专利名称：废气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废气净化装置——在下文中废气净化装置——，并且特别涉及一种作为废气净化装置部件的微粒过滤器的结构。
在这种微粒过滤器中，由于废气必定通过过滤器分隔壁并且然后流出该微粒过滤器，其微粒收集速率高于废气只通过微粒过滤器的过滤通道而不通过其分隔壁的过滤器的微粒收集速率。
在前述的专利申请中所描述的微粒过滤器中，通过将过滤分隔壁的端部结合在一起然后将这些端部相互连接使过滤通道被封闭。由于这种结构，过滤通道的废气入口形成为漏斗形。根据过滤通道的废气入口按照上述方式形成为漏斗形，废气平稳地流进过滤通道而不引起湍流。为此，在该专利申请中所描述的微粒过滤器中压力损失很小。
同时，在上述的微粒过滤器中，结合的分隔壁的顶端急剧变尖。因此，例如，为了将微粒过滤器安装在内燃机的排气道中微粒过滤器被处理时，如果结合的分隔壁与内燃机的零件等接触，则结合的分隔壁的顶端变成为碎裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构，该结构在微粒过滤器被处理时能够防止微粒过滤器中相互靠近的分隔壁顶端过滤被损坏。
根据本发明第一方面，废气净化装置具有用于收集废气中的微粒的微粒过滤器，并且该微粒过滤器包括用于形成通道的分隔壁。该分隔壁由多孔材料制成，并且分隔壁的端部被结合在一起使得由分隔壁的端部构成的流动路径的截面面积小于由分隔壁的剩余部分构成的流动通路的截面面积。此外，该微粒过滤器具有延伸部分，该延伸部分从该微粒过滤器的端表面延伸超过该分隔壁的顶端。
根据第一方面，其中从该微粒过滤器的端表面延伸超过该分隔壁的顶端的延伸部分，根据本发明的第一方面被设置在该微粒过滤器中，当对该微粒过滤器进行处理时结合在一起的分隔壁的的顶端不被损坏。
此外，在前述的第一方面，该延伸部分可以是该微粒过滤器的延伸超过该分隔壁的顶端的外周边壁部分。
还有，延伸超过该分隔壁的顶端的外周边壁部分可以构造成以这样一种方式延伸，即使其包围分隔壁的顶端。
还有，延伸超过该分隔壁的顶端的外周边壁部分可以通过，例如，增加其厚度而具有增加的刚度。
在前述的第一方面，能够氧化微粒的氧化物质可以被支撑在分隔壁上。
在前述的第一方面，分隔壁的端部可以被结合在一起，并且分隔壁的顶端可以相互连接以便封闭通道的端表面。
从下面参考附图对优选实施例的描述，本发明的前述和其他方面、特征和优点将变得更加清楚。
图1A和图1B是示出本发明的微粒过滤器的示意图。
图2A和图2B是示出本发明的微粒过滤器的一部分的示意图。
图3A和图3B是示出本发明相关技术的微粒过滤器的示意图。
图4A和图4B是示出蜂窝结构体的示意图。
图5A和图5B是示出模子的示意图。
图6是示出根据本发明另一个实施例的微粒过滤器的示意图。
图7A和图7B是说明氧化微粒的反应的示意图。
图8A、8B和8C是说明聚集微粒的反应的示意图。
图9是示出能可氧化的和可去除的微粒量和微粒过滤器温度之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。图1A是微粒过滤器的端视图，图1B是示出沿图1A微粒过滤器的IB-IB线的截面的示意图。如图1A和1B所示，微粒过滤器22具有蜂窝结构，并包括多个相互平行延伸的废气流动通道50、51。这些废气流动通道具有废气进口通道50和废气出口通道51，每个进口通道50具有用锥形壁(以下称之为下游锥形壁)52封闭的下游端，每个出口通道51具有用锥形壁(以下称之为上游锥形壁)53封闭的上游端。也就是说，废气流动通道50是那些在其下游端用下游锥形壁52封闭的废气流动通道，而废气流动通道51是那些在其上游端用上游锥形壁53封闭的废气流动通道。
