專利名稱：廢氣凈化裝置、微粒過濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化裝置、微粒過濾器及其制造方法。
背景技術(shù)：
用于收集內(nèi)燃機所排放廢氣中的微粒的微粒過濾器已公開于公布的PCT申請JP-T-8-508199的日文譯文中。在這種微粒過濾器中，蜂巢狀結(jié)構(gòu)由多孔材料形成，并且，此蜂巢狀結(jié)構(gòu)中多條通路(以下被稱為過濾器通路)中的一些在其上游端封閉，而其余的過濾器通路在其下游端封閉。因此，流入微粒過濾器的廢氣總是流經(jīng)形成過濾器通路的多孔壁(以下被稱為過濾器分隔壁)并流出微粒過濾器。
在這種微粒過濾器中，由于廢氣總是流經(jīng)過濾器分隔壁并在其后流出微粒過濾器，因而其微粒收集率高于廢氣僅僅流經(jīng)過濾器通路而不流經(jīng)微粒過濾器分隔壁的微粒過濾器的微粒收集率。
在上述公布中所公開的微粒過濾器中，通過使過濾器分隔壁的端部收縮并將這些端部粘合在一起而封閉過濾器通路。因此，過濾器通路中的廢氣流入口呈漏斗形。如果過濾器通路中的廢氣流入口呈漏斗形，那么廢氣就平滑地流入過濾器通路而不產(chǎn)生湍流。也就是說，當(dāng)廢氣流入過濾器通路時廢氣中沒有湍流產(chǎn)生。因此，公開于該公布中的微粒過濾器的壓力損失較低。
在上述類型的微粒過濾器中，通過使過濾器分隔壁的端部收縮以使得這些端部彼此相接觸，并烘烤這些彼此相接觸的端部以使得這些端部粘合在一起，而完全地封閉過濾器通路。因此，過濾器通路被完全地封閉。然而，當(dāng)彼此相接觸的端部受到烘烤時，這些端部由于這些端部和周圍過濾器分隔壁的熱膨脹影響而分開，以使得過濾器通路可能被不完全地封閉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于，在上述類型的微粒過濾器中，將過濾器通路在其端部可靠地封閉。
本發(fā)明的第一方面涉及一種廢氣凈化裝置，該裝置具有一種用于收集廢氣中的微粒的微粒過濾器。這種微粒過濾器具有分隔壁，該分隔壁形成了廢氣流經(jīng)其中的通路。然后，這種分隔壁由多孔材料形成。通過將分隔壁的尖端收縮以使得相鄰的分隔壁彼此相接觸并烘烤它們而形成這種微粒過濾器。由于分隔壁在彼此相接觸的狀態(tài)下被烘烤，因而相鄰的分隔壁以預(yù)定的粘合強度粘合在一起。而且，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，微粒過濾器的端部具有比預(yù)定粘合強度更高的粘合強度。
增加的粘合強度能夠通過多種措施實現(xiàn)。重要的是，預(yù)定粘合強度被認為是可以通過彼此相向彎曲的相鄰壁板端部的被烘烤接觸表面而實現(xiàn)的粘合強度。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器的制造方法。這種方法包括下列步驟通過擠壓多孔材料而形成具有分隔壁的預(yù)成形體的步驟，該分隔壁形成通路；通過將預(yù)成形體的端部收縮以使得相鄰端部的尖端彼此相接觸而封閉預(yù)成形體的通路；烘烤預(yù)成形體；加固通路中的封閉端。
本發(fā)明的第三方面涉及一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器的制造方法。這種方法包括下列步驟通過擠壓多孔材料而形成具有分隔壁的預(yù)成形體，該分隔壁形成通路；通過將預(yù)成形體的分隔壁端部收縮以使得相鄰端部的尖端彼此相接觸而封閉預(yù)成形體的通路；烘烤預(yù)成形體；并在分隔壁封閉預(yù)成形體通路的端部裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。
本發(fā)明的第四方面涉及一種具有微粒過濾器的廢氣凈化裝置，該微粒過濾器用于收集廢氣中的微粒。該微粒過濾器通路的端部包括在由多孔材料制成、形成該通路的相鄰分隔壁的尖端相接觸并受到烘烤時以預(yù)定的粘合強度粘合在一起的粘合部分。在本發(fā)明的第四方面中，粘合部分的平均孔徑小于端部以外的其它分隔壁的平均孔徑。
本發(fā)明的第五方面涉及一種廢氣凈化裝置，該裝置具有用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器。在本發(fā)明的第五方面中，相鄰的分隔壁通過在從由多孔材料制成、形成微粒過濾器通路的分隔壁的尖端起的一個預(yù)定長度上烘烤，以使得相鄰的分隔壁彼此相接觸而粘合在一起，并且相鄰的分隔壁在分隔壁的粘合部分上彼此平行地粘合。
本發(fā)明的第六方面涉及一種用于收集廢氣中的微粒的微粒過濾器。這種微粒過濾器包括一個形成有多孔材料制成的分隔壁的主體部分，該分隔壁形成廢氣流經(jīng)的通路；和一個端部，該端部具有在相鄰分隔壁的尖端彼此相接觸并受到烘烤時以預(yù)定粘合強度相粘合的粘合部分。在本發(fā)明的第六方面中，該端部具有高于預(yù)定粘合強度的強度。
本發(fā)明的第七方面涉及一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器。這種微粒過濾器包括一個主體部分，該部分形成有多孔材料制成的分隔壁，該分隔壁形成了廢氣流經(jīng)的通路；和一個端部，該端部包括在相鄰的分隔壁部分的尖端彼此相接觸并受到烘烤時以預(yù)定粘合強度粘合的粘合部分。在本發(fā)明第七方面中，該粘合部分的平均孔徑小于主體部分分隔壁的平均孔徑。
本發(fā)明的第八方面涉及一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器。這種過濾器包括一個形成有由多孔材料制成的分隔壁的主體部分，該分隔壁形成廢氣流經(jīng)的通路；和一個與彼此相接觸的相鄰分隔壁的尖端一起受到烘烤的粘合部分。在本發(fā)明的第八方面中，該粘合部分通過使得相鄰的分隔壁部分彼此平行而粘合形成。


