专利名称：通过选择性堵塞来调整微粒过滤器性能以及使用多个微粒过滤器来减少排放并提高耐热性的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于过滤来自包括柴油机的内燃机的排气的排气后处理过滤器。
背景技术：
在现有技术中已知用于柴油机的排气后处理过滤器。所述过滤器捕获存在于排气中的污染物微粒，且为了去除所捕获的微粒，将过滤器进行加热以燃烧掉作为气体的所捕获的污染物微粒。因此，过滤器可再生并由某种材料构成，在所述材料上从发动机排气捕获的污染物微粒通过添加热量可以去除。通常使用的微粒过滤器材料包括堇青石、碳化硅、莫来石或钛酸铝，将所述材料制造为过滤元件，以捕获发动机产生的烟灰(soot)和其他微粒。
在使用期间，柴油机微粒过滤器(DPF)经受高温。DPF的设计包括具有堵塞的相对通道的蜂巢结构，以推动排气流过多孔通道壁，同时捕获烟灰。烟灰(主要由碳构成)在DPF中聚集并必须定期去除。典型地，通过在烟灰和均为排气成分的氧气(即燃烧)或二氧化氮之间的反应来从过滤去中去除烟灰。碳根据下列反应与氧或二氧化氮反应 C(s)+O2(g)→CO2(g) (1) C(s)+2NO2→CO2(g)+2NO(g)(2) 反应(1)为在主动再生期间的主要反应。反应(2)为在被动再生期间的主要反应。反应(1)中所示反应的主要副产物是热量，如果不加以控制，使得过滤器的热流失，导致过滤器断裂和/或熔化并致使其作为过滤器失效。
尽管通过控制碳在过滤器中的燃烧速率可防止热流失，但是DPF可能经受因不同加热模式而造成的温度梯度，这也可导致断裂。可以在过滤器主动再生期间，可进行不同的加热，其中碳在DPF内不均匀的以放射状或轴向分布。例如，将碳更集中分布在DPF中最大量排气通过过滤器的位置处(即排气流速最高的位置)。与其他位置相比，在主动再生期间，这些位置展现出相对高的温度。
尽管通过改变过滤器的设计可改变碳的分布，材料强度问题可妨碍微粒过滤器制造商，材料强度问题限制了在挤出的蜂巢结构中能够得到的最大孔隙率。典型地，过滤器制造商设计具有最低背压(backpressure)和适合的过滤效率以满足特种发动机要求的过滤器。然而，陶瓷过滤器制造商难以设计具有最低背压和合适的过滤效率而不会大大弱化蜂巢结构的过滤器。此外，通常认为，即使在过滤器蜂巢结构中有单个未阻断或已阻断的通道，过滤效率也会急剧下降，甚至未阻断的通道会降低背压。
因此，需要过滤器具有改进的设计特征，以降低再生期间的背压和热梯度。此外，期望将这些改进的设计特征能够与控制技术相结合，以产生更耐久的并对在过滤器使用期间(例如再生期间)可发生的结构损害具有更高抵抗性的过滤器。
发明内容
本文公开了用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理过滤器和系统。所述过滤器包括多个流动通道，所述流动通道包括多个壁流(wall-flow)通道和多个流通(flow-through)通道。多个壁流通道和多个流通通道位于过滤器内，以提高背压、降低温度和/或增加通过过滤器的排气的速率，同时保持过滤效率。此外，本文还公开了制造具有改进性能特征的过滤器的方法。
所公开的过滤器可以再生并由单块材料构成，通过添加热量在所述单块材料上将从发动机排气中捕获的污染物微粒去除。在某些实施方案中，所述过滤器由包括轴向延伸的过滤元件的材料构成，所述元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段。壁区段可限定包括壁流通道和流通通道的多个轴向流动通道。典型地，壁区段限定第一组第一壁流通道，其中所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由塞子封闭并具有开口下游端的第一组壁流通道；且所述壁区段限定与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端的一组第二壁流通道，所述壁区段通过封闭第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封。所述壁区段还限定位于过滤器中的第三组流通通道，以提高过滤器的性能(例如获得降低的背压、降低的温度和/或增大的排气速度)，同时保持足够的过滤效率(例如烟灰浓度为约2.0gL以下时，效率为至少约95％、90％、85％、80％、75％、70％、60％或50％)。
