组合的微粒过滤器和烃阱的制作方法
【专利摘要】用于从废气中收集微粒物质和捕集烃的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基底，该入口表面和出口表面由该多孔基底彼此分开，其中该入口表面和出口表面中的任一个或两个涂覆有包含烃吸附剂材料的洗涂层，其中该烃吸附剂材料是分子筛的一种或组合，和其中该烃吸附剂包含Ag和Pd、Ag和Pt或者Ag、Pt和Pd全部三种。
【专利说明】组合的微粒过滤器和烃阱
[0001]本发明涉及用于从废气中收集微粒物质和捕集烃的组合的微粒过滤器和烃阱。具体地，本发明涉及组合的微粒过滤器和烃阱，其用于从车辆内燃机的废气中收集微粒物质和捕集烃，特别是汽油直喷式发动机和特别是冷启动时的汽油直喷式发动机。
[0002]环境中的微粒典型地可基于它们的空气动力学直径(该空气动力学直径定义为与所测量的颗粒在空气中具有相同沉降速度的lg/cm3密度的球的直径)分为以下种类:
[0003](i)空气动力学直径小于10 μ m的颗粒(PM-10)；
[0004](ii)直径低于 2.5 μπι 的细颗粒(ΡΜ-2.5)；
[0005](iii)直径低于10nm的超细颗粒；和
[0006](iv)直径低于50nm的纳米颗粒。
[0007]从二十世纪九十年代中期以来，从内燃机排出的微粒的粒度分布已经受到了日益增加的关注，这归因于细颗粒和超细颗粒可能的对健康不利的效应。PM-10微粒在环境空气中的浓度在美国通过法律管控。作为健康研宄的结果，美国在1997年引入了新的、另外的用于PM-2.5的环境空气质量标准，该健康研宄显示了人类死亡率与低于2.5 μπι的细颗粒浓度之间的强相关性。
[0008]现在关注点已经转移到考虑柴油和汽油发动机所产生的超细颗粒和纳米颗粒，因为它们被认为与较大尺寸微粒相比更深地渗入到人的肺中，因此它们据信与较大颗粒相比更有害。这种观念是从对2.5-10.0 μπι范围的微粒的研宄发现中推断的。
[0009]柴油微粒的尺寸分布具有公知的双峰特性，其对应于颗粒成核和聚集机理，并且相应的颗粒类型被分别称作核模式和聚集模式。在核模式中，柴油微粒有众多具有非常小质量的小颗粒组成。几乎全部核模式柴油微粒的尺寸明显小于I μπι，即它们包含了细颗粒、超细颗粒和纳米颗粒的混合物。
[0010]核模式颗粒据信主要由挥发性冷凝物(烃、硫酸、硝酸等)组成，并包含小固体材料，例如灰和碳。聚集模式颗粒被理解为包含固体(碳、金属灰等)，该固体与冷凝物和被吸附的材料(重质烃、硫物质、氮氧化物衍生物等)互混。粗模式颗粒据信不在柴油燃烧过程中产生，并且可能通过例如沉积和随后微粒材料从发动机气缸、排气系统或微粒取样系统的壁上再飞散的机理来形成。
[0011]成核颗粒的组成可以随着发动机运行条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和取样系统条件而改变。实验室工作和理论已经显示大部分的核模式形成和成长发生在低稀释比范围内。在这个范围中，挥发性颗粒前体如重质烃和硫酸的气体到微粒的转化，导致了核模式的同时成核和成长，并且在聚集模式中吸附到现有的颗粒上。
[0012]实验室测试(参见例如SAE 980525和SAE 2001-01-0201)已经显示核模式形成随着空气稀释温度的降低而显著增加，但是在湿度是否具有影响上存在着矛盾的证据。
[0013]通常，低温、低稀释比、高湿度和长停留时间有利于纳米颗粒形成和成长。研宄已经显示纳米颗粒主要由挥发性材料如重质烃和硫酸组成，并且有证据表明固体部分仅处于非常高的负荷。
[0014]柴油微粒过滤器中柴油微粒的微粒收集基于使用多孔隔层来从气相中分离气体携带的微粒的原理。柴油过滤器可以定义为深床过滤器和/或表面类型过滤器。在深床过滤器中，过滤器介质的平均孔尺寸大于所收集的颗粒的平均直径。该颗粒通过深度过滤机理的组合而沉积到介质上，该机理包括扩散沉积(布朗运动〉、惯性沉积(冲击)和流线截取(布朗运动或惯性)。