本發(fā)明的上述和其它目的、特性和優(yōu)點將由優(yōu)選實施例的下列說明并參考附圖而變得明顯，在附圖中，類似的標(biāo)號用于表示類似的部件，并且在附圖中圖1A、1B為示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種微粒過濾器的簡圖；圖2A、2B為示出了第一實施例的微粒過濾器的上游端部分和下游端部分的簡圖；圖3A、3B為示出了現(xiàn)有微粒過濾器的上游端部分和下游端部分的簡圖；圖4A為示出了蜂巢狀結(jié)構(gòu)的正視圖；圖4B為示出了蜂巢狀結(jié)構(gòu)、加固件和模具的側(cè)視圖；圖5A、5B為示出了圖4B所示加固件的簡圖；圖6A、6B為示出了圖4B所示模具的簡圖；圖7A為示出了第二實施例的微粒過濾器的簡圖；圖7B為示出了第二實施例的蜂巢狀結(jié)構(gòu)和模具的簡圖；圖8A、8B為用于說明微粒的氧化過程的簡圖；圖9A至9B為用于說明微粒的沉積過程的簡圖；圖10為示出了可氧化去除的微粒量和微粒過濾器溫度之間的關(guān)系的簡圖。
具體實施例方式
下面將參考

本發(fā)明的第一實施例。圖1A為微粒過濾器的端面簡圖而圖1B為微粒過濾器的縱截面視圖。如圖1A、1B中所示，微粒過濾器22具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，包括多個平行延伸的廢氣通路。廢氣通路由其下游端開口被錐形壁(以下被稱為下游錐形壁)52封閉的廢氣流入通路50和其上游端開口被錐形壁(以下稱為上游錐形壁)53封閉的廢氣流出通路51組成。也就是說，廢氣流動通路(廢氣流入通路50)的一些部分被下游錐形壁52在其下游端封閉，而其余的廢氣流動通路(廢氣流出通路51)被上游錐形壁53在其上游端封閉。
通過將分隔壁的下游端分隔部分收縮并連接而形成下游錐形壁52，該分隔壁形成微粒過濾器22的廢氣流入通路50。另一方面，通過將分隔壁的上游端分隔部分收縮并連接而形成上游錐形壁53，該分隔壁形成微粒過濾器22的廢氣流出通路51。
根據(jù)本實施例，廢氣流入通路50和廢氣流出通路51交替設(shè)置穿過薄分隔壁54。也就是說，廢氣流入通路50和廢氣流出通路51被構(gòu)造得使各廢氣流入通路50被四個廢氣流出通路51包圍而各廢氣流出通路51被四個廢氣流入通路50包圍。也就是說，兩個相鄰的廢氣流動通路中的一個廢氣流動通路(廢氣流入通路50)在其下游端被下游錐形壁52完全地封閉，而另一廢氣流動通路(廢氣流出通路51)在上游端被上游錐形壁53完全地封閉。
如圖2A、2B所示，加固件55、56連接到這些錐形壁52、53的端部。這些加固件55、56連接到錐形壁52、53，以至少覆蓋錐形壁52、53的尖端，或是覆蓋錐形壁的全部。
微粒過濾器22由例如堇青石的多孔材料制成。因此，流入廢氣流入通路50的廢氣如圖1B中箭頭所示地穿過周圍的分隔壁54，并流入相鄰的廢氣流出通路51。由于錐形壁52、53為分隔壁54的一部分，這些錐形壁52、53當(dāng)然也由與分隔壁54相同的多孔材料制成。而且，根據(jù)本實施例，由于加固件55、56也由多孔材料制成，廢氣如圖2A中箭頭所示地穿過上游錐形壁53和加固件56，并如圖2B中箭頭所示地流入廢氣流出通路51，穿過下游錐形壁52和加固件55并流出。
也就是說，在圖3A所示的微粒過濾器中，廢氣流出通路的上游端被塞72封閉。在此情形下，由于部分廢氣與用實線示出的塞72相碰撞，因而廢氣并不易于流入廢氣流入通路。結(jié)果，微粒過濾器的壓力損失增加。而且，由于從塞72附近流入廢氣流入通路的廢氣在入口附近變?yōu)橥牧?，如圖中虛線所示，因而廢氣更難于流入廢氣流入通路。結(jié)果，微粒過濾器的壓力損失進一步增加。
另一方面，本實施例的微粒過濾器22使廢氣可以流入廢氣流入通路50而不在廢氣中產(chǎn)生任何湍流，如圖2A所示。因此，根據(jù)本實施例，廢氣能夠容易地流入微粒過濾器22。因此，微粒過濾器的壓力損失較小。
在圖3A、3B所示的微粒過濾器中，廢氣中的微粒易于沉積在塞72的上游端面和附近的分隔壁表面。產(chǎn)生這種情況的原因在于廢氣與塞72碰撞并且廢氣在塞72附近變?yōu)橥牧?。然而，在本實施例的微粒過濾器22中，由于有上游錐形壁53，因而并不存在與廢氣發(fā)生強烈碰撞的上游端表面。而且，加固件56為四棱錐體，并且廢氣在上游端面附近并不成為湍流。因此，根據(jù)本實施例，大量的微粒并不沉積于微粒過濾器22的上游端區(qū)域，所以微粒過濾器22的壓力損失被抑制。
另一方面，本實施例的下游錐形壁52呈四棱錐體狀，以使得廢氣流入通路50的流動通路的截面面積隨著其接近下游端而逐漸減少。當(dāng)然，連接以覆蓋下游錐形壁52的加固件55也被形成為容納于四棱錐體形狀中，該四棱錐體形狀隨著其接近下游而逐漸變窄。因此，由包圍的四個下游錐形壁52形成的廢氣流出通路51下游端以四棱錐體形狀擴展，其中，截面面積隨著其接近下游而逐漸減少。結(jié)果，同如圖3B所示形成的廢氣流出通路出口的情形相比，廢氣更易于流出微粒過濾器。
也就是說，在圖3B中所示的微粒過濾器中，廢氣流入通路的下游端被塞70封閉而廢氣流出通路一直延伸到出口。在此情形下，流出廢氣流出通路出口的部分廢氣沿下游端面流動，因而湍流71在廢氣流出通路中形成于出口附近。如果湍流以這種方式形成，那么廢氣就不容易流出廢氣流出通路。
另一方面，在本實施例的微粒過濾器中，如圖2B所示，廢氣中沒有湍流形成，因此廢氣能夠流出廢氣流出通路51的出口。因此，根據(jù)本實施例，廢氣相對容易地流出微粒過濾器。因此，微粒過濾器22的壓力損失較小。
同時，錐形壁52、53和加固件55、56可以以任何四棱錐體之外的其它形式形成，例如隨著其接近微粒過濾器22的外部而逐漸變窄的圓錐形。