虽然细节将在下面描述，但下游锥形壁52通过结合形成微粒过滤器22废气进口通道50的分隔壁下游端分隔壁部分并将它们相互连接而形成。另一方面，上游锥形壁53通过结合形成微粒过滤器22废气出口通道51的分隔壁上游端分隔壁部分并将它们相互连接而形成。
在这个实施例中，废气进口通道50和废气出口通道51是经薄分隔壁54交替地形成。换句话说，废气进口通道50和废气出口通道51以这样一种方式设置，使每个废气进口通道50被四个废气出口通51道包围，每个废气出口通道51被四个废气进口通道50所包围。也就是说，两个相邻的废气流动通道中的一个废气流动通道50在其下游端用下游端锥形壁52完全封闭，而另一个废气流动通道51在其上游端用上游锥形壁53完全封闭。
微粒过滤器22由多孔材料制成，例如堇青石。因而，流进废气进口通道50的废气如图1B的箭头所示流过环绕分隔壁54，并且然后流进相邻的废气出口通道51。当然，由于锥形壁52、53是用与分隔壁54同样类型的材料制成，废气能够如图2A的箭头所示流过上游锥形壁53，然后流出废气出口通道51，此外，能够流出下游锥形壁52，如图2B的箭头所示。
同时，上游锥形壁53形成正四棱锥体的形式，其向着上游侧以这样的方式收缩，即，使废气出口通道51的流动路径截面面积逐渐减小。因此，由四个上游锥形壁53包围形成的废气进口通道50的上游端形成正四棱锥体，其向着上游侧以这样的方式加宽，即，使废气进口通道的流动路径的截面面积逐渐增加。由于这种结构，与构造成图3A所示的废气进口通道的入口的情况相比，废气流进微粒过滤器更加容易。
也就是说，在图3A所示的微粒过滤器中，废气出口通道的上游端用孔塞72封闭。在这种情况下，用附图标记73表示的一部分废气与孔塞72碰橦，所以这部分废气很难流进废气进口通道。因此，微粒过滤器的压力损失变大。此外，从孔塞72附近流进废气进口通道的废气在入口附近变成用附图标记74表示的湍流。这也使废气难以流进废气进口通道。因此，微粒过滤器的压力损失变得更大。
在另一方面，在本发明的微粒过滤器22中，如图2A所示，废气能够流进废气进口通道50而不变成湍流。由于这种结构，根据本发明，废气很容易流进微粒过滤器22中。因此，微粒过滤器22的压力损失很小。
还有，在图3A所示的微粒过滤器中，在废气中的大量微粒往往会积累在孔塞72的上游端表面和其附近的分隔壁表面上。这是因为废气与孔塞72碰撞，而且，废气在孔塞72附近转变成湍流。相反，在本发明的微粒过滤器22中，由于上游锥形壁53为正四棱锥体，不存在废气与其强烈碰撞的上游端表面，而且，废气在上游端表面附近不转变成湍流。因此，根据本发明，大量微粒不会积累在微粒过滤器22的上游端区域中，因此抑制了微粒过滤器22的压力损失的增加。
另一方面，下游锥形壁52形成为正四棱锥体的形式，其向着下游侧以这样的方式收缩，使废气进口通道50的流动路径的截面面积逐渐减小。因此，被四个下游锥形壁52包围而形成的废气出口通道51的下游端形成正四棱锥体的形式，其向着下游侧以这样的方式加宽，使废气出口通道51的流动路径的截面面积逐渐增加。根据这种结构，与图3B所示构造的废气出口通道的出口的情况相比，废气从微粒过滤器流动更加容易。