[0015]在表面类型的过滤器中，该过滤器介质的孔直径小于微粒物质的直径，所以通过筛分来分离微粒物质。分离通过所收集的柴油微粒物质本身的聚集来进行，该聚集通常被称作“滤饼”和该方法被称作“滤饼过滤”。
[0016]应当理解，柴油微粒过滤器例如陶瓷壁流式整料可以通过深度和表面过滤的组合来工作:当深度过滤能力饱和和微粒层开始覆盖过滤表面时，滤饼以较高的烟灰负载量形成。深度过滤的特征在于比滤饼过滤稍低的过滤效率和较低的压力降。
[0017]相反，在稳态运行中汽油微粒的发动机排放尺寸分布表现出单峰分布，并且具有约60-8011111的峰(参见例如3仙1999-01-3530中的图4)。通过与柴油尺寸分布比较，汽油微粒物质主要是超细的，即核模式，具有可忽略的聚集和粗模式。
[0018]从2014年9月起，欧洲的排放法律出则6)要求控制从柴油和汽油(强制点火)客车排放的颗粒数目。对于汽油211轻型车辆，可允许的限定是:1000呢八111 一氧化碳；60呢八111氮氧化物(勵)；100呢八111总径(其? 681118八111是非甲烧径)；和4.5呢八111微粒物质($1),仅对于直喷式发动机2111*0 6？1标准将在多年内分阶段实施，并且从2014年开始的标准设定在6.0父6)和从2017年开始的标准设定是6.0父
6+)。
[0019]应当理解，在2017-2021的…周期内，…^6(16^1 III标准已经设定在31118/英里质量限度(目前是10呢/英里)。该限度然后从2025年开始进一步收严到1^/英里，不过该更低的标准的执行可能提前到2022年。
[0020]新2111*0 6 (￡111-0 6和2111*0 6+)排放标准提出了许多挑战性设计问题，用于满足汽油排放标准。具体地，如何设计过滤器或者包括过滤器的排气系统，用于降低？1汽油(强制点火)排放物数目，同时仍然满足用于非？1污染物例如氮氧化物⑶(^)、一氧化碳￠0)和未燃烧的烃(此)中的一种或多种的排放标准，全部都处于可接受的背压，例如通过在即驾驶周期上的最大循环背压所测量的。
[0021]可以想到，为了满足2证0 6？1数目标准，三元催化的微粒过滤器相对于等价的流过式催化剂的颗粒减少最少是?50%。此外，三元催化的壁流式过滤器相对于等价的流过式催化剂的一定背压增大将是不可避免的。
[0022]与柴油(压缩点火)发动机相比，强制点火发动机所产生的？1具有明显更高比例的超细颗粒，具有可忽略的聚集和粗模式，并且这提出了将它从强制点火发动机废气中除去来防止它排放到大气中的挑战。对直喷式火花点火汽油发动机的微粒排放物的研宄(3八￡2007-01-0209)已经揭示了，它们明显高于进气道喷射的^1161 111^601:6(1)发动机，这归因于可用于混合物制备的时间减少和燃料撞击到活塞和燃烧室表面上的入射角增大。
[0023]具体地，因为来源于强制点火发动机的大部分？1与柴油？1的尺寸分布相比相对小，所以实际上不可能使用促进强制点火？1表面类型滤饼过滤的过滤器基底，这是因为所需要的过滤器基底相对低的平均孔尺寸将在系统中产生不现实的高背压。此外，通常不可能使用设计用于捕集柴油的常规壁流式过滤器，来促进来自强制点火发动机的的表面类型过滤，以满足相关的排放标准，这是因为在强制点火废气中通常存在较少的？1，因此形成烟灰饼是不太可能的；并且强制点火废气温度通常较高，其会导致通过氧化更快地除去？1，因此阻止了通过滤饼过滤来增加除去。在常规柴油壁流式过滤器中，深度过滤强制点火？1也是困难的，因为该？1明显小于过滤器介质的孔尺寸。因此，在正常运行中，当与强制点火发动机一起使用时，相比于压缩点火发动机，未涂覆的常规柴油壁流式过滤器将具有较低的过滤效率。
