專利名稱：用于廢氣后處理系統(tǒng)中的鈣鈦礦氧化物化合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)領(lǐng)域一般性涉及廢氣后處理系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及包括鈣鈦礦氧化物顆粒的廢氣后處理系統(tǒng)，該顆粒用于將燃燒源產(chǎn)生的富氧的廢氣流中所含的NO氧化(成NO2)。
背景技術(shù)：
燃燒源可以燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物，以最高燃料-效率的方式做功。由燃燒源產(chǎn)生的熱的、富氧的廢氣流可含有不希望有的氣態(tài)排放物和可能一些懸浮顆粒物質(zhì)，后者在被釋放到大氣中之前可能需要轉(zhuǎn)化成更無(wú)害的物質(zhì)。主要除去的氣態(tài)排放物包括一氧化碳(CO)，未燃燒的和部分燃燒的烴類(HC)，以及由NO和NO2與標(biāo)稱量的N2O組成的氮氧化物化合物(NOx)?？芍芷谛缘鼗蚪?jīng)歷長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物的燃燒源的一些值得注意的例子包括燃?xì)馔钙綑C(jī)，化學(xué)加工設(shè)備，和車輛內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(壓縮點(diǎn)燃)和一些汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(火花點(diǎn)燃)。由燃燒源產(chǎn)生的富氧的廢氣流可以輸送到流體偶合(fluidly coupled)的廢氣后處理系統(tǒng)中，以便動(dòng)態(tài)地除去連續(xù)變化量的C0、HC類、NOx和懸浮顆粒物質(zhì)，如果存在的話。 典型的廢氣后處理系統(tǒng)通常追求(1)將CO氧化成二氧化碳(CO2), (2)將HC氧化成CO2和水(H2O), ( 將NOx氣體轉(zhuǎn)化成氮?dú)?N2)和O2，和(4)捕獲和周期性地?zé)魬腋☆w粒物質(zhì)。 但是在富氧的廢氣流中所含的較高量的氧妨礙某些催化還原反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在這類條件下沒(méi)有非常高效地進(jìn)行的特定反應(yīng)序列是(NOx)在常規(guī)的細(xì)顆粒鉬族金屬(PGM)混合物 (例如，分散在氧化鋁上的鉬、鈀和銠顆粒)上還原成氮?dú)?。結(jié)果，廢氣后處理系統(tǒng)可以裝有根據(jù)某些操作程序能夠在富氧的環(huán)境中有效地降低NOx濃度的特定的催化劑材料或催化劑材料集合體。貧NOx阱或LNT是可以采用的唯一可得的選項(xiàng)。一般通過(guò)將廢氣流進(jìn)送跨越NOx儲(chǔ)存催化劑來(lái)操作LNT，該催化劑具有NOx氣體捕獲能力。NOx氧化催化劑和NOx還原催化劑也與NOx儲(chǔ)存材料混合或位于NOx儲(chǔ)存材料附近。在操作中，NOx氧化催化劑將NO氧化成NO2以及當(dāng)暴露于富氧的廢氣流時(shí)NOx儲(chǔ)存催化劑以硝酸鹽物質(zhì)形式截獲或“貯存”N02。然而，在一些點(diǎn)上，NOx儲(chǔ)存催化劑需要從中吹掃出NOx衍生的硝酸鹽物質(zhì)。NOx儲(chǔ)存催化劑可以通過(guò)在燃燒源短暫地燃燒空氣和燃料的富燃料混合物以產(chǎn)生包括氧化劑(O2，NOx)和還原劑(C0，HC，H2)的反應(yīng)平衡的氧消耗的廢氣流來(lái)吹掃。氧消耗的廢氣流輸送到NOx儲(chǔ)存催化劑中會(huì)觸發(fā)NOx氣體的釋放并且再生了未來(lái)NOx存儲(chǔ)位置。釋放的NOx通過(guò)在NOx還原催化劑上方的氧消耗的廢氣流中存在的還原劑被還原，主要還原成N2。常規(guī)的LNT典型地包括流通式支撐體(flow-through support body)，后者具有接受富氧的或氧消耗的廢氣流的入口和從支撐體輸出廢氣流的出口。PGM與堿金屬或堿土金屬化合物的混合物被分散在高表面積的氧化鋁罩面涂層(washcoat)之內(nèi)并且裝載到支撐之上。PGM的混合物包括鉬(它催化NO的氧化和在一定程度上NOx的還原)，銠(它主要催化NOx的還原)和鈀(它催化CO和HC類的氧化)。堿金屬或堿土金屬化合物提供截獲位點(diǎn)，用于NO2的可逆儲(chǔ)存為硝酸鹽物質(zhì)。但是鉬族金屬，尤其用于常規(guī)LNT中的較大量的鉬，是相當(dāng)昂貴的。鉬還顯示在較高溫度下具有差的熱耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
從用于由燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物的燃燒源所產(chǎn)生的富氧的廢氣流中除去NOx的方法可以包括讓富氧的廢氣流穿過(guò)包括NOx氧化催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)，該NOx 氧化催化劑包括鈣鈦礦氧化物顆粒，NOx儲(chǔ)存催化劑，和NOx還原催化劑。本發(fā)明進(jìn)一步體現(xiàn)在如下方面 1、方法，包括
按照一定的空氣與燃料質(zhì)量比率為燃燒源供應(yīng)空氣和燃料，所述質(zhì)量比率能夠選擇性地加以改變以產(chǎn)生其中所述空氣與燃料的質(zhì)量比率高于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的貧燃料混合物，以及其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率等于或低于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的富燃料混合物，所述燃燒源聯(lián)接到包括NOx氧化催化劑、NOx儲(chǔ)存催化劑和NOx還原催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)，所述NOx氧化催化劑包括鈣鈦礦氧化物顆粒；
在所述燃燒源處燃燒所述空氣和燃料的貧燃料混合物，以產(chǎn)生包含氮氧化物氣體 (NOx)的富氧的廢氣流，其中所述氮氧化物氣體包含NO和NO2 ；
讓所述富氧的廢氣流穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)在所述NOx氧化催化劑上將NO 氧化成NO2和( 在所述NOx儲(chǔ)存催化劑處將NOx作為硝酸鹽物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存；
將所述空氣和燃料的富燃料混合物在所述燃燒源處燃燒，以產(chǎn)生氧消耗的廢氣流；和讓所述氧消耗的廢氣流穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)從所述NOx儲(chǔ)存催化劑中釋放 NOx和(2)在所述NOx還原催化劑上將NOx還原成N2。2、根據(jù)方面1的方法，其中所述廢氣后處理系統(tǒng)包括第一催化劑材料和相對(duì)于通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)的流動(dòng)方向而言位于所述第一催化劑材料下游的第二催化劑材料， 所述第一催化劑材料包括所述鈣鈦礦氧化物顆粒，所述第二催化劑材料包括所述NOx還原催化劑，其中或者所述第一催化劑材料或者所述第二催化劑材料包含所述NOx儲(chǔ)存催化劑，并且或者所述第一催化劑材料或者所述第二催化劑材料包含鈀顆粒。3、根據(jù)方面2的方法，其中所述鈣鈦礦氧化物顆粒包括LaCo03、LaMn03、LaFe03、 LEta9SraiCoO^ LEta9SraiMnO3或LEia9SraiFeO3中的至少一種，其中所述NOx儲(chǔ)存催化劑包括 BaO, BaCO3或K2CO3顆粒中的至少一種，其中所述NOx還原催化劑包括銠顆粒。4、根據(jù)方面2的方法，其中所述廢氣后處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括相對(duì)于所述流動(dòng)方向而言位于所述第二催化劑材料下游的第三催化劑材料，所述第三催化劑材料包括在氧氣存在下能夠用吸收的還原劑來(lái)催化還原NOx的微孔分子篩材料的顆粒，所述微孔分子篩材料包括賤金屬離子取代的沸石、賤金屬氧化物或賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽中的至少一種。5、根據(jù)方面4的方法，進(jìn)一步包括
