专利名称：流过式蜂窝状基底和废气后处理系统和方法
流过式蜂窝状基底和废气后处理系统和方法
独旦 冃豕
本发明总的涉及陶瓷蜂窝状制品，更具体而言，本发明涉及用于纯化柴油机 废气的包括所述蜂窝状制品的系统和方法。更具体而言，本发明涉及流过蜂窝状基 底和包括流过式基底和壁流式颗粒过滤器的组合的方法和系统。
柴油机燃料燃烧产生含有烟灰的颗粒。这些颗粒是常规的燃料燃烧逸散物如 一氧化碳、烃和一氧化氮之外的物质。通常在柴油发动机系统使用壁流式颗粒过滤 器来除去废气中的颗粒。这些壁流式颗粒过滤器通常由具有平行的流通通道和内部 多孔壁的蜂窝状基底制成。流通通道通常以棋盘的形式被堵上，这样废气一旦处于 该蜂窝状基底内部，就被迫使通过该内部多孔壁，从而该多孔壁截留该废气中的部 分颗粒。
已发现壁流式颗粒过滤器能有效除去废气中的颗粒。但是，随着多孔壁中俘 获的颗粒增加，该蜂窝状过滤器中的压降增大。在以柴油机为动力的车辆中，这种 增加的压降导致针对该柴油发动机的背压逐渐增加。当蜂窝状基底中的压降达到某 个水平时，壁流式颗粒过滤器可进行原位热再生。热再生涉及使该壁流式颗粒过滤 器达到给足以完全燃烧烟灰的温度。
在热再生过程中，由于对热再生的控制差，在蜂窝状过滤器中各点会出现过 高的温度峰值。这些过高的温度峰值会在蜂窝状过滤器中产生热应力。如果热应力 超出内部机械强度，壁流式颗粒过滤器可能会破裂，这会在一些情况下降低性能。 因此，需要有更好地控制壁流式颗粒过滤器在热再生过程中的再生温度的手段。
概述
在一个广泛的方面，本发明是一种废气处理系统，它包括位于壁流式颗粒过 滤器的上游的流过式蜂窝状基底。该流过式蜂窝状基底具有进口面和出口面以及多 个纵向孔(cell)壁，所述纵向孔壁在所述进口面和出口面之间延伸。该纵向孔壁 限定多个平行的在所述进口面和出口面之间延伸的孔通道。该流过式蜂窝状基底具有包括该该平行孔通道的第一部分的流过区，和包括该平行孔通道的第二部分的流 过控制区。该平行通道的第一部分包括流过物直接流过的未堵塞的通道，该平行通 道的第二部分包括堵塞的通道。流过控制区中的堵塞的孔通道调节流过该蜂窝状基
底的流过物，这样在进口面具有第一流过物分布的流过物在出口面以第二流过物分 布的形式出现，该第二流过物分布与该第一流过物分布不同。具体而言，所调节的 流过物产生自该堵塞的通道的径向的堵塞物密度，该密度是不均匀的。所产生的流 过物可以是例如比该第一流过物分布更均匀。或者，可开发出任何所需的流过物特 征并使其呈现给下游颗粒过滤器。因此，可控制下游壁流式过滤器内的径向烟灰分 布。
根据本发明另一实施方式，堵塞物分布在流过式蜂窝状基底中，以使径向的 堵塞物密度是不均匀的。更详细地说，径向堵塞物密度相对于进口面区域的径向矩 心而言是不均匀的。根据本发明的另一实施方式，该流过控制区可包括比该流过区 更高的径向密度的堵塞物。某些实施方式包括一内部区域，与设置于该内部区域径 向外部的外部区域相比，该内部区域的堵塞孔通道的径向密度相对较高。在另一实 施方式中，与从一居间区域径向向内或向外布置的区域相比，该居间区域包括相对 高的堵塞物密度。在又一实施方式中，最小密度的堵塞物位于矩心区域之外。例如， 最小堵塞物密度可能位于内部区域和外部区域之间的居间区域。因此，这些实施方
式改变了整个蜂窝状基底的流动速度特征，使得施加于下游壁流式颗粒过滤器的流 过模式包括所需的改变的流速特征。例如，该流速特征可包括与无堵塞物的类似流 过基底(即，具有未改变的流过特征)相比在其径向外部区域中的相对较高的流速 水平。任选地，最大流速可与具有较低流速的环形区域的居间区域重合。
