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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft Abgasnachbehandlungsanlagen und insbesondere
Abgasnachbehandlungsanlagen für
mager betriebene Brennkraftmaschinen.
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HINTERGRUND
UND KURZBESCHREIBUNG
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Wie
auf dem Gebiet bekannt ist, werden Dreiwegekatalysatoren aus Edelmetall
im Allgemeinen als Mittel für
das Beseitigen von Schadstoffen aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine
verwendet. Diese Dreiwegekatalysatoren beseitigen gleichzeitig unter
stöchiometrischen
Bedingungen CO, HC und NOx aus Abgasen.
Unter mageren Kraftstoffbedingungen, welche für optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit
erwünscht
sind, ist der Dreiwegekatalysator für das Beseitigen von NOx unwirksam. Dementsprechend umfassen Abgasnachbehandlungsanlagen zur
Verwirklichung einer NOx-Steuerung unter
mageren Kraftstoffbedingungen bisher einen Mager-NOx-Speicher (LNT, vom
englischen Lean NOx Trap).
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Ein
LNT weist 3 wesentliche Bestandteile auf:
- 1)
ein NOx-Speichermedium (auch als Verbindung oder
Komponente bezeichnet). Prototypisch ist dies Barium. Barium ist
nie allein vorhanden; es ist immer in Form einer Verbindung, z.B.
Bariumcarbonat, im Speicher vorhanden. Andere Speicherkomponenten
gehören
zur Alkalimetallgruppe (insbesondere Kalium und Caesium) oder sind andere
Erdalkalielemente neben Ba (z.B. Strontium und Magnesium).
- 2) eine NO-Oxidationskomponente. NOx ist
als Gemisch aus NO und NO2 in Motorabgasen
vorhanden. Es wird als Nitratspezies (NO3)
eingelagert. Zur Umwandlung in die Nitratform müssen sowohl das NO als auch
das NO2 oxidiert werden (d.h. mit Sauerstoff
aus dem Abgas zur Reaktion gebracht werden). Platin ist hierfür das prototypische
Metall, aber andere Metalle besitzen Oxidierbarkeit.
- 3) eine Reduktionskomponente. Die Regenerierung des Speichers
umfasst das Treiben des Abgases zu fetten Bedingungen (d.h. Überschuss
an Reduktionsmittelspezies, beispielsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff
und Kohlenwasserstoffe) und zur Reaktion bringen des adsorbierten
Nitrats zurück
zu Stickstoff. Dies ähnelt
der Art und Weise, wie NOx in einem Dreiwegekatalysator
behandelt wird. Rhodium ist das prototypische Element für die NOx-Reduktion und wird in den meisten LNTs
für den
Zweck der Regenerierung des Speichers verwendet.
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Das
sind die drei Hauptkomponenten. Zusätzlich wird eine starke Oberflächenträgerphase
wie Aluminiumoxid verwendet, über
welcher alle Komponenten dispergiert werden, um fein verteilte,
kleine Partikel aller aktiven Komponenten zu erzeugen. Verschiedene
Stabilisierungsmittel und so genannte Sauerstoffspeichermaterialien
werden häufig
ebenfalls zugesetzt.
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Eine
weitere Funktion des Pt in dem LNT ist das Verbrennen von Reduktionsmitteln
wie CO, H2 und HC, um die erforderliche
Wärme zum
Anheben der Betriebstemperatur des LNT auf die für das Beseitigen des eingelagerten
Schwefels erforderlichen hohen Temperaturwerte freizusetzen.
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Somit
enthält
der LNT Material zum Oxidieren des CO und HC sowie Material zum
Speichern von NOx. Derzeit ist aber die
Leistung der NOx-Speichertechnologie in
verschiedenen Punkten beschränkt.
Die NOx-Speicherleistung wird durch das relativ
schmale Betriebstemperaturfenster derzeitiger Speicherentwicklungen beeinträchtigt.
Bei Temperaturen außerhalb
dieses Fensters kann das System nicht wirksam arbeiten und die NOx-Emissionen können ansteigen.
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Sowohl
Dreiwegekatalysatoren als auch Mager-NOx-Speicher
(LNT) sind bei Umgebungstemperaturen im Allgemeinen unwirksam und
müssen
hohe Temperaturen erreichen, bevor sie aktiviert werden. Typischerweise
hebt der Kontakt mit Hochtemperaturabgasen des Motors die Temperatur
des Katalysators oder LNTs an. Die Temperatur, bei welcher ein Katalysator
50% des CO, HC oder NOx umwandeln kann,
wird als die „Anspring"-Temperatur des Katalysators
bezeichnet.
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Während des
Startens des Motors ist die Menge an CO und HC im Abgas typischerweise
höher als
während
des normalen Motorbetriebs. Während
ein größerer Anteil
der durch den Motor erzeugten Gesamtemissionen innerhalb der ersten
paar Minuten nach dem Starten erzeugt wird, sind die Katalysatoren
relativ unwirksam, da sie noch nicht die „Anspring"-Temperatur erreicht haben. Die Katalysatoren
sind mit anderen Worten zu dem Zeitpunkt, da sie am stärksten benötigt werden,
um wenigsten wirksam.
