用于汽油发动机废气的颗粒过滤器的制作方法

用于汽油发动机废气的颗粒过滤器
1.描述
2.本发明涉及一种壁流式过滤器，其具体地用于由汽油发动机驱动的车辆的排气系统中。该过滤器具有改善的三元活性并从废气流中过滤由汽油燃烧产生的细颗粒。本发明还涉及一种用于生产对应过滤器的方法及其优选用途。
3.例如，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
)以及微粒，所述微粒主要包括烟尘残留物和可能附着的有机附聚物。这些被称为主要排放物。co、hc和微粒是燃料在发动机的燃烧室内不完全燃烧的产物。当燃烧温度局部超过1400℃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由流通式或壁流式蜂窝状体(壁流式过滤期)和施加于其上和/或其中的催化活性涂层组成的催化剂。催化剂促进各种废气组分的化学反应以形成无害产物，诸如二氧化碳和水，并且同时在壁流式过滤器的情况下去除烟尘颗粒。
4.借助颗粒过滤器可非常有效地从废气中去除颗粒。由陶瓷材料制成的壁流式过滤器已经被证明是特别成功的。这些过滤器具有两个端面并且由多个具有一定长度的平行通道构造而成，所述多个平行通道由多孔壁形成并且从一个端面延伸到另一个端面。通道在过滤器的一端处交替地闭合，使得形成：第一通道，该第一通道在过滤器的第一侧处敞开而在过滤器的第二侧处闭合；以及第二通道，该第二通道在过滤器的第一侧处闭合而在过滤器的第二侧处敞开。根据过滤器在废气流中的布置，本文的端面中的一个形成废气的入口端面，并且第二端面形成废气的出口端面。在入口侧开放的流动通道形成入口通道，并且在出口侧开放的流动通道形成出口通道。例如，流入第一通道中的废气只能通过第二通道再次离开过滤器，并且为此目的必须流过介于第一通道和第二通道之间的壁。为此原因，构造壁流式过滤器的材料表现出开孔孔隙率。当废气穿过壁时，颗粒保持不变。
5.壁流式过滤器可为催化活性的。催化活性通过用包含催化活性材料的涂层悬浮液涂覆过滤器来实现。催化活性材料与壁流式过滤器的接触在本领域中被称为“涂层”。涂层具有实际的催化功能并通常包含储存材料和/或催化活性金属，所述储存材料和/或催化活性金属在大部分情况下以高度分散形式沉积在具有较大表面积的温度稳定性金属化合物(尤其是氧化物)上。在大部分情况下涂层经由向壁流式过滤器之上或之中施加储存材料和催化活性组分的水性悬浮液(也称为修补基面涂料)来实现。在施加悬浮液后，通常使基底干燥并且在适当的情况下以升高的温度煅烧。涂层可由一层组成或由多层组成，所述多层以依次在顶上(多层)和/或依次相对偏移(分区)的方式施加在对应过滤器上。催化活性材料可施加到通道之间的多孔壁上(公知为壁上涂层)。然而，该涂层可导致过滤器的背压的显著增加。以此为背景，例如，jph01-151706和wo2005016497a1提出用催化剂涂覆壁流式过滤器，使得催化剂渗透多孔壁(公知为壁内涂层)。涂层区被理解为意指在过滤器壁上或壁中在小于壁流式过滤器的整个长度上存在催化活性材料(涂层)。在本发明中，当涉及壁流
式过滤器的长度时，是指整个长度，包括形成通道封闭件的塞子。
6.所谓的三元催化剂用于减少化学计量燃烧发动机的废气。三元催化剂(twc)长期以来是本领域技术人员已知的，并且自上世纪八十年代以来已被法律规定。这里的实际催化剂质量包括具有大表面积的金属化合物，具体地为氧化载体材料的大部分，催化活性组分以最小分布沉积在其上。铂族贵金属(铂、钯、和/或铑)特别适合用作用于清洁化学计量组成的废气的催化活性组分。例如，氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铈和它们的混合氧化物，以及沸石适合用作载体材料。优选地使用具有超过10m2/g的特定表面积(bet表面积，根据din 66132测量，在提交时的最新版本)的被称为活性氧化铝的材料。此外，三元催化剂包括提高动态转化率的储氧组分。这些包括铈/锆混合氧化物，其任选地具有氧化镧、氧化镨和/或氧化钇。同时，具有三元活性的分区和多层系统也已经为人所知(us8557204；us8394348)。如果此类三元催化剂位于颗粒过滤器上或颗粒过滤器中，这被称为cgpf(催化的汽油颗粒过滤器；例如ep2650042b1)。
7.根据过滤效率、催化性能和压力损失的标准测量催化涂覆的废气过滤器的质量。为了满足这些不同的要求，提供具有(例如)催化活性区域的过滤器。如上所述，这些区域可存在于过滤基质的单元的壁上或多孔壁中。
