CN104813000A - 用蜂窝式过滤器过滤汽油直接喷射发动机废料 - Google Patents

Abstract

颗粒物质通过以下从汽油直接喷射(GDI)发动机的废气中去除：将含颗粒的废气引入到含有通过交叉多孔壁界定的多个轴向延伸小区的陶瓷蜂窝的入口端中，传送所述废气通过至少一个所述多孔壁以在所述多孔壁中截获所述颗粒物质，并且然后从所述陶瓷蜂窝的出口端排放所述废气。所述陶瓷蜂窝的所述多孔壁的壁厚是l50μm到750μm，所述蜂窝的有效渗透率是至少0.8×10^-12m²并且所述陶瓷蜂窝每平方米横截面积含有45,000到230,000个小区。

Description

用蜂窝式过滤器过滤汽油直接喷射发动机废料

技术领域

本发明涉及汽油直接喷射发动机废料的过滤。

背景技术

已知使用不同类型的陶瓷过滤器从柴油发动机废料中去除颗粒物质。通常称为“蜂窝”的过滤器具有从入口端到出口端延伸过滤器的长度的轴向小区。小区通过多孔壁界定和分隔。小区以一定图案插塞，迫使进入过滤器的废料在其离开过滤器之前传送通过小区壁。颗粒物质被小区壁捕获。

在传统地主要是进气口燃料喷射(PFI)型的汽油发动机中使用这些颗粒过滤器很不常见。当适当地操作时，PFI发动机产生极少颗粒物质，并且因此几乎不需要颗粒过滤器。但是，较新类型的汽油发动机，所谓的汽油直接喷射(GDI)发动机在较常规的进气口燃料喷射(PFI)发动机付费的情况下获得市场份额。在例如空载期间、当在恒定速度下或在低加速度下操作时和/或当下坡行进时遇到的轻负载条件下，GDI发动机具有优于PFI发动机的优势。在这些条件下，GDI发动机可以在比PFI发动机简洁的条件下操作。这潜在地提供燃料经济性的改进和在短暂加速和减速期间的较好性能。

GDI发动机的问题是其倾向于产生比PFI发动机多的颗粒排放物。许多管辖区的汽车排放标准要求大部分这些排放物从发动机废料中去除。如同柴油发动机，这可以通过传送废料通过陶瓷过滤器来实现。但是，经设计用于处理柴油废料的陶瓷过滤器在GDI***中运行不良。对此的原因是GDI发动机在与柴油发动机相比极不同的条件下操作。特定问题是在过滤器中所见的压降。在极高压缩比率和因此较高压力下操作的柴油发动机可以承受这些压降而无明显性能损失。但是，GDI发动机在较低压缩比率和较低压力下操作。在颗粒过滤器中的压降可以对GDI发动机性能具有明显影响，其降低功率输出且增加燃料消耗。

另一个重要差异是与在柴油发动机中相比，较少粒子在GDI发动机中形成，并且那些粒子倾向于显著较小(并且因此更难以过滤)。在柴油机颗粒过滤器的情况下，所见的最有效的过滤不是用干净过滤器，而是用已经操作一段时间并且已经积聚“烟灰块”的过滤器。GDI过滤器不倾向于积聚许多烟灰块，并且因此需要在没有受益于烟灰块的情况下有效去除GDI发动机产生的极小颗粒。有人想要在任何情况下避免在GDI发动机过滤器中形成厚烟灰块以避免增加背压。

因此，需要在低压降下高效操作以从GDI发动机废料中有效去除颗粒物质的颗粒过滤器。

发明内容

本发明是一种从汽油直接喷射(GDI)发动机的废气中去除颗粒物质的方法，其包含将含颗粒的废气引入到含有通过交叉多孔壁界定的多个轴向延伸小区的陶瓷蜂窝的入口端中，传送所述废气通过至少一个所述多孔壁以在所述多孔壁中截获所述颗粒物质，并且然后从所述陶瓷蜂窝的出口端排放所述废气，其中：

所述陶瓷蜂窝的所述多孔壁的壁厚是150μm到750μm，所述蜂窝的有效渗透率是至少0.8×10^-12m²并且所述陶瓷蜂窝每平方米横截面积含有45,000到230,000个小区。

