排氣凈化過(guò)濾器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種排氣凈化過(guò)濾器。
【背景技術(shù)】
[0002]在收集排氣中的粒狀物質(zhì)的顆粒過(guò)濾器配置在排氣通路內(nèi)的壓燃式內(nèi)燃機(jī)中，顆粒過(guò)濾器包含交替地配置的排氣流入通路和排氣流出通路，以及多孔的分隔部，該多孔的分隔部將這些排氣流入通路和排氣流出通路彼此隔開(kāi)。在這種顆粒過(guò)濾器中，排氣流入通路在其下游端處由下游側(cè)塞閉合，而排氣流出通路在其上游端處由其上游側(cè)塞閉合。因此，排氣首先流入排氣流入通路，然后穿過(guò)周圍的分隔部，從而流出到鄰近的排氣流出通路中。結(jié)果，排氣中的粒狀物質(zhì)被收集在分隔部上，而由此抑制粒狀物質(zhì)釋放到大氣中。
[0003]隨著收集在顆粒過(guò)濾器上的粒狀物質(zhì)的量增加，壓力損失在顆粒過(guò)濾器中逐漸增加。因而，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出會(huì)降低。因此，在這種內(nèi)燃機(jī)中，執(zhí)行在將顆粒過(guò)濾器維持在氧化氣氛中的同時(shí)、顆粒過(guò)濾器的溫度增加的PM除去過(guò)程，來(lái)燃燒粒狀物質(zhì)且將粒狀物質(zhì)從顆粒過(guò)濾器除去。
[0004]排氣中包含稱作“灰”的非可燃成分?；疫B同粒狀物質(zhì)一起由顆粒過(guò)濾器收集。盡管執(zhí)行了 PM除去過(guò)程，但是灰沒(méi)有燃燒或汽化，而是殘留在顆粒過(guò)濾器上。因此，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，收集在顆粒過(guò)濾器上的灰量逐漸增加，而因此顆粒過(guò)濾器中的壓力損失逐漸增加。因而，即使PM除去過(guò)程重復(fù)地執(zhí)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出也會(huì)降低。
[0005]日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第2004-130229號(hào)(JP 2004-130229 A)公開(kāi)了一種顆粒過(guò)濾器，在該顆粒過(guò)濾器中，通孔形成在下游側(cè)塞中，使得灰通過(guò)該通孔而從顆粒過(guò)濾器流出。在JP 2004-130229 A中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，該通孔被粒狀物質(zhì)閉合。當(dāng)該通孔閉合時(shí)，該顆粒過(guò)濾器能夠以與不包含任何通孔的傳統(tǒng)的顆粒過(guò)濾器相同的方式來(lái)收集粒狀物質(zhì)。接下來(lái)，執(zhí)行PM除去過(guò)程，然后除去使通孔閉合的粒狀物質(zhì)，從而打開(kāi)該通孔。結(jié)果，顆粒過(guò)濾器上的灰通過(guò)該通孔而被從顆粒過(guò)濾器排出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在JP 2004-130229 A中，在從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)或PM除去過(guò)程完成時(shí)至通孔閉合時(shí)的期間內(nèi)，存在粒狀物質(zhì)通過(guò)該通孔而從顆粒過(guò)濾器流出的可能性。在JP2004-130229 A中，由于通孔的直徑設(shè)定成等于或大于0.2mm，因此由粒狀物質(zhì)閉合具有該尺寸直徑的通孔可需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間量。因此，存在通過(guò)該通孔而從顆粒過(guò)濾器流出的粒狀物質(zhì)的量增加的可能性。
[0007]本發(fā)明提供了一種能夠抑制由灰引起的排氣凈化過(guò)濾器中的壓力損失的增加而同時(shí)可靠地收集粒狀物質(zhì)的排氣凈化過(guò)濾器。
[0008]依照本發(fā)明的方案，排氣凈化過(guò)濾器配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)，且收集排氣中包含的粒狀物質(zhì)。所述排氣凈化過(guò)濾器包括:流入通路，排氣通過(guò)所述流入通路流入；流出通路，排氣通過(guò)所述流出通路流出，所述流出通路和所述流入通路交替地配置；以及分隔部。所述分隔部構(gòu)造成將所述流入通路和所述流出通路彼此隔開(kāi)，且所述分隔部為多孔的。所述分隔部包含涂覆區(qū)和在所述涂覆區(qū)的下游側(cè)的非涂覆區(qū)，在所述涂覆區(qū)中，所述分隔部的基部的表面由具有比所述基部的平均孔徑小的平均孔徑的第一涂層覆蓋，在所述非涂覆區(qū)中，所述基部的所述表面未由所述第一涂層覆蓋。所述基部在所述非涂覆區(qū)中的所述平均孔徑大到足以使排氣中包含的灰通過(guò)所述分隔部，且所述第一涂層由具有彼此不同的平均粒徑的多個(gè)顆粒群構(gòu)成。
