MX2012012128A

MX2012012128A - Sistemas de tratamiento de emisiones de motor a gasolina con filtros de particulas.

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Publication number: MX2012012128A
Application number: MX2012012128A
Authority: MX
Inventors: Knut Wassermann; Stephan Siemund; Mirko Arnold; Attilio Siani
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-02-27
Also published as: CA2796830A1; WO2011133503A3; ES2708138T3; MY162869A; BR112012026943B1; KR20130092413A; JP2013530332A; EP2561195B1; JP2019031974A; JP2017024000A; EP2561195A4; CN102939445A; WO2011133503A2; US20110252773A1; EP2561195A2; JP6727260B2; CA2796830C; ZA201208563B; CN102939445B; US8815189B2

Abstract

Se proveen sistemas de escape y componentes adecuados para usarse junto con motores a gasolina para capturar partículas además de reducir emisión gaseosa tal como hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxidos de carbono. Se proveen sistemas de tratamiento de escape comprendiendo un catalizador de conversión de tres vías (TWC) localizados en un filtro de partículas. Los filtros de partículas revestidos que tienen cargas de revestimiento lavable en el rango de 0.0032 a 0.012 kg/m da como resultado el impacto mínimo sobre la contrapresión mientras que provee simultáneamente la actividad catalítica de TWC en funcionalidad de trampa de partículas para cumplir con las normas crecientemente estrictas tales como Euro 6, suficiente para altos niveles de componentes de almacenamiento de oxígeno (OSC) también se proporcionan sobre y/o dentro del filtro. Los filtros pueden tener una porosidad revestida que es sustancialmente igual que su porosidad no revestida. El material catalítico de TWC puede comprender una distribución de tamaño de partícula de manera que un primer grupo de partículas tiene un primer tamaño de partículas de 7.5 µm y un segundo grupo de partículas tiene un segundo tamaño de partículas de d90 de más de 7.5 µm. También se proveen métodos para producir y usar los mismos.

Description

SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EMISIONES DE MOTOR DE GASOLINA CON FILTROS DE PARTÍCULAS REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reivindica prioridad según 35 U.S.C. § 119(e) de la solicitud de patente estadounidense N° de serie 61/325,478, presentada el 19 de abril de 2010 y 61/386,997, presentada el 27 de setiembre de 2011, cada una de las cuales se incorpora mediante esta referencia en su totalidad.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere por lo general a sistemas de tratamiento de emisiones que tienen catalizadores usados para tratar corrientes gaseosas de motores de gasolina que contienen hidrocarburos, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno junto con partículas. Más específicamente, la presente invención se refiere a catalizadores de conversión de tres vías (TWC) o catalizadores de oxidación, recubiertos sobre y dentro de filtros de partículas, tales como filtros de hollín.

ANTECEDENTES Las emisiones de partículas para motores de gasolina se someten a regulaciones que incluyen las próximas normas Euro 6 (2014) . En particular, se han desarrollado determinados motores de inyección directa de gasolina (GDI) cuyos regímenes de operación dan como resultado la formación de partículas finas. Los sistemas de tratamiento posterior existentes para motores de gasolina no son adecuados para alcanzar la norma de material particulado propuesta. A diferencia de las partículas generadas por motores diesel de quemado pobre, las partículas generadas por motores de gasolina, tales como motores GDI, tienden a ser más finos y a encontrarse en menores cantidades. Esto se debe a las diferentes condiciones de combustión de un motor diesel en comparación con un motor de gasolina. Por ejemplo, los motores de gasolina funcionan a una temperatura mayor que los motores diesel. También, los componentes de hidrocarburo son diferentes en las emisiones de motores de gasolina en comparación con motores diesel .

Las normas de emisión para contaminantes de hidrocarburos, monóxido de carbono y óxido de nitrógeno crudos continúan siendo más rigurosas. Para cumplir con dichas normas, los convertidores catalíticos que contienen un catalizador de conversión de tres vías (TWC) se ubican en la línea de gas de escape de los motores de combustión interna. Dichos catalizadores fomentan la oxidación mediante oxígeno en la corriente de gas de escape de hidrocarburos y monóxidos de carbono crudos, así como la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno.

Una retención de partículas catalizadas que comprende un catalizador TWC sobre o dentro de una retención de partículas se proporciona en la publicación de la solicitud de patente estadounidense N° 2009/0193796 (Wei) . El catalizador TWC puede estar recubierto en un lado de entrada, un lado de salida o en ambos lados del filtro.

Las restricciones de contrapresión y volumen en los sistemas de escape pueden limitar la capacidad de agregar componentes de tratamiento adicionales. En algunos sistemas de emisiones GDI, dos o más compuestos de catalizador TWC en combinación con retenciones NOx y catalizadores SCR son necesarios para alcanzar normas de emisiones. Es un desafío para dichos sistemas alojar cualquier ladrillo o depósito adicional a lo largo del caño de escape.

Sin embargo, dado que las normas de partículas se tornan más rigurosas, existe una necesidad de proporcionar una funcionalidad de retención de partículas sin llenar excesivamente el caño de escape ni aumentar la contrapresión. Además, las conversiones de HC, Ox, y CO continúan siendo de interés. Determinada tecnología de filtro tiene poros relativamente pequeños y/o menor porosidad que pretende capturar la materia particulada fina pero dichos filtros no pueden por lo general almacenar una concentración de catalizador suficiente para cumplir con los requisitos de conversión de HC, NOx, y CO.

Existe una necesidad constante de proporcionar un filtro catalizado que proporcione TWC suficiente junto con un filtro eficaz sin aumentar excesivamente la contrapresión de forma tal que las conversiones de HC, NOx, y CO reguladas se puedan alcanzar mientras se cumple con las emisiones de materia particulada.

BREVE DESCRIPCIÓN Se proporcionan sistemas y componentes de escape adecuados para su uso junto con motores de gasolina para capturar partículas además de tratar emisiones gaseosas tales como hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxidos de carbono. Es de interés proporcionar un filtro de partículas para motores de gasolina (GPF o PFG) que proporcione una funcionalidad de conversión total de tres vías (TWC) con mínimo impacto en la contrapresión. Se reconoce que un filtro catalizado de TWC puede necesitar usarse junto con un segundo catalizador TWC para cumplir con las regulaciones y requisitos del fabricante del auto. La materia particulada de los motores de gasolina se genera principalmente durante el arranque en frío. Esto es contrario a la forma en que se genera la materia particulada a partir de motores diesel, lo que ocurre durante el funcionamiento del motor a una velocidad más o menos constante.

Los aspectos incluyen sistemas de tratamiento de escape que comprenden un catalizador de conversión de tres vías (T C) recubierto sobre y/o dentro de un filtro de partículas en un sistema de tratamiento de emisiones corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina para el tratamiento de una corriente de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas.

Un primer aspecto proporciona un filtro de partículas catalizado cuya porosidad recubierta es sustancialmente igual a su porosidad no recubierta. Esto es, dicho filtro recubierto da como resultado una contrapresión o disminución de presión que no es perjudicial para el rendimiento del motor. Una disminución de presión no perjudicial se refiere a que el motor rendirá generalmente lo mismo (por ej . , consumo de combustible) en una amplio espectro de modos de funcionamiento del motor en la presencia de un sustrato de filtro que está en un estado recubierto o no recubierto. Una o más modalidades detalladas establecen que la porosidad no recubierta y la porosidad recubierta se encuentran dentro de 7% (o 6%, o 5%, o 4%, o 3%, o 2.5%, o 2%, o hasta 1%) la una de la otra. La porosidad del filtro, ya sea recubierta o no recubierta, se mide en el filtro . Una forma de medir la porosidad es dividir el filtro, medir la porosidad de cada sección y promediar los resultados. Por ejemplo, un filtro se puede dividir en una pieza delantera/entrada y en una pieza trasera/salida, cuya porosidad se puede tomar y los resultados se pueden promediar.

Otro aspecto proporciona un filtro de partículas catalizado que comprende un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) que está presente sobre o dentro del filtro en una cantidad de al menos 1.0 g/in3 (61 g/L) . Una modalidad detallada establece que la cantidad es 1.0 a 4.0 g/in3 (61 g/L a 244 g/L), o 1.5 a 4.0 g/in3, o hasta 2.0 a 4.0 g/in3. Otro aspecto detallado proporciona un filtro de partículas catalizado ubicado en un sistema de tratamiento de emisiones corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina para el tratamiento de una corriente de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas ; el filtro de partículas catalizado comprende : un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) que está recubierto sobre o dentro de un filtro de partículas en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4.0 g/in3 (61 a 244 g/L); donde el material catalítico de TWC almacena al menos 100 mg/L de oxígeno luego de un envejecimiento total de la vida útil y comprende un componente de almacenamiento de oxígeno en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4.0 g/in3 (61 g/L a 244 g/L) ; donde el filtro de partículas comprende una distribución de tamaño del poro de forma tal que un primer conjunto de poros tenga un tamaño de poro promedio de 30µ??? menos y un segundo conjunto de poros tenga un segundo tamaño de poro promedio mayor que 30 µ?t?; y donde el material catalítico de TWC comprende una distribución de tamaño de partícula de forma tal que un primer conjunto de partículas tenga un primer tamaño de partícula promedio de 7.5 µp? o menos y un segundo conjunto de partículas tenga un segundo tamaño de partícula promedio mayor que 7.5 µ??.

