凈化裝置基本上按照一種廢氣流經過濾體的壁流結構來設置，PM的收集效率很高。即使當過濾引導部分中的平板所收集的PM量增加時，廢氣也可以在上游側的過濾旁通部分處分為支流，流入波峰部分或波谷部分，此過程可不斷發(fā)生。因此，不會出現由于PM的沉積而造成廢氣壓力損失迅速增大的情況。同時，由于平板的主要部分均可利用來收集PM，廢氣壓力損失的增大也可以被有效的抑制。
波紋板由金屬薄板制成，并且優(yōu)選通過波紋制軋?zhí)幚?，以及類似工藝制作而成。對于該波紋板的材料并沒有特殊的限制，只要該材料具有抗熱性能，可以承受廢氣的溫度，以及在生產過程中產生的熱量就可以。優(yōu)選可以使用不銹鋼。同時，當波紋板應用于汽車時，其厚度范圍優(yōu)選在20μm到110μm之間，更具體地，40μm到80μm的厚度更為合適。
當具有過濾體功能的平板相當于具有氣體傳輸特性的部件時，這種部件就可作為過濾體使用，亦即，其上形成有能流通該平板入口面/背面的孔的金屬板，以及與抗熱纖維整體形成的平板。對于與抗熱纖維整體形成的平板，抗熱纖維可由無紡織料和紡織料形成，如金屬纖維，陶瓷纖維，金屬晶須和陶瓷晶須等。為了在提高PM的收集效率的同時抑制車用廢氣凈化裝置中廢氣壓力損失的增加，纖維的直徑最好選擇為大約15到60μm，整合量最好為300到1000g/m2。
為了設置本發(fā)明所述的廢氣凈化裝置(半過濾結構體)，波紋板和平板可相互交替疊置，從而插入預定的外層圓筒?；蛘?，具有預定長度的波紋板和平板可相互交迭，從而卷成滾筒形狀，然后該滾筒形狀的過濾結構體可插入預定的外層圓筒中。需要注意的是，波紋板與平板相互疊置的方式要么使所有波紋板沿相同方向，要么使其在所有層中具有相同相位，或者其堆疊方式要么使所有波紋板呈180度的不同方向，要么使其相位互不相同。然而，當過濾引導部分已經在波谷部分中形成時，優(yōu)選地相鄰波紋板的波峰部分出現在經過平板的相反面上，但是，當過濾引導部分已經在波峰部分形成時，優(yōu)選地相鄰波紋板的波谷部分出現在經過平板的相反面上。因此，已穿過平板中的廢氣流不會被擾亂，從而使PM的收集效率可進一步提高，廢氣壓力損失的增加也可進一步被抑制。
中間波谷部分或中間波峰部分均通過使波峰部分或波谷部分變形得以形成，且最好能夠平滑地延伸至底部或頂部。換句話說，無論中間波谷部分還是中間波峰部分，都最好具有傾斜的平面，其高度或逐漸降低，或朝下游方向逐漸增加。當使用了此種結構時，由于對存在于過濾引導部分中的廢氣產生了指向用于分隔過濾引導部分的平板的矢量，PM的收集效率可進一步得到提高。
優(yōu)選地，從平面圖中看，在過濾引導部分中的波紋板的開口面積大于或等于整個波紋板開口面積的30％。從平面圖中看，如果在過濾引導部分中的波紋板的開口面積小于整個開口面積的30％，平板的使用區(qū)域將減小，從而使得PM的收集效率降低。同樣優(yōu)選地，過濾引導部分的總容積大于或等于波峰部分和波谷部分總容積的50％。如果該比率小于50％，將導致PM的收集效率降低。
更進一步，從過濾引導部分到其上游側支路部分的距離越遠，PM的收集效率越高。相反的，廢氣壓力損失則會更容易增加。因此，對該距離必須設置一個最優(yōu)值。
然而，針對實際應用所做的不同的試驗揭示了下述的事實。在上述廢氣凈化裝置中，取決于行車條件，在較長一段時間含有高濃度PM的廢氣進入其中的情況下，有可能會使大量PM沉積在入口側邊緣面上。如前面的解釋所述，當大量的PM沉積在入口側邊緣面上時，不僅廢氣損失壓力會增大，而且如果PM在高溫條件下燃燒起來的話，即使當PM的沉積量少于或等于允許的沉積量上限，局部溫度也會迅速的升高。因此，有可能會發(fā)生如熔化損失之類的故障。
因此，最上游的過濾旁通部分最好能處于最上游的過濾引導部分的上游的位置，并且向廢氣入口側的邊緣面打開。當使用了此種結構時，由于廢氣最先通過位于最上游的過濾旁通部分，PM在廢氣入口側的邊緣面的沉積可以得到抑制，從而避免了邊緣面的阻塞。因此，入口側邊緣面的通道開口通?？梢宰龅煤艽螅瑥亩杀苊鈴U氣壓力損失的增加，進一步的，由過量增加的溫度所引起的熔化損失也可被避免。盡管從微觀上看，PM的收集效率仍然比較低，但所有的廢氣通道一直可以有效的運作，因此整體的收集效率可維持在一個較高的水平，從而使PM的收集效率得到提高。
最上游側的過濾旁通部分可由具有上游側開口和下游側開口的波峰部分、延伸至下游側開口的波谷部分、和倒轉的中間波峰部分構成，該中間波峰部分的深度逐漸降低并延伸至下游側的波峰部分。在這種情況下，廢氣最先從上游側的邊緣面進入波峰部分，從波峰部分流出的廢氣接著從波谷部分流入倒轉的中間波谷部分。由于倒轉的中間波谷部分延伸至下游側的波峰部分，頂部的上部平面被平板阻塞。然而，即使當PM沉積在此頂部，在倒轉的中間波谷部分和平板之間、直到該倒轉的中間波谷部分一半處留有一定的空間，因此，廢氣被分為支流從此空間進入兩側的波谷部分。從而使波峰部分和倒轉的波谷部分均具有過濾旁通部分的功能。
或者，最上游側的過濾旁通部分可由具有倒轉的中間波峰部分的波谷部分構成，倒轉的中間波峰部分在其上游側打開，其波峰部分的波峰高度沿下游方向逐漸降低，并且其延伸至下游側的一個波谷部分。在這種情況下，廢氣最先進入波谷部分，然后進入倒轉的中間波峰部分。由于巢室部分延伸至位于中間波峰部分之中的波谷部分，頂部被背面的平板所阻塞。然而，即使PM沉積在此頂部，倒轉的中間波峰部分和平板之間、直到該倒轉的中間波峰部分的一半處留有一定的空間，因此，廢氣被分為支流從此空間流入兩側的波峰部分。從而使波谷部分和倒轉的中間波峰部分均具有過濾旁通部分的功能。
此外，最上游的過濾旁通部分可由孔構成，該孔的大小可保證使廢氣中的微粒通過，且形成于位于波紋板之下的平板上，與波紋板的波峰部分相對?；蛘撸钌嫌蔚倪^濾旁通部分可做成凹口部分，該凹口的大小可保證使廢氣中的微粒通過，且形成于位于波紋板之下的平板上，與波峰部分相對。在這種情況下，廢氣最先進入波峰部分，并且即使當PM沉積在下游側的過濾引導部分之上時，仍可通過孔或凹口部分進入疊置在較低側平板之上的波紋板的廢氣通道。相應的，孔和凹口部分均具有過濾旁通部分的功能。
在本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，優(yōu)選地形成有催化劑層，且有效地氧化和燃燒所收集到的PM。然而，如果催化劑層形成在過濾體上，過濾體的空氣通過阻力將增大，從而導致廢氣壓力損失的增加。因此，過濾體最好由貫穿兩側的孔，由催化劑金屬組成的催化劑層，和多孔氧化物構成，并且該孔被催化劑層縮減或填埋至小于或等于200μm的大小。
由于孔被催化劑層縮減或填埋至直徑小于或等于200μm的大小，廢氣中所包含的PM可被形成于孔之上的催化劑層收集。于是，由于催化劑層形成于金屬板上，因而催化劑層可均勻成形，同時，由于催化劑層可被廢氣均勻加熱，并且催化劑金屬可被均勻的激活，從而所收集的PM可被有效的氧化/燃燒。同樣，由于催化劑層是均勻的，其厚度可以做得很薄。因此可抑制廢氣壓力損失的增加。
當直徑縮小后的孔大小等于200μm時，一些PM可通過這些在初始條件下便具有200μm直徑的孔。然而，當PM粘附于這些孔上時，孔的直徑會變成約10至15μm，從而使PM的收集效率得到提高。因此，孔的直徑應做成小于或等于200μm的大小。需要注意的是，由于催化劑層包含多孔氧化物粉末，催化劑層自身便具有直徑約為10μm的孔，且多孔氧化物粉末中同樣具有很小的孔。因此，即使孔完全被催化劑層所填埋，氣體擴散的特性仍可得以保持，被形成于催化劑層中的孔所收集的PM可由催化劑金屬有效的氧化/燃燒。
過濾體具有流通其入口面/背面的孔。該孔的直徑最好在30至500μm之間。如果孔的直徑超過500μm，該直徑將很難被催化劑層縮減或填埋到小于或等于200μm的大小。如果孔的直徑小于30μm，孔將會被催化劑層阻塞。從而，盡管氣體擴散的特性仍被保持，廢氣壓力損失還是可容易地增加。對于這些孔的總數沒有具體的限制。這些孔的數量最好在能保持過濾體強度的范圍之內盡可能大。
催化劑層應為包含攜帶催化劑金屬的多孔氧化物層。該催化劑層至少形成于過濾體上，并且最好存在于整個半過濾結構體中。該催化劑層最好在半過濾結構體中具有每公升30到200克的量。如果催化劑的量小于30克，將以高密度攜帶催化劑金屬。結果催化劑金屬中可產生晶粒生長，從而導致PM的收集效率降低。另一方面，如果催化劑層的劑量大于200克，廢氣壓力損失將會增加。