可以调节流通通道的数量，以实现期望的过滤器性能。在某些实施方案中，流通通道的数量占总通道的至少约1％(在某些实施方案中或为总通道的至少约2％)，同时将过滤效率保持为至少约90％(例如烟灰浓度为约2.0g/L以下)。在其他实施方案中，流通通道的数目占总通道的至少约5％(在某些实施方案中，或为总通道的至少约10％)，同时将过滤效率保持为至少约80％(例如烟灰浓度为约2.0g/L以下)。
所述过滤器可包括涂覆层。例如，可以利用可选地包括催化剂的涂覆材料对过滤器壁区段进行涂覆。在过滤器的某些实施方案中，利用含催化剂的涂覆材料对限定流通通道的壁区段进行涂覆。催化剂可包括氧化催化剂和还原催化剂。催化剂可包括用于选自C+O2→CO2和2NO+O2→2NO2组成的组中的至少一种反应的催化剂。催化剂可包括贵金属(例如铂、铑和钯)。
限定流通通道的壁区段的平均厚度与限定第一组壁流通道的壁区段的平均厚度或限定第二组壁流通道的壁区段的平均厚度不同。在过滤器的某些实施方案中，限定流通通道的壁区段的平均厚度大于限定第一组壁流通道的壁区段的平均厚度或大于限定第二组壁流通道的壁区段的平均厚度。
所述流通通道可以以任意合适的布置分布在过滤器内。在某些实施方案中，所述流通通道以梯度形式分布在过滤器中，其中与位于过滤器中心位置处的部分相比，过滤器在位于过滤器外周位置的部分中具有增大的开口通道密集度。
所述过滤器包括另外限定第四组通道的壁区段，所述通道具有封闭的下游端和封闭的上游端(即封闭通道)。所述封闭通道位于过滤器中，以降低对过滤器周边的物理损伤。在过滤器的某些实施方案中，封闭通道在过滤器中形成外周环。可选地，限定封闭通道的壁区段的平均厚度大于限定第一组壁流通道的壁区段的平均厚度，或大于限定第二组壁流通道的壁区段的平均厚度。在其他实施方案中，以与由封闭通道形成的外周环相邻的环的形式布置所述流通通道。
所述过滤器可以由任意合适材料构成。在某些实施方案中，过滤器由陶瓷材料构成，所述陶瓷材料的示例为堇青石、碳化硅、莫来石和钛酸铝。所述过滤器为单块(即由单块材料构成)、或区段状(即由粘合在一起的多个片构成)。
在用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统中，可以单独或与其他部件结合利用过滤器。例如，本文中所公开的排气后处理系统包括沿轴向串联的下列部件柴油机氧化催化器、在此所公开的第一过滤器和可选的第二过滤器。
公开的用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统包括沿轴向串联布置的至少第一过滤器和第二过滤器，其中所述第一过滤器位于所述第二过滤器的上游且过滤效率比第二过滤器的过滤效率低。所述第一和第二过滤器可由单块陶瓷材料如堇青石、碳化硅、莫来石和钛酸铝构成(可选地具有蜂巢或陶瓷珠结构)。所述第一过滤器、第二过滤器、或两种过滤器可包括含催化剂(例如将氮氧化物转化成二氧化氮的氧化催化剂)的涂覆材料。典型地，所述第一和第二过滤器中的至少一个包括多个壁流通道和流通通道。可选地，所述第一和第二过滤器中的至少一个包括封闭通道。所述流通通道和封闭通道如果存在可以以任意合适形式布置，所述合适形式包括封闭通道的外周环包围流通通道相邻环的形式。
在封闭系统中，第一过滤器可由第一可再生材料构成，而第二过滤器可由与第一可再生材料不同的第二可再生材料构成。例如，第一可再生材料的孔径比所述第二可再生材料的孔径大。在某些实施方案中，第一过滤器具有高的单元密度流通元件，该流通元件的单元密度大于200个/平方英寸。在其他实施方案中，所述第一过滤器为部分塞住的过滤器。在另外的实施方案中，所述第二过滤器的单元密度(例如单元密度大于200个/平方英寸)高于所述第一过滤器的单元密度。
在公开的系统中，第一过滤器的烟灰过滤效率比所述第二过滤器的烟灰过滤效率低。在某些实施方案中，所述第一过滤器的烟灰过滤效率为至少约50％(例如在某些实施方案中为约50～60％)，而第二过滤器的烟灰过滤效率为至少约90％(或者在某些实施方案中为至少约95％)。