En una o más modalidades, la porosidad no recubierta y la porosidad recubierta se encuentran comprendidas en el intervalo de 55 a 70%. En otra modalidad, el filtro de partículas comprende un tamaño de poro promedio comprendido en el intervalo de 15-25 pm. En aun otra modalidad, las porosidades recubiertas y no recubiertas se encuentran comprendidas en el intervalo de 60 a 70% y el filtro de partículas tiene un tamaño de poro promedio comprendido en el intervalo de 18-23 µp?. Determinadas modalidades pueden establecer que el filtro de partículas catalizado, esto es el filtro recubierto, también puede comprender un tamaño de poro promedio comprendido en el intervalo de 13-23 µ? (o hasta 16-21 µt?) .

El filtro de partículas puede comprender una distribución de tamaño de partícula de forma tal que un primer conjunto de poros tenga un primer tamaño de poro promedio de 30 pm o menos y un segundo conjunto de poros tenga un segundo tamaño de poro promedio mayor que 30 µ??. El primer tamaño de poro promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 5-30 \im y el segundo tamaño de poro promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 30-300 µt?. El primer tamaño de poro promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 10 a 30 pm y el segundo tamaño de poro promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 30 a 100 um.

El material catalítico de TWC puede comprender una distribución de tamaño de partícula de forma tal que un primer conjunto de partículas tenga un primer tamaño de partícula d90 de 7.5 \x o menos y un segundo conjunto de partículas tenga un segundo tamaño de partícula d90 mayor que 7.5 m. El primer tamaño de partícula promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 1-7.5 um (o 1-6.5 µp?, o 1-6.0 µp?, o 1-5.5 µp ? hasta 1-5.0 µp) y el segundo tamaño de partícula promedio puede encontrarse comprendido en el intervalo de 7.6-100 µp? (o 10-100 µp?, o 15-100 µp?, o 20-100 µp?, o 30-100 µp?, o hasta 50-100 µp?) . Un tamaño de partícula d90 se refiere al punto en la curva de distribución de tamaño de partícula que proporciona el punto del 90% de las partículas que tienen un tamaño igual o menor que dg0. En otras palabras, solo el 10% de las partículas tendrá un tamaño de partícula mayor que de d90. El material catalítico de TWC puede comprender el segundo conjunto de partículas en una cantidad de 10% o más en peso, tal como 10-50% (o 10-40% o 10-30% o hasta 10-20%) en peso. Una modalidad detallada establece que el primer tamaño de partícula d90 es 6.0 um o menos y el segundo tamaño de partícula dgo es 10.0 \im o más.

Una modalidad establece que el material catalítico de TWC almacena al menos 100 mg/L (o hasta 200 mg/L) de oxígeno luego de un envejecimiento total de la vida útil . Una modalidad detallada establece que el componente de almacenamiento de oxígeno está presente en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4.0 g/in3 (61 g/L a 244 g/L) .

El material catalítico de TWC puede comprender un revestimiento que comprende un metal del grupo del platino y un componente de almacenamiento de oxígeno. Una o más modalidades establecen que el revestimiento se proporciona en una sola capa. El revestimiento se puede proporcionar en el lado de entrada, el lado de salida o en ambos lados del filtro de partículas. El revestimiento puede comprende rodio, paladio, cerio o un compuesto de cerio y alúmina. Tal como se desea, el revestimiento puede no contener alúmina (esto es, no se agrega alúmina deliberadamente al revestimiento pero puede estar presente en cantidades traza) y simplemente comprende, por ejemplo, rodio, paladio y cerio o un compuesto de cerio.

En una modalidad, una primera capa de revestimiento simple está presente en el lado de entrada a lo largo del 100% de la longitud axial del filtro de partículas y una segunda capa de revestimiento simple está presente en el lado de salida a lo largo del 100% de la longitud axial del filtro de partículas. En otra modalidad, una primera capa de revestimiento simple está presente en el lado de entrada a lo largo del 50 a 75% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente arriba y una segunda capa de revestimiento simple está presente en el lado de salida a lo largo del 50 al 75% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente abajo. Aun otra modalidad establece que una primera capa de revestimiento simple está presente en el lado de entrada a lo largo de hasta el 50% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente arriba y una segunda capa de revestimiento simple está presente en el lado de salida a lo largo de hasta el 50% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente abajo.

El filtro de partículas puede comprender cordierita, alúmina, carburo de silicio, tritanato de aluminio o mullita.

Otras modalidades incluyen filtros catalizados que tienen una zona corriente arriba y una zona corriente abajo, ambas comprenden un metal del grupo del platino tal como un componente de paladio, donde la zona corriente arriba comprende el metal del grupo del platino en una cantidad que es mayor que la cantidad del metal del grupo del platino en la zona corriente abajo.

También se proporcionan métodos para tratar un gas de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas. Los métodos comprenden: proporcionar un filtro de partículas catalizado que comprende un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) recubierto sobre o dentro de un filtro de partículas en una cantidad eficaz para proporcionar una cantidad de emisiones de partículas de no más de 6 x 1011 por kilómetro; ubicando el filtro de partículas catalizado corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina; y poner en contacto un gas de escape del motor de inyección directa de gasolina con el filtro de partículas catalizado .

Los métodos pueden comprender además proporcionar una funcionalidad de TWC completa mediante el filtro de partículas catalizado, un catalizador TWC en un sustrato continuo o combinaciones de los mismos.

Modalidades detalladas establecen que la cantidad de emisiones de partículas no sea mayor que 4.0 x 1011 por kilómetro, mayor que 3.0 x 1011 por kilómetro, o hasta mayor que 2.0 x 1011 por kilómetro.

Se proporcionan los métodos para realizar los filtros de partículas catalizados. Los métodos comprenden: proporcionar un filtro de partículas; proporcionar un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) ; y recubrir el material catalítico de TWC sobre o dentro del filtro de partículas en una cantidad de al menos 1.0 g/in3 (61 g/L) para formar el filtro de partículas catalizado de forma tal que el filtro de partículas catalizado tenga una porosidad recubierta que sea sustancialmente igual a una porosidad no recubierta del filtro de partículas.

Otro aspecto proporciona un método para tratar un gas de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas, el método comprende: ubicar el sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las modalidades anteriores corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina y poner en contacto gas de escape desde el motor con el filtro de partículas catalizado.

BREVES DESCRIPCIONES DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 es una vista esquemática que muestra un sistema de tratamiento de emisiones de motor de acuerdo con una modalidad detallada; La FIG. 2 es una vista esquemática que muestra un sistema de tratamiento de emisiones de motor integrado de acuerdo con una modalidad; La FIG .3 es una vista en perspectiva de un sustrato de filtro de flujo de pared; y La FIG .4 es una vista recortada de una sección de un sustrato de filtro de flujo de pared.

La FIG. 5 es un gráfico de una disminución de presión del catalizador como una función de la velocidad del motor para modalidades de diferentes porosidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Se proporcionan sistemas y componentes de escape adecuados para su uso junto con motores de gasolina, tales como motores de inyección directa de gasolina (GDI), para capturar partículas además de reducir la emisión gaseosa, tales como hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxidos de carbono. En términos generales, dichos motores de gasolina funcionan como estequiométricos (? =1) , aunque determinados motores GDI pueden usar un régimen pobre (?>1) . Sin embargo, las restricciones de contrapresión y volumen en sistemas de escape de gasolina pueden limitar la capacidad de agregar componentes de tratamiento adicionales . Es un desafío para dichos sistemas alojar cualquier ladrillo o depósito adicional a lo largo del caño de escape. Sin embargo, cuando las normas de partículas se tornan más rigurosas, existe una necesidad de proporcionar una funcionalidad de retención de partículas sin aumentar excesivamente la contrapresión. Hemos encontrado que los filtros de partículas para motores de gasolina (GPF o PFG) se pueden diseñar con funcionalidad de TWC total mientras se alcanza una eficacia de filtración adecuada de materia particulada de motor de gasolina fina. En un primer aspecto, los filtros de partículas que tienen una distribución de tamaño de poro que tiene dos o más tamaños de poro promedio, esto es una distribución de tamaño de poro asimétrica) se puede recubrir según se desee con revestimientos que tienen tamaños de partícula especificados. De esta manera, los poros con tamaños variantes del filtro junto con las superficies de la pared del filtro, se pueden catalizar para funcionalidad de TWC con un mínimo impacto en la contrapresión mientras la eficacia del filtro se mejora por la presencia del revestimiento en los poros mayores. En un segundo aspecto, los niveles de revestimiento (por ej . , 1 a 4 g/in3) se cargan en filtros de partículas con un mínimo impacto en la contrapresión mientras se proporciona simultáneamente actividad catalítica de TWC y funcionalidad de retención de partículas para cumplir con las regulaciones cada vez más rigurosas tales como Euro 6. También se proporcionan niveles suficientes a altos de componentes de almacenamiento de oxígeno (OSC) sobre y/o dentro del filtro. Los filtros pueden tener una porosidad recubierta que es sustancialmente igual a su porosidad no recubierta. Esto es, un filtro no recubierto tiene una contrapresión similar a un filtro no recubierto de forma tal que existe un impacto mínimo en el rendimiento global de la potencia del tren de motor. En un tercer aspecto, se puede lograr un mejor encendido del filtro de partículas a través de diseños de zonificación . Según sea necesario, las modificaciones mecánicas y la gestión de calor se pueden usar para alcanzar temperaturas suficientes en los filtros recubiertos. Estos aspectos se pueden realizar solos o combinados .