對于多孔氧化物，可以選擇氧化鋁，氧化鋯，氧化鈦和二氧化鈰中的至少一種?；蛘?，可以選用由上述多種氧化物中的多種氧化物組成的復合氧化物。對于催化劑金屬，最好可以選擇一種或多種屬于鉑族的稀有金屬，如鉑，銠，鈀，銥和釕。如果催化劑金屬在半過濾結構體中的攜帶量少于每公升0.1到5克，其活性將會變得極低，并且此攜帶量也不能得到實際應用。相反的，即使催化劑金屬的攜帶量大于0.1到5克，其活性也已達到飽和，其相應地制作成本也會增加。
優(yōu)選地，催化劑層中包含從堿金屬，堿土金屬和稀土金屬中選取的NOx吸收材料。如果催化劑層中包含了該NOx吸收材料，由于催化劑金屬的氧化所產生的NO2可被其吸收，從而使NOx進一步得到凈化。NOx吸收材料在半過濾結構體中的攜帶量需要設置在每公升0.05摩爾到0.45摩爾之間。如果NOx吸收材料的攜帶量小于這個范圍，其活性將會變得極低，并且此攜帶量也不能得到實際應用。相反的，如果NOx吸收材料的攜帶量大于這個范圍，該NOx吸收材料將會覆蓋催化劑金屬，從而活性降低。
為了形成催化劑層，氧化物粉末或復合氧化物粉末均與粘合劑成分相結合，如氧化鋁溶膠和水，使之形成漿狀物。將該漿狀物至少粘附到平板上之后，可使該合成載體層燒結，然后，催化劑金屬可攜帶在該燒結的載體層中?；蛘?，漿狀物可由催化劑粉末制成，在該催化劑粉末中，催化劑金屬被預先攜帶在氧化物粉末或復合氧化物粉末中。為了粘附這種漿狀物，可以使用常用的浸漬過程處理。然而，最好該漿狀物可通過鼓風或抽氣的操作強制填入孔中，進入孔的多余的漿狀物部分要被移除。
同樣的，半過濾結構體可由另外的方式形成。亦即，半過濾結構體由金屬薄板制成的波紋板和平板交替疊置構成，其中的波紋板具有交替相鄰的第一波峰部分和第一波谷部分，并且該半過濾結構體包括由第一波峰部分和位于波紋板之下的平板構成的第一通道；由第二波谷部分和位于波紋板之上的平板構成的第一過濾引導部分，其中的第二波谷部分形成在第一通道上并且沿順流方向朝上傾斜；由第二波谷部分和位于波紋板之下的平板構成的第一過濾旁通部分；由與第一通道相鄰的第一波谷部分和位于波紋板之上的平板構成的第二通道；由第二波峰部分和位于波紋板之下的平板構成的第二過濾引導部分，其中的第二波峰部分形成在第二通道上并且沿順流方向朝下傾斜；以及由第二波峰部分和位于波紋板之上的平板構成的第二過濾旁通部分；其中，第二波谷部分的底部深度比第一波分部分的頂部高度要小，第二波峰部分的頂部高度比第一波谷部分的底部深度要小。同樣的，在這種情況下，孔至少形成于平板之上。
在這種情況下，波紋板可相互交替疊置，使得這些波紋板均沿同一方向并且在所有層中具有相同的相位?；蛘撸y板可按如下方式相互交替疊置，亦即，使這些波紋板相互呈180度交替反向定向，或使這些波紋板相位相互互不相同。換句話說，當半過濾結構體沿垂直于廢氣流動方向的剖面截斷時，第一通道和第二通道可位于相同的剖面上，或者位于不同的剖面上。然而，相鄰波紋板的凹口部分最好能夠出現在經過過濾引導部分的平板的相反面上。這樣，已穿過平板的廢氣氣流不會被擾亂，PM的收集效率也可進一步提高，同樣的，可進一步抑制廢氣壓力損失的增加。
需要理解的是，當相鄰波紋板的位置朝上時，相鄰波紋板的凹口部分暗指第一波峰部分和第二波峰部分中的任意一個，反之，當相鄰波紋板的位置朝下時，相鄰波紋板的凹陷部分暗指第一波谷部分和第二波谷部分中的任意一個。
波紋板具有波峰/波谷部分，其中第一波峰部分和第一波谷部分交替地沿大致垂直于廢氣流動的方向延伸。多組這種波峰/波谷部分沿廢氣流動方向成形于遠離的第二波谷部分和第二波峰部分的位置。第二波谷部分形成于第一波峰部分的下游側，第一通道和第一過濾引導部分均以串聯的方式延伸。同樣的，第二波峰部分形成于位于第二波谷部分下游側的第一波谷部分上，第二通道和第二過濾引導部分均以串聯的方式延伸。
第一過濾旁通部分沿平行于第一過濾引導部分的方向延伸并與第一通道相串聯。第二過濾旁通部分沿與第二過濾引導部分平行的方向延伸并與第二通道相串聯。
在第一過濾引導部分中，其上游側與第一通道連通，其下游側的邊緣部分縮減變窄。這種窄化處理也可通過阻塞處理的方式實現。優(yōu)選地，窄化處理可通過使第一波峰部分變形實現，從而使下游側邊緣部分可平滑地延伸至第一波峰部分的頂部。換句話說，下游側的邊緣部分最好在傾斜的表面上窄化，該表面的高度朝下游側逐漸降低。如果使用這種結構，在流經第一過濾引導部分的廢氣中會產生指向位于第一過濾引導部分中的上游側平板的矢量。因此，PM的收集效率可進一步提高。更進一步的，包含在廢氣中的NO被第一過濾引導部分的上游側催化劑層所氧化，成為具有較高氧化活性的NO2，并通過平板，從而使得被平板的催化劑層所收集的PM的氧化/燃燒可進一步改善。
在由第二波峰部分和下游側平板所形成的第二過濾引導部分中，其上游側與第二通道連通，其下游側邊緣部分縮減變窄。這種窄化處理也可通過阻塞處理的方式來實現。優(yōu)選地，窄化處理可通過使第一波谷部分變形實現，從而使下游側邊緣部分可平滑地延伸至第一波谷部分的底部。換句話說，下游側的邊緣部分最好在傾斜的表面上窄化，該表面的高度朝下游側逐漸降低。如果使用這種結構，在流經第二過濾引導部分的廢氣中會產生指向下游側平板的矢量。因此，PM的收集效率可進一步提高。更進一步的，包含在廢氣中的NO被第二過濾引導部分的上游側催化劑層所氧化，成為具有較高氧化活性的NO2，并通過平板，從而使得被平板的催化劑層所收集的PM的氧化/燃燒可進一步改善。
對于廢氣從第一過濾引導部分擴散至第二通道時所經過的開口，盡管在第二波谷部分的外壁上可形成孔，高度低于第一波峰部分高度的側壁可優(yōu)選地形成于第二波谷部分的兩側。對于廢氣從第二過濾引導部分擴散至第一通道時所經過的開口，高度低于第一波谷部分深度的側壁可優(yōu)選地形成于第二波峰部分的兩側。如果使用這種結構，波紋板可輕易的通過波紋制軋?zhí)幚碛山饘俦“逍纬伞?br> 同樣的，在本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，具有壁流結構的過濾催化劑最好放置在上述半過濾結構體的廢氣下游側。亦即，該過濾催化劑由阻塞在其下游部分的入口側巢室，與入口側巢室相鄰且阻塞在其上游部分的出口側巢室；將入口側巢室和出口側巢室分開且具有許多孔的巢室壁；以及形成在巢室壁表面和孔內表面的催化劑層構成，該催化劑層包括催化劑金屬和氧化物承載體。
如果形成了這樣一個兩段式結構，一部分PM可以由上游側的半過濾結構體收集，從而抑制了PM在過濾催化劑上的沉積，同時抑制了催化劑層的催化劑金屬活性的衰減。因此，PM氧化活性衰減的問題可以避免。同樣的，由于半過濾結構體具有過濾旁通部分，即使當PM沉積時，廢氣壓力損失的增加也可得到抑制。
更進一步的，當流經半過濾結構體的廢氣被分為支流時，廢氣支流將以一種復雜的方式擴散通過過濾引導部分和過濾旁通部分。因此，在此種半過濾結構體應用到添加如輕油之類的液體還原劑的系統(tǒng)的情況下，當廢氣呈分布式擴散，并且還原劑與廢氣充分地混合時，由于攪動效應得以實現，還原劑可進一步汽化并且針對NOx的還原活性可得到提高，更進一步，針對NOx的凈化性能也可得到提高。同樣的，在此種半過濾結構體應用到向廢氣中添加尿素的系統(tǒng)的情況下，尿素液的攪動/溶解效應可由半過濾結構體增強。因此，由于半過濾結構體的長度可以做得較短以減小其容積，過濾催化劑可放置在引擎附近，從而提高針對PM的氧化性能。
同樣的，如果由攜帶催化劑金屬的氧化物載體所制成的氧化催化劑形成在半過濾結構體中，還原劑的汽化可被催化劑金屬的氧化活性所促進，針對NOx的還原活性可在過濾催化劑中進一步提高。于是，沉積在半過濾結構體上的PM可被氧化，從而抑制廢氣壓力損失的增加，PM的收集容積也會再生。進一步地，具有高氧化活性的NO2在半過濾結構體中由NO產生，然后進入過濾催化劑，從而改善沉積在過濾催化劑上的PM的氧化作用。
當過濾催化劑的催化劑層為NOx吸收還原催化劑或尿素NOx選擇性還原催化劑時，針對NOx的凈化性能可進一步提高。
換句話說，在上述的廢氣凈化裝置中，廢氣最先進入半過濾結構體，然后進入過濾催化劑。由于半過濾結構體具有過濾引導部分和過濾旁通，其中，廢氣通過該過濾引導部分經由過濾體擴散，過濾旁通部分為過濾引導部分設旁路，因而廢氣中的一部分PM被過濾體收集。同樣的，廢氣壓力損失的增加可以被過濾旁通部分抑制。由于當廢氣被分為支流時廢氣以一種復雜的方式流動，在半過濾結構體應用到添加液體還原劑的系統(tǒng)的情況下，即使半過濾結構體的長度很短，在攪動效應的作用下，還原劑也可以與廢氣充分混合，從而促進還原劑的汽化。同樣的，在半過濾結構體應用到添加尿素的系統(tǒng)的情況下，尿素液可被有效的攪動/溶解。