下面將詳細說明第一實施例的加固件。通過將分隔壁收縮而形成上述類型的微粒過濾器22的錐形壁52、53，也即，分隔壁54的端部，該分隔壁形成了由多孔材料制成的蜂巢狀結(jié)構(gòu)中的通路，以使得其尖端彼此相接觸并烘烤蜂巢狀結(jié)構(gòu)。也就是說，分隔壁端部受到烘烤，以使得端部粘合在一起。
實際上，當(dāng)蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤時，視情況而定，在錐形壁52、53的尖端可以形成一個孔，因為分隔壁的尖端54由于分隔壁端部的熱膨脹影響而分開。根據(jù)本實施例，由于微粒過濾器22的基本結(jié)構(gòu)是這樣的，廢氣流動通路(廢氣流入通路50、廢氣流出通路51)的端部被錐形壁52、53完全地封閉，因而孔并不由類似于此的方式形成于錐形壁52、53的尖端。
根據(jù)本實施例，在蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤之前，加固件55、56設(shè)置于錐形壁52、53的尖端，并在其后，蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤。盡管通過將分開的分隔壁54的尖端粘合在一起而形成錐形壁52、53，但是加固件55、56為一體件。因此，它們夾持著形成錐形壁52、53的分隔壁54尖端，以使得它們在蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤時彼此不相分離。
根據(jù)本實施例，構(gòu)成錐形壁52、53的分隔壁54的粘合區(qū)域的粘合強度增加，從而防止了在錐形壁52、53的尖端中形成孔。
根據(jù)當(dāng)加固件55、56連接到錐形壁52、53尖端時整個微粒過濾器22的壓力損失增加程度，并根據(jù)足以防止錐形壁52、53尖端形成任何孔的加固程度，確定各加固件55、56的平均孔徑。也就是說，在抑制的壓力損失增加的需要變大時，使用具有較大平均孔徑的加固件。然后，在加固的水平需要增加時，使用具有較小平均孔徑的加固件。同時，在本實施例中的加固件平均孔徑小于分隔壁54的平均孔徑。
作為第一實施例的修改例，加固件55、56、特別是其尖端可以裝填有一種能夠氧化廢氣中微粒的物質(zhì)。因此，加固件55、56的平均孔徑變得小于它們沒有裝填這種能夠氧化微粒的物質(zhì)時的情形。因此，即使當(dāng)蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤而在錐形壁52、53的尖端形成孔時，加固件55、56尖端的平均孔徑也很小。因此，防止了廢氣中的微粒在沒有被微粒過濾器收集的情形下流出微粒過濾器。
當(dāng)然，如果在蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤后通過將加固件55、56連接到錐形壁52、53而封閉錐形壁52、53尖端的孔，那么至少本發(fā)明的目的得到了實現(xiàn)。也在此情形下，通過減少可以攜帶一種能夠氧化微粒的物質(zhì)的加固件55、56的平均孔徑，能夠可靠地防止廢氣中的微粒在未被加固件55、56收集的情況下流出微粒過濾器22。
同時，就其性能而論，重要的是構(gòu)造微粒過濾器22，以使得在微粒過濾器22的使用中，壓力損失潛在地小并防止壓力損失大大超出的潛在的可實現(xiàn)值。
也就是說，在內(nèi)燃機具有微粒過濾器的情形下，考慮一個微粒過濾器的潛在壓力損失而設(shè)計內(nèi)燃機的操作控制。即使微粒過濾器被構(gòu)造得將壓力損失保持得較低，如果在使用中，壓力損失超出其潛在的可實現(xiàn)值，那么內(nèi)燃機的性能也會降低。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在微粒過濾器22中形成廢氣流動通路上游端區(qū)域的分隔壁由錐形壁形成，而且，覆蓋此分隔壁的加固件也由錐形件形成。因此，在廢氣流入廢氣流動通路時防止了湍流的產(chǎn)生，以保持微粒過濾器22的壓力損失潛在地較低。
如上所述，在微粒過濾器22中，形成廢氣流動通路的上游端區(qū)域的分隔壁由錐形壁22形成，而覆蓋此分隔壁的加固件由錐形件形成。因此，微粒并不易于沉積于這些錐形加固件的壁上。也就是說，在微粒過濾器22的使用中，防止了這些微粒被沉積于錐形加固件的壁上以在流入廢氣流動通路中的廢氣中產(chǎn)生湍流。結(jié)果，在微粒過濾器22的使用中，能夠防止壓力損失增加而遠遠超出其潛在的可實現(xiàn)值。
如上所述，在微粒過濾器22的使用中，微粒不易沉積于上游加固件56上。然而，微粒能夠沉積于上游加固件56上。在此情形下，在微粒過濾器22的使用中壓力損失增加。
因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的上述修改例，上游加固件56裝填有一種能夠氧化和去除微粒的物質(zhì)，以氧化和去除沉積于上游加固件56上的微粒。結(jié)果，由于被上游加固件56收集的微粒被連續(xù)的氧化和去除，因而沒有大量的微粒沉積在上游加固件56上。因此，在微粒過濾器22的使用中，壓力損失能夠被保持得較低。
根據(jù)本實施例及其修改例，封閉廢氣流出通路51的結(jié)構(gòu)的一個固有問題在于，可以通過上游錐形壁53和由多孔材料制成的錐形加固件56，避免在微粒過濾器的使用中偏離其可實現(xiàn)值的壓力損失，以潛在地降低微粒過濾器22的壓力損失。
根據(jù)本實施例的修改例，一種能夠氧化微粒的物質(zhì)被裝填于整個微粒過濾器22上，也就是說，不僅在上游加固件56上，而且也在上游錐形壁53、分隔壁54、下游錐形壁52和下游加固件55上。而且，不但上游加固件56、上游錐形壁52、分隔壁54、下游錐形壁52和下游加固件55的壁上，而且這些孔壁的內(nèi)部都載有一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。根據(jù)本實施例的修改，裝填于上游加固件56和上游錐形壁53上的能夠氧化微粒的物質(zhì)在單位體積內(nèi)的量大于裝填于分隔壁54、下游錐形壁52和下游加固件55上的能夠氧化微粒的物質(zhì)在單位體積內(nèi)的量。
