CN1942230A - 废气净化装置 - Google Patents
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Abstract
一种废气净化装置包括多个废气通道，以及内置于这些废气通道中的过滤体3。废气通道包含过滤引导部分100，用以将废气传导至过滤体3；以及过滤旁通部分200，该过滤旁通部分通过向与过滤引导部分100相邻的废气通道分支出来而为所述过滤引导部分设旁路。当PM沉积在过滤引导部分100，且废气压力损失增大时，废气可绕过过滤引导部分从过滤旁通部分200流过。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置，该装置用于收集柴油机等排放废气中所含的颗粒物质(以下简称为PM)，从而净化废气。
背景技术
由于柴油机所排放废气中的颗粒物质(PM)由碳微粒、SOF(可溶有机馏份)和硫酸盐等成分组成，因此必须将这些PM从废气中除去，以达到排出净化了的废气的目的。由于这些PM很难由传统氧化催化剂、三元催化剂等来除去，因此一般来说，使用过滤器(DPFs)对其进行收集，然后氧化将其除去。
壁流式DPF是一种广泛使用的DPF形式。在壁流式DPF结构中，入口侧的巢室阻塞在下游侧的边缘部分，同时出口侧的巢室阻塞在上游侧的边缘部分，并与入口侧巢室相邻，共同形成于蜂窝状体中。该蜂窝状体具有大量巢室，并且由抗热陶瓷如堇青石制成。在此DPF中，进入入口侧巢室的废气通过巢室壁，然后从出口侧巢室排出。当废气经过巢室壁时，PM就被室壁中的孔所收集。然后，当所收集的PM达到一定量时，就使用加热器来加热燃烧所收集的PM，以再生DPF的功能。
然而，在上述DPF中，在PM收集量很大的情况下，当再生DPF的功能时由燃烧所产生的热量将会增大。这样就有可能导致DPF被热冲击所损坏。同时，DPF的制造成本较高。因此，最近提出了一些意见，建议使用金属来制造DPF。
例如，JP-A-9-262414中描述了一种DPF，其中由金属薄板制成的波纹板与由无纺织料金属制成的平板交替叠置，并且入口侧的巢室阻塞在下游侧的边缘部分，出口侧的巢室阻塞在上游侧的边缘部分，并与入口侧的巢室相邻。同时，JP-A-2002-113798中也描述了一种DPF，其中由无纺织料金属制成的波纹板与平板交替叠置，并且入口侧的巢室阻塞在下游侧的边缘部分，出口侧的巢室阻塞在上游侧的边缘部分，并与入口侧的巢室相邻。
根据上述的DPF，废气中包含的PM被无纺织料金属所吸收。因而，即使在用加热方式燃烧PM的再生过程中，由于DPF是由金属材料制成，其造成的热冲击较低，同时抑制了损坏。然而，对于壁流式DPF类型的所有DPF，随其所收集的PM量增大，废气压力损失也越大。此外，由于PM沉积在入口侧巢室附近的阻塞部分，存在废气压力损失的增大非常迅速的问题。在发动机效率、油耗等作为重要因子时，必须频繁地进行再生过程操作。
另一方面，德国实用新型NO.20,117,873 U1公开了一种过滤器，其中：由金属箔制成的波纹板与过滤层交替叠置；波纹板上形成有多个具有钉状高度的钉状孔；这些钉状孔形成具有向内导向的钉状孔和向外导向的钉状孔的通道；该向内导向的钉状孔和向外导向的钉状孔呈一定角度排列；钉状孔的高度为整个结构高度的100％到60％；以及保证至少20％的流动自由度。
根据此过滤器，从钉状孔进入的废气通过过滤层，从而PM被过滤层所收集。此外，由于此过滤器主要由直流结构所构成，因此其同时可以抑制废气压力损失的增大。此过滤器由金属制成，因此也不存在热压力所造成的损坏。然而，在此过滤器中，当PM在过滤层和钉状孔部分上沉积，废气的通道就会被堵塞住，造成废气压力损失的迅速增大。因此，由于不能增大PM的可收集量，就造成了PM收集效率降低的缺点。
同时，应用催化剂功能的过滤催化剂也被研制出来。例如，JP-A-9-262145描述了如下的滤心。亦即，平板过滤器与波纹板相互交迭，然后将交迭的过滤器/波纹板进行卷曲，形成柱状体。然后，此柱状体两边均交替填充，构成滤心。该平板过滤器通过将陶瓷、或金属填入三维网孔状结构的多孔坯体或其孔中，来根本上减小这些孔的直径而制成。此三维网孔状结构的多孔坯体由抗热金属制成，并且具有连续的排气孔。在此滤心中，催化剂金属携带在波纹板或平板元件上。
根据此滤心，PM收集器和催化转换器可形成于一整体中，从而节省了空间。同时，由于载体是金属材料，热容量较小，因此增大了催化剂金属的升温速度，可更容易地达到有效激活催化剂金属的温度。此外，在使用NOx吸收材料如碱金属作为催化剂金属的情况下，可具有下述的优点。亦即，若使用堇青石等所制的基底，则基底有可能与NOx吸收材料发生化学反应。然而，若使用金属基底，则此金属基底可不与NOx吸收材料发生化学反应。
然而，根据JP-A-9-262415中所公开技术概念，由于使用了由抗热金属制成，并具有连续的排气孔的三维网孔状结构的多孔坯体，其孔的直径是随机的。为了携带催化剂，有效的办法是形成包含携带催化剂金属的多孔氧化物的催化剂层。然而，在实际上，在由抗热金属制成，具有随机孔径的三维网孔状结构的多孔坯体之上形成均匀的催化剂层是很困难的。其中存在各种问题。亦即：废气的压力损失大量增加；无法充分获得催化剂金属的活性；使用滤心时所产生的热量将会造成催化剂金属的颗粒变大，因此降低其活性等。
例如，JP-A-2001-241316公开了一种废气净化装置，其中一对DPFs串联排列，DPFs设置在上游侧，其两端未被阻塞，并具有直线通道。根据此废气净化装置，由于一部分废气直接从直线通道进入下游侧DPF内，使得此下游侧的DPF被迅速加热，从而燃烧下游侧DPF所收集的PM。因此不会降低PM的收集效率，同时还可提高PM的燃烧效率，以及能够在短时间内完成PM的燃烧过程。
此外在近年内，例如JP-A-7-173866中所述，已研制出连续再生型的DPF(过滤催化剂)，其中，在DPF的巢室壁表面上具有氧化铝涂层，并且该涂层中携带催化剂金属如铂(Pt)。根据此连续再生型DPF，由于收集到的PM在催化剂金属的催化作用下发生氧化/燃烧，因此PM在被收集的同时就被燃烧，或在被收集时连续地燃烧，这样就使得DPF能够再生。然后，由于催化作用在相对较低的温度下就能发生，并且PM能在收集量很小的情况下被燃烧，因此其所带来的好处就是DPF受到的热压力很小，从而避免了DPF的失效。
JP-A-9-053442中也描述了一种废气净化装置，其中在废气的上游侧按顺序设置了具有直流结构的氧化催化剂，上述的过滤催化剂，以及具有直流结构的NOx吸收还原催化剂。如前所述，由于氧化催化剂或NOx吸收还原催化剂与过滤催化剂的结合使用，使得PM和NOx的净化性能得到了提高。例如，可抑制下述的困难。亦即，进入过滤催化剂的PM在上游侧的氧化催化剂的作用下受到氧化，以及进入的PM被转化成非常小的颗粒。这样就避免了沉积在过滤催化剂边缘面上的微粒将过滤催化剂堵塞住的问题。同时，由于氧化催化剂或具有高氧化活性的NO2带来的氧化反应的作用，废气的温度得到升高，从而增强了PM的氧化作用，并且提高了对NOx的净化性能。
另外，在已知的另一种废气净化装置中，使用了尿素-NOx选择性还原催化剂，并且尿素被加入到废气中，利用尿素或尿素-NOx选择性还原催化剂产生的尿素或氨来还原NOx，以达到净化的效果。由于此尿素-NOx选择性还原催化剂与过滤催化剂相结合使用，因此既可以氧化HC、CO和PM，又可以还原NOx来起到净化的作用。
然而，在JP-A-2001-241316描述的技术概念中，在处于低温范围内的废气持续进入***的情况下，不可能防止PM在过滤催化剂的上游侧边缘面上的沉积。这样，由于边缘面的堵塞，从而可能增大废气的压力损失。同时，在过滤催化剂中，需要对催化剂层的涂层量加以限制，以避免废气压力损失的增大。在过滤催化剂暴露在约600℃或更高温度的条件下，有可能出现随着Pt微粒的成长而降低净化效率的情况。
同样的，在柴油车辆中，会在废气中间隙性地加入还原剂如轻油，以提高对NOx的还原性能。结果，在JP-A-9-053442所描述的技术概念应用于此***的情况下，由于还原剂在上游侧氧化催化剂的作用下被部分地氧化，此还原剂的汽化可得到促进，并且可以预计到对NOx净化效果的提高。然而，为了使氧化催化剂达到这种效果，氧化催化剂的长度必须做得很长。若氧化催化剂长度过长，则过滤催化剂的位置就离下游的柴油机过远，从而造成对PM的氧化性能降低的问题。
因此，在使用尿素-NOx选择性还原催化剂的废气净化装置中，由于NOx难以在上游部分的NOx选择性还原催化剂中被还原，因此尿素-NOx选择性还原催化剂的尺寸必须做得很大。同时，在尿素-NOx选择性还原催化剂与过滤催化剂结合使用的情况下，由于尿素-NOx选择性还原催化剂中的废气温度无法提高，因此这种组合在升温方面存在不足，同时其针对PM的氧化活性较低。
发明内容
本发明解决的问题
本发明旨在解决上述问题，并且目的在于增加PM收集效率的同时抑制废气压力损失的增大。同时，本发明的另一个目标是提供一种能够连续并有效地氧化/燃烧所收集PM的废气净化装置。
解决办法
根据本发明，一种能够解决上述问题的废气净化装置的特征在于：这种废气净化装置包含半过滤结构体，该半过滤结构体包含多个废气通道以及内置于这些废气通道中的过滤体，其中；这些废气通道包括过滤引导部分，用以将废气传导至过滤体；以及过滤器旁通部分，该过滤旁通部分通过向与过滤引导部分相邻的废气通道分支出来而绕过该过滤引导部分。
对此废气净化装置进一步实例化，所得到的废气净化装置，其特征在于：半过滤结构体通过由金属薄板制成的波纹板和由过滤体构成的气体传导平板交替叠置而构成，该波纹板沿横过废气流动的方向具有交替相邻的波峰部分和波谷部分；该波峰部分通过降低其波峰高度而具有凹陷的中间波谷部分，并且所述中间波谷部分构成过滤旁通部分，该过滤旁通部分包括使废气能从相邻的波谷部分流出的支路部分，以及使废气能流入下游一个波峰部分的开口；该波谷部分通过降低其波谷的深度而具有凸起的中间波峰部分；过滤引导部分由中间波峰部分、与该波谷部分相邻接的两侧波峰部分，及与该波峰部分相连接的平板构成；在过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少有一部分在波谷部分流动的废气通过支路部分流入相邻的波峰部分。
在该情况下，该波峰部分最好能够隔着平板与过滤引导部分相对。
同时，当从波纹板背面来描述此废气净化装置的特点时，此***具有如下的结构。亦即：半过滤结构体通过由金属薄板制成的波纹板和由过滤体构成的气体传导平板交替叠置而构成，该波纹板沿横过废气的流动方向具有交替相邻的波峰部分和波谷部分；该波谷部分通过降低其波谷的深度而具有凸起的中间波峰部分；该波峰部分构成所述过滤旁通部分，该过滤旁通部分包括使废气能从相邻波峰部分流出的支路部分，以及使废气能流入下游一个波谷部分的开口；该波峰部分通过降低其波峰的高度而具有凹陷的中间波谷部分；过滤引导部分由中间波谷部分、与该波峰部分相邻接的两侧的波谷部分，及与该波谷分别相连接的平板构成；在过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少有一部分在波峰部分流动的废气通过支路部分流入相邻的波谷部分。