[0024]背压也随着洗涂层0^811⑶社)负载量和烟灰负载量而增加。所以另一困难是将例如催化剂的过滤效率与洗涂层负载量相结合，来以可接受的背压满足非？1污染物的排放标准。今天市售车辆中的柴油壁流式微粒过滤器的平均孔尺寸是约13 V！！！。但是，在102010/097634中公开的是以足够的催化剂负载量洗涂覆(冊也⑶社丨叩)这种类型的过滤器(例如如…2006/0133969所述)来实现所需的汽油(强制点火)排放标准，会引起不可接受的背压。
[0025]为了降低过滤器背压，可以降低基底长度。但是，存在着极限水平，当低于该水平时，背压随着过滤器长度减少而增加。
[0026]有许多公开的过滤器来满足￡1110 6的汽油提供燃料的内燃机的排放标准，典型地，其中该过滤器涂覆有包含三元催化剂的洗涂层。
[0027]…2009/0193796公开了一种涂覆在微粒阱上的三元催化剂(110，其适于与汽油直喷式发动机一起使用。其实施例公开了一种烟灰过滤器，其具有使用两种涂层:入口涂层和出口涂层制备的催化材料。没有提及所用的烟灰过滤器基底的平均孔尺寸。该入口涂层包含氧化铝、储氧组分(030和铑，全部的总负载量是0.178 111—3；该出口涂层包括氧化铝、0%和钯，全部的总负载量是0.428化―3。但是，这种负载量〈0.58化―3的三元催化剂洗涂层会提供不足的三元活性来满足所需的单个排放标准，即所要求保护的过滤器看起来经设计来包括于系统中，该系统位于包含流过式基底整料的三元催化剂的下游。
[0028]冊2009/043390公开一种催化活性微粒过滤器，其包含过滤器元件和由两层组成的催化活性涂层。第一层与流入废气接触，而第二层与流出废气接触。两个层都包含氧化铝。第一层包含钯，第二层除了铑还包含储氧的混合铈/锆氧化物。在实施例中，未规定平均孔尺寸的壁流式过滤器基底涂覆有负载量为约318/1的第一层和负载量为约308/1的第二层。即，洗涂层负载量小于1.008 1^0对于大多数车辆应用来说，该涂覆的过滤器单独不能满足所需的排放标准。
[0029]102010/097634公开了对相对多孔微粒过滤器(例如用于柴油机应用的微粒过滤器)进行改变，以使得它能够用于在可接受的压力降和背压捕集超细强制点火？1。这是通过添加洗涂层来实现的，该洗涂层阻止了接触过滤器基底的多孔结构。已经发现，基本上以深度过滤为代价，将表面过滤有益地促进到这样的程度，即促进或增强了来源于强制点火发动机的的滤饼过滤。
[0030]这些公开文献都没有关注发动机冷启动时？1的收集。最近在3仙2011-01-1212中公开了对于具有汽油直喷的即如4校准车辆，在欧洲驾驶周期期间，大量的微粒物质和数目是在发动机处于冷态并且催化剂系统尚未完全运行的早期阶段排放的(参见该论文的图2)0
[0031]如上所述，气态微粒过滤器所需的过滤器类型不同于柴油微粒过滤器。由此可见，用于这种过滤器再生的方法也会不同于用于柴油过滤器的已知再生方法。多种策略可用于活性柴油发动机再生，其包括发动机管理来通过后期的燃料喷射或者在排气冲程的喷射以增加废气温度，使用带有催化剂的燃料来降低烟灰燃尽温度(可以从>600°C降低到350-450°C )，在涡轮机后增加燃料燃烧器来增加排气温度，用于增加排气温度的催化氧化剂，并且在注射后，用于增加排气温度的电阻加热线圈，用于增加微粒温度的微波能，和上述策略的各种组合。
[0032]对于汽油过滤器的再生来说，微粒物质的尺寸和类型不同于柴油过滤器，并且废气温度也高于柴油发动机。已经提出了一些用于气态微粒过滤器主动再生的策略。例如在US2011/0072788中公开了一种再生汽油微粒过滤器的方法，其包括使进入微粒过滤器的废空气-燃料比振荡，来在该微粒过滤器下游产生空气-燃料比振荡，同时增加排气温度；当该下游振荡充分消散后，进入该微粒过滤器的废空气-燃料比降低(enleaning);并且当排气操作参数超过阈值量时，这种降低减少。
[0033]在US2009/0193796中提到任选的汽油微粒过滤器可以用烟灰燃烧催化剂催化，来再生该微粒过滤器。关于该催化剂类型没有进一步的细节。还存在着这样的观点，即当来自汽油内燃机燃烧的废气的温度对于被动再生来说足够高时，可以不需要主动再生。
