具体实施方式

定义

本发明的“定量”指的是被精密控制的催化剂浆料的预设含量几乎完全涂布到多个通道或单元柱(cell)。本申请中“几乎”完全涂布指的是计量出来的催化剂浆料的仅仅1％以内的浆料没有涂布或含浸到过滤器通道而被排出。在本发明的说明中，记载过滤器结构体时提到的“截面”定义如下，除非特别指出否则对于某一排气流动方向的垂直截面。另一方面，“后半部”或“出口侧(outlet)”可以理解为排气通过过滤器后往外排出的一侧，“前半部”或“入口侧(inlet)”'定义为发动机排放的排气流入的一侧。而且，“前半部”及“后半部”并不是一定要把过滤器在长度方向予以两分的术语，可以根据排气及发动机条件而理解成前半部中的一部分及后半部中的一部分。本发明的排气指的是包括汽车之类的移动式内燃机或发电站之类的固定式内燃机上生成的排气并含有有害成分的概括性概念的排气。

本发明揭示一种针对催化剂过滤器的定量涂布方法。本发明的涂布方法把现有单片催化剂转换器所适用的PnP涂布方式适用于过滤器结构体，进一步，本发明揭示一种能在过滤器柱墙内部或表面控制催化剂浆料分布的方式，本发明揭示一种随着调节浆料物性而把浆料涂布到柱墙内部或者把浆料涂布到表面的方法。

下面将结合附图说明本发明的催化剂过滤器涂布方法，但本发明并不局限于实施形态。首先，说明过滤器结构。图1示出了圆柱状催化剂过滤器的立体图及局部放大剖视图。所述蜂窝式过滤器10结构体中，截面大略呈正方形形状的多个贯通单元柱或通道12'、12"以轴线方向有规则地形成，各贯通单元柱12'、12"则各自被薄柱墙13隔开。多个单元柱中的大略半数在流入截面9a上形成开口，其余单元柱则在流出截面9b形成开口。在流入截面9a形成开口的单元柱12'内部的柱墙13的表面或细孔内部涂布或含浸了铂系元素或其它金属元素及其氧化物等物所构成的催化剂物质30。各贯通单元柱12'、12"的开口部密封情形如下，即，某一侧的截面9a、9b侧被封盖15密封。因此，过滤器结构体截面在整体上呈现出围棋盘模样。单元柱的密度设定为200个/英寸²左右，柱墙13的厚度设定为0.3mm左右。排气进入流入截面9a形成有开口的单元柱12'内部并流经柱墙使颗粒状物质被滤掉(捕获、沉积)而只让剩余的气体成分流经柱墙细孔(或气孔)并通过在流出截面9b形成有开口的单元柱12"被排放到外部。此时，气体成分则被涂布到柱墙13(图2a)或含浸到柱墙内部细孔(图2b)的催化剂催化而进行氧化还原反应并转换成无害成分后以流出截面9b方向排放到外部。如图1所示，由于入口侧及出口侧具有对称形状而为了方便起见予以区分，并不表示绝对的过滤器位置。例如，即使在过滤器制造过程中被说明为入口侧，但是在过滤器的安装及使用过程中也可以作为出口侧使用，当然，与此相反的情形也是可以的。

对柱墙13表面或细孔内部的众多涂布方法中以浸渍(Dipping)方式最为普遍，简单地说，请参阅图3(上侧)，把催化剂成分的颗粒制备成浆料，在此浸渍过滤器而涂布柱墙内部，在浆料流入方向的相反方向提供强大的气压(标记为Blowing)而将没有涂布的过量浆料移除到过滤器外部。本发明人发现能凭借该气压让浸渍在柱墙内部一侧的催化剂物质移动(标记为Al分布)并且通过扫描电子显微镜(SEM)照片做了确认。然而，现有浸渍方式却无法为了满足催化剂过滤器所要求的各种条件，即，为了符合排气规制及保持催化剂活性而调节出准确的浆料量并确保可复制性，不仅无法视需要而在过滤器柱墙内控制浆料分布，更重要地，有时候还会因为过滤器的多孔性而无法适用浸渍方式。另一方面，关于定量催化剂浆料涂布方式还揭示了所谓的PnP方式，但是该方式是适用于其结构和过滤器有所差别的催化剂转换器的涂布方式，最重要的一点在于，不同于过滤器结构，转换器不存在背压问题而不需要面对诸如调节柱墙内部涂布形状之类的课题。本发明人把过去只适用于现有转换器的所述PnP方式适用于催化剂过滤器。具体地，下面结合图6说明PnP方式，可以通过下列步骤把催化剂浆料涂布到过滤器通道内部，更具体地说，可以涂布到柱墙内部或表面，这些步骤包括：步骤a，把催化剂浆料投入其底部上下移动的定量容器；步骤b，把容器上端移动到催化剂过滤器下端以便让催化剂过滤器下端及容器上端成为水平；步骤c，密封催化剂过滤器下端及容器上端而使其和外部隔离；步骤d，朝上移动容器底部；步骤e，施加真空；步骤f，解除催化剂过滤器下端及容器上端的密封。下面说明由这些步骤组成的涂布方法的运行过程，通过步骤a至步骤d在催化剂过滤器的多个通道充填了定量催化剂浆料后，施加真空(步骤e)。到所述步骤e为止，通道内部充填的浆料没有超越充填水平(level)地移动到通道内部的上部，进行后续步骤，即，解除催化剂过滤器下端及容器上端的密封的步骤f，凭此，充填在通道内部的定量催化剂浆料移动到通道内部的上部而在通道内墙侧的柱墙较薄地涂布催化剂浆料。进行了所述半部涂布后，翻转催化剂过滤器并且对其余部分也反复步骤a至步骤f完成了对催化剂过滤器的涂布的话，就能在柱墙内部下部及上部得到浆料配置各自不同地涂布的新涂布形态。请参阅图3(下侧)，即，利用PnP方式局部涂布过滤器的柱墙下部，优选地，把整体的20％～80％予以涂布后翻转过滤器把没有涂布而剩下的柱墙上部的其余部分涂布，从而让浆料可以实现下述新涂布形态，即，柱墙内部下部及上部的浆料配置各自不同地涂布。该形态和通过浸渍方法涂布的催化剂的柱墙内部涂布形状出现差异，具体地，浆料在催化剂过滤器柱墙的一部分集中于柱墙的出口侧(Outlet)方向，在催化剂过滤器柱墙的另一部分则集中于柱墙的入口侧(Inlet)方向，从而能得到无法以浸渍方法实现的具有新形状的催化剂过滤器柱墙配置。