Con respecto a los filtros de partículas, típicamente se cree que se desean poros relativamente pequeños y/o porosidad baja para capturar materia particulada fina. Se ha descubierto inesperadamente en modalidades detalladas que los filtros de mayor tamaño de poro y mayor porosidad pueden mostrar una filtración mejorada en presencia de una concentración de revestimiento. No solo se logra la filtración mejorada si no que las concentraciones de revestimiento en filtro de mayor tamaño de poro/mayor porosidad pueden además cumplir con las normas de emisión gaseosa (HC, NOx, y CO) . La filtración mejorada con el paso del tiempo a una distribución de tamaño de partícula y concentración de revestimiento constantes también se alcanza inesperadamente mediante el filtro de tamaño de poro grande/mayor porosidad en comparación con el filtro de tamaño de poro pequeño/menor porosidad. Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que los filtros de tamaño de poro pequeño/menor porosidad por lo general no pueden almacenar suficiente concentración de alojamiento para cumplir con los requisitos de conversión de HC, NOx y CO debido al impacto sobre la contrapresión.

En una o más modalidades, el sustrato de filtro tiene dos (o más) tamaños de poro promedio, lo que se refiere a que puede haber más de un tamaño de poro promedio cuando se realiza una medición de la distribución del tamaño de poro. Dichas mediciones se pueden realizar en sustratos de filtro . Por ejemplo, puede haber dos picos distintos presentes en la medición de la distribución del tamaño de poro. En una modalidad, el filtro tiene una distribución de tamaño de poro de forma tal que un primer tamaño de poro es menor o igual a 30, 25, 20, 15, o hasta 10 im y un segundo tamaño de poro es mayor o igual a 30, 50, 70, o hasta 100 µp\) , debido a una pendiente asimétrica de la distribución de tamaño de poro.

De manera similar, los materiales catalíticos se pueden caracterizar como que tienen dos (o más) tamaños de partícula promedio, lo que se refiere a que puede haber más de un tamaño de partícula promedio presente en el material catalítico. Una forma de demostrarlo es mediante una curva de distribución de tamaño de partícula. Dicha curva puede resultar de la suma de una o más distribuciones unimodales (esto es, simétricas) . Por ejemplo, puede haber dos picos distintos presentes en una medición de la distribución del tamaño de partícula del material catalítico. De acuerdo con determinadas modalidades de la presente invención, el catalizador o material catalítico se proporciona con una distribución de tamaño de partícula de forma tal que un primer tamaño de partícula d90 es menor o igual a 7.5 µp? (por ej . , aproximadamente 6.5, 6.0, 5.5, 5, 4, 3, 2, ohastalum) y un segundo tamaño de partícula d90 es mayor que 7.5 µp? (por ej . , 7.6, 10, 15, 20, 30, o hasta 50 pm) . La administración de un material catalítico que tiene más de un tamaño de partícula promedio se puede realizar de muchas formas tal como proporcionando uno o más revestimientos que tengan una distribución de tamaño de partícula de dos o más tamaños de partícula promedio o proporcionando uno o más revestimientos cada uno con diferentes distribuciones de tamaño de partícula simple o unimodal o combinaciones de las mismas. En una modalidad, se proporciona un revestimiento que tiene una distribución de tamaño de partícula de forma tal que existen dos tamaños de partícula (d50) y/o d90. En otra modalidad, se proporcionan dos revestimientos, cada uno tiene una distribución de tamaño de partícula unimodal diferente . Una modalidad adicional establece que un primer revestimiento tiene una distribución de tamaño de partícula de dos tamaños de partícula (d50) y/o d90 promedio y un segundo revestimiento tiene una distribución de tamaño de partícula unimodal . Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que el uso de material catalítico que tiene una distribución de tamaño de partícula con más de un tamaño de partícula promedio potenciará el revestimiento sobre y dentro de un filtro que tiene una distribución de tamaño de partícula con más de un tamaño de partícula promedio. Una distribución de tamaño de poro/porosidad global adecuada para retener partículas de motor GDI finas mientras se sigue proporcionando un tratamiento catalítico de emisiones, se puede proporcionar luego sin sacrificar la contrapresión.

La referencia a la "funcionalidad de TWC total" se refiere a que la oxidación de HC y CO y la reducción de NOx se pueden alcanzar de acuerdo con requisitos de agencias reguladoras y/o fabricantes de autos. De esta forma, los componentes metálicos del grupo del platino tales como platino, paladio, y rodio se proporcionan para alcanzar conversiones de HC, CO, y NOx y se proporcionan componentes de almacenamiento de oxígeno (OSC) suficiente para alcanzar una capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente para asegurar la conversión adecuada de HC, NOx, y CO en un entorno de relaciones variables A/F (aire-a-combustible) . La capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente por lo general se refiere a que luego de un enve ecimiento total de la vida útil tal como lo define el fabricante del auto, el catalizador puede almacenar y liberar una mínima cantidad de oxígeno. En un ejemplo, una capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente puede ser 100 mg por litro de oxígeno. Otro ejemplo, una capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente puede ser 200 mg por litro de oxígeno luego de 80 horas de envejecimiento exotérmico a 1050 °C. La capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente es necesaria para asegurar que los sistemas de diagnósticos de a bordo (OBD) detecten un catalizador en funcionamiento. Ante la ausencia de una capacidad de almacenamiento de oxígeno suficiente, los OBD desencadenarán una alarma de un catalizador que no está en funcionamiento. La capacidad de almacenamiento de oxígeno alta es más que la cantidad suficiente lo que extiende la ventana de funcionamiento del catalizador y permite mayor flexibilidad en la gestión del motor para el fabricante del auto.

Referencia al componente de almacenamiento de oxígeno (OSC) se refiere a una entidad que tiene un estado multivalencia y puede reaccionar activamente con oxidantes tales como oxígeno u óxidos nitrosos en condiciones oxidativas o reaccionar con reductores, tales como monóxido de carbono (CO) o hidrógeno en condiciones de reducción. Ejemplos de componentes de almacenamiento de oxígeno adecuados incluyen cerio. También se puede incluir praseodimia como OSC. La administración de un OSC a la capa de revestimiento se puede lograr mediante el uso, por ejemplo, de óxidos mixtos. Por ejemplo, se puede administrar cerio mediante un óxido mixto de cerio y zirconio y/o un óxido mixto de cerio, zirconio y neodimio. Por ejemplo, se puede administrar praseodimia mediante un óxido mixto de praseodimia y zirconio y/o un óxido mixto de praseodimia, cerio, lantano, itrio, zirconio y neodimio.

Antes de describir diversos ejemplos de modalidades de la invención, se entenderá que la invención no se limita a los detalles de construcción o pasos del proceso establecidos en la siguiente descripción. La invención es capaz de otras modalidades y de ser puesta en práctica o realizarse de diversas formas.

Con referencia a la FIG. 1, un sistema de tratamiento de emisiones 3 comprende un motor de gasolina 5 que conduce al escape a través de la línea 7 hacia un primer catalizador TWC 9 opcional. En algunos casos, el primer catalizador TWC puede ser más pequeño que el necesario debido a un filtro de partículas recubierto con TWC 13 corriente abajo que recibe la corriente de escape a través de la línea 11. En casos en que el filtro de partículas recubierto con TWC 13 proporciona una funcionalidad total de TWC, el primer TWC puede no ser necesario. La línea 15 puede conducir a otros componentes de tratamiento y/o al tubo de escape y fuera del sistema. En otros casos, el filtro de partículas recubierto con TWC 13 contiene una concentración de catalizador TWC que está diseñada para trabajar en conjunto con el primer catalizador TWC para cumplir con los requisitos de emisiones.

La FIG. 2 representa un sistema de tratamiento de emisiones integrado 30 que comprende una sección del catalizador TWC 32, una sección del filtro de partículas 34, una retención opcional NOx 36 y SCR 38. Durante el tratamiento de una corriente de emisión de gas de escape, el gas de escape fluye desde un motor a través del sistema de tratamiento de emisiones integrado 30 para tratar y/o convertir los contaminantes de la emisión de gas de escape tales como hidrocarburos (HC) , monóxido de carbono (CO) , óxidos de nitrógeno ( Ox) , y materia particulada crudos. El gas de escape fluye secuencialmente a través de la sección del catalizador TWC 32 corriente arriba, una sección del filtro de partículas 34, una retención opcional NOx 36 y catalizador SCR 38. En un sistema integrado alternativo, el catalizador TWC se puede revestir en el filtro de partículas, eliminando así una sección.