[0009]在上述排氣凈化過(guò)濾器中，所述多個(gè)顆粒群可在所述基部上大體配置成層，且形成較靠近所述基部的層的所述顆粒群的平均粒徑可比形成較遠(yuǎn)離所述基部的層的所述顆粒群的平均粒徑大。
[0010]在上述的排氣凈化過(guò)濾器中，所述多個(gè)顆粒群可在幾乎均勻混合的狀態(tài)下配置在所述基部上。
[0011]在上述的排氣凈化過(guò)濾器中，形成所述第一涂層的所述顆粒群可由具有催化功能的金屬制成。
[0012]在上述的排氣凈化過(guò)濾器中，與所述第一涂層不同的第二涂層可設(shè)置在所述非涂覆區(qū)中，且所述第二層可包含催化劑。
[0013]在上述的排氣凈化過(guò)濾器中，所述流入通路可在排氣上游端處開(kāi)口，而在排氣下游端處閉合，并且所述流出通路可在所述上游端處閉合，而在所述下游端處開(kāi)口。
[0014]通過(guò)上述構(gòu)造，能夠抑制由灰引起的排氣凈化過(guò)濾器中的壓力損失的增加，同時(shí)可靠地收集粒狀物質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]參考附圖，將在下文描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例的特征、優(yōu)勢(shì)、以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)意義，其中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件，且其中:
[0016]圖1是依照本發(fā)明的實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的總體視圖；
[0017]圖2A是依照實(shí)施例的顆粒過(guò)濾器的正視圖；
[0018]圖2B是依照實(shí)施例的顆粒過(guò)濾器的側(cè)剖視圖；
[0019]圖3是依照實(shí)施例的分隔部的局部放大的剖視圖；
[0020]圖4是依照實(shí)施例的涂層的局部放大的視圖；
[0021]圖5是示出依照實(shí)施例的形成涂層的顆粒的尺寸分布的曲線圖；
[0022]圖6是依照實(shí)施例的涂層的局部放大的剖視圖；
[0023]圖7A是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的涂層的局部放大的剖視圖；
[0024]圖7B是依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的涂層的局部放大的剖視圖；
[0025]圖7C是依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的涂層的局部放大的剖視圖；
[0026]圖7D是依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的涂層的局部放大的剖視圖；
[0027]圖8是解釋依照本發(fā)明的顆粒過(guò)濾器的操作的示意圖；
[0028]圖9A是在顆粒之間的間隙的說(shuō)明圖；
[0029]圖9B是在顆粒之間的間隙的說(shuō)明圖；
[0030]圖9C是在顆粒之間的間隙的說(shuō)明圖；以及
[0031]圖10是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的分隔部的局部放大的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參考圖1，附圖標(biāo)記I表示內(nèi)燃機(jī)的主要單元，附圖標(biāo)記2表示進(jìn)氣通路，附圖標(biāo)記3表示排氣通路，以及附圖標(biāo)記4表示配置在排氣通路3內(nèi)的排氣凈化過(guò)濾器。在圖1所示的實(shí)施例中，排氣凈化過(guò)濾器4由壁流式顆粒過(guò)濾器(wall-flow particulate filter)構(gòu)成。在圖1所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)I由壓燃式內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成。然而，內(nèi)燃機(jī)I并不限制于本實(shí)施例中的內(nèi)燃機(jī)，而是在另一個(gè)實(shí)施例中由火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成。