所公开的系统可选地包括催化转换器元件如柴油机氧化催化器元件，可沿轴向将该催化转换器元件与所述第一过滤器和所述第二过滤器串联布置。催化转换器元件可位于所述第一过滤器的上游并可包括用于选自2CO+O2→2CO2，2NO+O2→2NO2和4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O(其中在某些实施方案中x为1～25的整数且y为0～52的整数)组成的组中的至少一种反应的氧化催化剂。在某些实施方案中，所述第一过滤器包括用于选自2CO+O2→2CO2、2NO+O2→2NO2和4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O(其中在某些实施方案中x为1～25的整数，且y为0～52的整数)组成的组中的至少一种反应的氧化催化剂。可选地，第二过滤器包括用于选自2CO+O2→2CO2，2NO+O2→2NO2和4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O(其中在某些实施方案中x为1～25的整数，且y为0～52的整数)组成的组中的至少一种反应的氧化催化剂。
此外公开了用于制造改进的排气后处理过滤器的方法，所述过滤器用于过滤沿轴向流动的发动机排气且具有改进的性能。所述改进的过滤器具有如本文中所述的结构。
在制造方法的某些实施方案中，未改进的过滤器由包括轴向延伸的过滤元件的可再生材料构成，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段。所述壁区段可限定包括壁流通道和流通通道的多个轴向流动通道。典型地，壁区段限定第一组第一壁流通道，其中所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由塞子封闭并具有开口下游端的第一组壁流通道；且所述壁区段限定与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端的第二组壁流通道，所述壁区段通过封闭第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封。
所述制造方法典型地包括选择并去除所述第一组塞子和所述第二组塞子中的至少一个塞子，以在改进过滤器的至少一个通道内提供开口流动。在某些实施方案中，用于去除而选择的塞子位于未改进的过滤器内的位置处，由此，去除塞子可降低运行时改进过滤器上的背压，同时保持过滤效率。在其他实施方案中，与未选定的塞子相比，用于去除而选择的塞子在未改进的过滤器内位于未改进的过滤器运行期间经受相对高的温度的位置处，由此，降低了改进的过滤器运行期间相对高的温度，同时保持了过滤效率。在另外的实施方案中，与未选择塞子的位置相比，用于去除而选择的塞子在未改进的过滤器内位于未改进的过滤器运行期间排气流展现出相对低的速度的位置处，由此，增加了改进过滤器运行期间相对高的速度，同时保持了过滤效率。
此外，本文公开了通过所公开的制造方法制成的用于过滤发动机排气的排气后处理过滤器。在某些实施方案中，通过所述制造方法制成的过滤器包括占总通道至少约1％(在某些实施方案中或者为至少约2％)的流通通道数，同时将改进的过滤器的过滤效率保持为至少约90％(在某些实施方案中或者为至少约80％)(例如烟灰浓度为约2.0g/L以下)。
图1为排气后处理过滤器的透视图。
图2为图1的排气后处理过滤器的截面图。
图3示出改进的过滤器中通道开口百分比(即流通通道百分比)对过滤效率(顶部)和过滤器限值(底部)的影响，所述过滤器的规格为12英寸直径×12英寸长度，且每平方英寸上具有200个单元。
图4a示出通过过滤器的排气的速度，展现出抛物线型流动轮廓。图4b示出过滤器中开口通道的可能分布，其中考虑到图4a的抛物线流动轮廓，所述过滤器设计成增强相对低的排气速度的位置处的流动。
图5a示出通过过滤器的排气的速度，展现出转弯的流动轮廓。图5b示出过滤器中开口通道的可能分布，其中考虑到图5a的转弯的流动轮廓，所述过滤器设计成增强相对低的排气速度的位置处的流动。