在另一大的方面，本发明是废气系统，包括非均匀堵塞的流过式蜂窝状基底， 和下游壁流式颗粒过滤器。该壁流式过滤器被施加并接受产生自开始时流过非均匀 堵塞的流过式蜂窝状基底的流过物的改变的流速特征。具体而言，与未堵塞的类似 的流过式基底相比(相同的孔结构、壁厚度、孔密度等等)，通过基底的流速特征 可被显著改变。可改变流速特征以使例如与具有类似的孔结构的未改变流过基底的 系统相比，从该流过式蜂窝状基底流出的流过物特征中的高速度区域的数量减少。 在其它实施方式中，通过在流过基底中提供合适的堵塞模式以在通向下游壁流式过 滤器的进口提供任何需要的流过模式而改变流速特征。在一些实施方式中，改变流过物，这样相对多的烟灰由该壁流式过滤器的中心区域辐射式地向外分布。这可降 低过滤器活性再生历程中的温度峰值。
在另一宽的方面，本发明涉及一种纯化内燃机如柴油机废气的方法，该方法 包括将废气导入具有堵塞和未堵塞(流过)通道的组合的流过式蜂窝状基底的进口 面，其中，所述废气以第一流速分布被施加于该流过蜂窝状基底，并在该基底上被 接收，并以第二流速分布出现在该流过式蜂窝状基底的出口面，该第二流速分布被 改变且不同于该第一流速分布。该流出的流速分布可以比例如该接收的流速分布更 均匀。任选地，可布置该流过式基底中的堵塞物的位置和数量，以获得流出该流过 式基底的任何所需的流速特征。为了获得所需的流出流过物特征，堵塞物的密度可 以是径向的不均匀。具体而言，可相对于与流向垂直的平面在各径向区域中提供较
高密度的堵塞物。例如，如图2A所示，堵塞物208A可仅位于出口端，并且可仅集 中在中心径向区域(显示在环内)，而环绕该中心区域的外径向区域(显示在环外) 则可未堵塞。这种径向的不均匀堵塞物密度构型通常往往通过降低中心附近的流 速、增加径向外部区域中的流速而使流出该流过式蜂窝状基底的流过特征变得均 匀。本发明方法还可包括使具有第二流过物分布的废气通过位于该流过式蜂窝状基 底下游且较佳与该基底顺列式布置的壁流式颗粒过滤器。在某些实施方式中，该壁 流式过滤器和流过式基底空间上隔开。它们可置于常用的罩内，或者可包括在分开 的罩单元中，通过一短的过渡管部分相连，或者可直接相互连接而不需要过渡管或 空间。
根据其它实施方式，本发明是流过式蜂窝状基底，包括具有进口面和出口面 以及多个在所述进口面和出口面之间延伸的纵向孔壁的蜂窝状结构，所述纵向孔壁 限定了多个在所述进口面和出口面之间延伸的平行孔通道，所述蜂窝状基底的堵塞 孔通道密度不均匀。该径向不均匀性是相对于该蜂窝状结构的径向矩心区域而测量 的。在优选的实施中，堵塞的孔通道的总数与孔通道的总数之比低于或等于45%， 或低于或等于35%，或低于或等于25%。 一些实施方式中，与位于该内径向区域 径向外部的区域相比，该内径向区域中包括相对较高密度的堵塞通道。其它堵塞物 图案包括具有相对较高堵塞物密度的居间(intermediate)区域。此外，可提供具 有不同堵塞物密度的多个区域。
结合下文和附带的权利要求书，本发明的特征和优点将是显而易见的。附图详述
下文所述的附图阐述了本发明的典型实施方式，但它们并不限制本发明的范 围，本发明可适用于其它同等有效的实施方式。附图的大小并不一定符合比例，为 了清楚和简明，附图的某些特征和某些视图的大小和图解可能被放大。
图1A和1B描述废气系统中流过式蜂窝状基底的两个实施方式的横截面图。
图2A是图1A所述的流过式蜂窝状基底的透视图，阐述了不均匀的堵塞物密度。
图2B是图2A描述的流过式蜂窝状基底的垂直截面图。
图2C是图1B描述的流过式蜂窝状基底的透视图，阐述了不均匀的堵塞物密度。
图3是壁流式颗粒过滤器的透视图，阐述了至少一个末端的堵塞物。
图4A — 4C是本发明生产的流过式蜂窝状基底出口处各种不均匀流速特征的图解。
图5A—5F是流过式蜂窝状基底的端视图，阐述了本发明实施方式的各种不均 匀堵塞物构型。
图6和7是本发明的包括不均匀堵塞的流过式蜂窝状基底和壁流式过滤器的 系统的侧视图。
详述
下文将详述实施方式，如附图所阐述的。在描述实施方式时，阐明了大量的 具体细节以可彻底理解本发明。但是，本领域技术人员将认识到，可在没有一些或 全部这些具体细节的情况下实施本发明。在其它例子中没有详细描述公知的特征和 /或工艺步骤，以使本发明更突出。此外，使用类似的或相同的数值标记来标记共 同的或类似的元件。
