用于汽油发动机的废气净化系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于汽油发动机的废气净化系统，该废气净化系统依次包括以下装置：第一三元催化剂(TWC1)，汽油微粒过滤器(GPF)和第二三元催化剂(TWC2)，其中该TWC2的铂族金属浓度(PGM)大于该GPF的PGM，其中该PGM以该装置的体积的g/ft3为单位测定。本发明专利技术还公开了使用该系统的方法以及该系统的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于汽油发动机的废气净化系统本专利技术涉及用于汽油发动机的废气净化系统，其依次包括第一三元催化剂、汽油微粒过滤器和第二三元催化剂。本专利技术还涉及其方法和用途。现有技术来自汽油发动机的废气包含污染物，这些污染物必须在废气释放到环境中之前被去除。就这一点而言，最相关的污染物是氮氧化物(NOx)、烃(HC或THC)、一氧化碳(CO)和颗粒物，尤其是烟尘。其它污染物包括硫氧化物(SOx)和挥发性有机化合物(VOC)。此类气态污染物通过位于发动机下游的催化剂系统和装置从废气中去除。通常，此类系统包括三元催化剂(TWC)，其能够去除氮氧化物、烃和一氧化碳。近年来，越来越关注从汽油发动机的废气中去除颗粒物，尤其是烟尘。多年来，烟尘颗粒仅从柴油发动机废气中去除。然而，越来越多的证据表明，来自汽油发动机的细烟尘颗粒也会损害健康。因此，强烈倾向于为汽油发动机的废气净化系统配备汽油微粒过滤器(GPF)。GPF应有效地降低废气的颗粒质量(PM)和颗粒数(PN)。在欧盟，2014年9月发布的标准EURO6第一次定义客运车辆汽油发动机颗粒物的最大水平。目前，公共机构对车辆和汽油发动机制造商提高废气纯度的需求日益增加。全球范围内的趋势是降低此类污染物排放水平的法律阈值。此外，欧盟计划使用名称为“实际驾驶排放”(RDE)的便携式排放测量系统在实际条件下为车辆引入强制性测试。此类需求对制造商施加了高压，以提供符合所有法律标准的废气净化系统。就这一点而言，已知的问题是废气污染物的量和比率可根据发动机的操作条件而显著变化。车辆废气净化系统在如城市交通、长距离交通、低速或高速、冷或热环境以及谨慎驾驶或攻击性驾驶的不同条件下应该都是有效的。另一个问题是，汽油发动机应具有低燃料消耗以保持二氧化碳排放低。二氧化碳被认为是温室效应和全球变暖的主要原因。因此，增加废气纯度的尝试不应不利地影响汽油发动机的性能。一般问题是，当催化剂装置诸如TWC与GPF组合来净化来自汽油发动机的废气时，难以在保持汽油发动机的高性能的同时实现所有相关污染物的有效耗尽。原因在于，废气净化系统的至少部分具有对抗性的三种不同特性必须彼此一致。因此，该系统应具有高催化活性、高过滤效率和低压降。高效移除颗粒需要高过滤效率。气体污染物诸如HC、NOx和CO的有效耗尽需要高催化活性。保持高发动机性能需要低压降。相比之下，增加的压降趋于降低发动机的效率，这导致更高的燃料消耗和二氧化碳排放。一般问题是，GPF和催化装置需要高温来进行有效操作。因此，它们必须靠近发动机操作，这导致整个废气净化系统的尺寸限制。为了增加废气净化系统的过滤效率或催化活性，需要更多的催化剂材料和过滤部件。在催化系统的有限空间中，这通常与GPF和催化装置中的压降增大相关联。原因在于废气在通过此类装置中的过滤材料和多孔涂层时被衰减。因此，必须降低汽油发动机的效率，并且排放更多的二氧化碳以获得相当的性能。另一方面，如果压降保持较低，则难以在废气净化系统的有限空间中实现良好的过滤效率和高催化活性。现有技术中已进行了各种尝试来提供克服上述问题的汽油发动机净化系统。例如，已描述了配备有特定催化剂或催化剂组合的各种催化装置和汽油微粒过滤器。就这一点而言，催化剂可设置有金属或催化剂层的特定组合。其它解决方案专注于此类装置的内部结构或特定物理特性。此外，为了提高效率，已经提出了具有多个装置的特殊布置的废气净化系统。例如，DE102015212514A1建议两个连续TWC和位于第二TWC下游的GPF的组合。WO2010/052055A1还公开了第一TWC、第二下游TWC和更下游的GPF的组合。此类系统的一个问题是，当再生末端GPF并燃烧储存的烟尘时，可以形成新的污染物诸如CO和HC，并将其排放到环境中。另一个问题是，末端GPF相对远离发动机定位。因此，其不能通过发动机废气快速有效地加热以实现最佳工艺温度。此外，难以实现有效烟尘燃烧所需的高再生温度，因此必须触发主动再生。一般来讲，在低的非最佳温度下操作GPF降低了效率并增加了残余污染物的量。因此，此类系统的性能仍可得到改善。WO2017/004414A1公开用于净化来自汽油发动机的废气的各种系统，所述系统包含N2O去除催化剂。例如，上游TWC与下游装置诸如GPF和N2O去除催化剂联接。然而，末端催化装置用于N2O去除，并且不能有效地去除上游GPF中形成的污染物，诸如CO和CH。文档中提供的数据还指示总体性能仍可得到改善。WO2010/096641A1还公开了上游TWC、下游颗粒物控制装置和下游NOx控制系统的组合，该上游TWC紧密联接到汽油发动机。