根據(jù)本實施例，盡管微粒過濾器的上游端開口和下游端開口被完全地封閉，但是本發(fā)明的概念能夠應(yīng)用于微粒過濾器，其中上游端開口和下游端開口中僅有一個被完全地封閉。
下面將簡要描述本實施例的微粒過濾器的制造方法。首先，通過被擠壓成如圖4A、4B所示的預(yù)成形體，由例如堇青石的多孔材料制成圓柱形蜂巢狀結(jié)構(gòu)80。蜂巢狀結(jié)構(gòu)80具有多個廢氣流動通路，每個通路都具有正方形截面。在微粒過濾器22中，這些廢氣流動通路的一部分作為廢氣流入通路50，而其余的廢氣流動通路在微粒過濾器22中作為廢氣流出通路51。
接著，如圖4B所示，由多孔材料制成的加固件81設(shè)置于蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的各端面。如圖5A所示，各加固件81具有固定于蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的圓形端面的盤狀部分82。多個支腿部分83垂直于該盤狀部分82延伸。如圖5B中所示，這些支腿部分83的每一個具有正方形管的方形。
當(dāng)加固件81設(shè)置于蜂巢狀結(jié)構(gòu)80上游的端面上時，各支腿部分83被容納于廢氣流入通路50中。另一方面，當(dāng)加固件81設(shè)置于蜂巢狀結(jié)構(gòu)80下游的端面上時，各支腿部分83被容納于廢氣流出通路51中。圖5A示出了沿圖5B中線5A-5A的截面圖。
接著，圖6所示的模具90被和加固件81一起擠壓到蜂巢狀結(jié)構(gòu)80端面。模具90被擠壓到蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的一個端面，然后被擠壓到另一端面。當(dāng)然，可以允許的是，準(zhǔn)備兩個模具90，并同時用它們擠壓蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的各端面。
如圖6A所示，模具90具有多個四棱錐體形突起91。圖6B示出突起91。模具90被與加固件81一起擠壓到蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的一個端面，以使得突起91插入各預(yù)定的廢氣流動通路。當(dāng)模具90的突起91插入預(yù)定廢氣流動通路中時，加固件81的盤狀部分82被這些突起91折斷。如果模具90進一步移向蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的端面，那么加固件81的盤狀部分82和支腿部分83就聚集到一起。同時，形成預(yù)定廢氣流動通路的分隔壁54聚集在一起，以形成由加固件55、56覆蓋的錐形壁52、53。
接著，蜂巢狀結(jié)構(gòu)80被干燥，然后，蜂巢狀結(jié)構(gòu)80被烘烤。接著，為蜂巢狀結(jié)構(gòu)裝填了一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。結(jié)果，形成了微粒過濾器22。
如上所述，微粒過濾器22的端部被錐形壁52、53封閉，該錐形壁由與分隔壁54相同的多孔材料組成。因此，如上所述，根據(jù)一種將模具90壓向蜂巢狀結(jié)構(gòu)80端面的簡單方法，能夠用與分隔壁54相同的材料封閉微粒過濾器22的廢氣流動通路(廢氣流入通路50、廢氣流出通路51)。
在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80端面上設(shè)置加固件81并將模具90擠壓向蜂巢狀結(jié)構(gòu)80端面的步驟可以在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80被干燥后執(zhí)行?？蛇x的是，在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80受到烘烤后可以軟化蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的端部，然后將加固件81設(shè)置于蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的端面上并將模具90壓向軟化了的端部。在這種情形下，蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的端部在其后再次受到烘烤。
作為本實施例的第二修改例，由多孔材料形成的四棱錐體狀加固件可以在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80受到烘烤后直接設(shè)置于錐形壁上。
盡管加固件81的支腿部分83是用于將加固件81在蜂巢狀結(jié)構(gòu)上可靠地定位和夾持的裝置，但是如果提供了其它的用于實現(xiàn)此目的的裝置，那么就可以省略支腿部分83。
下面將說明第二實施例的微粒過濾器。根據(jù)第二實施例，如圖7A所示，分隔壁54的端部從尖端起在一個預(yù)定的長度上被粘合，以形成延伸部分57、58。在微粒過濾器22的下游區(qū)域，分隔壁54下游端部與相鄰的平行部分在從尖端向上游的預(yù)定長度上粘合在一起，以形成延伸部分57。另一方面，在微粒過濾器22的上游區(qū)域，分隔壁54上游的端部在從尖端向下游的預(yù)定長度上粘合在一起，以形成延伸部分58。