讓所述富氧的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)，從而在所述第三催化劑材料處在所吸收的氨以及氧氣存在下選擇地還原NOx ；和
讓所述氧消耗的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以在所述鈀和/ 或NOx還原顆粒上形成氨并且將所述氨供應(yīng)到所述第三催化劑材料中以便吸收在其中。6、方法，包括按照一定的空氣與燃料質(zhì)量比率為多汽缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)空氣和燃料，所述質(zhì)量比率能夠選擇性地加以改變以產(chǎn)生其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率高于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的貧燃料混合物，以及其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率等于或低于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的富燃料混合物，所述發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接到包括第一催化劑材料和第二催化劑材料的廢氣后處理系統(tǒng)，所述第二催化劑材料相對(duì)于流動(dòng)方向位于所述第一催化劑材料下游，所述第一催化劑材料包括包含鈣鈦礦氧化物顆粒的NOx氧化催化劑，所述第二催化劑材料包括NOx還原催化劑，其中或者所述第一或者第二催化劑材料包括NOx儲(chǔ)存催化劑；
在所述發(fā)動(dòng)機(jī)處燃燒所述空氣和燃料的貧燃料混合物，以產(chǎn)生包含氮氧化物氣體 (NOx)的富氧的廢氣流，其中所述氮氧化物氣體包含NO和NO2 ；
讓所述富氧的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)在第一催化劑材料處在所述NOx氧化催化劑上將NO氧化成NO2和( 在所述NOx儲(chǔ)存催化劑上儲(chǔ)存 NO25
將所述空氣和燃料的富燃料混合物在所述發(fā)動(dòng)機(jī)處燃燒，以產(chǎn)生氧消耗的廢氣流；和讓所述氧消耗的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)從所述NOx 儲(chǔ)存催化劑釋放NOx和( 在所述第二催化劑材料處在所述NOx還原催化劑上將NOx還原
成N2。7、根據(jù)方面6的方法，其中所述第一催化劑材料包括所述NOx氧化催化劑分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述NOx儲(chǔ)存催化劑和所述NOx還原催化劑都分散在其上的第二載體材料，其中所述第一和第二載體材料包括CeO2-^O2材料、 氧化鋁或沸石中的至少一種。8、根據(jù)方面6的方法，其中所述第一催化劑材料包括所述NOx氧化催化劑和所述 NOx儲(chǔ)存催化劑都分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述NOx還原催化劑分散在其上的第二載體材料，其中所述第一和第二載體材料包括CeO2-^O2材料、 氧化鋁或沸石中的至少一種。9、根據(jù)方面6的方法，其中所述鈣鈦礦氧化物顆粒包括LaCo03、LaMn03、LaFe03、 LEta9SraiCoO^ LEta9SraiMnO3或LEia9SraiFeO3中的至少一種，其中所述NOx儲(chǔ)存催化劑包括堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒，和其中所述NOx還原催化劑包括銠顆粒。10、根據(jù)方面9的方法，其中所述第一和第二催化劑材料承載于包括流通式通道的流通式支撐體上，其中鈣鈦礦氧化物顆粒是以約50 g-約150 g/每升的通過(guò)所述流通式支撐體的可用流量體積的量存在于所述第一催化劑材料中，其中所述銠顆粒是以約 0. IOg-約0. 30g/每升的通過(guò)所述流通式支撐體的可用流量體積的量存在，其中所述堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒是以約IOg-約50g/每升的通過(guò)所述流通式支撐體的可用流量體積的量存在于所述第一或第二催化劑材料中。11、根據(jù)方面6的方法，其中所述廢氣后處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括相對(duì)于所述流動(dòng)方向而言位于所述第二催化劑材料下游的第三催化劑材料，所述第三催化劑材料包括在氧氣存在下能夠用所吸收的還原劑催化還原NOx的微孔分子篩材料，和其中所述微孔分子篩材料包括賤金屬離子取代的沸石、賤金屬氧化物或賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽中的至少一種的顆粒。12、根據(jù)方面11的方法，其中所述第一或第二催化劑材料中的至少一種進(jìn)一步包括鈀顆粒。13、根據(jù)方面12的方法，進(jìn)一步包括
讓所述富氧的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)，從而在所述第三催化劑材料處在所吸收的氨和氧氣存在下有選擇地還原NOx ；和
讓所述氧消耗的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以在所述鈀和/ 或銠顆粒上形成氨并且將所述氨供應(yīng)到所述第三催化劑材料中以便吸收在其中。14、用于結(jié)合到廢氣后處理系統(tǒng)中的貧NOx阱，該廢氣后處理系統(tǒng)處理沿著流動(dòng)方向流動(dòng)的廢氣流，所述貧NOx阱包括
包括入口端、出口端和表面的支撐體，廢氣流的至少一部分沿著所述流動(dòng)方向流動(dòng)并從所述入口端到所述出口端穿過(guò)該支撐體的同時(shí)在所述表面上通過(guò)，所述廢氣流來(lái)源于燃燒源，所述燃燒源燃燒由空氣與燃料質(zhì)量比率定義的空氣和燃料的混合物，該空氣和燃料質(zhì)量比率在貧燃料和富燃料之間循環(huán)；
沉積于所述支撐體的所述表面上的第一催化劑材料，所述第一催化劑材料包括鈣鈦礦氧化物顆粒；
相對(duì)于所述廢氣流的所述流動(dòng)方向而言沉積于在所述第一催化劑材料下游的所述支撐體的所述表面上的第二催化劑材料，所述第二催化劑材料包括銠顆粒；和
