一种用于车辆正点火内燃发动机(12)的排气系统(10)包含用于过滤来自发动机排放的废气的颗粒物质的过滤器(20)，所述过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基材，其中所述入口表面与出口表面通过含有具有第一平均孔尺寸的孔的多孔结构分隔，其中所述多孔基材涂有包含多个固体颗粒的三路催化剂载体涂层，其中所述载体涂布的多孔基材的多孔结构含有具有第二平均孔尺寸的孔，并且其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，并且三路催化剂载体涂层布置在位于过滤器上游的单独的基材整料(18)上，其中在上游基材整料上的三路催化剂载体涂层的质量小于等于在排气系统中的三路催化剂载体涂层总质量的75%。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆正点火内燃发动机的排气系统本专利技术涉及一种用于处理在来自车辆正点火内燃发动机的废气中的颗粒物质(PM)的排气系统，特别用于化学计量操作的正点火发动机，但是也适用于贫燃烧正点火发动机，所述系统包含用于处理PM的过滤器。正点火发动机使用火花点火引起烃和空气混合物燃烧。与之对比,压缩点火发动机通过将烃喷射至压缩空气中引起烃燃烧。正点火发动机可通过汽油燃料、与充氧物(包括甲醇和/或乙醇)共混的汽油燃料、液体石油气或压缩天然气供应燃料。三路催化剂(TWC)通常含有一种或多种钼族金属，特别是选自钼、钯和铑的那些。TffC旨在催化三个同时的反应⑴一氧化碳氧化为二氧化碳，( )未燃烧的烃氧化为二氧化碳和水；和(iii)氮氧化物还原为氮和氧。它们不设计用于从贫废气吸附N0X。当TWC接受来自在或大致在化学计量点运转的发动机的废气时，反应(i)-(iii)(含)最有效地发生。如本领域公知的，当在正点火(例如，火花-点火)内燃发动机中燃烧汽油燃料 时，排放的一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和氮氧化物(NOx)的量主要受燃烧气缸中空气与燃料比率的影响。具有化学计量平衡的组成的废气为其中氧化气体(NOj^PO2)和还原气体(HC和CO)的浓度实质上匹配的废气。产生这种化学计量平衡的废气组成的空气与燃料比率通常给定为14. 7:1。理论上，应该可能实现在化学计量平衡的废气组成中02、N0X、CO和HC完全转化为C02、H2O和N2 (和残余的O2)，并且这是TWC的责任。因此，理想地，发动机的操作方式应使得燃烧混合物的空气与燃料比率产生化学计量平衡的废气组成。在废气的氧化气体和还原气体之间限定组成平衡的一种方式为废气的λ (λ)值，其可如下根据方程式(I)来限定 实际的发动机空气与燃料比率/化学计量发动机空气与燃料比率，(I) 其中λ值为I代表化学计量平衡的(或化学计量)废气组成，其中λ值>1代表过量的OdPNOx，并且该组成描述为“贫”，并且其中λ值〈I代表过量的HC和CO，并且该组成描述为“富”。本领域还常将发动机操作时的空气与燃料比率称为“化学计量”、“贫”或“富”，这取决于空气与燃料比率产生的废气组成，因此，取决于化学计量操作的汽油发动机或贫燃烧的汽油发动机。应理解的是，当废气组成为贫化学计量时，使用TWC将NOx还原为N2不太有效。同样，当废气组成为富时，TWC不太能氧化CO和He。因此，挑战在于保持流动进入TWC的废气的组成尽可能接近化学计量组成。当然，当发动机处于稳态时，相对容易确保空气与燃料比率为化学计量。然而，当发动机用于推动车辆时，所需的燃料的量暂时改变，这取决于司机对发动机的载荷要求。这使得控制空气与燃料比率从而为三路转化产生化学计量废气特别困难。实际上，通过发动机控制单元来控制空气与燃料比率，该发动机控制单元接受关于废气组成的信息，其来自废气氧(EGO)(或λ)传感器所谓的闭合回路反馈系统。这种系统的特性在于空气与燃料比率在稍富化学计量(或对照设定)点和稍贫之间振荡(或扰动)，因为存在与调节空气与燃料比率关联的时间滞后。该扰动的特征在于空气与燃料比率的幅度和响应频率(Hz)。在典型的TWC中的活性组分包含在高表面积氧化物上负载的钼和钯中的一种或二者与铑的组合或甚至仅钯(不含铑)，以及氧储存组分。当废气组成稍微富于设定点时，需要少量的氧来消耗未反应的CO和HC，S卩，使得反应更加化学计量。相反，当废气稍微贫时，需要消耗过量的氧。这通过开发在扰动期间释放或吸收氧的氧储存组分来实现。在现代TWC中最常用的氧储存组分(OSC)为二氧化铈(CeO2)或含有铈的混合氧化物，例如，Ce/Zr混合氧化物。环境PM基于它们的空气动力学直径(空气动力学直径定义为作为测量的颗粒在空气中具有相同沉降速度的I g/cm3密度球体的直径)被大多数作者分为以下种类 (i)PM-10—空气动力学直径小于10 μπι的颗粒； (ii)细颗粒一直径低于2.5 μ m(PM-2. 5)； (iii)超细颗粒一直径低于O.I μ m(或100 nm);和· (iv)纳米颗粒一特征为直径小于50nm。自从二十世纪九十年代中期，由于细和超细颗粒可能不利的健康影响，从内燃发动机排放的颗粒的颗粒尺寸分布已受到越来越多的关注。