[发明专利]用于汽油机排放处理系统的单金属含铑四元转化催化剂

说明书

本发明涉及催化颗粒过滤器，其包含渗入颗粒过滤器壁的包含铑作为唯一的铂族金属的三元转化(TWC)催化材料。这样的催化颗粒过滤器可在用于处理包含烃、一氧化碳、氮氧化物和颗粒物的排气料流的在汽油直喷式发动机下游的排放处理系统中位于紧耦合三元转化(TWC)复合材料下游。

技术领域

本发明大体上涉及具有用于处理含烃、一氧化碳和氮氧化物以及颗粒的汽油机气体料流的催化剂的排放处理系统。更具体地，本发明涉及包含仅含铑的单金属三元转化(TWC)催化剂和颗粒过滤器的四元转化器(FWC)。

背景

汽油机的颗粒排放受规章约束包括欧6(2014)标准。已经开发出其运行工况导致形成细小颗粒的某些汽油直喷式(GDI)发动机。汽油机的后处理系统需要满足颗粒物标准。不同于柴油稀燃发动机生成的颗粒，汽油机，如GDI发动机生成的颗粒往往更细和更少。这归因于柴油机与汽油机相比的不同燃烧条件。例如，汽油机在比柴油机高的温度下运行。汽油机排放物中的烃组分也不同于柴油机。

未燃烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放继续受到管制。因此将含有三元转化(TWC)催化剂的催化转化器安置在内燃机排气管中。此类催化剂促进未燃烃和一氧化碳被排气料流中的氧气氧化以及氮氧化物被还原成氮。

在美国专利No.8,173,087(Wei)中提供了包含涂布到颗粒捕集器上或内的TWC催化剂的催化颗粒捕集器。在美国专利No.8,815,189(Arnold)中也提供了具有颗粒过滤器的汽油机排放处理系统。

排放技术受排气系统的背压和体积约束限制。也就是说，在限定的背压和体积内，任何新技术应该对任一者具有最低影响至没有影响。

仍然需要提供与高效过滤器一起提供充分和成本有效的TWC而不过度提高背压的催化过滤器以可在符合颗粒物排放的同时实现管制的HC、NOx和CO转化。

概述

提供适合与汽油机一起使用的排气系统和组件以除处理气态排放物如烃、氮氧化物和一氧化碳外还捕集颗粒。有意义的是提供在传统的三元转化(TWC)下游使用的汽油机(GPFs或PFGs)颗粒过滤器以使该组合提供完整TWC功能。

在第一个方面中，提供一种用于处理包含烃、一氧化碳、氮氧化物和颗粒物的排气料流的在汽油直喷式发动机下游的排放处理系统，所述排放处理系统包含：

紧耦合三元转化(TWC)复合材料，其包含在流通型基底上的第一TWC催化材料；和

位于所述紧耦合TWC复合材料下游的催化颗粒过滤器，所述催化颗粒过滤器包含渗入颗粒过滤器壁的第二TWC催化材料；

其中第二TWC催化材料包含铑作为唯一的铂族金属。

所述颗粒过滤器可包含大约13至大约25μm的平均孔径。所述颗粒过滤器可包含大约6密尔(152μm)至大约14密尔(356μm)的壁厚度和55至70％的无涂层孔隙率。所述催化颗粒过滤器可具有小于颗粒过滤器的无涂层孔隙率的有涂层孔隙率。在一个详细实施方案中，除任选在重叠洗涂层区域外在所述颗粒过滤器的壁表面上没有催化材料的成层。在另一详细实施方案中，有涂层孔隙率与TWC催化材料的洗涂层载量成线性比例。有涂层孔隙率可为无涂层孔隙率的75至98％。有涂层孔隙率可为无涂层孔隙率的80至95％。有涂层孔隙率可为无涂层孔隙率的80至小于93％。所述催化颗粒过滤器的有涂层背压通常不损害发动机性能。

第二TWC催化材料可包含大约2.5至大约8μm的d₉₀平均粒径。第二TWC催化材料可由渗入所述颗粒过滤器的入口侧、出口侧或两侧的单一洗涂层组合物形成。

可在入口侧从上游端沿颗粒过滤器的轴向长度的至多大约0-100％存在第一单洗涂层并且可在出口侧从下游端沿颗粒过滤器的轴向长度的至多大约0-100％存在第二单洗涂层，其中第一和第二单洗涂层的至少一个以>0％的量存在。