存在在所述第一催化劑材料或所述第二催化劑材料中的能夠可逆地以硝酸鹽物質(zhì)形式儲(chǔ)存NO2的堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒。15、根據(jù)方面14的貧NOx阱，其中所述第一催化劑材料包括所述鈣鈦礦氧化物顆粒和所述堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒都分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述銠顆粒分散在其上的第二載體材料，其中第一和第二載體材料包括 CeO2-ZrO2材料、氧化鋁或沸石中的至少一種。16、根據(jù)方面14的貧NOx阱，其中所述第一催化劑材料包括所述鈣鈦礦氧化物顆粒分散在其上的第一載體材料，其中第二催化劑材料包括所述堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒和所述銠顆粒都分散在其上的第二載體材料，其中所述第一和第二載體材料包括 CeO2-ZrO2材料、氧化鋁或沸石中的至少一種。17、根據(jù)方面14的貧NOx阱，其中所述鈣鈦礦氧化物顆粒包括LaCo03、LaMnO3^ Lai^OyLEia9SraiCoOyLaa9SraiMnO3或Laa9SraJeO3中的至少一種，和其中所述堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒包括BaO、BaCO3或K2CO3中的至少一種。18、根據(jù)方面14的貧NOx阱，其中所述第一催化劑材料或所述第二催化劑材料中的至少一種進(jìn)一步包括鈀顆粒。19、根據(jù)方面14的貧NOx阱，其中所述第一催化劑材料不包括任何鉬顆粒，所述第二催化劑材料不包括任何鉬顆粒。20、根據(jù)方面14的貧NOx阱，進(jìn)一步包括相對(duì)于所述廢氣流的所述流動(dòng)方向而言在所述第二催化劑材料下游的所述支撐體的所述表面上沉積的第三催化劑材料，所述第三催化劑材料包括在氧氣存在下能夠用所吸收的還原劑來(lái)催化還原NOx的微孔分子篩材料的顆粒，其中所述微孔分子篩材料包括賤金屬離子取代的沸石、賤金屬氧化物、或賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽中的至少一種的顆粒。本發(fā)明的其它示例性實(shí)施方案將從下面的詳細(xì)說(shuō)明變得更清楚。應(yīng)該理解的是，CN 102536396 A
詳細(xì)說(shuō)明和特定的例子，盡管公開(kāi)了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，是為了僅僅舉例說(shuō)明的目的并且不希望限制所附的權(quán)利要求的范圍。


本發(fā)明的示例性實(shí)施方案將會(huì)從詳細(xì)說(shuō)明和附圖更充分地理解，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的包括貧NOx阱的廢氣后處理系統(tǒng)的示意圖。圖2是在圖1中所示的貧NOx阱的示例性實(shí)施方案的透視圖和部分剖視圖。圖3是在圖2中所示的貧NOx阱的部分放大視圖，它以理想化的方式描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案由支撐體所承載的第一催化劑材料和第二催化劑。圖4是在圖2中所示的貧NOx阱的部分放大視圖，它以理想化的方式描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案由支撐體所承載的第一催化劑材料和第二催化劑材料。圖5是在圖2中所示的貧NOx阱的部分放大視圖，它以理想化的方式描繪了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案各由支撐體所承載的第一催化劑材料、第二催化劑材料和第三催化劑材料。圖6是廢氣后處理系統(tǒng)的示意圖，其中在圖3中所示的第一催化劑材料和第二催化劑材料擔(dān)載于分立的支撐體上。圖7是廢氣后處理系統(tǒng)的示意圖，其中在圖4中所示的第一催化劑材料和第二催化劑材料擔(dān)載于分立的支撐體上。圖8是廢氣后處理系統(tǒng)的示意圖，其中在圖5中所示的第一催化劑材料，第二催化劑材料和第三催化劑材料擔(dān)載于分立的支撐體上。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方案的下列敘述在本質(zhì)上僅僅是示例性的并且無(wú)論如何不希望限制本發(fā)明， 其應(yīng)用或用途。在至少一部分的時(shí)間中燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物以做功的燃燒源可以裝有廢氣后處理系統(tǒng)，以幫助從所形成的富氧的廢氣流中降低某些不希望有的排放物(包括 NOx和顆粒物質(zhì)，如果存在的話)的濃度。廢氣后處理系統(tǒng)可以包括NOx氧化催化劑，后者包括鈣鈦礦氧化物顆粒、NOx儲(chǔ)存催化劑、和NOx還原催化劑。當(dāng)周期地暴露于富氧的廢氣流和氧消耗的廢氣流(例如通過(guò)用空氣和燃料的富燃料混合物的燃燒來(lái)中斷空氣和燃料的貧燃料混合物的燃燒所產(chǎn)生)時(shí)，這三種催化劑(氧化、儲(chǔ)存和還原)能夠合作地將從燃燒源散發(fā)的顯著量的NOx轉(zhuǎn)化成氮?dú)?。鉬作為NOx氧化催化劑的使用因?yàn)楫?dāng)暴露于富氧的廢氣流時(shí)鈣鈦礦化合物的NOx氧化活性而基本上減少或完全地消除。廢氣后處理系統(tǒng)(以附圖標(biāo)記10標(biāo)識(shí))的第一實(shí)施方案示于圖1中。多汽缸、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)12構(gòu)成了燃燒源并且以流體方式聯(lián)接于廢氣后處理系統(tǒng)10。發(fā)動(dòng)機(jī)12周期性地燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物14 ( “A/F貧燃料混合物”)和空氣和燃料的富燃料混合物16 ( "A/F富燃料混合物”)，以已知的控制方式相應(yīng)地分別將富氧的廢氣流18和氧消耗的廢氣流20提供到廢氣后處理系統(tǒng)10中。A/F貧燃料混合物14和A/F富燃料混合物16 兩者通過(guò)空氣與燃料質(zhì)量比率來(lái)定義。A/F貧燃料混合物14含有比為了燃燒所分配的燃料所需要的化學(xué)計(jì)量更多的空氣。A/F貧燃料混合物14的空氣與燃料質(zhì)量比率通常大于14. 6-14. 8，它是汽油燃料的大致的化學(xué)計(jì)量空氣與燃料質(zhì)量比，并且在大部分情況上是在約20-65范圍內(nèi)，這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)12的設(shè)計(jì)和所燃燒的燃料的類型。A/F貧燃料混合物14的燃燒產(chǎn)生富氧的廢氣流18。 富氧的廢氣流18可以達(dá)到高達(dá)900°C的溫度和，正如這里所使用，包括大于1.0 V01% O2至約10 vol%。富氧的廢氣流18也可包括一些NOx和HC類、標(biāo)稱量的CO、也許一些懸浮顆粒物質(zhì)(即，柴油發(fā)動(dòng)機(jī))和余量的N2、C02*H20。富氧的廢氣流18的NOx含量一般是約50 ppmv到約1500 ppmv并且包括大于90mol% NO和低于10mol% N02。HC類的量一般是約250 ppmv —約 750 ppmv ο A/F富燃料混合物16含有為了燃燒所分配的燃料所需要的化學(xué)計(jì)量含量或更少含量的空氣。對(duì)于汽油和柴油機(jī)燃料，A/F富燃料混合物14的空氣與燃料質(zhì)量比通常是在約12-14. 7范圍內(nèi)。A/F富燃料混合物16的燃燒產(chǎn)生氧消耗的廢氣流20。在這里使用的術(shù)語(yǔ)“氧消耗的廢氣”是指具有低于1.0 vol% O2的廢氣。氧消耗的廢氣流20可達(dá)到高達(dá) 1000°C的溫度并且具有低于1. 0 V01%的O2和通常低于0. 5 vol%的02。氧消耗的廢氣流 20也可包括一些NOx、CO和HC類、也許一些懸浮顆粒物質(zhì)(即，柴油發(fā)動(dòng)機(jī))以及余量的 N2XO2和H20。氧消耗的廢氣流20的NOx含量(與前面類似)一般是約50 ppmv到約1500 ppmv并且包括大于90moW NO和低于IOmoW N02。所存在的CO和HC類的量一般分別是約 0. 5vol% —約 1. Ovo 1% 和約 500 ppmv —約 1000 ppmv。 應(yīng)該指出的是，僅僅為了方便敘述，圖1標(biāo)識(shí)了 A/F貧燃料混合物14和A/F富燃料混合物16的分立進(jìn)料以及富氧的廢氣流18和氧消耗的廢氣流20的分立流股。發(fā)動(dòng)機(jī)12， 在實(shí)際中，正如下面進(jìn)一步描述，在與發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求(即，壓制和釋放位于駕駛側(cè)的車室內(nèi)的腳踏板以影響車輛速度和加速)對(duì)應(yīng)的可變的質(zhì)量流動(dòng)速率下供應(yīng)連續(xù)氣流。