[0034]在W02010/097634中假定了气态微粒过滤器中的烟灰在比柴油微粒过滤器中的烟灰更低的温度进行燃烧。
[0035]这些公开文献都没有尝试进行气态过滤器的再生，其中PM已经在发动机冷启动之后立即进行了收集。
[0036]对于汽油发动机，通过传统的TWC与空气燃料比的发动机管理相结合对于废气的后处理实现了一氧化碳、烃和氮氧化物污染物有用的降低。当它暴露于来自稍高于化学计量比点运行的发动机的废气时，TWC是最有效的。对于汽油提供燃料的内燃机来说，该点是14.6-14.8重量份空气:I重量份燃料。除了有效之外，TWC通常要求废气的温度不低于300。。。
[0037]如同PM的情况那样，大部分烃排放物是在车辆冷启动期间产生的(总排放的约60-80% ) ο在冷启动期间，当废气还未达到约300°C时，TWC不是有效的。已经使用了不同的策略来降低冷启动时间和/或捕集冷启动径。它们包括将三元催化剂尽可能靠近发动机集管放置(所谓的“紧连接”催化剂)，电加热的催化金属整料，烃阱，化学加热的催化剂，废气点火，预热燃烧器，冷启动火花延迟或者后集管燃烧，可变的阀燃烧室，双壁排气管，及其组合。优化策略来降低冷启动时间已经使发动机的冷启动时间降低到30s。
[0038]已经开发了许多烃阱来吸附和截留冷启动排放的烃，然后一旦TWC处于有效温度时，将它们释放到TWC。提出用于烃捕集的初始材料是Y氧化铝、多孔玻璃、活性炭等，因为可以预期这些材料在暴露于典型的用于汽油发动机的800°C和更高的废气温度时是稳定的。但是已经发现这些材料不能充分吸收烃，并且它们在较高的温度时失去了它们大量的吸收性。
[0039]已知的是沸石具有非常良好的烃吸收性能。已经开发了用于烃捕集和释放的不同方法，其使用所选沸石和催化的所选沸石。例如，SAE2001-01-0660公开了基于沸石的烃吸收剂的开发，其能够捕集冷启动时的烃，然后将它们释放到处于较高温度的TWC上的废气相中。已经发现2315和卜类型沸石的组合适于4和更高级的烃，和银离子交换的镁碱沸石(而幻适于(^烃。已经发现这些吸收剂在高的废气温度在长时间内是稳定的。许多沸石和催化的沸石在汽油发动机的高废气温度时是不稳定的。
[0040]为了解决这个问题，已经将烃阱布置在的下游，以使得废气在与该阱接触前冷却。但是这种布置必然要求另外的系统部件例如位于该烃阱进一步下游的氧化阱，来转化解吸的烃。[36074973公开了一种烃阱，其包含分散在沸石、典型地231-5上的银，其中该烃阱位于11(:下游。更近来地，已经提出了烃阱处于旁路系统中，以使得该阱暴露于启动时的废气，然后仅高至稍高于三元催化剂起燃温度的温度，来在废气通过11(:转向之前解吸所述气体，同时绕过该烃阱。2？0424966八公开了这种系统。在这种系统中，该烃阱所暴露的最高温度稍高于110的起燃温度。所以该阱的寿命潜在地增加，并且沸石在高温例如串联系统中的阱中不必是稳定的。本发明人的研宄使得选择丝光沸石、I型沸石和231-5沸石作为用于烃阱的最优选的吸收剂。已经发现添加和中的一种或两种到吸收剂有助于它在较低温度的再生。
[0041]为了满足将来的法律要求，本发明的一个目标是提供组合的微粒过滤器和烃阱，其能够有效地捕集烃，并且还有效地收集废气中存在的微粒物质。本发明的一个目标是提供这种过滤器/阱组合，其在车辆、特别是汽油车辆和特别是直喷汽油车辆冷启动期间是有效的。
[0042]这种过滤器/阱组合必须经设如此计以及有效捕集烃和收集微粒物质，它可以有效再生来防止烟灰堵塞过滤器导致的背压增大，并且它必须能够有效解吸该烃，以使得该烃能够使用11(:转化和/或可选地作为催化剂，用于再生所收集的微粒物质。洗涂层负载量必须仔细选择，来同样防止背压增大。此外，烃吸附剂需要在低温是活性的，同时耐受它会向其暴露的废气内的较高温度。
