排气净化过滤器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种排气净化过滤器。
【背景技术】
[0002]在收集排气中的粒状物质的颗粒过滤器配置在排气通路内的压燃式内燃机中，颗粒过滤器包含交替地配置的排气流入通路和排气流出通路，以及多孔的分隔部，该多孔的分隔部将这些排气流入通路和排气流出通路彼此隔开。在这种颗粒过滤器中，排气流入通路在其下游端处由下游侧塞闭合，而排气流出通路在其上游端处由其上游侧塞闭合。因此，排气首先流入排气流入通路，然后穿过周围的分隔部，从而流出到邻近的排气流出通路中。结果，排气中的粒状物质被收集在分隔部上，而由此抑制粒状物质释放到大气中。
[0003]随着收集在颗粒过滤器上的粒状物质的量增加，压力损失在颗粒过滤器中逐渐增加。因而，发动机输出会降低。因此，在这种内燃机中，执行在将颗粒过滤器维持在氧化气氛中的同时、颗粒过滤器的温度增加的PM除去过程，来燃烧粒状物质且将粒状物质从颗粒过滤器除去。
[0004]排气中包含称作“灰”的非可燃成分。灰连同粒状物质一起由颗粒过滤器收集。尽管执行了 PM除去过程，但是灰没有燃烧或汽化，而是残留在颗粒过滤器上。因此，随着发动机运转时间越来越长，收集在颗粒过滤器上的灰量逐渐增加，而因此颗粒过滤器中的压力损失逐渐增加。因而，即使PM除去过程重复地执行时，发动机输出也会降低。
[0005]日本专利申请公开第2004-130229号(JP 2004-130229 A)公开了一种颗粒过滤器，在该颗粒过滤器中，通孔形成在下游侧塞中，使得灰通过该通孔而从颗粒过滤器流出。在JP 2004-130229 A中，随着发动机运转时间越来越长，该通孔被粒状物质闭合。当该通孔闭合时，该颗粒过滤器能够以与不包含任何通孔的传统的颗粒过滤器相同的方式来收集粒状物质。接下来，执行PM除去过程，然后除去使通孔闭合的粒状物质，从而打开该通孔。结果，颗粒过滤器上的灰通过该通孔而被从颗粒过滤器排出。
【发明内容】
[0006]在JP 2004-130229 A中，在从发动机运转开始时或PM除去过程完成时至通孔闭合时的期间内，存在粒状物质通过该通孔而从颗粒过滤器流出的可能性。在JP2004-130229 A中，由于通孔的直径设定成等于或大于0.2mm，因此由粒状物质闭合具有该尺寸直径的通孔可需要相当长的时间量。因此，存在通过该通孔而从颗粒过滤器流出的粒状物质的量增加的可能性。
[0007]本发明提供了一种能够抑制由灰引起的排气净化过滤器中的压力损失的增加而同时可靠地收集粒状物质的排气净化过滤器。
[0008]依照本发明的方案，排气净化过滤器配置在内燃机的排气通路内，且收集排气中包含的粒状物质。所述排气净化过滤器包括:流入通路，排气通过所述流入通路流入；流出通路，排气通过所述流出通路流出，所述流出通路和所述流入通路交替地配置；以及分隔部。所述分隔部构造成将所述流入通路和所述流出通路彼此隔开，且所述分隔部为多孔的。所述分隔部包含涂覆区和在所述涂覆区的下游侧的非涂覆区，在所述涂覆区中，所述分隔部的基部的表面由具有比所述基部的平均孔径小的平均孔径的第一涂层覆盖，在所述非涂覆区中，所述基部的所述表面未由所述第一涂层覆盖。所述基部在所述非涂覆区中的所述平均孔径大到足以使排气中包含的灰通过所述分隔部，且所述第一涂层由具有彼此不同的平均粒径的多个颗粒群构成。
[0009]在上述排气净化过滤器中，所述多个颗粒群可在所述基部上大体配置成层，且形成较靠近所述基部的层的所述颗粒群的平均粒径可比形成较远离所述基部的层的所述颗粒群的平均粒径大。
[0010]在上述的排气净化过滤器中，所述多个颗粒群可在几乎均匀混合的状态下配置在所述基部上。
[0011]在上述的排气净化过滤器中，形成所述第一涂层的所述颗粒群可由具有催化功能的金属制成。
[0012]在上述的排气净化过滤器中，与所述第一涂层不同的第二涂层可设置在所述非涂覆区中，且所述第二层可包含催化剂。
[0013]在上述的排气净化过滤器中，所述流入通路可在排气上游端处开口，而在排气下游端处闭合，并且所述流出通路可在所述上游端处闭合，而在所述下游端处开口。
[0014]通过上述构造，能够抑制由灰引起的排气净化过滤器中的压力损失的增加，同时可靠地收集粒状物质。
【附图说明】
[0015]参考附图，将在下文描述本发明的示范性实施例的特征、优势、以及技术和产业意义，其中同样的附图标记表示同样的元件，且其中:
[0016]图1是依照本发明的实施例的内燃机的总体视图；
[0017]图2A是依照实施例的颗粒过滤器的正视图；
[0018]图2B是依照实施例的颗粒过滤器的侧剖视图；
[0019]图3是依照实施例的分隔部的局部放大的剖视图；
[0020]图4是依照实施例的涂层的局部放大的视图；
[0021]图5是示出依照实施例的形成涂层的颗粒的尺寸分布的曲线图；
[0022]图6是依照实施例的涂层的局部放大的剖视图；
[0023]图7A是依照本发明的另一个实施例的涂层的局部放大的剖视图；
[0024]图7B是依照本发明的又一个实施例的涂层的局部放大的剖视图；