計(jì)算量的加壓燃料被快速地和斷續(xù)地注入到恰好在發(fā)動(dòng)機(jī)12的上游的進(jìn)入空氣流中——由發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略所決定——以產(chǎn)生具有即刻所需空氣與燃料質(zhì)量比率的空氣和燃料的混合物。 注入到進(jìn)入空氣流中的燃料的量加以控制以維持貧空氣與燃料質(zhì)量比率(A/F貧燃料混合物14)或富空氣與燃料質(zhì)量比率(A/F富燃料混合物16)，或在兩種狀態(tài)之間切換。圖1所使用的命名因此是指被輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)12中的空氣和燃料的混合物的以及在該混合物燃燒之后從發(fā)動(dòng)機(jī)12中排出的最終廢氣流的當(dāng)前空氣與燃料質(zhì)量比率。多汽缸、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)12可以是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(即，柴油機(jī))，火花塞點(diǎn)火直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(即，汽油發(fā)動(dòng)機(jī))，或勻質(zhì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。這些類型的發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一種包括容納已連接到曲軸32的往復(fù)式活塞頭30的汽缸28 (通常四個(gè)-八個(gè)汽缸)。位于各活塞頭30之上的是燃燒室34，它按照特定定時(shí)的間隔通過(guò)進(jìn)氣閥36順序地接受A/F貧燃料混合物14或A/F富燃料混合物16。在燃燒室34中A/F貧或富燃料混合物14、16的火花或壓縮協(xié)助的點(diǎn)火引起它們的各自活塞頭30的快速向下直線運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)曲軸32的旋轉(zhuǎn)。短暫時(shí)間之后，各活塞頭30的反應(yīng)性的向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)排氣閥38從各燃燒室34中逐出燃燒產(chǎn)物。多汽缸、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)12以流體方式聯(lián)接于吸入歧管40和排氣歧管42。吸入歧管40將A/F貧燃料混合物14或A/F富燃料混合物16輸送到燃燒室34。A/F貧或富燃料混合物14、16的空氣部分通過(guò)包括節(jié)流閥體的吸氣系統(tǒng)(未顯示)來(lái)供應(yīng)。吸氣系統(tǒng)使得連續(xù)氣流在可變的質(zhì)量流動(dòng)速率下節(jié)流流向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸觀。貧或A/F富燃料混合物14、16的燃料部分通過(guò)燃料噴射器(未顯示)來(lái)供應(yīng)，后者將加壓的燃料分配到進(jìn)入空氣流。排氣歧管42收集從各燃燒室34中逐出的燃燒產(chǎn)物并將它們作為富氧的廢氣流18(如果A/F 貧燃料混合物14正在燃燒)或氧消耗的廢氣流20 (如果A/F富燃料混合物正在燃燒)輸送到廢氣后處理系統(tǒng)10中。電子燃料噴射系統(tǒng)(未顯示)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略來(lái)連續(xù)地控制輸送到發(fā)動(dòng)機(jī) 12中的空氣和燃料的混合物。該電子燃料噴射系統(tǒng)采用了電子控制模塊(ECM)，后者包括微處理器或微控制器，存儲(chǔ)預(yù)先程序設(shè)計(jì)的檢查表和軟件的存儲(chǔ)容量，以及接收數(shù)據(jù)和發(fā)送指令信號(hào)的相關(guān)電路。ECM從各種感測(cè)器中不斷地接收代表發(fā)動(dòng)機(jī)12的當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這些感測(cè)器可包括空氣流量感測(cè)器，節(jié)流閥體位置傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器，輸入凸輪軸位置傳感器，曲軸位置傳感器，和廢氣氧傳感器。從感測(cè)器接收的相關(guān)數(shù)據(jù)與預(yù)先程序設(shè)計(jì)的檢查表對(duì)比和/或插入算法中以精確計(jì)算需要多少燃料才能將空氣和燃料的所需混合物輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸觀中。ECM然后將相應(yīng)的輸出信號(hào)發(fā)送到位于發(fā)動(dòng)機(jī) 12上的燃料噴射器，以便將合適量的燃料分配到進(jìn)入空氣流中。ECM每分鐘進(jìn)行這些操作數(shù)千次并且因此對(duì)于正改變的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件迅速地響應(yīng)，以及能夠在A/F貧燃料混合物 14和A/F富燃料混合物16之間實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，反之亦然，若合適的話。廢氣后處理系統(tǒng)10通過(guò)LNT 22交替地連通富氧的廢氣流18和氧消耗的廢氣流 20來(lái)控制NOx。LNT 22包括承載精細(xì)分散的催化劑顆粒的一系列催化劑材料，這些催化劑顆粒能夠合作地除去超過(guò)90%或更高的由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的NOx。一般說(shuō)來(lái)，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒 A/F貧燃料混合物14的同時(shí)，LNT 22從富氧的廢氣流18中抽提NOx。抽提的NOx作為硝酸鹽物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存和聚集，直至氧消耗的廢氣流20被輸送到LNT 22為止。氧消耗的廢氣流 20，一旦輸送，會(huì)釋放先前儲(chǔ)存的NOx和原生的NOx并用各種還原劑還原這些NOx，這些原生NOx的存在歸因于A/F富燃料混合物16的燃燒。這一周期——在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作過(guò)程中常常重復(fù)進(jìn)行——連續(xù)產(chǎn)生主要由N2, O2, CO2，和H2O以及可接受的低水平的NOx組成的已處理廢氣流24。LNT通過(guò)在一定程度上將CO和HC類氧化成(X)2和H2O來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)已處理的廢氣流M的組成調(diào)整。廢氣后處理系統(tǒng)10引導(dǎo)已處理的廢氣流M通過(guò)另外的催化組分，如果需要的話，并且流向排氣管口 26以排出到大氣中。廢氣后處理系統(tǒng)10可包括沒(méi)有特意在圖1中示出的其它設(shè)備或機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備幫助或也許不幫助產(chǎn)生已處理的廢氣流對(duì)。這些設(shè)備包括，例如，柴油氧化催化劑，三向催化劑，柴油微粒過(guò)濾器，廢氣再循環(huán)管線，渦輪增壓器渦輪，消聲器，和/或諧振器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)知道和了解可以包括在廢氣后處理系統(tǒng)10之內(nèi)和周圍的這些設(shè)備和許多其它設(shè)備。