也就是说，在图3B所示的微粒过滤器中，废气进口通道的下游端被孔塞70所封闭，并且废气出口通道一直延伸到其出口。在这种情况下，已经流出废气出口通道的出口的一部分废气沿着孔塞70的下游端表面流动，因此，在废气出口通道的出口附近产生湍流71。如果产生如上所述的湍流，废气难以流出废气出口通道。
另一方面，在本发明的微粒过滤器中，如图2B所示，废气能够通过在废气出口通道51端部的出口流出而不转变成湍流。因此，根据本发明，废气相对容易地流出微粒过滤器。因此，由于这种结构，使微粒过滤器22的压力损失很小。
锥形壁52、53可以是不同于正四棱锥体的其他任何形状，例如，圆锥体，只要其形状向着微粒过滤器22的外部逐渐收缩。
顺便说明，由于锥形壁52、53形成为如上所述的正四棱锥体，其顶端急剧变尖。在这种结构中，当，例如为了将微粒过滤器22安装在内燃机中，微粒过滤器22被处理时，顶端与某些其他物体接触时该顶端可能会破裂。
因此，在本发明的微粒过滤器22中，其外周边壁56的形状为，在微粒过滤器22的轴向延伸超过锥形壁52、53的顶端。换句话说，本发明的微粒过滤器22包括外周边壁延伸超过由锥形壁52、53的顶端形成的端表面，即，超过微粒过滤器22的端表面的外周边壁56的部分(以下称之为延伸部分)55。外周边壁56的延伸部分55延伸成环绕锥形壁52、53的顶端。
根据这种结构，在微粒过滤器22被处理时，正是外周边壁56的延伸部分55与其他物体接触。因此，锥形壁52、53的顶端决不会与去任何物体接触，因此，防止锥形壁52、53的顶端被损坏。
还有，本发明的微粒过滤器22以这样一种方式构成，使其刚度至少在于外周边壁56的延伸部分55是高的。在这个实施例中，例如，通过使延伸部分55的厚度，优选使外周边壁56总体上的厚度大于分隔壁54的厚度，而使其刚度增大。由于这种设置，即使延伸超过微粒过滤器22的端表面的外周边壁56的延伸部分55在微粒过滤器22被处理时与其他物体接触，也可防止外周边壁56的延伸部分55不被损坏。还有，在本发明中，一部分外周边壁被用作防止锥形壁52、53的顶端不被损坏的装置。因此，与那种损坏防止装置是额外地安装在微粒过滤器上的情况相比，本发明的损坏防止装置很容易形成，并且其结构简单。
在这个实施例中，延伸超过微粒过滤器22的端表面的外周边壁56的延伸部分55延伸过微粒过滤器22的整个周边。然而，如果微粒过滤器22的各自外周边壁56中的一些延伸超过微粒过滤器22的端表面，本发明的目的也可以实现。还有，为了实现本发明的目的，微粒过滤器至少有延伸超过其端面的部分就足够了。
同时，就其性能而言，对于微粒过滤器22重要的是，以这样一种方式构造微粒过滤器，可能降低压力损失并且当使用微粒过滤器22时压力损失不偏离可能达到的值。
换句话说，当内燃机包括微粒过滤器时，例如，内燃机的运行控制设计成考虑微粒过滤器可能的压力损失。为此，即使微粒过滤器构造成其压力损失很低，当使用微粒过滤器其压力损失偏离可能达到的值时，内燃机的整体性能变低。
因此，根据本发明，正如上面所描述的，构成微粒过滤器22中的废气流动通道的上游端区域的分隔壁做成锥形壁。由于这种结构当废气流进废气流动通道时防止其变成湍流，因此，微粒过滤器22的压力损失可能变低。
还有，正如上面所描述的，形成微粒过滤器22中的废气流动通道的上游端区域的分隔壁做成锥形壁，并且这使微粒很难积累在锥形壁的壁表面上。换句话说，这防止流进废气流动通道的废气转变成湍流，该湍流由在使用微粒过滤器22时积累在锥形壁的壁表面的微粒所引起。由于这种设置，根据本发明，在使用微粒过滤器时，将抑制压力损失从可能达到值的偏离，所述压力损失偏离会导致高压力损失。