Los catalizadores TWC que exhiben buena actividad y larga vida comprenden uno o más metales del grupo del platino (por ej . , platino, paladio, rodio, renio e iridio) colocados en una gran superficie, soporte de óxido metálico refractario, por ej . , un revestimiento de alúmina de gran superficie. El soporte se lleva en un portador o sustrato adecuado tal como un portador monolítico que comprende una estructura de panal de metal o cerámica refractaria o partículas refractarias, tales como esferas o segmentos cortos y extruidos de un material refractario adecuado. Los soportes de óxido metálico refractario se pueden estabilizar en comparación con degradación térmica mediante materiales como zirconio, titania, alcalino, óxidos metal acalino térreos tales como bario, calcio o estrontia o más frecuentemente, óxidos metal térreos poco comunes, por ejemplo, cerio, lantano y mezclas de dos o más óxidos metálicos térreos poco comunes . Por ejemplo, véase Patente estadounidense N° 4,171,288 (Keith) . Los catalizadores TWC también se pueden formular para incluir un componente de almacenamiento de oxígeno.

La referencia a un "soporte" en una capa de revestimiento se refiere a un material que recibe metales preciosos, estabilizadores, promotores, aglutinantes y similares a través de asociación, dispersión, impregnación u otros métodos adecuados. Ejemplos de soportes incluyen, de forma no taxativa, óxidos metálicos refractarios de gran superficie y compuestos que contienen componentes de almacenamiento de oxígeno. Los soportes de óxidos metálicos refractarios de gran superficie se refieren a partículas que tienen poros mayores que 20 Á y una distribución de poro amplia. Los soportes de óxido metálico refractario de gran superficie, por ej . , materiales de soporte de alúmina, también denominados "alúmina gamma" o "alúmina activada", típicamente exhiben un área de superficie BET superior a 60 metros cuadrados por gramo ("m2/g"), a menudo hasta alrededor de 200 m2/g o más. Dicha alúmina activada es normalmente una mezcla de fases gamma y delta de alúmina pero también puede contener cantidades sustanciales de fases de alúmina eta, kappa y theta. Los óxidos metálicos refractarios que no son alúmina activada se pueden usar como un soporte para al menos algunos de los componentes catalíticos en un catalizador dado. Por ejemplo, cerio a granel, zirconio, alúmina alfa y otros materiales se conocen para dicho uso. Aunque muchos de estos materiales sufren de la desventaja de tener un área de superficie BET considerablemente menor que alúmina activada, esa desventaja tiende a compensarse por una mayor durabilidad del catalizador resultante. El "área de superficie BET" tiene su significado usual y se refiere al método Brunauer, Emmett, Teller para determinar el área de superficie mediante adsorción de N2.

Una o más modalidades incluyen un soporte de óxido metálico refractario de gran superficie que comprende un compuesto activado seleccionado del grupo que consiste en alúmina, alúmina-zirconio, alúmina-cerio-zirconio, lantano-alúmina , lantano- zirconio-alúmina , bario-alúmina, bario lantano-alúmina, bario lantano-neodimia alúmina, y alúmina-cerio . Ejemplos de compuestos que contienen componentes de almacenamiento de oxígeno incluyen de modo no taxativo, cerio-zirconio y cerio- zirconio-lantano . La referencia al "compuesto cerio-zirconio" se refiere a un compuesto que comprende cerio y zirconio sin especificar la cantidad de ninguno de los componentes. Los compuestos adecuados de cerio-zirconio incluyen de modo no taxativo, compuestos que tienen por ejemplo 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% o hasta 95% de contenido de cerio. Determinadas modalidades establecen que el soporte comprende cerio a granel que tiene un contenido de cerio nominal de 100% (esto es, > 99% de pureza) . En una o más modalidades, el material de soporte sustancialmente no contiene alúmina, para maximizar la capacidad de almacenamiento de oxígeno del catalizador. La referencia a que "sustancialmente no contiene alúmina" se refiere a que la alúmina está presente en una cantidad no mayor que 5% de la concentración total del material catalítico. Tal como se desea, el material catalítico puede no contener nada de alúmina, esto es, puede no contener alúmina.

Tal como se usa en la presente, los tamices moleculares tales como zeolitas, se refieren a materiales que en forma de partícula pueden soportar metales del grupo precioso catalítico, los materiales tienen una distribución de poro sustancialmente uniforme, el tamaño de poro promedio no es mayor que 20 Á. La referencia a un "soporte no zeolita" en un revestimiento de catalizador se refiere a un material que no es un tamiz molecular o zeolita y que recibe metales preciosos, estabilizadores, promotores, aglutinantes y similares a través de asociación, dispersión, impregnación, u otros métodos adecuados. Ejemplos de dichos soportes incluyen de modo no taxativo, óxidos metálicos refractarios de gran superficie.

La referencia a "impregnado" se refiere a que una solución que contiene metales preciosos se coloca en poros de un soporte. En modalidades detalladas, la impregnación de metales preciosos se alcanza mediante humedad incipiente, donde el volumen del contenido de metal precioso diluido es aproximadamente igual al volumen de poro de los cuerpos de soporte. La impregnación de humedad incipiente por lo general conduce a una distribución sustancialmente uniforme de la solución del precursor a través del sistema de poros del soporte. La referencia a "contacto íntimo" incluye tener una cantidad eficaz de componentes en dicho contacto (por ejemplo, Pd y OSC) en el mismo soporte, en contacto directo y/o en proximidad sustancial de forma tal que el OSC entre en contacto con los componentes de oxígeno antes del componente Pd.

El material catalítico de TWC puede comprender un primer revestimiento que comprende un metal del grupo del platino y un compuesto de componente de almacenamiento de oxígeno. Opcionalmente , el filtro se puede recubrir antes de cualquier revestimiento que contiene metal del grupo platino con un revestimiento interior que comprende cerio y opcionalmente un estabilizador seleccionado del grupo que consiste en lantano, zirconio, praseodimio, itrio y neodimio. El componente de almacenamiento de oxígeno puede estar presente en una cantidad comprendida en el intervalo de 0.5 a 4.0 g/in3 (30.5 g/L a 244 g/L) . Una modalidad proporciona el material catalítico TWC que sustancialmente no contiene alúmina. Otra modalidad establece que el material catalítico TWC no contiene componentes de retención de NOx. En aun otra modalidad, el material catalítico TWC almacena al menos 200 mg/L de oxígeno luego de un envejecimiento total de la vida útil.

En una modalidad por zonas, el filtro de partículas catalizado comprende una zona corriente arriba y una zona corriente abajo y ambas comprenden un componente de paladio, donde la zona corriente arriba comprende el componente de paladio en una cantidad que es mayor que la cantidad del componente de paladio en la zona corriente abajo. Un ejemplo establece que hay 20-100g/ft3 (0.7 a 3.5 g/L) de paladio en la zona corriente arriba y 1-20 g/ft3 en la corriente abajo.

Retención de partículas La referencia a la retención de partículas se refiere a un filtro ajustado y configurado para retener partículas generadas por las reacciones de combustión en el motor de gasolina de inyección directa. La retención de partículas puede ocurrir, por ejemplo, mediante el uso de un filtro de partículas (u hollín) mediante el uso de un sustrato continuo que tiene una senda tortuosa interna de forma tal que un cambio en la dirección del flujo de las partículas provoque que se salga la corriente de escape mediante el uso de un sustrato metálico, tal como un portador de metal corrugado o mediante otros métodos conocidos por los expertos en la técnica. Otros dispositivos de filtración pueden ser adecuados tal como un caño con una superficie que se tornó áspera que puede eliminar partículas fuera de la corriente de escape. Un caño con una curva también puede ser adecuado.

Con referencia a los filtros, la FIG. 3 representa una vista en perspectiva de un ejemplo de sustrato de filtro de flujo de pared adecuado para un filtro de partículas . Los sustratos de fluj o de paredes útiles para soportar las composiciones catalizadoras TWC o de oxidación tienen una pluralidad de pasajes de flujo de gas finos, sustancialmente paralelas que se extienden a lo largo del eje longitudinal (o de la longitud axial) del sustrato. Típicamente, cada pasaje se bloquea en un extremo del cuerpo del sustrato con pasajes alternativos bloqueados en las caras del extremo opuesto. Dichos portadores monolíticos pueden contener hasta alrededor de 300 pasajes de flujo (o "celdas") por pulgada cuadrada de corte transversal, aunque se pueden usar muchas menos . Por ejemplo, el portador puede tener entre alrededor de 7 y 300, más comúnmente entre alrededor de 200 y 300, celdas por pulgada cuadrada ("cpsi") . Las celdas pueden tener cortes transversales que son rectangulares, cuadrados, circulares, ovalados, triangulares, hexagonales o tienen otras formas poligonales. Los sustratos de flujo de pared típicamente tienen un espesor de pared entre 0.008 y 0.016 pulgadas. Los sustratos de flujo de pared específicos tienen un espesor de pared entre 0.010 y 0.012 pulgadas. La zonificación axial se puede desear de forma que se proporcione un recubrimiento a lo largo de una longitud axial del filtro. En el lado de entrada, medido desde el extremo corriente arriba 54, se puede extender un recubrimiento hasta 50% de la longitud axial (por ej . , l a 49.9%, o 10 a 45%), 50 a 75% de la longitud axial, o hasta 100% de la longitud axial. En el lado de salida, medido desde el extremo corriente abajo 56, se puede extender un recubrimiento hasta 50% de la longitud axial (por ej . , 1 a 49.9%, o 10 a 45%), 50 a 75% de la longitud axial, o hasta 100% de la longitud axial.

Las FIGS . 3 y 4 ilustran un sustrato de filtro de flujo de pared 50 que tiene una pluralidad de pasajes 52. Los pasajes están encerrados de forma tubular mediante la pared interna 53 del sustrato de filtro. El sustrato tiene un extremo de entrada o corriente arriba 54 y un extremo de salida o corriente abajo 56. Los pasajes alternativos se conectan al extremo de entrada mediante clavijas 58 y en el extremo de salida mediante clavijas 60 para formar patrones de tablero opuestos en la entrada 54 y salida 56. Una corriente de gas 62 entra en un extremo corriente arriba 54 a través de la entrada de canal desconectada 64, se detiene mediante la clavija de salida 60 y difunde a través de las paredes del canal 53 (que son porosas) hacia el lado de la salida 66. Un recubrimiento en el lado de entrada del filtro significa que el recubrimiento reside sobre o dentro de las paredes 53 de forma tal que la corriente de gas 62 entra en contacto primero con el recubrimiento de entrada. Un recubrimiento en el lado de salida del filtro significa que el recubrimiento reside sobre o dentro de las paredes 53 de forma tal que la corriente de gas 62 entre en contacto con el recubrimiento de salida luego del recubrimiento de entrada. El gas no puede pasar nuevamente al lado de entrada de las paredes debido a las clavijas de entrada 58.

Los sustratos de filtro de flujo de pared pueden estar compuestos por materiales tipo cerámica tales como cordierita, alúmina, carburo de silicio, titanato de aluminio, mullita o de metal refractario. Los sustratos de flujo de pared también pueden estar formados de materiales de compuesto de fibra cerámica. Los sustratos de flujo de pared específicos están formados por cordierita, carburo de silicio y titanato de aluminio. Dichos materiales son capaces de resistir el entorno, en particular las altas temperaturas, encontradas en el tratamiento de corrientes de escape .

Los sustratos de flujo de pared para su uso en el sistema inventivo pueden incluir panales con paredes porosas delgadas (monolitos) a través de los cuales la corriente de fluido pasa sin provocar un mayor aumento en la contrapresión o presión a través del artículo. Los sustratos de flujo de pared cerámica usados en el sistema se pueden formar a partir de un material que tiene porosidad de al menos 40% (por ej . , de 40 a 70%) . Los sustratos de flujo de pared útiles pueden tener un tamaño de poro promedio global de 10 o más micrones. Determinados sustratos de fluj o de pared tienen una distribución de tamaño de poro asimétrica que tiene un primer tamaño de poro promedio no mayor que 30 µ?? y un segundo tamaño de poro promedio no menor que 30 µp? En una modalidad específica, los sustratos pueden tener una porosidad de al menos 55% y un primer tamaño de poro promedio comprendido en el intervalo de entre 10 y 30 micrones y un segundo tamaño de poro promedio en el intervalo de entre 31 y 100 micrones. Cuando los sustratos con estas porosidades y estos tamaños de poro promedio se recubren con las técnicas mencionadas a continuación, niveles adecuados de composiciones T C se pueden cargar en los sustratos para alcanzar una eficacia de conversión excelente de hidrocarburo, CO y/o NOx. Estos sustratos todavía son capaces de retener características de flujo de escape, esto es, contrapresiones aceptables, a pesar de la concentración de catalizador .

El filtro de flujo de pared porosa usado en esta invención se cataliza ya que la pared del elemento tiene allí o contenido allí uno o más materiales catalíticos . Los materiales catalíticos pueden estar presentes solo en el lado de entrada de la pared del elemento, solo en el lado de salida, tanto en el lado de salida como de entrada o la pared en sí misma puede consistir en todo o parte del material catalítico. Esta invención incluye el uso de uno o más revestimientos de materiales catalíticos y combinaciones de uno o más revestimientos de materiales catalíticos en las paredes de entrada y/o salida del elemento.

Para cubrir los filtros de flujo de pared con la composición catalizadora TWC o de oxidación, los sustratos se sumergen verticalmente en una porción de suspensión catalizadora de forma tal que la parte superior del sustrato esté ubicada justo por encima de la superficie de la suspensión. De esta manera, la suspensión entra en contacto con la cara de entrada de cada pared del panal pero se evita que entre en contacto con la cara de salida de cada pared. La muestra se deja en la suspensión durante alrededor de 30-60 segundos. El filtro se retira de la suspensión, todo exceso de suspensión se retira del filtro de flujo de pared primero permitiendo drenar desde los canales, luego soplando con aire comprimido (en contra de la dirección de la penetración de la suspensión) y luego tirando un vacío desde la dirección de la penetración de la suspensión. Mediante el uso de esta técnica, la suspensión catalizadora penetra las paredes del filtro, aún los poros no se ocluyen en la medida en que la contrapresión indebida se acumulará en el filtro terminado. Tal como se usa en la presente, el término "penetrar" al usarse para describir la dispersión de la suspensión catalizadora en el filtro, se refiere a que la composición catalizadora se dispersa a través de la pared del filtro.

Los filtros recubiertos se secan típicamente a alrededor de 100 °C y se calcinan a una temperatura mayor (por e . , 300 a 450°C y hasta 590°C) . Luego de calcinarse, la concentración de catalizador se puede determinar mediante el cálculo de los pesos recubiertos y no recubiertos del filtro. Tal como será evidente para los expertos en la técnica, la concentración de catalizador se puede modificar alterando el contenido de sólidos de la suspensión de recubrimiento. De manera alternativa, se pueden realizar las inmersiones repetidas del filtro en la suspensión de recubrimiento y luego retirar el exceso de suspensión tal como se describe anteriormente.

Con referencia a un sustrato metálico, un sustrato útil puede estar compuesto por uno o más metales o aleaciones de metales. Los portadores metálicos se pueden usar en diversas formas, tales como lámina corrugada o forma monolítica. Los soportes metálicos específicos incluyen los metales y las aleaciones de metal resistentes al calor, tales como titanio y acero inoxidable, así como otras aleaciones en las que el hierro es un componente sustancial o fundamental. Dichas aleaciones pueden contener uno o más de níquel, cromo y/o aluminio, y la cantidad total de estos metales puede comprender de forma ventajosa al menos 15 % en peso de la aleación, por ej . , 10-25 % en peso de cromo, 3-8 % en peso de aluminio y hasta 20 % en peso de níquel. Las aleaciones también pueden contener cantidades pequeñas o traza de uno o más metales diferentes tales como manganeso, cobre, vanadio, titanio y similares. La superficie de los portadores metálicos se puede oxidar a altas temperaturas, por ej . , 1000°C y más, para mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones formando una capa de óxido en las superficies de los portadores. Dicha oxidación inducida por alta temperatura puede mejorar la adherencia de un material catalítico al portador.

Preparación de revestimientos del compuesto catalizador Los compuestos catalizadores pueden estar formados en una sola capa o en múltiples capas. En algunos casos, puede ser apropiado preparar una suspensión de material catalítico y usar esta suspensión para formar múltiples capas en el portador. Los compuestos pueden prepararse fácilmente mediante procesos conocidos en la técnica previa. A continuación se describe un proceso representativo. Tal como se usa en la presente, el término "revestimiento" tiene su significado usual en la técnica de un recubrimiento adherente y fino de un material catalítico u otro aplicado a un material portador de sustrato, tal como miembro portador de tipo panal que es lo suficientemente poroso como para permitir el pasaje de la corriente de gas que se trata a través del mismo. Una "capa de revestimiento" por lo tanto se define como un recubrimiento que está compuesto por partículas de soporte. Una "capa de revestimiento catalizada" es un recubrimiento compuesto por partículas de soporte impregnadas con componentes catalíticos.

El compuesto catalizador se puede preparar fácilmente en capas en un portador. Para una primera capa de un revestimiento específico, se suspenden partículas finamente divididas de un óxido metálico refractario de gran superficie, tal como alúmina gamma, en un vehículo apropiado, por ej . , agua. Para incorporar componentes tales como metales preciosos (porej., paladio, rodio, platino y/o combinaciones de los mismos) , estabilizadores y/o promotores, tales componentes se pueden incorporar en la suspensión como una mezcla de agua soluble o compuestos o complejos dispersables en agua. Típicamente, cuando se desea paladio, el componente de paladio se utiliza en la forma de un compuesto o complejo para alcanzar la dispersión del componente en el soporte de óxido metálico refractario, por ej . , alúmina activada. El término "componente de paladio" se refiere a cualquier compuesto, complejo o similares que tras la calcinación o uso del mismo se descompone o de otra forma se convierte en una forma catalíticamente activa, normalmente el metal o el óxido metálico. Los compuestos solubles en agua o compuestos dispersables en agua o complejos del componente metálico se pueden usar siempre que el medio líquido usado para impregnar o depositar el componente metálico en las partículas del soporte de óxido metálico refractario no reaccione negativamente con el metal o su compuesto o su complejo u otros componentes que pueden estar presentes en la composición catalizadora y sea capaz de retirarse del componente metálico mediante volatilización o descomposición tras calentarse y/o aplicarse un vacío. En algunos casos, no se termina de retirar el líquido hasta que el catalizador se coloca en uso y se somete a altas temperaturas encontradas durante el funcionamiento. Por lo general, tanto desde el punto de vista económico como ambiental, se utilizan soluciones acuosas de compuestos solubles o complejos de metales preciosos . Por ejemplo, los compuestos adecuados son nitrato de paladio y nitrato de rodio .