根据实施方式，本发明提供具有纵向取向的流过通道孔以通过废气的流过式 蜂窝状基底。废气以导入流速分布形式靠近并被施加于该流过式蜂窝状基底的进口 面，通过流过式蜂窝状基底，并以排出流速分布流出该流过式蜂窝状基底。流过式
蜂窝状基底的堵塞物模式是这样的即该模型能改变通过该流过式基底的流速模式
8和流过物分布(与具有相同孔结构的未堵塞流过式基底相比)，这样该排出流速分 布与该导入流速特征不同。具体而言，该排出流速分布可比该导入流速分布更均匀。 通过选择性堵塞该流过式基底中最大导入流速分布将冲击的流过式整体 (monolith)的进口面而减少流过面积，本发明可实现不同的(例如更均匀的)排
出流速分布。通过在径向上不均匀地堵塞该流过式基底而实现改变的或修改的流过 特征。在某些实施方式中，流过式蜂窝状基底的内表面可包括活性催化物质，这些 物质可允许本发明的流过式基底同时也成为流过式蜂窝状基底催化剂。具体而言， 催化剂可以是含有分散于陶瓷载体中的铂族金属的柴油机氧化催化剂，以通过催化
HC和C0气体污染物和颗粒(即烟灰颗粒)的氧化而将这些污染物转化成二氧化钛 和水。这些催化剂通常包含于被称为柴油机氧化催化剂(D0C)的单元中，该单元 位于柴油机动力系统的系列排气部分中，用于在废气被排入大气中之前处理废气。
在本发明的废气系统中包括壁流式颗粒过滤器，该流过式蜂窝状基底可置于 该壁流式颗粒过滤器的上游，用于在该壁流式颗粒过滤器的入口面上产生和提供所 需的、可能更均匀的流速分布。更均匀的流过物分布可促进颗粒(包括烟灰)在壁 流式颗粒过滤器中分布得更均匀。壁流式颗粒过滤器中相对更均匀的烟灰分布可促 进壁流式颗粒过滤器内更均匀的烟灰燃烧。这又可减少或消除可能在该壁流式颗粒 过滤器的再生过程中产生差异热应力的过高的局部温度峰值。这种差异应力可能会 导致内部开裂。因此，将更能减小再生间隔过程中热应力。
图1A和1B示意性地描述了本发明的废气后处理系统100，用于处理和排出内 燃机如柴油机(未显示)中的废气。废气后处理系统100包括罩102，优选由金属 如钢制备。在一个例子中，罩102包括入口部分104，其适于与发动机(未显示)
相互连接；任选的扩散部分106;纯化部分108;任选的会聚部分110;和出口部
分112，任选地与尾管(未显示)相互连接。废气后处理系统100内包括径向不均 匀堵塞的流过式蜂窝状基底200和壁流式颗粒过滤器300，它们以串联形式取向设 置。基底200和过滤器300以首尾相连的方式安排于罩102内，优选位于纯化部分 108中。基底和过滤器可固定在垫子系统(未显示)中，如蛭石基膨胀垫或氧化铝 纤维基非膨胀垫。任选的废气系统100A (例如，如图6所示)可包括除流过式基 底200A和壁流式过滤器300A之外的其它设备，所述设备帮助纯化废气。例如，在 该流过式蜂窝状基底200A不掺入活性催化物质时， 一种或多种柴油机氧化催化剂400A可位于该流过式蜂窝状基底200A之前。在其它柴油机废气后处理系统中，氧 化催化剂500A (如贫氧化氮(N0X)催化剂或SCR催化剂)可在壁流式颗粒过滤器 300A之后。在此系统中，基底和过滤器可对齐或不对齐放置。例如，在图1A中， 入口部分104的纵轴103与纯化部分108的纵轴105对齐或基本上对齐。在图1B 中，入口部分104的纵轴103以一定的角度相对于纯化部分108的纵轴105倾斜。
在图1A和1B中，流过式蜂窝状基底200直接位于壁流式颗粒过滤器300之 前，流过式蜂窝状基底200的纵轴与壁流式颗粒过滤器300的纵轴对齐或基本上对 齐。此外，流过式基底200在纵向上可与壁流式颗粒过滤器300在空间上隔开，这 样该流过式基底200的出口面与过滤器300的入口面空间上隔开。
