[发明专利]包括催化型分区涂覆的过滤器基底的强制点火发动机和排气系统

说明书

一种强制点火发动机，其包括排气系统，该排气系统包括催化型过滤器，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质，该过滤器包括具有总基底长度和具有入口表面和出口表面的多孔基底，其中该入口表面通过含有第一平均孔尺寸的孔的第一多孔结构与该出口表面隔开，其中该多孔基底涂覆有载体涂层组合物，该载体涂层组合物是包含至少一种贵金属的NO_x吸收剂催化剂载体涂层组合物；或者选择性催化还原(SCR)催化剂载体涂层组合物，其中经载体涂层涂覆的多孔基底的第二多孔结构含有第二平均孔尺寸的孔，其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，该NO_x吸收剂催化剂载体涂层或SCR催化剂载体涂层作为第一区和第二区轴向布置在该多孔基底上。

本申请是基于申请号为201480032667.8、申请日为2014年4月23日、发明名称为“包括催化型分区涂覆的过滤器基底的强制点火发动机和排气系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种催化型过滤器，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质。

背景技术

强制点火发动机使用火花点火来引起烃和空气混合物燃烧。与之相反，压缩点火发动机通过将烃注入到压缩空气中来引起烃燃烧。强制点火发动机可以通过汽油燃料，与包括甲醇和/或乙醇的含氧物共混的汽油燃料，液化石油气或者压缩天然气来提供燃料。

三元催化剂(TWC)典型地包含一种或多种铂族金属，特别是选自铂、钯和铑的那些。

TWC用来催化三种同时的反应：(i)将一氧化碳氧化成二氧化碳，(ii)将未燃烧的烃氧化成二氧化碳和水；和(iii)将氮氧化物还原成氮和氧。TWC接收来自于化学计量点或该点左右运行的发动机的废气时，这三种反应最有效地发生。作为本领域公知的，当汽油燃料在强制点火(例如火花点火)内燃机中燃烧时所排放的一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和氮氧化物(NO_x)的量主要受到燃烧汽缸中的空气-燃料比的影响。具有化学计量比平衡的组成的废气是这样的废气，其中氧化气体(NO_x和O₂)和还原气体(HC和CO)的浓度基本匹配。产生这种化学计量比平衡的废气组合物的空气-燃料比典型地为14.7:1。

理论上，应当可以实现化学计量比平衡废气组合物中的O₂、NO_x、CO和HC完全转化成CO₂、H₂O和N₂(和残留的O₂)，并且这是TWC的任务。所以理想地，发动机应当以这样的方式运行，即燃烧混合物的空气-燃料比产生化学计量比平衡的废气组合物。

定义废气的氧化气体和还原气体之间的组成平衡的一种方式是该废气的lambda(λ)值，其可以根据式(1)来定义：

实际的发动机空气-燃料比/化学计量发动机空气-燃料比 (1)

其中λ值为1代表化学计量比平衡的(或者化学计量的)废气组合物，其中λ值>1代表过量的O₂和NO_x，并且该组合物被描述为“贫的”，和其中λ值<1代表过量的HC和CO，并且该组合物被描述为“富的”。根据产生该空气-燃料比的废气组合物，将发动机所运行于的空气-燃料比称为“化学计量的”、“贫的”或“富的”，这在本领域也是通常的：因此是化学计量比运行的汽油发动机或贫燃汽油发动机。

应当理解，当废气组合物是贫化学计量比的时，使用TWC将NO_x还原成N₂是不太有效的。同样地，当废气组合物是富的时，该TWC不太能够氧化CO和HC。所以挑战是将流入TWC的废气的组成尽可能地保持为接近于化学计量组成。