[发明专利]用于汽油发动机排放物处理系统的四效转化催化剂

说明书

催化颗粒过滤器包括三效转化(TWC)催化材料，其渗透颗粒过滤器的壁，从而使得催化颗粒过滤器的涂覆的孔隙率小于颗粒过滤器的未涂覆的孔隙率。涂覆的孔隙率与TWC催化材料的洗涂层负载量成线性比例关系。涂覆的背压对发动机的性能无害。该催化颗粒过滤器可用于汽油直喷发动机下游的用于处理包含烃、一氧化碳、氮氧化物和颗粒的废气流排放物处理系统中。

技术领域

本发明一般涉及用于处理包含烃、一氧化碳和氮氧化物以及颗粒的汽油发动机气流的具有催化剂的排放物处理系统。更特别地，本发明涉及一种四效转化器(FWC)，其包括三效转化(TWC)催化剂和颗粒过滤器。

背景

汽油发动机的颗粒排放受到法规，包括欧6(2014)标准的约束。已经开发了某些汽油直喷(GDI)发动机，其运转方式导致细颗粒的形成。用于汽油发动机的后处理系统需要达到颗粒物标准。与由柴油稀燃发动机产生的颗粒相比，由汽油发动机(例如GDI发动机)产生的颗粒往往更细且数量更少。这是由于与汽油发动机相比柴油发动机的不同燃烧条件所致。例如，汽油发动机的运行温度高于柴油发动机。而且，与柴油发动机相比，汽油发动机的排放物中的烃组分是不同的。

未燃烧的烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放持续受到监管。因此，含有三效转化(TWC)催化剂的催化转化器位于内燃机的废气管中。该催化剂促进了未燃烧的烃和一氧化碳被废气流中的氧气氧化以及氮氧化物还原成氮气。

美国专利8,173,087(Wei)提供了一种催化颗粒捕集器，其包括涂覆在颗粒捕集器上或颗粒捕集器内的TWC催化剂。所述TWC催化剂可涂覆在过滤器的入口侧、出口侧或二者上。US 8173087发现，当过滤器是新鲜的时，来自GDI汽油发动机的一些颗粒可通过流过过滤器壁而避免被过滤器捕集，为了解决初始过滤效率问题，可在过滤器壁上涂覆催化洗涂层(washcoat)的薄层。美国专利8,815,189(Arnold)还提供了一种具有颗粒过滤器的汽油发动机排放物处理系统。US 8815189的三效转化(TWC)催化剂或氧化催化剂涂覆在颗粒过滤器上和颗粒过滤器内，所述颗粒过滤器的涂覆的孔隙率与其未涂覆的孔隙率基本相同。

排放技术受到废气系统的背压和体积约束的限制。即，在规定的背压和体积下，任何新技术都应对二者产生最小的影响至无影响。

持续需要提供一种催化过滤器，其提供足够的TWC以及有效的过滤器而不会过度增加背压，从而可在满足颗粒物排放的同时实现管制的HC、NOx和CO转化率。

简述

提供了除处理气体排放物如烃、氮氧化物和一氧化碳之外，还适合与汽油发动机结合使用以捕集颗粒的废气系统和部件。感兴趣的是为汽油发动机(GPF或PFG)提供颗粒过滤器，所述颗粒过滤器在对背压产生最小的影响下提供完全的三效转化(TWC)功能。

在第一方面中，提供了一种用于处理包含烃、一氧化碳、氮氧化物和颗粒的废气流的汽油直喷发动机下游的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括催化颗粒过滤器，其包括：

渗透颗粒过滤器壁的三效转化(TWC)催化材料；

其中催化颗粒过滤器的涂覆的孔隙率小于颗粒过滤器的未涂覆的孔隙率。

在一个或多个实施方案中，除了任选地在重叠的洗涂层区域中之外，在颗粒过滤器的壁表面上不发生催化材料的成层。涂覆的孔隙率可与TWC催化材料的洗涂层负载量成线性比例关系。涂覆的孔隙率可为未涂覆的孔隙率的75-98％。涂覆的孔隙率可为未涂覆的孔隙率的80-95％。涂覆的孔隙率可为未涂覆的孔隙率的80％至小于93％。催化颗粒过滤器的涂覆的背压通常对发动机的性能无害。

对于高达约60g/L的洗涂层负载量，催化颗粒过滤器的涂覆的背压与未涂覆的背压相比增加小于或等于15％±3％。