Многофункциональные фильтры для регулирования выбросов дизельного двигателя

Изобретение относится к изделиям катализатора и способам обработки выхлопного газа. Представляются мультизонные изделия катализатора, способы производства мультизонных изделий катализатора и способы регулирования выбросов в потоках выхлопных газов дизельного двигателя с применением мультизонных изделий катализатора, где система обработки выбросов согласно различным вариантам исполнения эффективно обрабатывает выхлопной газ дизельного двигателя с помощью одного мультизонного изделия катализатора. Изобретение обеспечивает значительное снижение содержания материала в виде частиц на величину больше 90% наряду с активным сжиганием накапливающей сажи, дополнительное снижение нагрузки по саже в фильтре и уменьшение количества активных циклов регенерации. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 табл., 15 ил.

 

Настоящее изобретение относится к изделиям катализатора, системам обработки выбросов и способам обработки выхлопного газа. Предоставляются мультизонные изделия катализатора, способы производства мультизонных изделий катализатора и способы регулирования выбросов в потоках выхлопных газов дизельного двигателя с помощью мультизонных изделий катализатора, где система обработки выбросов согласно различным вариантам исполнения эффективно обрабатывает выхлопной газ дизельного двигателя с помощью одного мультизонного изделия катализатора.

Выхлопной газ двигателя и, в частности, выхлопной газ дизельного двигателя, представляет собой гетерогенную смесь, которая содержит не только газообразные выбросы, такие как монооксид углерода («СО»), несгоревшие углеводороды («НС») и оксиды азота («NO_x»), но также и материалы в конденсированной фазе (жидкости и твердые вещества), обычно называемые взвешенными частицами или материалом в виде частиц (РМ, англ. particulate matter). Подпадающие под регулирование соединения из выбросов выхлопных газов включают СО, НС, NO_x и РМ.

Часто композиции катализатора и подложки, на которых расположены эти композиции, предусматриваются в выхлопных системах дизельного двигателя для преобразования определенных или всех этих компонентов выхлопных газов в безопасные компоненты. Например, выхлопные системы дизельных двигателей могут содержать один или несколько дизельных катализаторов окисления, сажевый фильтр и катализатор для восстановления NO_x.

Известно, что катализаторы окисления, которые содержат металлы платиновой группы, неблагородные металлы и их комбинации, способствуют обработке выхлопного газа дизельных двигателей в результате содействия конверсии газообразных загрязнителей - как НС, так и СО, и некоторой части материала в виде частиц путем окисления этих загрязняющих выбросов до диоксида углерода и воды. Такие катализаторы обычно содержались в блоках, называемых дизельными катализаторами окисления (DOC), которые помещаются в выхлопной газ дизельных двигателей для обработки этого выхлопного газа, прежде чем он выбрасывается в атмосферу. В дополнение к конверсии газообразных НС, СО и твердых примесей, катализаторы окисления, которые содержат металлы платиновой группы (которые обычно диспергированы на жаропрочном металлоксидном носителе), также способствуют окислению оксида азота (NO) до NO₂.

Общее содержание материала в виде частиц (ТРМ) в выбросах дизельного выхлопного газа состоит из трех основных компонентов. Одним компонентом является сухая, твердая углеродистая фракция или сажевая фракция. Этот сухой углеродистый материал привносит свой вклад в видимые выбросы сажи, обычно ассоциирующиеся с выхлопом дизельного двигателя. Второй компонент материала в виде частиц представляет собой растворимую органическую фракцию («SOF»). Эту растворимую органическую фракцию иногда называют летучей органической фракцией («VOF»), эта терминология и будет использоваться в данном документе. VOF может присутствовать в выхлопе дизельного двигателя либо в виде пара, либо в виде аэрозоля (мелких капелек жидкого конденсата), в зависимости от температуры выхлопного газа дизельного двигателя. Она обычно присутствует в виде конденсированных жидкостей при стандартной температуре сбора частиц, составляющей 52°С, в разбавленных выхлопных газах, как это предусмотрено стандартным измерительным тестом, таким как, например, Федеральная процедура испытаний в переходном цикле в тяжелых условиях работы в США (U.S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure). Эти жидкости возникают из двух источников: (1) смазочное масло, снимаемое со стенок цилиндров двигателя каждый раз, когда поршни поднимаются и опускаются; и (2) несгоревшее или частично сгоревшее дизельное топливо. Третий компонент материала в виде частиц представляет собой так называемую сульфатную фракцию. Сульфатная фракция образуется из небольших количеств компонентов серы, присутствующих в дизельном топливе и смазочном масле. Во время сгорания компоненты серы из дизельного топлива и масла образуют газообразные SO₂ и SO₃. Когда выхлопной газ охлаждается, SO₃ быстро соединяется с водой с образованием серной кислоты H₂SO₄. Серная кислота образует аэрозоль, который собирается в виде конденсированной фазы с частицами углерода или адсорбируется на других компонентах частиц и тем самым увеличивает массу ТРМ.

Одной ключевой технологией системы нейтрализации выхлопных газов, используемой для значительного снижения содержания материала в виде частиц, является дизельный сажевый фильтр (DPF). Существует много известных фильтрующих структур, которые эффективны при удалении материала в виде частиц из выхлопных газов дизельного двигателя, таких как сотовые фильтры с проточными стенками, фильтры с намотанными или упакованными волокнами, пеноматериалы с открытыми порами, спеченные металлические фильтры и т.д. Однако керамические фильтры с проточными стенками, описанные ниже, привлекают наибольшее внимание. Эти фильтры способны удалять более 90% твердого углеродистого материала в виде частиц из выхлопных газов дизельного двигателя. Фильтр представляет собой физическую структуру для удаления частиц из выхлопного газа, а накапливающиеся частицы будут увеличивать обратное давление от фильтра на двигатель. Таким образом, накапливающиеся частицы необходимо непрерывно или периодически выжигать из фильтра, чтобы поддерживать приемлемое обратное давление. К сожалению, частицы углеродистой сажи требуют температур свыше 500°С для сжигания в условиях выхлопного газа, богатого кислородом (обедненное топливо). Эта температура выше, чем та, что обычно имеет место в выхлопных газах дизельного двигателя.

Как правило, чтобы повысить температуру выхлопного газа, вводятся технические средства, чтобы обеспечить активную регенерацию фильтра.

Присутствие катализатора обеспечивает окисление СО, НС и NO внутри фильтра и увеличение скорости сгорания сажи. Таким образом, катализированный сажевый фильтр (CSF) или катализированный дизельный сажевый фильтр (CDPF) является эффективным в обеспечении снижения содержания материала в виде частиц на величину >90%, наряду с активным сжиганием накапливающей сажи.

Другим механизмом для удаления частиц является использование NO₂ в потоке выхлопного газа в качестве окислителя. Таким образом, частицы могут удаляться путем окисления с использованием NO₂ в качестве окислителя при температурах выше 300°С. NO₂, уже находящийся в выхлопном газе двигателя, может дополнительно восполняться при помощи окисления NO (также в выхлопном газе) за счет использования находящегося выше по потоку катализатора окисления DOC. Этот механизм пассивной регенерации может дополнительно снизить нагрузку по саже в фильтре и уменьшить количество активных циклов регенерации.

Будущие стандарты выбросов, признанные во всем мире, также будут касаться снижения содержания NOx из дизельного выхлопного газа. Проверенная технология снижения содержания NOx в выбросах мобильных систем для тяжелого режима работы, применяемая с 2006 года в Европе, а с 2010 года в США, в условиях выбросов дизельных двигателей, работающих на обедненной топливной смеси, представляет собой селективное каталитическое восстановление (SCR - Selective Catalytic Reduction). В этом процессе NOx восстанавливают аммиаком (NH₃) до азота (N₂) над катализатором, обычно состоящим из неблагородных металлов. Эта технология способна снизить содержание NOx более чем на 90%, и, таким образом, она представляет собой один из лучших подходов к достижению действенных показателей сокращения выбросов NOx. SCR для мобильных применений в качестве источника аммиака использует мочевину (обычно присутствующую в водном растворе). SCR обеспечивает эффективные степени конверсии NOx, при условии, что температура выхлопных газов находится в пределах активного температурного диапазона катализатора.

Хотя в системе для выхлопных газов могут быть представлены отдельные подложки, каждая из которых содержит катализаторы, предназначенные для отдельных компонентов выхлопного газа, желательно использование меньшего количества подложек для уменьшения общего размера системы, для облегчения сборки системы и для уменьшения общей стоимости этой системы. Одним из подходов для достижения этой цели является покрытие сажевого фильтра каталитической композицией, эффективной для превращения NOx в безвредные компоненты (с получением «SCR-катализированного сажевого фильтра» или «сажевого фильтра с покрытием»). При таком подходе SCR-катализированный сажевый фильтр приобретает две функции катализатора: удаление компонента взвешенных частиц из потока выхлопных газов и конверсию компонента NOx в потоке выхлопного газа до N₂.

Сажевые фильтры с покрытием, которые могут достичь целей снижения количества NOx, требуют достаточного содержания каталитической композиции SCR на сажевом фильтре. Постепенная потеря каталитической эффективности композиций, которая происходит со временем в результате воздействия определенных вредных компонентов потока выхлопного газа, увеличивает потребность в более высоких содержаниях композиции катализатора SCR. Однако получение сажевых фильтров с покрытием, имеющим более высокие содержания катализатора, может привести к неприемлемо высокому обратному давлению внутри выхлопной системы. Поэтому желательными являются методы нанесения покрытия, которые обеспечивают более высокие содержания катализатора на фильтре с проточными стенками, но все же позволяют фильтру поддерживать характеристики потока, которые обеспечивают приемлемое обратное давление.

Дополнительным аспектом, который следует учитывать при нанесении покрытия на фильтры с проточными стенками, является выбор подходящей композиции катализатора SCR. Во-первых, эта композиция катализатора должна быть долговечной, так чтобы она сохраняла свою каталитическую активность SCR даже после продолжительного воздействия более высоких температур, которые являются характерными для регенерации фильтра. Например, горение сажевой фракции материала в виде частиц часто приводит к температурам свыше 700°С. Такие температуры делают многие общеупотребительные композиции катализатора SCR, такие как смешанные оксиды ванадия и титана, менее каталитически эффективными. Во-вторых, композиции катализатора SCR предпочтительно имеют достаточно широкий диапазон рабочих температур, так что они могут включать изменяемые температурные диапазоны, при которых работает транспортное средство. Температуры ниже 300°С обычно встречаются, например, в условиях низкой нагрузки или при запуске двигателя. Композиции катализатора SCR предпочтительно способны катализировать восстановление компонента NOx выхлопного газа для достижения показателей снижения содержания NOx даже при более низких температурах выхлопного газа.

В данной области техники существует потребность в изделиях катализатора, способах и системах для обработки монооксида углерода, оксидов азота, углеводородов и материала в виде частиц из дизельного двигателя эффективным и недорогим способом при одновременной минимизации требуемого пространства в выхлопной системе.

Ниже перечислены различные варианты исполнения. Понятно, что эти, перечисленные ниже, варианты исполнения могут комбинироваться не только так, как перечислено ниже, но и в других подходящих комбинациях в соответствии с объемом изобретения.

Варианты исполнения изобретения направлены на пятифункциональные и даже шестифункциональные катализаторы для контроля выбросов выхлопного газа дизельного двигателя. Как следует из названия, в таких пятифункциональных и шестифункциональных катализаторах все пять/шесть основных выбросов в выхлопном газе (СО, НС, NOx, сажа, NH₃ и H₂S) удаляются с помощью одного каталитического изделия.

Проблема, с которой сталкиваются, заключается в том, как сбалансировать несколько конкурирующих реакций, чтобы обеспечить общее снижение содержания загрязняющих компонентов в потоке выхлопного газа.

Один или несколько вариантов исполнения, описанных в данном документе, относятся к катализированному сажевому фильтру, содержащему множество пористых стенок, проходящих в продольном направлении с образованием множества параллельных проходов, простирающихся от входного конца до выходного конца, причем некоторое количество этих проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов является выходными проходами, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце, по меньшей мере три покрытия, формирующие по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем первое покрытие представляет собой первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие представляет собой второе покрытие из катализатора SCR, а третье покрытие представляет собой покрытие из металла платиновой группы.

В некоторых вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, а вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и содержит покрытие из металла платиновой группы и первое покрытие из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

Один или несколько вариантов исполнения включают третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы, а четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористой стенки и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, где молекулярные сита первого и второго покрытий из катализатора SCR независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из меди (Cu), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), лантана (La), ванадия (V), молибдена (Мо), вольфрама (W), марганца (Mn), церия (Се) и их комбинаций, и причем металл платиновой группы присутствует в третьей и четвертой зонах с содержанием в диапазоне от примерно 1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В некоторых вариантах исполнения, покрытие из металла платиновой группы во второй зоне находится на поверхности пористых стенок; а покрытие из металла платиновой группы в третьей зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, а вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и содержит первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR.

Один или несколько вариантов исполнения включают третью зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем эта третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и включает покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

Один или несколько вариантов исполнения включают третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы, а четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористой стенки и включает покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы в третьей зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR; и покрытие из металла платиновой группы смешано со вторым покрытием из катализатора SCR в четвертой зоне, причем первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR в первой, второй, третьей и четвертой зонах независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, и причем молекулярные сита независимо друг от друга являются промотироваными металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се и их комбинаций.

В некоторых вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, а вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и содержит первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы, а третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, и содержит первое покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы, а вторая зона простирается в осевом направлении из первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы.

В некоторых вариантах исполнения третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR.

Один или несколько вариантов исполнения включает третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы, а четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористой стенки и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR, причем покрытие из металла платиновой группы в первой зоне находится на поверхности пористых стенок, покрытие из металла платиновой группы во второй зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR, и покрытие из металла платиновой группы смешано со вторым покрытием из катализатора SCR в третьей зоне.

В некоторых вариантах исполнения первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, где эти молекулярные сита независимо промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се и их комбинации.

В некоторых вариантах исполнения цеолитный каркасный материал представляет собой СНА, промотированный медью или железом.

Один или несколько вариантов исполнения относятся к множеству пористых стенок, имеющих длину, проходящую в продольном направлении с образованием множества параллельных проходов, простирающихся от входного конца до выходного конца, причем некоторое количество этих проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов, отличающихся от входных проходов, представляет собой выходные проходы, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце, по меньшей мере трем каталитическим зонам в направлении длины и пронизывающим пористые стенки, включая первую зону, простирающуюся от входного конца и содержащую первый катализатор селективного каталитического восстановления, вторую зону ниже по потоку от первой зоны, причем вторая зона содержит первый катализатор селективного каталитического восстановления и катализатор окисления из металла платиновой группы или второй катализатор селективного каталитического восстановления и катализатор окисления из металла платиновой группы, и третью зону ниже по потоку от второй зоны, содержащую первый катализатор селективного каталитического восстановления и катализатор окисления из металла платиновой группы, или второй катализатор селективного каталитического восстановления и катализатор окисления из металла платиновой группы, или первый катализатор селективного каталитического восстановления, второй катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) и катализатор окисления из металла платиновой группы.

В некоторых вариантах исполнения первая верхняя по потоку зона простирается на длину от примерно 1% до примерно 50% длины стенки от входного конца, причем содержание первой верхней по потоку зоны находится в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³; вторая зона простирается на длину от примерно 1% до примерно 50% длины стенки от первой верхней по потоку зоны, а катализатор окисления из металла платиновой группы содержит платину и/или палладий, причем содержание металла платиновой группы во второй каталитической зоне находится в диапазоне от примерно 0,1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³; и третья зона простирается от второй зоны до выходного конца стенки, причем содержание второго катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) в третьей зоне находится в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³.

Один или несколько вариантов исполнения включают четвертую зону ниже по потоку от третьей зоны, содержащую первый катализатор селективного каталитического восстановления и катализатор окисления из металла платиновой группы; и причем четвертая зона простирается от третьей зоны до выходного конца пористых стенок, и причем содержание четвертой зоны находится в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В некоторых вариантах исполнения пористость пористых стенок находится в диапазоне от примерно 40% до примерно 75%; и причем средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от примерно 10 мкм до примерно 30 мкм.

Один или несколько вариантов исполнения относятся к множеству пористых стенок, проходящих в продольном направлении с образованием множества параллельных проходов, простирающихся от входного конца до выходного конца, причем некоторое количество этих проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов являются выходными проходами, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце, по меньшей мере трем покрытиям, формирующим по меньшей мере две зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем первое покрытие является первым покрытием из катализатора SCR, второе покрытие является вторым покрытием из катализатора SCR, а третье покрытие является покрытием из металла платиновой группы.

В некоторых вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, а вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и включает покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы смешивается со вторым покрытием из катализатора SCR во второй зоне.

В некоторых вариантах исполнения пористость пористых стенок находится в диапазоне от примерно 40% до примерно 75%; и причем средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от примерно 15 мкм до примерно 25 мкм.

В некоторых вариантах исполнения первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, где молекулярные сита независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe и их комбинаций.

Один или несколько вариантов исполнения относятся к способу снижения выбросов выхлопных газов из дизельного двигателя, работающего на обедненной топливной смеси, включающему прохождение выхлопного газа через любой вариант исполнения раскрытых в данном документе катализированных сажевых фильтров, причем по меньшей мере пять из СО, НС, NO_x, сажи, NH₃ и H₂S по меньшей мере частично удаляются из выхлопного газа с помощью этого катализированного сажевого фильтра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие характерные признаки варианта исполнения настоящего изобретения, их природа и различные преимущества станут более очевидными после рассмотрения следующего подробного описания, взятого в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые также являются иллюстрацией наилучшего режима, предполагаемого заявителями, и в которых одинаковые условные обозначения на всем протяжении относятся к одинаковым частям, где:

ФИГ. 1 иллюстрирует внешний вид варианта исполнения подложки фильтра с проточными стенками, имеющей входной конец и выходной конец;

ФИГ. 2 иллюстрирует поперечное сечение примерного варианта исполнения множества пористых стенок, простирающихся в продольном направлении от входного конца до выходного конца подложки фильтра с проточными стенками;

ФИГ. 3 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками с изображением трех зон;

ФИГ. 4 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий;

ФИГ. 5 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий;

ФИГ. 6 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных другим расположением множества покрытий;

ФИГ. 7 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками с изображением четырех зон;

ФИГ. 8 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей четыре зоны, образованные по меньшей мере тремя покрытиями;

ФИГ. 9 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей четыре зоны, образованные четырьмя покрытиями;

ФИГ. 10 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей четыре зоны, образованные по меньшей мере тремя покрытиями;

ФИГ. 11 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий;

ФИГ. 12 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей глухое покрытие на внешней поверхности выходных заглушек;

ФИГ. 13 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий;

ФИГ. 14 иллюстрирует примерный вариант исполнения системы двигателя, включающей систему обработки выбросов и инжектор для мочевины;

ФИГ. 15 иллюстрирует другой примерный вариант исполнения системы двигателя, включающий систему обработки выбросов, инжектор для мочевины и другие компоненты двигателя.

Перед описанием нескольких примерных вариантов исполнения изобретения следует понимать, что изобретение не ограничивается деталями конструкции или технологических стадий, изложенными в следующем описании. Изобретение допускает другие варианты исполнения и способно исполняться или осуществляться различными способами.

Ссылка на протяжении всего данного описания, относящаяся к «одному варианту исполнения», «определенным вариантам исполнения», «некоторым вариантам исполнения», «одному или нескольким вариантам исполнения» или «варианту исполнения» означает, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с этим вариантом исполнения, могут быть включены по меньшей мере в один вариант исполнения изобретения. Таким образом, появление фраз, таких как «в одном или нескольких вариантах исполнения», «в определенных вариантах исполнения», «в некоторых вариантах исполнения», «в одном варианте исполнения» или «в варианте исполнения» в разных местах на протяжении всего данного описания не обязательно относится к одному и тому же варианту исполнения изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры, материалы или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим способом в одном или нескольких вариантах исполнения.

Используемый здесь термин «пронизывать» при использовании для описания диспергирования катализатора SCR и/или катализатора окисления в пористых стенках означает, что конкретная композиция проникает по меньшей мере в большую часть полых областей в пределах толщины стенки и осаждается на внутренних поверхностях по всей толщине стенок. Таким образом, материал становится диспергированным во всей стенке фильтра.

В контексте данного документа термин «локальное содержание» при использовании для описания количества каталитического материала (например, металла платиновой группы (МПГ), катализатора SCR, катализатора окисления), присутствующего на пористых стенках, означает среднее количество каталитического материала, осажденного на стенках в пределах конкретной зоны или зон, то есть, указанное содержание не усредняется по всей длине подложки.

В контексте данного документа содержание покрытия из пористого оксида определяется в г/дюйм³ как общая масса всех компонентов покрытия из пористого оксида типа «washcoat» (то есть, МПГ, носителя из жаропрочного оксида металла, цеолита, неблагородных металлов, органических соединений серы (OSC) и т.д.) на единицу объема монолитной подложки. Содержание МПГ определяется в г/фут³ как общая масса всех металлов из МПГ в катализаторе (например, платина (Pt) + палладий (Pd) + родий (Rh)) на единицу объема монолитной подложки. Поэтому катализаторы TWC, DOC CSF и LNT, которые используют МПГ, могут быть однозначно описаны с помощью как содержания покрытия из пористого оксида типа «washcoat», так и содержания МПГ, в то время как катализаторы SCR, которые не имеют компонента МПГ, могут быть описаны с помощью только содержания покрытия из пористого оксида. Катализаторы АМОх, которые имеют как SCR, так и МПГ, могут быть описаны с помощью обоих критериев. В контексте данного документа «содержание» для катализатора из МПГ представляет собой фактическую массу МПГ, прикрепленного к внутренней и внешней поверхностям пористой стенки (стенок) после нанесения покрытия из пористого оксида типа «washcoat», тогда как «содержание» для катализатора SCR представляет собой фактическую объединенную массу металлического промотора и материала молекулярного сита, прикрепленных к внутренней и внешней поверхностям пористой стенки (стенок) после нанесения покрытия из пористого оксида типа «washcoat». Кроме того, чтобы конкретно описать массу/объем компонентов катализатора в конкретной зоне катализатора, может быть использовано локализованное содержание МПГ или покрытия из пористого оксида типа «washcoat».

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор SCR и/или катализатор окисления могут оставаться в основном на поверхности пористых стенок фильтра. В контексте данного документа термин «в основном на поверхности», при использовании для описания диспергирования катализатора SCR и/или катализатора окисления на пористых стенках, означает, что по меньшей мере большая часть частиц катализатора конкретной композиции не проникает в области в пределах толщины стенки и не становится осажденной на внутренних поверхностях по всей толщине стенок. Вместо этого, каталитический материал осаждается на наружных поверхностях стенок, а меньшая часть частиц катализатора проникает не далее чем примерно на 50% в полые области в пределах толщины стенки или не далее чем примерно на 33% в полые области внутри толщины стенки или не далее чем примерно на 10% в полые области в пределах толщины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения глубина проникновения может варьироваться для оптимизации обратного давления в фильтре и взаимодействия с компонентами катализатора, примененными на отдельных стадиях нанесения покрытия из пористого оксида типа «washcoat», причем эта глубина проникновения может находиться в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% от толщины пористой стенки или в диапазоне от примерно 10% до примерно 40% или в диапазоне от примерно 5% до примерно 20% или в диапазоне от примерно 20% примерно до 35%.

Проблема согласования нескольких конкурирующих реакций может быть решена путем рационального выбора и компоновки каталитических материалов и компонентов в потоке выхлопного газа, где содержание материала в виде частиц (РМ) может быть уменьшено за счет использования сажевого фильтра с пористыми стенками, содержание оксидов азота (NO_x) может быть уменьшено с помощью катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) с использованием восстановителя (например, мочевины, NH₃), проскакивание аммиака может быть уменьшено при помощи катализатора окисления аммиака (АМОх).

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения относятся в целом к мультизонным изделиям катализированного фильтра, способам изготовления мультизонных изделий катализированного фильтра и способам регулирования выбросов в потоках выхлопного газа бензинового и дизельного двигателя с помощью мультизонных изделий катализированного фильтра, где система обработки выбросов из различных вариантов исполнения эффективно обрабатывает выхлопной газ дизельного двигателя с помощью отдельного мультизонного изделия катализированного фильтра.

Для удаления сажи мультизонные изделия катализированного фильтра обладают высокими возможностями фильтрации. Для покрытий из катализатора на фильтре двумя важными соображениями являются минимизация обратного давления и предотвращение обхода выхлопного газа вокруг катализатора, расположенного в фильтре. Минимизация обратного давления приводит непосредственно к экономии топлива и потенциально также к долговечности двигателя.

Для мультизонного изделия катализированного фильтра, которое использует отдельные материалы SCR и окислительного катализатора, чтобы удалять NO_x с помощью NH₃, а СО и НС с помощью O₂, выхлопной газ сначала проходит через катализатор SCR, а затем проходит через катализатор окисления. Если выхлопной газ обходит катализатор SCR и сначала подвергается воздействию окислительной функции, тогда восстановитель (например, NH₃) будет окисляться до NO_x, а функция снижения выбросов NO_x будет нарушена, даже настолько, чтобы выделять больше NO_x чем то количество, которое было введено в катализатор до добавления NH₃ в качестве восстановителя.

Интеграция функций восстановления NO_x и удаления материала в виде частиц (РМ) в одном изделии катализатора осуществляется с использованием подложки с проточными стенками, покрытой композицией катализатора SCR.

