Электроподогреваемый катализатор для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

Описано устройство для контроля выбросов для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Устройство для контроля выбросов включает: первый катализатор, включающий электроподогреваемый носитель и первый состав, расположенный на электроподогреваемом носителе, и второй катализатор, включающий носитель и второй состав, расположенный на носителе. Первый состав содержит оксид алюминия и первый металл платиновой группы (МПГ). Где второй состав содержит оксид алюминия и второй металл платиновой группы (МПГ). Загрузка первого состава меньше, чем загрузка второго состава. Первый катализатор расположен выше по потоку от второго катализатора. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству для контроля выбросов для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, такого, как дизельный двигатель. Изобретение также относится к выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и транспортному средству, включающему двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия вырабатывают выхлопные газы, обычно содержащие по меньшей мере четыре класса загрязнений, которые запрещены межправительственными организациями по всему миру: моноксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (HC), оксиды азота (NO_x) и твердые частицы (ТЧ). Устройства для контроля выбросов, известные как катализаторы окисления (или катализаторы окисления дизеля), как правило, используют для переработки моноксида углерода (CO) и углеводородов (HC), включая летучую органическую фракцию (VOF) твердых частиц (PM), в выбросах, вырабатываемых двигателями внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Такие катализаторы обрабатывают моноксид углерода (CO) путем его окисления до оксида углерода (CO₂) и обрабатывают углеводороды (HC) путем окисления их до воды (H₂O) и диоксида углерода (CO₂).

Катализаторы окисления для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, как правило, включают металлы платиновой группы (МПГ) и материал основы, которые нанесены на носитель. Однако требуется несколько минут для нагрева катализаторов окисления до их эффективной рабочей температуры от холодного запуска, а за это время в воздух может быть выброшено значительное количество загрязнителя.

Один из способов доведения катализатора окисления до его эффективной рабочей температуры – это внедрение электрического нагревателя в выхлопную систему или в устройство для контроля выброса. Например, в Европейском патенте EP 0579415 A1 описан нагреватель катализатора, расположенный до него в выхлопной системе. Выхлопная система содержит катализатор для обработки выхлопных газов для противодействия загрязнению воздуха и некаталитический нагреватель, расположенный до катализатора, для снижения времени, необходимого для достижения катализатором эффективной температуры реакции. У нагревателя имеется по меньшей мере 15 нагреваемых каналов на см² по данным измерений под прямым углом к потоку протекающего через них газа; нагреваемые каналы имеют длину менее 1,0 см, так что при работе газ проходит через каналы и, таким образом, нагревается до того, как достигает катализатора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Катализаторы окисления, содержащие сочетание МГП и основу из оксида алюминия, демонстрируют хорошую окислительную активность в отношении моноксида углерода (CO) и углеводородов (HC) в выхлопных газах, производимых двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Однако такие катализаторы требуют значительного времени на нагрев до эффективной рабочей температуры (например, температуры воспламенения) от холодного запуска. Данный катализатор также может охлаждаться до температуры ниже эффективной рабочей температуры во время простоя транспортного средства или при применении в транспортном средстве с двигателем в режиме пуск–останов.

Металлы платиновой группы, такие как платина и палладий, – это дорогие компоненты устройств для контроля выброса. С учетом все более строгого экологического законодательства на производителей оказывается давление, и они вынуждены изготавливать устройства для контроля выброса с повышенной активностью без увеличения содержания металлов платиновой группы в катализаторе окисления.

Настоящее изобретение относится к катализаторам окисления для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, которые включают сочетание из металла платиновой группы (МПГ) и материала основы из оксида алюминия. Соответственно, изобретение описывает устройство для контроля выброса для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, которое содержит:

(a) первый катализатор, представляющий собой электроподогреваемый носитель, и первый состав, расположенный на электроподогреваемом носителе, где первый состав представляет собой оксид алюминия и первый металл платиновой группы (МПГ);

(b) второй катализатор, представляющий собой носитель, и второй состав, расположенный на носителе, где второй состав представляет собой оксид алюминия и второй металл платиновой группы (МПГ); и

где загрузка первого состава меньше, чем загрузка второго состава.

Для использования объема от электроподогреваемого носителя включают каталитически активный состав на электроподогреваемом носителе. Далее, изобретатели поняли, что оксид алюминия – это теплоизолятор. Фактически удельная теплоемкость оксида алюминия относительно высока (по имеющимся данным, около 760–900 Дж/кг К) по сравнению с другими материалы основы, которые обычно применяют в катализаторах окисления. Считается, что меньшая удельная теплоемкость материала основы из оксида алюминия на электроподогреваемом носителе по сравнению с основным носителем способствует теплопереносу от электронагревательных элементов.

Сочетание электроподогреваемого носителя, покрытого составом, включающим МПГ, может привести к быстрому повышению температуры выхлопной системы, так, чтобы второй катализатор быстро достигал своей эффективной рабочей температуры после холодного запуска. Это означает, что устройство для контроля выброса может гораздо быстрее окислять моноксид углерода (CO), углеводороды (HC) и оксиды азота (NO_x) после запуска машины из холодного состояния. В результате может иметь место снижение общего количества CO и HC, которые выбрасываются в атмосферу (например, в качестве меры стандартного ездового цикла) непосредственно из устройства для контроля выброса по сравнению с традиционным катализатором окисления с тем же количеством платины и палладия.

Первый катализатор в устройстве для контроля выброса согласно изобретению также может поддерживать температуру второго катализатора на уровне, равном или превышающем его эффективную рабочую температуру, когда температура выхлопных газов начинает снижаться, как в случае холостого хода транспортного средства, или когда двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия временно остановлен. Наличие каталитически активного покрытия (например, первого состава) на электроподогреваемом носителе также может приводить к снижению общего потребления электроэнергии носителем, поскольку само покрытие вырабатывает тепло при достижении эффективной рабочей температуры.

Далее изобретение предусматривает выхлопную систему для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Выхлопная система включает устройство контроля выбросов согласно изобретению.

Кроме того, изобретение относится к транспортному средству. Транспортное средство включает двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и либо устройство для контроля выброса согласно изобретению, либо выхлопную систему согласно изобретению.

Еще одна особенность настоящего изобретения относится к применению устройства для контроля выброса для обработки выхлопных газов, производимых двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, где устройство для контроля выброса содержит:

(a) первый катализатор, представляющий собой электроподогреваемый носитель, и первый состав, расположенный на электроподогреваемом носителе, где первый состав представляет собой оксид алюминия и первый металл платиновой группы (МПГ);

(b) второй катализатор, представляющий собой носитель, и второй состав, расположенный на носителе, где второй состав представляет собой оксид алюминия и второй металл платиновой группы (МПГ); и

где загрузка первого состава меньше, чем загрузка второго состава.

Далее изобретение относится к способу обработки выхлопного газа, вырабатываемого двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, где способ включает пропускание выхлопных газов через устройство для контроля выброса в атмосферу согласно изобретению.

Любая ссылка на обработку выхлопных газов, производимых двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, включает обработку (например, окисление) моноксида углерода (CO) и углеводородов (HC) в выхлопном газе, как в случае окисления моноксида углерода (CO), углеводородов (HC) и оксида азота (NO).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показано устройство для контроля выброса согласно настоящему изобретению, которое включает электроподогреваемый носитель или подогревающий диск (1), покрытый первым каталитически активным составом, и носитель (2), покрытый вторым каталитически активным составом. Источник электроэнергии может быть электрически соединен с электродом (3).