當廢氣進入下游側的過濾催化劑時，廢氣中的PM將會被巢室壁的孔收集，并不斷的被催化劑層中的催化劑金屬氧化/凈化。因此，由于產生的熱量很小，熱應力也很小，過濾催化劑的斷裂可被避免，從而獲得良好的耐用性。進一步地，廢氣壓力損失的增加也可被抑制。在半過濾結構體應用到添加液體還原劑的系統(tǒng)的情況下，由于還原劑已被充分汽化，液體還原劑粘附在過濾催化劑上游側邊緣面上的問題，和PM粘附沉積在上游側邊緣面的問題可得到抑制，針對NOx的還原劑的還原活性可得到提高。同樣，在半過濾結構體應用到添加尿素的系統(tǒng)的情況下，由于促進了尿素液的攪動/溶解，過濾催化劑的尿素NOx選擇性還原催化劑針對NOx的還原活性可得到提高。
過濾催化劑具有蜂窩結構體，和形成在巢室壁表面及孔內表面的催化劑層，且該催化劑層通過在氧化物載體上攜帶催化劑金屬而形成。該蜂窩結構體由阻塞在廢氣下游側的入口側巢室；設置在入口側巢室附近并且阻塞在廢氣上游側的出口側巢室；以及具有大量孔的多孔巢室壁構成，該巢室壁用于分隔入口側巢室與出口側巢室。
蜂窩結構體也可由抗熱陶瓷，如堇青石和碳化硅，制作而成。比如，對呈粘土狀并以堇青石粉末為主要成分的漿狀物加以處理，處理后的漿狀物通過擠壓模塑法塑成，成形的蜂窩體通過燒結而成?；蛘?，不使用堇青石粉末，可以用氧化鋁，磁石和硅石各自的粉末混合以組成堇青石混合物。然后，用呈粘土狀的漿狀物封住位于邊緣面上的巢室開口，從而形成方格圖案，同時，巢室的巢室開口將在另一邊緣面上被密封，該巢室位于在前一邊緣面上密封的巢室的附近。然后，通過燒結處理來固定密封材料，從而蜂窩結構體可以制造出來。
為了形成蜂窩結構體的巢室壁中的孔，盡管易燃的粉末，如碳粉，木片，淀粉和樹脂粉末，均已混合在上述的漿狀物中，但在燒結處理中，這些易燃的粉末會消失，從而孔得以形成。同樣的，由于易燃粉末的顆粒直徑和添加劑量都是可以調整的，因此表面所抽空孔的分布和內部孔的直徑，以及開口面積都是可以控制的。
與傳統(tǒng)的DPF相似，蜂窩結構體的巢室壁中的孔的分布，其孔隙率可設置在40％到80％之間，這些孔的平均直徑可設置在10μm到50μm之間。當孔隙率或孔的平均直徑偏離相應的范圍時，有案例顯示PM的收集效率將會降低，并且廢氣壓力損失也會增加。
通過在氧化物載體上攜帶催化劑金屬而形成的催化劑層形成在巢室壁表面和孔的內表面。該催化劑層可由氧化催化劑，三元催化劑，或NOx吸收還原催化劑制作而成。在這種情況下，氧化物載體可使用如氧化鋁，二氧化鈰，氧化鋯，以及氧化鈦，或者由幾種上述氧化物組成的復合氧化物。催化劑金屬最好使用一種或幾種屬于鉑族的稀有金屬，如鉑，銠，鈀，銥和釘。如果催化劑金屬的攜帶量在蜂窩結構體中的攜帶量少于每公升0.1克，其活性將會變得極低，并且此攜帶量也不能得到實際應用。相反的，即使催化劑金屬的攜帶量大于5克，其活性也已達到飽和，相應地其制作成本也會增加。
催化劑層最好由包含NOx吸收材料的NOx吸收還原催化劑形成，該NOx吸收材料從堿金屬，堿土金屬和稀土金屬中選取并包含在催化劑層中。如果催化劑層中包含了該NOx吸收材料，由于催化劑金屬的氧化所產生的NO2可被其吸留，從而可使NOx進一步得到凈化。NOx吸收材料在蜂窩結構體中的攜帶量最好設置在每公升0.05摩爾到0.45摩爾之間。如果NOx吸收材料的攜帶量小于這個范圍，其活性將會變得極低，并且此攜帶量也不能得到實際應用。相反的，如果NOx吸收材料的攜帶量大于這個范圍，該NOx吸收材料將會覆蓋催化劑金屬，從而活性降低。
同樣的，該催化劑層最好由尿素NOx選擇性還原催化劑形成。在這種情況下，氧化物載體可使用氧化物，如沸石，氧化鋁，二氧化鈰，氧化鋯，氧化鈦以及釩氧化物，或者由幾種上述氧化物組成的復合氧化物。而對于催化劑金屬，銅是典型的例證。
為了在蜂窩結構體中形成催化劑層，氧化物粉末或者復合氧化物粉末與粘合劑相混合，如氧化鋁溶膠和水，使之形成漿狀物。將該漿狀物粘附到巢室壁上之后，燒結以得到載體層，然后，催化劑金屬可攜帶在該燒結的載體層中?；蛘?，漿狀物可由下述催化劑粉末制成，在該催化劑粉末中，催化劑金屬被預先攜帶在氧化物粉末或復合氧化物粉末中。為了將這種漿狀物粘附于巢室壁上，可以使用常用的浸漬處理。然而，最好該漿狀物可通過鼓風或抽氣的操作強制填入孔中，進入孔的多余的漿狀物部分要被移除。
催化劑層的形成量最好選擇在蜂窩結構體容積中的每公升30克到200克之間。當催化劑層小于每公升30克，不可避免的會導致催化劑金屬或NOx吸收材料的耐用性降低。如果催化劑層超過了每公升200克，壓力損失會變得非常高，導致該催化劑層得不到實際應用。
半過濾結構體和過濾催化劑都以串聯的方式從廢氣上游側至下游側依次放置。盡管半過濾結構體和過濾催化劑可相隔一定距離放置，但是最好使這些半過濾結構體和過濾催化劑位置相互相鄰，以抑制廢氣溫度的降低。同樣的，半過濾結構體相對于過濾催化劑的構造比例，最好設置在這樣一個范圍之內，亦即，在體積比例上半過濾結構體∶過濾催化劑＝(1到5)∶(5到1)。
通過在氧化物載體中攜帶催化劑金屬而形成的氧化催化劑層可更優(yōu)選地形成在半過濾結構體中。這樣，由半過濾結構體收集的PM可被氧化。同樣地，由于具有高氧化活性的NO2是由NO的氧化所產生的，因此過濾催化劑所收集的PM的氧化作用可得到促進。在該半過濾結構體應用到添加液體還原劑的系統(tǒng)的情況下，由于液體還原劑被氧化，汽化過程可得到促進，從而可提高針對過濾催化劑中的NOx的凈化性能。同樣的，在該半過濾結構體應用到添加尿素的系統(tǒng)的情況下，由于HC和CO氧化所產生的反應熱會增加半過濾結構體的溫度，液體尿素的分解可得到促進，從而提高針對過濾催化劑中的NOx的凈化性能。半過濾結構體的催化劑層包含至少屬于鉑族的稀有金屬，并且可按照與過濾催化劑中的催化劑層所形成的類似的方式形成。
需要知道的是，在上述的廢氣凈化裝置中，可選擇氧化催化劑，三元催化劑，NOx吸收還原催化劑，或者DPF放置在從半過濾結構體的更上游側。需要知道的是，在上述廢氣凈化裝置中，可選擇氧化催化劑，三元催化劑，NOx吸收還原催化劑，或者DPF放置在從過濾催化劑的更下游側。
實施例接下來，基于一些實施例和比較實施例，對本發(fā)明做具體的闡述。
實施例1圖1為根據本發(fā)明實施例1的廢氣凈化裝置的透視圖和其主要部分放大的示意圖。圖2為廢氣凈化裝置的波紋板的主要部分的透視圖。圖3至圖5為半過濾結構體的主要部分放大的剖視圖。該廢氣凈化裝置由半過濾結構體和外層圓筒4組成，半過濾結構體被插入并且保持在外層圓筒4中。半過濾結構體由厚度為60μm的波紋板1和厚度為60μm、集成量為每平方米450克的平板(過濾部件)3相互交替疊置構成。波紋板1用不銹鋼制成，并且經過波紋制軋?zhí)幚?。平?用不銹纖維制成的無紡織料制成。
在圖2所示的波紋板1中，波峰部分10和波谷部分11沿垂直于廢氣流動的方向相互交替。在波峰部分10中，形成了多個凹陷的中間波谷部分12，這些中間波谷部分12的位置平行于廢氣流動方向，且以一定的間距間隔開。中間波谷部分12的高度逐漸降低，并從廢氣的上游側指向廢氣的下游側，中間波谷部分12的頂部呈凹槽狀，并形成了開口13，使其再次與波峰部分10相通。中間波谷部分12的底部深度與波谷部分11的底部位置保持一致。
同樣地，在波谷部分11中，形成了多個具有凸起形狀的中間波峰部分14，這些波峰部分的位置平行于廢氣流動方向，且以一定的間距間隔開。中間波峰部分14沿廢氣流動方向被放置在兩中間波谷部分12之間，該中間波峰部分的高度與波峰部分10的高度保持一致。
如圖3所示，多個波紋板1與多個平板3相互交替疊置，并使得中間波谷部分12的相位和中間波峰部分14的相位在廢氣流動的方向上和在垂直于廢氣流動的方向上均保持一致。中間波谷部分12和中間波峰部分14均按這樣一種方式放置，亦即，在這樣的截面中，這些中間波谷和波峰部分12/14被以與流動在半過濾結構體中的廢氣的流動方向呈直角的角度相切，中間波谷和波峰部分12/14分別位于相同的位置。同樣的，波峰部分10與上部平板3鄰接，但是波谷部分11與下部平板3相鄰。
如圖4到圖7所示，在此廢氣凈化裝置中，過濾引導部分100形成在波紋板1的內表面?zhèn)?，其中通道在上部平?和位于與中間波峰部分14鄰接的兩側波峰部分10之間被堵塞。同樣的，另一過濾引導部分101形成在波紋板1的背面，其中通道在下部平板3和位于與中間波谷部分12鄰接的兩側波谷部分11之間被堵塞。然后，在過濾引導部分100的上游側，位于中間波谷部分12的波峰部分10的高度變低，形成開口13，從而使得流經波谷部分11的廢氣可被分為支流而從兩側開口13進入兩側波峰部分10，并在此部分形成過濾旁通部分200。同樣的，在后側面，波谷部分11的深度在中間波峰部分14的位置變淺，該中間波峰部分14位于過濾引導部分101的上游側，形成開口15，從而使得流經波峰部分10的廢氣可被分為支流而從兩側開口15進入兩側波谷部分11，并在此部分形成另一旁通部分201。