Un método adecuado para preparar cualquier capa del compuesto catalizador en capas de la invención es preparar una mezcla de una solución de un compuesto de metal precioso deseado (por ej . , compuesto de paladio) y al menos un soporte, tal como un soporte de óxido metálico refractario finamente dividido de gran superficie, por ej . , alúmina gamma, que es suficientemente seca para absorber sustancialmente toda la solución para formar un sólido húmedo que luego se combinará con agua para formar una solución capaz de ser recubierta. En una o más modalidades, la suspensión es ácida, y tiene por ejemplo un pH de entre alrededor de 2 y menos de alrededor de 7. El pH de la suspensión se puede reducir mediante la adición de una cantidad adecuada de un ácido inorgánico u orgánico a la suspensión. Las combinaciones de ambos se pueden usar cuando se considera la compatibilidad de ácido y materias primas. Los ácidos inorgánicos incluyen, de modo no taxativo, ácido nítrico. Los ácidos orgánicos incluyen de modo no taxativo, ácido acético, propiónico, oxálico, malónico, succínico, glutámico, adípico, maleico, fumárico, itálico, tartárico, cítrico y similares . Por lo tanto, si se desea, se puede agregar a la suspensión compuestos solubles en agua o dispersables en agua de componentes de almacenamiento de oxígeno, por ej . , compuesto de cerio-zirconio, un estabilizador, por ej . , acetato de bario y un promotor, por ej . , nitrato de lantano.

En una modalidad, después de esto la suspensión se tritura para dar como resultado que sustancialmente todos los sólidos tengan tamaños de partícula menores que alrededor de 30 micrones, es decir, entre alrededor de 0.1-15 micrones, en un diámetro promedio. La trituración se puede lograr en un triturador de esferas, en un molino circular o en otro equipo similar, y el contenido sólido de la suspensión puede ser, por ej . , de alrededor del 20-60 % en peso, más particularmente, de alrededor del 30-40 % en peso.

Las capas adicionales, es decir, la segunda y la tercera capa, se pueden preparar y depositar sobre la primera capa de la manera en que se describe anteriormente para depositar la primera capa sobre el portador.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos no taxativos servirán como ilustración de las varias modalidades de la presente invención. En cada uno de los ejemplos, el portador es cordierita.

EJEMPLO 1 COMPARATIVO Se preparó un catalizador de conversión de tres vías (TWC) en un sustrato continuo con estructura de panal con una concentración de revestimiento de 1 g/in3 (61 g/L) . El sustrato continuo tenía un tamaño de 4.66*5", 300/12 cpsi, volumen de 1.4 L, metales del grupo del platino (PGM) de 30 g/ft3, y una relación de PGM de Pt/Pd/Rh de 0/27/3.

EJEMPLO 2 Un filtro de partículas de baja porosidad que tiene un catalizador de conversión de tres vías (TWC) dentro de la pared del sustrato se preparó a concentraciones de revestimiento de 1 g/in3 (61 g/L) , 2 g/in3 (122 g/L (2 g/in3) y 3 g/in3 (183 g/L) . El sustrato de filtro tenía un tamaño de 4.66*5", 300/12 cpsi, volumen de 1.4 L, metales del grupo del platino (PGM) de 30 g/ft3, y una relación de PGM de Pt/Pd/Rh de 0/27/3. El sustrato del filtro tenía una porosidad del 45% y un tamaño de poro promedio de 13 µp?.

EJEMPLO 3 Un filtro de partículas de alta porosidad que tiene un catalizador de conversión de tres vías (TWC) dentro de la pared del sustrato se preparó a concentraciones de revestimiento de 1 g/in3 (61 g/L) , 2 g/in3 (122 g/L) y 3 g/in3 (183 g/L) . El sustrato de filtro tenía un tamaño de 4.66*5", 300/12 cpsi, volumen de 1.4 L, metales del grupo del platino (PGM) de 30 g/ft3, y una relación de PGM de Pt/Pd/Rh de 0/27/3. El sustrato de filtro tenía una porosidad del 65% y un tamaño de poro promedio de 20 µp?.

EJEMPLO 4 Los compuestos de los Ejemplos 1, 2 y 3, cada uno de los cuales tiene lg/in3 (61 g/L) se envejecieron durante 4 horas en un horno hidrotérmico y envejecen a 900°C en 2% de 02, 10% de H20, y N2 de equilibrio. Según las condiciones del New European Drive Cycle (NEDC) y un motor de 1.6L con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en una posición de acoplamiento cerrado, se midió la cantidad de partículas usando el protocolo PMP (Tabla 1) . También se midieron las emisiones de los hidrocarburos no metánicos (NMHC) , hidrocarburos totales (HC) , monóxido de carbono (CO) y NOx (Tabla 1) .

Tabla 1 *Según lo propone la Comisión Europea.

Hay eficacia catalítica de TWC significativamente inferior de los filtros recubiertos de los Ejemplos 2 y 3, en comparación con el Ejemplo 1 comparativo. El sustrato continuo comparativo del Ejemplo 1, sin embargo, no muestra eficacia de filtración. El filtro de baja porosidad del Ejemplo 2 a una concentración de revestimiento de 1 g/in3 (61 g/L) cumplió con la norma Euro 6. La contrapresión de los Ejemplos 2 y 3 se evaluó durante el segmento EUDC del NEDC. Se registró una contrapresión significativamente superior para el Ejemplo 2, en comparación con el Ejemplo 3.

EJEMPLO 5 Los compuestos del Ejemplo 3 a distintas concentraciones de revestimiento se envejecieron durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000°C. Según las condiciones del New European Drive Cycle (NEDC) y un motor de 1.6L con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en una posición de acoplamiento cerrado, se midió la cantidad de partículas usando el protocolo PMP (Tabla 2a) . También se midieron las emisiones de la masa de partículas, hidrocarburos totales (HC) , monóxido de carbono (CO) y NOx (Tabla 2a) .

Tabla 2a *Según lo propone la Comisión Europea.

El aumento de la concentración de revestimiento hace que el filtro de alta porosidad esté comprendido en la regulación de la cantidad de partículas Euro 6. Las emisiones de partículas de todos los filtros cumplieron fácilmente la norma Euro 6. La concentración de revestimiento superior redujo las emisiones, especialmente de NOx . La contrapresión para el Ejemplo 3 , el filtro de alta porosidad, a una concentración de 2 g/in3, fue similar a un filtro no recubierto de baj a porosidad, como el que se describe en el Ejemplo 2.

Los sustratos de filtro de 4.66x4.5" de la porosidad de las concentraciones de los filtros de alta porosidad del Ejemplo 3 también se envejecieron durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000°C y se analizaron sus capacidades de almacenamiento de oxígeno. La Tabla 2b proporciona un resumen de los datos, que se calcularon en función del tiempo de retardo del sensor delantero/trasero rico/pobre a 501°C/26.1 kg/h.

Tabla 2b El aumento de la concentración de revestimiento también aumenta la capacidad de almacenamiento de oxígeno.

EJEMPLO 6 Los filtros recubiertos que tienen 1 g/in3 (122 g/L) y 3 g/in3 (183 g/L) se combinaron con el catalizador TWC de acoplamiento cerrado en un sustrato continuo que tiene metales preciosos del grupo de 60 g/ft3. Estos se analizaron para determinar las emisiones de C02 junto con los sistemas comparativos que tienen solamente el catalizador TWC de acoplamiento cerrado en un sustrato continuo (CC) o el catalizador TWC de acoplamiento cerrado en un sustrato continuo junto con un TWC debajo del piso (UF) . En la Tabla 3 se proporcionan los resultados de las evaluaciones del NEDC individuales en un motor de 2.0L con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en la posición debajo del piso.

Tabla 3 Los niveles similares de emisiones de C02 ara el catalizador TWC de acoplamiento cerrado junto con filtros de partículas recubiertos, en comparación con los sistemas solo con catalizador TWC no indicó un exceso de combustible según las condiciones de prueba del NEDC.

EJEMPLO¦ 7 Luego, los sistemas del Ejemplo 6, con la adición de la concentración de 2 g/in3 (122 g/L) del Ejemplo 3, se envejecieron durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000°C. Según las condiciones del New European Drive Cycle (NEDC) y con un motor de 2. OL con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en la posición debajo del piso, se midieron los hidrocarburos totales (HC) , monóxido de carbono (CO) y NOx (Tabla 4) .

Tabla 4 La adición de filtro de TWC o de partícula recubierto de corriente subterránea (UF) permitió que el sistema cumpliera con las normas de emisiones Euro 6.

