[发明专利]用于贫汽油直喷式发动机的催化剂系统

说明书

本发明提供用于贫汽油排放处理的催化剂制品，此制品包含施用于基材上的催化材料，其中催化材料包含第一种组合物和第二种组合物，其中第一种和第二种组合物按照分层或区域化的构造存在，第一种组合物含有浸渍到多孔耐火金属氧化物材料上的钯和浸渍到多孔耐火金属氧化物材料上的铑；并且第二种组合物含有浸渍到多孔耐火金属氧化物材料上的铂。也提供制备和使用这种催化剂制品的方法，以及相关的组合物和使用这种催化剂制品的系统。

发明领域

本发明涉及用于净化汽油排放物的催化剂组合物，用这种组合物涂覆的催化剂制品，包含这种催化剂制品的排放处理系统，及其使用方法。

本发明的背景

对于轻载汽油车辆的严格排放规定、例如US LEV III和EURO 7要求先进的三效转化(TWC)催化剂系统。到2025年，例如超级超低排放车辆(SULEV)将在北美地区具有显著的市场份额，这要求在保证15年和平均快速通行150K英里的情况下，非甲烷的烃(NMHC)和NO_x的总排放量小于30mg/英里。

NO_x是用于描述氮氧化物的各种化学物质的术语，其中包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。二氧化碳(CO₂)的减少也受到显著关注。到2025年，CO₂排放量的目标最大值与2006年的目标最大量相比降低超过50％(在北美从249g/km降低到107g/km)。

贫燃汽油发动机在这方面是理想的，这是因为它们能显示改进的燃料经济和降低的CO₂排放量。贫燃汽油发动机在化学计量条件的范围之外操作。空气与燃料之间的精确比率导致化学计量条件，此比率随着在燃料中的碳与氢之间的相对比率而变化。14.65:1的空气-燃料比率(A/F)(空气重量:燃料重量)是与烃燃料燃烧对应的化学计量比率，燃料例如是汽油，其具有平均式CH_l.88。因此，符号λ表示用特定的A/F比率除以对于指定燃料的化学计量A/F比率得到的结果，所以λ＝1是化学计量混合物，λ>1是贫燃料组合物，λ<1是富燃料组合物。

在贫燃发动机中，在供给发动机的燃烧混合物中的空气/燃料比率保持为明显高于化学计量比率。因此，贫化系统的空气/燃料比率是不平衡的(即，非化学计量的)，例如空气:燃料重量比率是约30:1，或甚至更高(例如40:1)。所得的排气是“贫化的”，即具有较高的氧含量。但是，富含氧的排气导致NO_x的减少成为挑战，这是因为由于过量的氧，传统的TWC催化剂不能有效地降低来自这种发动机的NO_x排放量。为了解决此问题，已经试图联合使用贫NO_x捕获(LNT)和TWC催化剂。在这种系统中，TWC催化剂可以在化学计量操作期间将烃(HC)、一氧化碳(CO)和NO_x转化成CO₂、水(H₂O)和氮气(N₂)，并且LNT在贫化条件期间储存NO_x并在富集操作期间将所储存的NO_x转化成N₂。通常，SCR也用于转化来自LNT的NO_x。

但是由于空间的限制，一起使用单独的TWC和单独的LNT不是理想的。因此，需要能平衡标准TWC活性和LNT作用的技术，且同时缓解当一起使用单独的TWC和单独的LNT时出现的空间问题。另外，尽管在贫化条件下操作的TWC催化剂可以通常进行HC的氧化，但是点燃温度通常高于300℃。在贫化操作期间的发动机熄火温度可以显著低于在化学计量操作期间的熄火温度，这在转化烃(HC)的情况中提出了挑战。TWC催化剂不能有效地在低温下转化烃(例如低于250℃)。为了满足目前的政府排放规定，需要能同时解决在低温下在贫化条件下的烃(HC)转化以及在化学计量条件下的CO和NO_x转化的技术。

发明概述