Заявители обнаружили способ нанесения композиции катализатора SCR на подложку с проточными стенками для образования подложки, которая может быть использована в применении, где требуется высокая эффективность фильтрации. Например, подложка, образованная с помощью этого способа, подходит для эффективного удаления материала в виде частиц из выхлопного газа (например, более 80% или 90% или 99%) в системе обработки выбросов согласно варианту исполнения изобретения. Раскрытый в данном документе способ нанесения покрытия позволяет подложкам с проточными стенками иметь содержание практических уровней катализатора SCR, не вызывая избыточного обратного давления в целом по изделию с нанесенным покрытием при применении в системах обработки выбросов.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор SCR расположен по всей стенке фильтра на протяжении всей длины и пронизывает все поперечное сечение стенки. Это позволяет катализатору SCR пронизывать все поры фильтра и распространяться по максимальному объему фильтра, тем самым сводя к минимуму обратное давление и обеспечивая отсутствие обхода этого катализатора SCR.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления диспергируется по всей стенке фильтра на протяжении по меньшей мере части длины и пронизывает все поперечное сечение стенки. Это позволяет катализатору окисления пронизывать поры фильтра и распространяться по максимальному объему фильтра, тем самым сводя к минимуму обратное давление и обеспечивая отсутствие обхода этого катализатора окисления.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления диспергируется по всей стенке фильтра на протяжении по меньшей мере части длины, где этот катализатор окисления пронизывает все поперечное сечение стенки, и этот катализатор окисления диспергируется на поверхности стенки фильтра на протяжении по меньшей мере части длины, где этот катализатор окисления не пронизывает все поперечное сечение стенки. Это позволяет большей части катализатора окисления находиться главным образом на поверхности фильтра, а меньшая часть частиц катализатора проникает не далее чем примерно на 50% в толщину стенки или не далее чем примерно на 33% в толщину стенки или не далее чем примерно на 10% в толщину стенки вдоль участка длины стенки фильтра.

В некоторых вариантах исполнения различные зоны отличаются друг от друга изменением в составе каталитического покрытия, изменением в содержании каталитического покрытия или обоими, если наблюдать в осевом направлении вдоль длины пористой стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления диспергируется поверх стенки выходного канала (каналов) подложки фильтра. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления образует слой поверх стенки над катализатором SCR, диспергированным во всей стенке. Окислительный катализатор позволяет некоторое пропускание газа через стенку непосредственно под ним, при условии, что в этой стенке имеется достаточное количество катализатора SCR для удаления NO_x, прежде чем газ проходит через этот катализатор окисления.

Один или несколько вариантов исполнения изобретения направлены на катализированные сажевые фильтры, содержащие множество проходящих в продольном направлении проходов, образованных продольно простирающимися пористыми стенками, ограничивающими и определяющими эти проходы, и осевой длиной, простирающейся между входным концом и выходным концом. Проходы включают входные проходы, открытые на входном конце и закрытые на выходном конце, и выходные проходы, закрытые на входном конце и открытые на выходном конце.

В контексте данного документа термины «входной конец» и «выходной конец» относятся к намеченной и принятой траектории пути выхлопного газа через каталитическое изделие, где необработанный выхлопной газ проходит в каталитическое изделие на входном конце, а обработанный выхлопной газ выходит из выходного конца этого каталитического изделия. В некоторых вариантах исполнения выходной конец каталитического изделия находится напротив входного конца.

В некоторых вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена внутри пористых стенок и/или на стенках входных проходов, простираясь от входного конца, и на длину меньше, чем полная осевая длина фильтра с проточными стенками, причем катализатор селективного каталитического восстановления содержит молекулярное сито и переходный металл, а катализатор окисления, содержащий металл платиновой группы (МПГ), расположен по всей стенке фильтра и/или на стенках выходных проходов, простираясь от выходного конца, и на длину меньше, чем полная осевая длина фильтра с проточными стенками. В одном или нескольких вариантах исполнения часть катализатора окисления может проникать в стенки фильтра и быть смешанной с катализатором SCR. В некоторых вариантах исполнения катализатор, нанесенный на входные или выходные каналы, может образовывать тонкий слой покрытия из пористого оксида типа «washcoat» над входными или выходными заглушками внутри входных или выходных каналов.

В контексте данного документа «металл платиновой группы» (МПГ) относится к платине, палладию, родию, рутению, осмию и иридию или их комбинациям и их оксидам.

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения также относятся к катализированному сажевому фильтру, включающему подложку, имеющую пористые стенки, и по меньшей мере три каталитические зоны, образованные двумя каталитическими покрытиями вдоль длины этих пористых стенок.

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения относятся к катализированному сажевому фильтру, включающему подложку, имеющую пористые стенки, и по меньшей мере две каталитические зоны, образованные тремя каталитическими покрытиями вдоль длины этих пористых стенок.

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения относятся в целом к эффективной обработке выхлопного газа дизельного двигателя с помощью одного изделия катализатора, имеющего три или более зон катализатора.

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения также относятся в целом к эффективной обработке выхлопных газов бензинового двигателя, которая требует использования сажевого фильтра, с помощью одного изделия катализатора, имеющего три или более зон катализатора.

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения также относятся в целом к способу снижения выбросов выхлопного газа из двигателя, работающего на обедненной топливной смеси, где выхлопной газ пропускают через вариант исполнения катализированного сажевого фильтра, как описано в данном документе, где по меньшей мере пять из СО, НС, NO_x, сажи, NH₃ и H₂S, а предпочтительно, все шесть из СО, НС, NO_x, сажи, NH₃ и H₂S, частично удаляются из выхлопного газа с помощью этого катализированного сажевого фильтра.

САЖЕВЫЙ ФИЛЬТР

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения относятся к катализированному сажевому фильтру, включающему подложку, имеющую пористые стенки, и по меньшей мере три каталитические зоны вдоль длины этих пористых стенок, где каждая из по меньшей мере трех каталитических зон может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления, катализатор окисления из металла платиновой группы и второй катализатор селективного каталитического восстановления.

В одном или нескольких вариантах исполнения сажевый фильтр включает множество пористых стенок, имеющих длину, проходящую в продольном направлении с образованием множества параллельных проходов, простирающихся от входного конца до выходного конца, причем некоторое количество этих проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов, отличающихся от входных проходов, является выходными проходами, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце. В некоторых вариантах исполнения проходы закрыты заглушкой, причем эта заглушка может иметь длину около дюйма.

В одном или нескольких вариантах исполнения сажевый фильтр имеет входной конец, в котором газы могут поступать во входные проходы, и выходной конец, из которого газы могут выходить из выходных проходов, где эти газы проходят от входного прохода к выходному проходу, перемещаясь через пористые стенки, образующие эти параллельные проходы.

В одном или нескольких вариантах исполнения пористые стенки имеют пористость в диапазоне от примерно 40% до примерно 75% или в диапазоне от примерно 40% до примерно 60% или в диапазоне от примерно 50% до примерно 70% или в диапазоне от примерно 50% до примерно 65% или в диапазоне от примерно 60% до примерно 70% или в диапазоне от примерно 55% до примерно 65%. В некоторых вариантах исполнения пористые стенки имеют пористость в диапазоне от примерно 60% до примерно 65%.

В одном или нескольких вариантах исполнения средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от примерно 10 мкм до примерно 30 мкм или от примерно 10 мкм до примерно 25 мкм или от примерно 20 мкм до примерно 25 мкм. В некоторых вариантах исполнения средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от примерно 15 мкм до примерно 25 мкм.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере три каталитические зоны формируются вдоль длины стенки с помощью каталитического материала, пронизывающего толщину пористых стенок на протяжении по меньшей мере части длины стенки. В некоторых вариантах исполнения эти по меньшей мере три каталитические зоны включают первую каталитическую зону (также называемую первой зоной или первой верхней по потоку зоной), простирающуюся от входного конца, вторую каталитическую зону (также называемую второй зоной) ниже по потоку от первой зоны и третью каталитическую зону (также называемую третьей зоной) ниже по потоку от второй зоны. В некоторых вариантах исполнения каждая из зон отличается от зоны непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку изменением в составе каталитического материала, содержании каталитического материала, размещением каталитического материала на или внутри стенки (стенок) или их комбинациями.

В одном или нескольких вариантах исполнения второе покрытие SCR наносится от входного конца и может при желании пронизывать стенки всего или при желании части всего входного канала. Указанное второе покрытие SCR может быть таким же или отличающимся от первого покрытия SCR.

В некоторых вариантах исполнения ссылка на покрытие, «простирающееся от» входного конца или выходного конца, указывает, что это покрытие начинается от одного конца стенки и проходит вдоль длины стенки по направлению к противоположному концу, или где отличительный признак покрытия, такой как нахождение на поверхности, может начинаться на расстоянии от фактического входного отверстия, ссылка на отличительный признак покрытия, «простирающийся от» входного конца или выходного конца, указывает, что этот отличительный признак покрытия развивается вдоль длины стенки по направлению к противоположному концу. Например, вторая зона между первой и третьей зонами может включать покрытие на поверхности, которое простирается на процент от длины стенки от входного или выходного конца, но не начинается на входном или выходном конце, может указывать направление, в котором это покрытие простирается.

В контексте данного документа «содержание каталитического материала» относится к массе материала, содержащего один или несколько каталитически активных компонентов, нанесенных на и/или внутри стенок каталитического изделия, где каталитически активные компоненты могут представлять собой металл платиновой группы (например, Pt, Pd, Rh) и/или переходный металл (например, Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се, Ag). Каталитический материал может дополнительно содержать материал носителя, на котором каталитически активный компонент (компоненты) диспергированы, и/или который пропитан каталитически активным компонентом (компонентами), где материалом носителя может быть оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония, диоксид кремния, диоксид кремния/оксид алюминия или их комбинация.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая верхняя по потоку зона может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления с первым содержанием. В некоторых вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления может находиться в диапазоне от примерно 0,1 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона может содержать катализатор селективного каталитического восстановления с первым содержанием и либо катализатор окисления из металла платиновой группы с первым содержанием либо катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона может содержать катализатор окисления из металла платиновой группы и катализатор селективного каталитического восстановления при любом из первого содержания или второго содержания.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая каталитическая зона представляет собой первую верхнюю по потоку зону, простирающуюся от входного конца подложки, вторая зона примыкает и расположена ниже по потоку от этой первой верхней по потоку зоны, а третья зона примыкает и расположена ниже по потоку от второй зоны.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализированный сажевый фильтр может дополнительно содержать четвертую зону, примыкающую и простирающуюся вниз по потоку от третьей зоны.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая верхняя по потоку зона простирается на длину от примерно 1% до примерно 98% длины стенки от входного конца прохода (проходов); вторая зона простирается на длину от примерно 1% до примерно 98% длины стенки от первой верхней по потоку зоны, третья зона простирается от второй зоны на длину от примерно 1% до примерно 98% длины стенки; а четвертая зона простирается на оставшуюся часть длины стенки от третьей зоны до выходного конца прохода (проходов).

В одном или нескольких вариантах исполнения первая верхняя по потоку зона простирается от входного конца на длину от примерно 1% до примерно 50% длины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона простирается от первой верхней по потоку зоны на длину от примерно 1% до примерно 50% длины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона простирается от второй зоны на длину от примерно 1% до примерно 97% длины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения четвертая зона простирается от третьей зоны на длину от примерно 1% до примерно 50% длины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения длина пористой стенки, пронизанной первым покрытием, находится в диапазоне от примерно 1% до примерно 80% или от примерно 1% до примерно 70% или от примерно 10% до примерно 66% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов, а длина пористой стенки, пронизанной вторым покрытием, находится в диапазоне от примерно 50% до примерно 100% или от примерно 50% до примерно 80% или от примерно 30% до примерно 70% длины стенки, простираясь от входного конца проходов. В некоторых вариантах исполнения длина пористой стенки, пронизанной вторым покрытием, находится в диапазоне от примерно 50% до примерно 80% длины стенки, простираясь от входного конца проходов, а длина пористой стенки, пронизанной первым покрытием, находится в диапазоне от примерно 1% до примерно 70%.

В одном или нескольких вариантах исполнения второе покрытие пронизывает пористые стенки сажевого фильтра в основном по всей длине пористых стенок сажевого фильтра, и первое покрытие смешано со вторым покрытием на протяжении длины от примерно 1% до примерно 70% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов.

КАТАЛИЗАТОР СЕЛЕКТИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

В одном или нескольких вариантах исполнения второе покрытие представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления, содержащий молекулярное сито и металл. В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления содержит молекулярное сито. В некоторых вариантах исполнения молекулярное сито может иметь цеолитный каркас, а указанный цеолитный каркас может иметь размеры кольца не более 12.

В одном или нескольких вариантах исполнения цеолитный каркасный материал содержит двойной блок с шестичленными кольцами (d6r). В одном или нескольких вариантах исполнения цеолитный каркасный материал может быть выбран из AEI, AFT, AFX, СНА, ЕАВ, ЕМТ, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, WEN и их комбинации. В некоторых вариантах исполнения цеолитный каркасный материал может быть выбран из AEI, СНА, AFX, ERI, KFI, LEV и их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения цеолитный каркасный материал может быть выбран из AEI, СНА и AFX. В некоторых вариантах исполнения цеолитный каркасный материал представляет собой СНА. В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления дополнительно содержит металл, который может быть неблагородным металлом (например, где катализатор SCR находится в форме молекулярного сита, промотированного металлом).

