具有高初始过滤效率的汽油微粒过滤器及其制造方法技术

汽油直接喷射(GDI)发动机需要汽油微粒过滤器(GPF)作为排放控制系统的关键部件，以减少微粒排放。GPF已知具有较差的初始性能，但在过滤器形成滤饼后其性能得到改善。这种较差的初始性能使得无法根据车辆认证的里程要求准确评估车辆排放性能。本文公开了组合物和方法以改善新的或低里程的GPF的过滤效率。

Gasoline particulate filter with high initial filtration efficiency and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
具有高初始过滤效率的汽油微粒过滤器及其制造方法
本公开涉及用于汽油直喷发动机的排气系统中的汽油微粒过滤器。
技术介绍
虽然传统的端口燃料喷射(PFI)汽油发动机具有极低的微粒排放，但较新的汽油直喷(GDI)发动机具有与柴油发动机相当的微粒排放。汽油微粒过滤器(GPF)已被引入汽车市场中用于GDI发动机的排放控制系统，以减少微粒排放。然而，新安装的新的GPF具有相对较低的初始过滤效率。新的或低里程的GPF的低过滤效率是由于需要从废气流中去除的颗粒物质积聚在过滤器基板上从而在GPF中建立其滤饼过滤，以提高过滤效率。要实现高过滤性能依赖从床过滤到滤饼过滤的过渡，同时还要具有最小的背压和过滤器尺寸。一旦达到滤饼过滤，过滤器将继续工作，在整个设备的使用寿命期间几乎不改变过滤效率。在汽车中需要快速实现这种转变，以满足微粒排放的认证测试要求。由于汽车制造商在认证测试之前调整汽车的运行时间的可能性有限(大约从数百到数千公里，这取决于测试)，因此在认证测试窗口期间很难通过正常的车辆操作积聚足够的颗粒以建立滤饼。目前设计的过滤器，通过调整过滤器的尺寸，增加孔隙率，改变孔径分布以及其他改善初始过滤效率的措施来补偿较差的初始效率。但这些绕行设计产生了许多新问题，包括制造成本，包装限制，有效地将废气流分布在过滤器上等许多挑战。因此，需要新的方法来快速实现高过滤效率，以允许更有效的过滤器设计并满足认证测试的各种限制。
技术实现思路
基于上述问题，需要快速建立滤饼过滤，以便准确地评估用于认证的车辆排放并实现低里程合规性，而这是通过正常的车辆操作无法实现的。此外，在没有这些初始性能约束的情况下，需要汽车制造商优化过滤器设计以改善使用期间的性能。本专利技术涉及高初始效率的微粒过滤器，其已经预先处理以在安装到排气系统之前或之后不久实现滤饼过滤。在一个方面，该微粒过滤器是一个包括孔的新制造的，使用前的汽油微粒过滤器，其中该孔至少部分地填充有颗粒物质。在一些示例中，使用前的汽油微粒过滤器在100英里后可提供至少80％的过滤效率。在一些实例中，颗粒物质包括烟灰替代物质，灰分替代物质和聚集颗粒物质中的至少一种。在一些实例中，颗粒物质包括二氧化硅粉末，氧化铝粉末，滑石，石膏，烟灰，灰分，面粉，淀粉和盐中的一种或多种。在一些实例中，颗粒物质以至少约0.5克/升的量存在于汽油微粒过滤器上。在其他实例中，颗粒物质以高达约6克/升的量存在于汽油微粒过滤器上。在一些实例中，颗粒物质包含多个颗粒，其中每个颗粒的直径为约10纳米至约200微米。在一些实例中，颗粒物质包括替代烟灰物质，替代灰分物质和聚集替代物质中的一种或多种。在另一方面，一种预处理汽油微粒过滤器的方法包括在将该汽油微粒过滤器安装在车辆中之前使包含孔的汽油微粒过滤器与微粒物质接触以产生预处理的汽油微粒过滤器，其中孔至少部分地填充有该颗粒物质。在一些实例中，颗粒物质包括替代烟灰物质，替代灰分物质和聚集替代物质中的一种或多种。在一些实例中，颗粒物质包括二氧化硅粉末，氧化铝粉末，滑石，石膏，烟灰，灰分，面粉，淀粉和盐中的一种或多种。在一些实例中，颗粒物质包含多个颗粒，其中每个颗粒的直径为约10纳米至约200微米。在一些示例中，通过将颗粒物质气动输送到汽油微粒过滤器中来进行接触。在一些实例中，通过该方法生产的预处理汽油微粒过滤器可操作以在1000英里后提供大于80％的过滤效率。在另一方面，一种提高汽油微粒过滤器在其初始使用中的过滤效率的方法，包括使新安装的汽油微粒过滤器与包含来自引发组合物的微粒物质的排气流接触。在一些实例中，引发组合物可包含燃料添加剂组合物。在一些实例中，可将引发组合物添加到用于初始箱填充的燃料中。或者，可在添加燃料之前将引发组合物直接置于燃料箱中。在一些实例中，引发组合物包含含锰的有机金属化合物。在将引发组合物加入燃料中的情况下，有机金属化合物以有效提供每升引发组合物约2至约36毫克锰的量存在于引发组合物中。在一些实例中，有机金属化合物是甲基环戊二烯基三羰基锰(MMT)。在另一方面，一种提高汽油微粒过滤器的初始使用中的过滤效率的方法包括使汽油微粒过滤器与包含源自引发组合物的微粒物质的排气流接触。在一些实例中，引发组合物包含润滑剂制剂。因为润滑剂制剂向燃料中的迁移是有限的，所以可以将润滑剂制剂添加到燃料中以用于初始箱填充或前几次的箱填充。或者，可以在添加燃料之前将润滑剂制剂直接放置在燃料箱中。在一些实例中，引发组合物包含至少一种选自Ca，Mg，Mo，Zn，P，Ti，Mn，W，Na和K的化学元素的化合物。在一些实例中，引发组合物还包含燃料。在一些实例中，引发组合物包含基于该引发组合物重量不超过3％重量百分比的润滑剂制剂。在一些实例中，根据ASTMD874(2018)测量，润滑剂制剂包含至少3％的硫酸盐灰分值(SASH)。在一些实例中，该方法还包括测量与引发组合物接触的汽油微粒过滤器的过滤效率，其中在100英里后过滤效率大于80％。在其他实例中，在100英里后，过滤效率大于80％。在一些实例中，该方法还包括在原始设备制造期间用该引发组合物处理燃料箱，以及向燃料箱中添加燃料。提供以下术语定义以帮助阐明本文使用的某些术语的含义。术语“油组合物”，“润滑组合物”，“润滑油组合物”，“润滑油”，“润滑剂组合物”，“润滑的组合物”，“完全配制的润滑剂组合物”，“润滑剂”，“曲轴箱油”，“曲轴箱润滑剂”，“发动机油”，“发动机润滑油”，“机油”和“发动机的润滑油”被认为是同义词，是完全可互换的术语，它们指的是包含主要量的基础油和少量添加剂组合物的成品润滑产品。如本文所用，术语“添加剂”，“添加剂包”，“添加剂浓缩物”，“添加剂组合物”，“发动机油添加剂包”，“发动机油添加剂浓缩物”，“曲轴箱添加剂包”，“曲轴箱添加剂浓缩物，“机油添加剂包”，“机油浓缩物”等被认为是同义词，是完全可互换的术语，指的是润滑油组合物的一部分，其不包括主要量的基础油混合物。添加剂包可以包括或不包括粘度指数改进剂或倾点下降剂。除非另有明确说明，本文所用的术语“重量百分比”是指所述组分占整个组合物重量的百分比。本文使用的术语“可溶的”，“油溶性的”或“可分散的”可以但不一定表示化合物或添加剂以各种比例可溶于，可溶解，可混溶或能够悬浮于油中。然而，前述术语的确意味着它们在一定程度上可溶于，可悬浮，可溶解或稳定地分散在油中，该程度足以在使用油的环境中发挥其预期效果。此外，如果需要，额外掺入其他添加剂还可以允许掺入更高含量的某些特定添加剂。本文所用的术语“TBN”用于表示通过ASTMD2896或ASTMD4739或DIN51639-1的方法测量的以mgKOH/g计的总碱值。本文所用的术语“烷基”是指直链，支链，环状和/或取代的约1至约100个碳原子的饱和链部分。本文所用的术语“烯基”是指直链，支链，环状和/或取代的约3至约10个碳原子的不饱和链部分。本文所用的术语“芳基”是指单环和多环芳族化合物，其可包括烷基，烯基，烷芳基，氨基，羟基，烷氧基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽油微粒过滤器，包括：/n包含孔的使用前的汽油微粒过滤器，/n其中该孔至少部分地填充有颗粒物质。/n

