專利名稱：防止在廢氣排放中后處理裝置上的表面堵塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種入口表面，該入口表面可防止和/或消除流體通道中的表面堵 塞。舉個例子，本發(fā)明提供了一種特別適用于多種后處理裝置的入口表面，以防止和/或消 除沉積在這些后處理裝置的入口表面上的含碳污垢和/或未燃燒的碳氫化合物的沉積物， 所述含碳污垢和/或未燃燒的碳氫化合物的沉積物來自于例如內(nèi)燃機尾氣的排放物。因 此，本發(fā)明提供的入口表面可以防止發(fā)動機排放系統(tǒng)中增高背壓。
背景技術(shù)：
催化和未催化的后處理裝置已為人熟知，并廣泛使用在各種內(nèi)燃機應用中用于發(fā) 動機尾氣的后處理。例如，后處理裝置用于處理和/或去除發(fā)動機尾氣流中的例如一氧化 碳、 一氧化氮、未燃燒的碳氫化合物和煙塵的排放物。 雖然顆粒過濾器在內(nèi)表面上有時不被催化，但許多后處理裝置通常在多孔結(jié)構(gòu)的 流體通道內(nèi)使用涂覆到內(nèi)表面上的催化涂層，所述多孔結(jié)構(gòu)通常類似于蜂巢結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。 無用的排放物與所述催化涂層的催化劑反應，從而減少了所述無用的排放物的排放。
然而，在確定的運行狀況下，在這些后處理裝置的入口表面處產(chǎn)生流體通道的表 面堵塞就逐漸成為一個問題。如在一個具體的實施例中，當柴油發(fā)動機在較少的主動工作 周期期間時就可能出現(xiàn)這種有問題的狀況，但是不限于此，延長空轉(zhuǎn)運行也會發(fā)生這種狀 況。頻繁的啟動和停止操作和其它瞬間的運行狀況也是有這樣的問題。此外，例如，在寒冷 天氣里或在相對低的22(TC到40(TC的排放溫度范圍內(nèi)，眾所皆知，那些諸如在柴油發(fā)動機 后處理應用中的后處理裝置的入口表面會發(fā)生表面堵塞。這種在所述入口表面的表面堵塞 物或沉積物定義為殘渣，例如在后處理裝置的入口表面處的多孔結(jié)構(gòu)的外表面上沉積的排 放物和/或煙塵顆粒顯著地降低了所述后處理裝置上的敞開的正面面積。表面堵塞是有問 題的，因為它可能會導致后處理或排放系統(tǒng)中的背壓迅速增加，這反過來可能會影響發(fā)動 機運轉(zhuǎn)并降低系統(tǒng)效率。在這種有問題的運行狀況中，防止所述煙塵/焦炭沉積物的形成 將會是有益的。因此，有必要提供一種改進的能夠防止和/或消除所述后處理裝置入口表 面的表面堵塞物或沉積物的入口表面。

發(fā)明內(nèi)容
以下揭露了一種改進的例如用于后處理裝置的入口上的入口表面。本發(fā)明的一個 好處是所述改進的入口表面可以防止和/或消除所述后處理裝置的入口上的表面堵塞，例
4如防止和/或消除來自于排放物的可能沉積在后處理裝置的入口上的含碳污垢和/或未燃 燒的碳氫化合物的堆積物。 在一個實施例中，入口表面包括一個基底，所述基底具有帶有多孔結(jié)構(gòu)的端部，所 述多孔結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為能使流體流過所述基底。在所述基底的所述端部上設(shè)有端面，該端面 設(shè)置在所述基底的端部，用來防止和/或消除在所述基底的端部和多孔結(jié)構(gòu)的表面上形成 的表面堵塞。 在一個實施例中，所述入口表面包括三維地形結(jié)構(gòu)以使得所述基底的外表面是非 平面的。在另一個實施例中，所述入口表面包括沉積在所述基底的多孔結(jié)構(gòu)的外表面上的 化學涂層。在一個實施例中，所述化學涂層是催化涂層。 在另一個實施例中，所述入口表面既包括三維地形結(jié)構(gòu)，也包括沉積在所述三維 地形結(jié)構(gòu)上的化學涂層。


圖1顯示出了后處理裝置的入口表面的一個實施例的立體圖。 圖2顯示出了圖1中的入口表面的橫截面圖。 圖3顯示出了后處理裝置的入口表面的另一個實施例的立體圖。 圖4顯示出了圖3中的入口表面的橫截面圖。 圖5顯示出了后處理裝置基底端部的端面的一個實施例的部分視圖，并特別顯示 出了端面的一個獨立單元的側(cè)面。 圖6顯示出了后處理裝置的入口表面的另一個實施例的立體圖。 圖7顯示出了圖6中的入口表面的橫截面圖。 圖8顯示出了后處理裝置的入口表面的另一個實施例的立體圖。 圖9顯示出了圖8中的入口表面的橫截面圖。 圖10顯示出了后處理裝置的入口表面的另一個實施例的立體圖。 圖11顯示出了圖10中的入口表面的側(cè)面橫截面圖。 圖12顯示出了后處理裝置的入口表面的又一個實施例的立體圖。 圖13顯示出了圖12中的入口表面的側(cè)面橫截面圖。 圖14顯示出了后處理裝置的入口表面的又一個實施例的立體圖。 圖15顯示出了圖14中的入口表面的側(cè)面橫截面圖。 圖16顯示出了后處理裝置的入口表面的再一個實施例的立體圖。 圖17顯示出了圖16中的入口表面的側(cè)面橫截面圖。 圖18顯示出了入口表面的多孔結(jié)構(gòu)的一個實施例的部分主視圖。 圖19顯示出了入口表面的多孔結(jié)構(gòu)的另一個實施例的部分主視圖。 圖20顯示出了在入口表面涂覆化學涂層的一個實施例的橫截面示意圖。 圖21顯示出了在入口表面涂覆化學涂層的一個實施例的立體示意圖。
具體實施例方式
