[发明专利]用于压缩点火式发动机的包含可电加热基材的排放物控制装置

说明书

描述了用于压缩点火式发动机的排放物控制装置。排放物控制装置包括：(a)第一催化剂，其包含可电加热基材和设置在可电加热基材上的第一组合物，其中第一组合物包含氧化铝和第一铂族金属(PGM)；和(b)第二催化剂，其包含基材和设置在基材上的第二组合物，其中第二组合物包含氧化铝和第二铂族金属(PGM)；其中第一组合物的负载量小于第二组合物的负载量。

技术领域

本发明涉及用于压缩点火式发动机(例如，柴油发动机)的排放物控制装置。本发明还涉及用于压缩点火式发动机的排气系统和包括压缩点火式发动机的车辆。

背景技术

压缩点火式发动机产生了排气排放物，其通常包含全球政府间组织立法禁止的至少四类污染物：一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物质(PM)。通常将称为氧化催化剂(或柴油氧化催化剂)的排放物控制装置用于处理压缩点火式发动机产生的排气排放物中的一氧化碳(CO)和烃(HC)，包括颗粒物质(PM)的挥发性有机级分(VOF)。这样的催化剂通过将一氧化碳(CO)氧化成二氧化碳(CO₂)处理一氧化碳，并且通过将烃(HC)氧化成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)处理烃(HC)。

用于压缩点火式发动机的氧化催化剂通常包括铂族金属(PGM)和载体材料，其已经涂覆至基材上。然而，氧化催化剂使用分钟从冷启动加热至其有效操作温度，并且在该时间中，大量的污染物可能排放到空气中。

将氧化催化剂升高至其有效操作温度的一种方式是将电加热器并入至排气系统或排放物控制装置中。例如，EP0579415A1描述了用于排气系统中的催化剂的上游加热器。排气系统包括用于处理排气以挑战空气污染的催化剂，和该催化剂上游的用于减少催化剂达到其有效反应温度所用的时间的非催化加热器。加热器每平方厘米具有至少15个加热的通道(如与通过其的气体流成直角测量的)，加热的通道的长度小于1.0cm，使得气体在操作中通过通道，并且由此在达到催化剂之前将其加热。

发明内容

包含PGM和氧化铝基载体材料的组合的氧化催化剂显示出良好的对于压缩点火式发动机产生的排气中一氧化碳(CO)和烃(HC)的氧化活性。然而，这样的催化剂使用大量时间以从冷启动加热至其有效操作温度(例如，起燃温度)。催化剂在车辆空转期间或在用于具有停/启模式发动机的车辆时也可能冷却至低于其有效操作温度的温度。

铂族金属，例如铂和钯，是排放物控制装置的昂贵的成分。伴随着环境立法变得日益严格，对于制造商来说存在提供活性增强而不增加氧化催化剂的铂族金属含量的排放物控制装置的压力。

本发明关注的是用于压缩点火式发动机的氧化催化剂，其包含铂族金属(PGM)和氧化铝基载体材料两者的组合。因此，本发明提供了用于压缩点火式发动机的排放物控制装置，其包括：

(a)第一催化剂，其包含可电加热基材和设置在可电加热基材上的第一组合物，其中第一组合物包含氧化铝和第一铂族金属(PGM)；

(b)第二催化剂，其包含基材和设置在基材上的第二组合物，其中第二组合物包含氧化铝和第二铂族金属(PGM)；和

其中第一组合物的负载量小于第二组合物的负载量。

为了利用可电加热基材提供的体积，将催化活性组合物包括在可电加热基材上。发明人进一步认识到氧化铝是热绝缘体。事实上，氧化铝的比热容(据报道为大约760-900J/kg.K)相比于通常用于氧化催化剂的其它载体材料来说相对高。认为相比于主要基材，电加热基材上氧化铝基载体材料的更低的热质量有助于来自于电加热元件的传热。