三效催化剂的制作方法

本发明涉及一种三效催化剂，其能够实现三个不同的反应，其中有氮氧化物还原生成氮气和二氧化碳的反应、一氧化碳生成二氧化碳的氧化反应和未完全燃烧的碳氢化合物生成二氧化碳和水的氧化反应，并且其用于装配机动车辆的内燃发动机所设有的排气管线。

背景技术：

混合型机动车辆配备有用于使其能够移动的内燃发动机。混合型机动车辆也配备有机动车辆的附属驱动装置，例如电力发动机或者类似的发动机。

内燃发动机产生排放气体，排放气体通过排气管线向在内燃发动机外面的外部环境排放。排放气体包括希望在其向外部环境排放前预先还原的氮氧化物。排放气体也包括希望在其向外部环境排放前预先进行氧化的一氧化碳。排放气体最后包括希望在其向外部环境排放前预先进行氧化的未完全燃烧的碳氢化合物。

通过文件WO2013153081已知一种三效催化剂，在该三效催化剂内部实现三个不同的反应，其中有氮氧化物还原生成氮气和二氧化碳的反应、一氧化碳生成二氧化碳的氧化反应和未完全燃烧的碳氢化合物生成二氧化碳和水的氧化反应。

为了起效，三效催化剂需要排放气体具有特定温度，使得三效催化剂本身达到临界温度。然而，混合型机动车辆的内燃发动机被经常置于停止以由附属驱动装置替代。在这种情况下，排气管线不再引导排放气体的流通，这导致三效催化剂的有害冷却。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种三效催化剂，其允许实现三个不同的反应，其中有氮氧化物还原生成氮气和二氧化碳的反应、一氧化碳生成二氧化碳的氧化反应和未完全燃烧的碳氢化合物生成二氧化碳和水的氧化反应，三效催化剂装配用于装配混合型机动车辆的内燃发动机所设有的排气管线，三效催化剂是有效的，包括在混合型车辆的内燃发动机的停止之后，三效催化剂轻便、致密、易于实现且成本低。

本发明的催化剂是三效催化剂，其能够实现三个不同的反应，其中有氮氧化物还原生成氮气和二氧化碳的反应、一氧化碳生成二氧化碳的氧化反应和未完全燃烧的碳氢化合物生成二氧化碳和水的氧化反应，并且三效催化剂用于装配机动车辆的内燃发动机所设有的排气管线。

根据本发明，三效催化剂包括包含金属基底的第一基础三效催化剂和包含陶瓷基底的第二基础三效催化剂。

本发明对于强制重复停止和重新启动的热力发动机的工作方式特别有利，这尤其是在具有使用热力发动机和电机的驱动方式的混合型车辆的情况下，在英语中称为“Stop and Star(停止和启动)”简称“STT”或者还在法语中称为自动停止和自动重新启动的发动机的情况下，以及对于称为单向离合(英语中称为“free wheeling(单向离合)”)的工作方式的情况。事实上，金属基底由于其导热的金属性质，在发动机每次启动时与排放气体的接触可以非常快速地升高温度，并因此与导热较弱的陶瓷类型的基底相比，金属基底可以更早地热触发(amorcer)其所支承的三效催化剂。一旦发动机的启动阶段结束，由陶瓷基底支承的催化剂越来越多地作为催化的工作中的一部分：结合两种基底显示出协同作用，根据发动机的阶段(启动或者稳定的行驶阶段)一个“接续”另一个。该优点非常重要，尤其对于遵守未来的中国京6标准，该标准强制集成发动机的停止的行驶循环。