[0043]我们现在已经确定了一种过滤器/阱组合，我们相信其能够满足上述要求。更具体地，我们已经确定了一种过滤器/阱组合，我们相信其能够满足上述用于冷启动发动机的要求。
[0044]根据第一方面，本发明提供用于从废气中收集微粒物质和捕集烃的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基底，该入口表面和出口表面由该多孔基底彼此分开，其中该入口表面和出口表面中的任一个或两个涂覆有包含烃吸附剂材料的洗涂层，其中该烃吸附剂材料是分子筛的一种或组合，和其中该烃吸附剂包含八8和％、八8和代或者八8、代和全部三种。
[0045]该多孔基底可以是金属例如烧结的金属，或者陶瓷例如碳化硅、堇青石、氮化铝、氮化硅、钛酸铝、氧化铝、堇青石、莫来石例如针状莫来石(参见例如1001/16050)、铯榴石、金属陶瓷““謂的)例如八1203作6、八120341或84以？6，或者包含其任何两种或更多种的部分的复合材料。过滤器类型包括壁流式过滤器或发泡体或所谓的部分过滤器，例如公开在2？1057519或肌)01/080978中的那些。在一个优选的实施方案中，该过滤器是包含陶瓷多孔基底的壁流式过滤器。本发明的壁流式过滤器优选具有高至400叩81的孔密度。
[0046]该多孔基底具有平均孔尺寸的表面孔。平均孔尺寸可以通过水银孔隙率法来测定。该平均孔尺寸是8-45 VIII，例如8-25 VIII，10-20 VIII或者13-20^111。应当理解，本发明的益处基本上独立于基底的孔隙率。孔隙率是多孔基底中空隙空间的百分比的度量，并且与排气系统的背压有关:通常，孔隙率越低，背压越高。但是，用于本发明的过滤器的孔隙率典型地>40 %或>50 %，并且可以使用45-75 %例如50-65 %或55-65 %的孔隙率。
[0047]该多孔基底的入口表面和出口表面中的任一个或两个可以涂覆有洗涂层。此外，该入口表面和出口表面中的任一个或两个可以包括多个洗涂层，其中该多个层中的每个洗涂层可以相同或不同。打算用于涂覆出口表面的洗涂层不必然与用于入口表面的相同。该洗涂层典型的平均孔尺寸小于8 μπι。入口表面上的洗涂层的平均孔尺寸可以不同于出口表面上的。
[0048]在一个实施方案中，该洗涂层是表面洗涂层。这定义为这样的洗涂层，其基本上覆盖了多孔结构的表面孔，并且基本上没有洗涂层进入多孔基底的多孔结构。制造表面涂覆的多孔过滤器基底的方法包括将聚合物引入该多孔结构中，将洗涂层施用到该基底和聚合物，然后干燥和煅烧该涂覆的基底，来烧除聚合物，或者由本领域技术人员适当配制该洗涂层，包括调整粘度、粒度和表面润湿特性和在涂覆多孔基底之后施加适当的真空(参见W099/47260 和 W02011/080525)。
[0049]在一个可选的实施方案中，该洗涂层涂覆于入口表面和出口表面上，并且还涂覆于多孔基底的多孔结构中。制造这种过滤器的方法包括由本领域技术人员适当配制该洗涂层，包括调整粘度、粒度和表面润湿特性和在涂覆多孔基底之后施加适当的真空。W099/47260 和 W02011/080525 公开了这种方法。
[0050]在第三实施方案中，该洗涂层基本位于多孔结构内，即它渗透多孔基底的多孔结构。
[0051]优选施用到入口表面上的洗涂层的平均孔尺寸小于多孔基底的平均孔尺寸，来防止或减少任何燃烧灰或碎肩进入到该多孔结构。
[0052]在全部的实施方案中，该洗涂层的表面孔隙率可以通过在其中包括空隙而增加。用空隙表示存在于层中由固体洗涂层材料限定出的空间。空隙可以包括任何空位、细孔、隧道状态、狭缝，并且可以如下来引入:在用于涂覆多孔基底的洗涂层组合物中包括在涂覆的多孔过滤器基底煅烧期间发生燃烧的材料，例如切碎的棉花或者通过在分解或燃烧时形成气体而产生孔的材料。该洗涂层的平均空隙可以是5-80%，并且平均空隙直径是0.2-500 μmD
[0053]在本发明的实施方案中，该洗涂层在微粒过滤器上的负载量>0.25g/in3，优选大于 0.50g/in3和更优选大于 0.8g/in 3，例如 0.80-3.0Og/in3。