如圖7B所示，通過擠壓將模具90擠壓向蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的各端面而形成這些延伸部分57、58，該模具具有四棱錐體狀突起91和鄰近于該突起91的長方形部分92，并還包括這些長方形部分92之間的槽93。
因此，根據(jù)本實施例，在微粒過濾器22的端部區(qū)域中與分隔壁54粘合在一起的端部粘合區(qū)域，大于僅有分隔壁尖端粘合在一起時的粘合區(qū)域。因此，本實施例的微粒過濾器22的端部區(qū)域中分隔壁的粘合強度就高于僅有分隔壁的尖端粘合在一起時的粘合強度。
作為第二實施例的修改例，構(gòu)成延伸部分57的分隔壁54端部的粘合強度能夠通過在延伸部分57、58上裝填能氧化微粒的物質(zhì)而增加。當(dāng)然，整個微粒過濾器22可以裝填有能夠氧化微粒的上述物質(zhì)。
根據(jù)本實施例，在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80上裝填有能夠氧化微粒的物質(zhì)的情形下，為蜂巢狀結(jié)構(gòu)80裝填這種能夠氧化微粒的物質(zhì)的步驟，在烘烤蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的步驟后進行。
下面將說明第三實施例的微粒過濾器22。第三實施例的微粒過濾器22的結(jié)構(gòu)和操作除下列項目外均與第一實施例相同。因此，與第一實施例相同結(jié)構(gòu)和操作的說明從略。
根據(jù)第三實施例，第一實施例的加固件55、56被省略。根據(jù)第三實施例，作為替代，要被粘合在一起以形成錐形壁52、53的分隔壁54的端部的平均孔徑被設(shè)為小于分隔壁54的平均孔徑。
根據(jù)本實施例，假定粘合在一起的分隔壁54端部面積相等，那么基本上彼此相接觸的分隔壁54的端部面積就大于具有與分隔壁54相同的平均孔徑的端部的尖端粘合區(qū)域。因此，本實施例的微粒過濾器22的端部區(qū)域中分隔壁的粘合強度就高于與分隔壁54具有相同孔密度的端部彼此相粘合的情形下的粘合強度。
也根據(jù)本實施例，當(dāng)然可以通過為粘合在一起的分隔壁54端部裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)而增加分隔壁54尖端的粘合強度。
根據(jù)本實施例，降低被粘合在一起的分隔壁54端部的平均孔徑的步驟，可以在用端部封閉蜂巢狀結(jié)構(gòu)80中的廢氣流動通路的步驟和烘烤蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的步驟之間執(zhí)行。為蜂巢狀結(jié)構(gòu)80裝填一種能夠氧化微粒的步驟，可以在烘烤蜂巢狀結(jié)構(gòu)80的步驟之后進行。
下面將說明第四實施例的微粒過濾器。根據(jù)本實施例，被粘合在一起的分隔壁端部的尖端的粘合強度增加，以防止在蜂巢狀結(jié)構(gòu)受到烘烤時構(gòu)成錐形壁的分隔壁端部的尖端分開而產(chǎn)生孔。也就是說，上述實施例的一個目的在于防止錐形壁的尖端形成孔。
第四實施例的目的在于通過一種簡單的方式封閉錐形壁尖端中的孔而防止廢氣從錐形壁尖端的孔中流出。更特別的是，根據(jù)第四實施例，在蜂巢狀結(jié)構(gòu)80受到烘烤后，通過為錐形壁52、53尖端裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)而封閉各錐形壁52、53尖端中的孔。
最后，將詳細說明微粒過濾器22上裝填的一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。根據(jù)上述實施例，鋁制載流層等形成于各廢氣流入通路50的圓周壁面上和圓周壁內(nèi)部以及各廢氣流出通路51，也即，各分隔壁54的兩側(cè)表面和內(nèi)部，錐形壁52、53的兩側(cè)表面和內(nèi)部，以及加固件的兩側(cè)表面和內(nèi)部。然后，該載體層載有貴金屬催化劑和活性氧釋放劑，當(dāng)存在過量的氧時，該釋放劑吸收并保持氧，并且，當(dāng)氧濃度降低時，以活性氧的形式釋放所保持的氧。根據(jù)上述實施例，這種能夠氧化微粒的物質(zhì)為活性氧釋放劑。
根據(jù)上述實施例，鉑Pt用作貴金屬催化劑，從例如鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs、銣Rb的堿金屬，例如鋇Ba、鈣Ca、鍶Sr的堿土金屬，例如鑭La、釔Y、鈰Ce的稀土金屬，例如鐵Fe的過渡金屬，和例如錫Sn的碳族元素中選出的至少一個被作為活性氧釋放劑。
優(yōu)選的是，使用具有比鈣Ca更高電離傾向的堿金屬或堿土金屬，例如鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba和鍶Sr等。
下面將說明在鉑Pt和鉀K裝填于載體上時使用微粒過濾器22的裝置從廢氣中去除微粒的作用。如果采用其它貴金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土元素或過渡金屬，也實現(xiàn)相同的微粒去除作用。
例如，如果流入微粒過濾器22的廢氣為壓燃式內(nèi)燃機產(chǎn)生的氣體，該內(nèi)燃機燃燒過量的空氣，例如微粒過濾器22的廢氣包括大量的過量空氣。也就是說，如果供給到進氣通路和燃燒室的空氣與燃料之間的比率被稱為廢氣的空燃比，那么在壓燃式內(nèi)燃機中的空燃比就變稀。而且，由于在壓燃式內(nèi)燃機的燃料燃燒室中產(chǎn)生NO，因而廢氣中包括了NO。此外，燃料中含有硫成分S，并且這種硫成分S在燃料燃燒室中與氧發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生SO2。因此，廢氣中含有SO2。因此，含有過量氧氣、NO和SO2的廢氣流入微粒過濾器22的廢氣流入通路50。