在该情况下，该波谷部分最好能够隔着平板与过滤引导部分相对。
中间波谷部分和中间波峰部分最好都通过使波峰部分或波谷部分变形而形成，并且其中间波峰部分的波峰高度或中间波谷部分的深度朝其下游侧逐渐降低。
同时，从平面图中估计，过滤引导部分中的波纹板的开口面积占整个波纹板的开口面积的30％或更多。过滤引导部分的总容积大于或等于波峰部分和波谷部分总容积的50％。
此外，由氧化催化剂和氧化物载体组成的催化剂层最好形成在至少废气通道和过滤体的一个中。
发明效果
根据本发明的废气净化装置，当PM沉积在半过滤结构体的过滤引导部分上，且废气压力损失增大时，废气可绕过过滤引导部分从过滤旁通部分流通，该过滤旁通部分通过向与过滤引导部分相邻的废气通道分支出来而为所述过滤引导部分设旁路，并且当废气通过过滤旁通部分并随后绕过过滤器时，废气分布在出口端边缘部分。从而，抑制了废气压力损失的增大。
于是，从过滤引导部分至过滤旁通部分限定出的过滤体可用于收集PM，因而过滤体的大部分区域都可用于收集PM，提高了PM的收集效率。因此延长了在再生过程之前燃烧所收集的PM的作用时间。
附图说明
图1为实施例1的废气净化装置及其主要部分的透视图和放大透视图。
图2为实施例1的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的透视图。
图3为实施例1的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图4为实施例1的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图5为实施例1的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图6为实施例1的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图7为实施例1的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图8为实施例2的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图9为显示了实施例1的废气净化装置与比较例1的废气净化装置关于PM收集量的PM收集效率和废气压力损失大小的关系图。
图10为实施例3的废气净化装置及其主要部分的透视图和放大透视图。
图11为实施例3的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的透视图。
图12为实施例4的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的透视图。
图13为实施例5的废气净化装置的主要部分的透视图。
图14为实施例6的废气净化装置的主要部分的透视图。
图15为实施例7的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图16为实施例7的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的放大透视图。
图17为实施例10的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的放大透视图。
图18为实施例10的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图19为实施例10的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图20为实施例10的废气净化装置的主要部分的放大透视图。
图21为实施例11的废气净化装置的工作说明图。
图22为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图23为实施例11的废气净化装置所使用的波纹板的主要部分的透视图。
图24为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图25为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图26为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图27为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图28为实施例11的废气净化装置所使用的半过滤器结构体的主要部分的透视图。
图29为实施例12的废气净化装置的工作说明图。
图30为比较例7的废气净化装置的工作说明图。
图31为比较例8的废气净化装置的工作说明图。
图32为比较例9的废气净化装置的工作说明图。
具体实施方式
本发明的废气净化装置由这样一种半过滤结构体构成，该半过滤结构体构具有多个废气通道和内置于废气通道内的过滤体，其中废气通道包括将废气引导进入过滤体的过滤引导部分，和过滤旁通部分，该过滤旁通部分通过向与所述过滤引导部分相邻的废气通道分支出来而为所述过滤引导部分设旁路。
当将多孔陶瓷和纤维整体作为这种过滤体来使用时，过滤体能够收集PM，并且其具有气体渗透性。由于过滤体安置在废气通道中，过滤引导部分得以形成，并且由于连通相邻废气通道的孔形成于上游侧的废气通道上，过滤旁通得以形成。作为特定的优选实施例，优选地通过将不具有气体渗透性的波纹板和具有平板的过滤体交替叠置构成具有呈蜂窝形状的半过滤结构体。
更具体地，作为上述的半过滤结构体，应优选地使用如权利要求3或权利要求15所述的半过滤结构体。在如权利要求3所述的废气净化装置(半过滤结构体)中，进入由波谷部分和上部平板形成的通道的废气与中间波峰部分相碰撞，然后穿过具有气体传输特性的上部平板(过滤体)，从而PM被平板收集。当上部平板所收集的PM增多时，由于过滤引导部分内压力增大，废气将从过滤引导部分流经上游侧过滤旁通部分的支路部分，并且废气分为支流通过开口从两侧波峰部分之间的中间波谷部分进入两侧波峰部分。
于是，如权利要求15所述，在波纹板的背面一侧，中间波谷部分的背面侧呈凸起状，从而使过滤引导部分形成于波峰部分和较低侧的平板之间，过滤旁通部分形成于上游侧波谷部分的中间波峰部分中。因此，进入由波峰部分和较低侧的平板所形成的通道的废气将与中间波谷部分相碰撞。当过滤引导部分内压力增大时，废气将从过滤引导部分流出，并流经上游侧过滤旁通部分的支路部分，然后分为支流通过两侧波谷部分间的中间波峰部分的开口进入两侧波谷部分。
该操作从废气的入口侧边缘面到出口侧边缘面不断地重复。
换句话说，由于本发明的废气净化装置基本上按照一种废气流经过滤体的壁流结构来设置，PM的收集效率很高。即使当过滤引导部分中的平板所收集的PM量增加时，废气也可以在上游侧的过滤旁通部分处分为支流，流入波峰部分或波谷部分，此过程可不断发生。因此，不会出现由于PM的沉积而造成废气压力损失迅速增大的情况。同时，由于平板的主要部分均可利用来收集PM，废气压力损失的增大也可以被有效的抑制。
波纹板由金属薄板制成，并且优选通过波纹制轧处理，以及类似工艺制作而成。对于该波纹板的材料并没有特殊的限制，只要该材料具有抗热性能，可以承受废气的温度，以及在生产过程中产生的热量就可以。优选可以使用不锈钢。同时，当波纹板应用于汽车时，其厚度范围优选在20μm到110μm之间，更具体地，40μm到80μm的厚度更为合适。
当具有过滤体功能的平板相当于具有气体传输特性的部件时，这种部件就可作为过滤体使用，亦即，其上形成有能流通该平板入口面/背面的孔的金属板，以及与抗热纤维整体形成的平板。对于与抗热纤维整体形成的平板，抗热纤维可由无纺织料和纺织料形成，如金属纤维，陶瓷纤维，金属晶须和陶瓷晶须等。为了在提高PM的收集效率的同时抑制车用废气净化装置中废气压力损失的增加，纤维的直径最好选择为大约15到60μm，整合量最好为300到1000g/m2。
为了设置本发明所述的废气净化装置(半过滤结构体)，波纹板和平板可相互交替叠置，从而***预定的外层圆筒。或者，具有预定长度的波纹板和平板可相互交迭，从而卷成滚筒形状，然后该滚筒形状的过滤结构体可***预定的外层圆筒中。需要注意的是，波纹板与平板相互叠置的方式要么使所有波纹板沿相同方向，要么使其在所有层中具有相同相位，或者其堆叠方式要么使所有波纹板呈180度的不同方向，要么使其相位互不相同。然而，当过滤引导部分已经在波谷部分中形成时，优选地相邻波纹板的波峰部分出现在经过平板的相反面上，但是，当过滤引导部分已经在波峰部分形成时，优选地相邻波纹板的波谷部分出现在经过平板的相反面上。因此，已穿过平板中的废气流不会被扰乱，从而使PM的收集效率可进一步提高，废气压力损失的增加也可进一步被抑制。
中间波谷部分或中间波峰部分均通过使波峰部分或波谷部分变形得以形成，且最好能够平滑地延伸至底部或顶部。换句话说，无论中间波谷部分还是中间波峰部分，都最好具有倾斜的平面，其高度或逐渐降低，或朝下游方向逐渐增加。当使用了此种结构时，由于对存在于过滤引导部分中的废气产生了指向用于分隔过滤引导部分的平板的矢量，PM的收集效率可进一步得到提高。
优选地，从平面图中看，在过滤引导部分中的波纹板的开口面积大于或等于整个波纹板开口面积的30％。从平面图中看，如果在过滤引导部分中的波纹板的开口面积小于整个开口面积的30％，平板的使用区域将减小，从而使得PM的收集效率降低。同样优选地，过滤引导部分的总容积大于或等于波峰部分和波谷部分总容积的50％。如果该比率小于50％，将导致PM的收集效率降低。
更进一步，从过滤引导部分到其上游侧支路部分的距离越远，PM的收集效率越高。相反的，废气压力损失则会更容易增加。因此，对该距离必须设置一个最优值。
然而，针对实际应用所做的不同的试验揭示了下述的事实。在上述废气净化装置中，取决于行车条件，在较长一段时间含有高浓度PM的废气进入其中的情况下，有可能会使大量PM沉积在入口侧边缘面上。如前面的解释所述，当大量的PM沉积在入口侧边缘面上时，不仅废气损失压力会增大，而且如果PM在高温条件下燃烧起来的话，即使当PM的沉积量少于或等于允许的沉积量上限，局部温度也会迅速的升高。因此，有可能会发生如熔化损失之类的故障。
因此，最上游的过滤旁通部分最好能处于最上游的过滤引导部分的上游的位置，并且向废气入口侧的边缘面打开。当使用了此种结构时，由于废气最先通过位于最上游的过滤旁通部分，PM在废气入口侧的边缘面的沉积可以得到抑制，从而避免了边缘面的阻塞。因此，入口侧边缘面的通道开口通常可以做得很大，从而可避免废气压力损失的增加，进一步的，由过量增加的温度所引起的熔化损失也可被避免。尽管从微观上看，PM的收集效率仍然比较低，但所有的废气通道一直可以有效的运作，因此整体的收集效率可维持在一个较高的水平，从而使PM的收集效率得到提高。
