[发明专利]经涂覆的壁流式过滤器

说明书

本发明涉及一种经催化涂覆的壁流式过滤器、其制备方法以及其用于减少内燃机的有害废气的用途。

本发明涉及一种经催化涂覆的壁流式过滤器、其制备方法以及其用于减少内燃机的有害废气的用途。

机动车辆中内燃机的废气通常含有有害气体一氧化碳(CO)和烃类(HC)、氮氧化物(NO_x)和可能的硫氧化物(SO_x)，以及主要由固体含碳粒子和可能附着的有机附聚物组成的微粒。这些被称为主要排放物。CO、HC和微粒是发动机燃烧室内的燃料不完全燃烧的产物。当燃烧温度超过1200℃时，进气中的氮和氧在气缸中形成氮氧化物。硫氧化物是有机硫化合物燃烧引起的，有机硫化合物中的少量始终存在于非合成燃料中。为了在未来符合适用于欧洲、中国、北美和印度的机动车辆的法定废气排放限制，需要从废气中大量去除所述有害物质。为了去除机动车辆废气中这些对健康和环境有害的排放物，已经开发了多种用于净化废气的催化技术，其基本原理通常基于引导需要净化的废气通过其上施加有催化活性涂层的流通式或壁流式蜂窝体。催化转化器促进不同废气组分的化学反应，同时形成无害产物，诸如二氧化碳、水和氮气。

刚才所述的流通式或壁流式蜂窝体也被称为催化剂支撑体、载体或基材整料，因为它们在其表面上或在形成该表面的壁中携带催化活性涂层。催化活性涂层通常在所谓的涂覆操作中以悬浮液的形式被施用到催化剂支撑体上。许多此类方法在过去已由机动车废气催化转化器制造商公布(EP1064094B1、EP2521618B1、WO10015573A2、EP1136462B1、US6478874B1、US4609563A、WO9947260A1、JP5378659B2、EP2415522A1、JP2014205108A2)。

内燃机的操作模式对于在每种情况下催化转化器中有害物质转化的相应可能方法至关重要。通常使用过量空气操作柴油发动机，大多数火花点火发动机则使用进气和燃料的化学计量混合物。化学计量表示平均正好有与完全燃烧所需的量一样多的空气可用于气缸中存在的燃料的燃烧。燃烧空气比λ(A/F比率；空气/燃料比率)设定了实际上可用于燃烧的空气质量m_L，实际与化学计量空气质量m_{L，化学计量}的关系：

如果λ1(例如，为0.9)，则表示“空气不足”并且论及富含废气混合物；λ1(例如，为1.1)表示“过量空气”并且废气混合物被称为稀燃。表述λ＝1.1表示存在比化学计量反应所需的多10％的空气。

当本文提及稀燃机动车辆发动机时，从而主要参考柴油发动机并且主要平均地稀燃火花点火发动机。后者是主要平均地以稀燃A/F比率(空气/燃料比率)操作的汽油发动机。相比之下，大多数汽油发动机使用平均化学计量燃烧混合物来操作。在这方面，表达“平均”将以下事实纳入考虑，即现代汽油发动机不是静态地以固定的空气/燃料比率(A/F比率；λ值)操作。相反，情况是具有λ＝1.0左右的空气比率λ的不连续过程的混合物由发动机控制系统预先确定，从而导致氧化和还原废气条件发生周期性变化。空气比率λ的这种变化对于废气净化结果十分重要。为此，将废气的λ值调节为具有很短的循环时间(约0.5Hz至5Hz)，并且在λ值＝1.0左右具有0.005≤Δλ≤0.07的振幅Δλ。平均而言，在此类操作状态下的废气因此应被描述为“平均”化学计量的。为了不使这些偏差在废气流过三元催化转化器时对废气净化结果产生负面影响，三元催化转化器中包含的储氧材料通过从废气中吸收氧气或根据需要将氧气释放到废气中来抵消这些偏差(催化空气污染控制，《商业技术》(Catalytic Air Pollution Control,Commercial Technology)，R.Heck等人，1995年，第90页)。然而，由于车辆中发动机的动态操作模式，有时也出现背离该状态的另外的偏差。例如，在极端加速下或在惯性滑行过程中，可以调节发动机的操作状态以及因此调节废气的操作状态，并且平均而言可以是次化学计量的或超化学计量的。然而，稀燃火花点火发动机具有主要(即，燃烧操作的持续时间的大部分)以平均而言稀薄的空气/燃料比率燃烧的废气。