优选的，流过式蜂窝状基底200和壁流式颗粒过滤器300的相对面之间的间 隔(d)不会大到使得从该流过式蜂窝状基底200流出的流速特征分布(由于管流) 有机会在进入壁流式颗粒过滤器300前发生明显的变化而成为基本上抛物线状。在 一个例子中，间隔(d)低于6英寸(15.2cm)。在另一例子中，间隔(d)低于3 英寸(7.6cra)。在又一例子中，间隔(d)低于流过式基底200的最大直径(D)， 即d〈D。如图1A所示，D/d的比值可大于或等于2，或大于或等于3或大于或等于 5，这样从该流过式基底流出后产生的流过特征没有机会重新建立抛物线特征。如 图7所示，流过式基底200B和过滤器200B可包括在分离的罩102B和102B，中， 通过较小尺寸的短过渡部分107相互连接，只要空间(d)足够短而未使改变的流 过特征的益处由于重新形成的特征而失去即可。换言之，流速特征115B'和117B' 基本上不同，并具有所需的特征形状。
再次结合图1A，流过式蜂窝状基底200的直径可与壁流式颗粒过滤器300的 直径相同，或者大于后者的直径。流过式蜂窝状基底200和壁流式颗粒过滤器300 都包括具有通道的蜂窝状基底，如下文所述。流过式蜂窝状基底200和壁流式颗粒 过滤器300的孔密度可相同或可不相同，其中孔密度是蜂窝状基底每横截面面积的 通道数量。
图2A和2B描述分别以透视图和横截面图的方式描述流过式蜂窝状基底200。 流过式蜂窝状基底200包括蜂窝状基底结构202，可使用例如任何已知的增塑的陶 瓷前体材料通过挤出来制备该结构。焙烧时，形成一陶瓷，例如堇青石、钛酸铝或 碳化硅。虽然未显示，但是在将流过式蜂窝状基底200插入罩之前可将蜂窝状基底
10结构202置于金属套之内(图1A或1B内的102)，且还用夹在外壳211和该套之 间的弹性垫环绕，如上文所述。蜂窝状基底结构202可以成柱形。蜂窝状结构202 的横截面形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形，或可具有其它可用的合适的 几何形状。蜂窝状基底结构202具有进口面202和出口面206，其中进口面204与 出口面206相背，并具有从进口面204沿着其纵向长度延伸到出口面206的平行的 通道208。通道208由多个从进口面204延伸到出口面206的交叉纵向孔壁210限 定。具有第一流过物分布的流过物114在进口面204被接收。该流过物通过通道 208流过该蜂窝状基底200，流到出口面206，并因此被改变。具有第二流速分布 的流出物114a通过出口面206从蜂窝状基底200流出。堵塞的通道的不均匀的径 向堵塞物密度导致径向流速的再分布(与未堵塞的流过式基底相比)。
蜂窝状基底202的限定通道208的交叉的壁210优选是多孔的，示例性的实 施方式显示总孔隙率低于65%，或者约为20%到55%，或为25%到40%。壁的平 均孔径可以为l拜到15(im，或5,到10,。CTE优选为1.0 x 10力。C至约9 x 10力。C (在25"C到80(TC之间测量)。壁210可携带有活性催化性物质如氧化催化物 质，也可不携带。在壁210携带有活性催化物质时，活性催化物质可提供在多 孔的封闭底漆(wash coat)中，该封闭底漆施加在壁210上，或结合入壁210 中。在使用封闭底漆的情况中，封闭底漆可包括诸如氧化铝、氧化锆或二氧化 铈的材料。流过式蜂窝状基底200可结合任何已知的活性催化物质，以纯化废 气，如用于减少一氧化碳、烃、和颗粒的可溶性有机成分的氧化催化物质。催 化剂可以是任何类型的氧化催化剂，包括PGM (主要是Pt、 Pd、 Rh或Ru02) 或其它类型的混合氧化物催化剂，如钙钛矿、存储氧的物质和负载型金属催化 剂。
本发明的流过式蜂窝状基底200包括流过区212和流过控制区214 (在所 显示的环内)。在此实施方式中，流过区212中的通道208未被堵塞，废气直 接通过未堵塞的通道。在此实施方式的流过控制区214中，通道208的第一组 208a被堵塞，而通道208的第二组208b未被堵塞，废气不通过(或基本上被 限制通过)堵塞的通道208a，而仅通过未堵塞的通道208b。可通过在通道208a 的一端或两端或者在通道208a的长度方向上的某个地方插入填充材料209而将 通道208a堵塞。任选地，通道可完全填充。为了避免在进口面204产生大的湍流，填充材料209较佳在出口面206或靠近出口面206的地方被插入堵塞的通 道208a中。在这种情况下，堵塞的通道208a还可起到从废气中收集一些颗粒 的作用。流过控制区214中的未堵塞的通道208b和流过区中的未堵塞通道208 不含有填充材料。