另一方面，为了实现等同于基于浸渍方式的柱墙一侧的并排式浆料配置以及据此而来的以浸渍法制备的催化剂的背压效果，更进一步，为了调节涂布或含浸在过滤器的催化剂物质的涂布形状，进行了基于PnP方式的过滤器涂布后在1秒以内的短时间注入2.0bar以下的弱气压，其结果发现，可以如同浸渍方式一样地在柱墙一侧实现并排式浆料配置。

图4示出为了让浆料流入柱墙内部而调整粘度(100cP以下)的情形，因此也示出了柱墙内部涂布形状(In-wall)，可以视需要而以通过调整粘度(500cP以上)及调整粒度(10um以上)让浆料无法流入柱墙内部的方法使得针对柱墙表面的涂布形状(On-wall)发生变化，后面将详细说明。

首先，请参阅图4，为了改善基于PnP方式的柱墙内部浆料分布而向过滤器内部定量注入浆料后供应弱气压的话柱墙内部浆料涂布形状出现变化，即，等同于基于浸渍方式地能调节浆料分布及背压。图4(上侧)示出了凭借PnP方式实现本发明初阶目的的配置，即，在催化剂过滤器的一部分(上端)让浆料集中于柱墙的出口侧方向而在催化剂过滤器的一部分(下端)则让浆料集中于柱墙的入口侧方向。图4所示催化剂过滤器上端及下端是将催化剂过滤器翻转后涂布的，首先，利用从入口侧流入的浆料涂布催化剂过滤器下端的柱墙内部，然后将其翻转后利用从出口侧流入的浆料涂布催化剂过滤器的其余未涂布的部分而完成了在全部柱墙内部涂布的过滤器，但该过滤器如前所述地在催化剂的一部分让浆料集中于柱墙的出口侧方向而在催化剂的其它部分则让浆料集中于柱墙的入口侧方向，从而形成非对称结构。更进一步，在图4(下侧)中，以PnP方式涂布，但上下翻转，根据本发明的进一步涂布方式在1秒以内的短时间内注入2.0bar以下的弱气压，其结果则是在柱墙一侧呈现出并排的浆料配置。

下面结合图5具体说明，首先，进行催化剂过滤器的半部(half)涂布，但从催化剂过滤器入口侧以PnP方式定量注入浆料并且施加弱VIC(Vacuum Infusion Coating，施加真空)，因此浆料集中于浆料注入侧的柱墙。催化剂过滤器翻转后对其余未涂布的一部分进行半部(half)涂布，即，从催化剂过滤器出口侧以PnP方式定量注入浆料并适用弱VIC而使得浆料集中于注入浆料的一侧的柱墙。该结果就是图4(下侧)所示新柱墙形状。请再参阅图5，本发明人进一步发现，翻转催化剂过滤器并且从出口侧在短时间(1秒左右)注入弱气压(2.0bar以下)的结果使得配置于柱墙上端的浆料分布发生变化而和配置在柱墙下端的浆料分布一致。

另一方面，图7示出了本发明的各种涂布方式，即，通过在过滤器入口侧调整粘度(500cP以上)及调整粒度(10um以上)以便让浆料无法流入柱墙内部的方法对柱墙表面进行涂布(On-wall)，在过滤器出口侧则调整粘度及粒度以便让浆料能流入柱墙内部而对柱墙内部进行涂布(In-wall)。

因此，依据本发明的对过滤器的浆料定量注入方法，催化剂浆料被定量注入过滤器内部通道而能够解决现有技术中过盈或冗余浆料涂布所引起的诸多问题。向过滤器通道注入定量的话，注入的定量浆料根据粘度而涂布到通道的所有柱墙或涂布到柱墙内部，更进一步，凭借后续的空气注入方式调节柱墙内部的浆料涂布形状而得以改善背压及活性之类的性能。而且，施加气压而得以调节过滤器内的涂布长度。