通常地，本發(fā)明描述了一種可以防止和/或消除流體通道的表面堵塞的入口表 面，所述入口表面設(shè)置在所述流體通道處。所述入口表面包括設(shè)置在所述基底端部上的獨特的外端面。設(shè)置在所述基底上的端面可以防止和/或消除所述入口表面上的表面堵塞。 舉個例子，所述入口表面有助于防止和/或消除所述入口表面上的來自如內(nèi)燃機尾氣的發(fā) 動機排放物中含碳污垢和/或未燃燒的碳氫化合物的沉積物。 在其中一個實施例中，流體通道的入口表面包括具有多孔結(jié)構(gòu)的基底，該多孔結(jié) 構(gòu)被構(gòu)造為能使流體流過所述基底。外端面結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基底的多孔結(jié)構(gòu)上和基底的端 部。所述端面結(jié)構(gòu)是為防止和/或消除在所述基底的端部和多孔結(jié)構(gòu)上的表面堵塞而設(shè) 置。特別地，所述端面提供了這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠防止或至少減少殘渣沉積在所述基 底上和特別是沉積在位于所述基底的端部上的所述多孔結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和邊緣面上。所述端 面為設(shè)置在所述基底的端部上的三維地形結(jié)構(gòu)，或者為設(shè)置在所述基底的端部上的化學涂 層，或為既有設(shè)置在所述基底的端部上的三維地形結(jié)構(gòu)又有設(shè)置在所述三維地形結(jié)構(gòu)上的 化學涂層。 入口表面的三維地形結(jié)構(gòu) 在一個實施例中，所述端面是設(shè)置在所述基底的端部上的三維地形結(jié)構(gòu)，使得所 述基底的端部具有整體輪廓是非平面的表面。也就是說，三維地形結(jié)構(gòu)是使所述基底的端 部具有不是完全單一的平面的側(cè)面。 圖1-4和圖6-17舉例說明了入口表面的三維地形表面結(jié)構(gòu)的實施例。如圖所示， 比如，在后處理裝置的入口端使用入口表面是特別有用的。 圖1和圖2顯示出了后處理裝置的入口表面10。所述入口表面IO包括設(shè)置有一 個實施例為三維地形結(jié)構(gòu)的外端面14。如圖所示，所述入口表面IO配置在氧化型催化轉(zhuǎn)化 器(D0C)的入口端。但是，可以意識到，圖示的入口表面IO必要時可以進行適當?shù)母淖円?被用在其它的后處理裝置中。這些其它的后處理裝置包括但不限于類似氧化型催化轉(zhuǎn)化器 的其它直通式催化器，例如緊密耦合催化轉(zhuǎn)化器(CCC)。可使用所述入口表面10的其它后 處理裝置包括氮的氧化物吸附催化轉(zhuǎn)化器(NAC)、選擇性催化還原裝置(SCR)、催化煙塵過 濾器(CSF)或顆粒過濾器(DPF)或煙塵收集器。 應該意識到，在此描述的入口表面的大小和尺寸可以變化以容置這些提到和未提 到的其它的后處理裝置的入口。進一步應該意識到，所述入口表面io可以適當?shù)馗淖円杂?于在多種后處理裝置的出口端，例如上述提到的任何后處理裝置的出口端上的出口表面。
如圖1所示，所述外端面14設(shè)置在所述基底12的外端。所述基底12包括類似于 蜂窩狀結(jié)構(gòu)的多孔結(jié)構(gòu)15。所述多孔結(jié)構(gòu)15能夠使流體流過所述基底12，其包括多個單 元(在下面的圖5中詳細討論)。術(shù)語"流體"可以廣泛地解釋為包括任何可流動的媒介。 僅僅作為實施例而言，所述流體材料可以包括，但不限于，來自于被處理材料的任何排放物 或任何含有煙塵的材料。如其它的實施例，所述流體材料包括任何可產(chǎn)生和/或留下殘渣 的材料。殘渣表示任何可以被干燥并留置在所述基底的多孔結(jié)構(gòu)上的材料，或者也可以是 沒有被完全燃燒并留置在所述基底的多孔結(jié)構(gòu)上的"濕"的材料。如一個實施例，殘渣是來 自于排放物且沉積在后處理裝置的所述入口上的碳污垢和/或未燃燒的碳氫化合物的沉 積物。 所述端面14設(shè)置在所述基底12端部處的外表面上。如圖所示，所述端面14是非 平面或斷裂狀排列的三維地形結(jié)構(gòu)。也就是說，例如從其輪廓上觀察時，所述端面14不完 全在同一個整體平面中(見圖2)。所述端面14包括多個設(shè)置在所述基底12上的相鄰且平行的排列16。僅作為一個實施例，圖2顯示出了平行的排列16類似于V形并且角度為 90°的排列。可以理解，所述V形的排列可以是角度小于或大于的90。的排列，只要所述端 面14的整個排列不完全在同一個整體平面。 圖3和圖4示出了后處理裝置的入口表面30的另一個實施例。所述入口表面30 提供了具有三維地形結(jié)構(gòu)的端面34的另一個實施例。與入口表面10 —樣，所述入口表面 30用于氧化型催化轉(zhuǎn)化器上(DOC)。然而，可以意識到，所述入口表面30必要時可以進行 適當?shù)母淖円怨┯迷谄渌暮筇幚硌b置中。這些其它的后處理裝置包括，但不限于，與氧化 型催化轉(zhuǎn)化器類似的其它直通式后處理裝置，例如緊密耦合催化轉(zhuǎn)化器(CCC)。可使用所述 入口表面10的其它的后處理裝置包括氮的氧化物吸附催化轉(zhuǎn)化器(NAC)、選擇性催化還原 裝置(SCR)、催化煙塵過濾器(CSF)或顆粒過濾器(DPF)或煙塵收集器。
應該意識到，所述入口表面的大小和尺寸可以變化以容置這些提到和未提到的其 它的后處理裝置的入口。進一步應該意識到，所述入口表面30的尺寸和大小可以適當?shù)馗?變以用于在多種后處理裝置的出口端，例如上述提到的任何后處理裝置的出口端上的出口 表面。 所述入口表面30包括端面34，所述端面34設(shè)置在具有多孔結(jié)構(gòu)35的基底32的 外端面上。所述多孔結(jié)構(gòu)35能使流體流過所述基底32并且所述多孔結(jié)構(gòu)35包括很多單 元(在下面的圖5中詳細討論)。與入口 IO—樣，術(shù)語"流體"可以被廣泛地解釋為包括任 何可流動的媒介。僅在一些實施例中，所述流體材料可以包括，但不限于，來自于被處理材 料的任何排放物或任何包含煙塵的材料。如其它的實施例中，所述流體材料可以包括可產(chǎn) 生留置在所述基底的多孔表面上的殘渣的任何材料。 所述端面34設(shè)置在所述基底32端部的外表面上。所述端面34也是非平面或斷 裂狀排列的三維地形結(jié)構(gòu)。與端面14 一樣，例如從其輪廓上觀察時，所述端面34沒有完全 位于同一整體平面上。 與端面14不同的是，所述端面34包括由于平行的V形排列交叉形成類似于金字 塔形的結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述端面34包括設(shè)置在所述基底32上的第一組多個排列36。所 述第一組排列36是相鄰并彼此平行的，并且類似于V形的排列。僅作為一個實施例，圖4 顯示出了第一組具有90。夾角的排列36(見圖4)?？梢岳斫猓鯲形的排列的夾角可以 小于或大于90° ，只要所述端面34的整個排列沒有完全位于同一整體平面上。
