[发明专利]三效催化剂体系

说明书

本发明描述了一种用于净化汽油发动机排气的三效催化剂体系。

在燃烧发动机领域中众所周知，燃料燃烧是不充分的并且产生污染物排放，这些污染物如未燃烧的碳氢化合物(HC)，一氧化碳(CO)，氮氧化物(NO_X)和颗粒物(PM)。为了改进空气质量，设立了排放限制法规以实现来自固定应用和可移动来源的更低的污染物排放。对于像客车这种可移动来源，主要措施使得能够实现污染物排放的减少。改进燃料-空气混合作为主要措施产生了污染物的显著减少。然而，由于这些年更严格的法规，非均相催化剂的应用不可避免。

对于汽油发动机，所谓的三效催化剂(TWC)可去除HC，CO和NO_X。TWC的最佳使用量是约λ＝1+/-0.005，其中空气/燃料比等于14.56。超过这些值，排气是所谓的稀排气，并且CO和HC被催化氧化为二氧化碳和水。低于这个值，排气是所谓的富排气且用例如CO作为还原剂主要将NO_X还原为N₂。

在λ＝1时，HC、CO和NO_X可获得最佳的转化率。然而，汽油发动机在稍微的稀条件与稍微的富条件之间浮动的条件下工作。在纯粹的富条件下，烃的转化率迅速下降。为了扩展TWC的最佳工作，将以Ce混合氧化物形式的储氧材料(OSM)包含在该TWC的配方中。

对于这样的λ＝1工作的汽油发动机，就所执行的排气系统而论有多种解决方案，这些排气系统涉及所包含的催化剂的数目和相对于发动机出口的位置。在一个紧密连接的发动机停机位置上的共用单块解决方案使用不同的基板、体积和贵金属负载量，以及均匀的或分区的催化剂类型。此外，在一个带有最少两块或更多块的排气系统情况下，所安装的催化剂例如在它们单独的体积、每一块的基板类型、贵金属负载和涂层类型(如均匀涂覆的或分区的催化剂)中有所区别。这些单独排气系统具有一个共同的功能界面，通过该发动机的λ控制而给定。该λ控制和该单独催化剂体系之间的相互作用需要进行优化以实现该排气系统的最好的排放特性。对于该催化剂体系的闭环控制行为，该选定的催化剂配方起着重要的作用。对于一个给定的λ控制策略，显而易见的是，优选的，一种对应的催化剂配方与该控制算法一起可产生最好的效果。另一方面，现代发动机管理系统提供了大范围的软件功能，这些软件功能允许以一种有意义的方式调节λ控制行为，以获得在优异排放性能方面催化剂体系的最好的响应。为了平衡优化的冲突范围，发展催化剂配方和体系是有效的，这些配方和体系能够以不损害排放性能，或甚至产生改进的情况下可减少应用复杂程度的方式解决这个问题。本发明的催化剂体系提供了一个如此折中的技术方案。

WO 2008/000449 A2描述了一个常规的双层三效催化剂。在这个发明中，第一层包含一种活性氧化铝和一种第一Ce/Zr混合氧化物，均用钯活化。第二层包含一种活性氧化铝和一种第二Ce/Zr混合氧化物，均用铑活化。该发明的特异性在于第一混合氧化物的Ce/Zr比高于第二混合氧化物的Ce/Zr比。

WO 2008/113445 A1也公开了一种双层三效催化剂，其中两层都包括活性氧化铝，Ce/Zr混合氧化物和钯。这些层的不同在于，第二层除了铂还包括铑且第一层混合氧化物的Ce/Zr比高于第二层混合氧化物的Ce/Zr比。

US 6,044,644和US 6,254,842公开了发动机附近的催化剂，该催化剂被设计用来减少在冷启动过程中来自汽油发动机的烃排放量。它包括用于一种TWC催化剂组合物中的类型的成分，只是实质上不含有氧化铈和氧化镨。

本发明提供了一种三效催化剂体系，包括

·在惰性催化剂载体上的一种第一三效催化剂，该催化剂是一种双层催化剂，包括

在该惰性催化剂载体上的一个第一层，该第一层包括活性氧化铝，一种铈/锆混合氧化物以及作为一种催化活性贵金属的钯，以及

一个第二层，该第二层被施加到第一层上并与有待净化的排气直接接触，包括活性氧化铝以及作为一种催化活性贵金属的铑，其中该第二层不含有铈和含铈材料且不包含除了铑以外的任何催化活性贵金属，和

·一种第二三效催化剂。

该第一三效催化剂的第一层除了钯以外，还可能包括作为附加的催化活性贵金属的铂和/或铑。在本发明的一个优选实施例中，除钯以外，铂也存在于第一层中。在本发明的另一个优选实施例中，除钯以外，第一层不包含其它任何催化活性贵金属。