[发明专利]低背压的多孔蜂窝体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于过滤排气的壁流式过滤器，以及制造和结合该过滤器的排气系统和方法。

背景技术

柴油机排气系统可包括例如用于从柴油机排气中除去微粒(例如烟灰)的柴油机微粒过滤器(DPF)。在使用多个DPF除去微粒的情况中，这些DPF通常位于一个共同的外壳内，以相互紧密相邻的方式排列，例如如美国专利申请第2004/0161373号中所述。最广泛使用的DPF是壁流式过滤器。常规的壁流式过滤器由陶瓷蜂窝体基材构成，该基材具有由多个相交的多孔壁形成的纵向、平行的孔道。这些孔道的端部通常用陶瓷堵塞水泥堵塞，从而在蜂窝体基材的端面形成堵塞物的棋盘图案。过滤器的孔道的一些端部在蜂窝体基材的进口端面被堵塞，在本文中称为“进口通道”。同样，剩余的孔道端部通常也在蜂窝体基材的出口端面被堵塞以形成堵塞物的棋盘图案，在本文中称为“出口通道”。在使用中，含夹带的烟灰颗粒的排气进入进口通道，流过多孔壁(即壁流)，进入出口通道，从出口通道离开，多孔壁截留了排气中包含的一部分颗粒。

常规的壁流式过滤器可清洁，以防止过滤器被堵塞，并保持过滤器上的合适压降在规定限值以下。过滤器上的压降增加通常导致发动机上背压增加，如果不加以控制，可导致功率损耗。一种已知的清洁过滤器的方法是通过热再生(在下文中称为“再生”)去除过滤器中捕集的烟灰。再生可以是“被动的”、“主动的”或其组合。在“被动”再生中，排气进入过滤器时的进口温度足够高，以致于排气本身可以引起壁流式过滤器中捕集的烟灰燃烧。在“主动”再生中，过滤器的温度较低而需要输入额外的能量将排气(和过滤器)的温度提高到能使过滤器中捕集的烟灰燃烧的程度。

在一些应用中(例如越野柴油发动机应用和改进型应用)对壁流式过滤器的过滤效率的技术要求不大严格，要求壁流式过滤器具有较低的初始压降和总压降，还希望具有较低的过滤器体积和低的再生频率。如上所述，常规的工业标准过滤器由于需要进行有规律的/周期性的再生，在周期性的再生之前会累积起一定的背压，因此无法满足该需求。

因此对于这些越野应用和改进型应用需要具有以下性质的过滤器：背压降低，具有适中高的清洁过滤效率和在高烟炱加载条件下具有低过滤效率，在相同的高烟炱加载水平/条件下具有烟炱旁路/自我保护特征，因此在工作过程中需要进行的再生情况较少。

发明内容

本发明涉及陶瓷蜂窝体制品，更具体来说涉及具有适合用于排气后处理应用的性质的陶瓷蜂窝体制品；特别适合用于那些需要适当减小的高清洁过滤效率和低过滤效率、降低的背压以及较少的再生情况的越野和改进型柴油机排气过滤的陶瓷蜂窝体制品。

在本发明的第一个方面，提供了一种多孔陶瓷蜂窝体制品，其包括被多孔孔道壁分隔的大量平行的孔道，总孔隙率(％P)满足40％＜％P＜70％。所述陶瓷蜂窝体制品孔隙率的至少一部分构成具有以下特征的粗孔：深度等于孔道壁的厚度，孔道壁平面内具有至少一个尺寸的宽度，直径(D)至少与孔道壁的厚度一样大。

另外，根据本发明另外的实施方式，所述粗孔的平均孔径大于200微米，存在于所述蜂窝体制品孔道壁之内，使得粗孔的密度近似≥0.1个孔/厘米²。另外，所述陶瓷蜂窝体制品的粗孔的平均孔径大于300微米；在一些实施方式中大于400微米。

本发明的陶瓷蜂窝体制品适合用于高温应用，特别适合用作越野和改进型柴油机排气过滤器应用，这是因为这些蜂窝体制品具有低的压降，适中高的清洁过滤效率，在高烟炱加载水平/条件下具有低过滤效率，需要不大频繁的再生情况，这都是因为在高烟炱加载水平/条件下大孔/粗孔的旁路功能的结果。为此，在另一方面，提供一种陶瓷蜂窝体制品，该蜂窝体制品具有过滤器结构，具有进口端和出口端，许多从进口端延伸至出口端的孔道，所述孔道具有多孔壁，其中，所有孔道的一部分在进口端沿其长度的一部分被堵塞，在进口端为开放的其余部分的孔道优选在出口端沿其长度的一部分被堵塞，使从进口端通过蜂窝体的孔道至出口端的发动机排气流流入开放的孔道，然后通过孔道壁，通过开放的孔道在出口端从制品排出。