然而，末端催化装置关注NOx去除，并且不能有效地去除上游GPF中最相关的污染物，例如在GPF再生期间形成的污染物。总体而言，系统的性能仍可得到改善。总体而言，持续需要提供克服上述问题的用于汽油发动机的废气净化系统。本专利技术的根本问题本专利技术的根本问题是提供克服上述问题的用于汽油发动机的废气净化系统。具体地讲，将提供用于汽油发动机的废气净化系统，其有效地去除相关污染物，尤其是NOx、烃(HC)、一氧化碳和颗粒物，尤其是烟尘。烟尘的过滤效率在颗粒质量以及颗粒数方面应较高。同时，系统的压降应较低，使得发动机可保持高性能并且二氧化碳排放将不增加。一个特别的问题是，提供用于汽油发动机的废气净化系统，该系统在各种不同的操作条件下是有效的。因此，污染物的水平在RDE条件下也应较低。此外，通过车载诊断(OBD系统)对系统的常规监测应当是方便的并且提供适当的结果。本专利技术的另一个根本问题是提供具有高净化效率但相对简单并且可用于标准汽车应用的系统。该系统应相对紧凑、稳定并且便于制造和使用。
技术实现思路
令人惊讶的是，发现本专利技术的根本问题通过根据权利要求所述的废气净化系统来解决。本专利技术的其它实施方案在整个说明书中概述。本专利技术的主题是一种用于汽油发动机的废气净化系统，其依次包括以下装置：第一三元催化剂(TWC1)、汽油微粒过滤器(GPF)和第二三元催化剂(TWC2)，其中TWC2的铂族金属浓度(PGM)大于GPF的PGM，其中PGM以装置的体积的g/ft3为单位测定。本专利技术涉及用于汽油发动机的废气净化系统。汽油发动机是使用汽油(petrol/gasoline)作为燃料的内燃机。汽油发动机不同于不使用火花点火的柴油发动机。一般来讲，从汽油发动机排放的废气具有与来自柴油发动机的废气不同的组成，并且需要不同的废气净化系统。优选地，发动机使用汽油直接喷射(GDI)，也称为缸内直接喷射，因为已知这些发动机具有改善的燃料效率。通常，来自此类发动机的废气包含相对较高数量的相对较小的烟尘颗粒。尤其是对于此类发动机，可能有利的是，该系统能够有效地去除烟尘颗粒。净化系统包括如上所概述的三个装置。通常，这些装置是不同的单元，其可设置在单独的壳体中。这些装置可通过连接部件诸如管和/或插头连接。这三个装置依次布置，使得TWC1位于GPF的上游，GPF位于TWC2的上游。TWC1定位在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于汽油发动机的废气净化系统，所述废气净化系统依次包括以下装置：/n第一三元催化剂(TWC1)、汽油微粒过滤器(GPF)和第二三元催化剂(TWC2)，/n其中所述TWC2的铂族金属浓度(PGM)大于所述GPF的PGM，其中所述PGM以所述装置的体积的g/ft3为单位测定。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181018 EP 18201088.41.一种用于汽油发动机的废气净化系统，所述废气净化系统依次包括以下装置：
第一三元催化剂(TWC1)、汽油微粒过滤器(GPF)和第二三元催化剂(TWC2)，
其中所述TWC2的铂族金属浓度(PGM)大于所述GPF的PGM，其中所述PGM以所述装置的体积的g/ft3为单位测定。


2.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC1的铂族金属浓度(PGM)与所述TWC2的PGM的比率为1.1至10、优选地1.25至9、更优选地1.45至5，其中所述PGM以所述装置的体积的g/ft3为单位测定。


3.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC1的铂族金属浓度(PGM)比所述TWC2的PGM大至少40％，其中所述PGM以所述装置的体积的g/ft3为单位测定。


4.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC1的铂族金属浓度(PGM)大于所述GPF和TWC2的PGM之和，其中所述PGM以所述装置的体积的g/ft3为单位测定。


5.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC2的铂族金属的总量为0.1g至8g。


6.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC1包含钯和/或铑，并且/或者其中所述TWC2包含钯和/或铑。


7.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC2的铂族金属总量中铑的百分比为至少10重量％。


8.根据前述权利要求中的至少一项所述的系统，其中所述TWC2的洗涂层负载(WCL)大于所述GPF...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·舍恩哈拜尔，JM·里赫特，C·布劳恩，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE