CN203867667U

CN203867667U - 净化装置

Info

Publication number: CN203867667U
Application number: CN201290000368.2U
Authority: CN
Inventors: M·海尔克宁; P·马蒂莱宁; O-P·许珀宁; H·汉尼宁
Original assignee: Ecocat Oy
Current assignee: Dinex Ecocat Oy
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: WO2012123643A1; RU151051U1; WO2012123618A1

Abstract

本实用新型涉及一种用于从排气和废气中去除杂质例如含碳颗粒和碳氢化合物的净化装置(PD)。所述净化装置(PD)此外包括在流动方向上在所述开放式颗粒分离器(OPS)之前的至少一个点火元件(IE)，以用于周期性地点燃被收集的和流动的气体杂质，并且在所述点火元件(IE)与开放式颗粒分离器(OPS)之间有至少一个开放的通道或腔室(CHA)。

Description

净化装置

技术领域

本发明涉及一种净化装置，用于从排气和废气中去除杂质例如含碳颗粒和碳氢化合物。

背景技术

汽车、工作机器和发动机的废气排放容许限度将逐年降低，因此，必须使用后处理来保持排放低于限度。对于柴油车，最难实现的是颗粒物质(PM)和NO_x排放限度，而一氧化碳和碳氢化合物排放能够通过氧化催化剂得以有效地去除。为了降低NO_x，使用发动机改型方法(EGR＝废气再循环)是可行的，然而这具有的效果是增加了CO、HC和PM排放。柴油颗粒过滤器(DPF)特别用于车辆目标在于以90％以上的转变率降低有害于健康的颗粒量。这些传统的过滤器是壁流式的(强制流过多孔壁)，基于表层过滤，其中，颗粒块结开始积聚在流动通道的壁上，并且在初始积聚之后，没有大数量的颗粒积聚在壁的内部。这些基于表层过滤的过滤器的过滤器壁中的平均孔径大约为8-25微米，这足以通过常见设计去除95％以上的颗粒量。代替这些的，使用局部过滤的过滤器(局部过滤器)是可能的，它们也以名字POC(局部氧化催化剂)已知并且它们的过滤能力是大约40-70％。局部过滤器的优势在于它们是免维护的，因为未燃的灰分和过量的颗粒能够在不使用外部能量的情况下离开该组件，不像传统的过滤器，其中主要份额的灰分和未燃材料将保留在过滤器的表面上。因此，在使用期间，全过滤器的压降旨在增大，尽管烟灰/碳在再生时完全去除。就过滤效率来说，基于深层过滤的过滤器在表层过滤器和局部过滤器之间并且其过滤效率是大约50-90％，根据实践方面的最优值约为60-80％。通常由陶瓷或金属纤维或泡沫或烧结金属制备深层过滤器。纤维可作为过滤器中的基础或折叠垫。效率与压降之比能够通过最大化过滤表面积(像滤油器和空气过滤器中折叠的薄垫)而被优化。

网、纤维垫和穿孔的板/薄片通常用于局部过滤器中，并且，由于压差和湍流，颗粒积聚在这些结构上。深层过滤器和局部过滤器之间的反应机理和设计不同，即使名义上使用相同的材料。例如，纤维垫可以通过该组件充当细孔结构，其中流体被迫使流过这些垫(深层过滤)，或者充当细孔结构，其中主体流在由直的纤维垫与波形的纤维垫形成的流动通道之间流动，并且一部分颗粒仍然保留在壁的表面上(局部过滤)。纤维基过滤器上的过滤是以纤维的合适直径为基础。纤维层或垫中的空隙率通常非常高(>90％)，而典型的表层式过滤器(例如，堇青石、SiC、钛酸铝)上的空隙率或孔隙率典型地为40-50％，并且尤其地高多孔表层过滤器甚至高达60-70％。在深层过滤中，颗粒同样开始更多地积聚在流动方向的前部，通过类似于表层过滤的方式。

通常，PM中过滤的碳组分(烟灰)是通过附加热量而被热燃烧的。烟灰能够在高于550℃的温度下通过与氧的强燃烧反应而氧化，或者利用NO₂在较低温度(250-350℃)下慢慢地氧化。当氧化催化剂的效率足够时，氧化催化剂中形成的NO₂在适当的低温(>250-300℃)中氧化烟灰。

有了高效率的氧化催化剂，可能去除PM中的大部分含碳氢化合物的挥发性组分(VOF＝挥发性有机组分或SOF＝可溶解的有机组分)。VOF组分通常为10-40％，但是，对于某些发动机和在某些驾驶状态下，颗粒的VOF甚至可为70-90％。上述状态是在市区交通中出现，伴随旧发动机和/或特定燃料。因此，不能明确地根据分离效率对氧化催化剂、局部过滤器和全过滤器进行分类，但是，它们的分离效率根据运转状态以转化图的形式有重叠。此外，在颗粒积聚在过滤器相态中而非在通道表面上的过滤器中，过滤器的分离效率强烈地取决于流量和直线速度。深层过滤器的过滤效率通常随着流量的增大而降低，但是，局部过滤器的效率随着流量的增大而增大(过滤是基于增强的传质)，这在它们的运行原理上形成明显差异。许多深层过滤器开始允许颗粒以更高流速经过。分离效率还取决于颗粒大小。

碳组分的去除需要在过滤器或催化剂中的更长停留时间。已知的连续再生捕集(CRT)方法包括含Pt氧化催化剂及其后的无涂层或涂有催化剂的DPF(EP341832)。伴随传统的全过滤器的被动方法中的问题与形成的 NO₂不够例如在高峰时间市内交通驾驶时的情形有关，，并且该方法需要具有很低硫含量(S<10ppm)的燃料以最小化在高效且昂贵的含Pt氧化催化剂中硫酸盐的形成。如果高硫燃料与含Pt氧化催化剂一起使用，硫酸盐(SO₂→SO₃→SO₄，由Pt催化)的增加的形成有损过滤器的益处，过滤器被太快填满，这增加了再生频率和堵塞风险。在任何情形下都不能接受DPF的堵塞，因为它将中断驾驶。因此，大多数颗粒过滤器包括主动再生，其原理已经应用了数十年。现代的调整技术与发动机控制的使用实现了DPF中的主动再生。对于现代车辆，通过周期性地升高温度到通常达到600-650℃而安排主动再生是可能的。如果足够的烟灰积聚在过滤器中，燃烧的开始产生了附加热量以完成烟灰燃烧。不考虑碳的再生，未燃的灰分积聚在DPF中，其数量必须考虑，就确定尺寸、润滑剂推荐和可能的维护工作而言。

除传统的壁流式蜂窝状颗粒过滤器之外，还已知的结构是钢丝棉制成、陶瓷泡沫制成的锥形结构、覆有纤维的管结构，使用静电分离或湿洗器。在已知的过滤器结构中，在穿孔管结构的顶部缠绕着纤维垫或金属棉，并且，这些结构中的一个或多个能够安装在整体过滤器组件中。典型的是，纤维结构是均质的，没有中间空隙，在该结构中流动随机地被控制以避开纤维丝，平均主方向是径向。这对于其中颗粒部分地积聚在过滤材料中的基于深层过滤的过滤器来说是典型的。通常，废气在这些过滤器中沿径向朝着管的内部流动，由此，颗粒具有在过滤器之前的足够的空间以积聚在组件内、组件的表面上和组件的开放空间中。还存在金属的全过滤器，它们由例如烧结金属或金属泡沫制成。