所述端面34還包括設(shè)置在所述基底32上的第二組多個排列38，所述第二組多個 排列38是相鄰并彼此平行的。與所述第一組的排列36 —樣，所述第二組排列38類似于V 形的排列并具有90。夾角。可以理解，所述V形的排列的角度可以小于或大于90。，只要 所述端面34的整個排列沒有完全位于同一整體平面上。 如圖所示，所述第二組排列38是垂直于第一組排列36的。因此，通過90。交叉第 一組平行的排列36和第二組平行的排列38形成了四面體的金字塔形結(jié)構(gòu)39?？梢岳斫?， 所述第一組排列36和所述第二組排列38的排列并不限于所示的特定的垂直關(guān)系，并且所 述第一組排列36和所述第二組排列38可以以90°以外的角度交叉。 可以進一步地理解，入口表面并不限于圖l-4中所示的具體的排列。圖l-4顯示的 是實施例的結(jié)構(gòu)，其中所述入口包括具有三維地形結(jié)構(gòu)的端面，所述三維地形結(jié)構(gòu)可以是， 但不限于，平行的V形的排列或兩組交叉的V形排列?？梢岳斫猓鋈肟诒砻娴亩嗣?如14、34)可適當?shù)匦薷牟⑶铱梢跃哂衅渌慕Y(jié)構(gòu)，只要所述端面可以造成尾氣的湍流和切變 以減少煙塵和/或排放物的粘附，可以防止和/或消除表面堵塞。 如圖所示，所述多孔結(jié)構(gòu)(如15、35)從所述基底(如12、32)的端部的外表面伸 出。在一個后處理裝置的實施例中，例如直通式氧化型催化轉(zhuǎn)化器，所述多孔結(jié)構(gòu)通入從入 口端(此處設(shè)置有入口表面10、30)到出口端的延伸并貫穿整個基底的通道?？梢岳斫猓?述多孔結(jié)構(gòu)可以配置在其它的后處理裝置上，如顆粒過濾器，這些后處理裝置沒有直流式 通道，但是包括在入口端單個通道的入口表面，并且在此處的開口或小孔的網(wǎng)絡產(chǎn)生了許 多到出口端的出口通道。 所述多孔結(jié)構(gòu)定義了具有內(nèi)側(cè)壁和壁棱的單獨的單元(見圖1和圖3)。配置這些 單元以使它們彼此相鄰，并充分圍繞所述入口表面來設(shè)置。僅作為一些實施例，在每平方英 寸的入口表面上配置有大約100到大約900個單元。 在一個實施例中，每個單元的內(nèi)側(cè)壁可包括第一對平行的側(cè)壁和垂直于所述第一 對平行的側(cè)壁的第二對平行的側(cè)壁。可以理解，第一對平行的側(cè)壁和第二對平行的側(cè)壁相 垂直的結(jié)構(gòu)只是一個實施例，所述第一對平行的側(cè)壁和第二對平行的側(cè)壁之間可以不是垂 直的。 圖5進一步顯示出了入口表面的多孔結(jié)構(gòu)一個實施例。例如當呈現(xiàn)三維地形結(jié)構(gòu) 時，圖5顯示出了局部的多孔結(jié)構(gòu)并特別描述了單獨的單元50?？梢岳斫?，圖5中所示的 原理可以應用于在此描述的任何入口表面，這些入口表面上的多孔結(jié)構(gòu)具有多個單元。每 個單元50包括第一對平行的側(cè)壁52和第二對平行的側(cè)壁54。例如，入口表面(如10、30) 的所述V形排列或類似金字塔形狀可以產(chǎn)生端面，所述端面的單元的尺寸在所述基底的端 部顯著增加，并且有效地增加了在所述入口表面的每個單元50上的兩對平行的側(cè)壁52、54 中至少一對之間的距離。因此，因為至少一對平行的側(cè)壁的外端之間的距離增加了，所以待 橋接的污垢(如含碳污垢)所需的距離也增加了。 如圖所示，所述單元50具有一對垂直于側(cè)壁56的側(cè)壁52， 54。所述側(cè)壁54的尺
寸比側(cè)壁52的側(cè)壁長，因此產(chǎn)生了一個增加的單元尺寸"c"，該尺寸"c"相對于基底入口
的傳統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)成45。角，所述基底入口的傳統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)具有平面尺寸為"a"的均等
的側(cè)壁(如虛線所示)。例如，根據(jù)勾股定理，所述尺寸"c"將比所述在45。角度上的尺寸
"a"長出大約41X?？梢岳斫?，增加的單元尺寸并不限于所示的45。角度，并且可以包括較
大或較小的角度，只要在一對平行的側(cè)壁中的其中一個側(cè)壁的單元尺寸增加了。 因此，應用圖5中所示的原理，第一對或第二對平行的側(cè)壁中的至少一對側(cè)壁包
括第一側(cè)壁和第二側(cè)壁(如52、54)，其中所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁中有一個側(cè)壁的尺寸比
另外一個側(cè)壁的尺寸較大，并且從所述基底的端部向外進一步延伸。在這種結(jié)構(gòu)中，一對平
行側(cè)壁中的所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的外端之間的距離比另一對平行的壁中的所述第一