На фиг. 2 показана торцевая сторона (например, лицевая поверхность с впускной стороны устройства для контроля выброса) электроподогреваемого носителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При электроподогреве первого катализатора первый состав быстро достигает своей эффективной температуры (например, температуры воспламенения). Это происходит гораздо быстрее, чем в случае теплопередачи от выхлопных газов, проходящих через катализатор к носителю. Когда первый катализатор достигает своей эффективной температуры, он начинает катализировать экзотермические реакции (например, окисление CO и/или углеводородов). Генерируемое тепло может способствовать доведению второго катализатора до его эффективной рабочей температуры.

Устройство для контроля выброса согласно изобретению пригодно для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, в особенности дизельного двигателя. Температура выхлопных газов, производимых двигателями внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, как правило, ниже, чем температура выхлопных газов, вырабатываемых двигателями с искровым зажиганием (например, бензиновыми двигателями с искровым зажиганием) той же емкости. В принципе устройство для контроля выброса согласно изобретению можно использовать для обработки выхлопных газов, производимых двигателем с искровым зажиганием, на таких территориях, как Калифорния, где быстрый нагрев выхлопных газов после запуска двигателя обеспечивает соответствие требованиям экологического законодательства. Однако устройство для контроля выброса согласно изобретению в особенности благоприятно для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, таких как дизельные двигатели.

Устройство для контроля выброса включает первый катализатор и второй катализатор. Устройство для контроля выброса может состоять из первого катализатора и второго катализатора.

В общем случае, первый катализатор и второй катализатор – это катализаторы окисления. Таким образом, первый катализатор и/или второй катализатор предназначены для окисления моноксида углерода (CO), углеводородов (HC) и в некоторых случаях оксидов азота (NO_x) в выхлопных газах, вырабатываемых двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Как правило, первый катализатор предназначен для применения в качестве дизельного катализатора окисления (DOC).

Первый катализатор представляет собой электроподогреваемый носитель и первый состав, расположенный на электроподогреваемом носителе. Первый катализатор, как правило, включает один электроподогреваемый носитель. Таким образом, первый катализатор может состоять из электроподогреваемого носителя и первого состава. Первый катализатор, как правило, содержит соединение в цепи электропитания, предпочтительно по меньшей мере два соединения в цепи электропитания, более предпочтительно только два соединения в цепи электропитания. Каждое соединение в цепи электропитания может быть соединено с электроподогреваемым носителем и источником электропитания. Первый катализатор можно нагревать при помощи джоулева нагрева, когда электрический ток, протекающий через сопротивление, превращает электрическую энергию в тепловую энергию.

Электроподогреваемый носитель – это применяемый электроподогреваемый носитель.

В общем случае, электроподогреваемый носитель представляет собой металл. Металл может быть электрически соединен с источником электропитания или сетью электропитания.

В принципе, можно использовать любой электроподогреваемый носитель. Примеры электроподогреваемых носителей описаны в патентах США US 4300956, US 5146743 и US 6513324.

Как правило, электроподогреваемый носитель – это электроподогреваемый носитель с сотовой структурой. Электроподогреваемый носитель может быть применяемым электроподогреваемым носителем с сотовой структурой.

Электроподогреваемый носитель с сотовой структурой может представлять собой монолитный металл. Монолитный металл может представлять собой лист гофрированного металла или фольгу. Листы гофрированного металла или фольга могут быть свернутыми, скрученными или многослойными. Когда лист гофрированного металла свернут или скручен, его можно скрутить или свернуть в рулон спиральной или концентрической формы.

Металл электроподогреваемого носителя, монолитный металл и/или лист гофрированного металла или фольга могут представлять собой ферритовую алюминийсодержащую сталь, такую как Fecralloy®.

Электроподгреваемый носитель может представлять собой подогревающий диск. Вообще говоря, подогревающий диск имеет вид скрученной спирали во избежание короткого замыкания между анодом и катодом.

В общем случае, плотность упаковки элементов в электроподогреваемом носителе ниже, чем плотность упаковки элементов в носителе второго катализатора.

Электроподогреваемый носитель может обладать плотностью упаковки элементов от 50 до 200 элементов на квадратный дюйм (cpsi), предпочтительно от 75 до 175 cpsi.

Как правило, осевая длина электроподогреваемого носителя меньше осевой длины носителя второго катализатора. Осевая длина электроподогреваемого носителя может быть меньше 15% осевой длины носителя второго катализатора. Предпочтительно, чтобы осевая длина электроподогреваемого носителя была меньше 14%, например, меньше 13% (например, меньше 10%) осевой длины носителя второго катализатора.

Как правило, первый состав наносят непосредственно на поверхность электроподогреваемого носителя. Обычно, первый состав наносят непосредственно на поверхность стенок каналов электроподогреваемого носителя. Это осуществляют путем нанесения покрытия из пористого оксида, включающего первый состав, на электроподогреваемый носитель.

В принципе, первый состав может представлять собой ряд слоев и/или зон. Предпочтительно, чтобы первый состав представлял собой один слой или состоял из одного слоя.

В устройстве для контроля выброса согласно изобретению первый состав содержит оксид алюминия и первый металл платиновой группы (МПГ). Как правило, предпочтительно, чтобы первый состав включал первый МПГ и первый материал основы, где первый материал основы представляет собой оксид алюминия. Первый состав может представлять собой или состоять главным образом из первого МПГ и первого материала основы.

Первый материал основы может представлять собой или состоять главным образом из смешанного оксида, включающего оксид алюминия и огнеупорный оксид, или сложного оксида, включающего оксид алюминия и огнеупорный оксид, где огнеупорный оксид выбирают из группы, включающей оксид кремния, оксид титана, оксид циркония и оксид церия. Предпочтительно, чтобы огнеупорный оксид представлял собой оксид кремния.

Когда первый материал основы представляет собой или состоит главным образом из смешанного оксида алюминия и тугоплавкого оксида или сложного оксида, включающего оксид алюминия и тугоплавкий оксид, тогда предпочтительно первый материал основы (например, смешанный оксид или сложный оксид) включает по меньшей мере 50–99 вес. % оксида алюминия, более предпочтительно 70–95 вес. % оксида алюминия, даже более предпочтительно 75–90 вес. % оксида алюминия.

Первый материал носителя включает оксид алюминия или может состоять главным образом из оксида алюминия. Оксид алюминия может представлять собой α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ или γ-Al₂O₃. Предпочтительно, чтобы оксид алюминия представлял собой или состоял главным образом из γ-Al₂O₃.

Первый материал основы может включать оксид алюминия, допированный допантом. Включение допанта может термически стабилизировать оксид алюминия и, таким образом, первый материал основы. Следует понимать, что любая ссылка на "допирование" в этом контексте относится к материалу, где объемная решетка или исходная решетка оксида алюминия допирована допантом по типу замещения либо по типу внедрения. В некоторых случаях небольшие количества допанта могут присутствовать на поверхности оксида алюминия. Однако большая часть допанта, как правило, находится в объеме оксида алюминия.

Когда оксид алюминия допирован, как правило, общее количество допанта составляет от 0,1 до 5 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия). Предпочтительно, чтобы общее количество допанта составляло 0,25 –2,5 вес. %, более предпочтительно 0,5–1,5 вес. % (например, около 1 вес. %).

Оксид алюминия может быть допирован допантом, представляющим собой кремний (Si), магний (Mg), барий (Ba), лантан (La), церий (Ce), титан (Ti) или цирконий (Zr) или же сочетание двух и более из указанных компонентов. Допант может представлять собой или состоять главным образом из оксида кремния, оксида магния, оксида бария, оксида лантана, оксида церия, оксида титана или оксида циркония. Предпочтительно допант представляет собой или состоит главным образом из кремния, магния, бария или церия или их оксидов, в особенности кремния или церия или их оксидов. Более предпочтительно допант представляет собой или состоит главным образом из кремния, магния или бария или их оксидов, в особенности кремния или магния или их оксидов; в особенности кремния или его оксида.

Примеры оксида алюминия, допированного допантом, включает оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный оксидом магния, оксид алюминия, допированный барием или оксидом бария, оксид алюминия, допированный оксидом лантана, или оксид алюминия, допированный оксидом церия, в особенности оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный оксидом лантана, или оксид алюминия, допированный оксидом церия. Предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный барием или оксидом бария, или оксид алюминия, допированный оксидом магния. Более предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния, или оксид алюминия, допированный оксидом магния. Даже более предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния. Оксид алюминия, допированный допантом, можно изготовить с применением способов известных при текущем уровне техники, или например, согласно способу, описанному в патенте США US 5045519.

Когда оксид алюминия – это оксид алюминия, допированный оксидом кремния, тогда оксид алюминия допирован оксидом кремния в общем количестве от 0,5 до 45 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия), предпочтительно от 1 до 40 вес. %, более предпочтительно от 1,5 до 30 вес. % (например, от 1,5 до 10 вес. %), в особенности от 2,5 до 25 вес. %, конкретнее от 3,5 до 20 вес. % (например, от 5 до 20 вес. %), еще более предпочтительно от 4,5 до 15 вес. %.

Когда оксид алюминия – это оксид алюминия, допированный оксидом магния, оксид алюминия допирован магнием в количестве, определенном выше, или в количестве от 1 до 30 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия), предпочтительно от 5 до 25 вес. %.

Первый материал основы может представлять собой или включать главным образом алюминат щелочноземельного металла. Термин "алюминат щелочноземельного металла", как правило, относится к соединению с формулой MAl₂O₄, где "M" представляет собой щелочноземельный металл, такой как Mg, Ca, Sr или Ba. Такие соединения, как правило, имеют структуру шпинели. Эти соединения получают с применением стандартных способов, хорошо известных при настоящем уровне техники, или, например, с применением способа, описанного в Европейском патенте EP 0945165, в патентах США US 6217837 или US 6517795.

Как правило, алюминат щелочноземельного металла – это алюминат магния (MgAl₂O₄), алюминат кальция (CaAl₂O₄), алюминат стронция (SrAl₂O₄) или алюминат бария (BaAl₂O₄) или же смесь двух и более компонентов из указанных. Предпочтительно алюминат щелочноземельного металла – это алюминат магния (MgAl₂O₄).

Первый материал основы может предпочтительно представлять собой или состоять главным образом из недопированного оксида алюминия (например, γ-оксида алюминия). Введение допанта в первый материал основы может снизить каталитическую активность первого состава.

Как правило, первый катализатор или первый состав, предпочтительно первый катализатор, представляет собой первый материал основы в количестве от 0,1 до 4,0 г дюйм^–3 (например, от 0,25 до 3,5 г дюйм^–3), предпочтительно от 0,3 до 3,0 г дюйм^–3, еще более предпочтительно от 0,5 до 2,7 г дюйм^–3 и еще более предпочтительно от 0,6 до 2,5 г дюйм^–3 (например, от 0,75 до 2,3 г дюйм^–3).

Первый катализатор или первый состав, предпочтительно первый катализатор, полностью представляет собой первый материал основы. Второй катализатор или второй состав, предпочтительно второй катализатор, полностью представляет собой второй материал основы. Предпочтительно общий вес первого материала основы меньше общего веса второго материала основы.

В принципе, первый катализатор или первый состав могут представлять собой ряд материалов основы, включая первый материал основы. Однако, вообще говоря, предпочтительно, чтобы первый катализатор или первый состав представлял собой единственный материал основы, который является первым материалом основы.

Первый катализатор и второй катализатор, каждый, могут полностью представлять собой оксид алюминия. Как правило, предпочтительно, чтобы общее количество оксида алюминия в первом катализаторе было меньше, чем общее количество оксида алюминия во втором катализаторе. Общее количество оксида алюминия первого катализатора может быть меньше 95%, предпочтительно меньше 90%, от общего количества оксида алюминия во втором катализаторе.

Как правило, первый металл платиновой группы (МПГ) расположен или нанесен на первый материал основы. Первый МПГ может быть расположен непосредственно на первом материале основы или непосредственно нанесен на нее (т.е. отсутствует промежуточный материал основы между первым МПГ и первым материалом основы). Например, первый МПГ может быть диспергирован по первому материалу основы, и/или первый материал основы может быть им пропитан.

Как правило, первый металл платиновой группы (МПГ) выбирают из группы, включающей платину, палладий, золото и сочетание двух и более из указанных металлов. Первый МПГ может представлять собой платину или состоять главным образом из платины. Первый МПГ может представлять собой палладий или состоять главным образом из палладия. Первый МПГ может представлять собой или состоять главным образом из сочетания платины и палладия. Первый МПГ может представлять собой или состоять главным образом из сочетания палладия и золота, предпочтительно из сплава палладия и золота.

Как правило, общее количество первого МПГ в первом катализаторе или первом составе, предпочтительно – в первом катализаторе, равно 10–300 г фут^–3, более предпочтительно 20–250 г фут^–3, еще более предпочтительно 25–200 г фут^–3 и еще более предпочтительно 35–150 г фут^–3.

Когда первый металл платиновой группы (МПГ) представляет собой или состоит главным образом из сочетания платины и палладия, весовое соотношение платины и палладия составляет предпочтительно от 10:1 до 1:2, более предпочтительно от 5:1 до 1:15, даже более предпочтительно от 4:1 до 1:1, как, например, от 3:1 до 1.5:1.

Первый катализатор отвечает общему весу первого МПГ. Второй катализатор отвечает общему весу МПГ (т.е., второго МПГ). Предпочтительно общий вес первого МПГ меньше общего веса МПГ второго катализатора.

Далее, первый состав может включать щелочноземельный металл. Щелочноземельный металл можно выбрать из магния (Mg), кальция (Ca), стронция (Sr), бария (Ba) или сочетания двух или более из указанных металлов. Щелочноземельный металл – это предпочтительно кальций (Ca), стронций (Sr) или барий (Ba), более предпочтительно стронций (Sr) или барий (Ba); и наиболее предпочтительно щелочноземельный металл – это барий (Ba).