局部过滤器的组件已经被修改了氧化催化剂，从而，颗粒的分离通过使用包括壁上的各种贯通开口、爪或突起以及单元的流动通道中的节流孔或过滤元件的组件而不是陶瓷或金属单元而被促进。贯通开口或过滤元件已经通过采用陶瓷或金属网、棉或多孔材料来提供，而不是通常的金属或陶瓷壁。局部过滤器通常具有蜂窝状结构，其包括在主流动方向上的轴向开放的通道。主流动类似于通常的催化剂组件的一个，但是，已经通过借助壁中的网、纤维或孔受控于压差地迫使该流部分地沿径向移动而提高了颗粒分离。然而，该径向流通常在不同方向是随机的，由此，在主流的方向上的矢量是在平均轴向上。基本原理也是，流从一端进入并且在相反侧从单元的另一端离开，该单元通常是圆形或矩形。

颗粒过滤器的再生已经通过组合发动机节流(空燃比调整成接近化学计量值)和附加燃料喷射而进行，另外还有电的、等离子(SAE Paper1999-01-3638)或燃烧器，其产生附加热量并且烟灰将燃烧(EP0070619-1982和Emissionminderung，Autobilabgase，Dieselmotoren，Nurnberg15-17，1985年10月，摘要，VDI1985)。附加燃料能够喷入气缸中(后喷射)或在氧化催化剂和/或催化的颗粒过滤器之前喷入废气中。通过把介质喷入废气中能够增强燃烧。这些化合物包括例如Ce、Fe或Sr，它们分散在烟灰上并且把燃烧温度降低至例如500℃，并且还促进NO₂辅助再生。

电加热已经以各种方式使用，它是一种老发明(SAE900603，Hayashi等，1990)。电加热通常基于使用不同种类的电阻。将全部废气量加热到烟灰的燃烧温度需要在驾驶期间车辆电力单元的高瞬时功率。当所需能量降低至车辆电功率的规格时，在选定位置在分开的时间局部加热是可能的(SAE paper2005-01-3703)。电加热已经被用于保证低温下的再生，联合使用带有燃料的催化剂(SAE Paper2000-01-1924)。为每个气缸布置具有过滤器的单独废气管道是可能的，这使得能够单独控制每个管道的温度和再生(US4,709,547，1987)。电阻丝能够部分地位于过滤器的内部，该过滤器也可以是导电的(US5,472,462，1995和EP0244061，1987)。已经针对全过滤器的再生提出使用电热塞(DE202004018993，2004)。压力传感器可被集成到电热塞中(US7,214,908，2005)。带电热塞的全过滤器的再生算法能够基于压降响应进行控制(WO2010/015428，2009)。该系统包括组装成直接接触壁流式过滤器的正面的一个或多个电热塞，其启动烟灰的燃烧。总的来说，对主动再生的控制是特有的技术领域，其中存在大量的专利和出版物。该控制通常基于温度、压力或发动机映射变量的响应，它们与积聚的颗粒负荷和合适的再生条件相关联。

颗粒过滤器的催化涂层促进了烟灰的催化燃烧(SAE Paper8500015，1985)、NO₂的形成和喷入的碳氢化合物的氧化以获得温度的升高。针对HC(来源于燃料)、一氧化碳(CO)和NO氧化的最有效率且耐用的催化剂是基于铂(Pt)的使用的。特别地，高NO₂形成率需要Pt的存在，但是，在HC和CO氧化中钯(Pd)也起作用。已经使用不同类型的涂覆催化剂来催化烟灰的燃烧，它们包括例如钒、铜、钾、钼以及基于类似元素的化合物。它们的催化反应典型地基于它们在烟灰表面的高移动性或者它们形成移动的氧物质。

与全过滤器相反，局部过滤器的再生主要基于经由NO₂的被动再生。局部过滤器已经在无堵塞并且也具有含更多硫的燃料和灰分的情况下使用，因为未燃的杂质和硫酸盐被立即或稍后排出开放式过滤器。再生的必要条件是温度和NO_x/C比率的均值足够高，当形成足够的NO₂是可能的并且NO₂+C反应快的足以阻止含碳颗粒的渐增积累时。该结构和对颗粒的过滤不同于全过滤器，因此再生条件是不同的。局部过滤器的效率在21世纪初期稍好于使用氧化催化剂，但是后来这些局部过滤器的PM效率已经被希望高达60-70％的水平。即使以这个效率，PM排放仍然是比全过滤器(转变率高于95-98％)高出5-20倍，并且因此这些过滤器被理解为落入单独的种类。由于这些原因，局部过滤器的堵塞趋势和再生仍然是完全不同于基于表层过滤的过滤器的。填充全过滤器的压降增大是如此显著以至于它能够用标准压力表进行测量。作为替代，压降增加地不那么明显且更慢。像全过滤器那样的可检测的压降增大已经是一种有关堵塞的信号。这种压降依赖性在局部与全过滤器之间带来不同。因此，针对PM再生的不同种类的控制策略针对这两种类型的过滤器被优化。

实用新型内容

本发明的目的是提供一种在柴油或等同物的废气中运行的净化装置(PD)，其显著地最小化排放成分、特别是颗粒排放物和碳氢化合物的量。

为了达到这个目的，本发明由独立权利要求中呈现的特征来表征。其它权利要求呈现了本发明的一些有利实施方式。

该净化装置包括至少一个开放式颗粒分离器(OPS)，其包括可渗透/半渗透的板和/或垫并且具有开放的通道以用于带有杂质的气体在所述板/垫/薄片之间流动，并且，所述净化装置另外包括在流动方向上在所述开放式颗粒分离器之前的至少一个点火元件，以用于周期性地点火被收集的和流动的气体杂质。有利地，在所述点火元件与开放式颗粒分离器之间有至少一个开放的通道或腔室。

与基于现有技术的常规过滤器相比，这种新颖类型的净化装置和再生方法/系统提供了无需保养的运行、全部使用条件下的再生和低的能量消耗。根据本发明的净化装置保持了使用期限内的无堵塞，这导致低的压力损失，并且，它另外具有低的制造和运行成本。

根据本发明的一个目的，有至少一个后喷射器用于喷射燃料或HC到废气中用于利用所述点火元件的燃烧。这显著地最小化了排放成分的量。

根据本发明的一个目的，在所述后喷射器之后有至少一个独立的汽化装置用于汽化所喷射的燃料或HC。这也显著地最小化了排放成分的量。

根据本发明的一个目的，有至少一个燃料循环装置用于从发动机的常规燃料/HC循环装置中喷射燃料或HC到废气中。这也显著地最小化了排放成分的量。

根据本发明的一个目的，净化装置(PD)可使用催化涂层。该净化装置可采用包括对一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮(NO)、颗粒的氧化和用任何还原剂对氮氧化物的还原起作用的催化活性组分的涂层。颗粒的氧化可借助于NO₂和并行地周期地和/或连续地使用点火元件以确保再生而被直接或间接地促进。

使用本发明的可能的领域是例如移动或静止目标中的排气、烟道气和废气应用。通常，该气体混合物包括过量的氧，或者持续地或者平均地。在产生废气的燃烧中，可能使用任何气态燃料(例如甲烷、丙烷、生物气)、液态燃料(例如轻燃油或重燃油、柴油、汽油或生物燃料)或/和固态燃料。

根据本发明的装置因此可被用在十分贫的状态(氧过量)下或在混合比不时地被调整到化学计量的或短时为富的状态下。混合比的调整和温度的可能升高被执行以便要么完全要么部分地从吸附剂、积聚的有毒物和/或颗粒再生该装置或其单元。混合物可被调整，如果整个系统在除了本发明的装置之外还包括周期性地需要化学计量或富状态或更高温以用于再生的其它催化剂/单元(像NO_x吸附催化剂或全过滤器)的话。