[0033]圖2A和圖2B示出了顆粒過(guò)濾器4的結(jié)構(gòu)。圖2A是顆粒過(guò)濾器4的正視圖。圖2B是顆粒過(guò)濾器4的側(cè)剖視圖。如圖2A和圖2B所示，顆粒過(guò)濾器4具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，且包含彼此平行延伸的多個(gè)排氣流道5i和5ο以及將排氣流道5i和排氣流道5ο彼此隔開(kāi)的分隔部6。在如圖2Α和圖2Β所示的實(shí)施例中，排氣流道5i和排氣流道5ο由排氣流入通路5i和排氣流出通道5ο構(gòu)成，其中排氣流入通路在其上游端開(kāi)口而在其下游端由塞子7d閉合，排氣流出通路在其上游端由塞子7u閉合而在其下游端開(kāi)口。在圖2A中，剖面線部分示出了塞子7u。排氣流入通路5i和排氣流出通路5ο交替地配置，分隔部6介于排氣流入通路5i和排氣流出通路5ο之間，該分隔部為薄壁。換句話說(shuō)，排氣流入通路5i和排氣流出通路5o配置成使得:排氣流入通路5i中的每一個(gè)均由四個(gè)排氣流出通路5ο包圍，而排氣流出通路5ο中的每一個(gè)也均由四個(gè)排氣流入通路5i包圍。然而，本發(fā)明并不限制于這種構(gòu)造，而是在另一個(gè)實(shí)施例中，排氣流道由在其上游端和下游端都開(kāi)口的排氣流入通路與在其上游端由塞子閉合而在其下游端開(kāi)口的排氣流出通路構(gòu)成。
[0034]在又一個(gè)實(shí)施例中，圍繞排氣流入通路5i的下游端的分隔部6變形以閉合此下游端，而圍繞排氣流出通路5ο的上游端的分隔部6變形以閉合此上游端。這使得塞子7u和塞子7d不是必要的。
[0035]如圖2B所示，分隔部6被劃分成涂覆區(qū)CZ和定位在涂覆區(qū)CZ下游側(cè)的非涂覆區(qū)NCZ0如圖3所示，在涂覆區(qū)CZ中，分隔部6的基部6s的表面由涂層8覆蓋。與此相反，在非涂覆區(qū)NCZ中，分隔部基部6s的表面未由上述的涂層8覆蓋。
[0036]在圖3所示的實(shí)施例中，涂層8設(shè)置在分隔部基部6s的面對(duì)排氣流入通路5i的一個(gè)表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，涂層8設(shè)置在分隔部基部6s的面對(duì)排氣流出通路5ο的一個(gè)表面上。在又一個(gè)實(shí)施例中，涂層8設(shè)置在分隔部基部6s的分別面對(duì)排氣流入通路5i和排氣流出通路5ο的兩個(gè)表面上。涂層8的一部分可有時(shí)在孔處到達(dá)分隔部6的內(nèi)表面的一部分或全部。
[0037]在圖2Β所示的實(shí)施例中，涂覆區(qū)CZ的上游邊緣基本上與分隔部6的上游端對(duì)應(yīng)。在圖2Β所示的實(shí)施例中，非涂覆區(qū)NCZ的下游邊緣基本上與分隔部6的下游端對(duì)應(yīng)。然而，涂覆區(qū)CZ和非涂覆區(qū)NCZ的定位并不限制于本實(shí)施例中描述的。在另一個(gè)實(shí)施例中，涂覆區(qū)CZ的上游邊緣定位在分隔部6的上游端的下游側(cè)。在又一個(gè)實(shí)施例中，非涂覆區(qū)NCZ的下游邊緣定位在分隔部6的下游端的上游側(cè)。例如，涂覆區(qū)CZ的縱向長(zhǎng)度設(shè)定成顆粒過(guò)濾器4的縱向長(zhǎng)度的50%至90%。
[0038]分隔部基部6s由多孔材料形成，該多孔材料例如為諸如堇青石的陶瓷、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁、二氧化硅、莫來(lái)石、硅酸鋁鋰或磷酸鋯。
[0039]如圖4所示，涂層8由多個(gè)顆粒9形成，且包含在顆粒9之間的多個(gè)間隙或孔10。因此，涂層8為多孔的。因此，如由圖2B中的箭頭所示，排氣首先流入排氣流入通路5i內(nèi)，然后穿過(guò)圍繞排氣流入通路5i的分隔部6，從而流出到鄰近排氣流入通路5i的排氣流出通路5o中。
[0040]在圖4所示的實(shí)施例中，顆粒9由具有催化功能的金屬制成。催化功能的實(shí)例包含氧化功能、以及在如HC或氨的還原劑存在時(shí)的NOx還原作用。如鉑(Pt)、銠(Rh)、或鈀(Pd)的鉑族金屬、或如銅(Cu)、鐵(Fe)、銀(Ag)、或銫(Cs)的金屬能夠作為具有氧化功能的金屬來(lái)使用。在另一個(gè)實(shí)施例中，顆粒9由與用于分隔部基部6s的陶瓷相同的陶瓷制成，或由如Y-Pr-Ce氧化物、CeO2S S1 2的氧化物制成，作為具有氧化功能的金屬。在又一個(gè)實(shí)施例中，顆粒9由上述的金屬和陶瓷制成，或由上述的金屬和氧化物制成。
[0041]在本實(shí)施例中，分隔部基部6s的平均孔徑等于或大于25 μπι且等于或小于10ym0當(dāng)分隔部基部6s的平均孔徑等于或大于25 μ m時(shí)，排氣中所包含的大部分的灰能夠穿過(guò)分隔部6。換句話說(shuō)，分隔部6的孔徑設(shè)定成使得排氣中所包含的灰能夠在非涂覆區(qū)NCZ中穿過(guò)分隔部6。在又一種描述中，分隔部6的孔徑設(shè)定