用于TWC应用的协同的PGM紧耦合催化剂制造技术

公开了协同的PGM催化剂转化器，其作为三效催化剂(TWC)系统配置。所公开的SPGM系统构造表现出高的热稳定性，衰减的空气‑燃料(A/F)扰动，增强的TWC活性和高的催化转化效率，其是低PGM负载量紧耦合催化剂(CCC)与Ce基储氧的协同的结果，具有充当用于储氧的预催化剂的合适的混合金属氧化物组合物的前尖晶石区。在废气排放物进入标准PGM CCC之前，将A/F扰动衰减到较低振幅，允许所述系统在非常接近于贫含和富含条件二者的化学计量比点的R值范围运行，和在NOX、CO和HC转化方面高的催化转化效率。所公开的SPGM系统构造可以用于多个TWC应用，例如包括任选的地板下催化剂的常规的TWC系统。

A coordinated PGM tightly coupled catalyst for TWC applications

A coordinated PGM catalyst converter is disclosed as a three effect catalyst (TWC) system configuration. SPGM system structure disclosed exhibit high thermal stability, air fuel attenuation (A/F) disturbance, enhanced TWC activity and high conversion efficiency is low, the loading amount of PGM tightly coupled catalyst (CCC) and Ce based oxygen storage synergistic results can serve as the appropriate area for spinel mixed metal oxide catalyst composition pre oxygen storage of the. Before entering the exhaust emission standard PGM CCC, A/F disturbance attenuation to the low amplitude, allowing the system running range than the point R in chemical metrology is very close to the rich and rich conditions of the two, and the conversion efficiency of NOX, CO and HC in the catalytic conversion of high. The public SPGM system construction can be used for multiple TWC applications, such as conventional TWC systems that include optional underfloor catalysts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于TWC应用的协同的PGM紧耦合催化剂
技术介绍
专利
本专利技术通常涉及用于三效催化剂(three-waycatalyst，TWC)应用的催化剂材料，并且更具体地，涉及用于降低来自于发动机排气系统的排放的协同的铂族金属(PGM)TWC催化剂构造。背景信息用于处理发动机废气的三效催化剂(TWC)转化器的效率受到供给到发动机的空气与燃料比(A/F)的影响。在化学计量比A/F比时，燃烧会产生燃料的完全消耗，这是因为对于氧化和还原转化二者来说催化转化效率都是高的。保持有效的燃料消耗需要使用燃料控制系统，其被设计用来将A/F比保持在接近于化学计量比的窄的范围。A/F比的波动称作A/F扰动(perturbation)。标准TWC系统图1是一个方块图，其显示了发动机系统的常规的三效催化剂(TWC)系统部分，其包括具有PGM和Ce基储氧的标准铂族金属(PGM)紧耦合催化剂(close-coupledcatalyst，CCC)和PGM地板下催化剂(underfloorcatalyst)。在图1中，发动机系统100包括发动机104和TWC系统110。TWC系统110进一步包括标准PGMCCC102、PGM地板下催化剂106和分析点P108。在图1中，发动机104机械耦合到TWC系统110上并与之流体连通。在TWC系统110中，标准PGMCCC102机械耦合到PGM地板下催化剂106上并与之流体连通。在图1中，点P108位于标准PGMCCC102的入口端口。在点P108处，当初始贫含间隔的A/F比大于化学计量比值时，产生了空气-燃料(A/F)扰动。这个初始贫含间隔之后是一系列的富含间隔的A/F比，其低于化学计量比值。所述系列的富含间隔的A/F比与贫含间隔的A/F比交替，这是因为发动机控制系统对位于TWC系统之前的废气传感器(未示出)做出反应。在常规的TWC系统中，标准PGMCCC102的催化转化能力的效率值是基于初始贫含间隔之后的A/F扰动的数目来确定的。因为A/F扰动典型地在分析点P108在低频率时具有高的振幅，因此标准PGMCCC102的催化转化效率受到来自于发动机104的A/F比的这些宽的波动的影响。因此，需要这样的TWC系统，其具有改进的性能来满足对于汽车排气系统的严格的政府法规。还需要以成本有效方式来这样做。
技术实现思路
本专利技术描述了用于协同的铂族金属(SPGM)催化剂系统的三效催化剂(TWC)系统构造。在一些实施方案中，TWC系统被配置为包括：SPGM系统，其具有充当了预催化剂的前尖晶石区，其目的是增加SPGM系统作为预储氧材料的储氧功能，和标准紧耦合催化剂(CCC)，其含有铂族金属(PGM)和Ce基储氧材料；和地板下或者清除催化剂，其包括PGM材料。在另一实施方案中，该TWC系统被配置为包括SPGM系统，其具有充当了预催化剂的前尖晶石区，其同样目的是增加SPGM系统作为预储氧材料的储氧功能，和标准紧耦合催化剂(CCC)，其包括PGM和Ce基储氧材料。在这些实施方案中，在到达标准CCC之前，该前尖晶石区将空气/燃料(A/F)比振荡衰减到在前尖晶石区输出处所测量的低振幅A/F比振荡。A/F比振荡的衰减显示了前尖晶石区对于标准CCC的作用，因为标准CCC的催化转化效率明显增强，甚至与含有低PGM负载量的标准CCC相比也是如此。除了这些实施方案之外，可以产生包括多个二元尖晶石组合物的前尖晶石区。可以产生这些二元尖晶石结构的合适材料的实例是铝、镁、锰、镓、镍、铜、银、钴、铁、铬、钛、锡或者其混合物。仍然除了这些实施方案之外，该前尖晶石区体现为约1或2英寸的涂层，其采用任何常规的合成方法使用可以提供明显热稳定性的尖晶石材料组合物的配料来制备。在一个示例性实施方案中，该前尖晶石区包含Cu-Mn尖晶石结构。在一些实施方案中，A/F比的λ振荡波形显示了所公开的包括前尖晶石区和标准CCC的TWC系统的协同效应。在其他实施方案中，SPGM系统样品是使用对于标准CCC的各种PGM负载量来制备的。该SPGM系统样品包括但不限于钯(Pd)和铑(Rh)的PGM材料组合物的组合，或者单独的Pd的PGM材料组合物。在这些实施方案中，所公开的SPGM系统的CCC被配置为包括PGM催化剂材料层和Ce基储氧材料层。在一个示例性实施方案中，前尖晶石区是使用对于高热稳定性的二元尖晶石来说合适的负载量的Cu和Mn溶液来制备的，其可以使用任何常规的化学技术来合成，并随后涂覆到CCC上。在一些实施方案中，所制备的多个催化剂样品包括但不限于：包括负载量是6g/ft3的Pd和6g/ft3的Rh的CCC样品，包括负载量是12g/ft3的Pd和6g/ft3的Rh的CCC样品；和包括负载量是20g/ft3的Pd的CCC样品。在一些实施方案中，该前尖晶石区材料以不同的量涂覆到CCC上，来产生几个重量比，其表达为前尖晶石区的质量与前尖晶石区和CCC的总质量之比。在这些实施方案中，对于CCC样品的每个PGM负载量生产了样品，如前所述，并且重量比是60％前尖晶石区和40％PGM，在此分别称作SPGM系统类型1A、类型2A和类型3A，并且重量比是40％前尖晶石区和60％PGM，在此分别称作SPGM系统类型1B、类型2B和类型3B。除了这些实施方案之外，制备了参照样品，用来催化转化比较和确定所公开的SPGM系统的明显催化转化效率。所制备的参照样品包括但不限于，样品构造：60重量％的空白前区和40重量％的CCC样品，其包括多个前述PGM负载量，在此分别称作CCC参照样品类型1C、类型2C和类型3C；40重量％的空白前区和60重量％的CCC样品，其包括多个前述PGM负载量，在此分别称作CCC参照样品类型1D、类型2D和类型3D；100重量％的CCC样品，其包括多个前述的PGM负载量，在此分别称作CCC参照样品类型1E、类型2E和类型3E；和100％的零-PGM催化剂样品，其包括Cu-Mn尖晶石，在此分别称作ZPGM参照样品类型1。在一些实施方案中，测试了前尖晶石区和所公开的催化剂系统构造的催化性能的协同效应，并且与所制备的催化剂系统样品的全部其他变量进行了比较。在这些实施方案中，测试是通过使用标准TWC气体组合物(其在约550℃的等温温度供入测试反应器中)的模拟排气，在约0.125Hz的频率和约±0.8A/F比跨度下进行一系列等温振荡测试来进行的。在这些实施方案中，λ振荡显示了催化转化效率对于CO和HC转化率的作用，以及NO氧化-还原转化率的作用。除了这些实施方案之外，显示了当前尖晶石区不包括标准CCC时的催化转化效率。取决于催化转化效率水平，包括含有PGM的地板下或者清除催化剂作为排气系统的组分，其具有所公开的任何协同的PGM紧耦合催化剂构造。但是，所公开的SPGM系统构造的增强的和显著的催化转化效率和所提供的A/F比扰动的衰减允许在常规的TWC系统中不包括地板下或者清除催化剂。本专利技术的许多其他方面、特征和益处可以从下面的具体实施方式结合附图而变得显而易见。附图说明本专利技术可以通过参考下图来更好地理解。图中的部件不必需按照尺寸绘制，代之以重点在于说明本专利技术的原理。在图中，附图标记表示了整个不同图中相应的零件。图1是一个方块图，其显示了发动机系统的常规的三效催化剂(TWC)系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化系统，其包含：第一催化设备，其包含至少两个催化部分；和第二催化设备，其包含至少一个催化部分；其中该第一催化设备的至少两个催化部分之一包含至少一种二元尖晶石组合物，和其中该第一催化设备的至少两个催化部分之一包含紧耦合催化剂；和其中该第二催化设备的至少一个催化部分包含铂族金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.13 US 14/657,8421.一种催化系统，其包含：第一催化设备，其包含至少两个催化部分；和第二催化设备，其包含至少一个催化部分；其中该第一催化设备的至少两个催化部分之一包含至少一种二元尖晶石组合物，和其中该第一催化设备的至少两个催化部分之一包含紧耦合催化剂；和其中该第二催化设备的至少一个催化部分包含铂族金属。2.权利要求1的催化系统，其中该第二催化设备形成了一部分的汽车地板下催化剂。3.前述任一项权利要求的催化系统，其中该至少一种二元尖晶石组合物由选自下面的金属形成：铝、镁、锰、镓、镍、铜、银、钴、铁、铬、钛、锡及其混合物。4.前述任一项权利要求的催化系统，其中该至少一种二元尖晶石组合物包含Cu-Mn尖晶石结构。5.前述任一项权利要求的催化系统，其中该第一催化设备的至少两个催化部分的至少一个包含基底，该基底具有位于其上的1-2英寸厚的催化剂。6.前述任一项权利要求的催化系统，其中在所应用的贫含排气流中CO转化率大于95％。7.前述任一项权利要求的催化系统，其中在所应用的贫含排气流中NOx转化率大于98％。8.前述任一项权利要求的催化系统，其中在所应用的贫含排气流中烃转化率大于96％。9.前述任一项权利要求的催化系统，其中该紧耦合催化剂包含Pd和Rh。10.前述任一项权利要求的催化系统，其中该紧耦合催...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·J·戈尔登，
申请(专利权)人：克林迪塞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US