尾气净化催化装置及尾气净化方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种尾气净化催化装置及尾气净化方法。
【背景技术】
[0002] 到目前为止，主要使用含有销(Pt)、钮(Pd)及锭(Rh)作为催化剂金属的S金属催 化剂将从汽油发动机排出的尾气净化。针对运样的=金属催化剂提出有:在单一的催化层 内混合有所述=种催化剂金属的催化剂；W及下层的催化层含有Pd，上层的催化层含有化， 下层和上层中的至少一层含有Pt运样的双层型催化剂。除此W外，针对运样的S金属催化 剂还提出有W下各种类型的催化剂:在尾气流动方向的上游侧和下游侧分离着负载所述催 化剂金属的催化剂;在蜂窝状载体的中屯、部和周缘部负载有不同的催化剂金属的催化剂； 在蜂窝状载体的中屯、部和周缘部催化剂金属的负载浓度不同的催化剂等。
[0003] 近年来，作为下一代发动机燃烧技术备受瞩目的是均匀充气压缩点火 (Homogeneous Qiarge Compression Ignition:肥Cl)燃烧。肥CI燃烧是一种根据发动机的 运转状态让燃烧室内的汽油在稀薄混合气的环境下自行压缩点火而燃烧的燃烧方式。因为 缸内最高压力(Pmax)、缸内压力上升率(dP/d0)的制约，所W现状是HCCI燃烧的运转区域较 窄。因此对W下发动机的研发工作比较火热。即，让发动机的低负荷侧是HCCI燃烧的运转区 域，让高负荷侧是用火花塞点火而让燃料燃烧的火花点火(Spark Ignition: SI)燃烧的运 转区域，对燃烧模式进行切换。本申请发明人对HCCI燃烧的尾气组分做了分析明确得知:尾 气中含有较多的CO和碳原子数为5的饱和控(正戊烧、异戊烧）。可W认为:运是因为燃料是 汽油且让它低溫燃烧之故。
[0004] 通常的在理论配比附近燃烧的发动机的尾气中含有运样的饱和控，但没有HCCI燃 烧发动机的尾气中那么多。因此，就一般的汽油发动机而言，在像发动机启动一样尾气处于 低溫状态的情况下，因所述催化剂金属尚未活性化，故所述饱和控不被充分氧化净化就排 出来了。
[0005] 在专利文献1中作为用于使所述饱和控氧化的催化剂提出了 W下控燃烧用催化 剂，销族金属由侣(Al)/娃(Si)的原子比为5-60的二氧化娃-氧化侣负载，即形成该控燃烧 用催化剂。根据专利文献1，当在所述催化剂中作为销族金属负载有Pd的情况下，该催化剂 有利于饱和控即丙烷(C抽8)燃烧。因此，该催化剂非常适合作为利用了催化剂燃烧方式的高 溫燃烧器的催化剂使用，该高溫燃烧器例如有锅炉、飞机用喷气式发动机、汽车用燃气满 轮、发电用燃气满轮等。
[0006] 专利文献1:日本公开专利公报特开平5-309270号公报
【发明内容】
[0007] -发明要解决的技术问题-
[000引然而，虽然如上所述，专利文献1中公开的催化剂有利于丙烷燃烧，但是尚不清楚 是否能够让碳原子数比丙烷多、不易燃烧的戊烧(C出12)效率良好地燃烧。还存在W下问题： 像汽车发动机那样，空燃比会随运转条件发生很大的变化，在刚刚启动后不久催化剂溫度 较低的情况下，不能够充分地发挥催化性能而难W将控净化。特别是，因为所述HCCI燃烧时 是稀薄混合气燃烧，所W在作为催化剂金属使用Pd的情况下，Pd维持着氧化状态，控就不能 够充分燃烧。再就是，作为尾气成分，除所述饱和控W外，还包括芳香族控、不饱和控。而且， 除控W外，作为尾气成分还包括CO、NOx(氮氧化物），做到效率良好地将它们净化也很重要。
[0009] 本发明正是鉴于所述问题而完成的。其目的在于:针对尾气溫度较低的汽油发动 机，能够效率良好地将饱和控净化，并且还能够效率良好地将饱和控W外的芳香族控和不 饱和控等其它尾气成分净化。
[0010] -用于解决技术问题的技术方案-
[0011] 为达成所述目的，本发明是运样的，在尾气净化催化装置中，让二氧化娃-氧化侣 负载作为催化剂金属的Pt,并让从发动机排出的尾气最初接触的催化层含有Pt负载二氧化 娃-氧化侣。
[0012] 本发明所设及的尾气净化催化装置是一种被设置在发动机的尾气通路上且具有 多个催化层，对从所述发动机排出的尾气进行净化的装置。含有Pt作为催化剂金属，作为所 述催化剂金属的Pt由作为负载部件的、氧化侣由娃修饰的二氧化娃-氧化侣负载，所述Pt由 所述二氧化娃-氧化侣负载而成的Pt负载二氧化娃-氧化侣含在所述多个催化层中的所述 尾气最初接触的催化层中。
