[发明专利]流过式蜂窝状基底和废气后处理系统和方法

说明书

背景

本发明总的涉及陶瓷蜂窝状制品，更具体而言，本发明涉及用于纯化柴油机 废气的包括所述蜂窝状制品的系统和方法。更具体而言，本发明涉及流过蜂窝状基 底和包括流过式基底和壁流式颗粒过滤器的组合的方法和系统。

柴油机燃料燃烧产生含有烟灰的颗粒。这些颗粒是常规的燃料燃烧逸散物如 一氧化碳、烃和一氧化氮之外的物质。通常在柴油发动机系统使用壁流式颗粒过滤 器来除去废气中的颗粒。这些壁流式颗粒过滤器通常由具有平行的流通通道和内部 多孔壁的蜂窝状基底制成。流通通道通常以棋盘的形式被堵上，这样废气一旦处于 该蜂窝状基底内部，就被迫使通过该内部多孔壁，从而该多孔壁截留该废气中的部 分颗粒。

已发现壁流式颗粒过滤器能有效除去废气中的颗粒。但是，随着多孔壁中俘 获的颗粒增加，该蜂窝状过滤器中的压降增大。在以柴油机为动力的车辆中，这种 增加的压降导致针对该柴油发动机的背压逐渐增加。当蜂窝状基底中的压降达到某 个水平时，壁流式颗粒过滤器可进行原位热再生。热再生涉及使该壁流式颗粒过滤 器达到给足以完全燃烧烟灰的温度。

在热再生过程中，由于对热再生的控制差，在蜂窝状过滤器中各点会出现过 高的温度峰值。这些过高的温度峰值会在蜂窝状过滤器中产生热应力。如果热应力 超出内部机械强度，壁流式颗粒过滤器可能会破裂，这会在一些情况下降低性能。 因此，需要有更好地控制壁流式颗粒过滤器在热再生过程中的再生温度的手段。

概述

在一个广泛的方面，本发明是一种废气处理系统，它包括位于壁流式颗粒过 滤器的上游的流过式蜂窝状基底。该流过式蜂窝状基底具有进口面和出口面以及多 个纵向孔(cell)壁，所述纵向孔壁在所述进口面和出口面之间延伸。该纵向孔壁 限定多个平行的在所述进口面和出口面之间延伸的孔通道。该流过式蜂窝状基底具 有包括该该平行孔通道的第一部分的流过区，和包括该平行孔通道的第二部分的流 过控制区。该平行通道的第一部分包括流过物直接流过的未堵塞的通道，该平行通 道的第二部分包括堵塞的通道。流过控制区中的堵塞的孔通道调节流过该蜂窝状基 底的流过物，这样在进口面具有第一流过物分布的流过物在出口面以第二流过物分 布的形式出现，该第二流过物分布与该第一流过物分布不同。具体而言，所调节的 流过物产生自该堵塞的通道的径向的堵塞物密度，该密度是不均匀的。所产生的流 过物可以是例如比该第一流过物分布更均匀。或者，可开发出任何所需的流过物特 征并使其呈现给下游颗粒过滤器。因此，可控制下游壁流式过滤器内的径向烟灰分 布。

根据本发明另一实施方式，堵塞物分布在流过式蜂窝状基底中，以使径向的 堵塞物密度是不均匀的。更详细地说，径向堵塞物密度相对于进口面区域的径向矩 心而言是不均匀的。根据本发明的另一实施方式，该流过控制区可包括比该流过区 更高的径向密度的堵塞物。某些实施方式包括一内部区域，与设置于该内部区域径 向外部的外部区域相比，该内部区域的堵塞孔通道的径向密度相对较高。在另一实 施方式中，与从一居间区域径向向内或向外布置的区域相比，该居间区域包括相对 高的堵塞物密度。在又一实施方式中，最小密度的堵塞物位于矩心区域之外。例如， 最小堵塞物密度可能位于内部区域和外部区域之间的居间区域。因此，这些实施方 式改变了整个蜂窝状基底的流动速度特征，使得施加于下游壁流式颗粒过滤器的流 过模式包括所需的改变的流速特征。例如，该流速特征可包括与无堵塞物的类似流 过基底(即，具有未改变的流过特征)相比在其径向外部区域中的相对较高的流速 水平。任选地，最大流速可与具有较低流速的环形区域的居间区域重合。

在另一大的方面，本发明是废气系统，包括非均匀堵塞的流过式蜂窝状基底， 和下游壁流式颗粒过滤器。该壁流式过滤器被施加并接受产生自开始时流过非均匀 堵塞的流过式蜂窝状基底的流过物的改变的流速特征。具体而言，与未堵塞的类似 的流过式基底相比(相同的孔结构、壁厚度、孔密度等等)，通过基底的流速特征 可被显著改变。可改变流速特征以使例如与具有类似的孔结构的未改变流过基底的 系统相比，从该流过式蜂窝状基底流出的流过物特征中的高速度区域的数量减少。 在其它实施方式中，通过在流过基底中提供合适的堵塞模式以在通向下游壁流式过 滤器的进口提供任何需要的流过模式而改变流速特征。在一些实施方式中，改变流 过物，这样相对多的烟灰由该壁流式过滤器的中心区域辐射式地向外分布。这可降 低过滤器活性再生历程中的温度峰值。