[发明专利]包含三效催化过滤器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，其包括用于车辆强制点火内燃机的排气系统，该排气系统吧过滤器，该过滤器用于从由该车辆强制点火内燃机所排出的废气过滤颗粒物质，该过滤器包含具有入口表面和出口表面的多孔基底，其中该多孔基底是至少部分地用三效催化剂活化涂层涂覆的，该涂层包含铂族金属和多个固体颗粒，其中该多个固体颗粒包含至少一种贱金属氧化物和至少一种储氧组分，该储氧组分是包含铈的混合氧化物或复合氧化物，其中该包含铈的混合氧化物或复合氧化物和/或该至少一种贱金属氧化物的中值粒度(D50)小于1μm，和其中该铂族金属选自：(a)铂和铑；(b)钯和铑；(c)铂、钯和铑；(d)仅钯；或(e)仅铑。

本申请是基于申请号为201480008823.7、申请日为2014年2月14日、发明名称为“包含三效催化过滤器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。

本发明涉及一种过滤器，用于从由车辆强制点火内燃机所排出的废气过滤颗粒物质，该过滤器至少部分地用三效催化剂活化涂层(washcoat)涂覆，该活化涂层包含铂族金属和多个固体颗粒。具体地，本发明涉及这样的过滤器，其中低背压过滤是重要的，但是同时需要三效催化剂活性。

强制点火发动机使用火花点火来引起烃和空气混合物的燃烧。相反地，压缩点火发动机通过将烃注入到压缩空气中来引起烃的燃烧。强制点火发动机可以通过汽油燃料，混合有含氧物(包括甲醇和/或乙醇)的汽油燃料，液化石油气或者压缩天然气来提供燃料。强制点火发动机可以是化学计量运行的发动机或者贫燃运行的发动机。

三效催化剂(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目的是同时催化三种反应：(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。当TWC接收来自在化学计量点处或左右运行的发动机的废气时，这三种反应最有效地进行。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燃比的影响。具有化学计量平衡的组成的废气是氧化性气体(NO_x和O₂)和还原性气体(HC和CO)的浓度基本上匹配的废气。产生这种化学计量平衡的废气组合物的空燃比典型地指定为14.7:1。

理论上，在化学计量平衡的废气组合物中，应当可以实现O₂、NO_x、CO和HC向CO₂、H₂O和N₂(和残留的O₂)的完全转化，这是TWC的任务。所以理想地，发动机应当以这样的方式运行，即燃烧混合物的空燃比产生了化学计量平衡的废气组合物。

一种定义废气的氧化性气体与还原性气体之间的组成平衡的方式是废气的λ值，其可以根据方程式(1)定义为：

实际的发动机空燃比/化学计量的发动机空燃比 (1)

其中λ值为1表示化学计量平衡的(或者化学计量的)废气组合物，其中λ值1表示过量的O₂和NO_x，并且该组合物被描述为“贫的”，和其中λ值1表示过量的HC和CO，并且该组合物被描述为“富的”。它在本领域中通常还指发动机作为“化学计量的”、“贫的”或“富的”而运行的空燃比，这取决于该空燃比产生的废气组成：因此化学计量运行的汽油发动机或贫燃汽油发动机。

应当理解的是，当废气组合物是贫化学计量的时，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，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。