[发明专利]催化活性微粒过滤器

说明书

本发明涉及一种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、烃类和氮氧化物的微粒过滤器，所述微粒过滤器包括具有长度L和涂层Z的壁流式过滤器，其中所述壁流式过滤器包括在所述壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行延伸且被多孔壁隔开的通道E和A，所述多孔壁形成表面O_E或O_A，并且其中所述通道E在所述第二端部处闭合并且所述通道A在所述第一端部处闭合，所述微粒过滤器的特征在于涂层Z位于所述多孔壁中并且从所述壁流式过滤器的所述第一端部延伸超过整个长度L，并且包含活性氧化铝、两种不同的铈/锆/稀土金属混合氧化物以及至少一种铂族金属。

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。

来自用化学计量的空气-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。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汽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”并且富含废气混合物；如果λ1(例如，为1.1)，则表示“过量空气”并且废气混合物被称为贫燃。表述λ＝1.1表示存在比化学计量反应所需的多10％的空气。

除了此类气态污染物之外，来自内燃机的废气还含有极细颗粒(PM)，所述极细颗粒由燃料的不完全燃烧产生且基本上由烟尘组成。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。典型的粒度在10nm至200nm的范围内。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-WLTP中)。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所形成的多个平行通道形成。该通道在过滤器的两个端部中的一端处交替地密封，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密封，该通道B在过滤器的第一侧处密封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 6571410 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。