CN103806987A - 具有三元催化涂层的柴油颗粒过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有三元催化涂层的柴油颗粒过滤器。此处所描述的设备涉及到用于柴油机废气系统的柴油颗粒过滤器。所述柴油颗粒过滤器包含具有配置为从柴油机废气流中去除柴油机废气颗粒的多个过滤器流动通道的颗粒过滤器。所述多个过滤器流动通道布置为与柴油机废气流相接触，并涂覆有三元催化涂层。所述三元催化涂层可配置成在再生事件发生期间促进烟炱的氧化，同样促进了废气流中NO_x的降低。所述三元催化涂层可替代为或用来补充为柴油机氧化催化器的三元催化剂。

Description

具有三元催化涂层的柴油颗粒过滤器

背景技术

柴油发动机排放物和它们对环境的影响目前越来越受到关注。这些发动机应用到发电机、车用发动机或类似的装置中。伴随着这种关注，出现越来越多的政府法规来限制排放到环境中的各种尾气，其中不需要的一种尾气就是NO_x。

从柴油发动机中排放的NO_x的量取决于用来运行发动机的空燃比，还有一些其他的因素，例如燃烧温度、进入到汽缸中的氧气量等。仅在稳定状态下运行的发动机是典型的用具有高空燃比的贫燃混合物来运行的。所需的转矩、燃料经济性和可控的NO_x排放可通过燃烧优化来实现。然而，在瞬时状态下，例如车辆加速以更快响应来达到所需扭矩，则NOx含量变得有挑战性。在这种瞬态下，由于需要更多的能量来满足扭矩的需求，有意识地降低废气再循环(EGR)率将这些高温燃烧废气能转移到涡轮增压器中。但是EGR的降低导致了NO_x的排放量增加。假如在这些条件下可得到理想的废气组分浓度，那么这种带有合适的PGM配方和涂层的后处理系统可以用来降低所述NO_x。

发明内容

本文所描述的设备涉及到用于柴油机废气系统中的柴油颗粒过滤器。所述柴油颗粒过滤器包含具有多个过滤器流动通道的颗粒过滤器，其配置成从柴油废气流中去除柴油机废气颗粒。所述多个过滤器流动通道设置成与所述柴油机废气流接触，同时涂有三元催化涂层。

本文所描述的另一种设备涉及到用于柴油机的废气系统。所述废气系统包含流动路径，其配置为从柴油机主体引导废气流，其中所述废气包含NO_x和碳氢化合物以及其他废气组分。柴油机氧化催化器接收来自所述流动路径的废气流，并降低废气中碳氢化合物的含量。柴油机颗粒过滤器接收来自柴油机氧化催化器的废气流。所述柴油机颗粒过滤器包含具有配置为与流动通过柴油颗粒过滤器的废气流接触以降低废气中的NO_x含量的三元催化涂层的颗粒过滤器。

本文的另一种设备涉及柴油机系统。这种柴油机系统包含具有一个或多个分别与一个或多个汽缸相连接的火花塞的柴油机主体。空气/燃料混合器被配置用来控制通过不同的一个或多个汽缸中的一个或多个火花塞所点燃的燃料的空燃比。这种空气/燃料混合器还进一步被配置来提高空燃比以响应柴油机系统的瞬时状态。该柴油机系统还包含后处理废气系统，其被配置来接收由一个或多个汽缸产生的废气。这种后处理系统包含具有三元催化涂层的颗粒过滤器，其中所述涂层被配置成接触通过颗粒过滤器的废气。

附图说明

图1显示了具有后处理废气系统的柴油机系统，其包含具有三元催化涂层的颗粒过滤器，其中所述涂层被配置成接触通过颗粒过滤器的废气；

图2是具有三元催化涂层的示例性颗粒过滤器的沿纵轴的截面示意图。

具体实施方式

图1显示具有后处理废气系统15和柴油机主体20的柴油机系统10。所述柴油机主体20被配置用来燃烧燃料以驱动系统10。为此，所述柴油机主体20包含由控制器/ECM30控制的空气/燃料系统25。所述ECM30控制着汽缸40中燃烧的空燃比。在柴油机主体20稳定状态运行时，该空燃比可能是化学计量空燃比或比其更小的空燃比。然而，在瞬时操作中，该空燃比被控制使得其向火花塞35提供更多的混合物来增加柴油机主体20产生的能量以响应瞬时状态。

