[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，该微粒过滤器用于从用化学计量的空气‑燃料混合物操作的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物。两个涂层Y和Z位于多孔壁中，并且从壁流式过滤器的第一端部在微粒过滤器的整个长度L上存在。两者包含活性氧化铝、至少一种铈‑锆‑稀土金属混合氧化物和至少一种铂族金属。

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合从用化学计量的空气/燃料混合物操作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-燃料混合物操作的内燃机(即，以汽油或天然气为燃料的发动机)的废气在常规方法中借助于三元催化剂进行清洁。此类催化剂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。“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。

除了气态污染物之外，内燃机的废气还包含极细颗粒(PM)，其由燃料的不完全燃烧引起并基本上由烟尘组成。与柴油发动机的颗粒排放相反，化学计量操作的内燃机(诸如汽油发动机)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，并且其范围为2mg/km至4mg/km。

欧洲废气排放标准EU-6c与此类颗粒的极限值从颗粒质量极限值转化为更严格的颗粒数极限值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自身已经在清洁来自稀燃发动机(即具体地柴油发动机)的废气的领域中得到证明。这些壁流式过滤器为由多孔壁形成的大量平行通道来形成。该通道在过滤器的两个端部中的一端处交替地闭合，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闭合，该通道B在过滤器的第一侧处闭合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。

随后，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中(所谓的“壁中涂层”)是已知的。EP1657410A2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清洁用化学计量的空气/燃料混合物操作的内燃机的废气；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，多孔过滤器壁包含三元催化剂的催化剂材料，而三元催化剂的催化剂材料另外施加到过滤器壁的部分区域。

FR3020091A1公开了一种微粒过滤器，该微粒过滤器包括多孔壁中的涂层以及输入通道和输出通道的表面上的涂层。后者在过滤器长度的部分区域上且在废气进入的过滤器侧上的输入表面和输出表面上延伸。