因此，如圖4所示，根據實施例1的廢氣凈化裝置，流經形成于波谷部分11和上部平板3之間的通道的廢氣將與中間波峰部分14相碰撞。當上部平板3收集的PM量很小時，大部分廢氣流過上部平板3，然后進入位于平板3相對側的波紋板1，從而使得大部分PM被平板3所收集。
當PM收集量增加時，過濾引導部分100中的廢氣壓力隨之增加，由于沿圖5中實線箭頭所示方向的反作用力的作用，廢氣從中間波谷部分12流出，經過開口13，然后被分為支流進入上游側的過濾旁通部分200中的相鄰的波峰部分10，如虛線箭頭所示。因此，可抑制廢氣壓力損失的增加。
類似的，如圖6所示，流經形成于波峰部分10和下部平板3之間的通道的廢氣將與過濾引導部分101中的中間波谷部分12相碰撞。當下部平板3收集的PM量很小時，大部分廢氣流經下部平板3，然后進入在平板3相對側的波紋板1，從而使得大部分PM被平板3所收集。
當PM收集量增加時，過濾引導部分101中的廢氣壓力隨之增加，由于沿圖7中實線箭頭所示方向的反作用力的作用，廢氣從中間波峰部分14流出，經過開口15，然后被分為支流進入上游側的過濾旁通部分201中的波谷部分11，如虛線箭頭所示。因此，可抑制廢氣壓力損失的增加。
根據實施例1的廢氣凈化裝置，由于上述循環(huán)從廢氣入口側邊緣面到廢氣出口側邊緣面不斷重復，PM由位于過濾引導部分100和101中的平板3收集。然后，由于形成了大量的過濾引導部分100和101，PM的收集在整個平板3上均勻地分布，從而提高了收集效率，即使在PM被收集時，廢氣壓力損失也幾乎不增加。換句話說，也就是在提高PM收集效率的同時，抑制了廢氣壓力損失的增加。
更進一步地，在實施例1的廢氣凈化裝置中，在平面圖中看，在過濾引導部分100和101中波紋板1的開口面積約占了整個波紋板1的總開口面積的40％。同時過濾引導部分100和101的總容積約占據了波峰部分10和波谷部分11的總容積的50％。因此，平板3的使用面積很大，PM的收集效率很高，并且抑制了廢氣壓力損失的增加。
實施例2實施例2的廢氣凈化裝置與實施例1的廢氣凈化裝置相似，除了波紋板的疊置狀態(tài)。如圖8所示，在此過濾裝置中，波紋板1與實施例1中的波紋板相似，按正反方向交替疊置。換句話說，波紋板1以與平板3表面平行，并交替翻轉180度的方式疊置。
盡管實施例2的廢氣凈化裝置比實施例1的廢氣凈化裝置的凈化效果差，但是在提高PM收集效率和抑制廢氣壓力損失增加方面的效果較為明顯。
比較例1采用實施例1所述的過濾裝置以德國實用新型No.20,117,873 U1的實施例1來作為比較例1。
也就是說，在比較例1的廢氣凈化裝置中，當使用與實施例1所用波紋板相同的波紋板1時，波紋板1與平板3按實施例1中的相似方式交替疊置。不同的是，波紋板1以180度翻轉，以使得廢氣入口側位于實施例1中的廢氣出口側，廢氣出口側位于實施例1中的廢氣入口側。
<測試/評估>
當使用實施例1的廢氣凈化裝置和比較例1的廢氣凈化裝置時，同時測量其PM收集率和廢氣壓力損失。每個半過濾結構體直徑為130mm，長度為75mm，總容積約為1L。同樣的，在每個廢氣凈化裝置中，每一平方英寸截面上的巢室數量為200。
將實施例1和比較例1的廢氣凈化裝置分別安裝在柴油機的廢氣排放管上，在平穩(wěn)運行過程中，每隔一定時間測量PM收集率和廢氣壓力損失。由于事先已知從引擎排出的PM排放量，因此相對于測量時間的收集到的PM量可計算出來，然后相對于PM收集量的PM收集率和廢氣壓力損失的測量值如圖9所示。
從圖9中可以看出，與比較例1相比，在實施例1的廢氣凈化裝置中，PM收集率較高，并且抑制了廢氣壓力損失的增加。顯而易見，這些差異是由于波紋板1的方向差異所造成的。
實施例3實施例3的廢氣凈化裝置的結構與實施例1的相似，除了實施例3中在廢氣入口側邊緣面處的波紋板結構與實施例1中的不同。如圖10和11所示，在實施例3的廢氣凈化裝置中，波峰部分10具有在下游側開切口的開口，并形成在廢氣入口側邊緣面，波谷部分11′形成得延伸到該下游側開口。深度逐漸降低的倒轉的中間波谷部分16形成在該波谷部分11′中，并且該倒轉的中間波谷部分16延伸至下游側的波峰部分10，在該部分形成了位于最上游的過濾旁通部分202。
也就是說，在實施例3的廢氣凈化裝置中，如圖11中的箭頭所示，廢氣最先從上游側邊緣面進入波峰部分10，從波峰部分10流出的廢氣接著從位于此波峰部分10的下游側的波谷部分11′流入倒轉的中間波谷部分16。由于倒轉的中間波谷部分16延伸至下游側的波峰部分10，頂部的上部平面被平板3所阻塞。然而，即使PM沉積在此部分，在倒轉的中間波谷部分16和平板3之間直到該倒轉的中間波谷部分的一半處留有一定的空間。因此，廢氣被分為支流從此空間進入兩側的波谷部分11。
因此，由于過濾旁通部分202形成在最上游，從而抑制了PM在廢氣入口側邊緣面的沉積，防止了邊緣面的阻塞，更進一步的，可以避免由于過量增加的溫度而產生的熔化損失。
實施例4實施例4的廢氣凈化裝置的結構與實施例1的相似，除了實施例4中廢氣出口側邊緣面的波紋板1的結構與實施例1中的不同。如圖12所示，在實施例4的廢氣凈化裝置中，波谷部分11和倒轉的中間波峰部分17形成在廢氣入口側的邊緣面上。倒轉的中間波峰部分17形成在波谷部分11中，并且在上游側打開。此倒轉的中間波峰部分17的高度朝下游側方向逐漸降低，并且此倒轉的中間波峰部分17延伸至下游側的波谷部分11，從而在該部分形成位于最上游的過濾旁通部分202。
也就是說，在實施例4的廢氣凈化裝置中，如圖12的箭頭所示，廢氣最先進入波谷部分11，然后進入倒轉的中間波峰部分17。由于倒轉的中間波峰部分17的高度逐漸降低，并且此倒轉的中間波峰部分17延伸至下游側的波谷部分11，頂部的底面被背面的平板3所阻塞。然而，即使PM沉積在此部分，在倒轉的中間波峰部分17和平板3之間、直到該倒轉的中間波峰部分的一半處留有一定的空間。因此，廢氣被分為支流從此空間進入兩側的波峰部分10。
因此，由于過濾旁通部分202形成在最上游側，抑制了PM在廢氣入口側邊緣面的沉積，防止了邊緣面的阻塞，更進一步的，可以避免由于過量增加的溫度而產生的熔化損失。
實施例5如圖13所示，實施例5的廢氣凈化裝置的結構與實施例1的相似，除了實施例5中平板3在廢氣入口側邊緣面部分的的結構與實施例1中的不同。只有平板3的廢氣入口側邊緣面部分是用金屬板30制成，同時金屬板30中形成了大量的孔31?？椎闹睆綖閹缀撩住?br> 換句話說，在實施例5的廢氣凈化裝置中，由于孔31形成在過濾引導部分100的上游側，進入波峰部分10的廢氣穿過孔31與PM混合，然后進入疊置在背面的下一個波紋板1。因此，由于過濾旁通部分202形成在最上游，因此抑制了PM在廢氣入口端邊緣面的沉積，防止了邊緣面的阻塞，更進一步的，可以避免由于過量增加的溫度而產生的熔化損失。
實施例6如圖14所示，實施例6的廢氣凈化裝置的結構與實施例1的相似，除了實施例6中平板3在廢氣入口側邊緣面部分的的結構與實施例1中的不同。該平板3在沿廢氣流動方向上的長度做得比波紋板1的長度短，并且位于波紋板1的廢氣入口側邊緣面部分的波峰部分10的下方沒有平板3。
也就是說，在實施例6的廢氣凈化裝置中，由于平板3不存在于過濾引導部分100的上游側，進入波峰部分10的廢氣便進入下一個波紋板1與PM混合，該波紋板1疊置在背面一側。因此，由于過濾旁通部分202形成在最上游側，因此抑制了PM在廢氣入口側邊緣面的沉積，防止了邊緣面的阻塞，更進一步的，可以避免由于過量增加的溫度而產生的熔化損失。
<測試/評估>
當使用實施例1，3至6的廢氣凈化裝置和比較例1的廢氣凈化裝置時，同時測量其PM收集率，廢氣壓力損失和入口側邊緣面阻塞率。每個過濾部件直徑為130mm，長度為75mm，總容積約為1L。每一平方英寸截面上的巢室數量為200。
將各實施例和比較例的廢氣凈化裝置安裝在柴油機(2L)的廢氣排放管上，并且將1.3L的氧化催化劑放置在此廢氣排放管的上游側。然后，在EGR完全打開的條件下將該柴油機運行10小時，以達到PM高濃度排放的UDC準模式。然后，通過直接觀察，來測量在半過濾結構體入口側邊緣面上的巢室開口被PM阻塞的比率。同樣的，在平穩(wěn)運行過程(2400rpm，50Nm，碳煙量為每升2克)中，每當PM的沉積量變?yōu)槊可?g時便測量一次PM收集率和廢氣壓力損失。測量結果如表1所示。
表1