Кроме того, первый катализатор или первый состав может представлять собой адсорбент углеводородов. Адсорбент углеводородов можно выбрать из цеолита, активного угля, пористого графита и сочетания дух и более компонентов из указанных. Предпочтительно, чтобы адсорбент углеводородов был цеолитом. Более предпочтительно, чтобы цеолит был среднепористым цеолитом (например, цеолитом с максимальным размером колец, равным восьми тетраэдрическим атомам) или крупнопористым цеолитом (например, цеолитом с максимальным размером колец, равным десяти тетраэдрическим атомам). Примеры подходящих цеолитов или типов цеолитов включают фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, феррьерит, цеолит X, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит AEI, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит, бета-цеолит или медный цеолит CHA. Цеолит – это предпочтительно ZSM-5, бета-цеолит или Y-цеолит.

Когда первый катализатор представляет собой адсорбент углеводородов, как правило, общее количество адсорбента углеводородов составляет 0,05–1,5 г дюйм^–3, в особенности 0,10–1,0 г дюйм^–3, точнее 0,2–0,8 г дюйм^–3.

Кроме того, первый катализатор также может представлять собой материал для хранения кислорода. Такие материалы хорошо известны при настоящем уровне техники. Материал для хранения кислорода можно выбрать из оксида церия (CeO₂) и оксида церия–оксида циркония (CeO₂–ZrO₂), как в случае твердого раствора оксида церия–оксида циркония.

Как правило, предпочтительно, чтобы первый катализатор не содержал родия (Rh). Родий обычно включают в тройные катализаторы для двигателей с искровым зажиганием, таких как бензиновые двигатели. Однако настоящее изобретение относится, главным образом, к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, таким, как дизельные двигатели.

Кроме того, предпочтительно, чтобы первый катализатор не содержал родия (Rh), адсорбента углеводородов, щелочного металла (например, Li, Na, K) и щелочноземельного металла (например, Mg, Ca, Sr, Ba).

Второй состав может включать один слой или состоять из одного слоя. В другом случае второй состав может включать несколько слоев.

Когда второй состав представляет собой ряд слоев, тогда первый слой может быть расположен (т.е. непосредственно расположен) на носителе, а второй слой может быть расположен на первом слое.

Кроме того, или в другом случае, когда второй состав представляет собой ряд слоев, первый слой может быть расположен на носителе, и второй слой может быть расположен на носителе. Первый слой и второй слой могут примыкать к носителю. Например, первый слой может быть расположен выше по потоку, до второго слоя. (a) Часть или доля (например, не целиком) первого слоя может быть расположена на втором слое, или (b) часть или доля (например, не целиком) второго слоя может быть расположена на первом слое. При таком расположении имеет место перекрывание первого и второго слоя.

Если второй состав представляет собой ряд слоев, тогда по меньшей мере один слой (например, первый слой и/или второй слой) представляет собой второй МПГ, и по меньшей мере один слой (например, первый слой и/или второй слой) представляет собой оксид алюминия; предпочтительно, чтобы второй материал основы представлял собой алюминий. Предпочтительно, чтобы тот же слой (например, первый слой или второй слой) представлял собой второй МПГ и второй материал основы.

Второй катализатор включает носитель. носитель второго катализатора – это не электроподогреваемый носитель (например, это не применяемый в настоящее время электроподогреваемый носитель). Второй катализатор не включает соединения в цепи электропитания для электроподогрева носителя. носитель второго катализатора не включает подогревающего диска.

носитель второго катализатора, как правило, обладает плотностью упаковки элементов от 200 до 800 cpsi, предпочтительно от 250 до 700 cpsi, более предпочтительно от 300 до 600 cpsi.

Как правило, носитель представляет собой монолит (также называемый здесь монолитным носителем). Такие монолиты хорошо известны при настоящем уровне техники. Монолитный носитель может быть проточным монолитом или фильтрующим монолитом. Предпочтительно, чтобы монолитный носитель представлял собой проточный монолит.

Проточный монолит, как правило, представляет собой монолит с сотовой структурой (например, металлический монолит или керамический монолит с сотовой структурой) с рядом сквозных каналов, где каналы открыты с обоих концов. Когда носитель – это проточный монолит, второй катализатор – это, как правило, дизельный катализатор окисления (DOC) или предназначен для применения в качестве дизельного катализатора окисления (DOC).

Фильтрующий монолит может быть монолитным носителем–фильтром неполного потока или монолитным носителем–фильтром с проточными стенками. Предпочтительно, чтобы монолитный фильтр представлял собой монолитный носитель-фильтр с проточными стенками.

Как правило, монолитный носитель-фильтр неполного потока обладает улавливающим элементом (например, для твердых частиц, таких как частицы сажи) и рядом каналов (т.е. для выпуска выхлопных газов), где у каждого канала про меньшей мере один канал открыт (предпочтительно у каждого канала два конца открыты (т.е. у каждого канала оба конца открыты)).

Вообще говоря, монолитный носитель-фильтр неполного потока обладает множеством стенок, которые определяют границы каналов. Как правило, сборник – это множество изгибов в совокупности стенок. Каждая стенка может не иметь изгибов или иметь один и более изгибов. Каждый изгиб действует как препятствие для любых твердых частиц в выхлопных газах, протекающих через монолитный носитель. У каждого изгиба могут быть отклоняющиеся или крылообразные выступы и, как правило, каждый изгиб выдается за плоскость стенки (например, находится под углом к ней). Предпочтительно, чтобы у каждого изгиба имелось отверстие в стенке монолитного носителя. Каждое отверстие в стенке позволяет выхлопным газам перетекать из данного канала в соседний канал. Монолитные носители–фильтры неполного потока описаны в патентах WO 01/80978 и EP 1057519.

Монолитный носитель-фильтр с проточными стенками, как правило, представляет собой ряд впускных каналов и ряд выпускных каналов, где впускные каналы открыты с входной стороны (т.е. со стороны впуска выхлопных газов) и закупорены или закрыты с выходной стороны (т.е. со стороны выпуска выхлопных газов), выходные каналы закупорены или закрыты с входной стороны и открыты с выходной стороны, и где каждый впускной канал отделен от выпускного канала пористой структурой. Когда носитель – это монолитный носитель-фильтр с проточными стенками, тогда второй катализатор согласно изобретению – это, как правило, каталитический сажевый фильтр (CSF) или подлежит применению как каталитический сажевый фильтр (CSF).

В другом случае в монолитном носителе–фильтре с проточными стенками каждый впускной канал отделен от выпускного канала стенкой из пористой структуры, и наоборот. Предпочтительно, чтобы впускные каналы и выпускные каналы были расположены в виде сотовой структуры. При наличии сотовой структуры предпочтительно, чтобы каналы, прилегающие по вертикали и по бокам к впускному каналу, были закупорены с входной стороны, и наоборот (т.е. каналы, прилегающие по вертикали и по бокам к выходному каналу, закупорены с выходной стороны). Если смотреть с любого конца, закупоренные и открытые попеременно концы каналов принимают вид шахматной доски.

В принципе, носитель второго катализатора может быть любой формы и любого размера. Однако форму и размер носителя обычно выбирают с целью оптимального контакта каталитически активных материалов в катализаторе с выхлопными газами. носитель может быть, например, трубчатой, волокнистой формы или представлять собой твердые частицы. Примеры подходящих направляющих подложек включают носитель типа монолитного кордиерита сотовой структуры, носитель типа монолитного SiC сотовой структуры, носитель типа слоистого волокна или вязаной ткани, носитель типа пены, носитель типа перетока, носитель типа металлической проволочной сетки, носитель типа пористого металла и носитель типа керамических частиц.