8.在wo06021338a1中描述了用于壁流式过滤器的一组涂覆技术。这里，壁流式过滤器由开孔材料制成，具有长度为l的圆柱形形状，并且通过交替封闭的多个流动通道从入口端面横穿到出口端面。可通过使壁流式过滤器的流动通道竖直取向来施加涂层悬浮液，使得一个端面位于底部并且第二端面位于顶部，通过施加压差将涂料组合物通过壁流式过滤器的流动通道引入过滤器主体中，该壁流式过滤器的流动通道在下部端面中打开至高于下部端面的所需高度，并且通过施加抽吸脉冲向下去除过量的涂料组合物。wo 06042699a1和wo 11098450a1中的方法的特殊修改基于相同的涂覆原理。wo 13070519a1中提出了使用该方法原理的涂覆设备。在此，也使用过量的涂层悬浮液和施加压差逆转的原理。
9.该涂覆原理也适用于制备包括在入口侧和出口侧上具有催化活性材料的区域的颗粒过滤器。在wo 09103699a1中，描述了一种用于用两种不同的修补基面涂料涂覆过滤器的方法，该方法步骤是过滤器基底竖直取向，从下方泵送第一涂层悬浮液(压差在下端处具有最高压力)，通过抽吸(压差逆转)去除过量的涂层悬浮液，并且在旋转180
°
之后用第二修补基面涂料从下方再次填充过滤器主体，并且通过抽吸去除过量的涂层悬浮液。在涂覆过程之后，将过滤器干燥并煅烧。us 7094728b2中公开了相同的涂覆原理。以这种方式生产的经涂覆的壁流式过滤器通常在涂层中具有梯度，如在图1中示意性显示和放大的。
10.例如，wo 06021339a1、wo 15145122a2和wo 0110573a2中所述的方法属于第二类别涂覆方法，其中涂覆过滤器主体而无需过量的修补基面涂料并且无需压差逆转。在这种情况下，竖直取向的过滤器载体可从下部端面或上部端面涂覆有修补基面涂料。
11.wo06021339a1公开了用涂料组合物涂覆壁流式颗粒过滤器的方法，其中颗粒过滤器由开孔材料制成，具有长度为l的圆柱形形状，并且具有从入口端面到出口端面的多个流动通道，所述通道以交替方式闭合。所述方法的特征在于，壁流式过滤器的流动通道竖直取向，使得一个端面位于底部处并且第二端面位于顶部处，通过将壁流式过滤器的下部端面浸渍到限定的指定量的涂料组合物中，并且向上部端面中的出口通道中的开口施加负压并通过下部端面中的入口通道中的开口将全部量的涂料组合物吸入入口通道和出口通道中
来填充过滤器。所呈现的涂料组合物的量根据期望的涂层浓度和涂层高度来选择。在施加用于涂覆的压差之后不存在压差逆转。测量涂层悬浮液并且不以过量使用。
12.wo 0110573a2还描述了用于涂覆颗粒过滤器的方法，其中将测量量的修补基面涂料从下方施加到过滤器载体。通过施加压差(向上取向的端面处的真空)，将装填量的涂层悬浮液抽吸到基底的通道中。然后旋转基底并通过加压空气喷射到基底上端上的动作来将修补基面涂料分布在通道中。在该方法中，压差不逆转，因为第二压力脉冲也相对于修补基面涂料的移动处于与第一压力脉冲相同的方向上，因此不存在压差逆转。
13.wo 15145122a2是该类别涂覆方法的另一个示例。然而，与上述方法形成对比的是，如对竖直取向的过滤器的上部端面所测量，在此施加预定量的涂层悬浮液，并通过施加压差(通过向下部端面施加真空来抽吸)将其分布在颗粒过滤器的通道中。在该涂覆步骤之后没有发生进一步的压差逆转。
14.本发明的目的是提供一种壁流式过滤器，该壁流式过滤器改善其催化活性并且在过滤效率和废气背压方面基本上不劣于现有技术的汽油颗粒过滤器(gpf、opf)。所期望的过滤器应该具有对应的高过滤效率，特别是在高催化活性的情况下，如果废气背压没有过度受损的话。
15.通过具有权利要求1的特征的壁流式过滤器实现了从现有技术显而易见的这些和其他目标。权利要求7和10涉及一种用于制造或使用根据本发明的壁流式过滤器的方法。取决于这些权利要求的权利要求涉及相应独立权利要求的优选实施方案。
16.通过提供具有长度l的用于减少汽油发动机的废气中的颗粒排放的壁流式过滤器令人惊讶地实现了前述目的，其中壁流式过滤器包括通道e和a，通道e和a在壁流式过滤器的第一端部和第二端部之间平行延伸并且分别由形成表面oe或oa的多孔壁隔开，并且其中通道e在第二端部处封闭且通道a在第一端部处封闭，并且所述壁流式过滤器具有在单独的涂覆步骤中施加到表面oe和oa的两个催化活性涂层，其中第一涂层从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的55％至96％，并且第二涂层从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的10％至40％，并且其中第三涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的55％至96％，并且第四涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的10％至40％。在此扩展的壁流式过滤器(图2a-d)具有比具有相同负载量的现有技术的壁流式过滤器更好的催化活性(图3)，其中后者从两侧用过量的涂层悬浮液涂覆，并且在每种情况下通过压差逆转去除过量的涂层悬浮液(图1)。还令人惊奇的是，根据本发明的过滤器仅产生低的废气背压(图4)，并且在过滤效率(图5)方面决不劣于现有技术的过滤器(图1)。下文将第一涂层至第四涂层编号为1至4。
17.根据本发明，壁流式过滤器的催化涂层的各个区域在每种情况下从通道的对应开口端朝向另一端定位在输入表面oe和输出表面oa的壁上。术语“在壁上”意指催化活性涂层之一仅以基于该催化活性涂层的总量计不超过33％，更优选小于15％，并且最优选小于10％的小程度渗入输入或输出通道的多孔壁表面中。对应的分析可以借助于通过过滤器壁的截面的ct图像或sem图像以及图像分析方法(blazek等人，chem.eng.j.409(2021)128057；greiner等人，chem.eng.j.378(2019)121919)来执行。
18.各个区域的形成可由本领域中技术人员在上述给定限度内改变。他将由开头所提及的壁流式过滤器的质量标准来指导。重要的是，催化涂层的较长区域(第1和第3涂层)重
叠长度l的至少小部分，而短区域(第2和第4区域)不重叠。在一个优选的实施方案中，第一涂层因此从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的55％至80％，第二涂层从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的20％至40％，其中第三涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的55％至80％，并且第四涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的20％至40％。更优选的是如果第一涂层从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的55％至70％，并且第二涂层从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度l的25％至35％，并且第三涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的55％至70％，并且第四涂层从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度l的25％至35％。在该文献中以举例的方式提及的过滤器具有长区域的长度l的60％和短区域的长度l的30％的区域。
19.已证明，具有对应的催化活性对于长区域和短区域两者来说都是有利的。涂层的催化活性也由涂层的量来决定。过滤器上以g/l计的涂层的量可由本领域中技术人员改变。已证明，如果所述第一涂层与所述第二涂层之间或所述第三涂层与所述第四涂层之间以g/l计的催化活性涂层的量的比率小于或等于1∶1且大于或等于1∶3是特别有利的。这意味着短区域优选以比长区域更高的浓度施加到过滤器。涂层浓度的比率非常特别优选地为1∶2至1∶3(以g/l测量)。然而，该说明书特别适用于表面oe(输入)和oa(输出)上的涂层在布局和构造方面相对应的情况。在根据本发明的一个实施方案中，如果表面oe和oa上的涂层在每种情况下是不同的，则是非常特别优选的。在根据本发明的另外的实施方案中，如果表面oe和oa上的涂层在每种情况下是相同的，则是非常特别优选的。根据本发明的所有四种涂层也可以是相同的。表面oe上的相同涂层也可以不同于表面oa上的相同涂层。