堵塞通道208a具有减少流过控制区214的流过面积、从而增加流过控制 区的流过限制的作用。这将重新引导流过物从流过控制区214流向和流过流过 区212。因此，这改变了从流过式蜂窝状基底流出的流速特征。这可用于在流 过式蜂窝状基底200的出口面206产生更均匀的流过物分布。
图1A和1B显示，从入口部分104流到流过式蜂窝状基底200的进口面 204的较不均匀(较高峰)的流过物分布115，和由于不均匀地堵塞而产生的 在流过式蜂窝状基底200的出口面206出现的较均匀的流过物分布117。在此 实施方式中，流过控制区214位于流过式蜂窝状基底200之内，其中，最大量 的导入的流速分布115将冲击(如果未被堵塞的话)流过式蜂窝状基底200的 进口面204。但是，应认识到，本发明可在流过式蜂窝状基底200上使用各种 不均匀的堵塞模式，以有效实现各种所需的流过物流出特征，例如如图4A — 4C 所示的流过物流出特征。
返回图2A，在流过控制区214内，堵塞通道208a的模式和数量可改变， 并将依赖于冲击在蜂窝状基底202的进口面204上的流过物的分布。例如，在 一个实施方式中，堵塞的通道208a可基本上均匀地分布在流过控制区内。流过 控制区214在蜂窝状基底202中的位置也可变化，其位置依赖于冲击在蜂窝状 基底202的进口面上的流过物的分布。通常，可使用流动模拟来确定导入的流 速分布的特征，以及流过控制区214在流过式蜂窝状基底200中的最佳位置。 此外，在导入的流过物分布具有一个以上最大量时，流过式蜂窝状基底200可 包括一个以上流过控制区214，以在该流过式蜂窝状基底200的出口面206上 实现更均匀的流过物分布。
在流过控制区之外，即在流过区212内，堵塞通道的密度低于流过控制区 214的密度，从而产生径向不均匀的堵塞物密度。流过区可置于该结构中的任 何需要它来局部增加流过物的位置。
应认识到，流过控制区中通道的堵塞可采用任何已知的堵塞手段实现，例如使用薄的透明面罩、在待堵塞的孔通道中激光切割出孔、以及将堵塞结合剂
注射入孔中至所需深度，如约3 — 25mm。可使用任何合适的堵塞材料，如2006 年7月14日提交的美国专利申请号11/486,699 ("用于钛酸铝陶瓷壁流式过滤 器制备的堵塞材料"(Plugging Material For Aluminum Titanate Ceramic Wall Flow Filter Manufacture) ) 、 WO 2005/051859、 WO/074599、 US 6,809,139禾口 US 4,455,180所教导和描述的那些。
图2A和2C阐述了流过控制区214的两个不同位置。在图2A中，流过控 制区214的中心与蜂窝状基底202的矩心区域(C)重合，且基本上相对于该 矩心区域中心取向。流过控制区214的这个位置在最大量的导入流过物分布冲 击蜂窝状结构202的进口面204的中心时是合适的。这可以是例如图1A所述 的废气系统的情形，其中，入口部分104的纵轴103基本上与流过式基底200 的纵轴105对齐。相反，在图2C中，流过控制区214的中心偏离蜂窝状基底 202的中心。流过控制区214的这个位置在最大量的导入流过物分布不冲击蜂 窝状基底202的进口面204的中心时是合适的。这可以是例如图1B所述的废 气系统的情形，其中，入口部分104的纵轴103相对于流过式基底200的纵轴 105倾斜。