圖8A、8B示意性地示出了形成于廢氣流入通路50內(nèi)圓周面上的載體表面的放大簡圖。在圖8A、8B中，微粒60為鉑Pt微粒而活性氧釋放劑61包括鉀K。
如上所述，由于廢氣包含大量的過量氧氣，如果廢氣流入微粒過濾器22中的廢氣流入通路50，那么氧氣O2就以O(shè)2或O2-的形式附著于鉑Pt 60的表面。另一方面，廢氣中的NO在鉑Pt 60的表面上與O2-或O2-發(fā)生反應(yīng)，以產(chǎn)生NO2()。接下來，產(chǎn)生的部分NO2被在鉑Pt 60上氧化并吸收到活性氧釋放劑61中，然后與鉀K化合在一起，以使其以硝酸根離子NO3-的形式擴散入活性氧釋放劑61中并產(chǎn)生硝酸鉀KNO3。
另一方面，如上所述，廢氣中包含SO2，并且此SO2以與NO相同的機制被活性氧釋放劑61吸收。也就是說，如上所述，氧氣O2以O(shè)2-或O2-的形式附著于鉑Pt 60的表面，并且廢氣中的SO2在鉑Pt 60的表面上與O2-或O2-發(fā)生反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為SO3。接下來，所產(chǎn)生的部分SO3被在鉑Pt 60上氧化并吸收到活性氧釋放劑61中，以使其與鉀K化合在一起并以硫酸根離子SO42-的形式擴散入活性氧釋放劑61中，以產(chǎn)生硫酸鉀K2SO4。結(jié)果，產(chǎn)生了硝酸鉀KNO3和硫酸鉀K2SO4。
另一方面，在燃燒室中產(chǎn)生主要由碳C組成的微粒，并因此，這些微粒包含于廢氣中。當(dāng)廢氣流入微粒過濾器22的廢氣流入通路50或者從廢氣流入通路50流向廢氣流出通路51時，廢氣中包含的這些微粒62與例如活性氧釋放劑61的載體表面相接觸并附著于載體。
如果微粒62附著于活性氧釋放劑61的表面，那么微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面上的氧濃度就降低。如果氧濃度降低，那么活性氧釋放劑61的接觸表面與氧濃度較高的活性氧釋放劑61之間就產(chǎn)生了氧濃度差，以使得活性氧釋放劑61中的氧試圖移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面。結(jié)果，形成在活性氧釋放劑61中的硝酸鉀KNO3就分解為鉀K、氧O、和NO。氧O移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面，而NO被釋放出活性氧釋放劑61。釋放出的NO在下游的鉑Pt 60上被氧化并再次吸收到活性氧釋放劑61。
此外，活性氧釋放劑61中形成的硫酸鉀K2SO4被分解為鉀K、氧O、和SO2。氧O移向微粒62和活性氧釋放劑61之間的接觸表面，而SO2被釋放出活性氧釋放劑61。釋放出的SO2在下游的鉑Pt 60上被氧化并再次吸收到活性氧釋放劑61中。然而，由于硫酸鉀K2SO4穩(wěn)定并難于分解，因而硫酸鉀K2SO4比硝酸鉀KNO3更不易放出活性氧。
當(dāng)NOx以硝酸根離子NO3-的形式被吸收時，在與氧的反應(yīng)中，活性氧釋放劑61也產(chǎn)生并釋放活性氧。類似的是，當(dāng)SO2以硫酸根離子SO4-的形式被吸收時，活性氧釋放劑61在與氧的反應(yīng)過程中產(chǎn)生并釋放活性氧。
移向微粒62和活性氧釋放劑61之間接觸表面的氧O為例如硝酸鉀KNO3、硫酸鉀K2SO4的化合物分解產(chǎn)生的氧?；衔锓纸猱a(chǎn)生的氧O具有較高能量和極高的活性。因此，移向微粒62和活性氧釋放劑61之間接觸表面的氧作為活性氧O。類似的是，在活性氧釋放劑61中NOx與氧的反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氧或者在SO2和氧的反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的氧作為活性氧。如果活性氧O與微粒62相接觸，那么微粒62就在短時間內(nèi)(幾秒鐘到幾十分鐘)在沒有任何光焰的情況下被氧化，以使得微粒62完全消失。因此，微粒62幾乎不沉積在微粒過濾器22上。
在沉積于微粒過濾器層中的微粒被燃燒時，一些類型的微粒過濾器被燒紅，并用火焰燃燒微粒。除非保持較高溫度，否則火焰的燃燒并不持續(xù)。因此，微粒過濾器的溫度必須保持較高，以使得具有火焰的燃燒持續(xù)進行。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，微粒62在沒有光焰的情況下被氧化，如上所述，而微粒過濾器22的表面沒有被燒紅。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的實施例，同具有火焰的燃燒相比，在相對較低的溫度下，微粒62被氧化并去除。因此，根據(jù)本發(fā)明實施例，通過在沒有任何光焰的情況下微粒62的氧化而實現(xiàn)的微粒去除作用，與用火焰燃燒的微粒去除作用完全不同。
由于鉑Pt 60和活性氧釋放劑61隨著微粒過濾器22溫度的增加而被更加激活，因而在微粒過濾器22上，在沒有光焰的情況下單位時間可氧化去除的微粒量隨著微粒過濾器22溫度的增加而增加。
在圖10中的實線表示在沒有光焰的情況下單位時間可氧化去除的微粒量G。圖10中的水平軸表示微粒過濾器22的溫度TF。此后，單位時間內(nèi)流入微粒過濾器22的微粒量被稱為流入微粒量M。如果這種流入微粒量M小于可氧化去除的微粒G，也即在圖10中的區(qū)域I內(nèi)，與微粒過濾器22相接觸的所有流入微粒過濾器22的微粒都在沒有任何光焰的情況下在短時間內(nèi)(幾秒到幾十分鐘)在微粒過濾器22上被氧化并去除。