В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления промотирован металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, Се, Mn, V, Ag и их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления промотирован металлом, выбранным из Cu, Fe, Ag и их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления промотирован Cu и/или Fe.

В одном или нескольких вариантах исполнения цеолитный каркасный материал представляет собой СНА, промотированный медью или железом.

В одном или нескольких вариантах исполнения молекулярное сито структурного типа СНА, промотированное медью или железом, может быть смешано с множеством пропитанных металлом платиновой группы частиц оксида алюминия и/или диоксида кремния/оксида алюминия для образования суспензии.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления может присутствовать с первым содержанием или со вторым содержанием, причем первое содержание может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³, а второе содержание может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³, причем второе содержание может быть таким же или отличаться от первого содержания. В некоторых вариантах исполнения потенциальное содержание в зоне перекрывания может находиться в диапазоне от примерно 1,0 г/дюйм³ до примерно 5,0 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления на первой верхней по потоку зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления на второй зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления на третьей зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления на четвертой зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

Не являющимся ограничивающим примером катализатора селективного каталитического восстановления является цеолитный каркасный материал СНА, промотированный медью, имеющий молярное соотношение диоксида кремния и оксида алюминия в диапазоне от примерно 10 до примерно 100, более конкретно, от примерно 10 до примерно 75, и еще более конкретно, от примерно 10 до примерно 60. В некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 0,5 г/дюйм³ композиции SCR, или не более чем примерно 3 г/дюйм³ композиции SCR и, в частности, от примерно 1,0 г/дюйм³ до примерно 2,0 г/дюйм³, может быть расположено на пористых стенках фильтра. В некоторых вариантах исполнения первое содержание катализатора селективного каталитического восстановления во второй каталитической зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения относятся к катализатору окисления, содержащему МПГ, расположенному по меньшей мере на одной зоне катализированного сажевого фильтра. В одном или нескольких вариантах исполнения первое покрытие представляет собой катализатор окисления, содержащий платину, палладий или их комбинацию. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления представляет собой катализатор окисления аммиака.

В одном или нескольких вариантах исполнения МПГ может быть выбран из платины, палладия, родия, рутения, осмия и иридия или их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения МПГ может быть выбран из платины, палладия или их комбинаций.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления содержит по меньшей мере один металл платиновой группы на множестве частиц, а это множество частиц катализатора окисления может иметь состав из оксида алюминия, диоксида титана, диоксида циркония, диоксида кремния, диоксида кремния/оксида алюминия или их комбинации. В одном или нескольких вариантах исполнения частицы оксида алюминия, диоксида титана, диоксида циркония, диоксида кремния и/или диоксида кремния/оксида алюминия могут быть пропитаны металлами платиновой группы с помощью способа пропитки по влагоемкости с последующей термической обработкой в интервале от примерно 400°С до примерно 600°С. В некоторых вариантах исполнения содержание металла платиновой группы по длине пористой стенки, пронизанной суспензией, находится в диапазоне от примерно 0,1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В некоторых вариантах исполнения содержание металла платиновой группы по длине пористой стенки, пронизанной суспензией, находится в диапазоне от примерно 0,1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³ или в диапазоне от примерно 1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В одном или нескольких вариантах исполнения содержание металла платиновой группы во второй каталитической зоне может находиться в диапазоне от примерно 0,1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³ или в диапазоне от примерно 1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления представляет собой суспензию МПГ, имеющую D90<3 микрометров или D90<5 микрометров или D90<10 микрометров или D90≈5-7 микрометров. В некоторых вариантах исполнения молекулярное сито структурного типа СНА, промотированное медью или железом, может быть смешано с суспензией катализатора окисления.

СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения также относятся к способу изготовления изделия катализированного сажевого фильтра, имеющего по меньшей мере три каталитические зоны, причем указанные по меньшей мере три каталитические зоны сформированы с использованием по меньшей мере трех каталитических покрытий.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления может быть введен в выходной конец множества параллельных проходов, образованных множеством пористых стенок, закрытых заглушкой на входном конце, противоположном выходному концу, причем частицы окислительного катализатора пронизывают пористые стенки внутри, и причем длина пористой стенки, пронизанной катализатором окисления, находится в диапазоне от примерно 1% до примерно 80% или в диапазоне от примерно 10% до примерно 70% или от примерно 60% до примерно 70% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления, содержащий множество частиц, может быть введен во входной конец множества параллельных проходов, образованных множеством пористых стенок, закрытых заглушкой на выходном конце, противоположном входному концу, причем частицы катализатора селективного каталитического восстановления пронизывают пористые стенки внутри, и причем длина пористой стенки, пронизанной катализатором селективного каталитического восстановления, находится в диапазоне от примерно 20% до примерно 100% или от примерно 50% до примерно 100% или от примерно 50% до примерно 80% или от примерно 60% до примерно 70% длины стенки, простираясь от входного конца проходов.

В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления может содержать множество частиц, например, в виде суспензии неорганического материала носителя, покрытого и/или пропитанного МПГ, причем катализатором окисления может быть катализатор окисления аммиака.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления вводится в выходной конец множества параллельных проходов до того, как катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец этого множества параллельных проходов. В некоторых вариантах исполнения первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец множества параллельных проходов до того, как катализатор окисления вводится в выходной конец этого множества параллельных проходов.

В одном или нескольких вариантах исполнения частицы катализатора окисления перемежаются частицами катализатора селективного каталитического восстановления внутри множества пористых стенок, причем частицы катализатора селективного каталитического восстановления и катализатора окисления перемежаются на поверхностях и/или внутри пустого пространства пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения пористость пористых стенок находится в диапазоне от примерно 60% до примерно 65%.

В одном или нескольких вариантах исполнения длина пористой стенки, пронизанной катализатором селективного каталитического восстановления, находится в диапазоне от примерно 50% до примерно 80% длины стенки, простираясь от входного конца проходов, длина пористой стенки, которая не пронизана катализатором селективного каталитического восстановления, однако пронизана окислительным катализатором, находится в диапазоне от примерно 25% до примерно 55% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов, а длина пористой стенки, пронизанной катализатором селективного каталитического восстановления и перекрывающейся катализатором окисления, находится в диапазоне от примерно 5% до примерно 35% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления на входном конце пористой стенки образует первую зону, катализатор окисления на выходном конце пористой стенки образует третью зону, а перекрывающиеся катализатор каталитического восстановления и катализатор окисления образуют вторую зону, причем эта вторая зона находится между и граничит с первой зоной и третьей зоной.

В одном или нескольких вариантах исполнения длина пористой стенки, пронизанной катализатором окисления, находится в диапазоне от примерно 25% до примерно 55% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов. Длина пористой стенки, пронизанной катализатором селективного каталитического восстановления, находится в диапазоне от примерно 50% до примерно 80% длины стенки, простираясь от входного конца проходов.

В одном или нескольких вариантах исполнения первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец множества параллельных проходов до того, как катализатор окисления вводится в выходной конец этого множества параллельных проходов.

В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления в основном остается на поверхности перекрывающегося участка пористой стенки без перемешивания с катализатором селективного каталитического восстановления, расположенным внутри пористых стенок.

В одном или нескольких вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления может быть введен в выходной конец множества параллельных проходов, причем второй катализатор селективного каталитического восстановления может пронизывать внутри часть пористых стенок сажевого фильтра, не пропитанных предварительно первым катализатором селективного каталитического восстановления, и/или осаждаться в основном на поверхности пористых стенок, предварительно покрытых на поверхности катализатором окисления.

В одном или нескольких вариантах исполнения первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец множества параллельных проходов до того, как катализатор окисления вводится в выходной конец этого множества параллельных проходов, а второй катализатор селективного каталитического восстановления вводится в выходной конец параллельных проходов после того, как катализатор окисления вводится в выходной конец этого множества параллельных проходов. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления вводится во входной конец множества параллельных проходов после того, как первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец этого множества параллельных проходов.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор окисления вводится в выходной конец множества параллельных проходов до того, как первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец этого множества параллельных проходов, причем первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится на расстояние меньше, чем полная длина пористых стенок, а второй катализатор селективного каталитического восстановления вводится в выходной конец параллельных проходов после того, как первый катализатор селективного каталитического восстановления вводится во входной конец этого множества параллельных проходов, причем второй катализатор селективного каталитического восстановления перекрывается первым катализатором селективного каталитического восстановления по меньшей мере на части длины пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления перекрывается первым катализатором селективного каталитического восстановления по меньшей мере на части длины пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения частицы катализатора окисления перемежаются частицами первого катализатора селективного каталитического восстановления внутри множества пористых стенок.

В одном или нескольких вариантах исполнения длина пористой стенки, пронизанной частицами катализатора селективного каталитического восстановления, находится в диапазоне от примерно 95% до примерно 100% длины стенки, простираясь от входного конца проходов, длина пористой стенки, покрытой на поверхности частицами катализатора окисления, находится в диапазоне от примерно 1% до примерно 70% длины стенки, простираясь от выходного конца проходов. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления может быть нанесен на поверхности пористых стенок в диапазоне от примерно 10% до примерно 70% длины стенки, причем длина стенки, покрытой вторым катализатором селективного каталитического восстановления, простирается от выходного конца проходов.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления содержит множество частиц, содержащих молекулярное сито структурного типа СНА, промотированное медью или железом.

В одном или нескольких вариантах исполнения металл платиновой группы может быть нанесен на внешнюю поверхность заглушки на выходной стороне параллельных проходов. В некоторых вариантах исполнения металл платиновой группы может быть нанесен на поверхности пористых стенок в диапазоне, составляющем около 5% или не более 5% или не более 3% или не более 2% или не более 1% длины стенки, простираясь от выходного конца выходных каналов, или не более чем на две длины заглушки.

В не являющемся ограничивающим примере способа покрытия подложек с проточными стенками композицией катализатора SCR и/или катализатором окисления эта подложка может быть погружена вертикально в часть каталитической суспензии твердых частиц в жидкости, так что верхняя часть подложки расположена чуть выше поверхности суспензии. Образец оставляют в суспензии примерно на 30 секунд. Подложку удаляют из суспензии, и избыточную суспензию удаляют из подложки с проточными стенками, сначала позволяя ей стекать из каналов, затем путем продувки сжатым воздухом (против направления проникновения суспензии). В зависимости от размера пор фильтра, среднего размера частиц суспензии катализатора SCR и предшествующих стадий обработки суспензия катализатора SCR может осаждаться на поверхности и/или пронизывать внутри пористые стенки фильтра, так что поры не являются закупоренными до такой степени, что в готовой подложке будет возникать чрезмерное обратное давление. В некоторых вариантах исполнения суспензия катализатора окисления может осаждаться на поверхности и/или пронизывать внутри пористые стенки фильтра. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор SCR может наноситься либо на входные, либо на выходные каналы для осаждения на поверхности и/или пронизывания пористых стенок фильтра. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор окисления может быть нанесен на входные и/или выходные каналы для осаждения на поверхности пористых стенок фильтра.

МУЛЬТИЗОННАЯ КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ

Принципы и варианты исполнения настоящего изобретения также относятся к каталитическим выхлопным системам, включающим по меньшей мере один катализированный сажевый фильтр, как описано в данном документе. В некоторых вариантах исполнения эта каталитическая выхлопная система может содержать катализированный сажевый фильтр и один или несколько дополнительных компонентов для снижения содержания множества газообразных загрязнителей и некоторой доли материала в виде частиц.

В одном или нескольких вариантах исполнения инжектор для мочевины, также называемый системой дозирования восстановителя, может быть предусмотрен выше по потоку от катализированного сажевого фильтра, чтобы вводить восстановитель NO_x в поток выхлопных газов для облегчения работы катализатора SCR, включенного в катализированный сажевый фильтр. Как раскрывается в патенте США №4,963,332, который тем самым полностью включается путем ссылки во всей его полноте, для всех целей, NO_x может определяться выше по потоку и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, и импульсный дозирующий клапан может управляться сигналами выше по потоку и/или ниже по потоку.

В альтернативных конфигурациях систем, раскрытых в патенте США №5,522,218, который тем самым полностью включается путем ссылки во всей его полноте, для всех целей, величина импульса инжектора для восстановителя может регулироваться по показаниям датчиков и/или диаграммам температуры выхлопных газов и условиям работы двигателя, таким как число оборотов двигателя, передача и скорость двигателя. Системы измерения импульсов восстановителя описаны в патенте США №6,415,602, обсуждение которого тем самым полностью включается путем ссылки во всей его полноте, для всех целей.

В некоторых вариантах исполнения выхлопная система может содержать выхлопной трубопровод, выхлопную трубу (или приемную трубу глушителя или Y-образный патрубок), глушитель и выводящую трубу глушителя. Каталитическая выхлопная система может быть вставлена в выхлопную систему около Y-образного патрубка и/или выхлопной трубы для обработки выхлопного газа от двигателя внутреннего сгорания перед тем, как газы выходят из выводящей трубы глушителя в атмосферу.

В одном или нескольких вариантах исполнения каталитическая выхлопная система содержит монолитную каталитическую подложку, имеющую длину, ширину, высоту и содержание благородного металла. В некоторых вариантах исполнения эта монолитная каталитическая подложка имеет форму, которая может быть цилиндрической, имеющей диаметр, который определяет площадь поперечного сечения, и длину; эллиптической, имеющей большую ось и малую ось, которая определяет площадь поперечного сечения, и длину; или продолговатой, имеющей главную ось и поперечный диаметр, который определяет площадь поперечного сечения, и длину, и причем эта монолитная каталитическая подложка имеет содержание благородного металла, чтобы обеспечить предполагаемый уровень каталитической активности.

В одном или нескольких вариантах исполнения содержание благородного металла может включать один или несколько металлов платиновой группы, один или несколько неблагородных металлов, один или несколько оксидов благородного и/или неблагородного металла или их комбинацию.

В некоторых вариантах исполнения каталитическая выхлопная система может содержать двухкомпонентные катализаторы, трехкомпонентные катализаторы (TWC) (используемые в первую очередь на бензиновых двигателях со стехиометрическим горением), дизельные катализаторы окисления (DOC) (используемые в первую очередь на дизельных двигателях, работающих на обедненной топливной смеси), катализаторы селективного каталитического восстановления (SCR), катализаторы для оксида азота из обедненных топливных смесей (LNC), катализаторы для проскакивания аммиака (ASC), катализаторы окисления аммиака (АМОх), абсорбенты NOx, также называемые катализаторами накопления/высвобождения NOx (NSR) и катализаторы-ловушки NO_x в условиях обедненной смеси (LNT), дизельные сажевые фильтры (DPF), бензиновые сажевые фильтры (GPF), катализаторы частичного окисления (РОС) и катализированные сажевые фильтры (CSF), а также их комбинации. В некоторых вариантах исполнения каталитическая выхлопная система может включать, но не быть ограниченной ими, дизельный катализатор окисления (DOC), катализатор-ловушку NO_x в условиях обедненной смеси (LNT), пассивный абсорбент NOx (PNA), селективное каталитическое восстановление (SCR) с присоединенным впрыском аммиака и катализатор окисления аммиака (АМОх).

В некоторых вариантах исполнения монолитная каталитическая подложка может быть покрыта по меньшей мере одним слоем покрытия из пористого оксида, содержащим один или несколько каталитических материалов, которые могут быть выбраны из металлов платиновой группы, неблагородных металлов и оксидов металлов, и эта подложка заключена в оболочку.

В одном или нескольких вариантах исполнения каталитический нейтрализатор может содержать монолитную каталитическую подложку, заключенную в оболочку, имеющую вход и выход, причем оболочка может быть размещена внутри корпуса, который может быть оперативно присоединен и сообщается по текучей среде с выхлопной системой двигателя внутреннего сгорания.

ФИГ. 1 и 2 показывают типичную подложку фильтра с проточными стенками 10 (также называемую фильтром с проточными стенками), которая имеет множество проходов 12. Эти проходы образованы и ограничиваются в виде трубки внутренними стенками 13 подложки фильтра. ФИГ. 1 показывает внешний вид варианта исполнения подложки фильтра с проточными стенками, имеющей входной конец 14 и выходной конец 16. Чередующиеся каналы заглушены на входном конце с помощью входных заглушек 18 (показаны черным), а на выходном конце с помощью выходных заглушек 20 с образованием противоположных распределений в виде шахматной доски на входном 14 и выходном 16 концах подложки. Выходные заглушки 20 имеют внутреннюю поверхность 21, обращенную в проход, и внешнюю поверхность 23, обращенную наружу.

ФИГ. 2 иллюстрирует вид в поперечном сечении варианта исполнения множества пористых стенок, проходящих в продольном направлении от входного конца до выходного конца подложки фильтра с проточными стенками. Показан частичный вид в поперечном сечении варианта исполнения множества пористых стенок 13, проходящих в продольном направлении от входного конца 14 до выходного конца 16, и образующих множество параллельных проходов 12. Газовый поток 22 (показанный стрелками) поступает через открытый, незаглушенный конец входных проходов 24, останавливается у закрытого конца с помощью выходной заглушки 20 и диффундирует через пористые стенки 13, образующие проходы, к выходным проходам 26. Газовый поток 22 выходит из фильтра, вытекая через открытый, незаглушенный конец выходных проходов 26 и останавливается у закрытого конца с помощью входной заглушки 18. Обратное течение потока газа к входному концу фильтра из выходных проходов предотвращается посредством входных заглушек 18, а повторный вход во входные каналы из выходного конца предотвращается посредством выходных заглушек 20. Таким образом, некоторое количество этих проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов является выходными проходами, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце, где выходные проходы представляют собой проходы, отличающиеся от входных проходов.

ФИГ. 3 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон. Показанное изделие катализатора включает фильтр с проточными стенками 10, имеющий множество проходящих в продольном направлении проходов 12, образованных проходящими в продольном направлении пористыми стенками 13, ограничивающими и определяющими проходы 24 и 26, где стенки имеют осевую длину «L_W», простирающуюся между входным концом 14 и выходным концом 16 фильтра с проточными стенками, имеющего длину «L_F». В некоторых вариантах исполнения длина фильтра «L_F» ≥ осевой длины стенки «L_W». В некоторых вариантах исполнения пористые стенки имеют в основном однородную пористость на всем протяжении. Проходы 24 и 26 включают входные проходы 24, которые открыты на входном конце 14 и закрыты на выходном конце 16, и выходные проходы 26, которые закрыты на входном конце 14 и открыты на выходном конце 16.

В одном или нескольких вариантах исполнения каталитическая подложка может быть сконфигурирована так, чтобы иметь по меньшей мере три каталитические зоны, причем эти каталитические зоны отличаются друг от друга пространственным расположением двух или более каталитических компонентов. В некоторых вариантах исполнения каталитические компоненты могут представлять собой катализатор SCR и катализатор АМОх.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере три каталитические зоны 30, 32, 34 образованы по меньшей мере тремя каталитическими покрытиями вдоль длины «L_W» пористых стенок 13, причем покрытие (покрытия) может пронизывать толщину пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения эти по меньшей мере три каталитических покрытия расположены вдоль длины «L_W» пористых стенок 13 с различным пространственным расположением.

В некоторых вариантах исполнения различные зоны могут отличаться друг от друга изменением в составе каталитического покрытия, изменением в содержании каталитического покрытия, изменением в комбинации одного или нескольких каталитических покрытий или их любой комбинацией, по длине пористой стенки.

В некоторых вариантах исполнения первое покрытие представляет собой первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие представляет собой второе покрытие из катализатора SCR, а третье покрытие является покрытием из металла платиновой группы.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 простирается в осевом направлении от входного конца 14 пористых стенок 13 на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки, а вторая зона 32 простирается в осевом направлении от первой зоны 30 на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца 16 пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 содержит или состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, а вторая зона 32 содержит или состоит в основном из покрытия из металла платиновой группы и первого покрытия из катализатора SCR.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона 34 простирается в осевом направлении от второй зоны 32 к выходному концу 16 пористой стенки (стенок) 13. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 содержит или состоит в основном из покрытия из металла платиновой группы и второго покрытия из катализатора SCR.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 может содержать катализатор SCR для снижения содержания оксидов азота (NO_x) в выхлопном газе, вторая зона 32 может содержать катализатор окисления аммиака («АМОх») для предотвращения выхода аммиака (NH₃), используемого с катализатором SCR, из каталитической подложки в поток выхлопного газа, и/или дизельный катализатор окисления («DOC») для снижения количества компонентов монооксида углерода («СО») и несгоревших углеводородов («НС») в выхлопном газе, третья зона может содержать катализатор АМОх и/или DOC и второй катализатор SCR для снижения содержания или устранения NO_x, оставшихся в выхлопном газе или полученных в результате окисления NH₃ с помощью катализаторов окисления, а пористые стенки каталитической подложки уменьшают содержание или полностью устраняют материал в виде частиц (РМ) в выхлопном газе.

Ссылка на зону, которая состоит в основном из указанного покрытия, в пределах этой заявки означает, что только указанное покрытие было намеренно осаждено в пределах указанной зоны, и хотя другие компоненты могут непреднамеренно осаждаться или мигрировать в эту зону, большая часть материала в этой зоне представляет собой конкретный осажденный материал.

ФИГ. 4 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон. Хотя ФИГ. 4 может изображать покрытия, занимающие часть толщины пористых стенок в зонах, это имеет место только как представление, и в некоторых вариантах исполнения покрытия могут пронизывать всю толщину пористой стенки или проникать на некоторое расстояние в пористую стенку, в зависимости от вязкости покрытия (покрытий) и/или размеров частиц и пор.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере три каталитические зоны сформированы по длине «L_W» пористых стенок 13 и пронизывают толщину пористых стенок 13. В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 может простираться в осевом направлении от входного конца 14 пористой стенки 13, где эта первая зона может простираться на расстояние от входного конца 14 пористой стенки 13, меньшее, чем полная длина пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) 40 с первым содержанием. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку (стенки) на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления 41 может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона 32 ниже по потоку относительно первой зоны 30 может простираться в осевом направлении по меньшей мере на часть длины множества пористых стенок 13, где эта вторая зона может простираться на расстояние от первой зоны, меньшее, чем длина пористых стенок 13, до выходного конца 16 пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения вторая зона 32 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 с первым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46, или второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³, или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³. В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³, или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³. В некоторых вариантах исполнения второе содержание катализатора SCR может быть в количестве, которое совпадает или отличается от первого содержания SCR 42. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления из металла платиновой группы с первым содержанием 46 может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления из металла платиновой группы 45 может быть расположен в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и/или по меньшей мере на длине стенок 13 выходных проходов 26, простирающейся от выходного конца 16 на длину, меньше, чем осевая длина «L_W» стенок фильтра с проточными стенками.

В одном или нескольких вариантах исполнения первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 может иметь состав, такой же или отличающийся от состава второго катализатора селективного каталитического восстановления 43. В некоторых вариантах исполнения второе содержание SCR может быть в количестве, которое является таким же или отличается от первого содержания SCR.

В одном или нескольких вариантах исполнения как первое покрытие из катализатора SCR, так и второе покрытие катализатора могут содержать молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, где первый катализатор SCR и второй катализатор независимо друг от друга могут промотироваться с помощью металла, выбранного из Cu, Fe, Со, Ni, La, Се, Mn, V, Ag или их комбинаций.

В одном или нескольких вариантах исполнения первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 может иметь состав, такой же или отличающийся от состава второго катализатора селективного каталитического восстановления 43. В некоторых вариантах исполнения второе содержание SCR может быть в количестве, которое является таким же или отличается от первого содержания SCR. В некоторых вариантах исполнения первое содержание 46 катализатора окисления из металла платиновой группы может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона может содержать катализатор окисления аммиака (АМОх).

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона 34 ниже по потоку относительно второй зоны 32 может простираться на длину пористых стенок 13 от второй зоны 32 до выходного конца пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 при любом из первого содержания и/или второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения второе содержание катализатора селективного каталитического восстановления 42 может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления 45 может быть расположен в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и/или по меньшей мере на длине поверхности стенок 13 выходных проходов 26, простирающейся от выходного конца 16 на длину, меньшую, чем осевая длина «L_W» стенок фильтра с проточными стенками.

Согласно одному или нескольким вариантам исполнения будет понятно, что катализатор окисления 45 может находиться на стенках 13, в противоположность проникновению в стенки, однако часть катализатора окисления 45 может проникать в стенку (стенки) 13 на глубину меньше толщины стенки (стенок) 13, но большая часть катализатора окисления 45 находится на или над стенкой и не внедряется в стенку.

ФИГ. 5 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере три каталитические зоны сформированы по длине «L_W» пористых стенок 13 и пронизывают толщину пористых стенок 13. В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 может простираться в осевом направлении от входного конца 14 пористой стенки 13, где эта первая зона может простираться на расстояние от входного конца 14 пористой стенки 13, меньше, чем полная длина пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) 40 с первым содержанием. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку (стенки) внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона 32 ниже по потоку относительно первой зоны 30 может простираться в осевом направлении по меньшей мере на часть длины множества пористых стенок 13, где эта вторая зона может простираться на расстояние от первой зоны, меньшее, чем длина пористых стенок 13, до выходного конца 16 пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения вторая зона 32 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 с первым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения вторая зона 32 может содержать второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³, или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³. В некоторых вариантах исполнения катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³, или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³. В некоторых вариантах исполнения второе содержание катализатора SCR может представлять собой количество, которое совпадает или отличается от первого содержания SCR 42. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления из металла платиновой группы с первым содержанием 46 может присутствовать в диапазоне от примерно 0,5 г/фут³ до примерно 50 г/фут³, или в диапазоне от примерно 1,0 г/фут³ до примерно 10 г/фут³, или в диапазоне от примерно 2,5 г/фут³ до примерно 5 г/фут³.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона 34 ниже по потоку относительно второй зоны 32 может простираться на длину пористых стенок 13 от второй зоны 32 до выходного конца пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 при любом из первого содержания и второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения второе содержание катализатора селективного каталитического восстановления 42 может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

ФИГ. 6 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных в результате другого расположения множества покрытий.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере три каталитические зоны сформированы по длине «L_W» пористых стенок 13 и пронизывают толщину пористых стенок 13. В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 может простираться в осевом направлении от входного конца 14 пористой стенки 13, где эта первая зона может простираться на расстояние от входного конца 14 пористой стенки 13, меньшее, чем полная длина пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) 40 с первым содержанием.

В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку (стенки) внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона 32 ниже по потоку относительно первой зоны 30 может простираться от первой зоны на длину пористых стенок 13, меньшую, чем длина пористых стенок 13, до выходного конца 16 этих пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения вторая зона 32 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления 40 при любом из первого содержания и второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 с первым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,3 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,4 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона 34 ниже по потоку относительно второй зоны 32 может простираться на длину пористых стенок 13 от второй зоны 32 до выходного конца пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 может содержать второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 со вторым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 98% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 с первым содержанием может присутствовать в диапазоне от примерно 0,3 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,4 г/дюйм³ до примерно 2,5 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 2 г/дюйм³ или в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения составы первого катализатора селективного каталитического восстановления 40 и второго катализатора селективного каталитического восстановления 43 могут быть одинаковыми или различными, например, состав первого катализатора селективного каталитического восстановления 40 может представлять собой Cu-СНА с первым содержанием примерно 2,5 г/дюйм³, а состав второго катализатора селективного каталитического восстановления 43 может представлять собой Fe-ZSM-5 с первым содержанием примерно 2,0 г/дюйм³. В другом примере состав первого катализатора селективного каталитического восстановления 40 может представлять собой Cu-СНА с первым содержанием примерно 3,0 г/дюйм³, а состав второго катализатора селективного каталитического восстановления 43 может представлять собой Cu-СНА с первым содержанием примерно 2,0 г/дюйм³.

ФИГ. 7 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками с изображением четырех зон. В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере четыре каталитические зоны образованы по меньшей мере тремя каталитическими покрытиями вдоль длины «L_W» пористых стенок 13.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 простирается в осевом направлении от входного конца 14 пористой стенки 13 на расстояние, меньшее, чем полная длина пористой стенки 13, вторая зона 32 простирается в осевом направлении от первой зоны 30 на расстояние, меньшее, чем расстояние до выходного конца 16 пористой стенки (стенок) 13, третья зона 34 простирается в осевом направлении от второй зоны 32 на расстояние, меньшее, чем расстояние до выходного конца 16 пористой стенки (стенок) 13, а четвертая зона 36 простирается в осевом направлении от третьей зоны 34 до выходного конца 16 пористой стенки (стенок) 13. В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере три каталитических покрытия расположены вдоль длины «L_W» пористых стенок 13 в разных пространственных расположениях. В некоторых вариантах исполнения четыре каталитических покрытия расположены вдоль длины «L_W» пористых стенок 13 в разных пространственных расположениях.

В некоторых вариантах исполнения первая зона состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR; а вторая зона содержит покрытие из металла платиновой группы и первое или второе покрытие из катализатора SCR. В некоторых вариантах исполнения металл платиновой группы присутствует во второй зоне с содержанием в диапазоне от примерно 1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В некоторых вариантах исполнения третья зона состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы; а четвертая зона содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR. В некоторых вариантах исполнения металл платиновой группы присутствует в третьей и четвертой зонах с содержанием в диапазоне от примерно 1 г/фут³ до примерно 50 г/фут³.

В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может простираться от входного конца 14 стенки 13 и находится выше по потоку от последующих зон. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может содержать катализатор селективного каталитического восстановления 40 с первым содержанием. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку внутри на протяжении этой части длины стенки.

В одном или нескольких вариантах исполнения вторая зона 32 ниже по потоку относительно первой зоны 30 может простираться по меньшей мере на части длины множества пористых стенок 13 от первой зоны и на длину, меньше, чем на полная длина стенок 13 до выходного конца 16 пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения вторая зона 32 может содержать катализатор селективного каталитического восстановления 40 с первым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46 или катализатор селективного каталитического восстановления 40 со вторым содержанием 42 и катализатор окисления металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения второе содержание может представлять собой количество, которое является таким же или отличается от первого содержания.

В одном или нескольких вариантах исполнения третья зона 34 ниже по потоку относительно второй зоны 32 может простираться по меньшей мере на части длины множества пористых стенок 13 от второй зоны и меньше, чем на длину стенки 13 до выходного конца 16 пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления при любом из первого содержания и/или второго содержания 42 и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения третья зона 34 может содержать первый катализатор селективного каталитического восстановления с первым содержанием и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46 или катализатор селективного каталитического восстановления со вторым содержанием 42 и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46. В некоторых вариантах исполнения второе содержание 42 может представлять собой количество, которое является таким же или отличается от первого содержания.

Согласно одному или нескольким вариантам исполнения, будет понятно, что катализатор окисления 45 может находиться на стенках 13 в третьей зоне, а не пронизывать эти стенки, однако часть катализатора окисления 45 может пронизывать стенку (стенки) 13 на глубину, меньшую чем толщина стенки (стенок) 13, но большая часть катализатора окисления находится на или над стенкой и не внедряется в стенку.

В одном или нескольких вариантах исполнения четвертая зона 36 ниже по потоку относительно третьей зоны 34 может простираться по длине пористых стенок 13 от третьей зоны 34 до выходного конца пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения четвертая зона 34 может содержать катализатор селективного каталитического восстановления 40 при любом из первого содержания и/или второго содержания 42 и катализатор окисления из металла платиновой группы 45 с первым содержанием 46.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона 30 может простираться в осевом направлении от входного конца 14 пористой стенки 13, где эта первая зона может простираться на расстояние от входного конца 14 пористой стенки 13, меньшее, чем полная длина пористой стенки 13. В некоторых вариантах исполнения первая зона 30 может содержать первый катализатор каталитического восстановления (SCR) 40 с первым содержанием. В одном или нескольких вариантах исполнения композиция катализатора SCR может быть расположена в пределах по меньшей мере части длины множества пористых стенок 13 и пронизывать пористую стенку внутри на протяжении от примерно 1% до примерно 97% длины стенки. В некоторых вариантах исполнения первое содержание первого катализатора селективного каталитического восстановления может находиться в диапазоне от примерно 0,5 г/дюйм³ до примерно 3 г/дюйм³.

В одном или нескольких вариантах исполнения по меньшей мере одно каталитическое покрытие пронизывает толщину пористых стенок 13. В некоторых вариантах исполнения первое каталитическое покрытие SCR пронизывает толщину пористых стенок 13, причем каталитическое покрытие SCR пронизывает по меньшей мере первую зону. В некоторых вариантах исполнения первое каталитическое покрытие SCR и первое каталитическое покрытие из МПГ пронизывают толщину пористых стенок 13, причем каталитическое покрытие SCR и каталитическое покрытие из МПГ пронизывают по меньшей мере вторую зону.

ФИГ. 8 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей четыре зоны, образованные по меньшей мере тремя покрытиями.

В одном или нескольких вариантах исполнения первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньше, чем полная длина пористой стенки 13 и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR 40; а вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и содержит первое покрытие из катализатора SCR 40 и второе покрытие из катализатора SCR 43; и третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньше, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR 40, второго покрытия из катализатора SCR 43 и покрытия из металла платиновой группы 45; а четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористой стенки и содержит комбинацию или смесь 49 покрытия из металла платиновой группы 45 и второго покрытия из катализатора SCR 43. В некоторых вариантах исполнения комбинация 49 может быть образована путем введения второго катализатора SCR и частиц катализатора окисления, последовательно, в выходной конец каналов сажевого фильтра.

ФИГ. 9 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей один катализатор (или несколько катализаторов) на поверхности стенок в одной или нескольких зонах, где эти катализаторы могут образовывать многослойную структуру.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализированный сажевый фильтр 10 может содержать три каталитические зоны или четыре каталитические зоны. В некоторых вариантах исполнения первая зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от входного конца проходов, и окислительный катализатор 47 с первым содержанием 48, который покрывает поверхность стенок в первой зоне. Вторая зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от первой зоны, причем первая зона заканчивается на границе, где начинается вторая зона, и второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 с первым содержанием, который покрывает поверхность стенок во второй зоне, простирающейся от первой зоны выше по потоку относительно второй зоны. Третья зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от второй зоны, окислительный катализатор 45 с первым содержанием 46, который покрывает поверхность стенок в третьей зоне, и второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 с первым содержанием, который покрывает катализатор окисления 45. Четвертая зона может содержать комбинацию 49 из композиций катализатора, включающих окислительный катализатор 45 с первым содержанием 46 и второй катализатор SCR 43 с первым содержанием, которая пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от третьей зоны до выходного конца, причем третья зона заканчивается на границе, где начинается четвертая зона, и окислительный катализатор с первым содержанием 46, который пронизывает стенки в четвертой зоне, простираясь от третьей зоны до выхода, причем этот катализатор окисления перемежается с катализатором SCR внутри пористых стенок.

В некоторых вариантах исполнения катализированный сажевый фильтр может содержать более четырех каталитических зон в результате уменьшения длины одной или нескольких из четырех отдельных зон и/или включения дополнительного каталитического материала в качестве дополнительных покрытий, нанесенных от входа в фильтр в пористые стенки и/или на поверхности стенок. В некоторых вариантах исполнения эти дополнительные зоны могут быть ниже по потоку относительно четвертой зоны.

ФИГ. 10 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей катализатор по меньшей мере на поверхности стенок в зоне, где катализаторы могут образовывать многослойную структуру.

В одном или нескольких вариантах исполнения катализированный сажевый фильтр 10 может содержать четыре каталитические зоны. В некоторых вариантах исполнения первая зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от входного конца проходов. Вторая зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от первой зоны, причем первая зона заканчивается на границе, где начинается вторая зона, и окислительный катализатор 45 с первым содержанием 46, который покрывает поверхность стенок во второй зоне, простираясь от первой зоны, находящейся выше по потоку относительно второй зоны. Третья зона может содержать первый катализатор SCR 40 с первым содержанием, который пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от второй зоны, окислительный катализатор 45 с первым содержанием 46, который покрывает поверхность стенок в третьей зоне, и второй катализатор селективного каталитического восстановления 43 с первым содержанием, который покрывает катализатор окисления 45, причем окислительный катализатор 45 располагается по типу «сэндвич» между первым катализатором SCR 40 и вторым катализатором SCR 43. Четвертая зона может содержать комбинацию 49 из композиций катализатора, включающих окислительный катализатор 45 с первым содержанием 46 и второй катализатор SCR 43 с первым содержанием, которая пронизывает длину пористых стенок в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% длины стенки, простираясь от третьей зоны до выходного конца, причем третья зона заканчивается на границе, где начинается четвертая зона, и окислительный катализатор с первым содержанием 46, который пронизывает стенки в четвертой зоне, простираясь от третьей зоны до выхода, причем этот катализатор окисления перемежается с катализатором SCR внутри пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения комбинация 49 может быть образована смешанной суспензией частиц катализатора SCR и катализатора окисления, введенными в выходной конец каналов сажевого фильтра.

ФИГ. 11 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей катализатор по меньшей мере на поверхности стенок передней зоны.

В одном или нескольких вариантах исполнения поток выхлопного газа 22 поступает во входные проходы 24 и течет по направлению к выходному концу 16 фильтра с проточными стенками 10. Газ может проходить по нескольким путям прохождения 54, 56, 58 через фильтр 10, включая прохождение 54 через пористые стенки 13 от входных проходов 24 до выходных проходов 26, где он может выйти через выходной конец 16 фильтра. В другом пути прохождения 56 часть выхлопного газа 22 может следовать по пути прохождения 54 через пористую стенку фильтра 13, содержащую катализатор SCR 40, и затем контактировать с катализатором окисления 45, когда она выходит из фильтра. Для другого альтернативного пути прохождения 58 часть выхлопного газа 22 может диффундировать через пористую стенку 13, содержащую катализатор SCR 40, и через катализатор окисления 45.

Один или несколько вариантов исполнения включают покрытие заглушки на внешней поверхности 23 заглушки 20 на закрытом выходном конце входных проходов 24, причем покрытие заглушки содержит металл платиновой группы, и причем это покрытие заглушки может огибать угол пористых стенок. В одном или нескольких вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы 51 может быть нанесено на внутреннюю поверхность выходных проходов 26 вблизи выхода 16 этих параллельных проходов. В одном или нескольких вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы 51 может простираться в выходном конце выходных проходов 26 на 5% или менее от длины стенки, или на 3% или менее от длины стенки, или на 1% или меньше от длины стенки. В некоторых вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы 51 может простираться в выходном конце выходных проходов 26 на длину в диапазоне от примерно 1 мм до примерно 2,5 мм.

ФИГ. 12 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющих покрытие заглушки на внешней поверхности выходных заглушек.