开放式颗粒分离器和局部过滤器的使用已经扩大到这些应用中，其中温度是很低的例如在连续的城市驾驶中并且其状态不可适用于再生，于是，高效局部过滤器开始部分地堵塞或者颗粒正进入废气而局部过滤器仍然保持敞开。在这些状态下，产生一种需求，也使用最初没有与它们一起使用的主动再生方法。这形成了一种想法，对开放式颗粒分离器使用主动再生方法。但是开放式颗粒分离器的优势因而失去了吗并且使用带主动再生的全过滤器因而是更好的吗？然而，对开放式颗粒分离器使用主动再生保留了很多优点。体积和平均压降仍然显著地低于全过滤器(壁流式)的，这在系统工作时间期间的投入和运行成本中起关键作用。开放式颗粒分离器将不需要维护以去除灰分。局部过滤器和OPS通常具有薄的壁和结构(例如纤维，低热容→较之像堇青石或碳化硅那样的全过滤器用于加热所需的更低的外部能量)，并且金属结构具有良好的导热性，当在碳燃烧期间局部温度峰值较少地被产生时。

主动再生可根据附加加热的幅度和效应被分为几类：1)把全部排气或废气和过滤器加热到烟灰的燃烧温度(高的能量/功率需求)，2)由受控相在不同时间把平行的过滤器区段加热到烟灰的燃烧温度，或者，3)用点火脉冲点火积聚的含碳颗粒或喷射的燃料/HC至燃烧(最低的能量/功率需求)。第三种再生还可在过滤器中的单独位置局部地一段一段的进行。在本发明的再生中，该第三种方法用于该净化装置和开放式颗粒分离器，其本质上不同于用于全过滤器的那两种其它的已知方法。

根据本发明的一个目的，有至少一个金属的或陶瓷的颗粒收集单元(PCU)位于所述点火元件(IE)附近，用于收集所述点火元件(IE)附近的含碳颗粒和/或碳氢化合物从而增强杂质的点火和燃烧。根据本发明的一个目的，至少一个点火元件(IE)至少部分地位于所述颗粒收集单元(PCU)中或者接触所述颗粒收集单元(PCU)。根据本发明的一个目的，所述颗粒收集单元(PCU)位于开放式颗粒分离器(OPS)的通道的内部，有利地位于在流动方向上的开放式颗粒分离器(OPS)的前部。

附图说明

图1示出了本发明的净化装置的一个实施例的设计；

图2示出了OPS具有带有3D混合特性的横向开放通道；

图3示出了形成有两个或更多壁(滤网、纤维垫、薄膜、穿孔薄片或无穿孔薄片)的OPS；

图4示出了安装PCU(8)和IE(6)连同OPS(5)的不同的(A至E)设计；

图5示出了本发明的净化装置的一种结构；

图6示出了本发明的一种特殊解决方案；

图7示出了OPS+PCU结构的面-PCU与OPS的可能位置(例1中的B)；

图8示出了具有不同位置的IE和数个OPS/PCU的装置；

图9示出了关于无IE的装置的实例；以及

图10示出了关于有开放通道或腔室(CHA)的燃料后喷射(PIN)的装置的实例。

具体实施方式

本发明的一个实施例的设计在图1和2中示出。流体(1、2、3)(通常为废气)流入反应器(4)中，在该处开放式颗粒分离器(5)(OPS)与一个或多个点火元件(6)(IE)被定位。该反应器的前面还可以是独立的净化催化剂(7)，其有利的是氧化催化剂。

点火元件能够与颗粒收集单元(8)(PCU)连接，其有效地收集点火元件附近的颗粒。

反应器例如是传统的覆有催化剂的转化器，其中衬底可以是非绝热的或者包裹在绝热/装配垫和/或隔热罩中。反应器可被集成到消声器中，其中可能还有其它功能单元(氧化或去NO_x催化剂(SCR，LNT)、全过滤器及与前述物件的使用相关的其它附加单元)。

开放式颗粒分离器是具有开放通道代替全过滤器的紧密孔或纤维结构的一种结构，其中颗粒在流动通道上的脱离已被增强，通过使用曲折的、在某些地方节流的和扩展的通道形状，该处存在穿过通道壁的通过路径，其平衡了平行通道之间的压差。全过滤器与开放式颗粒分离器之间的本质区别在于这样的事实，流体在全过滤器中被完全强制通过过滤/收集层但其还存在穿过OPS的自由、开放的路径。穿过OPS的开放通道的相应地是液力直径，或壁到壁之间距离，大于50微米，其孔或过滤壁之间平均距离小于全过滤器的。这些条件促使颗粒附着于壁上，其充当收集表面并且其已经被有利地由陶瓷或金属网、薄膜、纤维垫、滤网或/和多孔薄片或它们的组合制备。陶瓷是像金属氧化物(氧化铝、二氧化硅和它们的混合物；堇青石及其它使用的多孔纤维或板材料)的无机非金属材料。OPS中的这些壁材料是可渗透的或半渗透的并且允许流体穿过。半渗透的壁允许气态化合物穿过它，但是固态或液态颗粒附着在该壁的表面上。即使壁完全充满了颗粒，它对于气体流来说将仍然是可渗透的。典型的过滤效率是在40-80％之间，这明显低于壁流式过滤器的。即使壁完全充满了颗粒，它对于气体流来说将仍然是可渗透的。由相同的材料制备全过滤器是可能的，如果流体被迫使全部穿过通常比OPS壁厚的结构/层，例如高效率纤维过滤器。

OPS的壁可以是柔性的或刚性的，有利地金属和陶瓷板/纤维垫由易于卷起形成最终结构的柔性材料制成。金属结构由典型的抗氧化钢或合金材料制成，其可被用在无过量氧化的通常使用条件下。铝在合金中的存在是优选的，以在制备或使用条件下形成氧化铝(Al₂O₃)保护层。

根据本发明的一个目的，所述开放式颗粒分离器(OPS)包括可渗透/半渗透的波形板/垫/薄片，其形成带有开放通道(CHA)的开放式颗粒分离器(OPS)结构，具有波纹高度在0.2-200毫米之间，有利地在0.35-25毫米之间，例如0.5-3毫米。根据本发明的一个目的，所述开放式颗粒分离器(OPS)包括可渗透/半渗透的金属丝网/板/垫，具有丝直径在0.01-5毫米之间，有利地在0.05-1毫米之间，和/或金属丝板中的孔的表观直径在0.02-10毫米之间，有利地在0.05-0.6毫米之间。根据本发明的一个目的，所述开放式颗粒分离器(OPS)包括(半)可渗透的陶瓷纤维板/垫。根据本发明的一个目的，所述开放式颗粒分离器(OPS)包括可渗透/半渗透的金属纤维板/垫。根据本发明的一个目的，所述(半)可渗透的板/垫是波形的，形成带有通道的开放式颗粒分离器(OPS)结构，关于任一方向的主流具有波纹倾角在1-89度之间，有利地在10-80度之间，例如20-60度。

根据本发明的一个目的，所述颗粒收集单元(PCU)包括纤维或/和丝网，具有相比于开放式颗粒分离器(OPS)的丝直径的1至20％的丝直径。相应地，纤维/丝直径的比率在5-100的范围内(OPS丝的直径/PCU纤维的直径)。举例来说，根据本发明的一个目的，开放式颗粒分离器由波形网(网、滤网)构造而成，其中波纹成形出通道，其取向不同于主流方向，并且，平行的网相比于主流方向的角度相互不同(图2和3)。网结构中的波纹高度(h1和h2)可被选择为适合于关于装配、背压和排放限制的目标。各个网/滤网中的波纹高度可以相同或不同。该高度可在0.2-200毫米之间变化，有利地在0.35-25毫米之间，例如0.5-3毫米。根据本发明的一个目的，关于任一方向的主流的波纹倾角在一个网中至少是1-89度，例如10-80度，例如，有利地在20-60度之间。该波纹倾角还可以在-89-+89度之间变化，有利地其在-60--20和+20-+60度之间。负的和正的角度指的是关于主流方向的相对立的方向上的角度。使用相同倾斜波形的网材料是有效可行的，通过把其中一个网从里向外旋转而将它们制成一网对，使得波纹顶点在不同的方向并且靠着彼此承载。于是，根据本发明的OPS由相同的网提供。制备其中波纹倾度在89-90度之间的特殊结构也是可能的。