最上游侧的过滤旁通部分可由具有上游侧开口和下游侧开口的波峰部分、延伸至下游侧开口的波谷部分、和倒转的中间波峰部分构成，该中间波峰部分的深度逐渐降低并延伸至下游侧的波峰部分。在这种情况下，废气最先从上游侧的边缘面进入波峰部分，从波峰部分流出的废气接着从波谷部分流入倒转的中间波谷部分。由于倒转的中间波谷部分延伸至下游侧的波峰部分，顶部的上部平面被平板阻塞。然而，即使当PM沉积在此顶部，在倒转的中间波谷部分和平板之间、直到该倒转的中间波谷部分一半处留有一定的空间，因此，废气被分为支流从此空间进入两侧的波谷部分。从而使波峰部分和倒转的波谷部分均具有过滤旁通部分的功能。
或者，最上游侧的过滤旁通部分可由具有倒转的中间波峰部分的波谷部分构成，倒转的中间波峰部分在其上游侧打开，其波峰部分的波峰高度沿下游方向逐渐降低，并且其延伸至下游侧的一个波谷部分。在这种情况下，废气最先进入波谷部分，然后进入倒转的中间波峰部分。由于巢室部分延伸至位于中间波峰部分之中的波谷部分，顶部被背面的平板所阻塞。然而，即使PM沉积在此顶部，倒转的中间波峰部分和平板之间、直到该倒转的中间波峰部分的一半处留有一定的空间，因此，废气被分为支流从此空间流入两侧的波峰部分。从而使波谷部分和倒转的中间波峰部分均具有过滤旁通部分的功能。
此外，最上游的过滤旁通部分可由孔构成，该孔的大小可保证使废气中的微粒通过，且形成于位于波纹板之下的平板上，与波纹板的波峰部分相对。或者，最上游的过滤旁通部分可做成凹口部分，该凹口的大小可保证使废气中的微粒通过，且形成于位于波纹板之下的平板上，与波峰部分相对。在这种情况下，废气最先进入波峰部分，并且即使当PM沉积在下游侧的过滤引导部分之上时，仍可通过孔或凹口部分进入叠置在较低侧平板之上的波纹板的废气通道。相应的，孔和凹口部分均具有过滤旁通部分的功能。
在本发明的废气净化装置中，优选地形成有催化剂层，且有效地氧化和燃烧所收集到的PM。然而，如果催化剂层形成在过滤体上，过滤体的空气通过阻力将增大，从而导致废气压力损失的增加。因此，过滤体最好由贯穿两侧的孔，由催化剂金属组成的催化剂层，和多孔氧化物构成，并且该孔被催化剂层缩减或填埋至小于或等于200μm的大小。
由于孔被催化剂层缩减或填埋至直径小于或等于200μm的大小，废气中所包含的PM可被形成于孔之上的催化剂层收集。于是，由于催化剂层形成于金属板上，因而催化剂层可均匀成形，同时，由于催化剂层可被废气均匀加热，并且催化剂金属可被均匀的激活，从而所收集的PM可被有效的氧化/燃烧。同样，由于催化剂层是均匀的，其厚度可以做得很薄。因此可抑制废气压力损失的增加。
当直径缩小后的孔大小等于200μm时，一些PM可通过这些在初始条件下便具有200μm直径的孔。然而，当PM粘附于这些孔上时，孔的直径会变成约10至15μm，从而使PM的收集效率得到提高。因此，孔的直径应做成小于或等于200μm的大小。需要注意的是，由于催化剂层包含多孔氧化物粉末，催化剂层自身便具有直径约为10μm的孔，且多孔氧化物粉末中同样具有很小的孔。因此，即使孔完全被催化剂层所填埋，气体扩散的特性仍可得以保持，被形成于催化剂层中的孔所收集的PM可由催化剂金属有效的氧化/燃烧。
过滤体具有流通其入口面/背面的孔。该孔的直径最好在30至500μm之间。如果孔的直径超过500μm，该直径将很难被催化剂层缩减或填埋到小于或等于200μm的大小。如果孔的直径小于30μm，孔将会被催化剂层阻塞。从而，尽管气体扩散的特性仍被保持，废气压力损失还是可容易地增加。对于这些孔的总数没有具体的限制。这些孔的数量最好在能保持过滤体强度的范围之内尽可能大。
催化剂层应为包含携带催化剂金属的多孔氧化物层。该催化剂层至少形成于过滤体上，并且最好存在于整个半过滤结构体中。该催化剂层最好在半过滤结构体中具有每公升30到200克的量。如果催化剂的量小于30克，将以高密度携带催化剂金属。结果催化剂金属中可产生晶粒生长，从而导致PM的收集效率降低。另一方面，如果催化剂层的剂量大于200克，废气压力损失将会增加。
对于多孔氧化物，可以选择氧化铝，氧化锆，氧化钛和二氧化铈中的至少一种。或者，可以选用由上述多种氧化物中的多种氧化物组成的复合氧化物。对于催化剂金属，最好可以选择一种或多种属于铂族的稀有金属，如铂，铑，钯，铱和钌。如果催化剂金属在半过滤结构体中的携带量少于每公升0.1到5克，其活性将会变得极低，并且此携带量也不能得到实际应用。相反的，即使催化剂金属的携带量大于0.1到5克，其活性也已达到饱和，其相应地制作成本也会增加。
优选地，催化剂层中包含从碱金属，碱土金属和稀土金属中选取的NOx吸收材料。如果催化剂层中包含了该NOx吸收材料，由于催化剂金属的氧化所产生的NO2可被其吸收，从而使NOx进一步得到净化。NOx吸收材料在半过滤结构体中的携带量需要设置在每公升0.05摩尔到0.45摩尔之间。如果NOx吸收材料的携带量小于这个范围，其活性将会变得极低，并且此携带量也不能得到实际应用。相反的，如果NOx吸收材料的携带量大于这个范围，该NOx吸收材料将会覆盖催化剂金属，从而活性降低。
为了形成催化剂层，氧化物粉末或复合氧化物粉末均与粘合剂成分相结合，如氧化铝溶胶和水，使之形成浆状物。将该浆状物至少粘附到平板上之后，可使该合成载体层烧结，然后，催化剂金属可携带在该烧结的载体层中。或者，浆状物可由催化剂粉末制成，在该催化剂粉末中，催化剂金属被预先携带在氧化物粉末或复合氧化物粉末中。为了粘附这种浆状物，可以使用常用的浸渍过程处理。然而，最好该浆状物可通过鼓风或抽气的操作强制填入孔中，进入孔的多余的浆状物部分要被移除。
同样的，半过滤结构体可由另外的方式形成。亦即，半过滤结构体由金属薄板制成的波纹板和平板交替叠置构成，其中的波纹板具有交替相邻的第一波峰部分和第一波谷部分，并且该半过滤结构体包括由第一波峰部分和位于波纹板之下的平板构成的第一通道；由第二波谷部分和位于波纹板之上的平板构成的第一过滤引导部分，其中的第二波谷部分形成在第一通道上并且沿顺流方向朝上倾斜；由第二波谷部分和位于波纹板之下的平板构成的第一过滤旁通部分；由与第一通道相邻的第一波谷部分和位于波纹板之上的平板构成的第二通道；由第二波峰部分和位于波纹板之下的平板构成的第二过滤引导部分，其中的第二波峰部分形成在第二通道上并且沿顺流方向朝下倾斜；以及由第二波峰部分和位于波纹板之上的平板构成的第二过滤旁通部分；其中，第二波谷部分的底部深度比第一波分部分的顶部高度要小，第二波峰部分的顶部高度比第一波谷部分的底部深度要小。同样的，在这种情况下，孔至少形成于平板之上。
在这种情况下，波纹板可相互交替叠置，使得这些波纹板均沿同一方向并且在所有层中具有相同的相位。或者，波纹板可按如下方式相互交替叠置，亦即，使这些波纹板相互呈180度交替反向定向，或使这些波纹板相位相互互不相同。换句话说，当半过滤结构体沿垂直于废气流动方向的剖面截断时，第一通道和第二通道可位于相同的剖面上，或者位于不同的剖面上。然而，相邻波纹板的凹口部分最好能够出现在经过过滤引导部分的平板的相反面上。这样，已穿过平板的废气气流不会被扰乱，PM的收集效率也可进一步提高，同样的，可进一步抑制废气压力损失的增加。
需要理解的是，当相邻波纹板的位置朝上时，相邻波纹板的凹口部分暗指第一波峰部分和第二波峰部分中的任意一个，反之，当相邻波纹板的位置朝下时，相邻波纹板的凹陷部分暗指第一波谷部分和第二波谷部分中的任意一个。
波纹板具有波峰/波谷部分，其中第一波峰部分和第一波谷部分交替地沿大致垂直于废气流动的方向延伸。多组这种波峰/波谷部分沿废气流动方向成形于远离的第二波谷部分和第二波峰部分的位置。第二波谷部分形成于第一波峰部分的下游侧，第一通道和第一过滤引导部分均以串联的方式延伸。同样的，第二波峰部分形成于位于第二波谷部分下游侧的第一波谷部分上，第二通道和第二过滤引导部分均以串联的方式延伸。
第一过滤旁通部分沿平行于第一过滤引导部分的方向延伸并与第一通道相串联。第二过滤旁通部分沿与第二过滤引导部分平行的方向延伸并与第二通道相串联。
在第一过滤引导部分中，其上游侧与第一通道连通，其下游侧的边缘部分缩减变窄。这种窄化处理也可通过阻塞处理的方式实现。优选地，窄化处理可通过使第一波峰部分变形实现，从而使下游侧边缘部分可平滑地延伸至第一波峰部分的顶部。换句话说，下游侧的边缘部分最好在倾斜的表面上窄化，该表面的高度朝下游侧逐渐降低。如果使用这种结构，在流经第一过滤引导部分的废气中会产生指向位于第一过滤引导部分中的上游侧平板的矢量。因此，PM的收集效率可进一步提高。更进一步的，包含在废气中的NO被第一过滤引导部分的上游侧催化剂层所氧化，成为具有较高氧化活性的NO2，并通过平板，从而使得被平板的催化剂层所收集的PM的氧化/燃烧可进一步改善。
在由第二波峰部分和下游侧平板所形成的第二过滤引导部分中，其上游侧与第二通道连通，其下游侧边缘部分缩减变窄。这种窄化处理也可通过阻塞处理的方式来实现。优选地，窄化处理可通过使第一波谷部分变形实现，从而使下游侧边缘部分可平滑地延伸至第一波谷部分的底部。换句话说，下游侧的边缘部分最好在倾斜的表面上窄化，该表面的高度朝下游侧逐渐降低。如果使用这种结构，在流经第二过滤引导部分的废气中会产生指向下游侧平板的矢量。因此，PM的收集效率可进一步提高。更进一步的，包含在废气中的NO被第二过滤引导部分的上游侧催化剂层所氧化，成为具有较高氧化活性的NO2，并通过平板，从而使得被平板的催化剂层所收集的PM的氧化/燃烧可进一步改善。
对于废气从第一过滤引导部分扩散至第二通道时所经过的开口，尽管在第二波谷部分的外壁上可形成孔，高度低于第一波峰部分高度的侧壁可优选地形成于第二波谷部分的两侧。对于废气从第二过滤引导部分扩散至第一通道时所经过的开口，高度低于第一波谷部分深度的侧壁可优选地形成于第二波峰部分的两侧。如果使用这种结构，波纹板可轻易的通过波纹制轧处理由金属薄板形成。
同样的，在本发明的废气净化装置中，具有壁流结构的过滤催化剂最好放置在上述半过滤结构体的废气下游侧。亦即，该过滤催化剂由阻塞在其下游部分的入口侧巢室，与入口侧巢室相邻且阻塞在其上游部分的出口侧巢室；将入口侧巢室和出口侧巢室分开且具有许多孔的巢室壁；以及形成在巢室壁表面和孔内表面的催化剂层构成，该催化剂层包括催化剂金属和氧化物承载体。
如果形成了这样一个两段式结构，一部分PM可以由上游侧的半过滤结构体收集，从而抑制了PM在过滤催化剂上的沉积，同时抑制了催化剂层的催化剂金属活性的衰减。因此，PM氧化活性衰减的问题可以避免。同样的，由于半过滤结构体具有过滤旁通部分，即使当PM沉积时，废气压力损失的增加也可得到抑制。