在某些实施例中，陶瓷蜂窝的特征在于具有如以下阐述所测定的小于2×10⁷m^-1的粘性阻力(R_v)。

具体实施方式

出人意料地，高渗透率过滤器在从GDI发动机废料中去除颗粒物质时保持高效，同时在发动机的有效操作所需的低压降下操作。

出于本发明的目的，汽油直接喷射(GDI)发动机是内燃发动机，其中使用火花点燃***点燃燃料(汽油或含汽油的混合物)，并且其中燃料在与空气混合之前以液滴形式直接喷射到气缸中并且在气缸内变为与空气混合。GDI发动机不同于进气口燃料喷射(PFI)发动机，部分因为在PFI发动机中燃料与空气在引入到气缸中之前混合。相信直接引入燃料液滴相对于PFI发动机促成GDI发动机中所见的颗粒排放物增加。

GDI发动机不同于柴油发动机，部分因为GDI发动机中的燃料-空气混合物在正常操作期间是火花点燃的。

GDI发动机可以是单气缸或多气缸。多气缸发动机可以具有2个或2个以上气缸，典型地4个到16个气缸并且为了汽车用途，最典型地将含有4个到12个或4个、6个或8个气缸。GDI发动机可以是二冲程或四冲程发动机。

在操作期间，燃料在GDI发动机的气缸中燃烧以形成热气(主要是二氧化碳和水)，其膨胀为发动机提供动力。在每个燃烧循环结束时，废气从发动机的气缸去除以形成排放到大气的废气流。在多气缸发动机中，来自多个气缸的废气可以在释放之前组合(如在排气歧管中)。在汽车应用中，废气典型地通过管道***引导到车辆的后部上方或后部处的释放点。

在本发明中，来自GDI发动机的废气通过在将气体排放到大气中之前传送其通过多孔壁过滤器来过滤。多孔壁过滤器是含有多个轴向延伸小区的陶瓷蜂窝。轴向延伸小区从陶瓷蜂窝的入口端延伸到出口端。陶瓷蜂窝的入口端是引入废气以便过滤的端口，而出口端是在过滤之后排放废气的端口。轴向延伸小区由交叉多孔壁界定，其充当活性过滤介质。大部分或所有小区典型地在一端或另一端而非两端处并且典型地以交替图案插塞。插塞形成入口小区，其在入口端打开并且在出口端关闭。插塞还形成出口小区，其在出口端打开并且在入口端关闭。在发动机操作期间，发动机废气进入陶瓷蜂窝的入口小区，穿过至少一个交叉多孔小区壁到出口小区中，并且从蜂窝的出口端处的出口小区排放。颗粒去除发生在具有夹带颗粒的气体穿过多孔小区壁时并且颗粒被多孔小区壁捕获并且从气体去除。

陶瓷蜂窝安置在GDI发动机的废料***内，因此来自发动机的废气在排放到大气中之前穿过陶瓷蜂窝。废料***包括一个或一系列导管，其将废气引导到陶瓷蜂窝并且在过滤后，引导废气离开陶瓷蜂窝到排放到大气中的位置。废料***可以包括例如声音消除措施(例如一或多个***)、一或多个其它净化装置、一或多个催化转化器等的组件。陶瓷蜂窝典型地安置在罐或其它容器中。这个罐或其它容器的目的是将陶瓷蜂窝维持在理想位置和定向上，并且防止废气逸出蜂窝边缘或围绕蜂窝边缘传送。罐或其它容器通常包括废气通过其引导到陶瓷蜂窝的入口端的入口和通过其从陶瓷蜂窝的出口端排放的废气被引导离开的出口。

陶瓷蜂窝的轴向延伸小区可以具有任何适宜的横截面形状，例如圆形、椭圆、多边形(例如三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)等等，或可以替代地具有复杂形状，例如“哑铃”或类似形状。一些小区可以具有与其它不同的横截面形状并且可以具有与其它不同的尺寸(即，不同横截面积)。小区的横截面优选地是矩形、正方形或三角形并且最优选地横截面是正方形。

陶瓷蜂窝可以是整体(即，以单块形成)或可以是分段的，即是较小蜂窝结构的组装，所述较小蜂窝结构单独制造并且然后组装在一起，通常使用陶瓷水泥将个别块体粘着在一起。

陶瓷蜂窝可以具有外边缘“表皮”。这一表皮可以由蜂窝的边缘小区的外部小区壁形成。或者，表皮可以是在制造陶瓷蜂窝之后应用的应用表皮。

陶瓷蜂窝的外部尺寸是与特定应用结合来选择。陶瓷蜂窝的横截面积可以是例如5cm²到2000cm²，尤其75cm²到500cm²。陶瓷蜂窝的长度可以是例如5cm到50cm，尤其6cm到15cm。