图6a示出通过过滤器的排气的速度，展现出平坦的速度轮廓。图6b示出过滤器中开口通道的可能分布，其中考虑到图6a的平坦的流动轮廓，所述过滤器设计成增强相对低的排气速度的位置处的流动。
图7示出具有未堵塞图案样本的两种过滤器(即改进的过滤器)。所述样本图案包括与流通通道的2单元(或4单元)环相邻的双堵塞通道的2单元(或4单元)外周环。
图8示出包括与第一过滤元件和第二过滤元件串联的柴油机氧化催化器(DOC)的排气后处理系统。
具体实施例方式 图1示出对来自内燃机如柴油机12并沿轴向流动方向14流动的排气进行过滤的排气后处理过滤器10。图2示出图1的过滤器的截面图。该过滤器由微粒过滤材料16组成，如现有技术中所已知那样，该过滤器由例如陶瓷物如堇青石、碳化硅、莫来石或钛酸铝组成，在所述材料上，通过添加热量将从发动机排气捕获的污染物微粒去除。过滤器10包括壁流通道，所述壁流通道由具有上游塞子34或下游塞子36的壁区段形成。污染物微粒如烟灰被捕获并在过滤器中集聚，在再生期间将捕获的污染物微粒烧掉。该过滤器包括过滤器本体18，该过滤器本体具有围绕中心核22的外周边20。因为外周边20比中心核22冷，所以外周边20和中心核22在再生期间的热循环过程中经受不同的热膨胀。例如，图2示出中心热点24，该中心热点比外周边20更热且在微粒污染物可集聚并阻塞的过滤器的下游侧更有优势。具有或不具有阻塞或下游热点如24，外周边20可以如已知那样比中心核22更冷地运行。典型地，将过滤器安装在壳体26如不锈钢罐内，该壳体具有包围所述过滤器本体的衬垫安装材料28并具有包括阻热、减振和阻止运动的许多功能。典型地，将衬垫材料压缩在壳体26与过滤器本体18之间。
所述在较热中心核22与较冷外周边20之间的不同热膨胀使所述过滤器本体在轴向上经受分离的轴向拉伸应力，然后，所述过滤器本体经受分离的断裂并裂开，例如在图1中在断裂或裂开线30处所示。已通过催化剂和过滤器制造商可知，因膨胀衬垫材料28得到的压力所施加的径向压缩应力有助于降低过滤器本体18的断裂可能性。然而，径向压缩应力降低了沿平行于过滤器的轴线31的断裂线(垂直于裂开线30)断裂可能性，并且轻微阻止了沿断裂或裂开线如30断裂。此外，衬垫材料随时间能够降解，导致压力损失。利用更大和更重的过滤器且更长的寿命，尤其是关于与汽车流通催化剂用途相对的壁流用途中的柴油机微粒过滤器，衬垫材料28所施加的所述压力和压缩应力将尤其比所观察用于汽车催化剂的压力和压缩应力更加快速地下降。此外，汽车催化剂即使在裂开之后仍因其流通用途而能够起作用，而污染物微粒过滤器如果裂开因产生旁路流动路径而失效。过滤器可包括在外周边20处结合到过滤器本体18的预应力层32，且在与所述分离的轴向拉伸应力相对的轴向上对所述过滤器施加压缩性地轴向预应力，以抵消此后再生加热期间所产生的力。
本文中公开的改进的排气后处理过滤器包括通过去除上游塞子34或下游塞子36而得到的多个流通通道，这些流通通道换句话说是未改进的过滤器中的壁流通道。所选择的流通通道可位于改进的过滤器中任意合适位置处且可在过滤器中形成图案，以改进过滤器的性能。在某些实施方案中，可在通常经受相对低的排气气体流动的位置处(例如在过滤器的外径处)设置开口流动通道，所述开口流动通道导致压力降下降。改进的过滤器可包括相对于总的通道一定百分比的开口流动通道，所述百分比不会明显损害过滤效率，如图3中所示。
关于经受低速层状流动且具有抛物线排气速度分布的过滤器，可以以使得开口通道的数目与图4中所示管道速度呈反向关系的模式且根据方程N＝k1/(速度分布)打开通道，其中N为过滤器的选定区域内的开口通道数，k1为能够调整(tuned)以优化流动分布的系数。如果在安装之后因空间限制(如弯头或膨胀管)而使得过滤器位于右侧，且所述安装使得流动轨迹突然变化，则可相对于速度分布来打开通道，如图5中所示。关于如图6中所示的完全发展的湍流流动，可以使用下列方程来确定过滤器的给定区域内开口管道的合适数目N＝k2/(速度分布)1/n，其中N为过滤器的选定区域内开口通道的数目；k2为能够调整以优化流动分布的系数；且1＜n＜2。