Второй состав расположен на носителе второго катализатора, предпочтительно на стенках каналов носителя. Второй состав, как правило, наносят на носитель путем нанесения пористого покрытия (например, пористого покрытия, представляющего собой второй состав) на носитель.

В устройстве для контроля выброса согласно изобретению второй состав представляет собой оксид алюминия и второй металл платиновой группы (МПГ). Как правило, предпочтительно, чтобы второй состав включал второй МПГ и второй материал основы, где второй материал основы представляет собой оксид алюминия. Второй состав может состоять целиком или состоять главным образом из второго МПГ и второго материала основы.

Второй материал основы может представлять собой или состоять главным образом из смешанного оксида, включающего оксид алюминия и огнеупорный оксид, или сложного оксида, включающего оксид алюминия и огнеупорный оксид, где огнеупорный оксид выбирают из группы, включающей оксид кремния, оксид титана, оксид циркония и оксид церия. Предпочтительно, чтобы огнеупорный оксид представлял собой оксид кремния.

Когда второй материал основы представляет собой или состоит главным образом из смешанного оксида алюминия и тугоплавкого оксида или сложного оксида, включающего оксид алюминия и тугоплавкий оксид, тогда предпочтительно второй материал основы (например, смешанный оксид или сложный оксид) состоит по меньшей мере на 50–99 вес. % оксида алюминия, более предпочтительно на 70–95 вес. % оксида алюминия, даже более предпочтительно на 75–90 вес. % оксида алюминия.

Второй материал носителя включает оксид алюминия или может состоять главным образом из оксида алюминия. Оксид алюминия может представлять собой α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ или γ-Al₂O₃. Предпочтительно, чтобы оксид алюминия представлял собой или состоял главным образом из γ-Al₂O₃.

Второй материал основы может включать оксид алюминия, допированный допантом. Включение допанта может термически стабилизировать оксид алюминия и, таким образом, второй материал основы. Когда оксид алюминия допирован, как правило, общее количество допанта составляет от 0,1 до 5 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия). Предпочтительно, чтобы общее количество допанта составляло 0,25 –2,5 вес. %, более предпочтительно 0,5–1,5 вес. % (например, около 1 вес. %).

Оксид алюминия может быть допирован допантом, представляющим собой кремний (Si), магний (Mg), барий (Ba), лантан (La), церий (Ce), титан (Ti) или цирконий (Zr) или же сочетание двух и более из указанных компонентов. Допант может представлять собой или состоять главным образом из оксида кремния, оксида магния, оксида бария, оксида лантана, оксида церия, оксида титана или оксида циркония. Предпочтительно допант представляет собой или состоит главным образом из кремния, магния, бария или церия или их оксидов, в особенности кремния или церия или их оксидов. Более предпочтительно допант представляет собой или состоит главным образом из кремния, магния или бария или их оксидов, в особенности кремния или магния или их оксидов; в особенности кремния или его оксида.

Примеры оксида алюминия, допированного допантом, включают оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный оксидом магния, оксид алюминия, допированный барием или оксидом бария, оксид алюминия, допированный оксидом лантана, или оксид алюминия, допированный оксидом церия, в особенности оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный оксидом лантана, или оксид алюминия, допированный оксидом церия. Предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния, оксид алюминия, допированный барием или оксидом бария, или оксид алюминия, допированный оксидом магния. Более предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния, или оксид алюминия, допированный оксидом магния. Даже более предпочтительно, чтобы оксид алюминия, допированный допантом, представлял собой оксид алюминия, допированный оксидом кремния.

Когда оксид алюминия – это оксид алюминия, допированный оксидом кремния, тогда оксид алюминия допирован оксидом кремния в общем количестве от 0,5 до 45 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия), предпочтительно от 1 до 40 вес. %, более предпочтительно от 1,5 до 30 вес. % (например, от 1,5 до 10 вес. %), в особенности от 2,5 до 25 вес. %, конкретнее от 3,5 до 20 вес. % (например, от 5 до 20 вес. %), еще более предпочтительно от 4,5 до 15 вес. %.

Когда оксид алюминия – это оксид алюминия, допированный оксидом магния, оксид алюминия допирован магнием в количестве, определенном выше, или в количестве от 1 до 30 вес. % (т.е. % от веса оксида алюминия), предпочтительно от 5 до 25 вес. %.

Второй материал основы может представлять собой или состоять главным образом из алюмината щелочноземельного металла (например, соединения с формулой MAl₂O₄, где "M" представляет собой щелочноземельный металл, такой как Mg, Ca, Sr или Ba). Такие соединения, как правило, имеют структуру шпинели.

Как правило, алюминат щелочноземельного металла – это алюминат магния (MgAl₂O₄), алюминат кальция (CaAl₂O₄), алюминат стронция (SrAl₂O₄) или алюминат бария (BaAl₂O₄) или же смесь двух и более компонентов из указанных. Предпочтительно алюминат щелочноземельного металла – это алюминат магния (MgAl₂O₄).

Второй материал основы может предпочтительно представлять собой или состоять главным образом из недопированного оксида алюминия (например, г-оксида алюминия). Введение допанта во второй материал основы может снизить каталитическую активность второго состава.

Как правило, второй катализатор содержит материал второго носителя в количестве от 0,1 до 4,5 г дюйм^–3 (например, от 0,25 до 4,2 г дюйм^–3), предпочтительно от 0,3 до 4,0 г дюйм^–3, еще более предпочтительно от 0,5 до 3,5 г дюйм^–3 и еще более предпочтительно от 1,0 до 3,0 г дюйм^–3 (например, от 1,3 до 2,5 г дюйм^–3).

Второй катализатор или второй состав может представлять собой ряд материалов основы (т.е. включать второй материал основы), в особенности когда второй состав представляет собой ряд слоев.

Второй катализатор или второй состав может представлять собой единственный материал основы, который представляет собой второй материал основы.

Как правило, второй металл платиновой группы (МПГ) расположен или нанесен на второй материал основы. Второй МПГ может быть расположен непосредственно на втором материале основы или непосредственно нанесен на него (т.е. отсутствует промежуточный материал основы между вторым МПГ и вторым материалом основы). Например, второй МПГ может быть диспергирован по второму материалу основы, и/или второй материал основы может быть им пропитан.

Как правило, второй металл платиновой группы (МРГ) выбирают из группы, включающей платину, палладий, золото и сочетание двух и более из указанных металлов. Второй МПГ может представлять собой платину или состоять главным образом из платины. Второй МПГ может представлять собой палладий или состоять главным образом из палладия. Второй МПГ может представлять собой или состоять главным образом из сочетания платины и палладия. Второй МПГ может представлять собой или состоять главным образом из сочетания палладия и золота, предпочтительно из сплава палладия и золота.

Как правило, общее количество второго МПГ равно 10–300 г фут^–3, более предпочтительно 20–250 г фут^–3, еще более предпочтительно 25–200 г фут^–3 и еще более предпочтительно 35–150 г фут^–3.

