[发明专利]催化活性微粒过滤器

说明书

本发明涉及一种微粒过滤器，该微粒过滤器包括长度为L的壁流式过滤器以及两个不同的催化活性涂层Y和Z，其中壁流式过滤器包括在壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行地延伸并且分别由形成表面OE和OA的多孔壁分开的通道E和通道A，并且通道E在第二端部处封闭并且通道A在第一端部处封闭。本发明的特征在于涂层Y位于表面OE上的通道E中，并且涂层Z位于表面OA上的通道A中。

本发明涉及一种催化活性微粒过滤器，该催化活性微粒过滤器特别适用于从用化学计量的空气-燃料混合物作为燃料的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物。

用化学计量的空气/燃料混合物作为燃料的内燃机(即汽油发动机)废气在常规方法中借助于三元催化转化器进行清洁。此类催化转化器能够同时将发动机的三种主要气态污染物(即，烃类、一氧化碳和氮氧化物)转化为无害的组分。

除了此类气态污染物之外，来自汽油发动机的废气还含有极细颗粒(PM)，其由燃料的不完全燃烧产生并基本上由烟尘组成。与柴油发动机的颗粒排放相反，化学计量操作的汽油发动机的废气中的颗粒非常小且具有小于1μm的平均粒度。典型的粒度范围为10nm至200nm。此外，所排放的颗粒量非常低，其范围为2mg/km至4mg/km。

欧洲废气排放标准EU-6c与此类微粒的极限值从微粒质量极限值转化为更严格的微粒数限制值6×10¹¹/km相关联(在全球统一轻型车辆测试循环中-WLTP)。这产生了对化学计量操作的内燃机的废气清洁概念的需求，其包括有效地操作用于去除颗粒的设备。

由陶瓷材料诸如碳化硅、钛酸铝和堇青石制成的壁流式过滤器已经在清洁来自贫燃发动机(即特别是柴油发动机)的废气的领域中得到证明。这些壁流式过滤器由多孔壁形成的大量平行通道形成。该通道在过滤器的两个端部中的一端处交替地封闭，使得形成通道A和通道B，该通道A在过滤器的第一侧处敞开并在过滤器的第二侧处封闭，该通道B在过滤器的第一侧处封闭并在过滤器的第二侧处敞开。例如，流入通道A的废气只能经由通道B离开过滤器，为此必须流动穿过通道A与通道B之间的多孔壁。当废气通过壁时，颗粒被保留并且废气被清洁。

以这种方式保留的颗粒必须被烧掉或被氧化，以防止过滤器堵塞或排气系统背压的无法接受的增加。为此，壁流式过滤器例如设置有催化活性涂层，该催化活性涂层降低烟尘的着火温度。

将此类涂层施加到通道之间的多孔壁(所谓的“壁上涂层”)或将它们引入多孔壁(所谓的“壁内涂层”)是已知的。EP 1 657 410 A2也已经描述了两种涂层类型的组合；也就是说，部分催化活性材料存在于多孔壁中，并且另一部分催化活性材料存在于多孔壁上。

使用壁流式过滤器从废气中去除颗粒的概念已经应用于从用化学计量的空气/燃料混合物操作的内燃机中清洁废气；参见，例如，EP 2042226 A2。根据其教导，壁流式过滤器包括两个层，该两个层中的一个层布置在另一个层上，其中一个层能够布置在多孔壁中而另一个层能够布置在多孔壁上。

DE 102011050788 A1追求类似的概念。在该文献中，多孔过滤壁含有三元催化转化器的催化剂材料，而三元催化转化器的催化剂材料另外施加到过滤器壁的部分区域。

描述设置有催化活性涂层的过滤器基底的其他文档是EP 3205388 A1、EP3207977 A1、EP 3207978 A1、EP 3207987 A1、EP 3207989 A1、EP 3207990 A1和EP3162428 A1。

仍然需要具有催化活性的微粒过滤器，其结合了微粒过滤器和三元催化转化器的功能，并且同时允许遵守将来应用的限制。