與此相反，如果流入微粒量M大于可氧化去除的微粒量G，也即，在圖10中的區(qū)域H中，那么活性氧的量就不足以氧化所有的微粒。圖9A到9C示出了這種情形下的微粒氧化狀態(tài)。也就是說，如果活性氧的量不足以氧化所有微粒并且微粒62附著于活性氧釋放劑61，如圖9A所示，那么部分微粒62被氧化，而未被氧化的部分微粒被充分地留在載體上。如果活性氧量不足的狀態(tài)持續(xù)，那么未被充分氧化的微粒就成功地保持在載體上，以使得如圖9B所示，載體的表面被剩余微粒部分63覆蓋。
如果載體表面由剩余微粒部分63覆蓋，那么消除了NO和SO2被鉑Pt 60的氧化和活性氧通過活性氧釋放劑61的釋放，以使得剩余微粒部分63在沒有被氧化的情況下留下來，而稍后，其它微粒成功地沉積于剩余微粒部分63上，如圖9C所示。也就是說，微粒沉積于各層中。
如果微粒沉積于各層中，那么微粒64就不會被活性氧O氧化，并因此，其它微粒成功地沉積于微粒64上。也就是說，如果流入微粒量M大于可氧化去除的微粒量G的狀態(tài)持續(xù)，那么沉積于微粒過濾器22上各層的微粒和已沉積的微粒不能被點燃并燃燒，直到廢氣的溫度升高或者微粒過濾器22的溫度升高。
在圖10中的區(qū)域I，微粒在沒有任何光焰的情形下在微粒過濾器22上短時間內(nèi)被氧化，而在圖10中的區(qū)域II中，微粒沉積于微粒過濾器22的各層中。因此，流入微粒量M總是需要比可氧化去除的微粒量G小，以使得微粒不會沉積在微粒過濾器22上的各層中。
如從圖10中所得出的，即使微粒過濾器22的溫度TF相當(dāng)?shù)氐停糜诒景l(fā)明的實施例中的微粒過濾器22也能夠氧化微粒。因此，保持流入微粒量M和微粒過濾器22的溫度TF，以使得流入微粒量M總是小于可氧化去除的微粒量G。
如果流入微粒量M總是小于可氧化去除的微粒量G，那么很少微粒會沉積于微粒過濾器22上，以使得背壓增加很少。
另一方面，如果微粒沉積于微粒過濾器22上的各層，如上所述，那么即使流入微粒量M變得小于可氧化去除的微粒量G，也難以用活性氧O氧化微粒。也就是說，當(dāng)微粒僅低于預(yù)定水平沉積時，如果流入微粒量M變得小于可氧化去除的微粒量G，那么該剩余微粒部分就在沒有任何光焰的情況下被活性氧O氧化并去除。
如果考慮微粒過濾器22被設(shè)置于內(nèi)燃機廢氣通路中并實際應(yīng)用的情形下，燃料和潤滑劑含有鈣Ca，并因此，廢氣中含有鈣Ca。如果存在SO3，那么這些鈣Ca就生成硫酸鈣CaSO4。硫酸鈣CaSO4為固體，即使在較高溫度下受熱也不分解。因此，如果生成了硫酸鈣而微粒過濾器22中的孔被這些硫酸鈣CaSO4封閉，那么廢氣就不易流入微粒過濾器22。
在此情形下，如果具有比鈣Ca更高電離傾向的堿金屬或堿土金屬，例如，鉀K被用作活性氧釋放劑61，那么在活性氧釋放劑61中擴散的SO3就與鉀K化合以形成硫酸鉀K2SO4。鈣Ca在不與SO3化合的情形下穿過微粒過濾器22的分隔壁54并流出到廢氣流出通路51中。因此，微粒過濾器22中的孔從不堵塞。因此，優(yōu)選的是，采用具有高于鈣Ca的較高電離傾向的堿金屬和堿土金屬，即，鉀K、鋰Li、銫Cs、銣Rb、鋇Ba或鍶Sr，作為活性氧釋放劑61。
本發(fā)明的實施例能夠在形成于微粒過濾器22兩側(cè)上的載體層僅設(shè)置有例如鉑Pt 60的貴金屬的情形下實施。然而，在此情形下，表示可氧化去除的微粒量G的實線與圖10所示實線相比略微向右移動。在此情形下，從保持在鉑Pt 60表面上的NO2或SO3中釋放出活性氧。
而且，可以采用一種象活性氧釋放劑一樣吸收NO2或SO3并能夠從這些吸收的NO2或SO3中釋放活性氧的催化劑。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化裝置，其包括一個微粒過濾器，該微粒過濾器具有由多孔材料制成的分隔壁，形成允許廢氣流動的通路；以及一個端部，在該端部中，當(dāng)收縮在一起而彼此相接觸的分隔壁的尖端受到烘烤時，通路的開口被以預(yù)定粘合強度粘合在一起的粘合部分封閉以在廢氣中收集微粒，其特征在于該端部具有高于預(yù)定粘合強度的強度。
2.一種廢氣凈化裝置，其包括微粒過濾器，該微粒過濾器收集廢氣中的微粒，其中，微粒過濾器通路的端部包括，在由多孔材料形成的、形成通路的相鄰分隔壁的尖端彼此相接觸并受到烘烤時，以預(yù)定粘合強度粘合在一起的粘合部分，并且該端部具有高于預(yù)定粘合強度的強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的廢氣凈化裝置，還包括加固設(shè)置于端部的粘合部分的加固件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述加固件為一種由多孔材料制成的部件，并裝填有一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述加固件的平均孔徑小于分隔壁的平均孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述相鄰的分隔壁在端部從分隔壁的尖端起在一個預(yù)定的長度上粘合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的廢氣凈化裝置，其特征在于，被粘合在一起的相鄰分隔壁從分隔壁尖端起的預(yù)定長度上彼此平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述相鄰分隔壁的尖端通過預(yù)定的接觸面積粘合在一起，并由于在粘合部分尖端單位面積的接觸面積的增加，端部的粘合強度變得高于預(yù)定粘合強度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的廢氣凈化裝置，其特征在于，由于降低了粘合部分的平均孔徑，接觸面積增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的廢氣凈化裝置，其特征在于，通過在粘合部分裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)，粘合部分的平均孔徑減小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述分隔壁裝填有一種能夠氧化微粒的物質(zhì)，并且粘合部分所裝填的該物質(zhì)的量大于除了粘合部分的分隔壁其他部分上裝填的該物質(zhì)的量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述粘合部分裝填有一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述微粒過濾器包含多個通路，并且，在部分通路中，形成通路的分隔壁的下游端部收縮，而在其余通路中，形成通路的上游端部收縮。