側(cè)壁和第二側(cè)壁之間的距離長。 圖6-17解釋說明了入口表面的三維地形結(jié)構(gòu)的其它實施例。圖6-7顯示出了具 有端面64的入口表面60，所述端面64設(shè)置在例如氧化型催化轉(zhuǎn)化器的后處理裝置的入口 端的基底62上。在直通式后處理裝置中，所述端面64向外突出并具有類似于"杯"形凸起 66。如入口表面10、30—樣，所述入口表面60沒有位于同一平面上。相反地，所述端面64 是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如當從其輪廓上觀察時，所述端面64沒有完全位于同一整體平面內(nèi)(如圖7所示)。所述入口表面60也包括具有多個單元的多 孔結(jié)構(gòu)65。與入口表面10、30的多孔結(jié)構(gòu)15、35—樣，可以理解，入口表面60的所述多孔 結(jié)構(gòu)65可以按照如上述圖5中增加單元尺寸的原理來增加單元尺寸。可以進一步理解，所 述入口表面60可以用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器之外其他的后處理裝置。
圖8-9顯示出了具有端面74的入口表面70，所述端面74設(shè)置在如氧化型催化轉(zhuǎn) 化器的后處理裝置的入口端的基底72上。所述端面74向外延伸并類似于拋物線形凸起76 的直通式后處理裝置。如描述的其它入口表面一樣，所述入口表面70沒有位于同一平面 上。相反，所述端面74是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如當從其輪廓 觀察時，所述端面74沒有完全位于同一整體平面內(nèi)(如圖9所示)。所述入口表面70也包 括具有多個單元的多孔結(jié)構(gòu)75。與描述的其它多孔結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，入口表面70的所 述多孔結(jié)構(gòu)75可以按照如圖5中增加單元尺寸的原理來增加單元尺寸?？梢赃M一步理解， 所述入口表面70可以用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器之外的其他后處理裝置中。
圖10-11顯示出了具有端面84的入口表面80，所述端面84設(shè)置在如氧化型催化 轉(zhuǎn)化器的后處理裝置的入口端的基底82上。所述端面84向外延伸并類似于圓形凸起86 的直通式后處理裝置。如描述其的它入口表面一樣，所述入口表面80沒有位于同一平面。 相反地，所述端面84是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如當從其輪廓觀 察時，所述端面84沒有完全位于同一整體平面內(nèi)(如圖ll所示)。所述入口表面80也包 括具有多個單元的多孔結(jié)構(gòu)85。與描述的其它多孔結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，入口表面80的所 述多孔結(jié)構(gòu)85也可以按照上述增加單元尺寸的理論來增加單元尺寸?？梢赃M一步理解，所 述入口表面80可以被用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器之外的各種后處理裝置中。
圖12-13顯示出了具有端面94的入口表面90，所述端面94設(shè)置在如氧化型催化 轉(zhuǎn)化器的后處理裝置的入口端的基底92上。所述端面94向內(nèi)延伸并類似于"杯"形的凹 陷96的直通式后處理裝置。如描述的其它入口表面一樣，所述入口表面90沒有位于同一 平面。相反地，所述端面94是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如當從其 輪廓觀察時，所述端面94沒有完全位于同一平面內(nèi)(如圖13所示)。所述入口表面90也 包括具有多個單元的多孔結(jié)構(gòu)95。與所述其它多孔結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，入口表面90的所 述多孔結(jié)構(gòu)95也可以按照上述增加單元尺寸的理論來增加單元尺寸?？梢赃M一步理解，所 述入口表面90可以用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器之外的其他后處理裝置中。
圖14-15顯示出了具有端面104的入口表面IOO，所述端面104設(shè)置在如氧化型催 化轉(zhuǎn)化器的后處理裝置的入口端的基底102上。所述端面104向內(nèi)延伸并類似于拋物線形 凹陷106的流通式后處理裝置。如描述的其它入口表面一樣，所述入口表面100沒有位于 同一平面內(nèi)。相反，所述端面104是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如當 從其輪廓觀察時，所述端面104沒有完全位于同一整體平面內(nèi)(如圖15所示)。所述入口 表面100也包括具有多個單元的多孔結(jié)構(gòu)105。與描述的其它多孔結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，入 口表面100的所述多孔結(jié)構(gòu)105也可以按照上述增加單元尺寸的理論來增加單元?？梢赃M 一步理解，所述入口表面100可以被用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器的各種后處理裝置。
圖16-17顯示出了具有端面114的入口表面IIO，所述端面114設(shè)置在如氧化型催 化轉(zhuǎn)化器的后處理裝置的入口端的基底112上。所述端面114向內(nèi)延伸并呈現(xiàn)出類似圓形 凹陷116的直通式后處理裝置。如描述的其它入口表面一樣，所述入口表面IIO沒有位于同一平面內(nèi)。相反地，所述端面114是非平面的或具有某種斷裂狀的排列。也就是說，例如 當從其輪廓觀察時，所述端面114沒有完全位于同一平面內(nèi)(如圖17所示)。所述入口表 面110也包括具有多個單元的多孔結(jié)構(gòu)115。與所述其它多孔結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，入口表 面110的所述多孔結(jié)構(gòu)115也可以按照上述增加單元尺寸的理論來增加單元尺寸?？梢赃M 一步理解，所述入口表面110可以用于除了氧化型催化轉(zhuǎn)化器之外的其他后處理裝置中。