EJEMPLO 8 Se envejeció un sistema de un catalizador TWC de metales del grupo del platino de 60 g/ft3 en una posición de acoplamiento cerrado y un filtro de partículas recubierto de 3 g/in3, durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000°C y se analizó mediante pruebas NEDC repetidas usando un motor de 2.0L. La Tabla 5 muestra la cantidad de partículas para el filtro recubierto luego de 3 pruebas. Este filtro recubierto luego se sometió a una actividad de regeneración de 15 minutos que simula conducción en la carretera, múltiples aceleraciones y cortes de inyección con una máxima velocidad de ~ 130 km/h y alcanzando los 700°C. Luego se repitieron las pruebas NEDC 4 veces más.

Tabla 5 La Tabla 5 indica que la eficacia de filtración del filtro de partículas mejoró con el transcurso del tiempo. Además, se muestra que el filtro recubierto se puede regenerar en condiciones esperadas de conducción en carretera. También se obtuvieron datos de emisiones que no demostraron ninguna conversión de HC, CO o NOx luego del evento de regeneración.

EJEMPLO 9 Los filtros de partículas recubiertos de varias concentraciones del Ejemplo 3 se analizaron con pruebas NEDC repetidas usando un motor de 2. OL con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en una posición debajo del piso. La Tabla 6 muestra la cantidad de partículas para los filtros recubiertos.

Tabla 6 La eficacia de filtración de alta porosidad en la posición debajo del piso mejoró a medida que aumentó la concentración de revestimiento .

EJEMPLO 10 Un catalizador de filtro de partículas catalizado que tiene un catalizador de conversión de tres vías (TWC) sobre o dentro de la pared del sustrato se preparó a concentraciones de revestimiento de 2 g/in3 (122 g/L) con varias configuraciones de zonificación. El sustrato de filtro no recubierto tenía un tamaño de poro promedio de 20 µp? y un tamaño de 4.66*5", 300/12 cpsi, volumen de 1.4 L. El revestimiento contenía metales del grupo del platino (PGM) de 60 g/ft3, y una relación de PGM de Pt/Pd/Rh de 0/57/3. La Tabla 7 proporciona un resumen del revestimiento de los Ej emplos 10A, 10B y 10C y del filtro resultante , en comparación con un filtro no recubierto. Con respecto a la porosidad, se analizaron las secciones del filtro, incluyendo las partes delantera, central y trasera. La porción central era una pequeña fracción del sustrato total. La porosidad del filtro en general se obtiene a partir de un promedio de las mediciones de la porosidad de las partes delantera y trasera. Con respecto a los tamaños de partícula d50 y d90 enumerados para el Ejemplo 10C, que tenían una distribución asimétrica de tamaño de partícula, corresponden a la suma de dos distribuciones unimodales.

Tabla 7 EJEMPLO 11 Los filtros catalizados del Ejemplo 10 se envejecieron durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000 °C. Según las condiciones del New European Drive Cycle (NEDC) y con un motor de 1.6L con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en la posición de acoplamiento cerrado, se midió la cantidad de partículas usando el protocolo PMP (Tabla 8) . También se midieron las emisiones de la masa de partículas, los hidrocarburos totales (HC) , monóxido de carbono (CO) y NOx (Tabla 8) . El impacto de la porosidad sobre la contrapresión se proporciona en la FIG. 5.

Tabla 8 * Según lo propone la Comisión Europea.

Los datos de la Tabla 8 indican que el filtro catalizado de mayor porosidad del Ejemplo 10C con un revestimiento que está recubierto 100% en la entrada y 100% en la salida con dos tamaños de partícula promedio proporciona menor conversión de NOx, CO y HC a una concentración global constante, en comparación con el Ejemplo 10A. La eficacia de la filtración también mejora con el revestimiento del Ejemplo 10C.

EJEMPLO 12 Un catalizador de filtro de partículas catalizado que tiene un catalizador de conversión de tres vías (TWC) sobre o dentro de la pared del sustrato se preparó a concentraciones de revestimiento de 2 g/in3 (122 g/L) con varias configuraciones de zonificación. El sustrato de filtro no recubierto tenía un tamaño de poro promedio de 20 µp? y un tamaño de 4.66*5", 300/12 cpsi, volumen de 1.4 L. El revestimiento contenía metales del grupo del platino (PGM) de 60 g/ft3, y una relación de PGM de Pt/Pd/Rh de 0/57/3. La Tabla 9 proporciona un resumen del revestimiento de los Ejemplos 12A, 12B, 12C y 12D y del filtro resultante . El filtro no recubierto es el que se muestra en la Tabla 7. Con respecto a la porosidad, se analizaron las secciones del filtro, incluyendo las partes delantera, central y trasera. La porción central era una pequeña fracción del sustrato total. La porosidad del filtro en general se obtiene a partir de un promedio de las mediciones de la porosidad de las partes delantera y trasera. Con respecto a los tamaños de partícula d50 y d90 enumerados para los Ejemplos 12A, 12B, 12C y 12D, que tenían distribuciones asimétricas de tamaño de partícula, corresponden a la suma de dos distribuciones unimodales .

Tabla 9 EJEMPLO 13 Los filtros catalizados del Ejemplo 12 se envejecen durante 80 horas mediante envejecimiento exotérmico a 1000°C. Según las condiciones del New European Drive Cycle (NEDC) y con un motor de 1.6L con compuesto ubicado corriente abajo del motor de inyección directa de gasolina en la posición de acoplamiento cerrado, se midió la cantidad de partículas usando el protocolo PMP. También se midieron las emisiones de la masa de partículas, los hidrocarburos totales (HC) , monóxido de carbono (CO) y NOx.

EJEMPLO 14 Se prepara un filtro de partículas que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos: un primer recubrimiento de entrada y un segundo recubrimiento de entrada. El compuesto del catalizador de conversión de tres vías (TWC) contiene paladio, de modo que una zona corriente arriba tenga más paladio que una zona corriente abajo. Los recubrimientos se preparan de la siguiente manera: Primer recubrimiento de entrada Los componentes presentes en el primer recubrimiento de entrada son un compuesto de cerio- zirconio con 45% de cerio en peso y paladio. El primer recubrimiento de entrada se proporciona a lo largo de toda la extensión del filtro. Luego del recubrimiento, el filtro más el primer recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora: Segundo recubrimiento de entrada El segundo recubrimiento de entrada comprende paladio, que se aplica como un baño o como una suspensión de revestimiento a lo largo de la extensión del filtro, comenzando por el extremo corriente arriba para formar una zona corriente arriba. Luego de la aplicación, el filtro más el primer recubrimiento de entrada y el segundo recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 15 Se prepara un filtro de partícula que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos : un recubrimiento de entrada y recubrimiento de salida. El compuesto del catalizador de conversión de tres vías (TWC) contiene paladio y rodio. Los recubrimientos se preparan de la siguiente manera: Recubrimiento de entrada El componente presente en el primer recubrimiento de entrada es paladio, y este recubrimiento no contiene cerio. Luego del recubrimiento, el filtro más el recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora .

Recubrimiento de salida El recubrimiento de salida comprende rodio y un compuesto de cerio- zirconio con 45% de cerio en peso. Luego de la aplicación, el filtro más el recubrimiento de entrada y el recubrimiento de salida se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 16 Se prepara un filtro de partícula que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos : un recubrimiento de entrada y un recubrimiento de salida. El compuesto del catalizador de conversión de tres vías (TWC) contiene platino y rodio. Los recubrimientos se preparan de la siguiente manera: Recubrimiento de entrada Los componentes presentes en el primer recubrimiento de entrada son platino y bario como material de retención de NOx. Luego del recubrimiento, el filtro más el recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

Recubrimiento de salida El recubrimiento de salida comprende rodio y un compuesto de cerio-zirconio con 45% de cerio en peso. Luego de la aplicación, el filtro más el recubrimiento de entrada y el recubrimiento de salida se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 17 Se prepara un filtro de partículas que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos : un recubrimiento de entrada y un recubrimiento de salida. El compuesto del catalizador de conversión de tres vías (TWC) contiene platino y paladio. Los recubrimientos se preparan de la siguiente manera: Recubrimiento de entrada El componente presente en el primer recubrimiento de entrada es paladio, y este recubrimiento no contiene cerio. Luego del recubrimiento, el filtro más el recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora .

Recubrimiento de salida El recubrimiento de salida comprende platino, un compuesto de cerio-zirconio con 45% de cerio en peso, y una zeolita que es un material de retención de hidrocarburos . Luego de la aplicación, el filtro más el recubrimiento de entrada y el recubrimiento de salida se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550 °C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 18 Se prepara un filtro de partícula con un material catalítico usando un recubrimiento de entrada. El recubrimiento de entrada tiene una distribución de tamaño de partícula bimodal, de modo que un primer tamaño de partícula promedio es de 30 pm o menos y un segundo tamaño de partícula es de más de 30 um. El filtro de partículas tiene una distribución de tamaño de poro bimodal, de modo que un primer tamaño de poro promedio es de 30 m o menos y un segundo tamaño de poro es de más de 30 m.