[0025]图7C是依照本发明的又一个实施例的涂层的局部放大的剖视图；
[0026]图7D是依照本发明的又一个实施例的涂层的局部放大的剖视图；
[0027]图8是解释依照本发明的颗粒过滤器的操作的示意图；
[0028]图9A是在颗粒之间的间隙的说明图；
[0029]图9B是在颗粒之间的间隙的说明图；
[0030]图9C是在颗粒之间的间隙的说明图；以及
[0031]图10是依照本发明的另一个实施例的分隔部的局部放大的剖视图。
【具体实施方式】
[0032]参考图1，附图标记I表示内燃机的主要单元，附图标记2表示进气通路，附图标记3表示排气通路，以及附图标记4表示配置在排气通路3内的排气净化过滤器。在图1所示的实施例中，排气净化过滤器4由壁流式颗粒过滤器(wall-flow particulate filter)构成。在图1所示的实施例中，内燃机I由压燃式内燃机构成。然而，内燃机I并不限制于本实施例中的内燃机，而是在另一个实施例中由火花点火式内燃机构成。
[0033]图2A和图2B示出了颗粒过滤器4的结构。图2A是颗粒过滤器4的正视图。图2B是颗粒过滤器4的侧剖视图。如图2A和图2B所示，颗粒过滤器4具有蜂窝状结构，且包含彼此平行延伸的多个排气流道5i和5ο以及将排气流道5i和排气流道5ο彼此隔开的分隔部6。在如图2Α和图2Β所示的实施例中，排气流道5i和排气流道5ο由排气流入通路5i和排气流出通道5ο构成，其中排气流入通路在其上游端开口而在其下游端由塞子7d闭合，排气流出通路在其上游端由塞子7u闭合而在其下游端开口。在图2A中，剖面线部分示出了塞子7u。排气流入通路5i和排气流出通路5ο交替地配置，分隔部6介于排气流入通路5i和排气流出通路5ο之间，该分隔部为薄壁。换句话说，排气流入通路5i和排气流出通路5o配置成使得:排气流入通路5i中的每一个均由四个排气流出通路5ο包围，而排气流出通路5ο中的每一个也均由四个排气流入通路5i包围。然而，本发明并不限制于这种构造，而是在另一个实施例中，排气流道由在其上游端和下游端都开口的排气流入通路与在其上游端由塞子闭合而在其下游端开口的排气流出通路构成。
[0034]在又一个实施例中，围绕排气流入通路5i的下游端的分隔部6变形以闭合此下游端，而围绕排气流出通路5ο的上游端的分隔部6变形以闭合此上游端。这使得塞子7u和塞子7d不是必要的。
[0035]如图2B所示，分隔部6被划分成涂覆区CZ和定位在涂覆区CZ下游侧的非涂覆区NCZ0如图3所示，在涂覆区CZ中，分隔部6的基部6s的表面由涂层8覆盖。与此相反，在非涂覆区NCZ中，分隔部基部6s的表面未由上述的涂层8覆盖。
[0036]在图3所示的实施例中，涂层8设置在分隔部基部6s的面对排气流入通路5i的一个表面上。在另一个实施例中，涂层8设置在分隔部基部6s的面对排气流出通路5ο的一个表面上。在又一个实施例中，涂层8设置在分隔部基部6s的分别面对排气流入通路5i和排气流出通路5ο的两个表面上。涂层8的一部分可有时在孔处到达分隔部6的内表面的一部分或全部。
[0037]在图2Β所示的实施例中，涂覆区CZ的上游边缘基本上与分隔部6的上游端对应。在图2Β所示的实施例中，非涂覆区NCZ的下游边缘基本上与分隔部6的下游端对应。然而，涂覆区CZ和非涂覆区NCZ的定位并不限制于本实施例中描述的。在另一个实施例中，涂覆区CZ的上游边缘定位在分隔部6的上游端的下游侧。在又一个实施例中，非涂覆区NCZ的下游边缘定位在分隔部6的下游端的上游侧。例如，涂覆区CZ的纵向长度设定成颗粒过滤器4的纵向长度的50%至90%。
[0038]分隔部基部6s由多孔材料形成，该多孔材料例如为诸如堇青石的陶瓷、碳化硅、氮化硅、氧化锆、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、莫来石、硅酸铝锂或磷酸锆。
[0039]如图4所示，涂层8由多个颗粒9形成，且包含在颗粒9之间的多个间隙或孔10。因此，涂层8为多孔的。因此，如由图2B中的箭头所示，排气首先流入排气流入通路5i内，然后穿过围绕排气流入通路5i的分隔部6，从而流出到邻近排气流入通路5i的排气流出通路5o中。
[0040]在图4所示的实施例中，颗粒9由具有催化功能的金属制成。催化功能的实例包含氧化功能、以及在如HC或氨的还原剂存在时的NOx还原作用。如铂(Pt)、铑(Rh)、或钯(Pd)的铂族金属、或如铜(Cu)、铁(Fe)、银(Ag)、或铯(Cs)的金属能够作为具有氧化功能的金属来使用。在另一个实施例中，颗粒9由与用于分隔部基部6s的陶瓷相同的陶瓷制成，或由如Y-Pr-Ce氧化物、CeO2S S1 2的氧化物制成，作为具有氧化功能的金属。在又一个实施例中，颗粒9由上述的金属和陶瓷制成，或由上述的金属和氧化物制成。
[0041]在本实施例中，分隔部基部6s的平均孔径等于或大于25 μπι且等于或小于10ym0当分隔部基部6s的平均孔径等于或大于25 μ m时，排气中所包含的大部分的灰能够穿过分隔部6。换句话说，分隔部6的孔径设定成使得排气中所包含的灰能够在非涂覆区NCZ中穿过分隔部6。在又一种描述中，分隔部6的孔径设定