所述汽缸40通过例如导管，比如管道45向后处理废气系统15提供柴油机废气。该柴油机废气流具有很多污染物，包括NO_x。在其他设备中，该后处理废气系统15可能包含接收柴油机废气流的投配器50和放置在该投配器50上游的燃烧器55。当被ECM30激活时，该投配器50配置成将燃料注入到废气流中。这些燃料可在柴油机氧化催化器(DOC)60中发生化学反应来提高将进入到柴油颗粒过滤器65的废气温度。例如，在某些行驶条件下和/或对聚积在DPF65的烟炱进行氧化时，燃料会被喷射进废气流中，即发生再生事件。然而，依据某些实施方式，作为附加或替代，燃料还可通过或者在燃烧器55中投配进入废气流中。这通常用来提高DOC60入口处的废气温度，从而使得燃料从投配器50注入的燃料在DOC60进行化学反应。

DOC60配置成化学地转化废气流中的污染物。例如，DOC60可包含作为催化剂的钯和铂将碳氢化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水，反应式如下中：

CO+¹/₂O₂→CO₂以及

[HC]+O₂→CO₂+H₂O。

所述废气流可从所述DOC60流到所述DPF65中。所述DPF65可包含能用不同方式构建的颗粒过滤器基底75。例如，根据某些实施方式，所述颗粒过滤器基底75可以是具有壁流式过滤器或者壁流式整块构造，如图2中示例性横截面示意图所示。该颗粒过滤器基底65的壁流式构造可以是圆筒状的陶瓷结构，其具有一些沿着轴向运行的较小的平行通道80。所述陶瓷结构典型地具有精确控制的孔隙率。壁流式过滤器75中相邻的通道80的每个端部可选择地被堵塞85，由此迫使废气流动穿过多孔壁，该多孔壁起到过滤媒介作用从废气流中去除颗粒物质，例如烟炱。如图2所示的流动箭头显示了从废气流中流动穿过所述颗粒过滤器基底75的废气流向。

三元催化涂层90布置在所述颗粒过滤器基底75的表面上，与柴油机废气流相接触。在图2中，通道80的(如果不是全部的话)大部分的表面涂覆着所述三元催化涂层90。然而，根据某些实施方式，所述三元催化涂层90可能仅布置于所述通道80的有限表面上。例如，所述涂层90可能受限制地布置于所述颗粒过滤器75的靠近进口端和/或出口端76、78。在其他结构中，可能仅涂覆了某些通道80。更进一步地，所述涂层90可能限制在所述颗粒过滤器75的中端82。可以预期的还有其他对所述颗粒过滤器75进行涂覆的配置。

三元催化涂层90的组成使得其可以从柴油机废气流中去除NO_x。为此，所述三元催化涂层90可包含不同量的稀有金属，例如，铂、钯和铑以及氧气存储催化剂。也可以选择这些稀有金属用来在DPF65的再生事件过程中促进烟炱的氧化。例如，根据某些实施方式，三元催化涂层90可包括向用来再生的贵金属配方中添加铑，以使得所提供的配方可以使得烟炱氧化同时有助于NO_x的降低。

除了可以有效地去除大量的NO_x之外，相比于从未涂覆的具有相似结构的壁流式过滤器有效去除聚积烟炱的温度，在过滤器再生时所述三元催化涂层90还可以降低从所述壁流式过滤器75有效去除聚积烟炱的温度。更具体地，与裸露的DPF相比，所述DPF65上的三元催化涂层90可降低烟炱氧化反应的活化能，实现更高的烟炱氧化速率，因而促进了DPF65的清洁。此外，由于DPF通常比DOC要大些，在后处理废气系统中，相比于三元催化剂典型可获得的容量，所述具有三元催化涂层90的DPF65的颗粒过滤器基底75则提供了相当大的容量。在所述后处理废气系统15，尤其是所述颗粒过滤器基底75中，如此增加的三元催化剂容量，，可能增加所述废气与三元催化剂接触的停留时间，并增加了三元催化涂层90的接触面积，因此更进一步地促进最大化所述NO_x降低反应的速率和量。虽然涂覆的DPF65可在所述柴油机主体20的贫燃，稳态运转状态下去除NO_x，但是其在具有更充分的燃料混合气的瞬时工况下更加有效。根据某些实施方式，DPF65中的三元涂层90的包含范畴是DOC60中的三元催化涂层的补充或替代。因此，在一些实施例中，所述DOC60包含三元催化剂涂层，DPF65上额外的三元涂层90可更进一步地促进NO_x水平的降低。