陶瓷蜂窝的多孔交叉壁由陶瓷材料制成。陶瓷材料可以由任何可以耐受在操作期间遇到的温度条件而不永久变形或热降解的材料制成。陶瓷可以是例如针状多铝红柱石、非针状多铝红柱石、堇青石、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、β锂辉石、钛酸铝、硅酸锶铝、硅酸锂铝、二氧化硅、其它铝-硅酸盐等等，或其中的任何两种或两种以上的复合物，例如多铝红柱石-堇青石复合物、多铝红柱石-钛酸铝(tialite)复合物、针状多铝红柱石-堇青石复合物、针状多铝红柱石-钛酸铝复合物等等。其它实例可以包括纤维与粘合剂的复合物，例如多铝红柱石纤维、氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、铝氧化锆(aluminozirconia)纤维，以及适当粘合剂材料，例如氧化铝等等。

在本发明的特定实施例中，陶瓷过滤器的多孔交叉壁(界定轴向延伸小区)是针状多铝红柱石，或针状多铝红柱石与一或多种其它陶瓷的复合物。通过“针状”，意指多铝红柱石呈至少在其一些交叉点处接合在一起的细长针状物形式。交叉壁中的孔部分或完全由交叉针状物之间的空隙界定。针状多铝红柱石针状物的纵横比(长度除以中值直径)可以是至少2，优选是至少5并且最优选是10或10以上。针状多铝红柱石针状物的中值直径可以是0.5微米到50微米。

适合的针状多铝红柱石蜂窝结构的实例包括美国专利第5,194,154号、第5,173,349号、第5,198,007号、第5,098,455号、第5,340,516号、第6,596,665号以及第6,306,335号；美国专利申请公开2001/0038810；以及国际PCT公开WO 03/082773中描述的那些。

在针状多铝红柱石与一或多种其它陶瓷的复合物的情况下，其它陶瓷材料优选构成所述其它陶瓷的不超过75重量％，更优选不超过50重量％并且再更优选地不超过10重量％。在可以存在的其它陶瓷中包括非针状多铝红柱石、堇青石、钛酸铝、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、β锂辉石、钛酸铝、硅酸锶铝、硅酸锂铝、二氧化硅、其它铝-硅酸盐等等。在一些实施例中，陶瓷蜂窝的多孔壁包括如WO 2010/033763中所描述的针状多铝红柱石-堇青石复合物。在一些实施例中，陶瓷蜂窝的多孔壁包括如WO 2012/135401中所描述的针状多铝红柱石-钛酸铝复合物。

在针状多铝红柱石与一或多种其它陶瓷的复合物的情况下，其它陶瓷可以存在于(a)针状多铝红柱石针结构内，(b)针状多铝红柱石晶体之间的晶界处，(c)针状多铝红柱石晶体的交叉点处或靠近针状多铝红柱石晶体的交叉点处，和/或(d)针状多铝红柱石针状物表面上。

陶瓷蜂窝的多孔壁可以涂布有各种功能材料或以其它方式含有各种功能材料，所述功能材料可以在应用表皮之前或之后使用各种方法应用到蜂窝。功能材料可以是有机或无机的。无机功能材料，确切地说金属和金属氧化物，受到关注，因为这些中的许多具有合乎需要的催化特性，充当吸附剂或执行一些其它所需功能。尤其受关注的是用于将一氧化碳和/或未燃尽的碳氢化合物氧化成二氧化碳和/或水的催化剂(以产生所谓的“双效”催化剂)，和用于还原NOx化合物的催化剂(其在与用于氧化一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物的催化剂偶合时形成所谓的“三效”催化剂)。特定功能材料的实例包括氧化铝、二氧化钛、钡、铂、钯、钒、银、金等等。在一个尤其优选实施例中，氧化铝和铂、氧化铝和钡或氧化铝、钡以及铂可以在一或多个步骤中沉积到蜂窝上以形成同时能够从废气中去除例如烟灰的颗粒、NO_x化合物、一氧化碳以及碳氢化合物的过滤器。