僅作為實施例而言，可以將所述任意一個三維地形結(jié)構(gòu)通過下述的任意一種方法 設(shè)置在基底的所述入口端或端部(l)將具有所要的三維地形結(jié)構(gòu)的表面施加到所述入口 的所述基底上；(2)在所述入口的所述基底上加工所要的三維地形結(jié)構(gòu)；或(3)通過任何合 適的方式形成所述三維地形結(jié)構(gòu)以將其設(shè)置在所述基底上?？梢岳斫猓瑢⑺鋈S地形結(jié) 構(gòu)設(shè)置在基底的入口端上的方式是沒有限制的，只要所述表面能被放置在所述基底的所述 入口端和端部。 在此描述的所述入口的三維地形結(jié)構(gòu)具有很多好處。在操作中，這種表面可以產(chǎn) 生一定程度的入口表面的湍流和剪切力，這將有助于除去或防止煙塵沉積。由于有效降低 了斷裂表面結(jié)構(gòu)中的熱量，例如圖1-4和圖6-11中所述表面也能在入口表面的局部區(qū)域上 (如上部，V形排列的尖端邊緣，所述金字塔的頂端或小塔尖，或所述凸起結(jié)構(gòu)中隆起的表 面部分)提供快速加熱，因此有助于起燃沉積在后處理裝置的所述入口表面的任何催化涂 層(如下所述)和同樣沉積到后處理裝置的內(nèi)部的任何催化涂層。 正如另一個特別的好處，圖6-11中所示的凸起結(jié)構(gòu)進一步提供了一種具有快速 加熱能力的入口表面。這種結(jié)構(gòu)有助于防止和/或消除較大的含碳污垢沉積物(如煙塵沉 積物)阻塞所述入口表面，例如可以從下排氣管道的內(nèi)表面釋放。例如，在渦輪機排放的應 用中，這些大的煙塵或"薄片"在積累了相當厚(例如一毫米厚)以后可能打碎或破裂排氣 管道的內(nèi)表面。這些薄片可沉積在所述入口表面因此導致所述多孔結(jié)構(gòu)中的單元被煙塵橋 接。然而，如圖6-ll所示的結(jié)構(gòu)進一步防止了這種橋接。
入口表面的涂層 在又一個實施例中，入口表面包括端面，所述端面用于防止和/或消除所述基底 上的表面堵塞。所述端面具有化學涂層，所述化學涂層沉積在所述基底的所述端部的外表 面并包括所述基底的多孔結(jié)構(gòu)的外端部分。僅作為示例，在所述基底的入口表面上，所述化 學涂層在減少所述后處理裝置的入口表面上的含碳污垢或一般污垢是有好處的。與所述 三維地形結(jié)構(gòu)一樣，可以理解，所沉積的化學涂層可以適當?shù)貞迷诟鞣N后處理裝置中，例 如，但不限于，緊密耦合催化轉(zhuǎn)化器(CCC)、氧化型催化轉(zhuǎn)化器(D0C)、氮的氧化物吸附催化 轉(zhuǎn)化器(NAC)、選擇性催化還原裝置(SCR)、催化煙塵過濾器(CSF)或顆粒過濾器(DPF)。
所述化學涂層至少是陶瓷涂層或玻璃基涂層，或化學溶液，或適于用在化學涂層 的其它載體中的一種。在一個實施例中，這種化學涂層所包括的材料是選自催化貴金屬、催 化貴金屬氧化物、非催化貴金屬、催化基本金屬、和催化基本金屬氧化物中的至少一個。在 一個實施例中，所述化學涂層在例如后處理裝置的基底的入口端和端部是高載量的。也就 是說，高載量的意思是所述基底(如后處理裝置)的入口表面(或端部)包括加大量的化 學涂層，在所述基底端部的化學涂層的量要多于在后處理裝置內(nèi)的流體通道(管道)中使 用的化學涂層量。 例如，所應用的化學涂層包含高載量的催化貴金屬(例如鉑(Pt)或鈀(Pd))，或賤金屬(例如釩(V))，或基本金屬氧化物(例如五氧化二釩或氧化鈰)，或其它化合物(例如 碳酸鋇，BaC03)。 舉一個例子，所述高載量在80-120g/ft3范圍內(nèi)?？梢岳斫?，所述高載量的值是非 限定的，并且可以包括各種值，從而在適當和/或必要時達到防止和/或消除表面堵塞所需 的效果。 再舉一個例子，玻璃基的涂層沉積在所述入口表面，并且該玻璃基的涂層也可以 包含高載量的催化貴金屬(例如鉑(Pt)或鈀(Pd))，或基本金屬(例如釩(V))，或基本金 屬氧化物(例如五氧化二釩或氧化鈰)，或其它化合物(例如碳酸鋇，BaC03)。在一個實施 例中，所述玻璃基的涂層也包含鉀。在這樣的結(jié)構(gòu)中，所述涂層的催化活性可有助于防止和 /或消除在后處理裝置的入口表面上的煙塵沉積物。另外，有一個好處是所述玻璃基涂層可 以容易沉積在所述入口表面上，并且可更好的填充和堵塞所述單元的壁棱的外側(cè)暴露部分 上的微孔或其它凹凸部。 要注意的是，高載量的意思是所述涂層被直接并有意地沉積在所述入口表面。相 對于使用在入口表面的里面和外面的化學涂層的量，高載量是指設(shè)置在所述基底的入口面 或入口端的化學涂層的量是增加的。也就是說，所述化學涂層可以被用作所述入口表面里 面和外面存在的任何涂層的延伸。在后處理裝置的一個實施例中，所述高載量包括在所述 入口表面增加的化學涂層的量，所述在入口表面的化學涂層量大于一般用在整個催化的后 處理裝置的管道內(nèi)化學涂層的量。 例如，所述化學涂層可以沉積在所述基底的入口和端部的外表面上的多孔結(jié)構(gòu)的
自由壁和邊緣。在一個實施例中，所述化學涂層直接地并有意地沉積在所述基底的多孔結(jié)
構(gòu)的外端面上的入口表面上。也就是說，所述化學涂層可以作為沉積在除了所述基底的所
述入口表面和端部之外的所述基底的流體通道內(nèi)的任何涂層的延伸?？梢赃M一步理解，所
施加的化學涂層的沉積是非限定的，只要所述化學涂層沉積到所述入口表面。 在一些情況下，沉積到所述基底的入口表面或端部的化學涂層也可能被無意或偶
然地沉積在流體通道的內(nèi)部。然而，應當可以理解在入口表面涂覆化學涂層的情況是指有
意地沉積到在基底的端部的多孔結(jié)構(gòu)的外端面上的，而不是有意沉積在所述基底的流體通
