[发明专利]汽油发动机废气处理体系

说明书

技术领域

本发明涉及汽油发动机废气流处理体系和处理汽油发动机废气的方法，特别涉及处理来自直喷式汽油发动机的汽油发动机废气的处理体系和方法。

背景技术

尽管汽油发动机最初以不形成颗粒的形式运行，但随后引入了包括分层燃烧条件的汽油直喷(GDI)技术，这产生贫燃条件和改进的燃料效率。然而，这种条件可导致产生颗粒。直喷式发动机的颗粒排放物受到即将到来的欧5(2009年9月)和6(2014年9月)标准的管理。现有的汽油发动机后处理体系不适于达到提出的颗粒物质标准。与柴油贫燃发动机产生的颗粒相反，直喷式汽油发动机产生的颗粒往往更细小并且数量更少。这是由于柴油发动机与汽油发动机的燃烧条件不同。例如，汽油发动机在比柴油发动机更高的温度下运行。因此来自柴油发动机的废气通常呈现250-500℃的温度，而来自汽油发动机的废气通常具有800-900℃的温度。同样，汽油发动机与柴油发动机的排放物的烃组分不同。

因此，由于汽油发动机与柴油发动机产生的废气流的组成和温度不同，特别是对于烟灰分别与烃、一氧化碳和一氧化二氮废气污染物的更低比例，不同的处理原则必须考虑包括废气处理在内的装置(如颗粒过滤器、TWC和NO_x捕集器)的类型和组成，以及这些组件在适于处理这种废气流的体系中的排列。更特别地，尽管对于约0.02-0.07g/km的烟灰，柴油发动机废气流将典型地含有约0.14重量％的全部烃、CO和NO_x污染物(即约1.2g/km的烃，约0.3g/km的CO和约0.23g/km的NO_x)，但对于约0.0001-0.001g/km的烟灰，汽油发动机废气典型地含有约1.1重量％的全部烃、CO和NO污染物(即约5.2g/km的烃，约1.5g/km的CO和约3.4g/km的NO_x)。尽管来自直喷式汽油发动机的废气典型地含有稍微更少的烃、CO和NO污染物和稍微更多的烟灰(即约0.001-0.002g/km)，但其比例仍然完全不同于柴油机废气组成。关于柴油和汽油发动机废气流中烟灰颗粒的粒度和粒度分布的进一步差异，以及在相应发动机类型中由柴油和汽油燃烧产生的不同废气流温度，导致完全不同的情形，以致不能将柴油发动机废气处理技术容易地应用于汽油发动机废气处理体系的技术领域。

除了管理废气颗粒的处理，未燃烃、一氧化碳和氧化氮污染物的排放标准同样仍变得更加严格。为了满足这种标准，在内燃发动机的废气管线内安置含有三元转化(TWC)催化剂的催化转化器。特别地，所述催化剂通过废气流中的氧气促进未燃烃和一氧化碳的氧化以及将氧化氮还原为氮气。

关于柴油机废气和颗粒的处理，现有技术通常在颗粒过滤器的上游提供氧化催化剂。在美国专利申请No.2007/0137187中提供了在氧化催化剂和颗粒过滤器的组合下游的净化催化剂。合适的过滤器下游的净化催化剂包括位于基体载体如流通单块上的另外的氧化催化剂或TWC催化剂。

例如，用于柴油机体系的颗粒过滤器涂有促进烟灰被动再生的烟灰燃烧催化剂。另外，美国专利No.7,229,597提供了一种在氧化催化剂下游的催化的选择性催化还原(SCR)过滤器，用于同时处理氧化氮(NO_x)、颗粒物质和烃。此外，美国专利申请No.2004/0219077公开了一种与柴油发动机废气相连的催化过滤器。然而，将催化剂放置在烟灰过滤器上导致由于柴油机废气流的有害组分而逐渐失效。需要负载足够的催化剂来达到处理目的，但这应当与在体系中提供可承受背压而所需的相平衡。

除了这些，EP 2042226A公开了一种用于发动机的颗粒过滤器，其主要的化学计量状况关于燃烧混合物的空气：燃料比。特别地，所述文献教导了层状催化剂设计，其中含Rh的层直接覆盖含Pd的层，并且仅仅含Rh的层还包含储氧组分(OSC)。

因此本发明的目的是提供汽油发动机废气流的处理体系以及处理汽油发动机废气的方法，特别是关于处理来自直喷式汽油发动机的汽油发动机废气。

发明概述

提供了适于与汽油发动机一起使用的排气体系和组件，特别是使用直喷技术的那些，除了降低如烃、氧化氮和一氧化碳的气体排放之外，用于捕集颗粒。目前这种发动机的后处理体系不具有颗粒过滤器。

特别地，本发明的目的通过包含颗粒过滤器的汽油发动机废气流处理体系而实现，所述颗粒过滤器包含：颗粒过滤器基体，布置在过滤器基体的废气入口表面上的入口层，和布置在过滤器基体的废气出口表面上的出口层，其中入口层包含Rh和/或Pd，出口层包含Rh和/或沸石。