根据第一变型实施例，第一基础三效催化剂和第二基础三效催化剂安置在各自的外壳的内部。

根据第二变型实施例，第一基础三效催化剂和第二基础三效催化剂安置在共同的壳体内部。

根据第三变型实施例，第一基础三效催化剂没有外壳。

事实上，基底是金属的，其可以被设计以便集成金属外部外壳，其不需要额外的分离的外壳。基底因此可以被直接连接到排气管线，不需要安置在自身连接在管线上的分离的外壳里。这种配置有另一个优点，除在管线上安装的简便性和外壳的额外成本之外：利用直接的连接，不需要在基底和分离的外壳之间设置材料，该材料吸收振动并且通常被设置以形成陶瓷类型的基底和基底的外部外壳之间的界面：不再需要这种类型的界面材料，这也体现出在安装和成本方面的优点，而且这还允许在管线上选择等体积下更大的金属基底截面(因为不再具有界面材料和外部外壳的厚度)。

第一基础三效催化剂和第二基础三效催化剂优选地以不为零的距离彼此隔开。

优选地，第一催化剂的体积和第二催化剂的体积根据以下分配方式限定：-对于第一催化剂，按体积计在15和35％之间，尤其在25％附近，并且-对于第二催化剂，按体积计在85％和65％之间，尤其在75％附近。

事实上，可以精确地定量每种催化剂的分摊的部分，以便整体在启动之后然后在持续时间里尽可能快地起作用。可以简单地调整(jouer sur)每种基底和/或这些基底的尺寸测量的通常以体积的形式量化的催化剂浸透率。在此，例如在催化物质的等浓度下，可以认为约为四分之一(金属基底)/四分之三(陶瓷基底)的体积比带来好的结果，具有在启动后从20秒起的催化效果。在金属基底上的催化剂在发动机启动之后非常快速地起效，因为催化剂温度升高快并且在开始时只有较小流量的待处理的排放气体，那么金属基底相对于陶瓷基底的“微小”尺寸无害，因为比在稳定的行驶转速下有较少的气体待处理，为此陶瓷基底上的催化剂“接续”，例如从100秒后起。

作为说明，于是可以为2.5升的陶瓷基底设置0.7升的金属基底。

在整个本文中，准确地说，催化剂包括一个或多个具有光催化性质的化合物或者元素的配方，催化剂由基底(例如以已知的方式通过浸透)支承。涉及催化剂的尺寸，因此可以无差别地提及催化剂或者基底，其从广义上说是装置的一部分。

本发明的排气管线是安置有这种三效催化剂的排气管线。

本发明的内燃发动机是配备有这种排气管线的内燃发动机。

本发明的机动车辆是配备有这种内燃发动机的机动车辆。

机动车辆例如配备有附属驱动装置。

机动车辆例如配备有停止-启动系统。

附图说明

通过阅读与附图关联的作为实施例的描述使本发明的其他的特征和优点得以显现，在附图中：

图1至图3是安置有本发明的三效催化剂的各自的排气管线的示意图。

具体实施方式

在图上，混合型机动车辆配备有内燃发动机1以使其能够移动。内燃发动机1优选地是可控点火式汽油发动机。内燃发动机1产生污染物，其中有氮氧化物、一氧化碳和未完全燃烧的碳氢化合物。混合型机动车辆配备有未示出的附属驱动装置，如电力发动机或者类似的发动机。

内燃发动机1产生排放气体2，其通过排气管线4向内燃发动机1外面的外部环境3排放。排放气体2包括氮氧化物、一氧化碳和未完全燃烧的碳氢化合物，应当在向外部环境3排放它们前预先最小化它们的含量。因此，排气管线4安置排放气体2的后处理系统5。后处理系统5包括允许实现三个不同的反应的三效催化剂8，其中反应有氮氧化物还原生成氮气和二氧化碳的反应、一氧化碳生成二氧化碳的氧化反应和未完全燃烧的碳氢化合物生成二氧化碳和水的氧化反应。

三效催化剂8包括圆柱形或者卵球形的基底，基底由作为覆盖层的通常称为“washcoat(涂层)”的化合物浸透。化合物包含贵金属，其允许催化一氧化碳和未完全燃烧的碳氢化合物的氧化反应以及氮氧化物的还原反应。