更进一步的，当流经半过滤结构体的废气被分为支流时，废气支流将以一种复杂的方式扩散通过过滤引导部分和过滤旁通部分。因此，在此种半过滤结构体应用到添加如轻油之类的液体还原剂的***的情况下，当废气呈分布式扩散，并且还原剂与废气充分地混合时，由于搅动效应得以实现，还原剂可进一步汽化并且针对NOx的还原活性可得到提高，更进一步，针对NOx的净化性能也可得到提高。同样的，在此种半过滤结构体应用到向废气中添加尿素的***的情况下，尿素液的搅动/溶解效应可由半过滤结构体增强。因此，由于半过滤结构体的长度可以做得较短以减小其容积，过滤催化剂可放置在引擎附近，从而提高针对PM的氧化性能。
同样的，如果由携带催化剂金属的氧化物载体所制成的氧化催化剂形成在半过滤结构体中，还原剂的汽化可被催化剂金属的氧化活性所促进，针对NOx的还原活性可在过滤催化剂中进一步提高。于是，沉积在半过滤结构体上的PM可被氧化，从而抑制废气压力损失的增加，PM的收集容积也会再生。进一步地，具有高氧化活性的NO2在半过滤结构体中由NO产生，然后进入过滤催化剂，从而改善沉积在过滤催化剂上的PM的氧化作用。
当过滤催化剂的催化剂层为NOx吸收还原催化剂或尿素NOx选择性还原催化剂时，针对NOx的净化性能可进一步提高。
换句话说，在上述的废气净化装置中，废气最先进入半过滤结构体，然后进入过滤催化剂。由于半过滤结构体具有过滤引导部分和过滤旁通，其中，废气通过该过滤引导部分经由过滤体扩散，过滤旁通部分为过滤引导部分设旁路，因而废气中的一部分PM被过滤体收集。同样的，废气压力损失的增加可以被过滤旁通部分抑制。由于当废气被分为支流时废气以一种复杂的方式流动，在半过滤结构体应用到添加液体还原剂的***的情况下，即使半过滤结构体的长度很短，在搅动效应的作用下，还原剂也可以与废气充分混合，从而促进还原剂的汽化。同样的，在半过滤结构体应用到添加尿素的***的情况下，尿素液可被有效的搅动/溶解。
当废气进入下游侧的过滤催化剂时，废气中的PM将会被巢室壁的孔收集，并不断的被催化剂层中的催化剂金属氧化/净化。因此，由于产生的热量很小，热应力也很小，过滤催化剂的断裂可被避免，从而获得良好的耐用性。进一步地，废气压力损失的增加也可被抑制。在半过滤结构体应用到添加液体还原剂的***的情况下，由于还原剂已被充分汽化，液体还原剂粘附在过滤催化剂上游侧边缘面上的问题，和PM粘附沉积在上游侧边缘面的问题可得到抑制，针对NOx的还原剂的还原活性可得到提高。同样，在半过滤结构体应用到添加尿素的***的情况下，由于促进了尿素液的搅动/溶解，过滤催化剂的尿素NOx选择性还原催化剂针对NOx的还原活性可得到提高。
过滤催化剂具有蜂窝结构体，和形成在巢室壁表面及孔内表面的催化剂层，且该催化剂层通过在氧化物载体上携带催化剂金属而形成。该蜂窝结构体由阻塞在废气下游侧的入口侧巢室；设置在入口侧巢室附近并且阻塞在废气上游侧的出口侧巢室；以及具有大量孔的多孔巢室壁构成，该巢室壁用于分隔入口侧巢室与出口侧巢室。
蜂窝结构体也可由抗热陶瓷，如堇青石和碳化硅，制作而成。比如，对呈粘土状并以堇青石粉末为主要成分的浆状物加以处理，处理后的浆状物通过挤压模塑法塑成，成形的蜂窝体通过烧结而成。或者，不使用堇青石粉末，可以用氧化铝，磁石和硅石各自的粉末混合以组成堇青石混合物。然后，用呈粘土状的浆状物封住位于边缘面上的巢室开口，从而形成方格图案，同时，巢室的巢室开口将在另一边缘面上被密封，该巢室位于在前一边缘面上密封的巢室的附近。然后，通过烧结处理来固定密封材料，从而蜂窝结构体可以制造出来。
为了形成蜂窝结构体的巢室壁中的孔，尽管易燃的粉末，如碳粉，木片，淀粉和树脂粉末，均已混合在上述的浆状物中，但在烧结处理中，这些易燃的粉末会消失，从而孔得以形成。同样的，由于易燃粉末的颗粒直径和添加剂量都是可以调整的，因此表面所抽空孔的分布和内部孔的直径，以及开口面积都是可以控制的。
与传统的DPF相似，蜂窝结构体的巢室壁中的孔的分布，其孔隙率可设置在40％到80％之间，这些孔的平均直径可设置在10μm到50μm之间。当孔隙率或孔的平均直径偏离相应的范围时，有案例显示PM的收集效率将会降低，并且废气压力损失也会增加。
通过在氧化物载体上携带催化剂金属而形成的催化剂层形成在巢室壁表面和孔的内表面。该催化剂层可由氧化催化剂，三元催化剂，或NOx吸收还原催化剂制作而成。在这种情况下，氧化物载体可使用如氧化铝，二氧化铈，氧化锆，以及氧化钛，或者由几种上述氧化物组成的复合氧化物。催化剂金属最好使用一种或几种属于铂族的稀有金属，如铂，铑，钯，铱和钉。如果催化剂金属的携带量在蜂窝结构体中的携带量少于每公升0.1克，其活性将会变得极低，并且此携带量也不能得到实际应用。相反的，即使催化剂金属的携带量大于5克，其活性也已达到饱和，相应地其制作成本也会增加。
催化剂层最好由包含NOx吸收材料的NOx吸收还原催化剂形成，该NOx吸收材料从碱金属，碱土金属和稀土金属中选取并包含在催化剂层中。如果催化剂层中包含了该NOx吸收材料，由于催化剂金属的氧化所产生的NO2可被其吸留，从而可使NOx进一步得到净化。NOx吸收材料在蜂窝结构体中的携带量最好设置在每公升0.05摩尔到0.45摩尔之间。如果NOx吸收材料的携带量小于这个范围，其活性将会变得极低，并且此携带量也不能得到实际应用。相反的，如果NOx吸收材料的携带量大于这个范围，该NOx吸收材料将会覆盖催化剂金属，从而活性降低。
同样的，该催化剂层最好由尿素NOx选择性还原催化剂形成。在这种情况下，氧化物载体可使用氧化物，如沸石，氧化铝，二氧化铈，氧化锆，氧化钛以及钒氧化物，或者由几种上述氧化物组成的复合氧化物。而对于催化剂金属，铜是典型的例证。
为了在蜂窝结构体中形成催化剂层，氧化物粉末或者复合氧化物粉末与粘合剂相混合，如氧化铝溶胶和水，使之形成浆状物。将该浆状物粘附到巢室壁上之后，烧结以得到载体层，然后，催化剂金属可携带在该烧结的载体层中。或者，浆状物可由下述催化剂粉末制成，在该催化剂粉末中，催化剂金属被预先携带在氧化物粉末或复合氧化物粉末中。为了将这种浆状物粘附于巢室壁上，可以使用常用的浸渍处理。然而，最好该浆状物可通过鼓风或抽气的操作强制填入孔中，进入孔的多余的浆状物部分要被移除。
催化剂层的形成量最好选择在蜂窝结构体容积中的每公升30克到200克之间。当催化剂层小于每公升30克，不可避免的会导致催化剂金属或NOx吸收材料的耐用性降低。如果催化剂层超过了每公升200克，压力损失会变得非常高，导致该催化剂层得不到实际应用。
半过滤结构体和过滤催化剂都以串联的方式从废气上游侧至下游侧依次放置。尽管半过滤结构体和过滤催化剂可相隔一定距离放置，但是最好使这些半过滤结构体和过滤催化剂位置相互相邻，以抑制废气温度的降低。同样的，半过滤结构体相对于过滤催化剂的构造比例，最好设置在这样一个范围之内，亦即，在体积比例上半过滤结构体∶过滤催化剂＝(1到5)∶(5到1)。
通过在氧化物载体中携带催化剂金属而形成的氧化催化剂层可更优选地形成在半过滤结构体中。这样，由半过滤结构体收集的PM可被氧化。同样地，由于具有高氧化活性的NO2是由NO的氧化所产生的，因此过滤催化剂所收集的PM的氧化作用可得到促进。在该半过滤结构体应用到添加液体还原剂的***的情况下，由于液体还原剂被氧化，汽化过程可得到促进，从而可提高针对过滤催化剂中的NOx的净化性能。同样的，在该半过滤结构体应用到添加尿素的***的情况下，由于HC和CO氧化所产生的反应热会增加半过滤结构体的温度，液体尿素的分解可得到促进，从而提高针对过滤催化剂中的NOx的净化性能。半过滤结构体的催化剂层包含至少属于铂族的稀有金属，并且可按照与过滤催化剂中的催化剂层所形成的类似的方式形成。
需要知道的是，在上述的废气净化装置中，可选择氧化催化剂，三元催化剂，NOx吸收还原催化剂，或者DPF放置在从半过滤结构体的更上游侧。需要知道的是，在上述废气净化装置中，可选择氧化催化剂，三元催化剂，NOx吸收还原催化剂，或者DPF放置在从过滤催化剂的更下游侧。
实施例
接下来，基于一些实施例和比较实施例，对本发明做具体的阐述。
实施例1
图1为根据本发明实施例1的废气净化装置的透视图和其主要部分放大的示意图。图2为废气净化装置的波纹板的主要部分的透视图。图3至图5为半过滤结构体的主要部分放大的剖视图。该废气净化装置由半过滤结构体和外层圆筒4组成，半过滤结构体被***并且保持在外层圆筒4中。半过滤结构体由厚度为60μm的波纹板1和厚度为60μm、集成量为每平方米450克的平板(过滤部件)3相互交替叠置构成。波纹板1用不锈钢制成，并且经过波纹制轧处理。平板3用不锈纤维制成的无纺织料制成。
在图2所示的波纹板1中，波峰部分10和波谷部分11沿垂直于废气流动的方向相互交替。在波峰部分10中，形成了多个凹陷的中间波谷部分12，这些中间波谷部分12的位置平行于废气流动方向，且以一定的间距间隔开。中间波谷部分12的高度逐渐降低，并从废气的上游侧指向废气的下游侧，中间波谷部分12的顶部呈凹槽状，并形成了开口13，使其再次与波峰部分10相通。中间波谷部分12的底部深度与波谷部分11的底部位置保持一致。
同样地，在波谷部分11中，形成了多个具有凸起形状的中间波峰部分14，这些波峰部分的位置平行于废气流动方向，且以一定的间距间隔开。中间波峰部分14沿废气流动方向被放置在两中间波谷部分12之间，该中间波峰部分的高度与波峰部分10的高度保持一致。
如图3所示，多个波纹板1与多个平板3相互交替叠置，并使得中间波谷部分12的相位和中间波峰部分14的相位在废气流动的方向上和在垂直于废气流动的方向上均保持一致。中间波谷部分12和中间波峰部分14均按这样一种方式放置，亦即，在这样的截面中，这些中间波谷和波峰部分12/14被以与流动在半过滤结构体中的废气的流动方向呈直角的角度相切，中间波谷和波峰部分12/14分别位于相同的位置。同样的，波峰部分10与上部平板3邻接，但是波谷部分11与下部平板3相邻。
如图4到图7所示，在此废气净化装置中，过滤引导部分100形成在波纹板1的内表面侧，其中通道在上部平板3和位于与中间波峰部分14邻接的两侧波峰部分10之间被堵塞。同样的，另一过滤引导部分101形成在波纹板1的背面，其中通道在下部平板3和位于与中间波谷部分12邻接的两侧波谷部分11之间被堵塞。然后，在过滤引导部分100的上游侧，位于中间波谷部分12的波峰部分10的高度变低，形成开口13，从而使得流经波谷部分11的废气可被分为支流而从两侧开口13进入两侧波峰部分10，并在此部分形成过滤旁通部分200。同样的，在后侧面，波谷部分11的深度在中间波峰部分14的位置变浅，该中间波峰部分14位于过滤引导部分101的上游侧，形成开口15，从而使得流经波峰部分10的废气可被分为支流而从两侧开口15进入两侧波谷部分11，并在此部分形成另一旁通部分201。
因此，如图4所示，根据实施例1的废气净化装置，流经形成于波谷部分11和上部平板3之间的通道的废气将与中间波峰部分14相碰撞。当上部平板3收集的PM量很小时，大部分废气流过上部平板3，然后进入位于平板3相对侧的波纹板1，从而使得大部分PM被平板3所收集。