在系统中，壁流式颗粒过滤器(图1A或1B中的300)可以是任何常规的 结构。例如，如图3所示，壁流式颗粒过滤器300可具有蜂窝状结构302，该 结构具有相背的末端面304、 306，和在末端面304和306之间延伸的内部多孔 壁308，其中该内多孔壁308限定蜂窝状结构302内的平行通道310。在末端 面304和306上，通道310的末端可用填充材料312以棋盘的模式堵塞。优选 的是，壁流式颗粒过滤器300不具有像流过式整体(图2A-2C中的200)那样 的未堵塞的通道，因为壁流式颗粒过滤器中的未堵塞通道会使废气未经过滤而 排出。
过滤器的蜂窝状结构302可由例如陶瓷坯料前体和成形助剂通过挤出的方 式制得，并焙烧产生堇青石、钛酸铝或碳化硅的陶瓷蜂窝。用于堵塞通道310 的堵塞材料312也可包含任何合适的陶瓷成形材料，如上文所述的堇青石基或 钛酸铝基组合物，这些材料的CTE通常与蜂窝状结构的CTE紧密匹配。对于 被动再生，过滤器的多孔壁308可包括活性催化物质。此外，氧化性催化剂如贫NOx催化剂500A可加到系统的壁流式颗粒过滤器300A的一个末端面中， 如图6所示。
对于柴油机废气纯化，过滤器300的多孔壁308可掺入平均直径为l一 60pm、更通常为10—50iim、或者为10 — 25)am的孔隙，蜂窝状结构302的孔 密度大约为10 — 300个孔/平方英寸(1.5-46.5个孔/平方厘米)，更通常为大约 100 — 200个孑L/平方英寸(15.5-31个孔/平方厘米)。多孔壁308的厚度为大约 0.002英寸到0.060英寸(0.05mm到1.5mm)、更通常为大约0.010英寸到0.030 英寸(0.25mm到0.76mm)。通道310可具有正方形的横截面或其它类型的横 截面，如三角形、长方形、八边形、六边形或其组合。
返回图1A或1B，在操作时，内燃机如柴油机的废气14在入口部分104 被接收。废气114以不均匀的流过物分布115通过入口部分104，流到扩散部 分106，进入流过整体200。在流过式蜂窝状基底200包括活性催化物质的情 况中，在废气U4流过流过式蜂窝状基底200时可发生各种氧化过程。废气114 以流过物分布U7从流过式蜂窝状基底200流出，该流过物分布117不同于它 进入时的流过物分布，且更均匀。具有更均匀的流过物分布117的废气114进 入壁流式颗粒过滤器300，并被迫使通过该壁流式颗粒过滤器300的内部多孔 壁。废气114中的部分颗粒被多孔壁俘获。经过滤的废气116从壁流式颗粒过 滤器300中流出，流过会聚部分IIO，并从出口部分112流出废气系统100。
此外，如图4A — 4C所示，显示了几种流过特征，其中显示从不均匀堵塞 的流过式蜂窝状基底200的出口面流出后产生的不均匀的流速特征。图4A和 4B阐述了流速特征117A、 117B，其中例如在特征的最中心部分的流速低于该 特征的其它点。图4A阐述特征117A，其中峰值流速既不在废气管102的壁102a 也不在其中心。类似地，图4B阐述流速特征U7B，其中最大流速不在废气管 的中心线，而在与外壁102a相邻的地方。图4C阐述流速特征117C，其中最 小流速出现在中心和壁10 2 a之间的居间区域。
图5A-5F阐述本发明各种径向不均匀堵塞密度模式。例如，图5B和5C 阐述几种堵塞模式实施方式，所述方式导致改变的流过模式，例如图4B所示。 图5A的模式包括在矩心区域C的中心区域219具有相对较高的堵塞物密度， 在环绕该中心区域的区域220具有相对较低的密度，以及在邻近外周外壳211的外部区域218中具有另一相对较低密度的堵塞区域。未堵塞的流过区域212 包括在流过控制区218和220之间。未堵塞的区域可包括流过控制区之外的没 有堵塞物的环形区域。图5B包括具有相对高密度的中心区域219，和相对较低 的堵塞物密度的环绕区域220，以及邻近外壳211的流过区212。图5C的设计 类似于图5B，但在环绕区域220中有较高的堵塞物密度。图5D的实施方式包 括居间流过控制区222，其处于内流过区212A和外流过区212B之间并具有相 对较高的密度。图5D的这种不均匀堵塞模式可产生例如如图4C所示的流速模 式。可基于系统的流动动力学使用其它堵塞模式，以在过滤器内实现所需的烟 灰加载分布。