顺便说，正如上面所描述的，当使用微粒过滤器22时微粒不容易积累在上游锥形壁53。然而，在某些情况下，微粒可能积累在上游锥形壁53上。在这种情况下，使用微粒过滤器22时其压力损失变得较大。
因此，在本发明中能够氧化并去除微粒的氧化物质可以支撑在上游锥形壁53上，以便积累在上游锥形壁53上的微粒被氧化并被去除。根据这种设置，由于被上游锥形表面53所收集的微粒不断被氧化并被去除，决不会由大量微粒积累在上游锥形壁53上。因此，即使在使用微粒过滤器22时其压力损失保持在低值。
如上所述，根据本发明，在废气出口通道51用由多孔材料制成的上游锥形壁53封闭、以使微粒过滤器22的压力损失可能变低的结构中出现的具体问题，即，当使用微粒过滤器时其压力损失偏离能达到的值的问题，能够避免。
在这个实施例中，氧化物质总体上被支撑在微粒过滤器22上，即，不仅在上游锥形壁53，而且在分隔壁54和下游锥形壁52上都有氧化物质。此外，氧化物质不仅被分别支撑在上游锥形壁53、下游锥形壁52和分隔壁54的壁表面上，而且被支撑在其内侧的多微孔壁上。另外，在这个实施例中，被支撑在上游锥形壁53上每单位体积的氧化物质的量大于被支撑在分隔壁54和下游锥形壁52上每单位体积的氧化物质的量。
下面将简要地描述制造微粒过滤器的方法。图4A示出圆柱形的蜂窝结构体，而图4B示出沿IVB-IVB线的该蜂窝结构体的截面。首先，如图4所示的圆柱形蜂窝结构体80用多孔材料，诸如堇青石等，挤压而成。蜂窝结构体80具有多个废气流动通道，每个废气流动通道具有方形截面。这些废气流动通道中的一些用作微粒过滤器22的废气进口通道50，剩余的用作微粒过滤器22的废气出口通道51。此外，蜂窝结构体80的外周边壁在其两端延伸超过蜂窝结构体80的端表面，以便提供延伸部分55。
其次，图5所示的模子90被压在蜂窝结构体80的端面。如图5A所示，模子90具有多个突出部分91，每个突出部分具有正四棱锥体形状。图5B示出一个突出部分91。模子90以这样一种方式被压在蜂窝结构体80的端面，使突出部分91分别插入预定的废气流动通道中。这时，形成预定的废气流动通道的分隔壁，即，分隔壁54被结合在一起以便形成锥形壁。该预定的废气流动通道用锥形壁完全封闭。
然后，蜂窝结构体被干燥。其后，蜂窝结构体被烘干。这之后氧化物质被支撑在蜂窝结构体。结果，这些步骤形成微粒过滤器。
如上所述，微粒过滤器22在其端部用锥形壁52、53封闭，锥形壁52、53是用与微粒过滤器22的分隔壁54同样类型的多孔材料制成的。因此，在特别简单的方法中，诸如上述的模子90被压在蜂窝结构体的端面，微粒过滤器22的废气流动通道50、51可以用与分隔壁54同样的材料封闭。
在这里，将模子90压在蜂窝结构体80的端面的步骤可以在蜂窝结构体干燥后进行。可选择地，在蜂窝结构体80被烘干之后，蜂窝结构体80的端面的可以被软化，并且然后，模子90可以压在软化地端部。之后，在这种情况下，蜂窝结构体80的端面被再一次烘干。
在上述实施例中，已经描述了本发明应用于微粒过滤器的情况，其中锥形壁52、53的顶端被完全封闭。然而，本发明也可应用于锥形壁52、53的一些顶端具有小孔57、58的情况，例如，如图6所示，以便获得与上面所描述的实施例所获得的同样的效果。特别是，本发明能够应用于任何微粒过滤器，只要它们在废气流动通道的端部以这样一种形式包括锥形壁，使得各废气流动通道的流动路径的截面面积向着该端部逐渐减小，因此，获得与在对前述实施例的相关描述中同样的效果。这里，各孔57、58的尺寸大于构成锥形壁52、53的多孔材料的各微孔的直径。