陶瓷蜂窝的多孔壁通过其壁厚来表征。出于本发明的目的，“多孔”壁是废气在操作期间穿过的蜂窝壁，并且不包括例如边缘壁和涂布有水泥层(例如将分段蜂窝的区段粘着在一起的水泥层)的壁。多孔壁的厚度是至少150μm和至多750μm。较薄壁难以建造并且缺乏足够机械强度，而较厚壁添加不必要的重量并且不必要地增加穿过过滤器的压降。多孔壁厚度优选是至少200μm。多孔壁厚度优选是不超过500μm并且再更优选地不超过450μm。在较小蜂窝区段沿着其轴长由一或多个水泥层粘结在一起的分段陶瓷蜂窝的情况下，水泥层不算到多孔壁厚度。

此外，过滤器的有效渗透率κ是至少0.8×10^-12m²，如在22±2℃下在干燥空气作为流动气体的情况下所测定。有效渗透率可以是至少1×10^-12m²。在一些实施例中，有效渗透率多达10×10^-12m²或多达5×10^-12m²。过滤器在一些实施例中展示小于2×10⁷m^-1的粘性阻力R_v，并且在特定实施例中展示5×10⁵m^-1到2×10⁷m^-1的粘性阻力。粘性阻力(R_v)值定义为：

$R_v=\underset{Q\→0}{\lim }\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\μ}(Q/A)}$

其中以Pa为单位的Δp是在稳态不可压缩和等温流动条件下在过滤器中测量的静态压降，以Pa·s为单位的μ是流动穿过过滤器的废气的动态粘度，以m³/s为单位的Q是废气的实际体积流动速率，并且以m²为单位的A是蜂窝入口端的总前端横截面积。

出于本发明的目的，有效渗透率κ和R_v是在蜂窝(包括如之前所述的任何应用的涂层)上测量。有效渗透率κ出于本发明的目的针对具有正方形小区并且在每个端口以棋盘图案插塞以形成相等数目的交替入口和出口小区的蜂窝如下计算。

测量插塞蜂窝的横截面积A。测量过滤器的总长度L_总和插塞的平均长度l。然后将插塞过滤器的可渗透部分的长度L_perm计算为总过滤器长度L_总减2l。测量小区间距c(即，小区宽度d加壁厚w)。通道密度σ以1/c²形式计算。测量通道总数N。

空气以不同实际体积流动速率流动通过插塞过滤器。最高体积流动速率不超过800μNd/ρ，其中μ是以Pa·s为单位的空气的动态粘度，N是通道数目，d是如根据以下方程式5计算的以米(m)为单位的有效小区宽度，并且ρ是以kg/m³为单位的空气的密度，以确保通过插塞过滤器中的每个通道的气流完全属于层流状态。最小体积流动速率不大于200μNd/ρ。测量温度T、实际体积流动速率Q以及在插塞过滤器中的静态压降Δp。至少在三个并且优选地五个或五个以上实际体积流动速率下进行测量。测量或从报告值获得空气的密度ρ和粘度μ。表面流速v以v＝Q/A形式计算。每单位体积动能k以k＝ρv²/2形式计算。对于每一流动速率，小区间距雷诺数(Reynolds number)N_Re以N_Re＝ρcv/μ形式计算。对于每一流动速率，欧拉数(Euler number)N_Eu以N_Eu＝Δp/k形式计算。通过以下来估计参数b_-1：将雷诺数和欧拉数与模型拟合

$N_{\mathrm{Eu}}=\frac{b_{-1}}{N_{\mathrm{Re}}}+b_0---\left(1\right)$

并且使用x＝N_Re ^-1和y＝N_Eu的最小二乘线性回归。插塞过滤器的总粘性阻力R_v然后以R_v＝b_-1/2c形式计算。

然后通过切断插塞过滤器的端口以去除插塞来制备未插塞过滤器。空气如之前在22+2℃下在不同流动速率下流动通过未插塞过滤器。测量温度T、实际体积流动速率Q以及在未插塞过滤器中的静态压降Δp。测量或从报告值获得空气的密度ρ和粘度μ。表面流速v以v＝Q/A形式计算。每单位体积动能k以k＝ρv²/2形式计算。对于每一流动速率，小区间距雷诺数N_Re以N_Re＝ρcv/μ形式计算。对于每一流动速率，达西数(Darcynumber)N_Da以N_Da＝(Δp/k)(c/L_未插塞)形式计算，其中L_未插塞是以米(m)为单位的未插塞过滤器的长度。通过以下来估计参数c_-1：将雷诺数和达西数与模型拟合

