具有三元催化涂層的柴油顆粒過濾器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有三元催化涂層的柴油顆粒過濾器。此處所描述的設(shè)備涉及到用于柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)的柴油顆粒過濾器。所述柴油顆粒過濾器包含具有配置為從柴油機(jī)廢氣流中去除柴油機(jī)廢氣顆粒的多個(gè)過濾器流動(dòng)通道的顆粒過濾器。所述多個(gè)過濾器流動(dòng)通道布置為與柴油機(jī)廢氣流相接觸，并涂覆有三元催化涂層。所述三元催化涂層可配置成在再生事件發(fā)生期間促進(jìn)煙炱的氧化，同樣促進(jìn)了廢氣流中NOx的降低。所述三元催化涂層可替代為或用來補(bǔ)充為柴油機(jī)氧化催化器的三元催化劑。
【專利說明】具有三元催化涂層的柴油顆粒過濾器
【背景技術(shù)】
[0001]柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物和它們對(duì)環(huán)境的影響目前越來越受到關(guān)注。這些發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用到發(fā)電機(jī)、車用發(fā)動(dòng)機(jī)或類似的裝置中。伴隨著這種關(guān)注，出現(xiàn)越來越多的政府法規(guī)來限制排放到環(huán)境中的各種尾氣，其中不需要的一種尾氣就是N0X。
[0002]從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中排放的NOx的量取決于用來運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，還有一些其他的因素，例如燃燒溫度、進(jìn)入到汽缸中的氧氣量等。僅在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)是典型的用具有高空燃比的貧燃混合物來運(yùn)行的。所需的轉(zhuǎn)矩、燃料經(jīng)濟(jì)性和可控的NOx排放可通過燃燒優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。然而，在瞬時(shí)狀態(tài)下，例如車輛加速以更快響應(yīng)來達(dá)到所需扭矩，則NOx含量變得有挑戰(zhàn)性。在這種瞬態(tài)下，由于需要更多的能量來滿足扭矩的需求，有意識(shí)地降低廢氣再循環(huán)(EGR)率將這些高溫燃燒廢氣能轉(zhuǎn)移到渦輪增壓器中。但是EGR的降低導(dǎo)致了NOx的排放量增加。假如在這些條件下可得到理想的廢氣組分濃度，那么這種帶有合適的PGM配方和涂層的后處理系統(tǒng)可以用來降低所述N0X。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文所描述的設(shè)備涉及到用于柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)中的柴油顆粒過濾器。所述柴油顆粒過濾器包含具有多個(gè)過濾器流動(dòng)通道的顆粒過濾器，其配置成從柴油廢氣流中去除柴油機(jī)廢氣顆粒。所述多個(gè)過濾器流動(dòng)通道設(shè)置成與所述柴油機(jī)廢氣流接觸，同時(shí)涂有三元催化涂層。
[0004]本文所描述的另一種設(shè)備涉及到用于柴油機(jī)的廢氣系統(tǒng)。所述廢氣系統(tǒng)包含流動(dòng)路徑，其配置為從柴油機(jī)主體引導(dǎo)廢氣流，其中所述廢氣包含NOx和碳?xì)浠衔镆约捌渌麖U氣組分。柴油機(jī)氧化催化器接收來自所述流動(dòng)路徑的廢氣流，并降低廢氣中碳?xì)浠衔锏暮?。柴油機(jī)顆粒過濾器接收來自柴油機(jī)氧化催化器的廢氣流。所述柴油機(jī)顆粒過濾器包含具有配置為與流動(dòng)通過柴油顆粒過濾器的廢氣流接觸以降低廢氣中的NOx含量的三元催化涂層的顆粒過濾器。