[0054]该洗涂层包含烃吸附剂。废气中的烃包括链烷烃、烯烃和芳烃。这些组分的每个包含C1-C11的不同尺寸的烃。有效的烃吸附剂必须吸附全部这些烃尺寸。通常烃吸附剂是分子筛。烃吸附剂材料典型地优选为沸石的一种或组合或者同形体例如SAPO。沸石是微多孔的铝硅酸盐矿物。在2010年11月时，已经确定了 194种独特的沸石骨架，并且已知超过40种天然存在的沸石骨架。对于用于本发明来说，特别优选的沸石和/或同形体例如SAPO是如下那些:能够在高至相当高的温度表现出对于从发动机废气排出的烃足够高的吸附性，并且对于在这种高温长期使用来说没有可辨别的性能下降，具有高的耐久性。高温和高耐久性的定义将取决于过滤器/阱相对于废气排放物的放置位置，和允许送过该过滤器/阱的废气排放物的温度。例如在旁路系统中，该吸附剂将典型地暴露于高于TWC的有效温度不大于50°C的温度。所以烃吸附剂的选择将是这样，其在低温具有最有效的吸附性，并且能够在典型地高于的有效温度不大于501:的温度有效地再生。但是，当阱/过滤器组合串联放置时，吸附剂典型地将暴露于高至8001:的温度。对于在冷启动时捕集烃来说，最起码该烃吸附剂必须在高至11(:有活性的温度的温度，至少能够吸附发动机废气排出的烃。为了满足上述要求，本发明优选的沸石包括丝光沸石、丫型沸石、镁碱沸石、0沸石和231-5。沸石的孔尺寸是不重要的，但是优选的孔尺寸至少比从废气排放的烃的分子直径大0.111111，以最大吸附该烃。当该烃吸附剂存在于旁路排列中时，优选的二氧化硅与氧化铝之比是30-280，具有处于该范围下端的值。
[0055]该烃吸附剂可以进一步包含1118族元素例如铈、镧、钕和钇中的一种或多种。已知这些金属改进沸石的水热稳定性。
[0056]假定(^烃能够通过包含匕和^和？丨或者八邑、？丨和全部三种的分子筛，被这些贵金属化学吸附。在具体的实施方案中，该烃吸附剂可以包含贵金属钌、铱或者钌和铱二者。该贵金属可以浸入到该烃吸附剂中。可选地，如果所用的一种或多种沸石含有铝，例如是镁碱沸石，则该贵金属可以通过离子交换机理掺入到该镁碱沸石中。捕集效率的改进意味着可以使用低的洗涂层负载量，其降低了过滤器/阱的背压，这意味着再生来烧除所收集的微粒可以基于较低的频率来进行。此外，该金属还被认为帮助吸附剂在较低温度再生，以及降低了微粒物质能够被烧除的温度。例如，当过滤器/阱处于旁路系统中时，这是特别有用的。
[0057]该烃吸附剂可以进一步包含储氧组分(030。选择该0%，以使得它在环境温度和运行温度(在该温度时，吸附剂材料降解，并且不捕集烃)之间失去储氧能力。对于串联烃吸收剂来说，用于汽油发动机的运行温度可以高至8001。对于旁路布置来说，用于该烃吸收剂的运行温度将典型地小于3001:。所以取决于过滤器/阱在排气系统中的位置，将需要不同的0%。本领域技术人员将能够通过常规实验，考虑该过滤器/阱将向其暴露的废气的温度来选择合适的03?:。但是，目前优选的材料包括二氧化钟、二氧化钟-氧化错和用一种或多种镧系元素稳定的二氧化铈-氧化锆(参见102011/027228)。
[0058]在一个优选的实施方案中，该烃吸附剂进一步包含至少一种上面公开的贵金属和1118族元素中的至少一种或多种。
[0059]在一个特别优选的实施方案中，该烃吸附剂进一步包含至少一种上面公开的贵金属和1118族元素中的至少一种或多种。
[0060]根据第二方面，本发明提供排气系统，其包括用于从车辆发动机废气(特别是汽油直喷式发动机废气)中收集微粒物质和捕集烃的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器包含具有入口表面和出口表面二者的多孔基底，该入口表面和出口表面由该多孔基底彼此分开，其中该入口表面和出口表面中的任一个或两个涂覆有包含烃吸附剂材料的洗涂层。