貧NOx阱22，最佳如圖2中所示，包括容納支撐體46并包括入口 48和出口 50的罐44。罐44可以是圓柱形，正如所示，或可采取任何其它所需幾何結(jié)構(gòu)。入口 46和出口 48位于罐44的相對(duì)側(cè)上并且是輕微的錐形以便適合與上游管和下游管實(shí)現(xiàn)流體連通。罐 44可以由不銹鋼制造并以管的形式插入廢氣后處理系統(tǒng)10內(nèi)以形成具有縱向流動(dòng)軸A的容納在內(nèi)的流路，其中富氧或氧消耗的廢氣流18、20流過(guò)該流路。支撐體46，如部分截面所示，是整料式蜂窩狀結(jié)構(gòu)，它包括入口端52，出口端54， 和數(shù)百(即，400個(gè)左右)平行流通式通道56/每平方英寸，這些通道大體與流動(dòng)軸A平行取向從入口端52延伸到出口端M。入口端52和出口端M分別接近于罐44的入口 48和出口 50。流通式通道M至少部分地由壁面58所界限(在圖3中最佳地顯示)，其中富氧或氧消耗的廢氣流18、20的各自部分在橫穿支撐體46的同時(shí)在這些壁面上通過(guò)。整料式蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以從能夠承受與富氧或氧消耗的廢氣流18、20相關(guān)的溫度和化學(xué)環(huán)境的任何材料形成?？梢允褂玫牟牧系囊恍┨囟ɡ影ㄌ沾扇鐢D出的堇青石，碳化硅，氮化硅， 二氧化鋯，多鋁紅柱石，鋰輝石，氧化鋁-硅石-氧化鎂，硅酸鋯，硅線石，透鋰長(zhǎng)石，或耐熱和耐腐蝕金屬如鈦或不銹鋼。第一催化劑材料60和第二催化劑材料62 (如圖3中所示)沉積在流通式通道56 的壁面58上。第一催化劑材料60包括承載包含細(xì)分散的鈣鈦礦氧化物顆粒的NOx氧化催化劑66的第一載體材料64。第二催化劑材料包括承載NOx儲(chǔ)存催化劑70和NOx還原催化劑72的第二載體材料68。第二催化劑材料62在相對(duì)于富氧或氧消耗的廢氣流18、20的流動(dòng)方向(即，從支撐體46的入口端52到出口端M沿著流動(dòng)軸A)而言在第一催化劑材料60的下游處沉積。任何已知的技術(shù)可以用于制備和沉積催化劑材料60，62，例如常規(guī)的罩面涂層(washcoating)。在圖3中所示的第一和第二催化劑材料60、62是僅僅理想化的描繪；它們不是按比例描繪的并且不表示催化劑66、70、72的實(shí)際散布形式。在實(shí)踐中細(xì)分散的催化劑顆粒會(huì)充分地分散在由組成第一和第二載體材料64、68的較大的、高表面積的、聚集的載體顆粒所限定的許多孔隙內(nèi)。第一催化劑材料60和第二催化劑材料62在支撐體46上的許多沉積排列都是可能的。例如，第一催化劑材料60可以沉積在支撐體46的接近入口端52的一半上以及第二催化劑材料62可以沉積在支撐體46的接近出口端M的剩余一半上。這一排列提供了兩個(gè)同等尺寸和基本上可區(qū)分的催化劑床，兩者一起跨越整個(gè)支撐體46。作為另一個(gè)例子， 第一催化劑材料60和第二催化劑材料62可以從入口端52到出口端M若干次交替地沉積在支撐體46上。這一排列提供了跨越整個(gè)支撐體46的多個(gè)交替和基本上可區(qū)分的催化劑床。兩對(duì)至五對(duì)的第一和第二催化劑材料60、62是優(yōu)選的。第一和第二載體材料64、68可以是相同或不同的和一般顯示有較高的表面積，具有許多加載或分散位點(diǎn)用于容納它們的各自細(xì)催化劑顆粒。載體材料64、68的表面積可以是約20 m2/克至約300 m2/克。載體材料64、68可以例如包括高表面積的混合鈰氧化物和鋯氧化物材料(CeO2-^O2)。該材料提供高表面積以及一些另外的相關(guān)官能團(tuán)。CeO2-^O2 材料更具體地說(shuō)顯示出了一些能力在低溫下增強(qiáng)NO2儲(chǔ)存，穩(wěn)定某些催化劑從而能夠降低加載要求，和促進(jìn)水-氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)。載體材料64、68也可包括氧化鋁(Al2O3)，ZSM-5沸石， 或本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的任何其它合適材料。第一和第二載體材料64、68的優(yōu)選加載量是約100 g至約200 g/每升的通過(guò)支撐體46的可用流量體積。早已提到的NOx氧化催化劑66包括細(xì)分散的鈣鈦礦氧化物顆粒。這些顆粒包括寬泛類型的由通式ABO3定義的非貴金屬混合氧化物?！癆”和“B”原子是與氧陰離子絡(luò)合的不同尺寸的互補(bǔ)陽(yáng)離子。較大的、處于中心的“A”陽(yáng)離子是由較小“B”陽(yáng)離子包圍的?！癆” 和“B”陽(yáng)離子分別與十二個(gè)和六個(gè)氧陰離子絡(luò)合。少量的“A”和/或“B”陽(yáng)離子也可被不同的仍然類似尺寸的“Al”和“Bi”促進(jìn)劑陽(yáng)離子取代，以提供與一般的ABO3晶體結(jié)構(gòu)類似但由通式AhAIxBhBIyO3定義的超晶胞(supercell)晶體結(jié)構(gòu)。在第一催化劑材料60中細(xì)分散的鈣鈦礦氧化物顆粒的優(yōu)選加載量是約50 g至約150 g/每升的通過(guò)支撐體46的可用流量體積。
鈣鈦礦氧化物顆粒可包括相同的鈣鈦礦氧化物或兩種或更多種鈣鈦礦氧化物的混合物。鈣鈦礦氧化物的很多組合是可以加以利用的，因?yàn)椴簧儆?7種陽(yáng)離子可以用作 “A”陽(yáng)離子和不少于36種陽(yáng)離子可以用作“B”陽(yáng)離子。最通常用作“A”陽(yáng)離子的陽(yáng)離子的列表包括下列這些的陽(yáng)離子鈣(Ca)，鍶(Sr)，鋇(Ba)，鉍(Bi)，鎘(Cd)，鈰(Ce)，鉛(1 )，釔 (Y)，和鑭(La)，而最通常用作“B”陽(yáng)離子的陽(yáng)離子的列表包括下列這些的陽(yáng)離子鈷(Co), 鈦(Ti)，鋯(Zr)，鈮(Nb)，錫(Sn)，鈰(Ce)，鋁(Al)，鎳(Ni)，鉻(Cr)，錳(Mn)，銅(Cu)，和鐵0 )?？梢詷?gòu)成鈣鈦礦氧化物顆粒的全部或一部分的一些特定和示例性鈣鈦礦氧化物包括 LaCoO3 λ La0 9Sr0 ^oO3λ LaMnO3λ La0 9Sr0 ^nO3λ LaFeO3 禾口 La0 9Sr0 抑030當(dāng)暴露于富氧的廢氣流18時(shí)，鈣鈦礦氧化物顆粒將NO催化氧化成N02。鈣鈦礦氧化物晶格(即，ABO3或VxAIxBhBIyO3)能夠容納常常產(chǎn)生氧空位的幾個(gè)不同的晶格缺陷。 不希望受理論束縛，這些氧空位被認(rèn)為明顯有助于鈣鈦礦氧化物的NO氧化活性，因?yàn)樵诟谎醯膹U氣流18中所含的氧發(fā)生離解以填充這些空位，留下迅速吸附NO的殘留氧自由基。鈣鈦礦氧化物顆粒高效地氧化NO成NO2的能力可以顯著地減少或完全地消除了在用于NO氧化目的的第一或第二催化劑材料60、62中包含鉬的需要。第一催化劑材料60因此可包括僅僅痕量的鉬或完全沒(méi)有鉬。NOx儲(chǔ)存催化劑70和NOx還原催化劑72可以是本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的任何合適材料。NOx儲(chǔ)存催化劑70包括能夠捕獲和儲(chǔ)存在富氧的廢氣流18中所含的NO2以及相反地能夠釋放NOx氣體到氧消耗的廢氣流20中的任何化合物。許多的堿金屬或堿土金屬化合物按照此類方式通過(guò)硝酸鹽物質(zhì)的可逆形成來(lái)操作并且這樣可構(gòu)成NOx儲(chǔ)存催化劑70 的全部或一部分?？墒褂玫囊恍┨囟ê褪纠缘膲A金屬或堿土金屬化合物包括BaO、BaCO3 和K2CO3的細(xì)顆粒。這些細(xì)分散的顆粒狀材料的優(yōu)選加載量是約10 g至約50 g/每升的通過(guò)支撐體46的可用流量體積。NOx還原催化劑72包括能夠還原在氧消耗的廢氣流20中的 NOx氣體的任何化合物。銠的細(xì)顆粒能夠提供此類還原活性并且可構(gòu)成NOx還原催化劑72 的全部或一部分。細(xì)分散的銠的優(yōu)選加載量是約0. 10 g至約0.30 g/每升的通過(guò)支撐體 46的可用流量體積。其它催化劑顆粒也可分散在第一和/或第二催化劑材料60、62的載體材料64、68 上。