下面将详细描述支撑在微粒过滤器22上的氧化物质。在这个实施例中，例如用铝制成的载体层全部形成在各废气进口通道50和各废气出口通道51的圆周壁表面上，即，各分隔壁54的两侧表面和锥形壁52、53的两侧表面。在这个载体上，支撑的是贵金属催化剂和活性氧释放剂，该活性氧释放剂当周围存在过量的氧时捕捉并保存氧并且当周围的氧的浓度较低时将其保存的氧释放成活性氧的形式。这个实施例的氧化物质是活性氧释放剂。
在这个实施例中，铂Pt被用作贵金属催化剂。用作活性氧释放剂的是选自下列中的一种碱金属诸如钾K、钠Na、锂Li、铯Se、铷Rb等；碱土金属诸如钡Ba、钙Ca、锶Sr等；稀土元素诸如镧La、钇Y、铈Ce等；过渡金属诸如铁Fe；和碳族元素诸如锡Sn。
作为活性氧释放剂，优选用与钙Ca相比具有较高的离子化倾向的碱金属或碱土金属，即，钾K、锂Li、铯Se、铷Rb、钡Ba和锶Sr。
下面用铂Pt和钾K作为支撑在载体上例子描述用微粒过滤器22去除废气中的微粒的反应。然而，用其他的贵金属、碱金属、碱土金属、稀土元素或过渡金属，也能够实现同样的去除微粒的反应。
例如，描述是根据下面的假定，假定流进微粒过滤器22中的废气是从压缩点火型内燃机释放的气体，其中燃料在过量空气条件下燃烧。根据这个假定，流进微粒过滤器22中的废气包含大量的过量空气。特别是，定义供给到进入通道和燃烧室5的空气和燃料的比例作为废气的空气然料比例，在压缩点火型内燃机中的废气空气燃料比是稀薄比。此外，由于在压缩点火型内燃机的燃烧室中产生一氧化氮NO，一氧化氮NO包含在废气中。还有，燃料包含有硫组分S，并且硫组分S与氧反应在燃烧室生成二氧化硫SO2，因此，包含过量氧、一氧化氮NO和二氧化硫SO2的废气流进微粒过滤器22的废气进口通道50。
图7A和7B示意地示出了形成在各废气进口通道50的内圆周表面的载体层表面的放大示意图。在图7A和7B附图标记60表示铂Pt的微粒，61表示包含钾K的活性氧释放剂。
如上所述，废气包含大量过量氧。因此，当废气流进微粒过滤器22的废气进口通道50时，氧O2以O2-或O2-的形式附着在铂Pt的表面，如图7A所示。另一方面，在废气中的一氧化氮NO与Pt表面上的O2-或O2-发生反应生成二氧化氮NO2()。然后，这样产生的一部分二氧化氮NO2当在铂Pt上被氧化时被活性氧释放剂61吸藏，并以氮离子NO3-的形式扩散进入活性氧释放剂61中，如图7A所示，当与钾K结合时形成硝酸钾KNO3。
另一方面，如上所述，废气还包含二氧化硫SO2。二氧化硫SO2也被活性氧释放剂61以与吸藏一氧化氮NO同样的机制被吸藏。特别是，如上所述，氧O2以O2-或O2-的形式附着在铂Pt的表面，并且废气中的二氧化硫SO2与铂Pt表面的O2-或O2-发生反应以生成三氧化硫SO3。然后这样产生的三氧化硫SO3的一部分被活性氧释放剂61吸藏，同时在铂Pt表面被进一步氧化，并以硫酸根离子SO42-的形式扩散进入活性氧释放剂61中，同时与钾K结合生成硫酸钾K2SO4。以这种方式，硝酸钾KNO3和硫酸钾K2SO4在活性氧释放剂61中生成。
另一方面，主要由碳C组成的微粒产生在燃烧室5中。因此，废气包含这些微粒。当废气流过微粒过滤器22的废气进口通道50，或当废气从废气进口通道50流到废气出口通道51时，包含在废气中的如图7B中用附图标记62所示的这些微粒与载体层表面接触并附着在载体层表面，例如，活性氧释放剂61的表面。