[0061]该排气系统可以包括1呢。的例子公开在所述文献中，并且典型的中的活性组分包括和中的一种或两种与他的组合，或者甚至仅？山其负载于高表面积氧化物上，和储氧组分，例如二氧化铈或含有铈的混合氧化物例如二氧化铈-氧化锆。
[0062]该11(:可以位于组合的微粒过滤器和烃阱的上游和/或下游。在一个实施方案中，该过滤器/阱位于11(:上游。一个优选的实施方案是该过滤器/阱位于第一 11(:下游，并且另一系统组件例如氧化催化剂或第二 11(:位于该过滤器丨阱下游，来当过滤器丨阱的温度增加到高于烃解吸的温度时，燃烧从该烃吸附组分所释放的烃。在该实施方案中，该过滤器/阱可以暴露于低于当它位于TWC上游时的那些温度的废气温度，例如如果它处于TWC上游和与之串联时的温度。实际的暴露温度将取决于该组合的过滤器/阱在排气系统中的位置距离TWC下游多远。
[0063]该TWC和组合的过滤器/阱可以各自位于排气系统中分别的容器中，或者它们可以一起位于排气系统中单个容器内。
[0064]该组合的过滤器/阱可以与TWC分开布置和直接与之串联。
[0065]可选地，在本发明的一个非常优选的实施方案中，该组合的过滤器/阱与旁路系统中的TWC分开布置。这种旁路系统如例如EP0424966A1和WOl 1/027228中所定义。在该实施方案中，通过阀的至少一种改变来收集送过排气系统的废气。
[0066]可以通过至少一个阀和用于控制该至少一个阀的控制装置来控制废气经过该排气系统，该控制装置在使用时经编程以使得:
[0067]a)在发动机冷启动时，废气仅流过该组合的微粒过滤器和烃阱；
[0068]b) 一旦废气达到刚好低于该烃阱的烃解吸温度的温度，则废气绕过该组合的微粒过滤器和烃阱；
[0069]c) 一旦该三元催化剂达到其活化温度，则废气第二次流过该组合的微粒过滤器和径讲；
[0070]d) 一旦废气的温度高到足以解吸任何被捕集的烃和烧除任何微粒物质时，则废气第二次绕过该组合的微粒过滤器和烃阱。
[0071]在该点时，该组合的过滤器/阱然后完全再生，并且不暴露于任何更高的温度。所以该过滤器/阱具有与暴露于较高温度废气的那些相比延长的寿命。
[0072]根据第三方面，本发明提供车辆内燃机，其包括本发明第二方面的排气系统。该车辆发动机可以通过柴油燃料或汽油燃料来供能。在本发明中优选汽油燃料。特别优选直喷式汽油发动机。该直喷式发动机也可以通过共混有含氧物(包括甲醇和/或乙醇)、液化石油气或压缩天然气的汽油燃料来提供燃料。
[0073]根据第四方面，本发明提供车辆，其包括本发明第三方面的内燃机。
[0074]根据第五方面，本发明提供根据本发明第一方面的组合的微粒过滤器和烃阱或者根据本发明第二方面的排气系统的用途，用于处理车辆发动机废气中的微粒物质和烃。
[0075]在一个特别优选的实施方案中，第五方面的用途是处理车辆发动机冷启动废气。
[0076]在另一用途实施方案中(其中该烃吸附剂是分子筛)，可以选择分子筛的孔尺寸比废气中典型排放的烃的分子直径大至少0.1nm0
[0077]为了避免任何疑义，这里所引用的任何和全部现有技术文献的整个内容在此引入作为参考。
【权利要求】
1.用于从废气中收集微粒物质和捕集烃的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基底，该入口表面和出口表面由该多孔基底彼此分开，其中该入口表面和出口表面中的任一个或两个涂覆有包含烃吸附剂材料的洗涂层，其中该烃吸附剂材料是分子筛的一种或组合，和其中该烃吸附剂包含Ag和Pd、Ag和Pt或者Ag、Pt和Pd全部三种。
2.根据权利要求1所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器是包含陶瓷多孔基底的壁流式过滤器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该分子筛或各分子筛选自沸石及其同形体。