從表1中可以看出下述事實。亦即，實施例3到實施例6的廢氣凈化裝置的入口側邊緣面的阻塞率比實施例1的要低。這顯然是因為過濾旁通部分202形成在最上游的作用。同時，與比較例1相比，實施例3到實施例6的廢氣凈化裝置的PM收集率很高。同時，與比較例1相比，廢氣壓力損失的增加被大幅度抑制。顯而易見，這些差異是由于波紋板1的方向差異所造成的。
實施例7如圖15所示，實施例7的廢氣凈化裝置的半過濾結構體與實施例1的相似，除了實施例7中平板3是由不銹薄板制作而成，孔20形成在波紋板1和平板3中，并且催化劑層形成在波紋板1和平板3的入口平面和背面上。圖16為所使用波紋板1的主要部分的透視圖。半過濾結構體具有2L的容積和130mm的直徑。在此半過濾結構體中，巢室的總數為每平方英寸200個，直徑為0.2mm的多個孔分別每隔0.2mm貫穿波紋板1和平板3。
同樣的，催化劑層由攜帶有鉑的氧化鋁粉末組成，并用漿狀物涂層后燒結。催化劑層具有很細小的孔，其平均直徑為10μm。在半過濾結構體中，每升含有150克這樣的催化劑層，并且每公升基底含有2g鉑。同樣的，孔20的直徑被催化劑層縮減至約100μm。
該廢氣凈化裝置與實施例1的廢氣凈化裝置以相似方式運行。更進一步的，在實施例7的廢氣凈化裝置中，孔20可起到過濾旁通部分的作用，并且可起到收集PM和氧化/燃燒所收集到的PM的作用。
將該廢氣凈化裝置安裝在柴油機的廢氣排放管上，測量在11Lap模式下的PM還原率和在加速行駛階段的廢氣壓力損失。在已知柴油機的PM排放量(P0)的條件下，PM還原率可以通過下面的公式計算，從而可得到通過廢氣凈化裝置的廢氣中的PM含量(P1)。
PM還原率(％)＝100×(P0-P1)/P0關于廢氣壓力損失，當柴油機在11Lap模式下行駛了1000千米時，測量了廢氣壓力損失的壓力之差，也就是進入廢氣凈化裝置的氣體的壓力和流出廢氣凈化裝置的氣體的壓力之差。測量結果如表2所示。
實施例8實施例8的廢氣凈化裝置的結構與實施例7的相似，除了在實施例8中，在波紋板1中不形成孔20。與實施例7相似，分別測量了實施例8的廢氣凈化裝置的PM還原率和廢氣壓力損失。測量結果如表2所示。
比較例2比較例2的廢氣凈化裝置的結構與實施例7的相似，除了在比較例2中，在波紋板1中不形成孔20，并且厚度為0.3mm和孔隙率為80％的金屬纖維層被用于取代平板3。與實施例7相似，分別測量了使用比較例2的廢氣凈化裝置時的PM還原率和廢氣壓力損失。測量結果如表2所示。
比較例3比較例3的廢氣凈化裝置的結構與實施例7的相似，除了在比較例3中，在波紋板1和平板3中不形成孔20。與實施例7相似，分別測量了使用比較例3的廢氣凈化裝置時的PM還原率和廢氣壓力損失。測量結果如表2所示。
<評估>
表2

與比較例2相比，實施例7的廢氣凈化裝置具有較強的PM收集性能，和較低的廢氣壓力損失。這是因為下述作用造成的在實施例7中，由于催化劑層形成在波紋板1和由金屬薄板制成的平板3中，與比較例2相比，催化劑層分布更均勻，并且鉑的分布也更均勻。
同樣的，與比較例2和3相比，實施例7和8的廢氣凈化裝置具有較強的PM收集性能，和較低的廢氣壓力損失。這是因為下述作用造成的形成孔20所帶來的效果。
實施例9實施例9的廢氣凈化裝置的結構與實施例7的相似，除了在實施例8中在波紋板1中不形成孔20，并且基底中形成催化劑層的量選擇為每公升200克；除了鉑之外，在催化劑層中還攜帶了每公升0.2摩爾的鋰，0.1摩爾的鋇和0.1摩爾的鉀。
在700℃的溫度下持續(xù)50個小時，對實施例9的廢氣凈化裝置做耐久性測試。在耐久性測試之后，將廢氣凈化裝置安裝在柴油機的廢氣排放管上，在引擎轉速為2900rpm以及入口氣體溫度為300℃，并且每隔10秒持續(xù)噴射0.1秒的輕油以使得A/F為14.2的行駛條件下，測量NOx的凈化率。測量結果如表3所示比較例4準備好用堇青石制成的DPF，該DPF厚度為0.3mm，且每平方英寸具有200個巢室，將與實施例9中的催化劑層相同的催化劑層形成在該DPF上。并將外層圓筒部分的整個阻塞旋塞的20％去掉，以保證PM的收集效率與實施例9的相同。
同時，對于該廢氣凈化裝置，用與實施例9中相同的方法測量其NOx凈化率。測量結果如表3所示。
表3

從表3中可以看出，與比較例4相比，實施例9中的廢氣凈化裝置具有較高的NOx凈化性能。這是由于下述作用所造成的。亦即，使用了均由金屬薄板制作的波紋板1和平板3，同時，實施例9中的廢氣凈化裝置具有大量的過濾引導部分。在實施例9的廢氣凈化裝置中存在下列事實。亦即，廢氣中的NO可在形成于過濾引導部分之上的催化劑層中以較高效率被氧化而形成NO2，然后，NO2可以被NOx吸收材料高效地吸收。更進一步，由于NOx吸收材料不與廢氣凈化裝置反應，NOx吸收材料便不會消失，從而提高NOx凈化率。同時，可避免機械強度的降低。
實施例10實施例10的廢氣凈化裝置的結構與實施例7的相似，除了在實施例10中，使實施例7的廢氣凈化裝置的廢氣入口側顛倒變成廢氣出口側，中間波峰部分14的高度做得較低，中間波谷部分12的深度做得較淺。催化劑層未顯示在圖中。
至于圖17中的波紋板5，在波峰/波谷部分52中，第一波峰部分50和第一波谷部分51交替延伸；第二波谷部分53延伸至波峰/波谷部分52下游側的第一波峰部分50；第二波峰/波谷部分52延伸至第二波谷部分53；第二波峰部分54延伸至第二波峰/波谷部分52下游側的第一波谷部分51；第二波谷部分53延伸至第二波峰/波谷部分52的第一波峰部分50，且該第二波峰/波谷部分52位于第二波峰部分54的下游側；上述各部分按該順序沿與廢氣流動方向平行的方向交替形成。第二波峰部分54的頂部高度比第一波谷部分51的底部深度低，且第二波谷部分53的底部深度比第一波峰部分50的頂部高度淺。
第二波谷部分53具有沿下游側朝上傾斜的傾斜平面55，并且該傾斜平面55平滑地延伸至相鄰第一波峰部分50的頂部。同時，側壁56形成在第二波谷部分53的兩側，該側壁56沿示意圖的上方向延伸，并且其高度較低。同時，第二波峰部分54具有沿下游方向朝下傾斜的傾斜平面57，該傾斜平面平滑地延伸至相鄰第一波谷部分51的底部。與第二波谷部分83類似，側壁86形成在第二波峰部分84的兩側，該側壁86沿示意圖的下方向延伸。
多個上述的波紋板5按如下方式相互疊置，亦即，對于波峰/波谷部分52，第二波谷部分53組，以及第二波峰部分54組，使它們相位沿廢氣流動方向和垂直于廢氣流動方向均相同，同時，這些波紋板5按如下方式設置，亦即，波峰/波谷部分52，第二波谷部分53組，以及第二波峰部分54組在如下的截面上分別位于相同的位置，該截面與廢氣的流動方向呈直角的角度相切。同時，第一波峰部分50和第二波峰部分54均分別與上部平板3鄰接，并且第一波谷部分51和第二波谷部分53均分別與下部平板3鄰接。
如圖18到圖20所示，根據此廢氣凈化裝置，大部分流經形成于第二波谷部分53和下部平板3之間的第一通道21的廢氣流入形成于第二波谷部分53和上部平板3之間的第一過濾引導部分103。通過下游側邊緣面被朝上傾斜的傾斜平面55縮減變窄，進入第一過濾引導部分103的廢氣可被引導至上部平板3的一側，然后，PM由平板3收集。收集到的PM被攜帶在催化劑層中的催化劑金屬氧化從而得到凈化，廢氣可穿過形成在第二波谷部分53和下部平板3之間的第一過濾旁通部分203，從而保證廢氣通道不會被完全阻塞。同時，廢氣可通過孔20流到兩側通道。
類似的，流經形成于第一波谷部分51和上部平板3之間的第二通道22的廢氣流入形成于第二波峰部分54和下部平板3之間的第二過濾引導部分104。通過下游側邊緣面被朝下傾斜的傾斜平面57縮減變窄，進入第一過濾引導部分104的廢氣可被引導至下部平板3的一側，然后，PM由平板3收集。收集到的PM被攜帶在催化劑層中的催化劑金屬氧化從而得到凈化。即使在PM收集量增加的情況下，廢氣仍可穿過形成在第二波峰部分54和上部平板3之間的第二過濾旁通部分204，從而保證廢氣通道不會被完全阻塞。
然后，由于形成了大量的過濾引導部分，PM的收集在整個平板3的面積上均勻的分布。因此，可提高收集效率，即使在收集PM時，廢氣壓力損失也幾乎不增加。換句話說，也就是在提高PM收集效率的同時，也可抑制廢氣壓力損失的增加。
更進一步，廢氣與傾斜平面55和57相碰撞，NO由攜帶在催化劑層中的鉑變成具有高氧化活性的NO2，然后，含有這種NO2的廢氣流經過濾引導部分中的平板9。因此，由平板3所收集的PM的氧化作用可得到加強，廢氣壓力損失也可進一步減小。
在此廢氣凈化裝置中，并沒有形成如實施例7中所述的被阻塞的過濾引導部分100和101。然而，由于在廢氣碰撞的作用力下產生了指向穿過平板3方向的矢量，大部分PM均可被平板3收集。因此，盡管與實施例7等相比這些效果不是那么好，但是在此實施例10中，還是在提高PM收集率的同時也抑制了廢氣壓力損失的增加。