EJEMPLO 19 Se prepara un filtro de partículas que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos de entrada. El primer recubrimiento de entrada tiene una primera distribución de tamaño de partícula unimodal, con un tamaño de partícula promedio es de 30 µp? o menos, que está recubierto a lo largo del 50% de la entrada desde el extremo corriente arriba. El segundo recubrimiento de entrada tiene una segunda distribución de tamaño de partícula unimodal, con un tamaño de partícula promedio es de más de 30 µp?, que está recubierto a lo largo de toda la extensión del filtro. El filtro de partícula tiene una distribución de tamaño de poro bimodal, de modo que un primer tamaño de poro promedio es de 30 µ?? o menos y un segundo tamaño de poro es de más de 30 µ?? o más.

EJEMPLO 20 Se preparó adicionalmente un filtro de partículas del EJEMPLO 5 con un segundo recubrimiento de entrada tiene una tercera distribución de tamaño de partícula unimodal, con un tamaño de partícula promedio de alrededor de 15 µp?, que está recubierto a lo largo del 50% de la entrada desde el extremo corriente arriba.

EJEMPLO 21 COMPARATIVO Se prepara un filtro de partículas que tiene un material catalítico usando dos recubrimientos : un recubrimiento de entrada y un recubrimiento de salida. Se forma un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) a partir de un revestimiento de paladio, rodio, alúmina y cerio-zirconio con una distribución de tamaño de partícula unimodal con un tamaño de partícula promedio de 3.5 µ??. Los recubrimientos se preparan de la siguiente manera: Recubrimiento de entrada El lado de entrada del filtro se recubre con el revestimiento del material catalítico de TWC a una concentración de 0.5 g/in3. Luego del recubrimiento, el filtro más el recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

Recubrimiento de salida El lado de salida del filtro se recubre con el mismo revestimiento y concentración que el lado de entrada. Luego de la aplicación, el filtro más el recubrimiento de entrada y el recubrimiento de salida se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550°C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 22 COMPARATIVO Se prepara un filtro de partículas con un material catalítico usando un recubrimiento de entrada. Se forma el compuesto del catalizador de conversión de tres vías (T C) a partir de un revestimiento de paladio, rodio, alúmina y cerio- zirconio con una distribución de tamaño de partícula unimodal con un tamaño de partícula promedio de 3.5 µp?. El recubrimiento de entrada se prepara de la siguiente manera: Recubrimiento de entrada El lado de entrada del filtro se recubre con el revestimiento de TWC a una concentración de 1.0 g/in3. Luego del recubrimiento, el filtro más el recubrimiento de entrada se secan y luego se calcinan a una temperatura de 550 °C durante alrededor de 1 hora.

EJEMPLO 23 Se prepara un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) usando un recubrimiento de entrada. El recubrimiento de entrada se forma a partir de un revestimiento en una cantidad comprendida en el intervalo de 0.5 a 4.0 g/in3, donde el revestimiento comprende paladio, rodio y cerio-zirconio . Este revestimiento sustancialmente no contiene alúmina, de modo que haya solamente hasta 5% de alúmina en peso en la concentración total del material catalítico.

EJEMPLO 24 Se prepara un filtro de partículas que tiene un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) usando dos recubrimientos de entrada. El primer recubrimiento de entrada se forma a partir de un revestimiento en una cantidad comprendida en el intervalo de 0.25 a 2.0 g/in3, donde el revestimiento comprende paladio y cerio-zirconio . El segundo recubrimiento de entrada se forma a partir de un revestimiento en una cantidad comprendida en el intervalo de 0.25 a 2.0 g/in3, donde el revestimiento comprende rodio y un cerio-zirconio que es el mismo o es distinto del cerio-zirconio del primer recubrimiento de entrada. Ambos revestimientos sustancialmente no contienen alúmina, de modo que haya solamente hasta 5% de alúmina en peso en la concentración total del material catalítico.

La referencia a lo largo de la presente memoria descriptiva a "una modalidad", "determinadas modalidades" o "una o más modalidades 11 significa que un rasgo, estructura, material o característica particulares descritos con relación a la modalidad se incluye en al menos una modalidad de la invención. Por lo tanto, la aparición de las frases como "en una o más modalidades", "en determinadas modalidades" o "en una modalidad" en varias partes a lo largo de la presente memoria descriptiva no necesariamente se refieren a la misma modalidad de la invención. Además, los rasgos, estructuras, materiales o características particulares se pueden combinar de cualquier forma adecuada en una o más modalidades .

La invención se ha descrito con referencia específica a las modalidades y modificaciones de estas descritas anteriormente. A otras personas se les pueden ocurrir modificaciones y alteraciones adicionales al leer y comprender la memoria descriptiva. Tiene la finalidad de incluir todas dichas modificaciones y alteraciones siempre que estén dentro del alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Se reivindica lo siguiente:

1. Un sistema de tratamiento de emisiones corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina para el tratamiento de una corriente de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas, dicho sistema de tratamiento de emisiones que comprende un filtro de partículas catalizado comprende: un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) que está recubierto sobre o dentro de un filtro de partículas con una porosidad no recubierta; donde el filtro de partículas catalizado tiene una porosidad recubierta que es sustancialmente la misma que la porosidad no recubierta del filtro de partículas.

2. El sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 1, donde el material catalítico de TWC almacena al menos 100 mg/L de oxígeno luego de un envejecimiento completo de la vida útil.

3. El sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 1 o 2, donde la porosidad no recubierta y la porosidad recubierta están dentro del 7% de cada uno.

4. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde la porosidad no recubierta y la porosidad recubierta están comprendidas en el intervalo de 55 a 70%.

5. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-4 que comprenden el material catalítico TWC en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4.0 g/in3 (61 a 244 g/L) .

6. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el primer tamaño de poro promedio se encuentra comprendido en el intervalo de 5-30 µp? y el segundo tamaño de poro promedio se encuentra comprendido en el intervalo de 30-300 µ??.

7. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde el material catalítico de TWC comprende una distribución de tamaño de partícula de modo que un primer conjunto de partículas tenga un primer tamaño de partícula dgo de 7.5 µ?? o menos y un segundo conjunto de partículas tenga un segundo tamaño de partícula d90 de más de 7.5 µp?.

8. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde el material catalítico de TWC comprende el segundo conjunto de partículas en una cantidad comprendida en el intervalo de 10-50% en peso.

9. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde el material catalítico de TWC se forma a partir de una composición de revestimiento único y una primera capa de revestimiento único está presente en el lado de entrada a lo largo del 100% de la longitud axial del filtro de partículas y una segunda capa de revestimiento único está presente en el lado de salida a lo largo del 100% de la longitud axial del filtro de partículas.

10. El sistema de tratamiento de emisiones de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde el material catalítico de TWC se forma a partir de una composición de revestimiento único y una primera capa de revestimiento único está presente en el lado de entrada a lo largo del 50 a 75% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente arriba y una segunda capa de revestimiento único está presente en el lado de salida a lo largo del 50 a 75% de la longitud axial del filtro de partículas desde el extremo corriente abajo.

11. Un filtro de partículas catalizado ubicado en un sistema de tratamiento de emisiones corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina para el tratamiento de una corriente de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas, dicho filtro de partículas catalizado comprende: un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) que está recubierto sobre o dentro de un filtro de partículas en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4 g/in3 (122 a 244 g/L) ; donde el material catalítico de TWC almacena al menos 100 mg/L de oxígeno luego de un envejecimiento completo de la vida útil y comprende un componente de almacenamiento de oxígeno en una cantidad comprendida en el intervalo de 1.0 a 4.0 g/in3 (122 g/L a 244 g/L) ,- donde el filtro de partículas comprende una distribución de tamaño de poro, de modo que un primer conjunto de poros tenga un primer tamaño de poro promedio de 30 µp? o menos y un segundo conjunto de poros tenga un segundo tamaño de poro promedio de más de 30 µp?; y donde el material catalítico de TWC comprende una distribución de tamaño de partícula, de modo que un primer conjunto de partículas tenga un primer tamaño de partícula dgo de 7.5 µt? o menos y un segundo conjunto de partículas tenga un segundo tamaño de partícula d90 de más de 7.5 µp?

12. Un método para tratar un gas de escape que comprende hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas, dicho método comprende: proporcionar un filtro de partículas catalizado que comprende un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) recubierto sobre o dentro de un filtro de partículas en una cantidad eficaz para proporcionar una cantidad de emisiones de partículas de no más de 6 x 1011 por kilómetro; ubicar el filtro de partículas catalizado corriente abajo de un motor de inyección directa de gasolina; y poner en contacto el gas de escape del motor de inyección directa de gasolina con el filtro de partículas catalizado.

13. El método de la reivindicación 12, que comprende proporcionar el filtro de partículas catalizado de la reivindicación 12.

14. Un método para fabricar un filtro de partículas catalizado, dicho método comprende: proporcionar un filtro de partículas; proporcionar un material catalítico de conversión de tres vías (TWC) , y recubrir el material catalítico de TWC sobre o dentro del filtro de partículas en una cantidad de al menos 1.0 g/in3 (61 g/L) para formar el filtro de partículas catalizado de modo que el filtro de partículas catalizado tenga una porosidad recubierta que sea sustancialmente la misma que una porosidad no recubierta del filtro de partículas.