当这些微粒62如上所述地附着在活性氧释放剂61的表面时，在微粒62和活性氧释放剂61之间的接触表面处的氧浓度低。当氧的浓度低时，在接触表面和氧浓度高的活性氧释放剂61的内侧之间产生浓度差。因此，在活性氧释放剂61中的氧试图移向微粒62和活性氧释放剂61之间的接触表表面。结果，形成在活性氧释放剂61中的硝酸钾KNO3分解成钾K、氧O和一氧化氮NO，并且氧O移向微粒62和活性氧释放剂61之间的接触表面，而一氧化氮NO从活性氧释放剂61释放到外面。已经被释放到外面的一氧化氮NO在下游侧的铂Pt上被氧化，并且然后再一次被活性氧释放剂61所吸藏。
还有，在这时，形成在活性氧释放剂61中的硫酸钾K2SO4也分解成钾K、氧O和二氧化硫SO2，并且，并且氧O移向微粒62和活性氧释放剂61之间的接触表面，而二氧化硫SO2从活性氧释放剂61释放到外面。已经被释放到外面的二氧化硫SO2在下游侧的铂Pt上被氧化，并且然后再一次被活性氧释放剂61所吸藏。但是，由于硫酸钾K2SO4是稳定的不容易被分解，与硝酸钾KNO3相比，硫酸钾K2SO4很难释放反应氧。
如上所述，当活性氧释放剂61以氮离子NO3-的形式吸藏NOx时，在与氧发生反应的过程中它也产生并释放活性氧。类似地，如上所述，当活性氧释放剂61以硫酸根离子SO42-的形式吸藏SO2时，在与氧发生反应的过程中它也产生并释放活性氧。
同时，移向微粒62和活性氧释放剂61之间地接触表面的氧O是从诸如硝酸钾KNO3和硫酸钾K2SO4的化合物分解的氧。从化合物分解的氧具有高能量，并具有特别高的活性状态。因此，移向微粒62和活性氧释放剂61之间的接触表面的氧处于活性氧O状态。类似地，在NOx和活性氧释放剂61中的氧之间发生反应的过程中或在二氧化硫SO2和氧之间发生反应的过程中所产生的氧也是处于活性氧状态。当该活性氧O与微粒62接触时，微粒62在短时间内(从几秒钟到几十分钟)被氧化而不产生明亮的火焰，并且微粒62完全消失。因此，微粒62难以积累在在微粒过滤器22上。
在通常情况下，当在微粒过滤器22上积累成多层状态的微粒被燃烧时，微粒过滤器22变成红热并且微粒燃烧而有火焰。这种带有火焰的燃烧只有在高温下才能持续。因此，为了上述那种带有火焰的连续燃烧，过滤器22必须保持在高温下。
如上述相反，在本发明中，微粒62被氧化而不产生如上所述的明亮火焰，此时，微粒过滤器22的表面不变成红热状态。换句话说，在本发明中，微粒62被氧化并且与常规情况相比在相当低的温度下被去除。因此，根据本发明通过氧化微粒62而无明亮火焰去除微粒的反应是完全不同于常规的带有火焰的去除微粒的反应。
同时，铂Pt和活性氧释放剂61在微粒过滤器22的温度升高时被激活。因此，当微粒过滤器22的温度升高时，在微粒过滤器22上的在单位时间内被氧化并被无明亮火焰去除的可氧化并去除的微粒量增加。
图9中的实线示出了在单位时间内被氧化并被去除而不产生明亮火焰的可氧化并可去除的微粒量G。在图9中，水平轴表示微粒过滤器22的温度TF。将单位时间内流进微粒过滤器22中的微粒量定义为流入微粒量M，在流入微粒量M小于可氧化并可去除的微粒量G的情况下，也就是，流入微粒量M落在图9的I区内，当流进微粒过滤器22中所有微粒与微粒过滤器22接触时，它们在短时间内(从几秒钟到几十分钟)在微粒过滤器22中被氧化并被去除而不产生明亮火焰。
如上述相反，在流入微粒量M大于可氧化并可去除的微粒量G的情况下，也就是，流入微粒量M落在图9的II区内，活性氧量不足以氧化所有微粒。在这种情况下，微粒被氧化的状况示于图8A、8B、8C。在活性氧量不足以氧化所有微粒的情况下，当微粒62如图8A所示附着在活性氧释放剂61时，只有一些微粒62被氧化，那些没有被充分氧化的微粒被保留在载体层上。如果活性氧的量不足够的状态持续下去，没有被氧化的微粒一个接一个地积累在载体层上。结果，载体层表面被剩余的微粒63所覆盖，如图8B所示。
如果载体层的表面被剩余微粒63所覆盖，不进行一氧化氮NO和二氧化硫SO2被铂Pt氧化的氧化反应和活性氧释放剂61释放活性氧的反应。这样，由于剩余微粒63不被氧化而被保留。因此，另一些微粒64一个接一个地积累在剩余微粒63上，如图8C所示。即，微粒积累成多层状态。
当微粒如上所述积累成多层状时，微粒64不再被活性氧O氧化。因此，直到另一些微粒一个接一个地积累在微粒64上。也就是，如果流入微粒量M大于可氧化并可去除微粒量G的状态持续下去，那么微粒在微粒过滤器22上积累成多层。因此，被积累的微粒不能被点火并燃烧，除非废气的温度或微粒过滤器22的温度增加到高温。
如上所述，在图9的I区内微粒在微粒过滤器22上在短时间内被氧化而不产生明亮火焰，而在图9的II区内微粒在微粒过滤器22上积累成多层。因此，为了避免微粒在微粒过滤器22上积累成多层，流入微粒量M必须恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G。
正如从图9所看到的，本发明的实施例所采用的例微粒过滤器22，即使微粒过滤器22的温度TF相当低，微粒也能够被氧化。因而流入微粒量M和微粒过滤器22的温度TF保持这样一种方式，使流入微粒量M恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G。
如果如上所述，流入微粒量M恒定地小于可氧化并可去除的微粒量G，则微粒很难积累在微粒过滤器22上，并且因此几乎总是不存在背压增加。
另一方面，一旦微粒在微粒过滤器22上积累成多层状态，很难用活性氧氧化这些微粒，即使流入微粒量M变成小于可氧化并可去除的微粒量G。然而，如果在没有被氧化的微粒开始剩余的状态下流入微粒量M变成小于可氧化并可去除的微粒量G，即，当微粒积累的量在某个限度范围内，那么剩余的微粒由活性氧O氧化并被去除而不产生明亮火焰。
同时，考虑到微粒过滤器22设置并用在内燃机的废气通道中，燃料或润滑油含有钙Ca，并且因此废气含有钙Ca。这些钙Ca在存在三氧化硫SO3场合产生硫酸钙CaSO4。这样产生的硫酸钙CaSO4是处于聚集形式，即使在高温下也不发生热分解。因此，当产生硫酸钙CaSO4时，硫酸钙CaSO4封闭微粒过滤器22的微孔。结果，使废气难以流过微粒过滤器22。
在这种情况下，当碱金属或碱土金属，与钙Ca相比具有高微粒化倾向的例如钾K用作活性氧释放剂61时，扩散进入的活性氧释放剂61中的三氧化硫SO3与钾K结合以便形成硫酸钾K2SO4。因此，钙Ca通过微粒过滤器22的分隔壁54而不与三氧化硫SO3结合，并流进废气出口通道51。因此，微粒过滤器22的微孔不被阻塞。因此，如上所述，优选采用具有比钙Ca高的微粒化倾向的碱金属或碱土金属作为活性氧释放剂61，即，钾K、锂Li、铯Se、铷Rb、钡Ba和锶Sr。
本发明也可应用于只有诸如铂Pt的贵金属支撑在形成在微粒过滤器22两侧的载体层的情况。然而，在这种情况下，在图9中表示可氧化并可去除的微粒量G的实线比图9中当前的实线稍稍向右侧偏移。在这种情况下，从支撑在铂Pt表面的二氧化氮NO2或三氧化硫SO3中释放活性氧。
此外，也可以采用以下类型的催化剂作为活性氧释放剂，该催化剂能够吸收并保存二氧化氮NO2或三氧化硫SO3，并使这些被吸收的二氧化氮NO2或三氧化硫SO3释放活性氧。
权利要求