14.一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器的制造方法，包括通過擠壓多孔材料而形成具有分隔壁的預(yù)成形體，該分隔壁形成通路；通過收縮預(yù)成形體分隔壁的端部以使得相鄰端部的尖端彼此相接觸而封閉預(yù)成形體的通路；烘烤預(yù)成形體；并加固通路中的封閉部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的制造方法，其特征在于，通過在預(yù)成形體分隔壁的端部設(shè)置加固件，將預(yù)成形體分隔壁的尖端與加固件一起收縮，使端部的尖端彼此相接觸而封閉預(yù)成形體的通路，以及烘烤預(yù)成形體和加固件，而加固封閉部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的制造方法，其特征在于，在封閉了預(yù)成形體的通路后，通過為端部提供加固件而加固了封閉部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一項所述的制造方法，其特征在于，通過為分隔壁的尖端裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)而加固封閉部分。
18.一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器的制造方法，包括通過擠壓多孔材料而形成具有分隔壁的預(yù)成形體，該分隔壁形成通路；通過將預(yù)成形體分隔壁的端部收縮以使相鄰的端部彼此相接觸而封閉預(yù)成形體的通路；烘烤預(yù)成形體；和為封閉預(yù)成形體通路的分隔壁端部裝填一種能夠氧化微粒的物質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到18中任一項所述的制造方法，還包括如下步驟在封閉通路和烘烤預(yù)成形體之間，減少封閉預(yù)成形體中通路的分隔壁的端部的平均孔徑。
20.一種廢氣凈化裝置，其包括一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器，其中，微粒過濾器通路的端部包括，在由多孔材料形成的、形成通路的相鄰分隔壁的尖端相接觸并受到烘烤時，以預(yù)定粘合強度粘合在一起的粘合部分，并且粘合部分的平均孔徑小于端部以外的分隔壁的平均孔徑。
21.一種廢氣凈化裝置，其包括一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器，其中，通過烘烤從分隔壁的尖端起的一個預(yù)定長度以使得相鄰的分隔壁彼此相接觸，而將相鄰分隔壁粘合在一起，該分隔壁由多孔材料制成并形成微粒過濾器的通路，并且，在分隔壁的粘合部分上，相鄰的分隔壁彼此平行地粘合在一起。
22.一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器，其包括一個主體部分，該主體部分形成有由多孔材料制成的分隔壁，該分隔壁形成廢氣流動的通路；和一個端部，該端部包括在相鄰分隔壁尖端彼此相接觸并受到烘烤時、以預(yù)定粘合強度相粘合的粘合部分，該端部具有高于預(yù)定粘合強度的強度。
23.一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器，其包括一個主體部分，該主體部分形成有由多孔材料制成的分隔壁，該分隔壁形成廢氣流動的通路；和一個端部，該端部包括在相鄰分隔壁尖端彼此相接觸并受到烘烤時以預(yù)定粘合強度相粘合的粘合部分，其中，該粘合部分的平均孔徑小于主體部分分隔壁的平均孔徑。
24.一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器，其包括一個主體部分，該主體部分形成有由多孔材料制成的分隔壁，該分隔壁形成廢氣流動的通路；和一個粘合部分，該粘合部分與彼此相接觸的相鄰分隔壁的尖端一起受到烘烤，其中，該粘合部分通過使得相鄰的分隔壁彼此平行而粘合形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化裝置，該裝置具有一種用于收集廢氣中微粒的微粒過濾器。這種微粒過濾器(22)包括分隔壁，該分隔壁形成了廢氣流動的通路(50、51)。這種分隔壁由多孔材料形成。通過將分隔壁的尖端收縮并與彼此相接觸的相鄰分隔壁一起受到烘烤，形成這種微粒過濾器(22)。如果該分隔壁在相接觸時受到烘烤，那么相鄰分隔壁就以預(yù)定的粘合強度粘合在一起。根據(jù)本發(fā)明，微粒過濾器(22)的端部具有比預(yù)定粘合強度更高的強度。
文檔編號F01N3/035GK1539054SQ02815497
公開日2004年10月20日 申請日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月8日
發(fā)明者伊藤和浩, 也, 廣田信也, 一郎, 中谷好一郎 申請人:豐田自動車株式會社