道內(nèi)的。 如另 一個可替換的實施例，所述涂層可以用于填充任何粗糙表面或單元的壁棱的 不平處，并且所述涂層不會延伸到所述基底的流體通道內(nèi)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于已沉積的 涂層提供了不粗糙(或更光滑)的表面，已涂覆涂層的壁棱的表面區(qū)域可以進一步防止含 碳污垢的粘附，例如煙塵/焦炭的機械粘附。舉個例子，所述涂層的厚度大約不超過千分之 幾英寸從而以實現(xiàn)了減少單元表面粗糙。 圖20顯示出了入口表面400上沉積有化學涂層404的一個實施例的橫截面示意 圖。如圖所示，化學涂層404沉積在所述入口表面上的多孔結(jié)構(gòu)402的外表面上的。也就 是說，涂層404覆蓋在所述基底的所述端部的外表面，該涂層404沒有延伸到所述基底的單 元或通道的內(nèi)部。該涂層404僅沉積在所述入口表面400面朝外的側(cè)壁和邊緣的表面402 上。如圖所示，所述涂層404沉積在所述基底的所述端部的平面結(jié)構(gòu)上。可以理解，這種涂 層結(jié)構(gòu)可以與圖1-17中所描述的三維地形結(jié)構(gòu)的任一種相結(jié)合，只要所述涂層如同任何 三維地形結(jié)構(gòu)上使用的覆蓋物一樣被沉積到所述外表面上。
圖21顯示出了在入口表面500沉積化學涂層504的一個實施例的立體圖。如圖 所示，化學涂層504沉積在多孔結(jié)構(gòu)502的外表面上和入口表面上。與圖20 —樣，所述涂 層504覆蓋在所述基底的端部的外表面上，并且該涂層504沒有延伸進入所述基底的單元 或通道506的內(nèi)部。該涂層504僅沉積到所述多孔結(jié)構(gòu)502的朝向基底端部外側(cè)的外壁和 邊緣的表面上。如圖所示，所述涂層504沉積到所述基底的端部的平面結(jié)構(gòu)上?？梢岳斫?， 這種涂層結(jié)構(gòu)可以與圖1-17中所描述的三維地形結(jié)構(gòu)的任一種相結(jié)合，只要所述涂層如 任何三維地形結(jié)構(gòu)上使用的覆蓋物一樣沉積到所述外表面。圖21顯示出所述涂層504沒 有沉積所述多孔結(jié)構(gòu)502的整個端面，其目的是顯示出在所述基底的所述端部上涂層的設(shè) 置。但是，可以理解，所述涂層504可完全覆蓋所述基底的所述端部。 應當可以理解所述涂層并不局限于具體的配方，只要所述涂層能夠在所述入口表
面的多孔結(jié)構(gòu)的暴露的邊緣上防止含碳污垢。也就是說，所述化學涂層可以進行進一步的
選擇性催化反應，以便進一步達到防止、消除和/或減少入口的表面堵塞。 與所述三維地形結(jié)構(gòu)一樣，通過應用所述涂層，不必為表面堵塞檢測和清洗尾氣
后處理系統(tǒng)的控制器設(shè)立分離機構(gòu)。 舉另一個例子，由于高載量的化學涂層，所述入口表面處大量NO可以轉(zhuǎn)化成 N02(氮氧化合物的轉(zhuǎn)化)，并且由于采用了上述任一種的三維地形結(jié)構(gòu)進一步加強了 NO到 N02的轉(zhuǎn)化。也就是說，所得到的涂層和湍流可以加快在所述入口表面處出現(xiàn)或沉積的碳氫 化合物或煙塵轉(zhuǎn)化成冊2。以下是在貴金屬催化劑鉑(Pt)的作用下的反應機理的一個實施 例。 在一個實施例中，所述多個氮氧化物的轉(zhuǎn)化反應可以發(fā)生在柴油發(fā)動機的排放氣 流中，該柴油發(fā)動機使用了涂覆在后處理裝置的入口上的所述入口表面涂層。在催化劑 (例如Pt)的作用下NO與過量氧氣反應生成N02的反應式是
l)N0+l/202——>N02 N02隨后通過一下反應被用于氧化在所述后處理裝置的入口表面上累積的炭灰 對于炭灰 2) 2N02+C——> C02+2N0 3) N02+C——> C0+N0 通過反應式(2)和/或(3)生成的NO在所述后處理裝置的入口表面通過反應式 (1)再次被氧化生成冊2，所述冊2隨后將分別通過反應式(2)和反應式(3)繼續(xù)進行反應， 直到所述炭灰被消耗干凈。這就稱為"氮氧化物的轉(zhuǎn)化"。 對于被吸收煙塵上的未燃燒的碳氫化合物(HC)，可以理解，也可發(fā)生下面的催化 反應式(4)和(5)，主要產(chǎn)生了不容易粘附到所述后處理裝置的所述入口表面上的比較干 燥的煙塵。此外，在其它催化劑(或高載量的催化劑)作用下，通過燃燒所述入口表面的HC 產(chǎn)生的熱能將有助于氧化(如燃燒)所述累積的煙塵。
4) CyHn+ (l+n/4) 02——> yC02+n/2H20
5)C0+l/202——> C02 在上面的例子中，反應式(1)、 (4)和(5)由催化劑催化，例如鉑?？梢岳斫猓m然 由于使用了除鉑以外的催化劑，反應和產(chǎn)物也許有某些不同，但是在使用合適的涂層與排 放物反應并因此防止煙塵在所述入口表面處的焦化/粘結(jié)所應用的原理是相同的。
12
與上述描述的三維地形結(jié)構(gòu)一樣，任何所述涂層實施例都可以被應用到已經(jīng)描述 的所述基底的多孔結(jié)構(gòu)和入口表面上。圖18-19顯示出了入口表面的多孔結(jié)構(gòu)的單獨的實 施例。在一個實施例中，多孔結(jié)構(gòu)200中的單元202彼此相鄰，并且基本上圍繞入口表面設(shè) 置。所述多孔結(jié)構(gòu)200與圖1-4和圖6-17所示的結(jié)構(gòu)相似。如上所述，每平方英寸的所述 入口表面上具有大約100到大約900個單元。每個單元202的側(cè)壁204可以包括第一對平 行的側(cè)壁和與所述第一對平行的側(cè)壁垂直的第二對平行的側(cè)壁。 圖19顯示出了多孔結(jié)構(gòu)300，其中所述多孔結(jié)構(gòu)300的一部分是被堵塞的。如圖 所示，所述多孔結(jié)構(gòu)300包括單元302和以"方格板型"結(jié)構(gòu)排列的堵塞部304，使得所述多 孔結(jié)構(gòu)的非側(cè)壁(如多孔結(jié)構(gòu)200的側(cè)壁204)的部分是被堵住的?？梢岳斫?，所述多孔結(jié) 構(gòu)200和多孔結(jié)構(gòu)300僅僅是實施例，并不限于所示的具體的結(jié)構(gòu)，只要所述多孔結(jié)構(gòu)能與 任何所述三維地形結(jié)構(gòu)和/或任何上述化學涂層的實施例相結(jié)合。