В одном или нескольких вариантах исполнения пористая стенка фильтра 13, содержащая катализатор SCR 40, может иметь одно или несколько дополнительных покрытий, нанесенных пропиткой в пористую стенку фильтра 13 и/или нанесенных на поверхность пористой стенки фильтра 13, как описано здесь, и может дополнительно включать покрытие заглушки на наружной поверхности 23 заглушки 20 на закрытом выходном конце входных проходов 24, причем покрытие заглушки содержит металл платиновой группы, и причем это покрытие заглушки может огибать угол пористых стенок.

ФИГ. 13 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения другого примерного варианта исполнения множества пористых стенок подложки фильтра с проточными стенками, имеющей множество зон, образованных множеством покрытий, причем по меньшей мере некоторые каталитические покрытия могут находиться на поверхности пористых стенок фильтра с проточными стенками.

В одном или нескольких вариантах исполнения поток выхлопного газа 22 поступает во входные проходы 24 и течет по направлению к выходному концу 16 фильтра с проточными стенками 10. Газ может проходить по нескольким путям 54, 56, 58 через фильтр 10, включая прохождение 54 через пористые стенки 13 от входных проходов 24 до выходных проходов 26, где он может выйти через выходной конец 16 фильтра. В конкретном пути прохождения 54 выхлопной газ может проходить через второй катализатор SCR 43 на поверхности входной стороны пористых стенок 13 и через первый катализатор SCR 40, нанесенный пропиткой в пористые стенки 13. В другом пути прохождения 56 часть потока выхлопного газа 22 может следовать по пути прохождения 54 через пористую стенку фильтра 13, содержащую катализатор SCR 40, а затем контактировать с катализатором окисления 45 на поверхности выходной стороны пористых стенок фильтра 13, когда она выходит из фильтра. Для другого альтернативного пути прохождения 58 часть выхлопного газа 22 может диффундировать через пористую стенку 13, содержащую катализатор SCR 40, и через катализатор окисления 45.

В одном или нескольких вариантах исполнения каждый из каталитических компонентов пронизывает пористые стенки каталитической подложки и перемежается внутри этих стенок. В некоторых вариантах исполнения катализатор SCR смешивается с катализатором из МПГ внутри пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения катализатор SCR пронизывает пористые стенки, а большая часть катализатора из МПГ находится на поверхности пропитанных SCR пористых стенок. В некоторых вариантах исполнения большая часть катализатора из МПГ находится на поверхности пропитанных SCR пористых стенок и располагается по типу «сэндвич» между пористыми стенками, пронизанными катализатором SCR, и верхним слоем катализатора SCR.

В некоторых вариантах исполнения покрытие из металла платиновой группы во второй зоне находится на поверхности пористых стенок; а покрытие из металла платиновой группы в третьей зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR.

ФИГ. 14 иллюстрирует примерный вариант исполнения системы двигателя, содержащий систему обработки выбросов 140, и инжектор для мочевины, включающий линию подачи предшественника аммиака 148, линию подачи воздуха 149 и смесительную секцию 146, соединенную по текучей среде с системой обработки выбросов. Как можно увидеть на ФИГ. 14, выхлопной газ, содержащий газообразные загрязнители (включая несгоревшие углеводороды, монооксид углерода и NOx) и материал в виде частиц, транспортируется из двигателя 141 через соединитель 142 в катализированный сажевый фильтр 143, такой, как описано в данном документе. После катализированного сажевого фильтра 143 выхлопной газ выходит из системы через выхлопную трубу 144. Ниже по потоку от двигателя 141 восстановитель, например, мочевина, может быть введен в распыленном виде через сопло (не показано) в поток выхлопного газа. Водная мочевина, показанная на одной линии 148, может служить в качестве предшественника аммиака, который может смешиваться с воздухом на другой линии 149 в смесительной секции 146. Клапан 145 может использоваться для измерения точных количеств водной мочевины, которые в потоке выхлопного газа превращаются в аммиак. Поток выхлопного газа с добавленным аммиаком подается в многофункциональный катализированный сажевый фильтр 143, где NH₃ может взаимодействовать с катализатором SCR.

Соединитель 142 может не требоваться, если перед катализированным сажевым фильтром 143 не используются дополнительные компоненты. В этих вариантах исполнения катализированный сажевый фильтр 143 непосредственно соединен с двигателем 141. Расстояние между двигателем и катализатором может быть довольно коротким, что приводит к так называемому каталитическому расположению «close coupled» («в непосредственной близости»). В качестве альтернативы, расстояние от двигателя до катализатора может быть более длинным, что приводит к конфигурации «underfloor» («расположение под полом»).

ФИГ. 15 иллюстрирует другой примерный вариант исполнения системы двигателя, включающий систему обработки выбросов, инжектор для мочевины и другие компоненты двигателя. Как показано на ФИГ. 15, некоторые варианты исполнения этой системы обработки включают один или несколько отдельных компонентов 147. Эти имеющиеся при желании компоненты 147 могут включать один или несколько дизельных катализаторов окисления, катализатор-ловушку для NO_x в условиях обедненной смеси, частичный адсорбент NOx или трифункциональный катализатор. В зависимости от желаемого уровня удаления NOx, выше по потоку от многофункционального катализированного сажевого фильтра 143 может быть расположен дополнительный катализатор SCR 150. Например, дополнительный катализатор SCR может быть расположен на монолитной подложке сотовой структуры с проточным течением или керамической вспененной подложке выше по потоку относительно сажевого фильтра. В зависимости от желаемого уровня удаления NOx, дополнительный катализатор SCR 152 может быть расположен ниже по потоку от многофункционального катализированного сажевого фильтра 143 и может также содержать дополнительный катализатор АМОх. Даже в этих различных вариантах исполнения использование многофункционального сажевого фильтра SCR с покрытием по-прежнему обеспечивает уменьшение общего объема катализатора, необходимого для достижения целей снижения содержания NOx. В зависимости от желаемого уровня удаления углеводородов, дополнительные катализаторы окисления могут быть расположены выше по потоку от выхлопного компонента 147 или ниже по потоку с выхлопным компонентом 152. В некоторых вариантах исполнения катализатор окисления не будет снабжен компонентом 150, поскольку это также будет окислять введенную мочевину до NOx.

ПРИМЕРЫ КАТАЛИЗАТОРА:

Раскрытые примеры, не являющиеся ограничивающими, иллюстрируют конкретные пространственные компоновки и содержания каталитического материала (материалов) на каталитической подложке. Следует понимать, что изобретение не ограничивается перечисленными компоновками, деталями конструкции или стадиями процесса, изложенными в нижеследующем описании примеров, и что изобретение допускает другие варианты исполнения и способно исполняться или осуществляться различными способами.

Не являющиеся ограничивающими примеры с 1 по 7 обобщаются в таблице 1. Исходная подложка фильтра представляет собой сегмент фильтра из SiC (34 мм × 34 мм × 150 мм), имеющий пористость 63% и средний размер пор 23 мкм. Катализатор SCR представляет собой шабазитовый цеолит, подвергнутый ионному обмену с медью (Cu-СНА), с содержанием CuO 3,25% и молярным соотношением SiO₂/Al₂O₃, составляющим 30.

Получение образцов с 1 по 7:

Для первого покрытия из катализатора SCR Cu-СНА диспергировали в воде с 1% ацетата меди (Cu) и 5% ацетата циркония (Zr). Суспензию измельчали, пока 90% частиц не стали иметь размер менее 5 мкм, и содержание в суспензии доводили до 23% твердого вещества. Суспензию наносили как покрытие из пористого оксида на подложку фильтра путем погружения этой подложки в суспензию входным концом подложки вниз и выходным концом чуть выше (около 1/4 дюйма) уровня суспензии. Подложку извлекали из суспензии, и поток воздуха продували с выходной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не переставала вытекать из входной стороны. Образец с покрытием затем сушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе при 450°С в течение 1 часа.

Для покрытия из Pt предварительно измельченный порошок SiO₂/Al₂O₃ (причем 90% частиц размером менее 5 мкм) суспендировали в воде, чтобы получить суспензию, содержащую примерно 40% твердых веществ. Рассчитанное количество раствора аммиачного комплекса платины (чтобы достичь желаемого конечного содержания Pt) добавляли в суспензию по каплям при перемешивании. Полученную суспензию дополнительно разбавляли водой для получения примерно 5% твердых веществ по массе. Суспензию Pt наносили от выходного конца путем погружения выхода из фильтрующей подложки в эту суспензию при предварительно отмеченном положении так, чтобы площадь охвата покрытия достигала предварительно определенного уровня. Подложку извлекали из суспензии, и поток воздуха продували с входной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не переставала вытекать из выходной стороны. Образец с покрытием затем сушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе при 450°С в течение 1 часа.

Для некоторых образцов фильтр с покрытием, кроме того, покрывали дополнительной суспензией Cu-СНА с выходного конца, имеющей предварительно рассчитанное содержание твердого вещества и предварительно определенную площадь покрытия.

Эффективность образцов с 1 по 7:

Для образцов с 1 по 7 из примеров с 1 по 7 оценка проводилась в лабораторном реакторе, который способен пропускать 150 литров газа в минуту. Образец размещался в центре нагретого держателя образца. Целевая температура на входе в CSF достигалась частично от предварительно нагретого газа посредством подогревателя и частично с помощью самого нагретого держателя образца. Реакцию SCR и окисление СО оценивали отдельно. Подаваемая исходная смесь для SCR состоит из 500 ч.н. млн NO, 550 ч.н. млн NH₃, 10% O₂, 5% H₂O, 5% CO₂ и количества N₂ до 100%. Объемная скорость подачи газа (GHSV - Gas Hourly Space Velocity) составляла 60000/ч. Температуру линейно повышали от 200 до 500°С с линейной скоростью 2,5°С/мин. Реакцию окисления СО проводили при 600°С с подаваемой исходной смесью, состоящей из 500 ч.н. млн СО, 10% O₂, 5% H₂O, 5% CO₂ и количества N₂ до 100% при GHSV=60000 ч^-1. Перед оценкой эффективности каждый катализированный фильтр подвергали термическому старению при 800°С в течение 16 часов с подаваемой исходной смесью, состоящей из 10% O₂, 10% H₂O и 80% N₂.

Таблице 2А показывает конверсию NO_x для образцов с 1 по 7. При более низких температурах (200-300°С) все образцы с 2-мя покрытиями и 3-мя покрытиями имеют более высокие степени конверсии NO_x по сравнению с образцом для сравнения SCR (образец 1). При 500°С некоторые образцы показывают более высокую или сопоставимую конверсию NO_x (образцы 3 и 5), но другие показывают более низкие степени конверсии NO_x (образцы 2, 4, 6 и 7). Таблица 2 В сравнивает конверсии NH₃ для образцов с 1 по 7. Все образцы (образцы с 2 по 7) показывают сопоставимые или более высокие степени конверсии NH₃, чем образец для сравнения (образец 1), особенно при более высоких температурах. Таблица 2С показывает пиковое значение образования N₂O во время испытания SCR и конверсию СО при 600°С для образцов с 1 по 7. За исключением образца 6, который имеет значительно более высокое образование N₂O, чем образец для сравнения, образование N₂O на всех других образцах является либо сравнимым либо слегка более высоким, чем у образца для сравнения (образец 1). Однако степени конверсии СО при 600°С для образцов с 2 по 7 составляют примерно в 2-3 раза выше, чем у образца для сравнения.

Получение образцов с 8 по 11:

Не являющиеся ограничивающими примеры с 8 по 11 обобщены в таблице 3. Все эти примеры представляют собой примеры с 3-мя покрытиями с одинаковыми суспензиями катализатора. Эти примеры можно рассматривать как вариации примера 7, где вариация происходит по индивидуальной длине покрытия для каждого покрытия катализатора на подложке.

Таблица 4 представляет собой анализ полученного разделения на зоны образцов с 7 по 11. В результате изменения площади охвата покрытия, благодаря изменению в перекрывании покрытий, могут быть созданы катализированные фильтры либо с 3-мя, либо с 4-мя зонами. Материалы, получение суспензии и методология нанесения покрытия являются аналогичными тем, что указаны для образцов с 1 по 7. После каждого нанесения покрытия фильтр сушили при 110°С в течение 2 часов и затем прокаливали при 450°С в течение 1 часа.

Оценка эффективности для образцов 7-11:

Таблица 5А обобщает уровни конверсии NOx для образцов с 7 по 11 и образца для сравнения SCR (образец 1). По сравнению с образцом для сравнения SCR, большинство образцов с 3-мя покрытиями демонстрируют более высокую конверсию NO_x при низких температурах, но сравнимую или меньшую конверсию при 500°С. По степени конверсии NO_x нет четкого различия между образцом 7 и образцами 8-11. Таблица 5 В показывает уровни конверсии NH₃ во время испытания. Все образцы с 3-мя покрытиями явно более активны, чем образец для сравнения SCR (образец 1), для конверсии NH₃ на протяжении всего температурного диапазона. Таблица 5С показывает пиковое значение образования N₂O и конверсию СО при 600°С для образцов с 7 по 11. Образцы с 7 по 9 давали в процессе испытания несколько более высокий уровень N₂O, тогда как образцы 10 и 11 были примерно эквивалентны образцу для сравнения SCR (образец 1) при образовании N₂O. Все образцы с 3-мя покрытиями имеют намного более высокую конверсию СО, по сравнению с образцом для сравнения SCR (образец 1), причем наиболее активным является образец 10 (40% против 12%).