[0005]本文的另一種設(shè)備涉及柴油機(jī)系統(tǒng)。這種柴油機(jī)系統(tǒng)包含具有一個(gè)或多個(gè)分別與一個(gè)或多個(gè)汽缸相連接的火花塞的柴油機(jī)主體?？諝?燃料混合器被配置用來控制通過不同的一個(gè)或多個(gè)汽缸中的一個(gè)或多個(gè)火花塞所點(diǎn)燃的燃料的空燃比。這種空氣/燃料混合器還進(jìn)一步被配置來提高空燃比以響應(yīng)柴油機(jī)系統(tǒng)的瞬時(shí)狀態(tài)。該柴油機(jī)系統(tǒng)還包含后處理廢氣系統(tǒng)，其被配置來接收由一個(gè)或多個(gè)汽缸產(chǎn)生的廢氣。這種后處理系統(tǒng)包含具有三元催化涂層的顆粒過濾器，其中所述涂層被配置成接觸通過顆粒過濾器的廢氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1顯示了具有后處理廢氣系統(tǒng)的柴油機(jī)系統(tǒng)，其包含具有三元催化涂層的顆粒過濾器，其中所述涂層被配置成接觸通過顆粒過濾器的廢氣；
[0007]圖2是具有三元催化涂層的示例性顆粒過濾器的沿縱軸的截面示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0008]圖1顯示具有后處理廢氣系統(tǒng)15和柴油機(jī)主體20的柴油機(jī)系統(tǒng)10。所述柴油機(jī)主體20被配置用來燃燒燃料以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10。為此，所述柴油機(jī)主體20包含由控制器/ECM30控制的空氣/燃料系統(tǒng)25。所述ECM30控制著汽缸40中燃燒的空燃比。在柴油機(jī)主體20穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，該空燃比可能是化學(xué)計(jì)量空燃比或比其更小的空燃比。然而，在瞬時(shí)操作中，該空燃比被控制使得其向火花塞35提供更多的混合物來增加柴油機(jī)主體20產(chǎn)生的能量以響應(yīng)瞬時(shí)狀態(tài)。
[0009]所述汽缸40通過例如導(dǎo)管，比如管道45向后處理廢氣系統(tǒng)15提供柴油機(jī)廢氣。該柴油機(jī)廢氣流具有很多污染物，包括N0X。在其他設(shè)備中，該后處理廢氣系統(tǒng)15可能包含接收柴油機(jī)廢氣流的投配器50和放置在該投配器50上游的燃燒器55。當(dāng)被ECM30激活時(shí)，該投配器50配置成將燃料注入到廢氣流中。這些燃料可在柴油機(jī)氧化催化器(DOC) 60中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來提高將進(jìn)入到柴油顆粒過濾器65的廢氣溫度。例如，在某些行駛條件下和/或?qū)鄯e在DPF65的煙炱進(jìn)行氧化時(shí)，燃料會(huì)被噴射進(jìn)廢氣流中，即發(fā)生再生事件。然而，依據(jù)某些實(shí)施方式，作為附加或替代，燃料還可通過或者在燃燒器55中投配進(jìn)入廢氣流中。這通常用來提高D0C60入口處的廢氣溫度，從而使得燃料從投配器50注入的燃料在D0C60進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
[0010]D0C60配置成化學(xué)地轉(zhuǎn)化廢氣流中的污染物。例如，D0C60可包含作為催化劑的鈀和鉬將碳?xì)浠衔锖鸵谎趸佳趸啥趸己退?，反?yīng)式如下中:
co+72o2 — Co2 以及
[HC] +O2 — C02+H20。
[0011]所述廢氣流可從所述D0C60流到所述DPF65中。所述DPF65可包含能用不同方式構(gòu)建的顆粒過濾器基底75。例如，根據(jù)某些實(shí)施方式，所述顆粒過濾器基底75可以是具有壁流式過濾器或者壁流式整塊構(gòu)造，如圖2中示例性橫截面示意圖所示。該顆粒過濾器基底65的壁流式構(gòu)造可以是圓筒狀的陶瓷結(jié)構(gòu)，其具有一些沿著軸向運(yùn)行的較小的平行通道80。所述陶瓷結(jié)構(gòu)典型地具有精確控制的孔隙率。壁流式過濾器75中相鄰的通道80的每個(gè)端部可選擇地被堵塞85，由此迫使廢氣流動(dòng)穿過多孔壁，該多孔壁起到過濾媒介作用從廢氣流中去除顆粒物質(zhì)，例如煙炱。如圖2所示的流動(dòng)箭頭顯示了從廢氣流中流動(dòng)穿過所述顆粒過濾器基底75的廢氣流向。