實施例11圖21所示為實施例11的廢氣凈化裝置。該廢氣凈化裝置按照如下方式設置，亦即，當半過濾結構體6和過濾催化劑7從廢氣上游側指向廢氣下游側時，使半過濾結構體6和過濾催化劑7按該順序相互鄰接排列，以便安裝在催化轉換器8中。催化轉換器8與柴油機80的排氣歧管81相連結。同時，噴嘴82按如下方式設置在排氣歧管81中，亦即，使輕油可間歇的噴射到廢氣中。需要注意的是，從排氣歧管81排放出的部分廢氣會經過渦輪增壓器83和中間冷卻器84回流至柴油機80的進氣歧管85。
半過濾結構體6的結構與實施例1中的半過濾結構體相似，除了半過濾結構體6具有孔20和氧化催化劑層。如圖22所示，在半過濾結構體6中，具有65μm厚度的波紋板6′與平板3相互交替疊置，孔20形成在平板3上，并且貫穿平板3的兩側，氧化催化劑層(未顯示)形成在波紋板6′和平板3上。氧化催化劑層(未顯示)由攜帶在γ-Al2O3中的用鉑做成的催化劑粉末形成，在蜂窩結構體中，每公升的涂層量為150克，其中鉑的攜帶量為2g。
如圖23所示的波紋板6′，波峰部分60和波谷部分61相互交替的沿垂直于廢氣流動方向延伸。在波峰部分60中，大量具有凹陷形狀的中間波谷部分62按照如下方式形成，亦即，這些中間波谷部分62的位置平行于廢氣流動方向，并且以一定的間距間隔開。中間波谷部分62的高度逐漸降低，并從廢氣上游側指向廢氣下游側。中間波谷部分62的頂部呈凹槽狀，并形成了開口63，使其再次與波峰部分60相通。中間波谷部分62的底部深度做成與波谷部分61的底部位置一致。
同樣的，在波谷部分61中，大量具有凸起形狀的中間波峰部分64按照如下方式形成，亦即，這些中間波峰部分64的位置平行于廢氣流動方向，并且以一定的間距間隔開。中間波峰部分64沿廢氣流動方向設置在兩個中間波谷部分62之間，其高度做成與波峰部分60的高度一致。
如圖24所示，大量波紋板6′按照如下方式相互交替疊置，亦即，所有中間波谷部分62的相位在沿廢氣流動的方向和垂直于廢氣流動的方向上與中間波峰部分64的相位一致。中間波谷部分62和中間波峰部分64按照如下方式設置，亦即，在這些中間波谷和波峰部分62/64被以與流動在半過濾結構體6中的廢氣的流動方向呈直角的角度相切的截面中，中間波谷和波峰部分62/64分別位于相同的位置。同樣的，波峰部分60與上部平板3鄰接，同時波谷部分61與下部平板3鄰接。需要注意的是，由于圖24為示意圖，平板3，中間波谷部分62和中間波峰部分64之間留有空間。然而，在邊緣面的上游側，疊置的結構由波峰部分60，波谷部分61和平板3形成，因此不會留有空間。從而不會產生問題。
如圖25到28所示，在此半過濾結構體6中，在波紋板6′的內表面?zhèn)刃纬闪诉^濾引導部分100，其中，通道在平板3上游側和位于中間波峰部分64附近的兩側波峰部分60之間被阻塞。同樣的，另一過濾引導部分101形成在波紋板6′的背面，其中，通道在平板3的下游側和位于中間波谷部分62附近的兩側波谷部分61之間被阻塞。然后，在過濾引導部分100的上游側，位于中間波谷部分62處的波峰部分60的高度變低，并形成了開口63，從而流經波谷部分61的廢氣可以從兩側開口63進入兩側的波峰部分60，過濾旁通部分200也形成在此處。同樣的，在背面?zhèn)?，波谷部?1的深度在位于過濾引導部分101上游側的中間波峰部分64處變淺，并形成了開口65，從而流經波峰部分60的廢氣可以從兩側的開口65進入兩側的波谷部分61，另一過濾旁通部分201也形成在此處。
因此，如圖25到圖28所示，根據此實施例11的半過濾結構體6，流經形成于波谷部分41和上部平板3之間的通道的廢氣將與中間波峰部分64相碰撞。在上部平板3所收集的PM量較小的條件下，大部分廢氣流經上部平板3，然后進入位于平板3相對側的波紋板6′的波谷部分61，因此，大部分的PM將被平板3所收集。
當PM的收集量增加時，過濾引導部分100中的廢氣壓力也隨之增加，如圖26中的虛線所示，廢氣從中間波谷部分62流出，流經開口63，然后，被分為支流進入相鄰的波峰部分60中，該波峰部分60位于上游側的過濾旁通部分200中。因此，廢氣壓力損失的增加可被抑制。
類似的，如圖27所示，流經形成于波峰部分60和下部平板3之間的通道的廢氣將與中間波谷部分62相碰撞。在下部平板3所收集的PM量較小的條件下，大部分廢氣流經下部平板3，然后進入位于平板3相對側的波紋板6′的波谷部分61，因此，大部分的PM將被平板3所收集。
當PM的收集量增加時，過濾引導部分101中的廢氣壓力也隨之增加，如圖28中的虛線所示，廢氣從中間波峰部分64流出，流經開口65，然后，被分為支流進入相鄰的波谷部分61中，該波谷部分61位于上游側的過濾旁通部分201中。因此，廢氣壓力損失的增加可被抑制。
根據此實施例11的半過濾結構體6，由于上述循環(huán)從廢氣入口側邊緣面到廢氣出口側邊緣面不斷重復，PM被位于過濾引導部分100和101中的平板3所收集。由于形成了大量這樣的過濾引導部分100和101，PM的收集在整個平板3上均勻的分布，從而提高了收集效率，即使在PM被收集時，廢氣壓力損失也很難增加。換句話說，也就是在提高PM收集效率的同時，也可抑制廢氣壓力損失的增加。
更進一步，在此實施例11的廢氣凈化裝置的半過濾結構體6中，從平面圖中看來，在過濾引導部分100和101中的波紋板6′的開口面積約占據了整個波紋板6′開口面積的40％，同時，過濾引導部分100和101的總容積占據了整個波峰部分60和波谷部分61的總容積的50％。因此，平板3的使用面積很大，PM的收集效率很高，并且抑制了廢氣壓力損失的增加。
在流經半過濾結構體6的廢氣中，廢氣流經平板3的孔20，其余的廢氣則以一種復雜的方式被分為支流流動。同時，孔20的直徑被氧化催化劑層縮減，使得一部分PM被這些縮減的孔所收集，從而在這些縮減的孔中也形成了過濾引導部分。所收集的PM被氧化催化劑層氧化/燃燒。換句話說，由于廢氣以一種復雜的方式被分為支流，攪動效應得以實現。從而使加入到廢氣中的輕油與廢氣充分混合。并且輕油的氧化作用也能被氧化催化劑層促進。因此，輕油的汽化可得到促進，從而可以克服輕油粘附在過濾催化劑7的上游側邊緣面的問題，和PM粘附并沉積在輕油上的問題。同時，過濾催化劑7中NOx的還原反應也可得到促進。
接下來，描述了制作過濾催化劑7的方法，該描述可作為此結構的詳細解釋。首先，準備由堇青石制作的具有壁流式結構的蜂窩結構體。該蜂窩結構體具有約2公升容積，每平方英寸300個巢室(也即，每平方厘米46.5個巢室)和0.3mm的巢室壁厚度。巢室壁的孔隙率為65％，孔平均直徑為25μm。在此蜂窩結構體中，出口側巢室的上游側邊緣面被阻塞而下游側邊緣面未被阻塞，入口側巢室的下游側邊緣面被阻塞而上游側邊緣面未被阻塞，兩個巢室相互交替設置。出口側巢室和入口側巢室被巢室壁分隔開來。
接著，當準備好混合的漿狀物后，該漿狀物由氧化鋁粉末，二氧化鈦粉末，氧化鋯粉末和二氧化鈰粉末和水混合而成，將每公升150克的涂層通過噴涂底漆的方法形成在巢室壁表面和孔表面，其中巢室壁表面和孔表面形成在上述蜂窩結構體的巢室壁中。然后，通過吸水攜帶法攜帶并燒結每公升2克的鉑。當每升0.3摩爾的鋰，每升0.05摩爾的鋇，和每升0.025摩爾的鉀通過吸水攜帶法被攜帶之后，將得到的蜂窩結構體在500攝氏度的溫度下燒結，從而可形成過濾催化劑7。
<測試>
半過濾結構體6和過濾催化劑7按照如下方式安裝在催化轉換器8中，亦即，半過濾結構體6和過濾催化劑7按照從廢氣上游側到廢氣下游側的順序相互鄰接，并且兩者共同組成此實施例11的廢氣凈化裝置。過濾轉換器8安裝在具有2公升的立方容積的柴油機80的排氣系統(tǒng)上，在650℃的溫度下持續(xù)50個小時做耐久性測試，然后，在引擎轉速為2900rpm以及入口廢氣溫度為300℃的條件下，驅動柴油機80，并每隔10秒持續(xù)從噴嘴82中噴射出0.1秒的輕油，在加入輕油的同時調整A/F為14.2。
在這樣的條件下，測量NOx的凈化率和PM的氧化率。同時，隨著進行PM收集的再生操作，當廢氣溫度為300攝氏度時，輕油便持續(xù)從噴嘴82中噴出以使得A/F變?yōu)?.5。然后，測量過濾催化劑7所達到的最高溫度。測量結果如表4所示。
實施例12實施例12的廢氣凈化裝置的結構與實施例11的相似，除了在實施例12中，半過濾結構體的催化劑層由與實施例11中的過濾催化劑7的催化劑層相似的NOx吸收還原催化劑形成。在按照與實施例11中類似的方式做過耐久性測試之后，以類似的方式測量NOx的凈化率和PM的氧化率。同樣的，當進行再生操作時，測量過濾催化劑7所達到的最高溫度。測量結果如表4所示。