Получение образцов с 12 по 16:

Не являющиеся ограничивающими примеры с 12 по 16 обобщаются в таблице 6. Это образцы с 2-мя покрытиями, причем первое покрытие представляет собой смесь Pt и Cu-СНА, нанесенных с выходного конца, с переменной площадью покрытия, а второе покрытие представляет собой Cu-СНА, нанесенный от входного конца с полной (100%) площадью покрытия.

Порошок Pt/носителя был получен путем пропитки порошка диоксида кремния/оксида алюминия (5% SiO₂) раствором платины с аммиачным лигандом с использованием метода пропитки по влагоемкости. Этот порошок сушили при 110°С в течение ночи, затем прокаливали при 500°С в течение 2 часов. Полученный порошок имеет содержание металлической Pt 2,81% масс. Прокаленный порошок Pt затем суспендировали в воде до достижения содержания твердого вещества 40% и измельчали с использованием мельницы непрерывного действия, чтобы получить 90% частиц с размером менее 5 мкм. Измельченную суспензию Pt затем смешивали с измельченной суспензией Cu-СНА с расчетным соотношением. Локальное содержание Pt в фильтре с покрытием составляло 5 г/фут³ и 2,5 г/фут³ или 0,1 г/дюйм³ и 0,05 г/дюйм³ Pt/порошок соответственно. Два образца для сравнения (образцы 15 и 16) были изготовлены без Pt (подложка + цеолит) для первого покрытия. Стадии сушки (110°С в течение 1 часа) и прокаливания (450°С в течение 2 часов) проводили после нанесения каждого покрытия.

Оценка эффективности для образцов с 12 по 16:

Таблица 7А показывает конверсию NO_x для образцов с 12 по 16 и образца для сравнения SCR (образец 1). Образцы 12 и 13 показывают слегка более высокие степени конверсии NO_x, чем имеющий 1 покрытие образец для сравнения SCR, во всем температурном диапазоне, но немного более низкую степень конверсии по сравнению с имеющим 2 покрытия образцом для сравнения, не содержащим Pt. Образец 14 имеет немного более низкий уровень конверсии NO_x при 500°С, чем имеющий 1 покрытие образец для сравнения SCR. Таблица 7 В показывает степени конверсии Nhb для образцов с 12 по 16. Все образцы с двумя покрытиями более активны в конверсии NH₃, чем образец для сравнения SCR (образец 1), причем образец 12 является наиболее активным. Таблица 7С показывает пиковое значение образования N₂O и конверсию СО при 600°С для образцов с 12 по 16. Пиковые значения образования N₂O для всех образцов сравнимы с образцом для сравнения (образец 1). Образец 14 показывает самую высокую конверсию СО (46%), за ним следует образец 12 (28%).

Получение образцов с 17 по 22:

Не являющиеся ограничивающими примеры с 17 по 22 обобщаются в Таблице 8. Эта матрица из примеров включает «поверхностное окрашивание» каталитических материалов. В отличие от нанесения покрытия из пористого оксида, когда материалы катализатора проникают в пористую среду фильтра, поверхностное окрашивание наносит катализатор только на лицевую сторону (или открытый край) фильтра путем нанесения покрытия из каталитической пасты кистью или валиком. Поэтому не ожидается, что материалы катализатора проникают через фильтр за заглушки фильтра. Для примеров 18, 20 и 22 суспензию из палладия (Pd) для поверхностного окрашивания изготавливали сначала путем пропитки носителя из Al₂O₃ раствором нитрата Pd, чтобы достичь содержания Pd 5,5% масс; затем порошок Pd/Al₂O₃ суспендировали в воде с добавлением 5% связующего из оксида алюминия и 2,5% ацетата циркония (Zr). Конечная суспензия имеет содержание твердого вещества 9%. Содержание Pd для поверхностного окрашивания, показанное в таблице 8, основано на полном объеме фильтра. Однако содержания катализатора для других покрытий основаны на нанесенной зоне (локальное содержание). Сушку (110°С в течение 1 часа) и прокаливание (450°С в течение 2 часов) применяли после нанесения каждого покрытия, включая поверхностное окрашивание.

Оценка эффективности для образцов с 17 по 22:

Образцы с 17 по 22 из примеров с 17 по 22 оценивали с использованием другого подаваемого исходного сырья, которое состояло из 500 ч.н. млн NO, 550 ч.н. млн NH₃, 500 ч.н. млн СО, 10% O₂, 5% H₂O, 5% CO₂ и N₂ до 100%. Поскольку подаваемое исходное сырье содержало СО, никакого отдельного теста для СО не проводилось. Таблица 9А обобщает степени конверсии NO_x для образцов с 17 по 22. Образец 17 является образцом для сравнения SCR и имеет тот же состав, что и образец 1. Образцы 18 и 21 показывают сопоставимые или несколько более высокие степени конверсии NO_x при всех температурах по сравнению с образцом для сравнения SCR (образец 17). Другие образцы демонстрируют несколько меньшие степени конверсии NO_x при 500°С. Таблица 9В сравнивает степени конверсии NH₃ для образцов с 17 по 22. Все образцы показывают значительно более высокую конверсию NH₃ по сравнению с образцом для сравнения SCR (образец 17), причем образец 20 является наиболее активным. Таблица 9С показывает пиковое значение образования N₂O и конверсию СО при 500°С для образцов с 17 по 22. Пиковые значения образования N₂O для всех образцов сравнимы с таковым для образца для сравнения SCR (6-8 ч.н. млн). Конверсия СО для образца для сравнения SCR близка к нулю при 500°С, тогда как образцы 19, 20 и 22 намного более активны (49-76%) для конверсии СО.

Хотя изобретение в данном документе описано со ссылкой на конкретные варианты исполнения, следует понимать, что эти варианты исполнения являются всего лишь иллюстративными для принципов и применений настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и варианты могут быть внесены в способ и устройство согласно настоящему изобретению без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение включает модификации и варианты, которые находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, и их эквиваленты.

1. Катализированный сажевый фильтр, содержащий:

множество пористых стенок, проходящих в продольном направлении с образованием множества параллельных проходов, простирающихся от входного конца до выходного конца, причем некоторое количество указанных проходов является входными проходами, которые открыты на входном конце и закрыты на выходном конце, а некоторое количество проходов является выходными проходами, которые закрыты на входном конце и открыты на выходном конце;

по меньшей мере три покрытия, формирующие по меньшей мере две зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем первое покрытие представляет собой первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие представляет собой второе покрытие из катализатора SCR, а третье покрытие представляет собой покрытие из металла платиновой группы, в котором

по меньшей мере три покрытия формируют по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок и в котором:

первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньшее, чем полная длина пористых стенок, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR,

вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и содержит покрытие из металла платиновой группы и первое покрытие из катализатора SCR и

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

2. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, который дополнительно содержит третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы и

четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористых стенок и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

3. Катализированный сажевый фильтр по п. 2, в котором первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, и в котором молекулярные сита первого и второго покрытий из катализатора SCR независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се и их комбинаций,

причем металл платиновой группы присутствует в третьей и четвертой зонах с содержанием в диапазоне от 1 до 50 г/фут³.

4. Катализированный сажевый фильтр по п. 3, в котором покрытие из металла платиновой группы во второй зоне находится на поверхности пористых стенок, а покрытие из металла платиновой группы в третьей зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR.

5. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, в котором по меньшей мере три покрытия формируют по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок и в котором

первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньшее, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR и

вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и содержит первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR.

6. Катализированный сажевый фильтр по п. 5, который дополнительно содержит третью зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористых стенок и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

7. Катализированный сажевый фильтр по п. 5, который дополнительно содержит третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы и

четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористых стенок и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

8. Катализированный сажевый фильтр по п. 7, в котором покрытие из металла платиновой группы в третьей зоне располагается по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы смешано со вторым покрытием из катализатора SCR в четвертой зоне, причем первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR в первой, второй, третьей и четвертой зонах независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, и причем молекулярные сита независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се и их комбинаций.

9. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, в котором по меньшей мере три покрытия формируют по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок и в котором

первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньшее, чем полная длина пористых стенок, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR;

вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и содержит первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы и

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористых стенок и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

10. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, в котором по меньшей мере три покрытия формируют по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок и в котором

первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньшее, чем полная длина пористой стенки, и содержит первое покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы и

вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR, второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы.

11. Катализированный сажевый фильтр по п. 10, в котором

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны до выходного конца пористой стенки и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR.

12. Катализированный сажевый фильтр по п. 10, который дополнительно содержит третью зону и четвертую зону в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем

третья зона простирается в осевом направлении от второй зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористых стенок, и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR и покрытия из металла платиновой группы и

четвертая зона простирается в осевом направлении от третьей зоны до выходного конца пористой стенки и состоит в основном из второго покрытия из катализатора SCR,

причем покрытие из металла платиновой группы в первой зоне находится на поверхности пористых стенок, покрытие из металла платиновой группы во второй зоне находится по типу «сэндвич» между первым покрытием из катализатора SCR и вторым покрытием из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы смешано со вторым покрытием из катализатора SCR в третьей зоне.

13. Катализированный сажевый фильтр по п. 12, в котором первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR в первой, второй, третьей и четвертой зонах независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, и причем молекулярные сита независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe, Со, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Се и их комбинаций.

14. Катализированный сажевый фильтр по п. 13, в котором цеолитный каркасный материал представляет собой СНА, промотированный медью или железом.

15. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, в котором по меньшей мере три покрытия формируют по меньшей мере три зоны в осевом направлении вдоль множества пористых стенок, причем указанные по меньшей мере три зоны пронизывают пористые стенки, включая:

первую зону, простирающуюся от входного конца и содержащую первое покрытие из катализатора SCR;

вторую зону ниже по потоку от первой зоны, причем вторая зона содержит первое покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы или второе покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы, и

третью зону ниже по потоку от второй зоны, содержащую первое покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы или второе покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы или первое покрытие из катализатора SCR, второе покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы.

16. Катализированный сажевый фильтр по п. 15, в котором

первая верхняя по потоку зона простирается на длину от 1 до 50% длины стенки от входного конца, причем содержание первой верхней по потоку зоны находится в диапазоне от 0,5 до 3 г/дюйм³;

вторая зона простирается на длину от 1 до 50% длины стенки от первой верхней по потоку зоны и покрытие из металла платиновой группы содержит платину и/или палладий, причем содержание металла платиновой группы во второй каталитической зоне находится в диапазоне от 0,1 до 50 г/фут³, и

третья зона простирается от второй зоны до выходного конца стенки, причем содержание второго катализатора SCR в третьей зоне находится в диапазоне от 0,5 до 3 г/дюйм³.

17. Катализированный сажевый фильтр по п. 15, который дополнительно содержит четвертую зону ниже по потоку от третьей зоны, содержащую первое покрытие из катализатора SCR и покрытие из металла платиновой группы, причем указанная четвертая зона простирается от третьей зоны до выходного конца пористых стенок, и причем содержание четвертой зоны находится в диапазоне от 0,5 до 2 г/дюйм³.

18. Катализированный сажевый фильтр по п. 15, в котором пористость пористых стенок находится в диапазоне от 40 до 75%, причем средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от 10 до 30 мкм.

19. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, в котором

первая зона простирается в осевом направлении от входного конца пористых стенок на расстояние меньшее, чем полная длина пористой стенки, и состоит в основном из первого покрытия из катализатора SCR и

вторая зона простирается в осевом направлении от первой зоны на расстояние меньшее, чем расстояние до выходного конца пористой стенки, и содержит покрытие из металла платиновой группы и второе покрытие из катализатора SCR.

20. Катализированный сажевый фильтр по п. 19, в котором покрытие из металла платиновой группы смешано со вторым покрытием из катализатора SCR во второй зоне.

21. Катализированный сажевый фильтр по п. 20, в котором пористость пористых стенок находится в диапазоне от 40 до 75%, причем средний размер пор пористых стенок находится в диапазоне от 15 до 25 мкм.

22. Катализированный сажевый фильтр по п. 21, где первое покрытие из катализатора SCR и второе покрытие из катализатора SCR независимо друг от друга содержат молекулярное сито с цеолитным каркасным материалом, выбранным из AEI, СНА и AFX, причем указанные молекулярные сита независимо друг от друга промотированы металлом, выбранным из Cu, Fe и их комбинаций.

23. Способ снижения выбросов выхлопного газа из дизельного двигателя, работающего на обедненной топливной смеси, включающий прохождение выхлопного газа через катализированный сажевый фильтр по любому из пп. 1-18, причем по меньшей мере пять из СО, НС, NO_x, сажи, NH₃ и H₂S по меньшей мере частично удаляются из выхлопного газа с помощью указанного катализированного сажевого фильтра.