在环境空气中PM-10颗粒的浓度在美国受到法律的管制。由于表明在人死亡率和低于2. 5 μ m的细颗粒的浓度之间强关联的健康研究，美国在1997年引入对于PM-2. 5的新的另外的环境空气质量标准。现在关注点已转移至由柴油和汽油发动机产生的纳米颗粒，这是因为由对2.5-10. O μ m范围的颗粒研究发现推断，比起更大尺寸的颗粒，认为纳米颗粒更深地渗入人肺，因此认为纳米颗粒比较大颗粒更加有害。柴油颗粒的尺寸分布具有良好建立的双峰特性，其相应于颗粒成核和聚集机理，其中相应的颗粒类型分别称为核模式和聚集模式(参见图I)。由图I可见，在核模式中，柴油PM由保持非常小质量的众多小颗粒组成。几乎所有的柴油颗粒的尺寸显著小于I ym，即，它们包括细(即，落入1997美国法律范围内)、超细和纳米颗粒的混合物。认为核模式颗粒主要由挥发性冷凝物(烃、硫酸、硝酸等)组成并且含有很少的固体材料，例如灰和碳。聚集模式颗粒理解为包含与冷凝物和吸附的材料(重质烃、硫物类、氮氧化物衍生物等)混合的固体(碳、金属灰等)。认为粗模式颗粒不在柴油燃烧过程中产生，并且可通过以下机理形成例如颗粒材料从发动机气缸、排气系统或颗粒取样系统的壁沉积随后重新夹带。这些模式之间的关系示于图I。成核颗粒的组成可随着发动机运行条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和取样系统条件而变。实验室作业和理论显示，大多数核模式形成和生长在低稀释比率范围内发生。在该范围内，挥发性颗粒前体(如重质烃和硫酸)由气体向颗粒转化导致同时成核和核模式生长以及在聚集模式中的现有颗粒上吸附。实验室测试(例如，参见SAE 980525和SAE 2001-01-0201)已显示核模式形成随着空气稀释温度的降低而强烈提高，但是对于湿度是否具有影响存在矛盾的证据。通常，低温度、低稀释比率、高湿度和长停留时间有利于纳米颗粒形成和生长。研究已显示纳米颗粒主要由挥发性材料(如重质烃和硫酸)组成，固体级分的迹象仅在非常高载荷下存在。与之对比，在稳态操作中汽油颗粒的发动机-输出尺寸分布显示单峰分布，具有约60-80nm的峰(例如，参见SAE 1999-01-3530中的图4)。通过与柴油尺寸分布比较，汽油PM主要为超细，具有可忽略的聚集和粗模式。在柴油颗粒过滤器中柴油颗粒的颗粒收集基于使用多孔屏障将气体负荷的颗粒与气相分离的原理。柴油过滤器可定义为深床过滤器和/或表面型过滤器。在深床过滤器中，过滤介质的平均孔尺寸大于收集的颗粒的平均直径。通过深度过滤机理(包括扩散沉积(布朗运动)、惯性沉积(冲击)和流线拦截(布朗运动或惯性))的组合，颗粒在介质上沉积。在表面型过滤器中，过滤介质的孔直径小于PM的直径，因此，通过筛分分离PM。通过收集的柴油PM本身的累积进行分离，该累积通常称为“过滤滤饼”，该过程通常称为“滤饼过滤”。可以理解，柴油颗粒过滤器，例如陶瓷壁流整料，可通过深度和表面过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.24 GB 0922612.7;2010.02.26 GB 1003244.9;201.一种用于车辆正点火内燃发动机的排气系统，所述系统包含用于过滤来自发动机排放的废气的颗粒物质的过滤器，所述过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基材，其中所述入口表面与出口表面通过含有具有第一平均孔尺寸的孔的多孔结构分隔，其中所述多孔基材涂有包含多个固体颗粒的三路催化剂载体涂层，其中所述载体涂布的多孔基材的多孔结构含有具有第二平均孔尺寸的孔，并且其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，并且三路催化剂载体涂层布置在位于过滤器上游的单独的基材整料上，其中在上游基材整料上的三路催化剂载体涂层的质量小于等于在排气系统中的三路催化剂载体涂层总质量的75%。2.权利要求I的排气系统，其中所述在上游基材整料上的三路催化剂(TWC)载体涂层的质量小于等于在所述系统中的TWC载体涂层总质量的70%。3.权利要求I或2的排气系统，其中所述位于过滤器上游的单独的基材整料为流通式基材整料。4.权利要求1、2或3的排气系统，其中多孔基材的多孔结构的第一平均孔尺寸为8-45μ m05.权利要求1、2、3或4的排气系统，其中在所述过滤器上的所述载体涂层载荷大于O. 50 g in 3o6.前述权利要求中任一项的排气系统，所述排气系统包含表面载体涂层，其中载体涂层实质上覆盖多孔结构的表面孔，并且载体涂布的多孔基材的孔部分由在载体涂层中的颗粒之间的空间(颗粒间孔)限定。7.权利要求6的排气系统，其中所述多孔载体涂层的平均颗粒间孔尺寸为5.Onm-5. Oy...
【专利技术属性】
技术研发人员：LC阿尔诺，RJ布里斯利，NR科林斯，DR格林威尔，CG莫尔冈，
申请(专利权)人：约翰逊马西有限公司，
类型：发明
国别省市：
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