實施例13實施例13的廢氣凈化裝置的結構與實施例11的相似，除了在實施例13中，用金屬制作的纖維層代替了實施例11中的半過濾結構體6中的平板3，并且催化劑層由與實施例11中的過濾催化劑7的催化劑層相似的NOx吸收還原催化劑形成。在按照與實施例11中類似的方式做過耐久性測試之后，以類似的方式測量NOx的凈化率和PM的氧化率。同樣的，當進行再生操作時，測量過濾催化劑7所達到的最高溫度。測量結果如表4所示。
比較例5比較例5的廢氣凈化裝置的結構與實施例11的相似，除了在比較例5中，并沒有用半過濾結構體6，而代之以與實施例11中的相似的氧化催化劑層，該氧化催化劑層形成在具有直流結構的金屬蜂窩體上，在該蜂窩體中，普通的平板和普通的波紋板僅相互交替疊置。在按照與實施例11中類似的方式做過耐久性測試之后，以類似的方式測量NOx的凈化率和PM的氧化率。同樣的，當進行再生操作時，測量過濾催化劑7所達到的最高溫度。測量結果如表4所示。
比較例6比較例6的廢氣凈化裝置的結構與實施例11的相似，除了在比較例6中，并沒有用半過濾結構主體6，而代之以具有直流結構的金屬蜂窩體，在該蜂窩體中，普通的平板和普通的波紋板僅相互交替疊置，并且催化劑層形成在此金屬蜂窩體上，該催化劑層由與實施例11中的過濾催化劑7的催化劑層相似的NOx吸收還原催化劑形成。在按照與實施例11中類似的方式做過耐久性測試之后，以類似的方式測量NOx的凈化率和PM的氧化率。同樣的，當進行再生操作時，測量過濾催化劑7所達到的最高溫度。測量結果如表4所示。
評估表4

從表4中可以看出，與比較例相比，在各實施例的廢氣凈化裝置中，NOx的凈化率和PM的氧化率都比較高，同時，所達到的最高溫度也很高。這是由于下述作用所造成的亦即，在半過濾結構體6中輕油的攪動和分解過程得到了有效的促進，因此輕油可以被有效的汽化，汽化的輕油可有效的與廢氣相混合。
實施例14圖29所示為實施例14的廢氣凈化裝置。該廢氣凈化裝置按如下方式設置，亦即，當具有直流結構的氧化催化劑90，半過濾結構體6和過濾催化劑7從廢氣上游側指向廢氣下游側時，使它們按順序相互鄰接排列，以便安裝在催化轉換器8中。同時，雖然排氣歧管81中沒有噴嘴，但在氧化催化劑90和半過濾結構體6之間設置了用于添加尿素液的尿素液噴嘴82。
氧化催化劑90按照如下方式制作，亦即，主要含氧化鋁和沸石的每公升150克的涂層形成在由堇青石制成的具有直流結構的蜂窩結構體(每平方英寸400個巢室，巢室壁厚度為0.1mm，直徑為130mm，容積為2公升)上，并且，每公升2克的鉑均勻地攜帶在該涂層中。
至于半過濾結構體6，使用與實施例11中的結構相似的半過濾結構體，除了在此半過濾結構體中，不使用平板61，而代之以金屬制成的纖維層，該纖維層的孔隙率為80％，厚度為0.3mm；其容積選為1公升，并且其上形成由沸石制成的每公升150克的尿素-NOx選擇性還原催化劑層，其中均勻地攜帶了每公升2克的銅。
至于過濾催化劑7，與實施例11中的類似，由沸石制成的每公升150克的涂層形成在由堇青石制成的具有壁流結構的蜂窩結構體上；并在此催化劑層上形成了尿素-NOx選擇性還原催化劑層，其中均勻地攜帶了每公升2克的銅。
<測試>
把過濾轉換器60安裝在具有2公升的立方容積的柴油機的排氣系統(tǒng)上，按照如下方式測量其NOx凈化率和PM還原率。亦即，在650℃的溫度下持續(xù)50個小時做耐久性測試，然后，在引擎轉速為2500rpm以及入口氣體溫度為250℃到400℃的條件下，將柴油機80設置在各自的穩(wěn)定狀態(tài)。當廢氣在各自的條件下分散開，并且濃度為35％的尿素液從尿素液噴嘴82按照如下方式噴入廢氣中時，亦即，所添加的尿素液與入口廢氣所含的NOx相當，持續(xù)驅動柴油機3小時，以測量NOx的凈化率和PM的還原率。然后，在入口氣體溫度為300℃，氧化催化劑90的出口氣體溫度可達到650℃的條件下，再次注入尿素液，然后，在溫度開始上升之后3分鐘測量PM的氧化率。測量結果如表5所示。
實施例15實施例15的廢氣凈化裝置的結構與實施例14的相似，除了在實施例15中，對于其氧化催化劑90的蜂窩結構體，在半過濾結構主體6中用纖維層代替了實施例11中的平板61，且其容積做成了1.5公升。然后，以類似的方式測量NOx的凈化率，PM的還原率和PM的氧化率。測量結果如表5所示。
比較例7如圖30所示，比較例7的廢氣凈化裝置的結構與實施例14的相似，除了在比較例7中，并沒有使用半過濾結構體6和過濾催化劑7，而代之以具有直流結構的由堇青石制成且容量為1公升的蜂窩基底和尿素-NOx選擇性還原催化劑91。在該尿素-NOx選擇性還原催化劑中，由沸石制成的每公升150克的涂層形成在蜂窩基底上，該蜂窩基底由堇青石制成，具有直流結構且容積為2公升，同時，每公升2克的銅均勻地攜帶在該涂層中。然后，以類似的方式測量NOx的凈化率和PM的還原率。測量結果如表5所示。
比較例8如圖31所示，比較例8的廢氣凈化裝置的結構與實施例14的相似，除了在比較例8中，并沒有使用半過濾結構體6，而是把氧化催化劑90的容量做成了1公升，并均勻地攜帶有過濾催化劑92，在該過濾催化劑92中，每公升100克的氧化鋁涂在由堇青石制成且容量為2公升的DPF的表面上。然后，以類似的方式測量NOx凈化率，PM還原率和PM氧化率。測量結果如表5所示。
比較例9如圖32所示，比較例9的廢氣凈化裝置的結構與比較例8的相似，除了在比較例9中，沒有使用過濾催化劑92，而代之以尿素-NOx選擇性還原催化劑。更進一步，尿素液噴嘴82設置在氧化催化劑90和尿素-NOx選擇性還原催化劑91之間。然后，以類似的方式測量NOx凈化率，PM還原率和PM氧化率。測量結果如表5所示。
<評估>
表5

從表5中可以看出，與比較例相比，在各實施例的廢氣凈化裝置中，NOx的凈化率和PM的還原率都比較高，同時，PM的氧化率也很高。這是由于下述原因所造成的亦即，PM被半過濾結構體6所收集，并且尿素液與廢氣混合的效率較高，NOx可以被產生的氨有效地還原/凈化。
權利要求
1.一種廢氣凈化裝置，包括具有多個廢氣通道的半過濾結構體，和設置于該廢氣通道中的過濾體，其中所述廢氣通道包括將廢氣引導至所述過濾體的過濾引導部分，和過濾旁通部分，該過濾旁通部分通過向與所述過濾引導部分相鄰的廢氣通道分支出來而為所述過濾引導部分設旁路。
2.如權利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾旁通部分中的最上游的過濾旁通部分設在比所述過濾引導部分中的最上游的過濾引導部分更上游的位置，并且該最上游的過濾旁通部分的廢氣通道在所述半過濾結構體的廢氣入口側打開。
3.如權利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述半過濾結構體通過由金屬薄板制成的波紋板和由所述過濾體構成的氣體傳導平板交替疊置而構成，所述波紋板沿橫過廢氣流動的方向具有交替相鄰的波峰部分和波谷部分；該波峰部分通過降低其波峰的高度而具有凹陷的中間波谷部分；該中間波谷部分構成所述過濾旁通部分，該過濾旁通部分包括使廢氣能從相鄰的波谷部分流出的支路部分和使廢氣能流入所述波峰部分中的下游波峰部分的開口；該波谷部分通過降低其波谷的深度而具有凸起的中間波峰部分；所述過濾引導部分由所述中間波峰部分，和與所述波谷部分相鄰接的兩側的波峰部分，及與所述波峰部分相連接的所述平板構成；和在過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少一部分在所述波谷部分流動的廢氣通過所述支路部分流入相鄰的波峰部分。
4.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中所述波峰部分隔著所述平板與所述過濾引導部分相對。
5.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中所述中間波峰部分通過使所述波谷部分變形而形成，所述中間波峰部分的波峰高度朝其上游側逐漸降低。
6.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中從平面圖估計，所述過濾引導部分中的所述波紋板的開口面積占整個波紋板的開口面積的30％或更多。
7.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾引導部分的總容積大于或等于所述波峰部分和波谷部分總容積的50％。
8.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中所述平板和所述波紋板中至少平板包括貫穿兩側的孔和包括催化劑金屬和多孔氧化物的催化劑層；該孔的孔徑被該催化劑層縮減或填埋至小于或等于200μm。