Далее, второй катализатор или второй состав может представлять собой щелочноземельный металл. Щелочноземельный металл можно выбрать из магния (Mg), кальция (Ca), стронция (Sr), бария (Ba) или сочетания двух или более из указанных металлов. Щелочноземельный металл – это предпочтительно кальций (Ca), стронций (Sr) или барий (Ba), более предпочтительно стронций (Sr) или барий (Ba); и наиболее предпочтительно щелочноземельный металл – это барий (Ba).

Далее, второй катализатор или второй состав может представлять собой адсорбент углеводородов. Адсорбент углеводородов можно выбрать из цеолита, активного угля, пористого графита и сочетания дух и более компонентов из указанных. Предпочтительно, чтобы адсорбент углеводородов был цеолитом. Более предпочтительно, чтобы цеолит был среднепористым цеолитом (например, цеолитом с максимальным размером колец, равным восьми тетраэдрическим атомам) или крупнопористым цеолитом (например, цеолитом с максимальным размером колец, равным десяти тетраэдрическим атомам). Примеры подходящих цеолитов или типов цеолитов включают фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, феррьерит, цеолит X, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит AEI, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит, бета-цеолит или медный цеолит CHA. Цеолит – это предпочтительно ZSM-5, бета-цеолит или Y-цеолит.

Когда второй катализатор представляет собой адсорбент углеводородов, как правило, общее количество адсорбента углеводородов составляет 0,05–2,2 г дюйм^–3, в особенности 0,10–1,2 г дюйм^–3, точнее 0,2–1,0 г дюйм^–3.

Кроме того, второй катализатор или второй состав также может представлять собой материал для хранения кислорода. Такие материалы хорошо известны при настоящем уровне техники. Материал для хранения кислорода можно выбрать из оксида церия (CeO₂) и оксида церия–оксида циркония (CeO₂–ZrO₂), как в случае твердого раствора оксида церия–оксида циркония.

Как правило, предпочтительно, чтобы второй катализатор не содержал родия (Rh). Родий обычно включают в тройные катализаторы для двигателей с искровым зажиганием, таких как бензиновые двигатели. Однако настоящее изобретение относится, главным образом, к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, таким, как дизельные двигатели.

Далее, предпочтительно, чтобы второй катализатор не содержал родия (Rh), адсорбента углеводородов, щелочного металла (например, Li, Na, K) и щелочноземельного металла (например, Mg, Ca, Sr, Ba).

Способы изготовления первого катализатора и второго катализатора известны экспертам в современном состоянии техники. См., например, наши патенты WO 99/47260, WO 2007/077462 и WO 2011/080525.

Вообще говоря, первый катализатор расположен выше по потоку, до второго катализатора (например, непосредственно или явно выше по потоку). Выхлопные газы, вырабатываемые двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, приводят в контакт с первым катализатором до второго катализатора. Предпочтительно, чтобы выхлопные газы, вырабатываемые двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, привели в непосредственный контакт с устройством для контроля выброса согласно изобретению. Таким образом, выхлопные газы сначала приводят в контакт с устройством для контроля выброса согласно изобретению до любого другого устройства для контроля выброса.

Первый катализатор, как правило, отделен от второго катализатора, например, зазором. Предпочтительно, чтобы зазор был электроизолирующим зазором между первым катализатором и вторым катализатором. При этом предотвращается электрический контакт между первым катализатором и вторым катализатором.

Длина зазора может составлять от 1 мм до 50 мм по данным измерений в направлении осевой длины электроподогреваемого носителя и носителя второго катализатора. Предпочтительно, чтобы длина зазора составляла от 1 мм до 10 мм. Это позволяет осуществлять быстрый теплообмен между первым катализатором и вторым катализатором.

Когда первый катализатор отделен от второго катализатора, например, таким зазором, как правило, отсутствует промежуточное устройство для контроля выброса между первым катализатором и вторым катализатором (т.е. в зазоре). Второй катализатор находится сразу же за первым катализатором.

Устройство для контроля выброса, как правило, включает корпус, где первый катализатор и второй катализатор расположены внутри корпуса. Катализатор может иметь одну и более отметок для обозначения впускного конца и/или выпускного конца устройства для контроля выброса.

Корпус может включать электроизолирующий опорный элемент для каждого соединения в цепи электропитания. Каждое соединение в цепи электропитания для первого катализатора может проходить через электроизолирующий опорный элемент.

Корпус может представлять собой или состоять главным образом из металлического рукава.

Изобретение также относится к выхлопной системе, включающей устройство для контроля выброса. Также выхлопная система может включать источник электропитания. Источник электропитания может быть электрически подключен к каждому соединению в цепи электропитания (т.е. первого катализатора).

Может иметься переключатель между источником электропитания и соединением в цепи электропитания. Переключатель может обеспечивать пропускание электрического тока от источника электропитания к первому катализатору до запуска двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (например, от 1 до 2 с до воспламенения сжатием) или одновременно с запуском двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Источник электропитания может представлять собой источник электропитания на 8–28 В, предпочтительно источник электропитания на 12–24 В.

Выхлопная система может включать температурный датчик, предпочтительно ряд температурных датчиков. Каждый температурный датчик может быть термопарой.

Температурный датчик (т.е. первый температурный датчик) может быть расположен для первого катализатора. Этот температурный датчик может быть электрически соединен с переключателем. Например, он может быть электрически соединен с переключателем, так, чтобы переключатель включался, когда температурный датчик регистрирует температуру выхлопных газов ниже температурного предела (например, первого температурного предела). Когда переключатель замывается, электрический ток может протекать от источника электропитания к первому катализатору. Датчик может запускать электроподогрев первого катализатора, когда температура выхлопных газов ниже эффективной температуры первого катализатора.

Температурный датчик (т.е. второй температурный датчик) может быть расположен между первым катализатором и вторым катализатором. Этот температурный датчик может быть электрически соединен с переключателем. Например, он может быть электрически соединен с переключателем, так, чтобы переключатель отключался, когда температурный датчик регистрирует превышение температурного предела температурой выхлопных газов (например, второй температурный предел). При выключении переключателя электрическая цепь между источником электропитания и первым катализатором разрывается. Датчик может останавливать электроподогрев первого катализатора, как только он достигает определенной температуры, такой как температуры, при которой первый катализатор становится эффективным.

Кроме того или в другом варианте, данный температурный датчик или любой температурный датчик может быть электрически соединен с контрольным модулем. Данный или каждый температурный датчик может поставлять информацию для целей бортовой диагностики (OBD).

Устройство для контроля выброса согласно изобретению может располагаться на расстоянии от 0б1 м до 10 м, как например, от 0,5 м до 4 м, по данным измерений длины прохода газового потока от выхода выхлопных газов из двигателя (например, выхода из коллектора двигателя). Поскольку устройство для контроля выброса согласно изобретению можно подогревать электрически, его необязательно располагать непосредственно рядом в выхлопной системе. Это удобно, поскольку устройство для контроля выброса необязательно располагать в ограниченном пространстве для двигателя в транспортном средстве.

Изобретение также относится к выхлопной системе, включающей устройство для контроля выброса и по меньшей мере одно второе устройство для контроля выброса. В целом, устройство для контроля выброса находится до второго устройства для контроля выброса. Во избежание сомнений устройство для контроля выброса отделено от второго устройства для контроля выброса.

Предпочтительно, чтобы выхлопная система не включала адсорбера углеводородов до устройства для контроля выброса согласно изобретению.