为了起效，三效催化剂8需要被提高至临界温度。在300°和350°周围之间三效催化剂8达到50％的效率并且从600°起达到其完全的效率。为了优化三效催化剂8温度的升高，该三效催化剂8被直接地放置于在内燃发动机1出口的排气管线4的内部。

根据所使用的基底和该基底的惰性，在穿过三效催化剂8的排放气体2的作用下，甚至在三效催化剂8的加热装置的作用下，三效催化剂8或多或少地快速升高温度。

根据本发明，三效催化剂8包括包含金属基底的第一基础三效催化剂8a和包含陶瓷基底的第二基础三效催化剂8b。

具有金属基底的第一基础三效催化剂8a具有较弱的热惰性且快速地升高温度，这在规定测量和用户工作循环时很早地允许较高效率并且更早地允许对污染物进行优化转换。金属基底由所述化合物覆盖，其中化合物包含允许催化一氧化碳和未完全燃烧的碳氢化合物的氧化反应以及氮氧化物的还原反应的贵金属。

具有例如由堇青石或者类似材料制成的陶瓷基底的第二基础三效催化剂8b，具有相对较强的热惰性并因此需要更多的时间以升高温度且在规定测量和用户运转循环时更晚地开始转换污染物。陶瓷基底也由所述化合物覆盖，其中化合物包含允许催化一氧化碳和未完全燃烧的碳氢化合物的氧化反应以及氮氧化物的还原反应的贵金属。

机动车辆具有排放气体2不是特别热的工作阶段，这可能是在脚抬起时的情况，在脚抬起期间向内燃发动机1内部喷射碳氢燃料被切断。还存在内燃发动机1不工作的工作阶段，例如，当机动车辆配备有在盎格鲁-撒克逊语系中通常已知的称为“Stop&Start(停止和启动)”的自动停止-启动装置时。这对于混合型机动车辆是更为恰当的，因为内燃发动机1与电力类型发动机或者其他类型(例如压缩气体)发动机的附属驱动装置相连。

在内燃发动机1不工作的这些情况下，没有穿过三效催化剂8的热的排放气体2或者因此这是冷的排放气体2。

从包括金属基底的第一基础三效催化剂8a和包括陶瓷基底的第二基础三效催化剂8b的结合以共同地形成本发明的三效催化剂8，排放气体2的净化在内燃发动机1的工作的所有情况下被优化。

当内燃发动机1启动时，具有较弱的热惰性的第一基础三效催化剂8a快速地升高温度并且允许快速处理污染物的排出以使其最小化。

具有较强的热惰性的第二基础三效催化剂8b较慢地升高温度并且在数秒后达到其完全的效率。

当切断碳氢燃料的喷射或者当内燃发动机1停止时，由于停止-启动装置的实施和/或附属驱动装置的实施，具有较弱的热惰性的第一基础三效催化剂8a快速地降低温度并且失去其效率，但是当内燃发动机1重新启动或者当恢复碳氢燃料的喷射时，具有较强的热惰性的第二基础三效催化剂8b保持允许处理所有污染物的排出的较高温度。

根据图1所示的第一变型实施例，第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b安置在各自的外壳11a、11b的内部。外壳11a、11b例如各自包括包含陶瓷纤维的无机吸热材料层。

根据图2所示的第二实施变型例，第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b安置在共同的壳体12的内部。共同的壳体12也例如包括包含陶瓷纤维的无机吸热材料层。第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b是例如以介于10mm和50mm之间的不为零的距离D彼此隔开。这些配置允许避免第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b之间的振动的传播。这些配置也允许第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b的有差别的膨胀，而不使基础三效催化剂8a、8b中的任何一个变质。这些配置最后允许探测器9插入第一基础三效催化剂8a和第二基础三效催化剂8b之间，探测器9是例如称为lambda探测器的氧气探测器。其次，根据排放气体2在排气管线4的内部的流动方向6，排气管线4也在三效催化剂8上游和/或在三效催化剂8下游安置探测器9。

根据图3所示的第三实施变型例，第一基础三效催化剂8a没有外壳。