試驗結(jié)果 上述描述已經(jīng)在發(fā)動機上的改進型氧化型催化轉(zhuǎn)化器中進行了測試，并且通過將 催化劑鉑添加到所述入口表面，其顯示了有利的結(jié)果。在發(fā)動機上經(jīng)過數(shù)次循環(huán)測試后，氧 化型催化轉(zhuǎn)化器的被催化的入口表面沒有被煙塵堵塞。同樣，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件下，通過形 成湍流和在所述入口的局部加熱，所述入口表面的地形結(jié)構(gòu)的變化顯示出了積極的效果。
但是，在沒有添加催化劑或不具有改進后的地形結(jié)構(gòu)的這些標準型氧化型催化轉(zhuǎn) 化器的入口表面上就明顯會被煙塵表面堵塞。 然而，可以理解，使用除了金屬鉑以外的催化劑之后，反應和反應產(chǎn)物可有某些不 同。 在康明斯技術(shù)中心還進行了其它的試驗，其中超低硫柴油燃料(ULSD)在大約 22(TC被滴在由420F不銹鋼盤構(gòu)成的入口上，所述420F不銹鋼盤涂覆有釩金屬。試驗結(jié)果 表明所得到的碳沉積物沒有粘附到釩的表面。 使用金屬鉑的另一個試驗得出了同樣的結(jié)果。可以認為，用涂覆有大量的如鉑和 /或鈀的氧化物的貴金屬的陶瓷涂層將會顯示相似的結(jié)果。在又一個實施例中，含有氧化 鈰的陶瓷涂層在一定的溫度條件下也可被采用。在另一個實施例中，可以理解，例如一種含 有五氧化二釩、鐵型沸石和銅型沸石的可控硅類的催化劑涂層也可被采用并產(chǎn)生相似的效 果。 所述入口結(jié)構(gòu)具有很多好處。通過采用非平面的三維地形結(jié)構(gòu)和/或化學改性入 口表面，可以防止和/或消除表面堵塞。在一個優(yōu)選的實施例中，這種結(jié)構(gòu)對于防止煙塵在 后處理裝置的入口表面是有用的，使得所述煙塵在發(fā)動機/后處理系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)的通常情況 下不會橋接并因此堵塞正常的廢氣流過的開口通道。 在各種應用中，這樣有益的入口表面結(jié)構(gòu)是有好處的。如在一些非限制性的實施 例中，車輛或汽車發(fā)動機、柴油發(fā)動機、船舶的發(fā)動機和裝置、工業(yè)動力發(fā)電機、工業(yè)生產(chǎn)中 使用的裝置或其他采用后處理的其他裝置或使用燃料產(chǎn)生焦炭材料的任何其它裝置的尾 氣流上均可采用所述入口表面的結(jié)構(gòu)。 在不偏離本發(fā)明的精神或其新穎性特征的情況下，可以用其它的形式體現(xiàn)本發(fā) 明。本申請中公開的實施例不應當認為解釋了所有的方面而且也不應認為限制了本發(fā)明。 本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求來主張的，而不是由前面的描述來主張，并且在與所述
13權(quán)利要求等同的意思和范圍內(nèi)所做出的所有修飾與變化均被本發(fā)明的范圍涵蓋c
權(quán)利要求
一種用于流體通道的入口表面，其包括一基底，所述基底包括設(shè)置有多孔結(jié)構(gòu)的端部，所述多孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)造使流體流過所述基底，以及一端面，所述端面設(shè)置在所述基底的所述端部和所述基底的端部的多孔結(jié)構(gòu)的外表面上，所述端面的構(gòu)造用于防止和/或消除所述基底上的表面堵塞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口表面，其特征在于，在所述基底的端部上的所述端面包 括至少一種三維地形結(jié)構(gòu)，以使得所述基底在其端部是非平面的；在所述基底的端部上設(shè) 置化學涂層；或在所述基底的端部上設(shè)置三維地形結(jié)構(gòu)，又在所述三維地形結(jié)構(gòu)上設(shè)置化 學涂層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的入口表面，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)包括多個相鄰的 呈V形的平行排列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的入口表面，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)包括第一組多個 相鄰的V形的平行排列，和與所述第一組多個相鄰的V形的平行排列垂直的第二組多個相 鄰的V形的平行排列，使得所述第一和第二組多個相鄰的V形排列形成多四面體的金字塔 形排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的入口表面，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)形成于所述基底 的端部上或通過機加工形成于所述基底的端部內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的入口表面，其特征在于，所述化學涂層是陶瓷涂層、玻璃基涂 層或化學溶液中的至少一種，使得所述化學涂層是選自催化貴金屬、催化貴金屬氧化物、非 催化貴金屬、催化基本金屬、和催化基本金屬氧化物中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的入口表面，其特征在于，所述化學涂層相對于所述基底上的 任何其它涂層是高載量的，其中高載量的涂層僅存在于所述基底的端部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口表面，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)包括多個延伸進入所 述基底的端部并貫穿所述基底的單獨單元，每個所述單元具有側(cè)壁和壁棱。