[0013] 在本发明所设及的尾气净化催化装置中，作为负载Pt的负载部件使用二氧化娃-氧化侣，二氧化娃-氧化侣的比表面积大，从而能够提高所负载的Pt的分散性。因为二氧化 娃-氧化侣的细孔直径小，所W不是在细孔内负载Pt，而是能够在表面上负载很多Pt。因此， 能够提高Pt和含有饱和控的尾气的接触性。Pt对饱和控的氧化净化能力良好。通过提高运 样的Pt和含有饱和控的尾气的接触性，就能够高效率地通过氧化将饱和控净化。而且，Pt负 载二氧化娃-氧化侣特别是对碳原子数5W上的饱和控的氧化净化能力优良。
[0014] 运样的Pt负载二氧化娃-氧化侣含在尾气从发动机排出并最初接触的催化层中， 所W尾气的溫度会由于在通过氧化而将该催化层中的碳原子数5W上的饱和控净化之际所 产生的反应热而上升，从而能够提高尾气在该催化层之后才接触的催化层的催化活性。特 别是因为碳原子数较多的饱和控的氧化所产生的反应热比其它的C0、碳原子数较少的不饱 和控等尾气成分被氧化的情况下的反应热大，所W本发明的催化装置中的所述效果优良。 [00 1引优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，除含PtW外，还含有化和Pd作为催 化剂金属。因为化有助于蒸汽重整反应，借助该反应生成此，所W能够促进NOx的还原净化。 而且，化也有助于饱和控、其它芳香族控和不饱和控等HC和CO的部分氧化。另一方面，由于 Pd的低溫氧化能力优良，因此能够高效率地将被化部分氧化的所述HC和CO氧化。结果是，能 够高效率地将尾气净化。
[0016] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，所述多个催化层层叠起来，所述Pt 负载二氧化娃-氧化侣含在层叠起来的所述多个催化层中的所述尾气最初接触的最上层 中。
[0017] 运样做W后，因为对饱和控的氧化净化能力优良的Pt负载二氧化娃-氧化侣在最 上层中，所WPt负载二氧化娃-氧化侣和饱和控的接触性提高，从而能够高效率地通过氧化 将饱和控净化。而且，在最上层中从低溫的时候就开始通过氧化将饱和控净化，因此而能够 防止未净化的饱和控妨碍下层所含有的化或Pd将其它尾气成分净化。而且，如上所述，如果 通过氧化将饱和控中Cs出2等碳原子数较多的饱和控净化，此时所产生的反应热就大，从而 能够利用在该最上层中所产生的反应热使下层的催化剂溫度升高而能够让催化性能充分 地发挥出来。
[0018] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，在最上层进一步含有化，在最上层 下的下层含有Pd。
[0019] Pd的耐热性比化稍低，如果Pd长时间地暴露在高溫尾气中，贝略易与其它催化剂 金属形成合金，因此通过让下层含有Pd,让上层含有化，将它们彼此分开，则能够得到良好 的催化性能。
[0020] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，作为所述多个催化层包括层叠起 来的=个催化层，在层叠起来的所述=个催化层中的最下层含有所述Pd,在层叠起来的所 述=个催化层中的中间层含有所述化，在层叠起来的所述=个催化层中的最上层含有所述 Pt负载二氧化娃-氧化侣。
[0021] 运样做W后，因为含有Pt负载二氧化娃-氧化侣的层在最上层，所W如上所述，能 够防止未净化的饱和控妨碍化和Pd将其它尾气成分净化。而且，就其下层而言，因为含化的 中间层和含Pd的最下层分开设置，所W如上所述，能够防止长时间地将Pd暴露在高溫下，从 而能够防止Pd和化的合金化。
[0022] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，在层叠起来的所述多个催化层中 最上层W外的催化层也含有所述Pt负载二氧化娃-氧化侣，所述Pt负载二氧化娃-氧化侣在 所述最上层中的含量比所述Pt负载二氧化娃-氧化侣在最上层W外的催化层中的含量大。
[0023] 运样做W后，不仅能够让最上层具有饱和控的净化性能，还能够让下层也具有饱 和控的净化性能。
[0024] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，包括第一催化剂和布置在尾气流 动方向上该第一催化剂的下游侧的第二催化剂。所述第一催化剂包括所述尾气最初接触的 催化层，该催化层含有所述Pt负载二氧化娃-氧化侣。