9.如權利要求8所述的廢氣凈化裝置，其中所述波峰部分隔著所述平板與所述過濾引導部分相對。
10.如權利要求3所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾旁通部分中的最上游的過濾旁通部分設在比所述過濾引導部分中的最上游的過濾引導部分更上游的位置，并且該最上游的過濾旁通部分的廢氣通道在所述半過濾結構體的廢氣入口側打開。
11.如權利要求10所述的廢氣凈化裝置，其中在所述過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少一部分在所述波谷部分流動的廢氣通過所述支路部分流入相鄰的波峰部分，并且廢氣首先在所述半過濾結構體的廢氣入口側流入所述過濾旁通部分。
12.如權利要求10所述的廢氣凈化裝置，其中所述最上游的過濾旁通部分包括具有倒轉的中間波峰部分的波谷部分，該倒轉的中間波峰部分在其上游側打開；該倒轉的中間波峰部分的波峰高度沿順流方向逐漸降低；并且該倒轉的中間波峰部分延伸至所述波谷部分中的下游波谷部分。
13.如權利要求10所述的廢氣凈化裝置，其中所述最上游的過濾旁通部分由廢氣中的顆粒物質能夠通過的孔構成；所述孔形成于疊置在所述波紋板下方的所述平板上，并且與所述波紋板的所述波峰部分相對。
14.如權利要求10所述的廢氣凈化裝置，其中所述最上游的過濾旁通部分由廢氣中的顆粒物質能夠通過的凹口構成；所述凹口形成于疊置在所述波紋板下方的所述平板上，并且與所述波紋板的所述波峰部分相對。
15.如權利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述半過濾結構體通過由金屬薄板制成的波紋狀和由所述過濾體構成的氣體傳導平板交替疊置而構成，所述波紋板沿橫過廢氣流動的方向具有交替相鄰的波峰部分和波谷部分；該波谷部分通過降低其波谷的深度而具有凸起的中間波峰部分；該中間波峰部分構成所述過濾旁通部分，該過濾旁通部分包括使廢氣能從相鄰的波峰部分流出的支路部分和使廢氣能流入所述波谷部分中的下游波谷部分的開口；該波峰部分通過降低其波峰的高度而具有凹陷的中間波谷部分；所述過濾引導部分由所述中間波谷部分，和與所述波峰部分相鄰接的兩側的波谷部分，及與所述波谷部分相連接的所述平板構成；和在過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少一部分在所述波峰部分流動的廢氣將通過所述支路部分流入相鄰的波谷部分。
16.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中所述波谷部分隔著所述平板與所述過濾引導部分相對。
17.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中所述中間波谷部分通過使所述波峰部分變形而形成，所述中間波谷部分的波谷深度朝其下游側逐漸降低。
18.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中從平面圖估計，所述過濾引導部分中的所述波紋板的開口面積占整個波紋板的開口面積的30％或更多。
19.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾引導部分的總容積大于或等于所述波峰部分和波谷部分總容積的50％。
20.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中所述平板和所述波紋板中至少平板包括貫穿兩側的孔和包括催化劑金屬和多孔氧化物的催化劑層；該孔的孔徑被該催化劑層縮減或填埋至小于或等于200μm。
21.如權利要求20所述的廢氣凈化裝置，其中所述波谷部分隔著所述平板與所述過濾引導體相對。
22.如權利要求15所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾旁通部分中的最上游的過濾旁通部分設在比所述過濾引導部分中的最上游的過濾引導部分更上游的位置，并且該最上游的過濾旁通部分的廢氣通道在所述半過濾結構體的廢氣入口側打開。
23.如權利要求22所述的廢氣凈化裝置，其中在所述過濾引導部分中的壓力增大的情況下，至少一部分在所述波峰部分流動的廢氣通過所述支路部分流入相鄰的波谷部分，并且廢氣首先在所述半過濾結構體的廢氣入口側流入所述過濾旁通部分。
24.如權利要求22所述的廢氣凈化裝置，其中所述最上游的過濾旁通部分包括具有倒轉的中間波峰部分的波谷部分，該中間波峰部分在其上游側打開；該倒轉的中間波峰部分的波峰高度沿順流方向逐漸降低；并且該倒轉的中間波峰部分延伸至所述波谷部分中的下游波谷部分。
25.如權利要求22所述的廢氣凈化裝置，其中；所述最上游的過濾旁通部分由廢氣中的顆粒物質能夠通過的孔構成；所述孔形成于疊置在所述波紋板下方的所述平板上，并且與所述波紋板的所述波峰部分相對。
26.如權利要求22所述的廢氣凈化裝置，其中所述最上游的過濾旁通部分由廢氣中的顆粒物質能夠通過的凹口構成；所述凹口形成于疊置在所述波紋板下方的所述平板之上，并且與所述波紋板的所述波峰部分相對。
27.如權利要求1所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾體包括貫穿兩側的孔和包括催化劑金屬和多孔氧化物的催化劑層；并且該孔的孔徑被該催化劑層縮減或填埋至小于或等于200μm。
28.如權利要求27所述的廢氣凈化裝置，其中所述半過濾結構體通過由金屬薄板制成的波紋板和平板交替疊置構成，所述波紋板具有交替相鄰的第一波峰部分和第一波谷部分；并且該半過濾結構體包括由所述第一波峰部分和位于所述波紋板之下的所述平板構成的第一通道；由第二波谷部分和位于波紋板之上的平板構成的第一過濾引導部分，該第二波谷部分形成于所述第一通道上并沿順流方向朝上傾斜；由所述第二波谷部分和位于所述波紋板之下的所述平板構成的第一過濾旁通部分；由與所述第一通道相鄰的所述第一波谷部分和位于所述波紋板之上的所述平板構成的第二通道；由第二波峰部分和位于波紋板之下的平板構成的第二過濾引導部分，該第二波峰部分形成于所述第二通道上并沿順流方向朝下傾斜；由所述第二波峰部分和位于所述波紋板之上的所述平板構成的第二過濾旁通部分；所述第二波谷部分的底部深度小于所述第一波峰部分的頂部高度；所述第二波峰部分的頂部高度小于所述第一波谷部分的底部深度。
29.如權利要求28所述的廢氣凈化裝置，其中所述半過濾結構體還可包括至少一個下述開口使廢氣能從所述第一過濾引導部分流入所述第二通道的開口；和使廢氣能從所述第二過濾引導部分流入所述第一通道的開口。
30.如權利要求1所述的廢氣凈化裝置，還包括壁流結構的過濾催化劑，該過濾催化劑包括阻塞在其下游部分的入口側巢室；與所述入口側巢室相鄰并阻塞在其上游部分的出口側巢室；將所述入口側端巢室和所述出口側巢室分開且具有許多孔的巢室壁；形成于所述巢室壁的表面和所述孔的內表面的催化劑層，該催化劑層包括催化劑金屬和氧化物載體；所述壁流結構的過濾催化劑設在比所述半過濾結構體更下游的位置。
31.如權利要求30所述的廢氣凈化裝置，其中所述半過濾結構體包括具有氧化催化劑和氧化物載體的氧化催化劑層。
32.如權利要求30所述的廢氣凈化裝置，還包括還原劑添加裝置，用于在比所述半過濾結構體更上游的位置向所述廢氣中添加還原劑。
33.如權利要求30所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾催化劑的所述催化劑層包括NOx吸收還原催化劑。
34.如權利要求30所述的廢氣凈化裝置，其中所述過濾催化劑的所述催化劑層包括尿素-NOx選擇性還原催化劑和尿素添加裝置，該尿素添加裝置在比所述半過濾結構體更上游的位置向所述廢氣中加入尿素。
全文摘要
一種廢氣凈化裝置包括多個廢氣通道，以及內置于這些廢氣通道中的過濾體3。廢氣通道包含過濾引導部分100，用以將廢氣傳導至過濾體3；以及過濾旁通部分200，該過濾旁通部分通過向與過濾引導部分100相鄰的廢氣通道分支出來而為所述過濾引導部分設旁路。當PM沉積在過濾引導部分100，且廢氣壓力損失增大時，廢氣可繞過過濾引導部分從過濾旁通部分200流過。
文檔編號F01N3/022GK1942230SQ20058001108
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月12日 優(yōu)先權日2004年4月12日
發(fā)明者皿井進, 大河原誠治 申請人:豐田自動車株式會社, 排放技術有限公司