波纹的高度与宽度之比可以在很大范围内变化，要么使用低且宽的波纹要么使用高且窄的波纹顶点。这些倾斜的网经由驱使平坦的网通过倾斜地设齿的轮子而被制备，其形成了本发明中用于开放式颗粒分离器的波形结构。在两个波形网之间的也可以设平坦的网、纤维垫或穿孔壁，当减小的通道尺寸改进了传质和颗粒积聚容量时。在可渗透/半渗透的板之间设非渗透的薄片或壁也是可能的，其把OPS分成没有相连路径的区段。例如，非渗透的壁能够在代替前述结构(两个倾斜波纹板之间的平坦板)中的每个、每第二个或每第四个平坦板。该结构具有几个优点：非渗透的壁在颗粒快速燃烧期间充当防火壁，再生能够被限制在每个区段中并且它充当对该结构的机械支撑。根据本发明的一个目的，通过这些目标：很脏的目标→高的顶点高度，很干净的目标→低的顶点高度，来优化顶点高度是可能的。

根据本发明的一个目的，OPS中的网/板结构包括细丝(丝)，其厚度为0.01-5毫米，有利地在0.05-1毫米之间，其孔的尺寸(在网状结构中间的从网到网的表观直径/液力直径)为0.02-10毫米，有利地为0.05-0.6毫米。网(板)可以是织物结构或网垫或另外的粘合的。大的变化归因于这样的事实，使用或将要使用的目标非常不同。在很脏的目标中，网更粗，例如，厚度0.2-0.5毫米，孔0.1-2毫米，且波纹高度高，例如2-10毫米，而在干净的目标中，网更密，例如厚度0.05-0.2毫米，孔0.05-0.1毫米，且波纹高度低，例如0.5-2毫米。根据本发明的一个目的，使用由很细的细丝制成的网和/或对波形网使用大网眼以及对直网使用很密的网是可能的，由此，以很大的波纹倾角度(40-80度)卷绕该网是可能的。代替或与该网一起，使用上述金属或陶瓷纤维垫/板、薄膜或穿孔薄片也是可行的，由它们制成等效结构，并且它们部分地允许流体穿过。另外，图2和3所示的结构可具有附加或替代的流动屏障、节流/扩展形状/元件、闭端和叶片，其仍然改善传质和收集效率并且建立开放式颗粒分离器结构。

点火元件具有的功能是产生局部附加热量、能量或脉冲，其启动OPS上收集的颗粒的燃烧。颗粒主要由碳和碳氢化合物组成，其有潜力由这种附加能量或火花点燃。当温度升至超过150-300℃时碳氢化合物能够局部点火，并且当本地温度升至超过400-600℃时，根据烟灰结构和对碳氧化的可能的催化效应，碳能够局部点火。同时，高NO₂浓度也可以增强此点火。因此目标不是使整个分离器升温而是仅点火燃烧，同时用以再生整个分离器的能量在原地通过被点火的碳的燃烧产生，不是由外部热量。

根据本发明的一个目的，点火元件(IE)是点火电热塞、点火器和/或火花发生器。点火元件典型地是电热塞、点火器、燃烧器、初级点火、引燃器、其它火花源或电阻，其功率可显著低于加热过滤器整体或区段的已知外部加热元件。点火元件的数量可以是一个或多个平行的和/或串行的，取决于再生策略。用于点火元件的动力来源于能量源(ES)，其释放电力或燃料。在移动式应用中，该能量源通常是电池和/或燃料。电池能够释放用于点火元件的所需电力，其不需要加热全部废气而仅仅是局部加热一会儿。许多基于电的已知再生方法的瓶颈是电池的功率。在本发明中已经解决了这个问题，因为，用于颗粒再生的主要能量是由碳和/或碳氢化合物在开放式颗粒分离器上或该装置中的燃烧产生的，不是来自该外部能量源。

有利地，在点火元件的直接邻近处还安置颗粒收集单元(PCU)，其具有的作用是增加点火元件附近的颗粒的收集，当点火将最好地开始并且燃烧材料优选积聚在OPS的前方/入口部分上时。因为OPS不是封闭式过滤器，颗粒不会自然地在其入口部分上或表面上。颗粒收集单元能够促进OPS的再生和点火，例如在当OPS的装载程度还不是很高时的情况下。通过利用该收集单元，把点火元件安装到OPS的入口处并且再生的热量不会影响点火元件本身是可能的，如果点火元件安装在颗粒燃烧带的中间的位置的下游更远的地方其将更受影响。这是一种保护点火元件不受热应力的方法。

颗粒收集单元(PCU)的材料可以是无机的(二氧化硅、氧化铝或它们的混合物或相应的材料)或以其经得起该使用条件的方式选择的有机纤维。金属的PCU在一些实施例中是有利的，因为其是机械坚固的并且比陶瓷结构更好地传导热量。颗粒收集单元PCU例如是金属的或陶瓷的纤维垫或层，其在流动方向上在点火元件的后面。有利地，该单元整体或部分地在OPS的内部。PCU也可以是在OPS直接前方的独立单元(图4)。PCU也可具有支撑罩或盖，其机械地保护PCU并且防止由废气带来的过度冷却效果。相同的颗粒收集材料也可以应用在不同于点火元件附近的其它位置，为了增强颗粒收集和平衡OPS上的压降的目的。颗粒的局部收集效率明显高于存在PCU材料的位置(例如，OPS内部)。取决于PCU材料的总量，这可对整个OPS的PM效率有小的或极大的影响，这也可被用于改进OPS。如果PCU没有覆盖OPS的整个表面，就存在流动分布不均的风险。装与沿流动方向的独立径向区段中大约相同的量的PCU材料，不同径向位置上的压降将相同，并且将不会发生颗粒的不均匀积聚(图5)。

PCU的功能还在于将含碳颗粒带至彼此足够接近，以这种方式，即燃烧带将在PCU中传播。如果PCU由纤维或丝网制成，PCU材料的丝之间的距离本质上小于OPS中的通道壁之间的距离。根据本发明的一个目的，在所述颗粒收集单元PCU中，PCU中的纤维/丝的厚度在1-1000微米之间，有利地在5-100微米之间，其尺寸本质上不同于OPS滤网的丝直径(大约1/10或更小)。使用的纤维越细，纤维表面积就越大，并且更细的纤维每纤维重量比更粗的纤维能够更多和更有效地收集颗粒。太细的纤维引起对机械强度的限制因素，并且，太细的纤维具有对健康的负面影响。通道壁之间使用细纤维垫将以与OPS组合的低数量的附加材料得到高PM效率。

根据本发明的一个目的，颗粒收集单元(PCU)的空隙率(孔隙率)在50-99.9％之间，有利地在85-98％之间。根据本发明的一个目的，OPS/CU之比(w/w)在2-1000之间，有利地在5-100之间，例如在10-50之间。这明显不同于壁流式过滤器壁的特性(40-50％)，该壁是相应的过滤层。典型地在此净化装置中，OPS与CU构件之间的重量比在2-1000之间，更典型地在5-100之间。因此OPS形成主要重量，并且该附加元件将不会从本质上增大尺寸或重量。OPS入口中的细纤维垫将不会增加例如由金属滤网制成的OPS的重量。使用低空隙率和相对量的另一个原因是为了保持该净化装置中的压降和堵塞趋势低。如果PCU太密了，其将太快被堵塞并且大部分颗粒在PCU的外表面上。