細(xì)分散的鈀顆粒例如能夠幫助氧化在富氧或氧消耗的廢氣流18、20中所存在的任何殘留HC類和CO并且當(dāng)含硫的燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)12中燃燒時(shí)幫助減慢鈣鈦礦氧化物顆粒遭遇硫中毒的速率。如果包括的話，鈀的優(yōu)選加載量可以是約1.0 g-約5.0 g/每升的通過(guò)支撐體46的可用流量體積。第一催化劑材料60的特定例子包括約120 g/L的具有75/25的摩爾比的 CeO2-ZrO2作為第一載體材料64和約100 g/L的Liia9Sra ^nO3作為NOx氧化催化劑66。第二催化劑材料62的特定例子包括約120 g/L的具有75/25的摩爾比的CeO2-^O2作為第二載體材料68，約30 g/L的BaO作為NOx儲(chǔ)存催化劑70，和約0. 18 g/L的銠作為NOx 還原催化劑70?？偣布s1.8 g/L的鈀可以分散在第一或第二載體材料64、68上或分散在第一和第二載體材料64、68兩者上。NOx氧化、儲(chǔ)存和還原用催化劑66、70、72 —起合作通過(guò)多元的反應(yīng)機(jī)理將NOx主要轉(zhuǎn)化成隊(duì)。例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12燃燒A/F貧燃料混合物14時(shí)，分散在第一催化劑材料60中的NOx氧化催化劑66將富氧的廢氣流18中所含的NO氧化成N02。同時(shí)，分散在第二催化劑材料62中的NOx儲(chǔ)存催化劑M捕獲原生的和新產(chǎn)生的NO2并以硝酸鹽物質(zhì)形式儲(chǔ)存。 NO的氧化和NO2的儲(chǔ)存一直發(fā)生到NOx儲(chǔ)存催化劑70達(dá)到或接近它的硝酸鹽儲(chǔ)存容量為止。儲(chǔ)存的硝酸鹽物質(zhì)然后從NOx儲(chǔ)存催化劑70中除去，以便為未來(lái)的NO2吸附而再生硝酸鹽捕獲位點(diǎn)。NOx從NOx儲(chǔ)存催化劑70中的釋放是通過(guò)短暫地將A/F貧燃料混合物14 轉(zhuǎn)化成A/F富燃料混合物16使得在發(fā)動(dòng)機(jī)12內(nèi)的燃燒產(chǎn)生氧消耗的廢氣流20來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在氧消耗的廢氣流20中氧含量的下降和還原劑(即，CO, HC類，和H2)的增加使得所儲(chǔ)存的硝酸鹽物質(zhì)變得熱力學(xué)不穩(wěn)定并且引起NOx釋放?？衫玫倪€原劑然后在分散于第二催化劑材料62中的NOx還原催化劑72上還原所釋放的NOx。一旦令人滿意地實(shí)現(xiàn)了 NOx儲(chǔ)存催化劑70的再生，可以恢復(fù)將A/F貧燃料混合物14供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)12并且該周期重復(fù)進(jìn)行。在富氧的廢氣流18 (HC類)和氧消耗的廢氣流(CO，HC類，H2)中所含的還原劑也通過(guò)在NOx氧化催化劑66中的鈣鈦礦氧化物顆粒以及，如果存在的話，分散在第一和/或第二催化劑材料60、62中的鈀顆粒來(lái)氧化。在廢氣后處理系統(tǒng)10中使用貧NOx阱22的方法對(duì)于閱讀以上公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)該是顯而易見(jiàn)的。該方法包括輸送A/F貧燃料混合物14到發(fā)動(dòng)機(jī)12中進(jìn)行燃燒。A/F貧燃料混合物14在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸觀內(nèi)燃燒，所形成的富氧的廢氣流18被傳輸?shù)綇U氣后處理系統(tǒng)10中。貧NOx阱22接收在罐44的入口 48處流動(dòng)的富氧的廢氣流18。富氧的廢氣流18從入口 48通入到出口 50并且經(jīng)由許多流通式通道56穿過(guò)支撐體46。第一催化劑材料60——它沉積在第二催化劑材料62的上游的流通式通道56的壁面58上—— 在包含鈣鈦礦氧化物顆粒的NOx氧化催化劑66上將NO氧化成N02。分散在第二催化劑材料62中的NOx儲(chǔ)存催化劑70捕獲在富氧的廢氣流18中所含的NO2并且作為硝酸鹽物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存它。然后，當(dāng)合適時(shí)，該方法將A/F貧燃料混合物14轉(zhuǎn)化成A/F富燃料混合物16，從而將A/F富燃料混合物16輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)12中進(jìn)行燃燒。A/F富燃料混合物16在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸 28內(nèi)燃燒，所形成的氧消耗的廢氣流20被傳輸?shù)綇U氣后處理系統(tǒng)10中。氧消耗的廢氣流 20經(jīng)由許多流通式通道58穿過(guò)支撐體46并且從NOx儲(chǔ)存催化劑70中吹掃出NOx衍生的硝酸鹽物質(zhì)。釋放的NOx在NOx還原催化劑72上通過(guò)在氧消耗的廢氣流20中所含的可利用的還原劑被還原成N2。該方法最后需要將A/F富燃料混合物16轉(zhuǎn)化回到A/F貧燃料混合物14。廢氣后處理系統(tǒng)10的第二實(shí)施方案示于圖4中。這里描述的廢氣后處理系統(tǒng)是第一實(shí)施方案(圖1-3)的變型，并且同樣地，使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類似的結(jié)構(gòu)單元或材料。一個(gè)差異是第一催化劑材料160而不是第二催化劑材料162包括NOx儲(chǔ)存催化劑 170。催化劑166、170、172的這一排列沒(méi)有影響LNT 22將NOx轉(zhuǎn)化成N2的總機(jī)理。NOx儲(chǔ)存催化劑170與包括鈣鈦礦氧化物顆粒的NOx氧化催化劑(其中NO氧化成NO2)簡(jiǎn)單地混合，這不同于與NOx還原催化劑172(其中釋放的NOx被還原成N2)混合的情況。廢氣后處理系統(tǒng)10的第三實(shí)施方案示于圖5中。這里描述的廢氣后處理系統(tǒng)在許多方面類似于第一實(shí)施方案(圖1-3)，并且同樣地，使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類似的結(jié)構(gòu)單元或材料。一些差異包括(1)第一催化劑材料260包括NOx氧化催化劑266 (包含鈣鈦礦氧化物顆粒)和NOx儲(chǔ)存催化劑270和( 第二催化劑材料262包括NOx還原催化劑272和鈀顆粒274。在規(guī)定的還原劑存在下顯示出氨選擇性催化還原活性的第三催化劑材料276也沉積在流通式通道256的、在相對(duì)于富氧的或氧消耗的廢氣流18、20的流動(dòng)方向而言位于第二催化劑材料262下游的壁面258上。第一催化劑材料260和第二催化劑材料沈2已足夠詳細(xì)地描述。第三催化劑材料 276可以是微孔分子篩材料，它能夠通過(guò)將所吸收的氨或所吸收的烴類用作還原劑，在O2存在下催化還原NOx。微孔分子篩材料可以，例如，是賤金屬(base metal)離子交換沸石，賤金屬氧化物，或賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽，如果將被吸收的還原劑是氨的話。合適的賤金屬離子交換沸石的一些例子包括β-沸石，MFI-沸石(即，ZSM-5)，菱沸石，或USY (超穩(wěn)Y型)沸石，它們中的每一種優(yōu)選與Cu或狗的一種或多種進(jìn)行離子交換并且可從BASF Catalysts (Iselin, New Jersey)禾口 Johnson Matthey (London, UK)商購(gòu)。合適的賤金屬氧化物的一些例子包括V205-W03/Ti&和V205/Ti02。賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽的一些例子包括SAP0-5，SAP0-34或SAP0-44，它們中的每一種優(yōu)選與Cu或!