Первый катализатор, как правило, напрямую соединен с выпускным отверстием для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. В такой структуре отсутствует промежуточное устройство для контроля выброса между выпускным отверстием для выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и первым катализатором. Выхлопные газы, вырабатываемые двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, проходят по выхлопной системе непосредственно к первому катализатору.

Каждое дополнительное устройство для контроля выброса, такое как второе устройство для контроля выброса, может быть выбрано из дизельного фильтра твердых частиц (DPF), адсорбента–катализатора для NO_x (NAC), катализатора хвостового газа с NO_x (LNC), катализатора для селективного каталитического восстановления (SCR), дизельного катализатора окисления (DOC), каталитического сажевого фильтра (CSF), катализатора для фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM) и сочетания двух и более элементов из вышеуказанных. Устройства для контроля выброса, представленные дизельными фильтрами твердых частиц (DPF), адсорбентами–катализаторами для NO_x (NAC), катализаторами хвостового газа с NO_x (LNC), катализаторами для селективного каталитического восстановления (SCR), дизельными катализаторами окисления (DOC), каталитическими сажевыми фильтрами (CSF) и катализаторами для фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM), хорошо известны на текущем уровне техники.

В первом варианте осуществления выхлопной системы выхлопная система включает устройство для контроля выброса согласно изобретению и либо дизельный фильтр твердых частиц (DPF), либо каталитический сажевый фильтр (CSF). Устройство для контроля выброса, как правило, находится до (например, выше по потоку от) дизельного фильтра твердых частиц (DPF) или каталитического сажевого фильтра (CSF). Таким образом, например, выход из устройства для контроля выброса соединен с входом дизельного фильтра твердых частиц или каталитического сажевого фильтра.

Во втором варианте выхлопной системы выхлопная система включает устройство для контроля выброса согласно изобретению и фильтр селективного каталитического восстановления (SCR). Устройство для контроля выброса согласно изобретению, как правило, находится до (например, выше по потоку от) катализатора селективного каталитического восстановления (SCR).

Третий вариант осуществления выхлопной системы включает устройство для контроля выброса согласно изобретению и катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM). Устройство для контроля выброса согласно изобретению, как правило, находится до (например, выше по потоку от) катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM).

Четвертый вариант осуществления выхлопной системы включает устройство для контроля выброса согласно изобретению, дизельный фильтр твердых частиц или каталитический сажевый фильтр (CSF) и катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Данный вариант – это предпочтительная выхлопная система для маломощных дизельных автомобилей. Устройство для контроля выброса, как правило, находится до (например, выше по потоку от) дизельного фильтра твердых частиц или каталитического сажевого фильтра (CSF). DPF или CSF, как правило, находится до (например, выше по потоку от) катализатора селективного каталитического восстановления (SCR).

В пятом варианте осуществления выхлопной системы выхлопная система включает устройство для контроля выброса согласно изобретению, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR) и либо каталитический сажевый фильтр (CSF), либо дизельный фильтр твердых частиц (DPF). Устройство для контроля выброса согласно изобретению, как правило, находится до (например, выше по потоку от) катализатора селективного каталитического восстановления (SCR). Катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), как правило, находится до (например, выше по потоку от) каталитического сажевого фильтра (CSF) или дизельного фильтра твердых частиц (DPF).

Впрыскиватель азотсодержащего восстановителя может находиться непосредственно перед катализатором селективного каталитического восстановления или катализатором фильтра снижения концентрации при помощи селективного катализатора (SCRFTM). Таким образом, во втором, третьем и пятом вариантах осуществления системы устройство для контроля выбросов может находиться перед (например, находиться выше по потоку от) впрыскивателя азотсодержащего восстановителя, а впрыскиватель азотсодержащего восстановителя может находиться до (например, находиться выше по потоку от) катализатора SCR или катализатора SCRF^TM. В четвертом варианте осуществления системы DPF или CSF могут находиться перед (например, находятся выше по потоку от) впрыскивателем азотсодержащего восстановителя, а впрыскиватель азотсодержащего восстановителя может находиться до (например, находиться выше по потоку от) катализатора селективного каталитического восстановления (SCR).

Далее, настоящее изобретение относится к транспортному средству с двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и либо выхлопной системой согласно изобретению, либо устройством для контроля выброса согласно изобретению. Как правило, устройство для контроля выброса расположено после двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, например, после турбины двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия – это предпочтительно дизельный двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия или транспортное средство могут также содержать контрольный модуль. Контрольный модуль может включать контроллер для бортовой диагностики (OBD).

Как правило, контрольный модуль функционально соединен (например, электрически соединен) с первым катализатором, в особенности с электроподогреваемым носителем, более предпочтительно с подогревающим диском.

Контрольный модуль предпочтительно соединен с заданным или с каждым температурным датчиком (например, первым температурным датчиком и/или вторым температурным датчиком).

Контрольный модуль может включать контроллер для контроля заданного или любого температурного датчика (например, первого температурного датчика и/или второго температурного датчика) и/или для расчета температурного режима устройства для контроля выброса (например, температур, при которых следует активировать или деактивировать электроподогреваемый носитель). Контрольный модуль может включать контроллер для селективной активации или деактивации устройства для контроля выброса путем регуляции температуры выхлопных газов).

Транспортное средство, как правило, включает источник электропитания, такой как генератор переменного тока и/или аккумулятор. Предпочтительно, чтобы источником электропитания для первого катализатора был генератор переменного тока и/или аккумулятор (например, в транспортном средстве).

Транспортное средство может представлять собой маломощный дизельный автомобиль (LDV), такой, как указано в законодательстве США или Европы. Маломощный дизельный автомобиль, как правило, обладает весом < 2840 кг, более предпочтительно весом < 2610 кг.

В США маломощный дизельный автомобиль (LDV) представляет собой дизельный автомобиль с брутто-массой ≤ 8500 фунтов (фунты США). В Европе термин "маломощный дизельный автомобиль" (LDV) относится к (i) пассажирским автомобилям с не более чем восемью сиденьями в дополнение к водительскому сиденью и максимальной массой, не превышающей 5 тонн, и (ii) транспортным средствам для перевозки товара с максимальной массой не более 12 тонн.

В другом случае, транспортное средство может представлять собой автомобиль с дизельным двигателем для сложных условий эксплуатации (HDV), такой, как дизельный автомобиль с массой-брутто > 8500 фунтов (фунты США), как указано в законодательстве США.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин "смешанный оксид", использованный в настоящем документе, как правило, относится к смеси оксидов в одной фазе, что обычно в данной области техники. Термин "сложный оксид", использованный в настоящем документе, как правило, относится к составу из оксидов в более чем одной фазе, что обычно в данной области техники.

Сокращение "МПГ", использованное здесь, относится к "металлу платиновой группы". Термин "металл платиновой группы", как правило, относится к металлам Ru, Rh, Pd, Os, Ir и Pt в Периодической таблице, в особенности к металлам Ru, Rh, Pd, Ir и Pt.

В настоящем документе любая ссылка на количество в единицах г фут^–3 (грамм на кубический фут) или г дюйм^–3 (грамм на кубический дюйм) и т. д. относится к среднему весу компонента на объем носителя.