当PM收集量增加时，过滤引导部分100中的废气压力随之增加，由于沿图5中实线箭头所示方向的反作用力的作用，废气从中间波谷部分12流出，经过开口13，然后被分为支流进入上游侧的过滤旁通部分200中的相邻的波峰部分10，如虚线箭头所示。因此，可抑制废气压力损失的增加。
类似的，如图6所示，流经形成于波峰部分10和下部平板3之间的通道的废气将与过滤引导部分101中的中间波谷部分12相碰撞。当下部平板3收集的PM量很小时，大部分废气流经下部平板3，然后进入在平板3相对侧的波纹板1，从而使得大部分PM被平板3所收集。
当PM收集量增加时，过滤引导部分101中的废气压力随之增加，由于沿图7中实线箭头所示方向的反作用力的作用，废气从中间波峰部分14流出，经过开口15，然后被分为支流进入上游侧的过滤旁通部分201中的波谷部分11，如虚线箭头所示。因此，可抑制废气压力损失的增加。
根据实施例1的废气净化装置，由于上述循环从废气入口侧边缘面到废气出口侧边缘面不断重复，PM由位于过滤引导部分100和101中的平板3收集。然后，由于形成了大量的过滤引导部分100和101，PM的收集在整个平板3上均匀地分布，从而提高了收集效率，即使在PM被收集时，废气压力损失也几乎不增加。换句话说，也就是在提高PM收集效率的同时，抑制了废气压力损失的增加。
更进一步地，在实施例1的废气净化装置中，在平面图中看，在过滤引导部分100和101中波纹板1的开口面积约占了整个波纹板1的总开口面积的40％。同时过滤引导部分100和101的总容积约占据了波峰部分10和波谷部分11的总容积的50％。因此，平板3的使用面积很大，PM的收集效率很高，并且抑制了废气压力损失的增加。
实施例2
实施例2的废气净化装置与实施例1的废气净化装置相似，除了波纹板的叠置状态。如图8所示，在此过滤装置中，波纹板1与实施例1中的波纹板相似，按正反方向交替叠置。换句话说，波纹板1以与平板3表面平行，并交替翻转180度的方式叠置。
尽管实施例2的废气净化装置比实施例1的废气净化装置的净化效果差，但是在提高PM收集效率和抑制废气压力损失增加方面的效果较为明显。
比较例1
采用实施例1所述的过滤装置以德国实用新型No.20,117,873 U1的实施例1来作为比较例1。
也就是说，在比较例1的废气净化装置中，当使用与实施例1所用波纹板相同的波纹板1时，波纹板1与平板3按实施例1中的相似方式交替叠置。不同的是，波纹板1以180度翻转，以使得废气入口侧位于实施例1中的废气出口侧，废气出口侧位于实施例1中的废气入口侧。
<测试/评估>
当使用实施例1的废气净化装置和比较例1的废气净化装置时，同时测量其PM收集率和废气压力损失。每个半过滤结构体直径为130mm，长度为75mm，总容积约为1L。同样的，在每个废气净化装置中，每一平方英寸截面上的巢室数量为200。
将实施例1和比较例1的废气净化装置分别安装在柴油机的废气排放管上，在平稳运行过程中，每隔一定时间测量PM收集率和废气压力损失。由于事先已知从引擎排出的PM排放量，因此相对于测量时间的收集到的PM量可计算出来，然后相对于PM收集量的PM收集率和废气压力损失的测量值如图9所示。
从图9中可以看出，与比较例1相比，在实施例1的废气净化装置中，PM收集率较高，并且抑制了废气压力损失的增加。显而易见，这些差异是由于波纹板1的方向差异所造成的。
实施例3
实施例3的废气净化装置的结构与实施例1的相似，除了实施例3中在废气入口侧边缘面处的波纹板结构与实施例1中的不同。如图10和11所示，在实施例3的废气净化装置中，波峰部分10具有在下游侧开切口的开口，并形成在废气入口侧边缘面，波谷部分11′形成得延伸到该下游侧开口。深度逐渐降低的倒转的中间波谷部分16形成在该波谷部分11′中，并且该倒转的中间波谷部分16延伸至下游侧的波峰部分10，在该部分形成了位于最上游的过滤旁通部分202。
也就是说，在实施例3的废气净化装置中，如图11中的箭头所示，废气最先从上游侧边缘面进入波峰部分10，从波峰部分10流出的废气接着从位于此波峰部分10的下游侧的波谷部分11′流入倒转的中间波谷部分16。由于倒转的中间波谷部分16延伸至下游侧的波峰部分10，顶部的上部平面被平板3所阻塞。然而，即使PM沉积在此部分，在倒转的中间波谷部分16和平板3之间直到该倒转的中间波谷部分的一半处留有一定的空间。因此，废气被分为支流从此空间进入两侧的波谷部分11。
因此，由于过滤旁通部分202形成在最上游，从而抑制了PM在废气入口侧边缘面的沉积，防止了边缘面的阻塞，更进一步的，可以避免由于过量增加的温度而产生的熔化损失。
实施例4
实施例4的废气净化装置的结构与实施例1的相似，除了实施例4中废气出口侧边缘面的波纹板1的结构与实施例1中的不同。如图12所示，在实施例4的废气净化装置中，波谷部分11和倒转的中间波峰部分17形成在废气入口侧的边缘面上。倒转的中间波峰部分17形成在波谷部分11中，并且在上游侧打开。此倒转的中间波峰部分17的高度朝下游侧方向逐渐降低，并且此倒转的中间波峰部分17延伸至下游侧的波谷部分11，从而在该部分形成位于最上游的过滤旁通部分202。
也就是说，在实施例4的废气净化装置中，如图12的箭头所示，废气最先进入波谷部分11，然后进入倒转的中间波峰部分17。由于倒转的中间波峰部分17的高度逐渐降低，并且此倒转的中间波峰部分17延伸至下游侧的波谷部分11，顶部的底面被背面的平板3所阻塞。然而，即使PM沉积在此部分，在倒转的中间波峰部分17和平板3之间、直到该倒转的中间波峰部分的一半处留有一定的空间。因此，废气被分为支流从此空间进入两侧的波峰部分10。
因此，由于过滤旁通部分202形成在最上游侧，抑制了PM在废气入口侧边缘面的沉积，防止了边缘面的阻塞，更进一步的，可以避免由于过量增加的温度而产生的熔化损失。
实施例5
如图13所示，实施例5的废气净化装置的结构与实施例1的相似，除了实施例5中平板3在废气入口侧边缘面部分的的结构与实施例1中的不同。只有平板3的废气入口侧边缘面部分是用金属板30制成，同时金属板30中形成了大量的孔31。孔的直径为几毫米。
换句话说，在实施例5的废气净化装置中，由于孔31形成在过滤引导部分100的上游侧，进入波峰部分10的废气穿过孔31与PM混合，然后进入叠置在背面的下一个波纹板1。因此，由于过滤旁通部分202形成在最上游，因此抑制了PM在废气入口端边缘面的沉积，防止了边缘面的阻塞，更进一步的，可以避免由于过量增加的温度而产生的熔化损失。
实施例6
如图14所示，实施例6的废气净化装置的结构与实施例1的相似，除了实施例6中平板3在废气入口侧边缘面部分的的结构与实施例1中的不同。该平板3在沿废气流动方向上的长度做得比波纹板1的长度短，并且位于波纹板1的废气入口侧边缘面部分的波峰部分10的下方没有平板3。
也就是说，在实施例6的废气净化装置中，由于平板3不存在于过滤引导部分100的上游侧，进入波峰部分10的废气便进入下一个波纹板1与PM混合，该波纹板1叠置在背面一侧。因此，由于过滤旁通部分202形成在最上游侧，因此抑制了PM在废气入口侧边缘面的沉积，防止了边缘面的阻塞，更进一步的，可以避免由于过量增加的温度而产生的熔化损失。
<测试/评估>
当使用实施例1，3至6的废气净化装置和比较例1的废气净化装置时，同时测量其PM收集率，废气压力损失和入口侧边缘面阻塞率。每个过滤部件直径为130mm，长度为75mm，总容积约为1L。每一平方英寸截面上的巢室数量为200。
将各实施例和比较例的废气净化装置安装在柴油机(2L)的废气排放管上，并且将1.3L的氧化催化剂放置在此废气排放管的上游侧。然后，在EGR完全打开的条件下将该柴油机运行10小时，以达到PM高浓度排放的UDC准模式。然后，通过直接观察，来测量在半过滤结构体入口侧边缘面上的巢室开口被PM阻塞的比率。同样的，在平稳运行过程(2400rpm，50Nm，碳烟量为每升2克)中，每当PM的沉积量变为每升1g时便测量一次PM收集率和废气压力损失。测量结果如表1所示。
表1
| 入口边缘面阻塞率(％) | 压力损失(KPa) | PM收集率(％) | |
| 实施例3 | 20 | 2.4 | 53 |
| 实施例4 | 20 | 2.4 | 53 |
| 实施例5 | 20 | 2.4 | 50 |
| 实施例6 | 10 | 2.2 | 50 |
| 实施例1 | 80 | 2.5 | 48 |
| 比较例1 | 20 | 3.0 | 36 |
从表1中可以看出下述事实。亦即，实施例3到实施例6的废气净化装置的入口侧边缘面的阻塞率比实施例1的要低。这显然是因为过滤旁通部分202形成在最上游的作用。同时，与比较例1相比，实施例3到实施例6的废气净化装置的PM收集率很高。同时，与比较例1相比，废气压力损失的增加被大幅度抑制。显而易见，这些差异是由于波纹板1的方向差异所造成的。
实施例7
如图15所示，实施例7的废气净化装置的半过滤结构体与实施例1的相似，除了实施例7中平板3是由不锈薄板制作而成，孔20形成在波纹板1和平板3中，并且催化剂层形成在波纹板1和平板3的入口平面和背面上。图16为所使用波纹板1的主要部分的透视图。半过滤结构体具有2L的容积和130mm的直径。在此半过滤结构体中，巢室的总数为每平方英寸200个，直径为0.2mm的多个孔分别每隔0.2mm贯穿波纹板1和平板3。
同样的，催化剂层由携带有铂的氧化铝粉末组成，并用浆状物涂层后烧结。催化剂层具有很细小的孔，其平均直径为10μm。在半过滤结构体中，每升含有150克这样的催化剂层，并且每公升基底含有2g铂。同样的，孔20的直径被催化剂层缩减至约100μm。
该废气净化装置与实施例1的废气净化装置以相似方式运行。更进一步的，在实施例7的废气净化装置中，孔20可起到过滤旁通部分的作用，并且可起到收集PM和氧化/燃烧所收集到的PM的作用。
将该废气净化装置安装在柴油机的废气排放管上，测量在11Lap模式下的PM还原率和在加速行驶阶段的废气压力损失。在已知柴油机的PM排放量(P0)的条件下，PM还原率可以通过下面的公式计算，从而可得到通过废气净化装置的废气中的PM含量(P1)。
PM还原率(％)＝100×(P0-P1)/P0
关于废气压力损失，当柴油机在11Lap模式下行驶了1000千米时，测量了废气压力损失的压力之差，也就是进入废气净化装置的气体的压力和流出废气净化装置的气体的压力之差。测量结果如表2所示。
实施例8
实施例8的废气净化装置的结构与实施例7的相似，除了在实施例8中，在波纹板1中不形成孔20。与实施例7相似，分别测量了实施例8的废气净化装置的PM还原率和废气压力损失。测量结果如表2所示。
比较例2