典型地，改进的过滤器包括开口流动的通道(即未堵塞的通道)。可选地，该改进的过滤器可包括双堵塞通道(即具有上游塞子34和下游塞子36两者的通道，与仅具有上游塞子34或下游塞子36并限定壁流通道的单塞子通道相比而言)。可以以任意合适方式布置所述未堵塞通道和双堵塞通道。图7示出过滤器的布置，该过滤器具有与未堵塞通道的环(2个单元或4个单元宽)相邻的双堵塞通道的外周环(2个单元或4个单元宽)。关于双堵塞和未堵塞单元两者(在环的形式上可选)，壁的厚度比单堵塞单元的大。具有更厚壁的双堵塞或未堵塞单元的过滤器可更坚固，以处理、再生热冲击或闭环失效。在过滤器的某些实施方案中，双堵塞和未堵塞单元可具有比单堵塞单元更小的壁孔隙率。
在过滤器中可以使用各种塞子分布，以改变气体流动，尤其是使用串联过滤方法组合的方式。例如，可以在改进的柴油机过滤器设计中使用所公开的过滤器，以降低发动机的反压力并促进烟灰分布。在某些实施方案中，所述设计包括两种过滤元件，其中第一过滤元件可以具有比第二过滤元件低的过滤效率。
通过改进所述元件的构造，可促进烟灰在过滤器上的分布、在主动再生期间降低热梯度、并提高被动再生的水平。在改进的柴油机微粒过滤器的设计中，可以将所述过滤元件分解成两个或两个以上的元件，以逐渐提高过滤效率。通常，DPF具有约90％的过滤效率。在改进的柴油机微粒过滤器的设计中，可以将过滤器分离成两个分开的过滤元件。例如，第一过滤器的过滤效率等级为50～60％，而第二过滤器的过滤效率为约90％。通过几种方法可降低第一过滤器的过滤效率。一种方法是在第一过滤器中随机或以特定方式降低堵塞通道的百分比。第二种方法是增加第一过滤器的过滤材料的孔径，由此使得更多烟灰颗粒通过所述壁。第三种方法是为第一过滤器使用高单元密度的流通元件(例如单元密度大于约200个单元/平方英寸的元件)。
降低第一过滤元件过滤效率的可能方法是使用高单元密度的流通元件、更高孔尺寸的过滤器、或选择性堵塞的通道(部分堵塞的过滤器)。可以使用部分堵塞的过滤器，以影响改进的柴油机微粒过滤器设计中的流动分布和温度分布。
图8中所示的过滤系统并入了DOC，以加热排气气体，从而使得集聚在过滤器中的烟灰发生燃烧。第一过滤器还可并入催化剂，以燃烧烃但不在DOC中燃烧，并氧化NO(氮氧化物)。可选地，第二过滤器可并入催化剂。
如本文中所述，催化剂可包括氧化催化剂和还原催化剂。催化剂可包括NOx吸附剂(例如其中x为1或2)。在某些实施方案中，柴油机微粒物质的燃烧产物为烟灰氧化产物如CO，并且利用来自柴油机微粒物质的氧化的CO的帮助将所述下游的NOx吸附剂进行再生。以足够接近的方式向柴油机微粒过滤器提供下游的NOx吸附剂，以使CO有助于NOx吸附剂再生的可能性最大化。优选地，例如根据反应Ba(NO3)2+3CO→BaCO3+2NO+2CO2，通过释放所储存的NOx，CO可促进NOx吸附剂的再生。此外，优选地，例如根据反应NO+CO→1/2N2+CO2，通过将所释放的NOx还原成良性N2，所述CO促进了NOx吸附剂的再生。此外，优选地，利用基本的放热，通过氧化CO(通过上述两种反应中的一种或通过根据CO+1/2O2→CO2在NOx吸附剂的贵金属组分上利用O2的反应)使得CO促进了NOx吸附剂的再生。微粒过滤器与NOx吸附剂的密切接近使得有效利用这种热量，以促进本文中所公开过滤器和系统的再生。
在前述说明中，为了简捷、清晰和理解使用了特定的术语。其中除了现有技术的需求之外，没有不必要的限制的意思，因为使用这种术语仅用于说明性目的并倾向于广泛地解释。本文中所述的各种构型、系统和方法步骤可单独使用或以组合的形式使用。可以预计，在附属权利要求书的范围内，可能有各种等价物、替代物和修改。
权利要求
1.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理过滤器，所述过滤器由单块可再生材料构成且包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭且具有开口下游端的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，
所述壁区段还限定具有开口流动的第三组通道，所述第三组通道在所述过滤器中具有选定的位置，用于在运行期间降低所述过滤器的背压，同时保持过滤效率。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第三组的所述通道占所述过滤器中总通道的至少约1％，并且所述保持的过滤效率为至少约75％。