使用更厚的(直径类似于OPS丝)丝网垫作为PCU也是可能的，不过那层的空隙率就同样有利地限制在85-98％之间，并且，PCU位于OPS通道的内部。这导致如下结构，其中丝网基础/垫全部或部分地填充了OPS中的空通道。OPS与PCU的丝之间的另一不同是丝的定向：OPS包含的丝布置到板上(丝成直线，2D板)，但是，PCU包含作为网基础的丝具有在OPS通道之间的3D结构。从机械性能上看，像PCU那种更厚的丝网比纤维PCU方案好。

PCU还可以是全过滤器或它的一部分，尽管它收集含碳颗粒，这些颗粒可由IE点燃。IE可在蜂窝状壁流式过滤器的堵塞端内部被调整，并且围绕的另一结构是OPS。PCU可被集成到IE中并且可在在IE维护期间被安装和改变。如果IE是例如电热塞，那么积聚在PCU中的灰分可在维护时被去除。压力和温度传感器也可被集成到IE中，通过现代技术这是可能的。这是获得关于IE的运行和点火条件直接信息的方式。

当波形结构是金属滤网且另一者是边缘配有IE的纤维垫时，PCU还可形成OPS的通道壁中的一个、另一个或多个。

一种应用是这种设计，其中PCU位于净化催化剂的前方或内部，这种应用不同于基础定义(图6)。然后IE点燃HC或其它燃烧化合物，其自然地在废液中，或者在点火时刻期间被有意加入，在流入净化催化剂之前。此设计使得能够在任何条件下点燃富HC废气中的HC，否则如果起燃太慢，例如低温(<200℃)、小净化催化剂，由于高硫燃料，不可能使用太有活性的净化催化剂。这个设计中的点火元件因此可能有利地与高S燃料可能连同燃料喷射和温升以及发动机管理一起被使用。

PCU在OPS滤网之间的可能位置在图7中示出。OPS结构包括带角度的波形滤网，其将PCU(例如纤维垫)锁定在通道之间。因此，OPS结构还将纤维锁定在小空间中，在该空间中，流体不能像厚的松散垫那样容易地打破纤维垫。重要的是到观察经过该结构的流动方向。存在具有金属网和纤维(深层过滤器)的某些结构，但它们使该流体被迫完全穿过该结构。在本发明中，流体在滤网之间的开放通道中流动，其中PCU可位于选定部件中。流体可能被部分地压在OPS的表面上并且借助传质和压降力穿过OPS，但是，它仍然保留穿过PD的该开放通道。一种保留一部分通道没有PCU的简易方法如图7C所示。此设计显著地提高颗粒收集能力，但是仍然保留一部分通道开放，这有助于在所有条件下保持PD开放。当每个第二通道没有填充PCU(纤维)时，这些通道中的流量更高，这也促进了传质并且推动流体和颗粒经过滤网到纤维垫。PCU在OPS内部的分布也可被集中在更宽的区域上，像图4和5中所示。

OPS的网通过焊接、钎焊或挤过网的金属钉或销来实现固定。IE可被集成到这些机械安装元件中(例如，具有用于IE的选项的钉/销)。

根据本发明的一个目的，所述颗粒收集单元(PCU)涂覆有对CO、HC、NO和颗粒氧化和/或NO_x还原起作用的催化涂层。根据本发明的一个目的，所述净化装置(PD)的前方安装有净化催化剂(CAT)，用于催化一氧化碳、碳氢化合物、NO到NO₂的氧化和/或用任何还原剂对NO_x的还原。根据本发明的一个目的，OPS可涂覆有多孔支撑材料，其用作氧化CO、碳氢化合物、NO、氢、氨或碳的活性化合物的基础。碳氢化合物还可以包括包含氧、氮或卤素的官能团。根据本发明的一个目的，所述开放式颗粒分离器(OPS)涂覆有对CO、HC、NO和颗粒氧化和/或NO_x还原起作用的催化涂层。根据本发明的一个目的，该涂层制造成网孔在至少一个网/滤网中保持至少部分地开放。有利地，在一些实施例中，网中的孔基本上是开放的(OPS中30-99.9％的孔)，有利地是70-99％。这提供的优势在于，在开放通道中，流体能够在每个点流过网，由此，颗粒以高过滤效率保留在网的表面。流体被通道之间的压差驱使变到另一个通道，这提供了向网表面上的催化剂表面的高效传质。根据本发明的一个目的的一种组件没有一点涂层，由此，它仅仅工作为开放式颗粒分离器和消声器。更进一步或替代地，催化剂可催化用碳氢化合物或氨进行的NO_x的还原、吸附氮氧化物(富条件下还原)或氧化氨。典型地，催化剂包括支撑材料中的铝、硅、二氧化钛和/或沸石。涂层的厚度在1-500微米之间，有利地在5-40微米之间。涂层的面积由所使用的材料决定，并且在1-700m²/g之间，通常在 20-300m²/g之间。可使用各种泥浆、溶胶和/或溶液通过浸渍、泵送、吸入和/或喷射方法将涂层加到OPS装置上。OPS的网可以在松开其对时通过喷射而开放地被涂覆，并且，随后卷起网和OPS结构。因此，确保网的眼保持开放是可能的。涂层还可以全部或部分地利用挥发性原材料(CVD、ALE技术)制造。

根据本发明的一个目的，网状结构的至少一部分涂覆有支撑材料，其中增加了催化活性化合物。

根据本发明的一个目的，OPS中的催化活性化合物包括铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铱和/或钌以催化排气和废气的氧化和/或还原反应。活性组分可通过浸渍(干、湿或化学吸附)或在涂层泥浆、溶液或溶胶之中被加到涂覆催化剂的结构中。活性组分可以在涂覆之前预匹配在材料颗粒中。涂覆和/或吸附采用水或其它溶剂或通常为液相的它们的混合物。

OPS中可以有活性金属(例如贵金属)为0.01-10g/dm³，有利地为0.1-3g/dm³。如果流动方向上依次有多个结构，那么第一个可包括活性金属，有利地是0.8-3g/dm³，而后面的是0-0.8g/dm³。其目的是在流向方向上在入口侧增加更多的相同结构例如Pt，这里可能形成更多的NO₂。在出口侧，Pt不能像用于被动再生那样多地催化NO的氧化，由此负载更低。在出口侧，还可以有其它活性组分例如Pd，其对HC氧化是活性的而对NO氧化则不是。这个结构和所描述的负载分布可与上游的净化(氧化)催化剂一起使用。

活性组分根据用途而被选择。含铂的催化剂涂层能够增进NO₂的形成，这促进了颗粒的燃烧和装置的再生，例如在柴油目标中。降低NO₂的形成是其中再生是全部主动地进行的(燃料喷射和/或发动机节流)以及当希望最小化NO₂排放时的目标中的目的。Pt的存在不是自动地催化高的NO₂形成，例如如果钒与Pt被增加到催化剂上，NO₂的形成将很低。当催化剂涂层的目的是催化CO和HC的氧化并且在工作或再生条件下的温度是高的时，Pd可被采用作为活性组分。

作为助催化剂在支撑材料中可被使用的是例如钒(V)、钨(W)、铁(Fe)、锆(Zr)、铈(Ce)、镧(La)、锰(Mn)、钴(Co)、钡(Ba)、锶(Sr)和/或镍(Ni)。支撑材料还可以主要包括这些助催化剂的化合物。在涂层中，增加典型的NO_x吸附化合物例如通过浸渍是可行的，由此，氮氧化物能够在稀混合物中被吸附并且在浓混合物中还原。