比较例2的废气净化装置的结构与实施例7的相似，除了在比较例2中，在波纹板1中不形成孔20，并且厚度为0.3mm和孔隙率为80％的金属纤维层被用于取代平板3。与实施例7相似，分别测量了使用比较例2的废气净化装置时的PM还原率和废气压力损失。测量结果如表2所示。
比较例3
比较例3的废气净化装置的结构与实施例7的相似，除了在比较例3中，在波纹板1和平板3中不形成孔20。与实施例7相似，分别测量了使用比较例3的废气净化装置时的PM还原率和废气压力损失。测量结果如表2所示。
<评估>
表2
| PM还原率(％) | 废气压力损失(KPa) | |
| 实施例7 | 55 | 10 |
| 实施例8 | 50 | 8 |
| 比较例2 | 40 | 15 |
| 比较例3 | 5 | 12 |
与比较例2相比，实施例7的废气净化装置具有较强的PM收集性能，和较低的废气压力损失。这是因为下述作用造成的：在实施例7中，由于催化剂层形成在波纹板1和由金属薄板制成的平板3中，与比较例2相比，催化剂层分布更均匀，并且铂的分布也更均匀。
同样的，与比较例2和3相比，实施例7和8的废气净化装置具有较强的PM收集性能，和较低的废气压力损失。这是因为下述作用造成的：形成孔20所带来的效果。
实施例9
实施例9的废气净化装置的结构与实施例7的相似，除了在实施例8中在波纹板1中不形成孔20，并且基底中形成催化剂层的量选择为每公升200克；除了铂之外，在催化剂层中还携带了每公升0.2摩尔的锂，0.1摩尔的钡和0.1摩尔的钾。
在700℃的温度下持续50个小时，对实施例9的废气净化装置做耐久性测试。在耐久性测试之后，将废气净化装置安装在柴油机的废气排放管上，在引擎转速为2900rpm以及入口气体温度为300℃，并且每隔10秒持续喷射0.1秒的轻油以使得A/F为14.2的行驶条件下，测量NOx的净化率。测量结果如表3所示
比较例4
准备好用堇青石制成的DPF，该DPF厚度为0.3mm，且每平方英寸具有200个巢室，将与实施例9中的催化剂层相同的催化剂层形成在该DPF上。并将外层圆筒部分的整个阻塞旋塞的20％去掉，以保证PM的收集效率与实施例9的相同。
同时，对于该废气净化装置，用与实施例9中相同的方法测量其NOx净化率。测量结果如表3所示。
表3
| NOx净化率(％) | |
| 实施例9 | 90 |
| 比较例4 | 70 |
从表3中可以看出，与比较例4相比，实施例9中的废气净化装置具有较高的NOx净化性能。这是由于下述作用所造成的。亦即，使用了均由金属薄板制作的波纹板1和平板3，同时，实施例9中的废气净化装置具有大量的过滤引导部分。在实施例9的废气净化装置中存在下列事实。亦即，废气中的NO可在形成于过滤引导部分之上的催化剂层中以较高效率被氧化而形成NO2，然后，NO2可以被NOx吸收材料高效地吸收。更进一步，由于NOx吸收材料不与废气净化装置反应，NOx吸收材料便不会消失，从而提高NOx净化率。同时，可避免机械强度的降低。
实施例10
实施例10的废气净化装置的结构与实施例7的相似，除了在实施例10中，使实施例7的废气净化装置的废气入口侧颠倒变成废气出口侧，中间波峰部分14的高度做得较低，中间波谷部分12的深度做得较浅。催化剂层未显示在图中。
至于图17中的波纹板5，在波峰/波谷部分52中，第一波峰部分50和第一波谷部分51交替延伸；第二波谷部分53延伸至波峰/波谷部分52下游侧的第一波峰部分50；第二波峰/波谷部分52延伸至第二波谷部分53；第二波峰部分54延伸至第二波峰/波谷部分52下游侧的第一波谷部分51；第二波谷部分53延伸至第二波峰/波谷部分52的第一波峰部分50，且该第二波峰/波谷部分52位于第二波峰部分54的下游侧；上述各部分按该顺序沿与废气流动方向平行的方向交替形成。第二波峰部分54的顶部高度比第一波谷部分51的底部深度低，且第二波谷部分53的底部深度比第一波峰部分50的顶部高度浅。
第二波谷部分53具有沿下游侧朝上倾斜的倾斜平面55，并且该倾斜平面55平滑地延伸至相邻第一波峰部分50的顶部。同时，侧壁56形成在第二波谷部分53的两侧，该侧壁56沿示意图的上方向延伸，并且其高度较低。同时，第二波峰部分54具有沿下游方向朝下倾斜的倾斜平面57，该倾斜平面平滑地延伸至相邻第一波谷部分51的底部。与第二波谷部分83类似，侧壁86形成在第二波峰部分84的两侧，该侧壁86沿示意图的下方向延伸。
多个上述的波纹板5按如下方式相互叠置，亦即，对于波峰/波谷部分52，第二波谷部分53组，以及第二波峰部分54组，使它们相位沿废气流动方向和垂直于废气流动方向均相同，同时，这些波纹板5按如下方式设置，亦即，波峰/波谷部分52，第二波谷部分53组，以及第二波峰部分54组在如下的截面上分别位于相同的位置，该截面与废气的流动方向呈直角的角度相切。同时，第一波峰部分50和第二波峰部分54均分别与上部平板3邻接，并且第一波谷部分51和第二波谷部分53均分别与下部平板3邻接。
如图18到图20所示，根据此废气净化装置，大部分流经形成于第二波谷部分53和下部平板3之间的第一通道21的废气流入形成于第二波谷部分53和上部平板3之间的第一过滤引导部分103。通过下游侧边缘面被朝上倾斜的倾斜平面55缩减变窄，进入第一过滤引导部分103的废气可被引导至上部平板3的一侧，然后，PM由平板3收集。收集到的PM被携带在催化剂层中的催化剂金属氧化从而得到净化，废气可穿过形成在第二波谷部分53和下部平板3之间的第一过滤旁通部分203，从而保证废气通道不会被完全阻塞。同时，废气可通过孔20流到两侧通道。
类似的，流经形成于第一波谷部分51和上部平板3之间的第二通道22的废气流入形成于第二波峰部分54和下部平板3之间的第二过滤引导部分104。通过下游侧边缘面被朝下倾斜的倾斜平面57缩减变窄，进入第一过滤引导部分104的废气可被引导至下部平板3的一侧，然后，PM由平板3收集。收集到的PM被携带在催化剂层中的催化剂金属氧化从而得到净化。即使在PM收集量增加的情况下，废气仍可穿过形成在第二波峰部分54和上部平板3之间的第二过滤旁通部分204，从而保证废气通道不会被完全阻塞。
然后，由于形成了大量的过滤引导部分，PM的收集在整个平板3的面积上均匀的分布。因此，可提高收集效率，即使在收集PM时，废气压力损失也几乎不增加。换句话说，也就是在提高PM收集效率的同时，也可抑制废气压力损失的增加。
更进一步，废气与倾斜平面55和57相碰撞，NO由携带在催化剂层中的铂变成具有高氧化活性的NO2，然后，含有这种NO2的废气流经过滤引导部分中的平板9。因此，由平板3所收集的PM的氧化作用可得到加强，废气压力损失也可进一步减小。
在此废气净化装置中，并没有形成如实施例7中所述的被阻塞的过滤引导部分100和101。然而，由于在废气碰撞的作用力下产生了指向穿过平板3方向的矢量，大部分PM均可被平板3收集。因此，尽管与实施例7等相比这些效果不是那么好，但是在此实施例10中，还是在提高PM收集率的同时也抑制了废气压力损失的增加。
实施例11
图21所示为实施例11的废气净化装置。该废气净化装置按照如下方式设置，亦即，当半过滤结构体6和过滤催化剂7从废气上游侧指向废气下游侧时，使半过滤结构体6和过滤催化剂7按该顺序相互邻接排列，以便安装在催化转换器8中。催化转换器8与柴油机80的排气歧管81相连结。同时，喷嘴82按如下方式设置在排气歧管81中，亦即，使轻油可间歇的喷射到废气中。需要注意的是，从排气歧管81排放出的部分废气会经过涡轮增压器83和中间冷却器84回流至柴油机80的进气歧管85。
半过滤结构体6的结构与实施例1中的半过滤结构体相似，除了半过滤结构体6具有孔20和氧化催化剂层。如图22所示，在半过滤结构体6中，具有65μm厚度的波纹板6′与平板3相互交替叠置，孔20形成在平板3上，并且贯穿平板3的两侧，氧化催化剂层(未显示)形成在波纹板6′和平板3上。氧化催化剂层(未显示)由携带在γ-Al2O3中的用铂做成的催化剂粉末形成，在蜂窝结构体中，每公升的涂层量为150克，其中铂的携带量为2g。
如图23所示的波纹板6′，波峰部分60和波谷部分61相互交替的沿垂直于废气流动方向延伸。在波峰部分60中，大量具有凹陷形状的中间波谷部分62按照如下方式形成，亦即，这些中间波谷部分62的位置平行于废气流动方向，并且以一定的间距间隔开。中间波谷部分62的高度逐渐降低，并从废气上游侧指向废气下游侧。中间波谷部分62的顶部呈凹槽状，并形成了开口63，使其再次与波峰部分60相通。中间波谷部分62的底部深度做成与波谷部分61的底部位置一致。
同样的，在波谷部分61中，大量具有凸起形状的中间波峰部分64按照如下方式形成，亦即，这些中间波峰部分64的位置平行于废气流动方向，并且以一定的间距间隔开。中间波峰部分64沿废气流动方向设置在两个中间波谷部分62之间，其高度做成与波峰部分60的高度一致。
如图24所示，大量波纹板6′按照如下方式相互交替叠置，亦即，所有中间波谷部分62的相位在沿废气流动的方向和垂直于废气流动的方向上与中间波峰部分64的相位一致。中间波谷部分62和中间波峰部分64按照如下方式设置，亦即，在这些中间波谷和波峰部分62/64被以与流动在半过滤结构体6中的废气的流动方向呈直角的角度相切的截面中，中间波谷和波峰部分62/64分别位于相同的位置。同样的，波峰部分60与上部平板3邻接，同时波谷部分61与下部平板3邻接。需要注意的是，由于图24为示意图，平板3，中间波谷部分62和中间波峰部分64之间留有空间。然而，在边缘面的上游侧，叠置的结构由波峰部分60，波谷部分61和平板3形成，因此不会留有空间。从而不会产生问题。
如图25到28所示，在此半过滤结构体6中，在波纹板6′的内表面侧形成了过滤引导部分100，其中，通道在平板3上游侧和位于中间波峰部分64附近的两侧波峰部分60之间被阻塞。同样的，另一过滤引导部分101形成在波纹板6′的背面，其中，通道在平板3的下游侧和位于中间波谷部分62附近的两侧波谷部分61之间被阻塞。然后，在过滤引导部分100的上游侧，位于中间波谷部分62处的波峰部分60的高度变低，并形成了开口63，从而流经波谷部分61的废气可以从两侧开口63进入两侧的波峰部分60，过滤旁通部分200也形成在此处。同样的，在背面侧，波谷部分61的深度在位于过滤引导部分101上游侧的中间波峰部分64处变浅，并形成了开口65，从而流经波峰部分60的废气可以从两侧的开口65进入两侧的波谷部分61，另一过滤旁通部分201也形成在此处。
因此，如图25到图28所示，根据此实施例11的半过滤结构体6，流经形成于波谷部分41和上部平板3之间的通道的废气将与中间波峰部分64相碰撞。在上部平板3所收集的PM量较小的条件下，大部分废气流经上部平板3，然后进入位于平板3相对侧的波纹板6′的波谷部分61，因此，大部分的PM将被平板3所收集。
当PM的收集量增加时，过滤引导部分100中的废气压力也随之增加，如图26中的虚线所示，废气从中间波谷部分62流出，流经开口63，然后，被分为支流进入相邻的波峰部分60中，该波峰部分60位于上游侧的过滤旁通部分200中。因此，废气压力损失的增加可被抑制。