[0012]三元催化涂層90布置在所述顆粒過濾器基底75的表面上，與柴油機(jī)廢氣流相接觸。在圖2中，通道80的(如果不是全部的話)大部分的表面涂覆著所述三元催化涂層90。然而，根據(jù)某些實(shí)施方式，所述三元催化涂層90可能僅布置于所述通道80的有限表面上。例如，所述涂層90可能受限制地布置于所述顆粒過濾器75的靠近進(jìn)口端和/或出口端76、78。在其他結(jié)構(gòu)中，可能僅涂覆了某些通道80。更進(jìn)一步地，所述涂層90可能限制在所述顆粒過濾器75的中端82?？梢灶A(yù)期的還有其他對(duì)所述顆粒過濾器75進(jìn)行涂覆的配置。
[0013]三元催化涂層90的組成使得其可以從柴油機(jī)廢氣流中去除N0X。為此，所述三元催化涂層90可包含不同量的稀有金屬，例如，鉬、鈀和銠以及氧氣存儲(chǔ)催化劑。也可以選擇這些稀有金屬用來在DPF65的再生事件過程中促進(jìn)煙炱的氧化。例如，根據(jù)某些實(shí)施方式，三元催化涂層90可包括向用來再生的貴金屬配方中添加銠，以使得所提供的配方可以使得煙炱氧化同時(shí)有助于NOx的降低。
[0014]除了可以有效地去除大量的NOx之外，相比于從未涂覆的具有相似結(jié)構(gòu)的壁流式過濾器有效去除聚積煙炱的溫度，在過濾器再生時(shí)所述三元催化涂層90還可以降低從所述壁流式過濾器75有效去除聚積煙炱的溫度。更具體地，與裸露的DPF相比，所述DPF65上的三元催化涂層90可降低煙炱氧化反應(yīng)的活化能，實(shí)現(xiàn)更高的煙炱氧化速率，因而促進(jìn)了 DPF65的清潔。此外，由于DPF通常比DOC要大些，在后處理廢氣系統(tǒng)中，相比于三元催化劑典型可獲得的容量，所述具有三元催化涂層90的DPF65的顆粒過濾器基底75則提供了相當(dāng)大的容量。在所述后處理廢氣系統(tǒng)15，尤其是所述顆粒過濾器基底75中，如此增加的三元催化劑容量，，可能增加所述廢氣與三元催化劑接觸的停留時(shí)間，并增加了三元催化涂層90的接觸面積，因此更進(jìn)一步地促進(jìn)最大化所述NOx降低反應(yīng)的速率和量。雖然涂覆的DPF65可在所述柴油機(jī)主體20的貧燃，穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下去除N0X，但是其在具有更充分的燃料混合氣的瞬時(shí)工況下更加有效。根據(jù)某些實(shí)施方式，DPF65中的三元涂層90的包含范疇是D0C60中的三元催化涂層的補(bǔ)充或替代。因此，在一些實(shí)施例中，所述D0C60包含三元催化劑涂層，DPF65上額外的三元涂層90可更進(jìn)一步地促進(jìn)NOx水平的降低。
[0015]所述方式和裝置的各種實(shí)施例已經(jīng)展示和描述出，值得關(guān)注的是，每個(gè)所公開實(shí)施例所體現(xiàn)出的原理可以擴(kuò)展延伸同時(shí)仍舊落入如下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)的柴油顆粒過濾器，其包括: 顆粒過濾器，其具有配置為從柴油機(jī)廢氣流中去除柴油機(jī)廢氣顆粒的多個(gè)過濾器流動(dòng)通道； 三元催化涂層，其布置于所述多個(gè)過濾器流動(dòng)通道的表面上，用于與所述柴油機(jī)廢氣流相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油顆粒過濾器，其特征在于，所述顆粒過濾器是壁流式過濾器。