4.根据权利要求3所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该沸石或各沸石选自丝光沸石、Y型沸石、镁碱沸石、β沸石和ZSM-5。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该烃吸附剂包含选自铈、镧、钕和钇的IIIB族元素中的一种或多种。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该烃吸附剂包含钌、铱或者钌和铱二者。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该烃吸附剂包含储氧组分。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该微粒过滤器上的洗涂层负载量大于0.25g/in3。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该入口表面和出口表面中的任一个或两个包含多个洗涂层，并且其中该多个层内的各洗涂层与该多个层中的该其他洗涂层或各其他洗涂层相同或不同。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该入口表面上的洗涂层的平均孔尺寸与该出口表面上的相同或不同。
11.根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该洗涂层是表面洗涂层。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该洗涂层涂覆于入口表面和出口表面上，并且还涂覆于该多孔基底的多孔结构内。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱，其中该洗涂层基本上位于多孔结构内。
14.用于车辆发动机的排气系统，其包括根据前述权利要求中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱。
15.根据权利要求14所述的排气系统，其包括位于该组合的微粒过滤器和烃阱上游的三元催化剂，和/或位于该组合的微粒过滤器和烃阱下游的三元催化剂或氧化催化剂。
16.根据权利要求15所述的排气系统，其中该三元催化剂位于该组合的微粒过滤器和烃阱下游。
17.根据权利要求15或16所述的排气系统，其中该微粒过滤器和烃阱与该三元催化剂直接串联布置。
18.根据权利要求15或16所述的排气系统，其中该微粒过滤器和烃阱位于与该三元催化剂分开的芳路系统中。
19.根据权利要求18所述的排气系统，其中通过阀的至少一种变化来控制废气的通过。
20.根据权利要求18所述的排气系统，其包括至少一个阀和用于控制该至少一个阀的控制装置，该控制装置在使用时经编程以使得: a)在发动机冷启动时，废气仅流过该组合的微粒过滤器和烃阱； b)一旦废气达到刚好低于该烃阱的烃解吸温度的温度，则废气绕过该组合的微粒过滤器和烃阱； c)一旦该三元催化剂达到其活化温度，则废气流过该组合的微粒过滤器和烃阱； d)一旦废气的温度高到足以解吸任何被捕集的烃和烧除任何微粒物质，则废气第二次绕过该组合的微粒过滤器和烃阱。
21.车辆内燃机，其包括根据权利要求14-20中任一项所述的排气系统。
22.根据权利要求21所述的车辆内燃机，其中该内燃机是汽油直喷式发动机。
23.车辆，其包括根据权利要求21或22所述的内燃机。
24.根据权利要求1-14中任一项所述的组合的微粒过滤器和烃阱或者根据权利要求14-20中任一项所述的排气系统的用途，用于处理车辆发动机废气中的微粒物质和烃。
【文档编号】F01N3/08GK104487669SQ201380038966
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】M·A·霍华德 申请人:庄信万丰股份有限公司