类似的，如图27所示，流经形成于波峰部分60和下部平板3之间的通道的废气将与中间波谷部分62相碰撞。在下部平板3所收集的PM量较小的条件下，大部分废气流经下部平板3，然后进入位于平板3相对侧的波纹板6′的波谷部分61，因此，大部分的PM将被平板3所收集。
当PM的收集量增加时，过滤引导部分101中的废气压力也随之增加，如图28中的虚线所示，废气从中间波峰部分64流出，流经开口65，然后，被分为支流进入相邻的波谷部分61中，该波谷部分61位于上游侧的过滤旁通部分201中。因此，废气压力损失的增加可被抑制。
根据此实施例11的半过滤结构体6，由于上述循环从废气入口侧边缘面到废气出口侧边缘面不断重复，PM被位于过滤引导部分100和101中的平板3所收集。由于形成了大量这样的过滤引导部分100和101，PM的收集在整个平板3上均匀的分布，从而提高了收集效率，即使在PM被收集时，废气压力损失也很难增加。换句话说，也就是在提高PM收集效率的同时，也可抑制废气压力损失的增加。
更进一步，在此实施例11的废气净化装置的半过滤结构体6中，从平面图中看来，在过滤引导部分100和101中的波纹板6′的开口面积约占据了整个波纹板6′开口面积的40％，同时，过滤引导部分100和101的总容积占据了整个波峰部分60和波谷部分61的总容积的50％。因此，平板3的使用面积很大，PM的收集效率很高，并且抑制了废气压力损失的增加。
在流经半过滤结构体6的废气中，废气流经平板3的孔20，其余的废气则以一种复杂的方式被分为支流流动。同时，孔20的直径被氧化催化剂层缩减，使得一部分PM被这些缩减的孔所收集，从而在这些缩减的孔中也形成了过滤引导部分。所收集的PM被氧化催化剂层氧化/燃烧。换句话说，由于废气以一种复杂的方式被分为支流，搅动效应得以实现。从而使加入到废气中的轻油与废气充分混合。并且轻油的氧化作用也能被氧化催化剂层促进。因此，轻油的汽化可得到促进，从而可以克服轻油粘附在过滤催化剂7的上游侧边缘面的问题，和PM粘附并沉积在轻油上的问题。同时，过滤催化剂7中NOx的还原反应也可得到促进。
接下来，描述了制作过滤催化剂7的方法，该描述可作为此结构的详细解释。首先，准备由堇青石制作的具有壁流式结构的蜂窝结构体。该蜂窝结构体具有约2公升容积，每平方英寸300个巢室(也即，每平方厘米46.5个巢室)和0.3mm的巢室壁厚度。巢室壁的孔隙率为65％，孔平均直径为25μm。在此蜂窝结构体中，出口侧巢室的上游侧边缘面被阻塞而下游侧边缘面未被阻塞，入口侧巢室的下游侧边缘面被阻塞而上游侧边缘面未被阻塞，两个巢室相互交替设置。出口侧巢室和入口侧巢室被巢室壁分隔开来。
接着，当准备好混合的浆状物后，该浆状物由氧化铝粉末，二氧化钛粉末，氧化锆粉末和二氧化铈粉末和水混合而成，将每公升150克的涂层通过喷涂底漆的方法形成在巢室壁表面和孔表面，其中巢室壁表面和孔表面形成在上述蜂窝结构体的巢室壁中。然后，通过吸水携带法携带并烧结每公升2克的铂。当每升0.3摩尔的锂，每升0.05摩尔的钡，和每升0.025摩尔的钾通过吸水携带法被携带之后，将得到的蜂窝结构体在500摄氏度的温度下烧结，从而可形成过滤催化剂7。
<测试>
半过滤结构体6和过滤催化剂7按照如下方式安装在催化转换器8中，亦即，半过滤结构体6和过滤催化剂7按照从废气上游侧到废气下游侧的顺序相互邻接，并且两者共同组成此实施例11的废气净化装置。过滤转换器8安装在具有2公升的立方容积的柴油机80的排气***上，在650℃的温度下持续50个小时做耐久性测试，然后，在引擎转速为2900rpm以及入口废气温度为300℃的条件下，驱动柴油机80，并每隔10秒持续从喷嘴82中喷射出0.1秒的轻油，在加入轻油的同时调整A/F为14.2。
在这样的条件下，测量NOx的净化率和PM的氧化率。同时，随着进行PM收集的再生操作，当废气温度为300摄氏度时，轻油便持续从喷嘴82中喷出以使得A/F变为2.5。然后，测量过滤催化剂7所达到的最高温度。测量结果如表4所示。
实施例12
实施例12的废气净化装置的结构与实施例11的相似，除了在实施例12中，半过滤结构体的催化剂层由与实施例11中的过滤催化剂7的催化剂层相似的NOx吸收还原催化剂形成。在按照与实施例11中类似的方式做过耐久性测试之后，以类似的方式测量NOx的净化率和PM的氧化率。同样的，当进行再生操作时，测量过滤催化剂7所达到的最高温度。测量结果如表4所示。
实施例13
实施例13的废气净化装置的结构与实施例11的相似，除了在实施例13中，用金属制作的纤维层代替了实施例11中的半过滤结构体6中的平板3，并且催化剂层由与实施例11中的过滤催化剂7的催化剂层相似的NOx吸收还原催化剂形成。在按照与实施例11中类似的方式做过耐久性测试之后，以类似的方式测量NOx的净化率和PM的氧化率。同样的，当进行再生操作时，测量过滤催化剂7所达到的最高温度。测量结果如表4所示。
比较例5
比较例5的废气净化装置的结构与实施例11的相似，除了在比较例5中，并没有用半过滤结构体6，而代之以与实施例11中的相似的氧化催化剂层，该氧化催化剂层形成在具有直流结构的金属蜂窝体上，在该蜂窝体中，普通的平板和普通的波纹板仅相互交替叠置。在按照与实施例11中类似的方式做过耐久性测试之后，以类似的方式测量NOx的净化率和PM的氧化率。同样的，当进行再生操作时，测量过滤催化剂7所达到的最高温度。测量结果如表4所示。
比较例6
比较例6的废气净化装置的结构与实施例11的相似，除了在比较例6中，并没有用半过滤结构主体6，而代之以具有直流结构的金属蜂窝体，在该蜂窝体中，普通的平板和普通的波纹板仅相互交替叠置，并且催化剂层形成在此金属蜂窝体上，该催化剂层由与实施例11中的过滤催化剂7的催化剂层相似的NOx吸收还原催化剂形成。在按照与实施例11中类似的方式做过耐久性测试之后，以类似的方式测量NOx的净化率和PM的氧化率。同样的，当进行再生操作时，测量过滤催化剂7所达到的最高温度。测量结果如表4所示。
评估
表4
| NOx净化率(％) | PM氧化率(％) | 达到的最高温度(℃) | |
| 实施例11 | 60 | 70 | 680 |
| 实施例12 | 80 | 70 | 680 |
| 实施例13 | 80 | 90 | 680 |
| 比较例5 | 45 | 60 | 580 |
| 比较例6 | 50 | 60 | 580 |
从表4中可以看出，与比较例相比，在各实施例的废气净化装置中，NOx的净化率和PM的氧化率都比较高，同时，所达到的最高温度也很高。这是由于下述作用所造成的：亦即，在半过滤结构体6中轻油的搅动和分解过程得到了有效的促进，因此轻油可以被有效的汽化，汽化的轻油可有效的与废气相混合。
实施例14
图29所示为实施例14的废气净化装置。该废气净化装置按如下方式设置，亦即，当具有直流结构的氧化催化剂90，半过滤结构体6和过滤催化剂7从废气上游侧指向废气下游侧时，使它们按顺序相互邻接排列，以便安装在催化转换器8中。同时，虽然排气歧管81中没有喷嘴，但在氧化催化剂90和半过滤结构体6之间设置了用于添加尿素液的尿素液喷嘴82。
氧化催化剂90按照如下方式制作，亦即，主要含氧化铝和沸石的每公升150克的涂层形成在由堇青石制成的具有直流结构的蜂窝结构体(每平方英寸400个巢室，巢室壁厚度为0.1mm，直径为130mm，容积为2公升)上，并且，每公升2克的铂均匀地携带在该涂层中。
至于半过滤结构体6，使用与实施例11中的结构相似的半过滤结构体，除了在此半过滤结构体中，不使用平板61，而代之以金属制成的纤维层，该纤维层的孔隙率为80％，厚度为0.3mm；其容积选为1公升，并且其上形成由沸石制成的每公升150克的尿素-NOx选择性还原催化剂层，其中均匀地携带了每公升2克的铜。
至于过滤催化剂7，与实施例11中的类似，由沸石制成的每公升150克的涂层形成在由堇青石制成的具有壁流结构的蜂窝结构体上；并在此催化剂层上形成了尿素-NOx选择性还原催化剂层，其中均匀地携带了每公升2克的铜。
<测试>
把过滤转换器60安装在具有2公升的立方容积的柴油机的排气***上，按照如下方式测量其NOx净化率和PM还原率。亦即，在650℃的温度下持续50个小时做耐久性测试，然后，在引擎转速为2500rpm以及入口气体温度为250℃到400℃的条件下，将柴油机80设置在各自的稳定状态。当废气在各自的条件下分散开，并且浓度为35％的尿素液从尿素液喷嘴82按照如下方式喷入废气中时，亦即，所添加的尿素液与入口废气所含的NOx相当，持续驱动柴油机3小时，以测量NOx的净化率和PM的还原率。然后，在入口气体温度为300℃，氧化催化剂90的出口气体温度可达到650℃的条件下，再次注入尿素液，然后，在温度开始上升之后3分钟测量PM的氧化率。测量结果如表5所示。
实施例15
实施例15的废气净化装置的结构与实施例14的相似，除了在实施例15中，对于其氧化催化剂90的蜂窝结构体，在半过滤结构主体6中用纤维层代替了实施例11中的平板61，且其容积做成了1.5公升。然后，以类似的方式测量NOx的净化率，PM的还原率和PM的氧化率。测量结果如表5所示。
比较例7
如图30所示，比较例7的废气净化装置的结构与实施例14的相似，除了在比较例7中，并没有使用半过滤结构体6和过滤催化剂7，而代之以具有直流结构的由堇青石制成且容量为1公升的蜂窝基底和尿素-NOx选择性还原催化剂91。在该尿素-NOx选择性还原催化剂中，由沸石制成的每公升150克的涂层形成在蜂窝基底上，该蜂窝基底由堇青石制成，具有直流结构且容积为2公升，同时，每公升2克的铜均匀地携带在该涂层中。然后，以类似的方式测量NOx的净化率和PM的还原率。测量结果如表5所示。
比较例8
如图31所示，比较例8的废气净化装置的结构与实施例14的相似，除了在比较例8中，并没有使用半过滤结构体6，而是把氧化催化剂90的容量做成了1公升，并均匀地携带有过滤催化剂92，在该过滤催化剂92中，每公升100克的氧化铝涂在由堇青石制成且容量为2公升的DPF的表面上。然后，以类似的方式测量NOx净化率，PM还原率和PM氧化率。测量结果如表5所示。
比较例9
如图32所示，比较例9的废气净化装置的结构与比较例8的相似，除了在比较例9中，没有使用过滤催化剂92，而代之以尿素-NOx选择性还原催化剂。更进一步，尿素液喷嘴82设置在氧化催化剂90和尿素-NOx选择性还原催化剂91之间。然后，以类似的方式测量NOx净化率，PM还原率和PM氧化率。测量结果如表5所示。
<评估>
表5
| NOx净化率(％) | PM还原率(％) | 升温3分钟后的PM氧化率(％) | |||
| 250℃ | 300℃ | 400℃ | 400℃ | ||
| 实施例14 | 82 | 92 | 94 | 98 | 90 |
| 实施例15 | 80 | 94 | 96 | 98 | 95 |