在本发明的PCU中，使用与OPS上的类似的涂层或者最佳的作为溶胶增加的涂层是可能的，其用薄涂层涂覆PCU的纤维和孔，不会堵塞开放空间，该堵塞会增大该位置的压降。溶胶意味着一种液体，其中分散了小颗粒，颗粒的平均直径在5-1000纳米的范围内，有利地在15-100纳米之间，这种颗粒大小允许均匀地涂覆即使是最小的孔和细纤维。溶胶中的颗粒可以是例如Al、Si、Ti、Zr、Ce、Mn、V、Cr、Co、Sr、La、Y和/或Pr化合物(氧化物)。涂层的量典型地是PCU重量的0.1-30％，并且活性组分典型地是像Pt、Pd、Rh这样的贵金属或它们的混合物。否则，相同的助催化剂、活性金属装载/添加方法和处理可被用于本申请的其它催化涂层。特别地，在PCU中使用促进烟灰氧化的化合物(V、Cr、Mn、Co、Sr)和保护PCU抵抗热应力的热稳定氧化物(La、Y、Zr)是可能的。本发明的一种应用是这种设计，其中PCU涂覆有溶胶基的涂层(小的颗粒尺寸)并且OPS涂覆有通常的催化剂泥浆，其中，也能够出现更大的颗粒(>>100微米)。薄滤网/垫的泥浆涂层留下了在OPS中开放的眼。但是，具有大颗粒的涂层泥浆堵塞了例如纤维或多孔PCU材料，或者，涂层被过滤在PCU材料的顶部上，这不是想要的产品。通常的催化剂涂层(氧化催化剂)在OPS上的使用结果产生了机械坚固的涂层，其留下了开放的网眼。因此，OPS和PCU上的涂层的变化结果产生了这两个催化单元上的最佳涂层。

本发明的一个任选项是涂层策略，其中PCU涂覆有热稳定涂层(催化剂)，并且OPS涂覆有对烟灰氧化直接或间接地(通过NO₂反应)起作用的催化剂。然后，颗粒在PCU上比在OPS上更好地保持不反应，这确保了IE附近的含碳材料燃烧的出现，其使得点火更容易。

在本发明的净化催化剂(7)中，使用像OPS上的类似的涂层组分是可能的。该净化催化剂在特性上以下列方式不同于典型的OPS：典型的涂层量较高例如约50-500g/L并且活性化合物的量也较高，典型地为1-5g/L。衬底是陶瓷或金属的，其单元密度在1-2000cpsi(单元每平方英寸)之间，有利地在50-600cpsi之间。该衬底结构可以是传统的，具有相比于用于OPS 的结构而言可忽略的过滤性质，或者，它也可以具有限定用于OPS的某些结构。运行目标是有效地氧化CO、HC和NO为水、CO₂和NO₂，这可以就地或在OPS上被应用。典型地，该催化剂也在NO_x还原中起作用，该性质是在一般的柴油机应用中除了PM去除之外所需要的。

关于用于净化催化剂(CAT)和OPS/PCU的不同涂层的一个例子是这样一种情形，其中OPS/PCU涂覆有优选对颗粒/碳氧化起作用的催化剂涂层，并且净化催化剂优选具有对CO、HC和NO的氧化以及通过任何已知还原剂对NO_x的还原起作用的涂层。如果OPS/PCU包含Pt和例如V作为助催化剂，它对NO和SO₂具有可忽略的氧化作用，这与含Pt的氧化催化剂相反。在这种情形中，大量NO₂是形成CAT中而不是在OPS/PCU中。

根据本发明涂覆有催化剂的OPS、PCU和/或净化催化剂可以在制造期间在静态或动态条件下用氧化和/或还原气体混合物进行处理，该气体混合物可包括空气、氧、氢、一氧化碳、氨、排气、碳氢化合物、水或惰性气体。利用这个处理，通过采用合适的原材料、颗粒大小和最终条件，也可能在涂覆化合物之间形成多种混合氧化物。

根据本发明的装置因此能够净化废气特别是与颗粒有关的。通过在OPS中使用足够密的网、低的波纹高度和多层的网或等效结构，也提供了良好的颗粒分离效率。该装置包括一种用于柴油目标(除了别的之外)的新颖的开放式颗粒分离器结构，在条件不适于被动的碳氧化时，其中积聚的颗粒除了被动再生之外利用周期性点火而被再生。该装置特别好地适合于非常低温度的废气的净化，其中再生不能以被动方式被保证。然而，在OPS的再生中，尽可能地使用被动方法以优化燃料经济性。该装置或它的构件也可以替换用于隔音的标准元件。最好是，这些单元能够位于相同的原始减音器/消声器中。

积聚在OPS中的颗粒因此被动地再生和/或使用IE启动主动再生。在含有过量氧的排气中，在OPS前面可安装净化催化剂(例如DOC)，其氧化CO、HC和NO。形成的NO₂慢慢地氧化碳基颗粒。根据本发明，DOC可位于OPS的同一容器中或在OPS的前面被分开。DOC还可以在入口或出口管内。催化剂的温度还可以通过燃烧碳氢化合物或通过利用其它放热(热形成)反应从外部升高。附加热量通过在排气之中供给燃料和/或通过发动机中的后喷射被提供。同时，有可能降低燃烧空气的体积(通过降低A/F比)。通过电加热、燃烧器和/或等离子和/或一些加热结构和/或烟灰的其它方法来提供用于催化剂结构再生的附加热量也是可行的。因此，根据例如应用、使用条件和燃料以多种方式来组合本发明描述的基于点火的方法和单纯的主动再生是可能的。

可以用静电法促进颗粒的积聚，通过使用网对作为带电收集网和通过将这些网从其它结构及彼此绝缘。对于颗粒的再生，还可能使用增进烟灰(FBC＝带有燃料的催化剂)的燃烧的添加剂，其包括例如Fe、Sr和/或Ce基化合物。

本发明的装置的再生控制使用定时进行，其中低能量点火例如以0.1-900秒，有利地以2-300秒的持续时间按时地被启动，其间隔通常是约0.2-100小时，有利地是1-10小时。这个定时由积聚的颗粒的量决定。制造点火的适当时刻是在含碳颗粒的量为例如约2-20g/dm³，有利地约4-10g/dm³时，当它是适合燃烧的碳量以加热OPS升至再生状态时。所需的加热量对应于能量，其足以加热OPS升到500-600℃，其足够用于热PM氧化并且能够得到催化剂的帮助；→更低的PM氧化温度；存在于OPS上或者被加入排气中。因此，颗粒收集达到负载量是必须的，该负载量足以加热和保持燃烧足够长的时间使得OPS被完全或部分地再生。因为OPS在无此点火的情况下通常主要是慢慢地被动再生，此定时由最差情况限定以确保在所有条件下的再生。如果使用普通的主动方法代替此点火，能量消耗将明显更高，这有损车辆或装置的能量经济性。

当电热塞用作IE时，塞的点火被保持在例如所提及的10-500秒，连续地或者通过开/关循环。目标是点燃附近的燃烧材料和/或升高附近的温度到足以使碳和/或碳氢化合物开始燃烧的高值。在功率接通状态下，塞子(IE)的功率可以是约10-2000瓦，有利地是50-100瓦。当然，取决于与本发明的例子相比较的设计，功率可由装置中单元的大小而按比例放大或缩小。例如，如果车辆具有12伏的蓄电池，并且使用15安的塞子，那么额定功率是180瓦。也有可能改变此设计，其方式是低功率IE用于更长的时间而高功率IE用于片刻。PCU中的碳组分将由来自塞子(IE)的附加能量或火花而点燃。塞子附近的温度非常高(>>600℃)，以便即使在瞬间火花时点燃燃烧材料，但长期的点火在更宽的周围环境是暖的时给出更高概率以点火。如果周围环境更热，点火传播地更好。塞子(IE)的顶部可接触OPS的网或者它可以朝向OPS的开放通道，该处也是OPS网之间的PCU材料(例如纤维棉或网)。如果没有使用PCU，热量特别是在金属板/网/薄片中快速地传播，并且含碳颗粒点燃且燃烧带进一步向另一端前进。如果使用高导热性的金属板作为另一对OPS并且绝热型纤维垫作为OPS的另一壁，IE可连接到任一者。在绝热体上，IE产生高温的点，烟灰在该处点燃。在导热金属表面上，热量传播得更宽。当燃烧带将逆着流动方向前进时，IE还可位于OPS的中间或端部。这是可能的并且装置可具有一个或多个IE以确保OPS的端部部分的再生。当流动停止时，点火可同样地从OPS的后部开始，如同从OPS的前部开始一样。当从后部启动时，较之从前部开始，OPS上的热应力更低但IE和PCU的热应力更高。