3.根据权利要求1所述的过滤器，还沿着限定所述第三组流动通道的所述壁区段中的至少一些壁区段包括涂覆材料。
4.根据权利要求3所述的过滤器，其中所述涂覆材料包括催化剂，所述催化剂用于选自如下反应中的至少一个2CO+O2→2CO2；2NO+O2→2NO2；以及4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O，其中x为选自1～25中的整数，y为选自0～52中的整数。
5.根据权利要求1所述的过滤器，其中限定所述第三组流动通道的所述壁区段的平均厚度大于限定所述第一组流动通道的所述壁区段的平均厚度，或大于限定所述第二组流动通道的所述壁区段的平均厚度。
6.根据权利要求1所述的过滤器，所述壁区段还限定具有封闭下游端和封闭上游端的第四组流动通道，所述第四组流动通道在所述过滤器中形成外周环。
7.根据权利要求6所述的过滤器，其中另外限定所述第四组流动通道的所述壁区段的平均厚度大于限定所述第一组流动通道的所述壁区段的平均厚度，或大于限定所述第二组流动通道的所述壁区段的平均厚度。
8.根据权利要求6所述的过滤器，其中所述第三组流动通道被布置在与由所述第四组流动通道形成的所述外周环相邻的环中。
9.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第三组流动通道以梯度方式分布在所述过滤器中，与位于所述过滤器中心位置的部分相比，所述过滤器在位于所述过滤器外周位置的部分中具有增加的开口通道密集度。
10.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述过滤器由选自堇青石、碳化硅、莫来石和钛酸铝中的陶瓷材料构成。
11.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理过滤器，所述过滤器由单块可再生材料构成且包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭且具有开口下游端的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，
所述壁区段还限定具有开口流动的第三组通道，所述第三组通道在所述过滤器中具有选定的位置，用于在运行期间降低所述过滤器中的高温，同时保持过滤效率。
12.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理过滤器，所述过滤器由单块可再生材料构成且包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭且具有开口下游端的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，
所述壁区段还限定具有开口流动的第三组通道，所述第三组通道在所述过滤器中具有选定的位置，用于在运行期间增大排气流过所述过滤器的速度，同时保持过滤效率。
13.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统，所述系统包括沿所述轴向串联的下列部件柴油机氧化催化器，权利要求1的排气后处理过滤器，以及第二过滤器。
14.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统，所述系统包括沿所述轴向串联的下列部件柴油机氧化催化器，权利要求11的排气后处理过滤器，以及第二过滤器。
15.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统，所述系统包括沿所述轴向串联的下列部件柴油机氧化催化器，权利要求12的排气后处理过滤器，以及第二过滤器。
16.一种用于过滤沿轴向流动的发动机排气的排气后处理系统，所述系统包括沿所述轴向串联布置的至少第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器位于所述第二过滤器的上游，且所述第一过滤器的过滤效率比所述第二过滤器的过滤效率低，