虽然已基于有限的实施方式描述了本发明，但本领域技术人员在本公开内 容的基础上将认识到，可设计不偏离本文所公开的本发明范围的其它实施方 式。因此，本发明的范围应仅由所附的权利要求书所限制。
权利要求
1. 一种废气后处理系统，包括壁流式颗粒过滤器；和位于所述壁流式颗粒过滤器上游的流过式蜂窝状基底，该流过式蜂窝状基底具有进口面和出口面以及在所述进口面和出口面之间延伸的多个纵向壁，所述壁限定多个在所述进口面和出口面之间延伸的平行通道，所述流过式蜂窝状基底具有包括平行通道的第一部分的流过区和包括平行通道的第二部分的流过控制区，其中，所述平行通道的第一部分包括未堵塞的通道，所述平行通道的第二部分包括堵塞的通道，其中，所述堵塞的通道的径向堵塞密度是不均匀的。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流过控制区包括堵塞通道和 未堵塞通道的组合，该控制区调节通过基底的流过物，使得以第一流过物分布施加 于进口面的流过物以与该第一流过物分布不同的第二流过物分布的形式在该出口 面出现。
3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述第二流过物分布比所述第一 流过物分布更均匀。
4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述第二流过物分布包括位于所 述第二流过物分布的中心以外的峰值流速。
5. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述流过控制区位于进口面上第 一流过物分布的最大流速将冲击的地方。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流过控制区的中心基本上与所述蜂窝状基底的中心重合。
7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流过控制区的中心偏离所述 蜂窝状基底的中心。
8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述堵塞面积与流过式蜂窝状基 底的总孔面积的比值低于45%。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述比值低于或等于35%。
10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述比值低于或等于25%。
11. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蜂窝状基底中堵塞物的分布相对于所述蜂窝状基底的矩心区域是不均匀的。
12. 如权利要求ll所述的系统，其特征在于，所述堵塞物的分布还包括，在 离开该矩心区域的位置上具有相对较低的堵塞物密度。
13. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述堵塞物的分布还包括，在 流过控制区之外具有没有堵塞物的环形区域。
14. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流过式蜂窝状基底和所述 壁流式颗粒过滤器设置于同一排气罩中。
15. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流过式蜂窝状基底是催化 性的。
16. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流过式蜂窝状基底的出口面和所述壁流式颗粒过滤器的进口面之间的距离(d)使得所述第二流过物分布在被接收入所述壁流式颗粒过滤器之前基本上未被改变。