3.如權(quán)利要求1所述的柴油顆粒過濾器，其特征在于，所述三元催化涂層布置于鄰近所述顆粒過濾器入口的多個(gè)過濾器流動(dòng)通道的表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的柴油顆粒過濾器，其特征在于，所述三元催化涂層布置于鄰近壁流式過濾器出口的多個(gè)過濾器流動(dòng)通道的表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的柴油顆粒過濾器，其特征在于，相比于從未涂覆的具有相同結(jié)構(gòu)的壁流式過濾器有效去除聚積煙炱的溫度，在過濾器再生時(shí)所述三元催化涂層降低了從所述壁流式過濾器有效去除聚積煙炱的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的柴油顆粒過濾器，其特征在于，所述三元催化涂層具有化學(xué)組合物，其與NOx反應(yīng)以降低在所述柴油機(jī)廢氣流中的所述NOx的量。
7.一種柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)，其包含: 流動(dòng)路徑，其配置為與從柴油機(jī)主體流出的廢氣流連接，其中所述廢氣包含NOx和碳?xì)浠衔铮? 柴油機(jī)氧化催化器，其配置為接收從所述流動(dòng)路徑流出的廢氣流，并降低廢氣中碳?xì)浠衔锏牧浚? 柴油機(jī)顆粒過濾器，其配置為接收從所述柴油機(jī)氧化催化器流出的廢氣流，其中所述柴油機(jī)顆粒過濾器包含具有配置為與流動(dòng)通過柴油機(jī)顆粒過濾器的廢氣流相接觸的三元催化涂層的顆粒過濾器，以降低廢氣中NOx的量。
8.如權(quán)利要求7所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒過濾器是壁流式過濾器。
9.如權(quán)利要求7所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，所述三元催化涂層布置于鄰近所述壁流式過濾器入口的基底上。
10.如權(quán)利要求7所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，所述三元催化涂層布置于鄰近所述壁流式過濾器出口的基底上。
11.如權(quán)利要求7所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，相比于從未涂覆的具有相同結(jié)構(gòu)的壁流式過濾器有效去除聚積煙炱的溫度，在過濾器再生時(shí)所述三元催化涂層配置成降低了從所述壁流式過濾器有效去除聚積煙炱的溫度。
12.如權(quán)利要求11所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，所述柴油氧化催化器布置于燃料投配器和柴油顆粒過濾器之間。
13.如權(quán)利要求7所述的廢氣系統(tǒng)，其特征在于，所述柴油氧化催化器包含三元催化涂層。
14.一種柴油機(jī)系統(tǒng)，其包含: 柴油機(jī)主體，其包含分別 與一個(gè)或多個(gè)汽缸相聯(lián)合的一個(gè)或多個(gè)火花塞； 空氣燃料混合器，其配置為在所述一個(gè)或多個(gè)汽缸中分別控制由所述一個(gè)或多個(gè)火花塞所點(diǎn)燃燃料的空燃比，其中所述空氣/燃料混合物進(jìn)一步地配置為提高所述空燃比以響應(yīng)柴油機(jī)系統(tǒng)的瞬時(shí)工況； 后處理廢氣系統(tǒng)，其配置為接收在一個(gè)或多個(gè)汽缸中產(chǎn)生的廢氣，其中所述后處理廢氣系統(tǒng)包含被三元催化劑涂覆的顆粒過濾器，其中所述三元催化涂層配置為與通過所述顆粒過濾器的廢氣流相接觸以降低廢氣流中的NOx。
15.如權(quán)利要求14所述的廢氣系統(tǒng)， 其特征在于，所述DOC具有三元催化涂層。
【文檔編號(hào)】F02D41/00GK103806987SQ201210595815
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】L·C·卡塔尼, M·烏哈斯基, R·羅迪古茲, J·希格勒, M·塞伯利希, J·施普, J·陳, D·卡迪卡爾, N·辛格, J·席爾瓦, S·曼達(dá)拉普 申請(qǐng)人:萬國引擎知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司