20.相同意味着涂层的化学组成以及量和程度是相同的。然而，如刚刚所描述的，还可能的是，所讨论的四个涂层区可以根据要求轮廓在化学上、数量上和/或长度上以不同方式设计。应当提及的是，在根据本发明的过滤器中和过滤器上还可以存在另外的涂层。例如，可以设想用对应的催化活性组合物额外涂覆通道的内壁。这将有助于进一步增加本文所述的壁流式过滤器的催化活性。然而，还可设想在壁流式过滤器的输入侧中和/或输入侧上具有任选的非催化活性粉末涂层的组合。这将有助于进一步增加过滤效率而不会极大地增加废气背压。
21.各个涂层区的施加顺序也可以不同方式配置。已经发现，特别是在过滤器的输入侧和输出侧上具有相同涂层的情况下，优选本发明的一个实施方案，其中最后施加短区域并且首先施加长区域。因此，如果在施加第二和第四涂层之前首先将第一涂层和第三涂层施加到壁流式过滤器，则是特别有利的(图2c和图2d)。
22.涂层是三元催化活性的，特别是在250℃至1100℃的操作温度下。它们通常含有固定到一种或多种载体材料的一种或多种贵金属以及一种或多种储氧组分。涂层优选地包含不同量但优选等量的相同的储氧组分和相同的贵金属用载体材料。涂层还含有相同或不同量的相同或不同贵金属。特别优选的是，在每种情况下，涂层1和2以及涂层3和4在化学上完全相同。已经发现如果至少涂层1和3在化学上相同并且涂层2和4在化学上相同但不同于涂层1和3，则对于壁流式过滤器的生产是有利的。区别可优选在于所使用的贵金属的类型和/或所使用的储氧材料的类型。例如，涂层1和3可优选包含铂、钯或它们的混合物，并且涂层2和4可优选包含铂、钯、铑或它们的混合物。此外，涂层2和4可具有储氧材料，而涂层1和3具有两种储氧材料。这种架构在老化测试中已显示出特别稳健。
23.铂、钯和铑特别适合作为上述涂层用贵金属，其中钯、铑或铂、钯和铑是优选的，并且钯和铑是特别优选的。基于根据本发明的颗粒过滤器，全部贵金属含量中的铑的比例具体地为大于或等于5重量％，但小于或等于50重量％，优选地小于30重量％。根据本发明的颗粒过滤器的多孔壁优选地基本上不含贵金属。基于壁流式过滤器的体积计，贵金属通常以0.15g/l至5g/l，更优选地0.3g/l至4g/l的量使用。
24.作为贵金属的载体材料，能够为此考虑本领域的技术人员所熟悉的全部材料。此类材料特别是金属氧化物，其bet表面积为30m2/g至250m2/g，优选地100m2/g至200m2/g(根据din 66132确定)。用于贵金属的特别合适的载体材料选自由以下各项组成的系列：氧化铝、掺杂的氧化铝、氧化硅、二氧化钛以及它们中一种或多种的混合氧化物。掺杂的氧化铝为例如掺杂有氧化镧、氧化硅、氧化锆和/或氧化钛的氧化铝。有利地使用镧稳定的氧化铝，其中进一步有利的是，在每种情况下按la2o3计算并且基于稳定的氧化铝的重量计，镧优选地以1重量％至10重量％，优选地3重量％至6重量％的量使用。另一种合适的载体材料是镧稳定的氧化铝，其表面涂覆有氧化镧、氧化钡或氧化锶。在一个特别优选的实施方案中，所述涂层1至4中的至少一者含有基于所述涂层的总重量计20重量％至70重量％的量的稳定的氧化铝，基于所述涂层的总重量计30重量％至80重量％的量的铑、钯或钯和铑以及一种或多种储氧组分。这对于全部涂层1至4都是非常优选的。
25.铈/锆/稀土金属混合氧化物特别适合作为储氧组分。在本发明的含义内，术语“铈-锆-稀土金属混合氧化物”不包括氧化铈、氧化锆和稀土氧化物的物理混合物。相反，“铈/锆/稀土金属混合氧化物”的特征在于基本上均匀的三维晶体结构理想情况下不含纯氧化铈、氧化锆或稀土氧化物的相。然而，取决于制造工艺，可能会产生不完全均匀的产品，该产品通常能够毫无缺点地使用。在全部其他方面，本发明含义内的术语“稀土金属”或“稀土金属氧化物”不包括铈或氧化铈。
26.氧化镧、氧化钇、氧化镨、氧化钕和/或氧化钐可例如被认为是铈-锆-稀土金属混合氧化物中的稀土金属氧化物。氧化镧、氧化钇和/或氧化镨是优选的。特别优选氧化镧和/或氧化钇，并且更特别地优选氧化镧和氧化钇、氧化钇和氧化镨以及氧化镧和氧化镨的组合。在本发明的实施方案中，储氧组分特别优选地不含氧化钕。
27.在本发明的优选实施方案中，涂层中的一者或全部含有碱土化合物，诸如氧化锶、氧化钡或硫酸钡。每个涂层的硫酸钡的量具体地为2g/l至20g/l壁流式过滤器体积，优选地3g/l至10g/l壁流式过滤器体积。涂层1和/或3具体地包含氧化锶或氧化钡。
28.在本发明的另外有利的实施方案中，涂层中的一者或全部含有添加剂，诸如稀土化合物，诸如氧化镧，和/或粘结剂，诸如铝化合物。这些添加剂的用量可以在宽限值内变化，并且本领域技术人员可以在特定情况下通过简单的方式来确定。如果需要，这些有助于改善涂层的流变性。