其中所述第一过滤器和第二过滤器中的至少一个由单块可再生过滤材料构成，所述材料包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭且具有开口下游端的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，
所述壁区段还限定具有开口流动的第三组通道。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器由所述过滤材料构成。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述第二过滤器由所述过滤材料构成。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器由所述过滤材料构成。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器由选自堇青石、碳化硅、莫来石和钛酸铝中的陶瓷材料构成。
21.根据权利要求16所述的系统，其中另外限定所述第一组、第二组或第三组流动通道中的至少一个的所述壁区段包括涂覆材料。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述涂覆材料包括用于将氮氧化物氧化成二氧化氮的反应的催化剂。
23.根据权利要求16所述的系统，其中限定所述第三组流动通道的所述壁区段的平均厚度大于限定所述第一组流动通道的所述壁区段的平均厚度，或大于限定所述第二组流动通道的所述壁区段的平均厚度。
24.根据权利要求17所述的系统，所述第一过滤器的所述壁区段还限定具有封闭下游端和封闭上游端的第四组流动通道，所述第四组流动通道在所述第一过滤器中形成外周环。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述第三组流动通道被布置在与由所述第四组流动通道形成的所述外周环相邻的环中。
26.根据权利要求17所述的系统，其中所述第三组流动通道以梯度方式分布在所述第一过滤器中，与位于所述第一过滤器中心位置的部分相比，所述过滤器在位于所述第一过滤器外周位置的部分中具有增加的开口通道密集度。
27.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器由第一过滤材料构成，所述第二过滤器由与所述第一过滤材料不同的第二过滤材料构成。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述第一过滤材料的孔径大于所述第二过滤材料的孔径。
29.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器的单元密度大于300个/平方英寸，并且所述第一过滤器包括流通通道。
31.根据权利要求16所述的系统，其中所述第二过滤器的单元密度大于200个/平方英寸。
32.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一过滤器的烟灰过滤效率为至少约50％，所述第二过滤器的烟灰过滤效率为至少约90％。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述第一过滤器的烟灰过滤效率为约50％～60％。
34.根据权利要求16所述的系统，还包括沿所述轴向与所述第一过滤器和所述第二过滤器串联布置的柴油机氧化催化器元件，所述柴油机氧化催化器元件位于所述第一过滤器的上游并包括催化剂，所述催化剂用于选自如下反应中的至少一个2CO+O2→2CO2；2NO+O2→2NO2；以及4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O，其中x为选自1～25中的整数，y为选自0～52中的整数。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述第一过滤器包括催化剂，所述催化剂用于选自如下反应中的至少一个2CO+O2→2CO2；2NO+O2→2NO2；以及4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O，其中x为选自1～25中的整数，y为选自0～52中的整数。