【技术特征摘要】
20180904 US 16/121,2361.一种汽油微粒过滤器，包括：
包含孔的使用前的汽油微粒过滤器，
其中该孔至少部分地填充有颗粒物质。


2.根据权利要求1所述的汽油微粒过滤器，其中在100英里的初始里程之后，该使用前的汽油微粒过滤器可提供至少80％的过滤效率；或者其中该颗粒物质包括烟灰替代物质，灰分替代物质和聚集颗粒物质中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的汽油微粒过滤器，其中该颗粒物质包括二氧化硅粉末，氧化铝粉末，滑石，石膏，烟灰，灰分，面粉，淀粉和盐中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的汽油微粒过滤器，其中该颗粒物质以至少约0.5克/升的量存在于该汽油微粒过滤器上；或者其中该颗粒物质以高达约6克/升的量存在于该汽油微粒过滤器上；或者其中该颗粒物质包括多个直径为约10纳米至约200微米的颗粒。


5.一种预处理汽油微粒过滤器的方法，包括：
在将该汽油微粒过滤器安装在车辆中以产生该预处理汽油微粒过滤器之前，使该包含孔的汽油微粒过滤器与该颗粒物质接触，其中该孔至少部分地填充有该颗粒物质。


6.根据权利要求5所述的方法，其中该颗粒物质包括一种或多种替代烟灰物质，替代灰分物质和聚合物替代物质。


7.根据权利要求6所述的方法，其中该颗粒物质包括二氧化硅粉末，氧化铝粉末，滑石，石膏，烟灰，灰，面粉，淀粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵慧芳，约瑟夫·W·鲁斯，约瑟夫·E·雷米亚斯，
申请(专利权)人：雅富顿化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US