所述方式和装置的各种实施例已经展示和描述出，值得关注的是，每个所公开实施例所体现出的原理可以扩展延伸同时仍旧落入如下权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于柴油机废气系统的柴油颗粒过滤器，其包括：

颗粒过滤器，其具有配置为从柴油机废气流中去除柴油机废气颗粒的多个过滤器流动通道；

三元催化涂层，其布置于所述多个过滤器流动通道的表面上，用于与所述柴油机废气流相接触。

2.如权利要求1所述的柴油颗粒过滤器，其特征在于，所述颗粒过滤器是壁流式过滤器。

3.如权利要求1所述的柴油颗粒过滤器，其特征在于，所述三元催化涂层布置于邻近所述颗粒过滤器入口的多个过滤器流动通道的表面上。

4.如权利要求1所述的柴油颗粒过滤器，其特征在于，所述三元催化涂层布置于邻近壁流式过滤器出口的多个过滤器流动通道的表面上。

5.如权利要求1所述的柴油颗粒过滤器，其特征在于，相比于从未涂覆的具有相同结构的壁流式过滤器有效去除聚积烟炱的温度，在过滤器再生时所述三元催化涂层降低了从所述壁流式过滤器有效去除聚积烟炱的温度。

6.如权利要求1所述的柴油颗粒过滤器，其特征在于，所述三元催化涂层具有化学组合物，其与NO_x反应以降低在所述柴油机废气流中的所述NO_x的量。

7.一种柴油机废气系统，其包含：

流动路径，其配置为与从柴油机主体流出的废气流连接，其中所述废气包含NO_x和碳氢化合物；

柴油机氧化催化器，其配置为接收从所述流动路径流出的废气流，并降低废气中碳氢化合物的量；

柴油机颗粒过滤器，其配置为接收从所述柴油机氧化催化器流出的废气流，其中所述柴油机颗粒过滤器包含具有配置为与流动通过柴油机颗粒过滤器的废气流相接触的三元催化涂层的颗粒过滤器，以降低废气中NO_x的量。

8.如权利要求7所述的废气系统，其特征在于，所述颗粒过滤器是壁流式过滤器。

9.如权利要求7所述的废气系统，其特征在于，所述三元催化涂层布置于邻近所述壁流式过滤器入口的基底上。

10.如权利要求7所述的废气系统，其特征在于，所述三元催化涂层布置于邻近所述壁流式过滤器出口的基底上。

11.如权利要求7所述的废气系统，其特征在于，相比于从未涂覆的具有相同结构的壁流式过滤器有效去除聚积烟炱的温度，在过滤器再生时所述三元催化涂层配置成降低了从所述壁流式过滤器有效去除聚积烟炱的温度。

12.如权利要求11所述的废气系统，其特征在于，所述柴油氧化催化器布置于燃料投配器和柴油颗粒过滤器之间。

13.如权利要求7所述的废气系统，其特征在于，所述柴油氧化催化器包含三元催化涂层。

14.一种柴油机系统，其包含：

柴油机主体，其包含分别与一个或多个汽缸相联合的一个或多个火花塞；

空气燃料混合器，其配置为在所述一个或多个汽缸中分别控制由所述一个或多个火花塞所点燃燃料的空燃比，其中所述空气/燃料混合物进一步地配置为提高所述空燃比以响应柴油机系统的瞬时工况；

后处理废气系统，其配置为接收在一个或多个汽缸中产生的废气，其中所述后处理废气系统包含被三元催化剂涂覆的颗粒过滤器，其中所述三元催化涂层配置为与通过所述颗粒过滤器的废气流相接触以降低废气流中的NO_x。

15.如权利要求14所述的废气系统，其特征在于，所述DOC具有三元催化涂层。