36.根据权利要求34所述的系统，其中所述第二过滤器包括催化剂，所述催化剂用于选自如下反应中的至少一个2CO+O2→2CO2；2NO+O2→2NO2；以及4CxHy+(4x+y)O2→(4x)CO2+(2y)H2O，其中x为选自1～25中的整数，y为选自0～52中的整数。
37.一种制造改进的排气后处理过滤器的方法，所述过滤器用于过滤沿轴向流动的发动机排气且与未改进的过滤器相比具有改进的性能，所述过滤器由单块可再生材料构成，所述材料包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，所述第一组流动通道具有开口下游端，
所述方法包括选择并去除所述第一组塞子和所述第二组塞子中的至少一个塞子，以在所述改进的过滤器的至少一个通道中提供开口流动，所述被选择的塞子位于所述未改进的过滤器中的位置处，由此通过去除所述塞子在运行期间减小所述改进的过滤器的背压，同时保持过滤效率。
38.一种制造改进的排气后处理过滤器的方法，所述过滤器用于过滤沿轴向流动的发动机排气且与未改进的过滤器相比具有改进的性能，所述过滤器由单块可再生材料构成，所述材料包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭的第一组流动通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，所述第一组流动通道具有开口下游端，
所述方法包括选择并去除所述第一组塞子和所述第二组塞子中的至少一个塞子，以在所述改进的过滤器的至少一个通道中提供开口流动，其中与未被选择的塞子相比，所述被选择的塞子在所述未改进的过滤器中的位置、在所述未改进的过滤器的运行期间经受相对高的温度，
由此在所述改进的过滤器的运行期间降低所述相对高的温度，同时保持过滤效率。
39.一种制造改进的排气后处理过滤器的方法，所述过滤器用于过滤沿轴向流动的发动机排气且与未改进的过滤器相比具有改进的性能，所述过滤器由单块可再生材料构成，所述材料包括轴向延伸的过滤元件，所述过滤元件具有在上游端与下游端之间轴向延伸的壁区段，
所述壁区段在所述上游端与下游端之间限定轴向流动通道，
所述壁区段通过第一组塞子彼此交替密封，以限定由所述塞子封闭的第一组壁流通道，并且第二组流动通道与所述第一组流动通道相互交错且具有开口上游端，
所述壁区段通过封闭所述第二组流动通道的第二组塞子而彼此交替密封，所述第一组流动通道具有开口下游端，
所述方法包括选择并去除所述第一组塞子和所述第二组塞子中的至少一个塞子，以在所述改进的过滤器的至少一个通道中提供开口流动，其中与未被选择塞子的位置相比，所述被选择的塞子位于所述未改进的过滤器中的如下位置，排气流动在该位置、在所述未改进的过滤器的运行期间展现出相对低的速度，
由此在所述改进的过滤器的运行期间提高所述相对低的速度，同时保持过滤效率。
40.一种用于过滤发动机排气的改进的排气后处理过滤器，所述过滤器通过权利要求37的方法制得。
41.一种用于过滤发动机排气的改进的排气后处理过滤器，所述过滤器通过权利要求38的方法制得。
42.一种用于过滤发动机排气的改进的排气后处理过滤器，所述过滤器通过权利要求39的方法制得。
全文摘要
本发明提供了用于过滤发动机排气的改进的排气后处理过滤器，并且提供了设计和制造改进的排气后处理过滤器的方法。与未改进的过滤器相比，所述改进的过滤器降低了背压并降低了再生期间所经受的温度梯度。所述改进的过滤器包括通过从未改进的过滤器中通常堵塞的通道去除塞子而得到的流通通道。
文档编号B01D51/00GK101801499SQ200880106228
公开日2010年8月11日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年8月9日
发明者马修·L·安德森, 托马斯·M·亚努绍尼斯, 威廉·C·哈伯坎普, Z·杰拉尔德·刘, 布赖恩·E·布莱克威尔, 罗格·D·英格兰, 马修·P·亨里克森 申请人:康明斯滤清系统股份有限公司