[发明专利]微粒过滤器

说明书

本公开总体涉及用于从诸如汽油直喷式发动机的内燃发动机的排气中过滤微粒的过滤器、方法和系统以及制备微粒过滤器的方法。

技术领域

本公开总体涉及用于从诸如汽油直喷式发动机的内燃发动机的排气中过滤微粒的过滤器、方法和系统以及制备微粒过滤器的方法。

背景技术

对于微粒过滤器，高绿色过滤效率(＞80％)将非常需要更严格的微粒排放标准，诸如EU6(6x10¹¹个微粒/km)。就此而言，诸如汽油直喷式(GDI)发动机的汽油内燃发动机可排放比进气道燃料喷射式(PFI)发动机多十倍的量的有害细小微粒物质，尤其是在冷启动期间。当前汽油微粒过滤器(GPF)技术通常涉及具有或不具有催化涂层(washcoat)的陶瓷过滤器基板。替代技术包括金属纤维和泡沫。在低里程下，在任何材料被收集在过滤器中之前，过滤效率处于最低水平。过滤效率通常在收集到烟粒和不可燃灰分时得到提高。已经使用了若干技术来提高过滤器基板在其新鲜状态下的过滤效率，包括改变过滤器基板的几何体积(直径和长度)、孔密度、壁厚、孔径、粒度分布和/或孔隙率，并且在金属过滤器的情况下，包括纤维或粒度。然而，通过这些方式实现的更高效率通常导致更高的背压损失，并且车辆上常常存在决定整个过滤器大小的有限空间。较高的涂层荷载(loading)被认为是提高过滤效率的另一种方法。在这一技术中，制备基于陶瓷粉的悬浮液，以在几克/立方英寸的荷载范围下涂覆基板过滤器。这一技术仍导致较高的背压损失，而对微粒过滤效率的改进有限。另外，仍在优化涂层技术，以平衡低涂层荷载下的有限过滤效率改进和高涂层荷载下的高背压损失。

发明内容

本公开总体涉及用于从诸如GDI发动机的内燃发动机的排气中过滤微粒的过滤器、方法和系统以及制备微粒过滤器的方法。

在各种实施例中公开了发动机排气微粒过滤器，其包括：多孔基板，所述多孔基板在其上具有相对于基板的过滤器体积浓度范围为0.01g/L至60g/L的惰性纳米颗粒，所述纳米颗粒的一部分被布置为形成抗再生多孔结构，所述抗再生多孔结构被配置为从排气流中捕集微粒。

在各种实施例中公开了发动机排气微粒过滤器，其包括：多孔基板，所述多孔基板在其上具有相对于基板的过滤器体积浓度范围为0.01g/L至60g/L的惰性纳米颗粒，其中被配置成在基板的再生期间保持附着的惰性纳米颗粒的一部分对于从排气流中捕集微粒是有效的。

在各种实施例中公开了制备发动机排气微粒过滤器的方法，其包括：使纳米颗粒在载气中以范围为1hr^-1至2,000,000hr^-1的空间速度流动通过多孔基板，以使相对于基板的过滤器体积浓度范围为0.01g/L至60g/L的纳米颗粒沉积，并生成具有孔隙率为70％或更高的抗再生多孔结构。

在各种实施例中公开了包括内燃发动机和任何实施例的发动机排气微粒过滤器的内燃发动机系统或车辆，所述发动机排气微粒过滤器被配置为接收来自内燃发动机的排气流。各种实施例的排气流包括微粒。

在各种实施例中公开了用于从排气流中过滤微粒的方法，其包括：引导来自内燃发动机的排气流通过任何实施例的发动机排气微粒过滤器，其中发动机排气微粒过滤器将微粒从排气流中去除。

附图说明

为了进一步理解本发明的性质、目标和优点，应结合以下附图参考以下详细说明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1示出各种实施例的微粒过滤系统。

图2示出圆柱形壁流式整体块(wall-flow monolith)。

图3A、图3B、图3C和图3D示出各种实施例的具有纳米颗粒的微粒过滤器的视图。

图4示出各种实施例的具有纳米颗粒的单通道微粒过滤器的剖视图。

图5示出各种实施例的纳米颗粒的粒度分布。