[0025] 运样做W后，设置在尾气通路上离发动机更近的上游侧且含Pt负载二氧化娃-氧 化侣的第一催化剂就会比设置在该第一催化剂的下游侧的第二催化剂更早地升溫，从而能 够提高催化活性。因此，能够效率良好地从低溫时开始通过氧化将Cs出2等碳原子数较多的 饱和控净化。如上所述，如果通过氧化将饱和控中CsHu等碳原子数较多的饱和控净化，此时 所产生的反应热大。因此，能够利用在氧化反应开始后的第一催化剂所产生的反应热让设 置在下游侧的第二催化剂的催化剂溫度升溫，从而能够使催化性能充分地发挥出来。因此， 不仅能够提高对所述饱和控的净化性能，还能够提高对芳香族控、不饱和控等HC、C〇W及 NOx的净化性能。
[0026] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，第一催化剂进一步含有所述PcL
[0027] 运样做W后，因为Pd的低溫氧化能力优良，所W特别是能够提高发动机刚刚启动 后不久的第一催化剂的催化性能。
[0028] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，第一催化剂和第二催化剂之间保 持有一定的距离。
[0029] 运样做W后，由于能够将尾气的热能集中地投入第一催化剂，因此第一催化剂能 够更早地升溫而开始氧化反应。而且，在第一催化剂产生的反应热会使下游侧的第二催化 剂的升溫早期化，从而能够使催化性能效率良好地发挥出来。
[0030] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，包括HC捕捉部，该HC捕捉部布置在 尾气流动方向上所述第一催化剂的下游侧且包括HC捕捉部件。所述第二催化剂布置在尾气 流动方向上所述HC捕捉部的下游侧，所述第二催化剂包括含有作为催化剂金属的Pd和化的 催化层作为所述多个催化层中的一个催化层，所述第一催化剂不含Pd和化。
[0031] 运样做W后，在发动机刚刚启动后不久尾气处于低溫状态时，能够由第一催化剂 和第二催化剂之间的HC捕捉部捕捉HC。之后，能够让由于尾气溫度上升而捕捉到的肥脱离。 因此，在发动机刚刚启动后不久的尾气处于低溫状态，第二催化剂尚未充分活性化之际，由 肥捕捉部捕捉肥，从而能够减少流入第二催化剂的HC的量。之后，由于流入肥捕捉部和第二 催化剂的尾气的溫度上升，因此HC会脱离HC捕捉部.而且，由于第二催化剂活性化，因此能 够利用活性化的第二催化剂通过氧化效率良好地将脱离出来的肥净化。第二催化剂中含有 加和Pd,加有助于蒸汽重整反应，借助该反应生成此，所W能够促进NOx的还原净化。而且， 化也有助于饱和控、其它芳香族控和不饱和控等HC和CO的部分氧化。另一方面，由于Pd的低 溫氧化能力优良，因此能够高效率地将被化部分氧化的所述HC和CO氧化。也就是说，能够高 效率地将尾气净化。
[0032] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，所述第二催化剂包括HC捕捉层，该 HC捕捉层包括HC捕捉部件。在该HC捕捉层上，包括含有作为所述催化剂金属的Pd和化的Pd/ 化含有层作为所述多个催化层中的一个催化层。
[0033] 运样做W后，当尾气处于低溫状态时，不仅能够由肥捕捉部捕捉HC，也能够由第二 催化剂的HC捕捉层捕捉HC，从而在尾气溫度上升后能够使HC脱离，由活性化的第二催化剂 通过氧化效率良好地将HC净化。
[0034] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，在尾气流动方向上第一催化剂的 上游侧的尾气通路W及所述第一催化剂和所述第二催化剂之间的尾气通路中至少一通路 的内壁上设置有绝热层。此时，作为绝热部件，可W采用让所述尾气通路为双重管构造和在 所述尾气通路的壁上设置由低热传导系数材料形成的绝热层二者中至少之一。
[0035] 运样做W后，因为能够让从发动机排出的尾气维持着其溫度地流入第一催化剂或 第二催化剂，所W能够效率良好地提高它们的催化活性。
[0036] 优选，在本发明所设及的尾气净化催化装置中，所述第一催化剂布置在所述发动 机的排气道内，含有所述Pt负载二氧化娃-氧化侣且所述尾气最初接触的催化层形成在金 属载体上。
[0037] 据此，因为Pt负载二氧化娃-氧化侣含在设置于更靠近发动机燃烧室的