29.在本发明的实施方案中，涂层1至4中的至少一者，优选每一者包括镧稳定的氧化铝、钯、铑或者钯和铑，以及储氧组分，该储氧组分包含氧化锆、氧化铈、氧化镧以及氧化钇和氧化镧。如果存在的话，基于储氧组分的重量计，涂层中的氧化钇含量具体地为2重量％至15重量％，优选地为3重量％至10重量％。氧化镧与氧化钇的重量比特别地为0.1至1，优选地为0.3至1。如果存在的话，基于储氧组分的重量计，氧化镨含量具体地为2重量％至15重量％，优选地为3重量％至10重量％。氧化镧与氧化镨的重量比特别地为0.1至1，优选地
为0.3至1。涂层1至4中的一者具体地可包含附加储氧组分，该附加储氧组分含有氧化锆、氧化铈、氧化镧和氧化钇和/或氧化镨。这对于全部涂层1至4都是优选的。
30.在实施方案中，在每种情况下基于相应涂层的总重量计，涂层1至4中的至少一者各自优选地包含35重量％至60重量％、特别优选地40重量％至60重量％的量的镧稳定的氧化铝，以及40重量％至50重量％、特别优选地45重量％至50重量％的量的储氧组分。在实施方案中，在每种情况下基于相应涂层的总重量计，涂层1至4中的至少一者各自包含30重量％至50重量％、特别优选地40重量％至50重量％的量的镧稳定的氧化铝，以及50重量％至80重量％、特别优选地55重量％至80重量％的量的储氧组分。在本发明的有利实施方案中，在涂层1至4中的至少一者中，氧化铝与储氧组分的重量比为至少0.7至最多1.5，优选地为0.8至1.2。在本发明的有利实施方案中，在涂层1至4中的至少一者中，氧化铝与储氧组分的重量比为至少0.3至最多0.8，优选地为0.4至0.6。这里提到的实施方案优选地适用于全部涂层1至4。
31.本发明还提供了用于生产根据本发明的壁流式过滤器的方法，其具有以下步骤：
32.i)通过经由竖直锁定的壁流式过滤器施加压差将过量的第一涂层悬浮液经由第一端部引入壁流式过滤器中，并且压差逆转从壁流式过滤器中去除过量的第一涂层悬浮液；
33.ii)通过经由竖直锁定的壁流式过滤器施加压差将过量的第三涂层悬浮液经由第二端部引入壁流式过滤器中，并且压差逆转从壁流式过滤器中去除过量的第三涂层悬浮液；
34.iii)通过在所述竖直锁定的壁流式过滤器上施加压差，经由所述第一端部将第二涂层悬浮液引入所述壁流式过滤器中；
35.iv)通过在所述竖直锁定的壁流式过滤器上施加压差，经由所述第二端部将第四涂层悬浮液引入所述壁流式过滤器中。
36.步骤i)-iv)的顺序在第一近似中不是决定性的。重要的是注意，在步骤i)和ii)中，发生压差逆转，其中从壁流式过滤器中去除过量的涂层悬浮液。在步骤i)和ii)之间以及在步骤iii)和iv)之间，过滤器在每种情况下在锁中旋转180
°
。如果首先从过滤器的第一侧施加根据i)和iii)的涂层，并且然后从过滤器的第二侧施加根据ii)和iv)的涂层，则可优选省略旋转。应当注意的是，涂覆步骤iii)和/或iv)同样可以如步骤i)或ii)那样在压差逆转和过量涂层悬浮液的情况下进行。在一个另外的优选实施方案中，将步骤iii)和步骤iv)中的所述涂层悬浮液引入没有过量的涂层悬浮液的壁流式过滤器中。在这种情况下，如开头所述，首先提供涂层悬浮液，并且随后完全吸入和/或压入过滤器中。
37.涂覆过程的另外的中间步骤可以在步骤i)-iv)之间发生。例如，基底的中间干燥或煅烧或旋转可在本发明的范围内进行，前提条件是本发明的成功不会过度受损。还应该提到的是，在每种情况下都可以用相同的或者在每种情况下都可以用不同的催化活性材料进行涂覆，中间进行干燥和不进行干燥。因此，在本发明的一个优选实施方案中，可设想通过在壁流式过滤器上施加压差，经由第一端面将过量的第一涂层悬浮液引入竖直锁定的壁流式过滤器中，并且随后通过压差逆转(步骤i))从壁流式过滤器中去除过量的第一涂层悬浮液。压差逆转由此从壁流式过滤器的通道中逆着涂覆方向去除过量的涂层悬浮液。然后，通过在所述壁流式过滤器上施加压差(步骤iii))，经由所述第二端面将无过量的第二涂层
悬浮液引入所述壁流式过滤器中。单独的干燥优选仅在引入第二涂层悬浮液之后发生。然而，也可优选地在引入第二涂层悬浮液之前在加热炉中进行单独的中间干燥。然后对第三和第四涂层完成相同的操作。然而，一个实施方案是特别优选的，其中在涂覆步骤之间没有在加热炉中的单独干燥。具体地，i)和iii)或ii)和iv)下的涂覆可以在没有单独干燥的情况下作为“湿对湿(wet-on-wet)”涂覆发生(参考us10183287bb；wo2019008078a1)。任选地-如果各种涂层悬浮液的过于液态-则温暖、干燥的空气(约50℃-80℃；《20％湿度)可在涂覆i)或iii)之后短时间(通常小于10秒，优选地小于5秒)通过过滤器。随后，将来自步骤ii)或iv)的涂层立即施加到来自i)或iii)的涂层上。通过取消单独的干燥循环，用于生产根据本发明的过滤器的方法非常有效。在没有单独干燥的情况下，极其优选生产过滤器，其中来自步骤i)和iii)或ii)和iv)的涂层的在组成上相同。
38.根据本发明的壁流式过滤器优选地用于过滤内燃机的废气。该过滤器优选用于汽油发动机的废气。这些通常排放相对小的颗粒，使得必须提供良好的过滤效率。废气背压不应在该过程中过度增加。为了催化活性，根据本发明的壁流式过滤器单元可以与另外的废气减少装置组合，例如选自三元催化剂、scr催化剂、储氮氧化物催化剂、烃捕集器和氮氧化物捕集器。根据本发明的壁流式过滤器与一种或两种另外的twc催化剂在流通式基底上的组合是非常特别优选的。在这种情况下，twc催化剂中的一者或两者可以位于根据本发明的过滤器的上游的已知靠近发动机的位置处。过滤器也可以作为一个单元靠近发动机定位。然而，特别优选的是如果将twc催化剂布置在靠近发动机的位置处，随后将根据本发明的过滤器布置在靠近发动机的位置处，并且然后再次将twc催化剂布置在靠近发动机的位置处。
39.本发明使得可以在排气系统中使用特别有利的壁流式过滤器。然而，这些允许催化活性、废气背压和过滤效率之间的这种良好平衡的事实从已知现有技术的背景中是未知的。
附图说明：
40.图1示出了不根据本发明的现有技术的颗粒过滤器，该颗粒过滤器包括长度为l的壁流式过滤器(1)，该壁流式过滤器具有在壁流式过滤器的第一端部(4)与第二端部(5)之间平行地延伸并且由分别形成表面oe(7)和oa(8)的多孔壁(6)分开的通道e(2)和通道a(3)，并且其中通道e(2)在第二端部(5)处闭合并且通道a(3)在第一端部(4)处闭合。第一涂层(9)位于表面oe(7)上的通道e(2)中，并且第二涂层(10)位于表面oa(8)上的通道a(3)中。该过滤器是在第一和第三涂层已被施加之后的中间产品。
41.图2a-d示出了根据本发明的示意性架构。根据图2a-d来考虑图1的布局。适用相同的参考标记。矩形(i、ii、iii、iv)的尺寸象征相应的涂层量。因此，在i/ii和iii/iv之间具有对应的涂层比率的情况下，根据本发明有利的实施方案将变得清楚。
42.图3显示了与根据图1的参考相比，根据本发明的实施方案的图2a＝[1]；2b＝[2]；2c＝[3]；2d＝[4]的改善的催化活性。
[0043]
图4示出了与根据图1的参考相比，实施方案的图2a＝[1]；2b＝[2]；2c＝[3]；2d＝[4]的废气背压。
[0044]
图5示出了与根据图1的参考相比，根据本发明的实施方案的图2a＝[1]；2b＝[2]；2c＝[3]；2d＝[4]的过滤效率。
实施例：
[0045]
参考
[0046]
将用氧化镧稳定的氧化铝与第一储氧组分和第二储氧组分悬浮在水中，该第一储氧组分包含40重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨，该第二储氧组分包含24重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇。两种储氧组分以相等份数使用。氧化铝和储氧组分的重量比为30:70。随后在恒定搅拌下将由此获得的悬浮液与硝酸钯溶液和硝酸铑溶液混合。将所得的涂层悬浮液直接用于涂覆可商购获得的壁流式过滤器基底。将涂层悬浮液首先在输入通道中涂覆到基底的过滤器壁上，达到过滤器长度的60％长度。入口通道的负载量达到83.33g/l；贵金属负载量达到1.06g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。然后，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的60％长度。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。因此该过滤器的总负载量达到100g/l；总贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。下文将其称为参考。
[0047]
实施例1
[0048]
将用氧化镧稳定的氧化铝与第一储氧组分和第二储氧组分悬浮在水中，该第一储氧组分包含40重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨，该第二储氧组分包含24重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇。两种储氧组分以相等份数使用。氧化铝和储氧组分的重量比为30:70。随后在恒定搅拌下将由此获得的悬浮液与硝酸钯溶液和硝酸铑溶液混合。将所得的涂层悬浮液直接用于涂覆可商购获得的壁流式过滤器基底。将涂层悬浮液首先在输入通道中涂覆到基底的过滤器壁上，达到过滤器长度的25％长度(ii)。该区域的负载量达到100g/l；贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。然后，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的25％长度(iv)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。在第三个步骤中，在输入通道中涂覆涂层悬浮液达到过滤器长度的60％长度(i)。该区域的负载量达到41.67g/l；贵金属负载量达到0.53g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。在最后一个步骤中，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的60％长度(iii)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。因此该过滤器的总负载量达到100g/l；总贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。下文将其称为1。
[0049]
实施例2
[0050]
将用氧化镧稳定的氧化铝与第一储氧组分和第二储氧组分悬浮在水中，该第一储氧组分包含40重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨，该第二储氧组分包含24重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇。两种储氧组分以相等份数使用。氧化铝和储氧组分的重量比为30:70。随后在恒定搅拌下将由此获得的悬浮液与硝酸钯溶液和硝酸铑溶液混合。将所得的涂层悬浮液直接用于涂覆可商购获得的壁流式过滤器基底。将涂层悬浮液首先在输入通道中涂覆到基底的过滤器壁上，达到过滤器长度的25％长度(ii)。该区域的负载量达到66.67g/l；贵金属负载量达到0.85g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。然后，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的25％长度(iv)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。在第三个步骤中，在输入通道中涂覆涂层悬浮液达到过滤器长度的60％长度(i)。该区域的负载量达到55.56g/l；贵金属负载量达到0.71g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅
烧。在最后一个步骤中，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的60％长度(iii)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。因此该过滤器的总负载量达到100g/l；总贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。下文将其称为2。
[0051]
实施例3
[0052]