$N_{\mathrm{Da}}=\frac{c_{-1}}{N_{\mathrm{Re}}}+c_0---\left(2\right)$

并且使用x＝N_Re ^-1和y＝N_Da的最小二乘线性回归。未插塞过滤器的每单位长度通道流动阻力R′_ch然后以R′_ch＝c_-1/2c²形式计算。

根据以下方程式从b_-1、c_-1、l/c以及L_perm/c计算R_perm/R_ch比率

$\frac{R_{\mathrm{perm}}}{R_{\mathrm{ch}}}=\frac{b_{-1}-4(l/c)c_{-1}}{(L_{\mathrm{perm}}/c)c_{-1}}---\left(3\right)$

根据以下方程式从R_perm/R_ch计算R_w/R_ch比率

$\frac{R_{\mathrm{perm}}}{R_{\mathrm{ch}}}=1+\sqrt{\frac{{2R}_w}{R_{\mathrm{ch}}}}\frac{{(\sqrt{{2R}_{\mathrm{ch}}/R_w}+1)}^2}{{\left(\exp \sqrt{{2R}_{\mathrm{ch}}/R_w}\right)}^2-1}---\left(4\right)$

根据以下方程式从参数c_-1、横截面积A、小区间距c以及通道数目N计算有效小区宽度d

$d={\left[56.908\left(\frac{{\mathrm{Ac}}^2}{c_{-1}N}\right)\right]}^{1/4}---\left(5\right)$

由此以w＝c-d形式计算壁厚w。根据以下方程式从长度L_perm、通道宽度d以及通道密度σ计算通道阻力R_ch

$R_{\mathrm{ch}}=28.454\frac{L_{\mathrm{perm}}}{d^4}\frac{A}{N}---\left(6\right)$

通过将如通过方程式6计算的R_ch乘以如根据方程式4计算的R_w/R_ch值来计算壁阻力R_w。然后根据以下方程式从壁阻力R_w、所计算的壁厚w、有效通道宽度d以及通道密度σ计算有效壁渗透率κ

$\mathrm{\κ}=\frac{1}{4}\frac{1}{R_w}\frac{w}{{\mathrm{dL}}_{\mathrm{perm}}}\frac{A}{N}---\left(7\right)$

这一计算可以等效地开始于未插塞过滤器来进行。在这种情况下，如所述的测量首先在未插塞过滤器上进行。过滤器然后在每一端以棋盘方式插塞以形成入口和出口小区，并且然后在插塞过滤器上进行测量。然后以类似方式计算κ和R_v。

可以通过适当针对特定小区横截面形状调整方程式(5)、(6)以及(7)中的系数而使所述方法适用于其它小区横截面形状。

陶瓷蜂窝的小区密度是每平方米横截面积45,000到230,000个小区。优选小区密度是每平方米横截面积45,000到200,000个小区并且甚至更优选小区密度是每平方米横截面积60,000到155,000个小区。出于本发明的目的小区密度根据关系σ＝N/A定义，其中N是横截面积A内含有的小区数目，并且A是蜂窝的横截面积(包括小区和小区壁的面积)。当小区是正方形时，小区密度可以等效地以σ＝1/(d+w)²形式计算，其中σ是以m^-2为单位的小区密度，d是以m为单位的小区的有效宽度并且w是以m为单位的多孔壁的厚度。

制造陶瓷蜂窝的方法为熟知的并且一般来说可以用以产生用于本发明的陶瓷蜂窝。一般来说，将陶瓷材料的颗粒前驱体与载体液体掺合以形成可挤压混合物。可挤压混合物可以含有各种加工助剂，例如粘合剂、流变改性剂等等(可以按要求或需要)。然后将可挤压混合物挤压以形成具有所需多孔几何结构的生坯。然后在一或多个步骤中烧制生坯以产生蜂窝。用于各种烧制步骤的条件当然是根据所形成的特定类型的陶瓷来选择。一般来说，例如所属领域中已知的适合前驱体和烧制条件是适用的。

可能需要或必需在可挤压混合物中包括一或多种致孔剂以便获得所需渗透率，尤其在陶瓷缺乏针状结构时。致孔剂可以一般描述为在烧制步骤的条件下降解、挥发或以其它方式转化成气体的固体(在25℃下)材料。致孔剂到气体的转化在陶瓷中产生空隙并且增加其渗透率。