^e的一種或多種進(jìn)行離子交換并且可從Novel Company (Shanghai, China)商購(gòu)。微孔分子篩材料也可以，作為另一個(gè)例子，是承載銀的氧化鋁(AgAl2O3)或離子交換的賤金屬沸石，如果需要吸收的還原劑是烴類。合適的賤金屬離子交換沸石的一些例子包括Y-沸石，它優(yōu)選與Na、Ba、Cu或Co的一種或多種進(jìn)行離子交換。合適的硅鋁磷酸鹽的一些例子包括SAP0-5、SAP0-34、或SAP0-44， 它們中的每一種優(yōu)選與Na、Ba、Cu或Co —種或多種的進(jìn)行離子交換。第一、第二和第三催化劑材料沈0、沈2、276的順序排列提供了當(dāng)貧和A/F富燃料混合物14、16周期性地被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)12中時(shí)具有附加的NOx轉(zhuǎn)化活性的LNT 22。當(dāng)暴露于富氧的廢氣流18時(shí)，第一催化劑材料266象預(yù)期那樣發(fā)揮作用——即，NOx氧化催化劑266將NO氧化成NO2以及NOx儲(chǔ)存催化劑將NO2作為硝酸鹽物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存。第二催化劑材料沈2，更具體地說(shuō)鈀顆粒274，能夠?qū)C類多少有效地氧化，但是一般不能氧化滑過(guò)第一催化劑材料260的N0?；^(guò)第一催化劑材料260并保留在富氧的廢氣流18中的NOx仍然可通過(guò)在第三催化劑材料274中所含的被吸收的氨或被吸收的烴來(lái)選擇性地還原。被吸收的氨或烴可以在貧和A/F富燃料混合物14、16之間的周期性轉(zhuǎn)換中或經(jīng)由合適的還原劑注射系統(tǒng)被供應(yīng)到第三催化劑材料276中。例如，從A/F貧燃料混合物14到 A/F富燃料混合物16的轉(zhuǎn)換將氧消耗的廢氣流20傳送到LNT 22。當(dāng)暴露于氧消耗的廢氣流20時(shí)，第一催化劑材料260釋放N0x，第二催化劑材料262將NOx還原成隊(duì)，如前所述。 NOx還原催化劑272，尤其當(dāng)包含銠顆粒和鈀顆粒274時(shí)，也合作促進(jìn)可替換的反應(yīng)，在所述反應(yīng)中NO與某些還原劑(CO，H2)反應(yīng)而形成少量的氨。所產(chǎn)生的氨最后被提供給第三催化劑材料276中，在該處氨能夠一直聚集到在&存在下NOx到達(dá)為止。廢氣后處理系統(tǒng)(以附圖標(biāo)記310標(biāo)識(shí))的第四實(shí)施方案示于圖6中。該廢氣后處理系統(tǒng)310是第一實(shí)施方案(圖1-3)的變型，并且同樣地使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類似的結(jié)構(gòu)單元或材料。這里一個(gè)差異是LNT 322包括一對(duì)的劃分開(kāi)的罐3Ma、344b，它們兩者經(jīng)由較小直徑的中間管段378實(shí)現(xiàn)流體連通。上游罐34 容納攜帶第一催化劑材料 360的支撐體346a，下游罐344b容納攜帶第二催化劑材料362的支撐體346b。第一催化劑材料360和第二催化劑材料362具有與在圖1-3中所示和所述的第一個(gè)實(shí)施方案相同的組成。廢氣后處理系統(tǒng)310的該實(shí)施方案按照所述的相同的一般方式將NOx轉(zhuǎn)化成隊(duì)。在分立的罐3Ma、344b中所含的分立支撐體346a、346b上也擔(dān)載第一催化劑材料360和第二催化劑材料362。LNT 322的這一結(jié)構(gòu)排列有利于維護(hù)并且此外增強(qiáng)流過(guò)廢氣后處理系統(tǒng)310 的紊流以及廢氣的混合，因?yàn)楦谎醯幕蜓跸牡膹U氣流18、20需要穿過(guò)被較小直徑的管段378分開(kāi)的兩個(gè)支撐體346a、346b。廢氣后處理系統(tǒng)(以附圖標(biāo)記410標(biāo)識(shí))的第五個(gè)實(shí)施方案示于圖7中。該廢氣后處理系統(tǒng)410是第二實(shí)施方案(圖4)的變型，并且同樣地使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類似的結(jié)構(gòu)單元或材料。這里一個(gè)差異是LNT 422包括一對(duì)的劃分開(kāi)的罐4Ma、444b，它們兩者經(jīng)由較小直徑的中間管段478實(shí)現(xiàn)流體連通。上游罐44 容納攜帶第一催化劑材料460 的支撐體446a，下游罐444b容納攜帶第二催化劑材料462的支撐體446b。第一催化劑材料460和第二催化劑材料462具有與在圖4中所示和所述的第二個(gè)實(shí)施方案相同的組成。 廢氣后處理系統(tǒng)410的該實(shí)施方案按照所述的相同的一般方式將NOx轉(zhuǎn)化成N2。在分立的罐4Ma、444b中所含的分立的支撐體446a、446b上也擔(dān)載第一催化劑材料460和第二催化劑材料462。LNT 422的這一結(jié)構(gòu)排列提供對(duì)于剛才討論的第四個(gè)實(shí)施方案(圖6)所確定的相同的維護(hù)和流動(dòng)增強(qiáng)作用。廢氣后處理系統(tǒng)(以附圖標(biāo)記510標(biāo)識(shí))的第六個(gè)實(shí)施方案示于圖8中。該廢氣后處理系統(tǒng)510是第三個(gè)實(shí)施方案(圖5)的變型，并且同樣地，使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類似的結(jié)構(gòu)單元或材料。這里一個(gè)差異是LNT 522包括三個(gè)劃分開(kāi)的罐M^、544b、 544c,它們經(jīng)由較小直徑的中間管段578、580實(shí)現(xiàn)流體連通。上游罐容納承載第一催化劑材料560的支撐體M6a。位于上游罐的下游的中間罐M4b容納承載第二催化劑材料562的支撐體M6b。位于中間罐M4b之后的下游罐Mk容納承載第三催化劑材料576的支撐體M6c。第一、第二和第三催化劑材料560、562、576具有與在圖5中所示和所述的第三個(gè)實(shí)施方案相同的組成。廢氣后處理系統(tǒng)510的該實(shí)施方案按照所述的相同的一般方式將NOx轉(zhuǎn)化成隊(duì)并且，另外，對(duì)富氧的廢氣流18中可以滑過(guò)第一和第二催化劑材料560、562的NOx提供附加的選擇性催化NOx還原作用。在分立的罐M^、544b jMc中所含的分立的支撐體M6a、546b、M6c上也承載第一催化劑材料560、第二催化劑材料562 和第三催化劑材料576。LNT 522的這一結(jié)構(gòu)排列能夠提供對(duì)于前面討論的第四個(gè)實(shí)施方案(圖6)所確定的相同的維護(hù)和流動(dòng)增強(qiáng)作用。實(shí)施方案的以上敘述在性質(zhì)上僅僅是示例性的，因此，它的各種變化不被認(rèn)為是偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.方法，包括按照一定的空氣與燃料質(zhì)量比率為燃燒源供應(yīng)空氣和燃料，所述質(zhì)量比率能夠選擇性地加以改變以產(chǎn)生其中所述空氣與燃料的質(zhì)量比率高于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的貧燃料混合物，以及其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率等于或低于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的富燃料混合物，所述燃燒源聯(lián)接到包括NOx氧化催化劑、NOx儲(chǔ)存催化劑和NOx還原催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)，所述NOx氧化催化劑包括鈣鈦礦氧化物顆粒；在所述燃燒源處燃燒所述空氣和燃料的貧燃料混合物，以產(chǎn)生包含氮氧化物氣體 (NOx)的富氧的廢氣流，其中所述氮氧化物氣體包含NO和NO2 ；讓所述富氧的廢氣流穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)在所述NOx氧化催化劑上將NO 氧化成NO2和( 在所述NOx儲(chǔ)存催化劑處將NOx作為硝酸鹽物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存；將所述空氣和燃料的富燃料混合物在所述燃燒源處燃燒，以產(chǎn)生氧消耗的廢氣流；和讓所述氧消耗的廢氣流穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)從所述NOx儲(chǔ)存催化劑中釋放 NOx和(2)在所述NOx還原催化劑上將NOx還原成N2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述廢氣后處理系統(tǒng)包括第一催化劑材料和相對(duì)于通過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)的流動(dòng)方向而言位于所述第一催化劑材料下游的第二催化劑材料， 所述第一催化劑材料包括所述鈣鈦礦氧化物顆粒，所述第二催化劑材料包括所述NOx還原催化劑，其中或者所述第一催化劑材料或者所述第二催化劑材料包含所述NOx儲(chǔ)存催化劑，并且或者所述第一催化劑材料或者所述第二催化劑材料包含鈀顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述鈣鈦礦氧化物顆粒包括LaCo03、LaMnO3^LaFeO3^ LEta9SraiCoO^ LEta9SraiMnO3或LEia9SraiFeO3中的至少一種，其中所述NOx儲(chǔ)存催化劑包括 BaO, BaCO3或K2CO3顆粒中的至少一種，其中所述NOx還原催化劑包括銠顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述廢氣后處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括相對(duì)于所述流動(dòng)方向而言位于所述第二催化劑材料下游的第三催化劑材料，所述第三催化劑材料包括在氧氣存在下能夠用吸收的還原劑來(lái)催化還原NOx的微孔分子篩材料的顆粒，所述微孔分子篩材料包括賤金屬離子取代的沸石、賤金屬氧化物或賤金屬離子取代的硅鋁磷酸鹽中的至少一種。
5.方法，包括按照一定的空氣與燃料質(zhì)量比率為多汽缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)空氣和燃料，所述質(zhì)量比率能夠選擇性地加以改變以產(chǎn)生其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率高于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的貧燃料混合物，以及其中所述空氣與燃料質(zhì)量比率等于或低于化學(xué)計(jì)量比的空氣和燃料的富燃料混合物，所述發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接到包括第一催化劑材料和第二催化劑材料的廢氣后處理系統(tǒng)，所述第二催化劑材料相對(duì)于流動(dòng)方向位于所述第一催化劑材料下游，所述第一催化劑材料包括包含鈣鈦礦氧化物顆粒的NOx氧化催化劑，所述第二催化劑材料包括NOx還原催化劑，其中或者所述第一或者第二催化劑材料包括NOx儲(chǔ)存催化劑；在所述發(fā)動(dòng)機(jī)處燃燒所述空氣和燃料的貧燃料混合物，以產(chǎn)生包含氮氧化物氣體 (NOx)的富氧的廢氣流，其中所述氮氧化物氣體包含NO和NO2 ；讓所述富氧的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)在第一催化劑材料處在所述NOx氧化催化劑上將NO氧化成NO2和( 在所述NOx儲(chǔ)存催化劑上儲(chǔ)存 NO25將所述空氣和燃料的富燃料混合物在所述發(fā)動(dòng)機(jī)處燃燒，以產(chǎn)生氧消耗的廢氣流；和讓所述氧消耗的廢氣流沿著所述流動(dòng)方向穿過(guò)所述廢氣后處理系統(tǒng)以(1)從所述NOx 儲(chǔ)存催化劑釋放NOx和( 在所述第二催化劑材料處在所述NOx還原催化劑上將NOx還原成N2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述第一催化劑材料包括所述NOx氧化催化劑分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述NOx儲(chǔ)存催化劑和所述NOx還原催化劑都分散在其上的第二載體材料，其中所述第一和第二載體材料包括CeO2-^O2材料、 氧化鋁或沸石中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述第一催化劑材料包括所述NOx氧化催化劑和所述 NOx儲(chǔ)存催化劑都分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述NOx還原催化劑分散在其上的第二載體材料，其中所述第一和第二載體材料包括CeO2-^O2材料、 氧化鋁或沸石中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述鈣鈦礦氧化物顆粒包括LaCo03、LaMnO3^LaFeO3^ LEta9SraiCoO^ LEta9SraiMnO3或LEia9SraiFeO3中的至少一種，其中所述NOx儲(chǔ)存催化劑包括堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒，和其中所述NOx還原催化劑包括銠顆粒。
9.用于結(jié)合到廢氣后處理系統(tǒng)中的貧NOx阱，該廢氣后處理系統(tǒng)處理沿著流動(dòng)方向流動(dòng)的廢氣流，所述貧NOx阱包括包括入口端、出口端和表面的支撐體，廢氣流的至少一部分沿著所述流動(dòng)方向流動(dòng)并從所述入口端到所述出口端穿過(guò)該支撐體的同時(shí)在所述表面上通過(guò)，所述廢氣流來(lái)源于燃燒源，所述燃燒源燃燒由空氣與燃料質(zhì)量比率定義的空氣和燃料的混合物，該空氣和燃料質(zhì)量比率在貧燃料和富燃料之間循環(huán)；沉積于所述支撐體的所述表面上的第一催化劑材料，所述第一催化劑材料包括鈣鈦礦氧化物顆粒；相對(duì)于所述廢氣流的所述流動(dòng)方向而言沉積于在所述第一催化劑材料下游的所述支撐體的所述表面上的第二催化劑材料，所述第二催化劑材料包括銠顆粒；和存在在所述第一催化劑材料或所述第二催化劑材料中的能夠可逆地以硝酸鹽物質(zhì)形式儲(chǔ)存NO2的堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的貧NOx阱，其中所述第一催化劑材料包括所述鈣鈦礦氧化物顆粒和所述堿金屬或堿土金屬氧化物顆粒都分散在其上的第一載體材料，其中所述第二催化劑材料包括所述銠顆粒分散在其上的第二載體材料，其中第一和第二載體材料包括CeO2-ZiO2 材料、氧化鋁或沸石中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于廢氣后處理系統(tǒng)中的鈣鈦礦氧化物化合物。從由用于燃燒空氣和燃料的貧燃料混合物的燃燒源所產(chǎn)生的富氧的廢氣流中除去NOX的方法可以包括讓富氧的廢氣流穿過(guò)包括NOX氧化催化劑、NOX儲(chǔ)存催化劑和NOX還原催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)，該NOX氧化催化劑包括鈣鈦礦氧化物顆粒。
文檔編號(hào)F01N3/28GK102536396SQ201110435090
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者H. 金 C., B. 布朗 D., 齊 G., J. 施米格 S., 李 W. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司