将用氧化镧稳定的氧化铝与第一储氧组分和第二储氧组分悬浮在水中，该第一储氧组分包含40重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨，该第二储氧组分包含24重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇。两种储氧组分以相等份数使用。氧化铝和储氧组分的重量比为30:70。随后在恒定搅拌下将由此获得的悬浮液与硝酸钯溶液和硝酸铑溶液混合。将所得的涂层悬浮液直接用于涂覆可商购获得的壁流式过滤器基底。将涂层悬浮液首先在输入通道中涂覆到基底的过滤器壁上，达到过滤器长度的60％长度(i)。该区域的负载量达到41.67g/l；贵金属负载量达到0.53g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。然后，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的60％长度(iii)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。在第三个步骤中，在输入通道中涂覆涂层悬浮液达到过滤器长度的25％长度(ii)。该区域的负载量达到100g/l；贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。在最后一个步骤中，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的25％长度(iv)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。因此该过滤器的总负载量达到100g/l；总贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。下文将其称为3。
[0053]
实施例4
[0054]
将用氧化镧稳定的氧化铝与第一储氧组分和第二储氧组分悬浮在水中，该第一储氧组分包含40重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨，该第二储氧组分包含24重量％氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇。两种储氧组分以相等份数使用。氧化铝和储氧组分的重量比为30:70。随后在恒定搅拌下将由此获得的悬浮液与硝酸钯溶液和硝酸铑溶液混合。将所得的涂层悬浮液直接用于涂覆可商购获得的壁流式过滤器基底。将涂层悬浮液首先在输入通道中涂覆到基底的过滤器壁上，达到过滤器长度的60％长度(i)。该区域的负载量达到55.56g/l；贵金属负载量达到0.71g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。然后，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的60％长度(iii)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。在第三个步骤中，涂层悬浮液在输入通道中达到过滤器长度的25％长度(ii)。该区域的负载量达到66.67g/l；贵金属负载量达到0.85g/l，其中钯与铑的比率为5:1。将由此获得的涂覆过滤器干燥，然后煅烧。在最后一个步骤中，使用相同的涂层悬浮液涂覆过滤器的输出通道达到过滤器长度的25％长度(iv)。将由此获得的涂覆过滤器再次干燥，然后煅烧。因此该过滤器的总负载量达到100g/l；总贵金属负载量达到1.27g/l，其中钯与铑的比率为5:1。下文将其称为4。
[0055]
催化表征
[0056]
全部五个颗粒过滤器在发动机试验台老化过程中一起老化。该老化过程包括超限截止老化过程，在催化剂入口之前废气温度为950℃(最高床温为1030℃)。老化时间为38小时(参见motortechnische zeitschrift,1994,55,214
–
218)。然后在发动机试验台上在所谓的“起燃测试”中测试老化状态下的催化活性颗粒过滤器。在起燃测试中，在恒定平均空气比率为λ(λ＝0.999和
±
3.4％振幅)时化学计量的废气组成的情况下确定起燃行为。结果
在图3中示出。根据本发明的颗粒过滤器1-4以及特别是1和3与参照相比在起燃行为方面显示出显著的改善。
[0057]
物理特征
[0058]
在发动机试验台上比较全部五个颗粒过滤器的废气背压。在wltc驱动循环中的平均废气背压示于图4中。如所预期的，涂层悬浮液的改变的分布导致与参照相比，背压略微增加。此外，全部五个颗粒过滤器都在发动机试验台上在wltc驱动循环中测试过滤效率。图5示出了在第一wltc循环中的过滤效率。与参考相比，根据本发明的全部颗粒过滤器1至4的过滤效率得到改善，特别是对于2和4。