用于制造陶瓷蜂窝的适合方法描述于例如美国专利第5,194,154号、第5,173,349号、第5,198,007号、第5,098,455号、第5,340,516号、第6,596,665号、第6,306,335号、第7,713,897号；美国专利申请公开2001/0038810；以及国际PCT公开WO 03/082773中。用于将水泥表皮应用到所述陶瓷蜂窝的适合方法描述于例如美国专利第7,083,842号和WO 2011/008461中。典型地，将可以含有各种颗粒和/或纤维填充材料的陶瓷水泥组合物应用到陶瓷蜂窝的边缘表面并且烧制以产生表皮。

功能材料可以通过例如用金属的盐或酸溶液浸渍蜂窝并且然后加热或以其它方式去除溶剂并且视需要煅烧或以其它方式分解盐或酸形成所需金属或金属氧化物而应用到具有表皮的蜂窝。可以通过用胶态氧化铝浸渍蜂窝，接着典型地通过传送气体穿过浸渍体干燥来沉积氧化铝。可以类似方式应用其它陶瓷涂料，例如二氧化钛。可以通过用金属的可溶盐(例如硝酸铂、氯化金、硝酸铑、硝酸四胺钯、甲酸钡)浸渍蜂窝(其内壁优选地涂布有氧化铝或其它金属氧化物)，接着干燥并且优选地煅烧来将金属(例如钡、铂、钯、钒、银、金等等)沉积在复合体上。可以所述方式从具有表皮的蜂窝制备用于发电厂废料流，尤其用于车辆的催化转化器。用于将各种无机材料沉积到蜂窝结构上的适合方法描述于例如US 205/0113249和WO2001045828中。

提供以下实例来说明本发明，但并不意图限制其范围。除非另外指示，否则所有份数和百分比都是以重量计。

实例

通过挤压整体蜂窝并且然后将所得整体切割成直径是11.0cm并且长度是5.08cm的圆柱形过滤器来制备轴向分段的针状多铝红柱石过滤器(实例1)。过滤器用无机表皮层形成表皮。轴向延伸小区在每一端以交替图案插塞从而以棋盘图案形成入口和出口小区。过滤器实例1具有以下特征：

多孔壁有效渗透率(κ)：3.55×10^-12m²。

壁厚(w)：448μm。

有效小区直径(d)：2.07mm。

小区密度(σ，以1/(w+d)²形式计算)：157,200m^-2。

轴向小区长度(L)：5.08×10^-2m。

R_v：6.33×10⁶m^-1。

在具有GDI发动机的汽车上评估过滤器实例1。这一车辆的废料***具有一种流过型三效催化剂。过滤器实例1放置于安装到废料***中的三效催化剂下游的罐中。然后根据定义明确的立法车辆类型批准循环新欧洲行驶循环(NEDC)在滚轮底盘上操作车辆，同时测量气体消耗、碳氢化合物排放、二氧化碳排放、NOx排放、排放粒子质量以及尺寸大于20nm的排放粒子的数目。

为了比较，去除过滤器实例1并且在滚轮底盘上在相同条件下操作车辆。表1报告过滤器实例1相对于未过滤车辆的性能差异。

过滤器实例2、3以及4以与过滤器实例1相同的通用方式制备，不同之处在于在实例2的情况下长度增加到7.62cm，在实例3的情况下长度增加到10.16cm并且在实例4的情况下长度增加到12.7cm。实例2、3以及4的多孔壁有效渗透率、壁厚、有效小区直径、小区密度都与实例1相同。实例2、3以及4的R_v分别是4.51×10⁶m^-1、3.93×10⁶m^-1以及3.76×10⁶m^-1。这些过滤器以相同方式测试，并且结果(相对于未过滤车辆)如表1中所报告。

比较过滤器A、B以及C都以分别与过滤器实例2、3以及4相同的通用方式制得，不同之处在于在每种情况下小区密度大约加倍到301,000m^-2。比较过滤器A、B以及C中的每一个的κ是3.70×10^-12m²。比较过滤器A、B以及C的R_v分别是6.29×10⁶m^-1、6.55×10⁶m^-1以及7.12×10⁶m^-1。这些过滤器以相同方式测试，并且结果(相对于对照A)如表1中所报告。