| 比较例7 | 52 | 72 | 75 | 15 | - |
| 比较例8 | 43 | 65 | 72 | 90 | 70 |
| 比较例9 | 38 | 58 | 66 | 90 | 40 |
从表5中可以看出，与比较例相比，在各实施例的废气净化装置中，NOx的净化率和PM的还原率都比较高，同时，PM的氧化率也很高。这是由于下述原因所造成的：亦即，PM被半过滤结构体6所收集，并且尿素液与废气混合的效率较高，NOx可以被产生的氨有效地还原/净化。
Claims (34)
1.一种废气净化装置，包括具有多个废气通道的半过滤结构体，和设置于该废气通道中的过滤体，其中：
所述废气通道包括将废气引导至所述过滤体的过滤引导部分，和过滤旁通部分，该过滤旁通部分通过向与所述过滤引导部分相邻的废气通道分支出来而为所述过滤引导部分设旁路。
2.如权利要求1所述的废气净化装置，其中：
所述过滤旁通部分中的最上游的过滤旁通部分设在比所述过滤引导部分中的最上游的过滤引导部分更上游的位置，并且该最上游的过滤旁通部分的废气通道在所述半过滤结构体的废气入口侧打开。
3.如权利要求1所述的废气净化装置，其中：
所述半过滤结构体通过由金属薄板制成的波纹板和由所述过滤体构成的气体传导平板交替叠置而构成，所述波纹板沿横过废气流动的方向具有交替相邻的波峰部分和波谷部分；
该波峰部分通过降低其波峰的高度而具有凹陷的中间波谷部分；
该中间波谷部分构成所述过滤旁通部分，该过滤旁通部分包括使废气能从相邻的波谷部分流出的支路部分和使废气能流入所述波峰部分中的下游波峰部分的开口；
该波谷部分通过降低其波谷的深度而具有凸起的中间波峰部分；
所述过滤引导部分由所述中间波峰部分，和与所述波谷部分相邻接的两侧的波峰部分，及与所述波峰部分相连接的所述平板构成；和
在过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少一部分在所述波谷部分流动的废气通过所述支路部分流入相邻的波峰部分。
4.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
所述波峰部分隔着所述平板与所述过滤引导部分相对。
5.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
所述中间波峰部分通过使所述波谷部分变形而形成，所述中间波峰部分的波峰高度朝其上游侧逐渐降低。
6.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
从平面图估计，所述过滤引导部分中的所述波纹板的开口面积占整个波纹板的开口面积的30％或更多。
7.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
所述过滤引导部分的总容积大于或等于所述波峰部分和波谷部分总容积的50％。
8.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
所述平板和所述波纹板中至少平板包括贯穿两侧的孔和包括催化剂金属和多孔氧化物的催化剂层；
该孔的孔径被该催化剂层缩减或填埋至小于或等于200μm。
9.如权利要求8所述的废气净化装置，其中：
所述波峰部分隔着所述平板与所述过滤引导部分相对。
10.如权利要求3所述的废气净化装置，其中：
所述过滤旁通部分中的最上游的过滤旁通部分设在比所述过滤引导部分中的最上游的过滤引导部分更上游的位置，并且该最上游的过滤旁通部分的废气通道在所述半过滤结构体的废气入口侧打开。
11.如权利要求10所述的废气净化装置，其中：
在所述过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少一部分在所述波谷部分流动的废气通过所述支路部分流入相邻的波峰部分，并且废气首先在所述半过滤结构体的废气入口侧流入所述过滤旁通部分。
12.如权利要求10所述的废气净化装置，其中：
所述最上游的过滤旁通部分包括具有倒转的中间波峰部分的波谷部分，该倒转的中间波峰部分在其上游侧打开；
该倒转的中间波峰部分的波峰高度沿顺流方向逐渐降低；并且
该倒转的中间波峰部分延伸至所述波谷部分中的下游波谷部分。
13.如权利要求10所述的废气净化装置，其中：
所述最上游的过滤旁通部分由废气中的颗粒物质能够通过的孔构成；
所述孔形成于叠置在所述波纹板下方的所述平板上，并且与所述波纹板的所述波峰部分相对。
14.如权利要求10所述的废气净化装置，其中：
所述最上游的过滤旁通部分由废气中的颗粒物质能够通过的凹口构成；
所述凹口形成于叠置在所述波纹板下方的所述平板上，并且与所述波纹板的所述波峰部分相对。
15.如权利要求1所述的废气净化装置，其中：
所述半过滤结构体通过由金属薄板制成的波纹状和由所述过滤体构成的气体传导平板交替叠置而构成，所述波纹板沿横过废气流动的方向具有交替相邻的波峰部分和波谷部分；
该波谷部分通过降低其波谷的深度而具有凸起的中间波峰部分；
该中间波峰部分构成所述过滤旁通部分，该过滤旁通部分包括使废气能从相邻的波峰部分流出的支路部分和使废气能流入所述波谷部分中的下游波谷部分的开口；
该波峰部分通过降低其波峰的高度而具有凹陷的中间波谷部分；
所述过滤引导部分由所述中间波谷部分，和与所述波峰部分相邻接的两侧的波谷部分，及与所述波谷部分相连接的所述平板构成；和
在过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少一部分在所述波峰部分流动的废气将通过所述支路部分流入相邻的波谷部分。
16.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
所述波谷部分隔着所述平板与所述过滤引导部分相对。
17.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
所述中间波谷部分通过使所述波峰部分变形而形成，所述中间波谷部分的波谷深度朝其下游侧逐渐降低。
18.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
从平面图估计，所述过滤引导部分中的所述波纹板的开口面积占整个波纹板的开口面积的30％或更多。
19.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
所述过滤引导部分的总容积大于或等于所述波峰部分和波谷部分总容积的50％。
20.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
所述平板和所述波纹板中至少平板包括贯穿两侧的孔和包括催化剂金属和多孔氧化物的催化剂层；
该孔的孔径被该催化剂层缩减或填埋至小于或等于200μm。
21.如权利要求20所述的废气净化装置，其中：
所述波谷部分隔着所述平板与所述过滤引导体相对。
22.如权利要求15所述的废气净化装置，其中：
所述过滤旁通部分中的最上游的过滤旁通部分设在比所述过滤引导部分中的最上游的过滤引导部分更上游的位置，并且该最上游的过滤旁通部分的废气通道在所述半过滤结构体的废气入口侧打开。
23.如权利要求22所述的废气净化装置，其中：
在所述过滤引导部分中的压力增大的情况下，至少一部分在所述波峰部分流动的废气通过所述支路部分流入相邻的波谷部分，并且废气首先在所述半过滤结构体的废气入口侧流入所述过滤旁通部分。
24.如权利要求22所述的废气净化装置，其中：
所述最上游的过滤旁通部分包括具有倒转的中间波峰部分的波谷部分，该中间波峰部分在其上游侧打开；
该倒转的中间波峰部分的波峰高度沿顺流方向逐渐降低；并且
该倒转的中间波峰部分延伸至所述波谷部分中的下游波谷部分。
25.如权利要求22所述的废气净化装置，其中；
所述最上游的过滤旁通部分由废气中的颗粒物质能够通过的孔构成；
所述孔形成于叠置在所述波纹板下方的所述平板上，并且与所述波纹板的所述波峰部分相对。
26.如权利要求22所述的废气净化装置，其中：
所述最上游的过滤旁通部分由废气中的颗粒物质能够通过的凹口构成；
所述凹口形成于叠置在所述波纹板下方的所述平板之上，并且与所述波纹板的所述波峰部分相对。
27.如权利要求1所述的废气净化装置，其中：
所述过滤体包括贯穿两侧的孔和包括催化剂金属和多孔氧化物的催化剂层；并且该孔的孔径被该催化剂层缩减或填埋至小于或等于200μm。
28.如权利要求27所述的废气净化装置，其中：
所述半过滤结构体通过由金属薄板制成的波纹板和平板交替叠置构成，所述波纹板具有交替相邻的第一波峰部分和第一波谷部分；并且该半过滤结构体包括：
由所述第一波峰部分和位于所述波纹板之下的所述平板构成的第一通道；
由第二波谷部分和位于波纹板之上的平板构成的第一过滤引导部分，该第二波谷部分形成于所述第一通道上并沿顺流方向朝上倾斜；
由所述第二波谷部分和位于所述波纹板之下的所述平板构成的第一过滤旁通部分；
由与所述第一通道相邻的所述第一波谷部分和位于所述波纹板之上的所述平板构成的第二通道；
由第二波峰部分和位于波纹板之下的平板构成的第二过滤引导部分，该第二波峰部分形成于所述第二通道上并沿顺流方向朝下倾斜；
由所述第二波峰部分和位于所述波纹板之上的所述平板构成的第二过滤旁通部分；
所述第二波谷部分的底部深度小于所述第一波峰部分的顶部高度；所述第二波峰部分的顶部高度小于所述第一波谷部分的底部深度。
29.如权利要求28所述的废气净化装置，其中：
所述半过滤结构体还可包括至少一个下述开口：使废气能从所述第一过滤引导部分流入所述第二通道的开口；和
使废气能从所述第二过滤引导部分流入所述第一通道的开口。
30.如权利要求1所述的废气净化装置，还包括：
壁流结构的过滤催化剂，该过滤催化剂包括阻塞在其下游部分的入口侧巢室；
与所述入口侧巢室相邻并阻塞在其上游部分的出口侧巢室；
将所述入口侧端巢室和所述出口侧巢室分开且具有许多孔的巢室壁；
形成于所述巢室壁的表面和所述孔的内表面的催化剂层，该催化剂层包括催化剂金属和氧化物载体；
所述壁流结构的过滤催化剂设在比所述半过滤结构体更下游的位置。
31.如权利要求30所述的废气净化装置，其中：
所述半过滤结构体包括具有氧化催化剂和氧化物载体的氧化催化剂层。
32.如权利要求30所述的废气净化装置，还包括：
还原剂添加装置，用于在比所述半过滤结构体更上游的位置向所述废气中添加还原剂。
33.如权利要求30所述的废气净化装置，其中：
所述过滤催化剂的所述催化剂层包括NOx吸收还原催化剂。
34.如权利要求30所述的废气净化装置，其中：
所述过滤催化剂的所述催化剂层包括尿素-NOx选择性还原催化剂和尿素添加装置，该尿素添加装置在比所述半过滤结构体更上游的位置向所述废气中加入尿素。
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