17. 如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述距离小于6英寸。
18. 如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述距离(d)小于所述流过 式基底的最大尺寸(D)。
19. 如权利要求18所述的系统，其特征在于，距离(D)除以距离(d)所得 的比值大于2。
20. —种纯化内燃机废气的方法，包括以下步骤将废气导引到流过式蜂窝状基底的进口面，该基底具有堵塞的和未堵塞的通 道的组合以及径向不均匀的堵塞物密度，其中，以第一流过物分布将所述废气施加 于所述流过式蜂窝状基底，所述废气以不同于该第一流过物分布的第二流过物分布 在该流过式整体的出口面出现；和使具有第二流过物分布的废气通过与该流过式蜂窝状基底顺列式布置的壁流 式颗粒过滤器。
21. —种流过式蜂窝状基底，包括具有进口面和出口面以及在所述进口面和出口面之间延伸的多个纵向壁的蜂 窝状结构，所述纵向壁限定多个在所述进口面和出口面之间延伸的平行孔通道，所 述蜂窝状基底具有径向不均匀密度的堵塞孔通道，并包括至少一些未堵塞的通道。
22. 如权利要求21所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述径向不均匀密度的堵塞孔是相对于该蜂窝状结构的径向矩心而言的，且其中堵塞孔通道与孔通 道的总数之比低于或等于45%。
23. 如权利要求22所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述堵塞孔通道 与孔通道的总数之比低于或等于35% 。
24. 如权利要求22所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述堵塞孔通道 与孔通道的总数之比低于或等于25 % 。
25. 如权利要求21所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述蜂窝状结构 的纵向壁包括柴油机氧化催化剂。
26. 如权利要求21所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述径向不均匀 的密度从与径向矩心区域相邻的具有相对较高堵塞物密度的区域向与该蜂窝状结 构的外周相邻的相对较低堵塞物密度的区域改变。
27. 如权利要求21所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，该基底还包括位 于蜂窝状结构的径向矩心区域和外周之间的居间区域，其中，该居间区域的堵塞物 密度与从该居间区域开始沿径向向内或向外的区域相比相对较低。
28. 如权利要求21所述的流过式蜂窝状基底，其特征在于，所述基底还 包括位于径向矩心区域和外周之间的居间区域，其中，该居间区域的堵塞物密 度与从该居间区域开始径向向内或向外的区域相比相对较高。
全文摘要
包括径向不均匀堵塞的流过式蜂窝状基底的系统和方法，该基底位于壁流式颗粒过滤器的上游，用于控制该壁流式颗粒过滤器中的热再生。流过式蜂窝状基底具有进口面和出口面以及在所述进口面和出口面之间延伸的多个纵向壁。所述纵向壁限定多个在所述进口面和出口面之间延伸的平行通道。所述蜂窝状基底具有包括平行通道的第一部分的流过区和包括平行通道的第二部分的流过控制区。所述平行通道的第一部分包括未堵塞的通道，所述平行通道的第二部分包括堵塞的通道。所述流过控制区调节通过该基底的流过物分布，这样在进口面接收的具有第一流过物分布的流过物以与该第一流过物分布不同的第二流过物分布形式在出口面出现。
文档编号F01N3/022GK101535606SQ200780042265
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月14日 优先权日2006年11月15日
发明者T·D·凯查姆, Y·谢 申请人:康宁股份有限公司