1.一种废气净化装置，其包括用于收集废气中的微粒的微粒过滤器，该微粒过滤器包括用于形成通道的分隔壁，该分隔壁由多孔材料制成；和相邻分隔壁的端部，该端部相互靠近以便使由分隔壁形成的各自通道收缩，因而由相邻分隔壁的端部形成的流动路径的截面面积小于相邻分隔壁的剩余部分形成的流动路径的截面面积，其特征在于该微粒过滤器具有从该微粒过滤器端面延伸超过该分隔壁顶端的延伸部分。
2.根据权利要求1的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分沿所述微粒过滤器的轴向延伸。
3.根据权利要求1或2的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分是所述微粒过滤器的外周边壁的一部分。
4.根据权利要求3的废气净化装置，其特征在于延伸超过分隔壁顶端的外周边壁的所述部分延伸以便包围分隔壁的顶端。
5.根据权利要求3或4的废气净化装置，其特征在于延伸超过分隔壁顶端的外周边壁的所述部分的刚度高于分隔壁的刚度。
6.根据权利要求5的废气净化装置，其特征在于延伸超过分隔壁顶端的外周边壁的所述部分的厚度大于分隔壁的厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项的废气净化装置，其特征在于所述分隔壁的端部被结合在一起，并且该分隔壁的顶端被相互连接以便封闭通道的一个端面。
8.根据权利要求7的废气净化装置，其特征在于包括多个分隔壁并且该多个分隔壁构成多个通道，在该多个通道的一些中，分隔壁的下游端部分被结合在一起并相互连接，以便形成第一连接部分；而在其余的通道中，分隔壁的上游端部分被结合在一起并相互连接，以便形成第二连接部分。
9.根据权利要求8的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分设有多个分隔壁中的至少一个，以便沿轴向向微粒过滤器的外面延伸到长于其余分隔壁的长度。
10.根据权利要求8或9的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分设有形成多个第一连接部分中的至少一个的分隔壁，以便沿轴向向微粒过滤器的外面延伸到长于形成其余第一连接部分的分隔壁的长度。
11.根据权利要求8至10中任一项的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分设有形成多个第二连接部分中的至少一个第二连接部分的分隔壁，以便沿轴向向微粒过滤器的外面延伸到长于形成其余第二连接部分的分隔壁的长度。
12.根据权利要求9至11中任一项的废气净化装置，其特征在于所述延伸部分在构成微粒过滤器外周边壁的分隔壁上形成。
13.根据权利要求1至12中任一项的废气净化装置，其特征在于能够氧化微粒的氧化物质被支撑在所述分隔壁上。
全文摘要
本发明包括一种用于收集废气中微粒的微粒过滤器(22)。该微粒过滤器(22)包括用于形成通道(50、51)的分隔壁(54)。分隔壁(54)由多孔材料制成。相邻分隔壁(54)的端部相互靠近以便使由该分隔壁(54)形成的各自通道收缩，并且该通道端部区域的流动路径的截面面积制成小于该通道剩余部分中的流动路径的截面面积。该微粒过滤器(22)具有从该微粒过滤器(22)端面延伸超过该分隔壁(54)顶端的延伸部分(55)。
文档编号F01N3/08GK1541299SQ02815631
公开日2004年10月27日 申请日期2002年8月7日 优先权日2001年8月8日
发明者中谷好一郎, 也, 广田信也 申请人:丰田自动车株式会社