Выражение "содержит главным образом", использованное в настоящем документе, ограничивает объект изобретения до конкретных материалов или стадий, а также любых материалов или стадий, которые не оказывают значительного влияния на базовые характеристики данного объекта, такие как, например, второстепенные примеси. Выражение "состоит главным образом из" включает выражение "состоит из".

ПРИМЕРЫ

Далее изобретение проиллюстрировано при помощи следующего неограничивающего примера.

НОСИТЕЛИ

Для изготовления устройства для контроля выброса использовали два носителя в каждом из Примеров 1 и 2. Первый носитель (1) обладал способностью к электрообогреву (например, содержал нагревательный элемент) и обладал плотностью упаковки элементов 160 cpsi. Торцевая поверхность использованного первого носителя (1) показана на фиг. 2. Первый носитель (1) включает материал сотовой структуры из слоев гофрированного листового металла. Слои гофрированных листов металла удерживают в скрученном состоянии при помощи ряда штырей–держателей (4), и между слоями имеется воздушный просвет (6). Также имеется заглушка или электрод (3) для подсоединения первого носителя (1) к источнику электропитания. При сборе устройства для контроля выброса остается воздушная щель (7) между первым носителем и наружной оболочкой.

Второй носитель (2) не предусматривает электроподогрев и обладает плотностью упаковки элементов 600 cpsi. Второй носитель был монолитом с сотовой структурой, таким, как обычно используемые в катализатор окисления для дизельного транспорта.

Оба носителя помещали в один и тот же внешний металлический рукав, так, чтобы оставалась открытой только одна грань каждого из носителей. Первый носитель (1) размещали спереди, на входе металлического рукава, а второй носитель размещали сзади, на выходе из металлического рукава (как показано на фиг. 1).

ПРИМЕР 1

Нанесение покрытия на первый электроподогреваемый носитель (Покрытие 1)

Порошок оксида алюминия суспендировали в воде и перемалывали до d₉₀<20 мкм. Добавляли растворимые соли платины и палладия и перемешивали суспензию до однородного состояния. Полученную смесь для покрытия наносили с использованием установленных способов нанесения покрытия на открытую поверхность первого носителя с 160 cpsi. Затем покрытие высушивали.

Нанесение покрытия на второй носитель (Покрытие 2)

Вторую смесь для нанесения покрытия готовили с применением того же способа, что и использованный для Покрытия 1 за исключением того, что содержание оксида алюминия в суспензии было выше. Это покрытие наносили с использованием установленных способов нанесения покрытия на открытую поверхность второго носителя с 600 cpsi. Затем покрытие высушивали и всю систему прокаливали при 500°C.

Окончательная загрузка покрытия на первом носителе составляла 1,3 г дюйм^–3. Окончательная загрузка покрытия на втором носителе составляла 1,8 г дюйм^–3.

ПРИМЕР 2

Нанесение покрытия на первый электроподогреваемый носитель (Покрытие 3)

Порошок оксида кремния–оксида алюминия суспендировали в воде и перемалывали до d90<20 мкм. Добавляли растворимые соли платины и палладия и перемешивали суспензию до однородного состояния. Полученную смесь для покрытия наносили с использованием установленных способов нанесения покрытия на открытую поверхность первого носителя с 160 cpsi. Затем покрытие высушивали.

Нанесение покрытия на второй носитель (Покрытие 4)

Вторую смесь для нанесения покрытия готовили с применением того же способа, что и использованный для Покрытия 3 за исключением того, что содержание оксида алюминия в суспензии было выше. Это покрытие наносили с использованием установленных способов нанесения покрытия на открытую поверхность второго носителя с 600 cpsi. Затем покрытие высушивали, и всю систему прокаливали при 500°C.

Окончательная загрузка покрытия на первом носителе составляла 2,0 г дюйм^–3. Окончательная загрузка покрытия на втором носителе составляла 2,8 г дюйм^–3.

1. Устройство для контроля выбросов для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащее:

(a) первый катализатор, включающий в себя электроподогреваемый носитель (1) и первый состав, расположенный на электроподогреваемом носителе (1), причем первый состав включает оксид алюминия и первый металл платиновой группы (МПГ), выбранный из группы, включающей платину, палладий, золото и сочетание двух и более из указанных металлов; и

(b) второй катализатор, включающий носитель (2) и второй состав, расположенный на носителе, причем второй состав включает оксид алюминия и второй металл платиновой группы (МПГ), выбранный из группы, включающей платину, палладий, золото и сочетание двух и более из указанных металлов, причем носитель (2) не является электронагреваемым носителем;

причем загрузка первого состава меньше, чем загрузка второго состава, и причем первый катализатор расположен выше по потоку от второго катализатора.

2. Устройство для контроля выброса по п. 1, в котором общая загрузка оксида алюминия в первом катализаторе меньше общей загрузки оксида алюминия во втором катализаторе.

3. Устройство для контроля выброса по п. 1 или 2, в котором первый катализатор отделен от второго катализатора электроизолирующей щелью между первым катализатором и вторым катализатором.

4. Устройство для контроля выброса по п. 1 или 2, в котором первый состав включает первый МПГ и первый материал основы, причем первый материал основы содержит оксид алюминия, а второй состав включает второй МПГ и второй материал основы, причем второй материал основы содержит оксид алюминия.

5. Устройство для контроля выброса по п. 4, в котором первый материал основы включает (i) смешанный оксид из оксида алюминия и тугоплавкого оксида или (ii) сложный оксид из оксида алюминия и тугоплавкого оксида, причем тугоплавкий оксид выбирают из группы, включающей оксид кремния, оксид титана, оксид циркония и оксид церия.

6. Устройство для контроля выброса по п. 5, в котором первый материал основы содержит по меньшей мере 50–99 вес. % оксида алюминия.

7. Устройство для контроля выброса по п.5 или 6, в котором второй материал основы включает (i) смешанный оксид из оксида алюминия и тугоплавкого оксида или (ii) сложный оксид из оксида алюминия и тугоплавкого оксида, причем тугоплавкий оксид выбирают из группы, включающей оксид кремния, оксид титана, оксид циркония и оксид церия.

8. Устройство для контроля выброса по п.7, в котором второй материал основы содержит по меньшей мере 50–99 вес. % оксида алюминия.

9. Устройство для контроля выброса по любому из пп. 5, 6 или 8, в котором общая загрузка первого материала основы меньше общей загрузки второго материала основы.

10. Устройство для контроля выброса по любому из предыдущих пунктов, в котором электроподогреваемый носитель (1) обладает плотностью упаковки элементов от 7.8 до 31.0 элементов на см² (50 до 200 элементов на квадратный дюйм (cpsi)).

11. Устройство для контроля выброса по любому из предыдущих пунктов, в котором второй катализатор не содержит соединения в цепи электропитания для электроподогрева носителя.

12. Устройство для контроля выброса по любому из пп. 1, 2, 5, 6 или 8, в котором полная загрузка первого МПГ меньше, чем общая загрузка МГП второго катализатора.

13. Устройство для контроля выброса по пп. 1, 2, 5, 6 или 8, в котором первый катализатор включает соединение с цепью электропитания (3).

14. Выхлопная система, включающая устройство для контроля выброса по любому из предыдущих пунктов.

15. Транспортное устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и либо устройство для контроля выброса по любому из пп. 1–13, либо выхлопную систему по п. 14.