点火的启动可集中在这些时刻，当排气或流体自然地足够暖(排气高于300℃)但是排气的气流正减弱时。这是例如当其首先以约100公里/小时的速度在公路上被驾驶并且然后速度被降低(脚从油门离开)时的一种情形。于是OPS是暖的并且点燃存在的烟灰是相当容易的，并且由于速度降低，很低的量的冷却排气从发动机出来。对于这种应用，再生策略可基于定时和已知的发动机映射建立。初级点火将因此被集中在当OPS包含足够的燃烧颗粒时的那些时刻。二次点火将被集中在一些其它驾驶条件，如果在限定的再生(时间)窗口期间初级的条件永远无法达到的话。如果系统没有压力传感器，点火就必须比全过滤器或有传感器的更经常，以确保在适当条件下点火，并且将防止颗粒过载。因为点火消耗的能量如此低，这将不会对能量经济性或电气设备造成重大损害。

与点火总是周期性地或由限定的发动机映射点启动的方式相反，这种点火可被改变其类型、功率和定时。短时间点火(例如100-200秒)可被周期性地进行，并且更少进行较长时间点火(例如500秒)，其也能够在边界条件下或者在再生另外趋向于持久不足时再生OPS。此外，IE的功率可被改变或者该装置可具有在不同的位置中功率或类型变化的IE。进行这些控制动作以在使用相同功率的情况下最优化再生。

多个点火元件的点火可被定时为发生在相同或不同的时间。如果许多 IE同时点燃，它给出的可能性是更广泛地加热OPS/PCU的表面，并且燃烧带可能广泛地传播但也导致更高的能量消耗峰值。定时可以处在不同的时刻，当燃烧带也可能传播到其它IE的附近但能量消耗峰值更低时。

一种装置可以设计成具有顺次的两个或多个OPS单元，该系统不能应用于全过滤器(图8)。通过以不同于表层过滤器的基于相同的颗粒分离机构的多个单元来轴向地增加整个OPS系统的长度，OPS的过滤能力能够增大。此类型的解决方案中，在第一OPS单元之后并且在第二OPS单元之前和/或之后安装点火元件也是可能的。因此，每个单元中的颗粒可被独立地点燃。PCU可通过较早所示的相同的原理加入每个单元中。

本发明所描述的装置被设计成用于这些条件，其中长时间单独地存在低温并且OPS的被动再生不够。具有正确设计的OPS将不会被堵塞，即使没有点火元件，但是，积聚能力下降并且更多的颗粒可能通过。这是一种例如车辆在持续的城市驾驶中或者具有低速的其它驾驶中的状态。通过使用IE，再生可被周期性地启动，即使速度和/或负荷是持续低的。

OPS或全过滤器的被动再生需要在位于过滤器前部的氧化催化剂上或过滤器自身上的相当高的Pt负载。当再生可通过IE的使用被确保时，昂贵的Pt的量可显著降低。当前的被动再生系统中Pt的主要部分被需要以在200-300℃之间增大NO₂浓度。通过使用明显低的Pt负载，当IE确保使用条件下的再生时OPS可在300℃以上进行被动再生。这也导致更低的NO₂排放，并且，更少的氧化催化剂(净化催化剂)产生更低的压降，其对燃料经济性有积极的作用。本发明的目标是将被动方法的优势和在(OPS的)颗粒再生中有或没有PCU的IE的使用相结合。当被动再生总是在可行时工作时，它保持压降为低的并且将不消耗任何外部能量。附加的IE稍微消耗能量，但是，明显少于其中流体被整体加热的其它主动再生。点火的使用确保了OPS和PCU在所有条件下被净化。

即使OPS或局部过滤器不像全过滤器和尤其用于S燃料(fuel-S)(要求<10ppm)的CRT系统那样灵敏，但如果S燃料尽可能低时其是有帮助的。这还不是在每个应用中可行的。IE的使用引起再生，其中氧化催化剂的效率可被降低(更低的Pt负载)，同时硫酸盐的形成也下降。本发明的装置因此使用具有更高的硫浓度的燃料比已知技术更好地运行。该控制策略需要由驾驶和使用条件以及燃料来设计。一种应用是其中再生仅仅基于IE的使用并且被动再生是不可行或不需要的装置。

对全过滤器的控制已经是基于压力和过滤器前后的可选的温度传感器。通过组合对发动机映射值的压降响应，已经有可能在最容易、可行和最具燃料经济性的时刻启动主动再生。当然有可能将这些方法用于局部过滤器和本发明的装置。局部过滤器和OPS上的压降引起显著低的压降，即使是有高负载，这导致的问题是压力传感器的精确性将成为限制因素。如果这些传感器不能检测压降的小增加，那么OPS可能收集太多颗粒，此时，接下来颗粒的点火和热燃烧可以产生过高的温度峰值(>1000℃)，这对OPS及其涂层有害。因此，有利的是，通过预先设计的策略控制点火定时，并且不需要任何额外的传感器。还可能的是，系统包括压力和温度传感器，即使控制不是基于它们的。这些传感器可被应用在本发明的系统用于OBD目的，以检测例如何时装置和OPS堵塞或过热和需要维护。

基于本发明，显而易见的是，也建立和利用本发明限定的OPS以用于无IE和/或PCU的类似应用(图9)。还可行的是，使用OPS和无IE的PCU的组合。基于此处提出的点火方法的再生策略也可被应用到任何全过滤器(表层或深层过滤器)或开放式局部过滤器。还可能的是，利用与对IE相同的再生方法用于NO_x吸附催化剂(稀NO_x捕集器，LNT)从硝酸盐和硫酸盐中的再生或氧化催化剂从毒物如硫中的再生。IE可被用于点燃被喷射用于还原和再生的燃料。IE和这些催化剂的使用加强了碳氢化合物的点火并且增强了再生。用于PD再生的富集和燃料喷射可在点火(利用点火元件)的同时进行。点火原理的使用使实现了较低温度下主动再生的使用。功能特性(去NO_x、颗粒去除、氧化反应)可被集成到相同的结构(净化催化剂、OPS和/或PCU)中。

在净化装置之前，还可能供给除碳氢化合物和已知燃料之外的其它氧化或还原化合物例如单纯或混合形式的氨、尿素、臭氧、过氧化氢、空气、氧和/或水。这些能够促进NO_x和/或颗粒的反应和净化器的维护，并且调整反应的化学计量。

在图10中示出，在点火时段期间，如何能够进行燃料或HC的后喷射。点火元件IE可在需要时周期性地被点燃。附加燃料在涡轮装置之后被喷射到排气2中。所述后喷射有利地在点火时段期间进行。此后喷射PIN可有利地通过增加通往常规燃料循环的独立的阀和管而从常规燃料循环中引导燃料来进行。有利的是，正好在涡轮之后供给该后喷射的燃料，因为那里的温度足够高，例如150至170℃，以汽化燃料。也可以使用单独的汽化装置。这在发动机被使用使得开放式颗粒分离器中的温度低例如120至130℃时尤其正确。然后，燃料有利地在流过排气管或流过独立的汽化装置时汽化。当燃料或HC脉冲到达点火元件时，它点火并且温度开始上升。在该应用中，在所述点火元件IE与开放式颗粒分离器OPS之间有开放腔室CHA。这改善了燃料的燃烧，也调整了排气的流体。已经发现，有利的是，使用燃料或HC的至少两次后喷射配量，有利地至少三次后喷射配量，持续时间是0.1至5秒，例如0.1至0.2秒、1.0至3.0秒和0.5至2.0秒。这个过程可例如如下：

-第0秒点火元件的点火

-第24秒第一次配量0.1秒

-第26秒第二次配量1.5至1.9秒

-第28秒第三次配量0.8至1.2秒

-第30秒停止点火。

开放式颗粒分离器OPS中的温度被发现随着这个过程升高到500至600℃，并且实际上全部烟灰都被燃烧。

例1

关于不同种类的结构的例子在图中示出。作为一个例子，此处描述了原型的特性。金属的(半)可渗透滤网(丝径为110微米，孔径约0.2毫米)(由MESH87形成的滤网)以34度的波纹倾角被弄成波形以形成倾斜的波纹，结构由图8所示。这个结构在倾斜的波形滤网之间还有平滤网，这增大了收集效率并且相比于无这些附加平滤网的设计使开放通道变窄。该波纹用设齿的轮子被制成，对应于330cpsi(波纹高度约1.3毫米)的单元密度。滤网涂覆有泥浆涂层，该泥浆涂层也包括较大的催化剂原料颗粒(氧化铝和沸石和混合的ZrCe氧化物，(d₅₀>1微米)连同小的(d₅₀<<1微米)Ti和Al溶胶颗粒，10g/m²的GSA，0.07g/dm³的Pt)。倾斜滤网卷成OPS，其方式是波纹的顶部支撑着下一波形滤网(关于主流动方向的角度是+34 和-34度)。二氧化硅纤维(d₅₀～9微米)垫(PCU)加在这些金属滤网之间从OPS入口开始的前30毫米。滤网之间的径向全部空间被填充。那个纤维层中的空隙率为约96-97％。纤维被涂覆含Pt的溶胶涂层，该涂层包含小颗粒(<100纳米)的氧化铝和二氧化钛，其不堵塞纤维之间的空间并均匀地涂覆纤维垫，该性质对过滤和再生有利。纤维层(PCU)中的涂层的量以干基为约纤维层中的2.5g，且Pt负载约为1.2g(3.9g/dm³)。因此，纤维状PCU单元上的Pt负载高于整个OPS上的。OPS的长度是180毫米，直径是115毫米。PCU层加在OPS结构内部不会改变无纤维垫的OPS的总体积。四个电热塞(每个110瓦)几何对称的方式被安装为接触OPS和PCU的正面。用定时控制点火，而不使用任何压降或温度传感器。通用的点火间隔是几小时(例如两小时)，并且每次点火进行约2分钟。在第一实验中，每个塞子(IE)的点火同时进行。点火能够启动PM的燃烧，并且PCU和OPS都被再生。重要的是，在烟灰负载低于10-20g/L的阶段开始再生以避免过热。

除了该基础例子之外，PCU材料的填充量是变化的(完全填充OPS通道、根本无PCU、PCU上没有涂层)。具有Pt的溶胶涂层也都应用于OPS和PCU。塞子的数目和再生时段及间隔按照本文前面所告知的原理也是变化的。图8中的结构也可以在波形滤网之间没有平的(半)可渗透滤网的情况下被制备。

无点火元件的装置可被使用在如这样的应用中，其中温度足够高以进行被动再生，和/或该设计不需要点火，和/或主动再生正在使用中(图9)。PCU的使用增强了颗粒效率，而不会不必要地增大系统的体积或重量。金属PCU在一些实施例中是有利的，因为它是机械坚固的并且比陶瓷结构导热更好。

Claims

1.一种净化装置（PD），用于从排气和废气中去除杂质例如含碳颗粒和碳氢化合物，其特征在于，所述净化装置（PD）包括至少一个开放式颗粒分离器（OPS），其包括可渗透/半渗透的板/垫/薄片并且具有开放的通道（CHA）以用于带有杂质的气体在所述板/垫/薄片之间流动，并且所述净化装置（PD）另外包括在流动方向上在所述开放式颗粒分离器（OPS）之前的至少一个点火元件（IE）以用于周期性地点燃被收集的和流动的气体杂质，并且，在所述点火元件（IE）与开放式颗粒分离器（OPS）之间有至少一个开放的通道或腔室（CHA）。

2.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述净化装置（PD）包括两个或多个开放式颗粒分离器（OPS），它们包括可渗透/半渗透的板/垫并且具有在所述板/垫/薄片之间的开放的通道（CHA）。

3.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述净化装置（PD）包括两个或多个点火元件（IE）以用于（周期性地）点燃被收集的和流动的气体杂质。

4.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述开放式颗粒分离器（OPS）涂覆有对CO、HC、NO和颗粒的氧化和/或NO_x的还原起作用的催化涂层。

5.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，有至少一个后喷射器（PIN)用于喷射燃料或HC到排气或废气（2）中以用于利用所述点火元件（IE）进行燃烧。

6.如权利要求5所述的净化装置（PD），其特征在于，在所述后喷射器（PIN）之后有至少一个独立的汽化装置以用于汽化所喷射的燃料或HC。

7.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，有至少一个燃料循环装置用于从发动机的通常的燃料/HC循环装置中喷射燃料或HC到排气（2）中。

8.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述开放式颗粒分离器（OPS）包括可渗透/半渗透的波形的板/垫/薄片，其形成带有开放的通道（CHA）的开放式颗粒分离器（OPS）结构，开放的通道具有波纹高度在0.2-200毫米之间。

9.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述开放式颗粒分离器（OPS）包括可渗透/半渗透的金属丝网/板/垫，其具有丝径在0.01-5毫米之间，或金属丝板中的孔的表观直径在0.02-10毫米之间。

10.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述开放式颗粒分离器（OPS）包括可渗透/半渗透的陶瓷纤维板/垫。

11.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述开放式颗粒分离器（OPS）包括可渗透/半渗透的金属纤维板/垫。

12.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述可渗透/半渗透的板/垫是波形的，其形成带有通道的开放式颗粒分离器（OPS）结构，具有关于任一方向的主流的波纹倾角在1-89度之间。

13.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，点火元件（IE）是点火电热塞、点火器和/或火花发生器。

14.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，有至少一个金属的或陶瓷的颗粒收集单元（PCU）位于所述点火元件（IE）附近，用于收集所述点火元件（IE）附近的含碳颗粒和/或碳氢化合物从而增强杂质的点火和燃烧。

15.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，至少一个点火元件（IE）至少部分地位于所述颗粒收集单元（PCU）中或者接触所述颗粒收集单元（PCU）。

16.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，所述颗粒收集单元（PCU）包括纤维或/和丝网，具有丝/纤维直径在1-1000微米之间。

17.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，所述颗粒收集单元（PCU）包括纤维或/和丝网，具有相比于开放式颗粒分离器（OPS）的丝径的1至20%的丝径。

18.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，颗粒收集单元（PCU）的空隙率（孔隙率）在50-99.9%之间。

19.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，开放式颗粒分离器/颗粒收集单元之比（w/w）在2-1000之间。

20.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，所述颗粒收集单元（PCU）位于开放式颗粒分离器（OPS）的通道的内部，有利地在按照流动方向的开放式颗粒分离器（OPS）的前部。

21.如权利要求14所述的净化装置（PD），其特征在于，所述颗粒收集单元（PCU）涂覆有对CO、HC、NO和颗粒的氧化或NO_x的还原起作用的催化涂层。

22.如权利要求1所述的净化装置（PD），其特征在于，所述净化设备（PD）的前部安装有净化催化剂（CAT），用于催化一氧化碳、碳氢化合物、NO到NO₂的氧化和/或NO_x用任何还原剂的还原。