表1

ΔHC排放、ΔCO排放、ΔNOx排放、ΔCO₂排放、Δ粒子质量、粒子的Δ#分别是指与未处理排放物相比，碳氢化合物排放、一氧化碳排放、NOx化合物排放、二氧化碳排放、排放粒子的质量以及尺寸大于20nm的排放粒子的数目的变化(以百分比形式)。

如从表1中的数据可见，就去除的粒子数目来说，过滤器实例1到4都与比较样品A到C表现类似。在所有情况下，粒子计数减少到关于柴油轻型客车粒子排放的欧洲5标准以下。NOx排放减少也是类似的。但是，在类似长度过滤器下，在本发明的情况下看到碳氢化合物和一氧化碳排放的明显和出人意料的改进(实例2对比比较过滤器A、实例3对比比较过滤器B、实例4对比比较过滤器C)。

Claims (20)

1.一种从汽油直接喷射(GDI)发动机的废气中去除颗粒物质的方法，其包含将装载颗粒的废气引入到含有通过交叉多孔壁界定的多个轴向延伸小区的陶瓷蜂窝的入口端中，传送所述废气通过至少一个所述多孔壁以在所述多孔壁中截获所述颗粒物质，并且然后从所述陶瓷蜂窝的出口端排放所述废气，其中

所述陶瓷蜂窝的所述多孔壁的壁厚是150μm到750μm，所述蜂窝的有效渗透率是至少0.8×10^-12m²并且所述陶瓷蜂窝每平方米横截面积含有45,000到230,000个小区。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有效渗透率κ是1×10^-12m²到10×10^-12m²。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述有效渗透率κ是1×10^-12m²到5×10^-12m²。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述壁厚是200μm到500μm。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述陶瓷蜂窝的小区密度是每平方米横截面积60,000到155,000个小区。

6.根据以上任何一项权利要求所述的方法，其中所述小区的横截面形状是矩形、三角形或正方形。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述小区的横截面形状是正方形。

8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法，其中所述陶瓷蜂窝的特征在于粘性阻力(R_v)值小于2×10⁷m^-1。

9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的方法，其中所述陶瓷蜂窝是以下中的一或多种：针状多铝红柱石、非针状多铝红柱石、堇青石、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、β锂辉石、钛酸铝、硅酸锶铝、硅酸锂铝、二氧化硅、其中的任何两种或两种以上的复合物，或多铝红柱石纤维、氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、铝氧化锆(aluminozirconia)纤维以及粘合剂的复合物。

10.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的方法，其中所述陶瓷蜂窝是针状多铝红柱石、针状多铝红柱石-堇青石复合物或针状多铝红柱石-钛酸铝(tialite)复合物。

11.一种汽油直接燃料喷射发动机，其具有包含安装在其中的陶瓷蜂窝的废料***以使得来自所述发动机的废气在从所述废料***排放之前穿过所述陶瓷蜂窝，其中所述陶瓷蜂窝含有通过交叉多孔壁界定的多个轴向延伸小区，其中所述陶瓷蜂窝的所述多孔壁的有效渗透率是至少0.8×10^-12m²并且壁厚是150μm到750μm，并且所述陶瓷蜂窝每平方米横截面积含有45,000到230,000个小区(即小区密度是每平方米45,000到230,000)。

12.根据权利要求11所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述有效渗透率κ是1×10^-12m²到10×10^-12m²。

13.根据权利要求11所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述有效渗透率κ是1×10^-12m²到5×10^-12m²。

14.根据权利要求11到13中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述壁厚是200μm到500μm。

15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述陶瓷蜂窝的小区密度是每平方米横截面积60,000到155,000个小区。

16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述小区的横截面形状是矩形、三角形或正方形。

17.根据权利要求16所述的的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述小区的横截面形状是正方形。

18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述陶瓷蜂窝的特征在于粘性阻力(R_v)值小于2×10⁷m^-1。

19.根据权利要求11到18中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述陶瓷蜂窝是以下中的一或多种：针状多铝红柱石、非针状多铝红柱石、堇青石、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、β锂辉石、钛酸铝、硅酸锶铝、硅酸锂铝、二氧化硅、其中的任何两种或两种以上的复合物，或多铝红柱石纤维、氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、铝氧化锆纤维以及粘合剂的复合物。

20.根据权利要求11到18中任一权利要求所述的汽油直接燃料喷射发动机，其中所述陶瓷蜂窝是针状多铝红柱石、针状多铝红柱石-堇青石复合物或针状多铝红柱石-钛酸铝复合物。