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的入口表面，其特征在于，所述單元彼此相鄰并大體上設(shè)置于 所述端面的整個區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的入口表面，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)包括多個與許多單元 排列在一起的堵塞部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的入口表面，其特征在于，所述每個單元的側(cè)壁包括第一對平 行的側(cè)壁和垂直于所述第一對平行的側(cè)壁的第二對平行的側(cè)壁，所述第一對或第二對平行 的側(cè)壁中的至少一對包括第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，所述第一側(cè)壁或第二側(cè)壁中的一個比所述 第一側(cè)壁或第二側(cè)壁中的另一個具有較長的從所述基底的端部向外延伸的尺寸，使得所述 第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的外端之間的距離比所述第一對或第二對平行的側(cè)壁中的另一對的 外端之間的距離長。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口表面，其特征在于，所述基底和所述端面構(gòu)造成后處理 裝置的入口元件，所述后處理裝置選自緊密耦合催化轉(zhuǎn)化器、氧化型催化轉(zhuǎn)化器、氮氧化物 吸附催化轉(zhuǎn)化器、選擇性催化還原裝置、催化煙塵過濾器或顆粒過濾器中的至少一種。
13. —種后處理裝置，包括一基底，所述基底的端部具有多孔結(jié)構(gòu)，所述多孔結(jié)構(gòu)使得流體流過所述基底，所述多孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基底的端部的入口表面，以及一端面，所述端面設(shè)置在所述基底的端部上及所述端部的多孔結(jié)構(gòu)的外表面上，所述 端面的構(gòu)造用于防止和/或消除所述基底上的表面堵塞。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的后處理裝置，其特征在于，所述基底上的端面包括使得所 述基底在其端部是非平面的三維地形結(jié)構(gòu)；在所述基底的端部上設(shè)置化學涂層；或既有在 所述基底的端部上設(shè)置三維地形結(jié)構(gòu)，又有在所述三維地形結(jié)構(gòu)上設(shè)置化學涂層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的后處理裝置，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)包括多個相 鄰的V形的平行排列。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的后處理裝置，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)包括第一組 多個相鄰的V形的平行排列和與所述第一組多個相鄰的V形的排列垂直的第二組多個相鄰 的V形的平行排列，使得所述第一和第二組多個相鄰的V形的列被設(shè)置成多四面體的金字 塔形排列。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的后處理裝置，其特征在于，所述三維地形結(jié)構(gòu)形成于所述 基底的端部上或通過機加工形成于所述基底的端部內(nèi)。
18. —種用于防止和/或消除后處理裝置的入口上的表面堵塞的方法，包括以下步驟 形成一基底，所述基底具有帶有多孔結(jié)構(gòu)的端部，所述多孔結(jié)構(gòu)使得流體流過所述基底，以及在所述基底的所述端部上和位于所述基底的端部上的所述多孔結(jié)構(gòu)的外表面上設(shè)置 一端面，所述端面構(gòu)造用于防止和/或消除所述基底和多孔結(jié)構(gòu)上的表面堵塞。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在所述基底上設(shè)置所述表面還包括以 下至少一個步驟在所述基底的端部設(shè)置三維地形結(jié)構(gòu)以使所述基底的端部是非平面； 在所述基底的端部和在所述基底的端部上的所述多孔結(jié)構(gòu)的外表面上沉積化學涂層；或者，在所述基底的端部設(shè)置三維地形結(jié)構(gòu)并將化學涂層沉積到所述三維地形結(jié)構(gòu) 上，以使所述化學涂層朝向所述基底的端部的外側(cè)。
全文摘要
一種用于后處理裝置的入口表面，其可防止和/或消除設(shè)置了該入口表明的通道的表面堵塞。該入口表面包括設(shè)置在基底端部的外表面上的特殊端面。該端面包括在所述基底的端部上設(shè)置的三維地形結(jié)構(gòu)，或者在所述基底的端部上沉積的化學涂層，或者既有在所述基底的端部上設(shè)置的三維地形結(jié)構(gòu)又有在所述三維地形結(jié)構(gòu)上沉積的化學涂層中。舉一個例子，所述入口表面能有助于防止來自于發(fā)動機排放物，例如炭黑和發(fā)動機排放的其它副產(chǎn)品的碳污垢。
文檔編號B01D53/94GK101796276SQ200880105328
公開日2010年8月4日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者布瑞恩·E·布萊克威爾, 托馬斯·M·尤納肖里斯, 科瑞德·J·西蒙三世 申請人:康明斯過濾Ip公司