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Wie
vorstehend erwähnt,
haben Abgasnachbehandlungsanlagen zur Verwirklichung einer NOx-Steuerung bei Magermotoren bisher eine
zusätzliche
NOx-Speichervorrichtung
umfasst, die häufig
als Mager-NOx-Speicher (LNT) bezeichnet
wird. Derzeit ist aber die Leistung der NOx-Speichertechnologie
in mehreren Punkten beschränkt.
Die NOx-Speicherleistung wird durch die
Betriebstemperatur beeinträchtigt
und erfordert ein relativ schmales Betriebstemperaturfenster der
Abgase. Bei Temperaturen außerhalb
dieses Fensters kann das System nicht wirksam arbeiten und die NOx-Emissionen steigen an. Das Einwirken einer
hohen Temperatur führt zudem
zu einer bleibenden Verschlechterung der NOx-Speicherkapazität.
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Der
LNT wird regelmäßig gespült, um die
in dem Speicher während
des vorherigen Magerbetriebs eingelagerte Stickstoffoxide (NOx) freizusetzen und umzuwandeln.
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Zur
Verwirklichung der Spülung
muss der Motor bei einem Kraftstoff-/Luftverhältnis betrieben werden, das
unterstöchiometrisch
ist. Durch den Fettbetrieb werden erhebliche Mengen an Abgas-Kohlenmonoxid
(CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) erzeugt, um das eingelagerte NOx umzuwandeln. Typischerweise wird der Spülmodus auf
der Grundlage der geschätzten
Speicherbeladung aktiviert. D.h. wenn die geschätzte in dem Speicher eingelagerte
NOx-Masse einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
wird ein Übergang
zum Spülmodus
eingeleitet. Der Fettbetrieb wird mehrere Sekunden lang fortgesetzt,
bis der Speicher von dem eingelagerten NOx geleert
ist, woraufhin der Spülmodus beendet
und der normale Magerbetrieb wieder aufgenommen wird. Das Ende des
Spülens
wird normalerweise durch einen Übergang
beim Lesen der stromabwärts
des Speichers befindlichen beheizten Lambda-Sonde oder beruhend
auf der Modellvorhersage der LNT-Zustände eingeleitet. Da der Motor während des
Spülbetriebs
unterstöchiometrisch
betrieben wird, geht der Vorteil der Kraftstoffwirtschaftlichkeit
des Magerbetriebs verloren.
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Neben
der normalen Speicherregenerierung kann der LNT zur Beseitigung
eingelagerten Schwefels auch einem Regenerierungsprozess bei einer viel
höheren
Temperatur unterzogen werden (typischerweise bei Temperaturen über 600°C). Wenn
der LNT in einer Abgasanlage enthalten ist, die auch einen Dieselpartikelfilter
(DPF) enthält,
kann der LNT während
des Regenerierens des DPF (d.h. dem Beseitigen angesammelten kohlenstoffhaltigen
Materials (d.h. Ruß)
durch die Verbrennung mit Sauerstoff im Abgas) ferner auch Temperaturen
von über 500°Celsius ausgesetzt
werden. Diese Prozesse können
beide zu einer bleibenden, allmählichen
Verschlechterung der NOx-Speicherleistung
führen – sogar
mehr als bei der normalen Speicherregenerierung zur Beseitigung
von eingelagertem NOx.
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Wie
vorstehend erwähnt
hat ein LNT insbesondere beide Funktionen der Oxidierung von HC und
CO etc. und der Speicherung/Reduktion von NOx.
Bei einem herkömmlichen
LNT, wie in 1 gezeigt,
ist ein zum Oxidieren des HC und CO verwendetes Oxidationsmaterial
(nämlich
Platin, Pt) zusammen mit weiteren Komponenten wie Rhodium (Rh), das
zur NOx-Reduktion verwendet wird, und Barium (Ba),
das zur Einlagerung des NOx verwendet wird, enthalten.
Die Erfinder haben entdeckt, dass das Einwirken von Temperaturen
im Bereich von 600 bis 700°Celsius,
speziell unter den zur DPF-Regenerierung erforderlichen oxidierenden
Bedingungen, auf den Mager-NOx-Speicher
(LNT) zu einer Degradation des LNT, vor allem seiner „Anspring"-Funktion, führen kann
und seinen Wirkungsgrad bei der Reduzierung von NOx bei niedriger
Temperatur in hohem Maße
mindern kann. Die Erfinder vermuten, dass es eine oder mehrere der
Hauptkomponenten des LNT (d.h. beispielsweise Rhodium (Rh) und Barium
(Ba)) sind, die nach dem zur Entschwefelung und/oder DPF-Regenerierung
(wenn ein solcher DPF in der Anlage in Reihe angeschlossen ist)
erforderlichen Hochtemperaturbetrieb des LNT mit dem Pt in schädlicher
Weise in Wechselwirkung treten. Es ist zum Beispiel bekannt, dass
Rh und Pt Legierungen bilden können,
und es kann sich herausstellen, dass die für die LNT-Entschwefelung und/oder
DPF-Regenerierung erforderlichen Hochtemperaturbedingungen das Pt
und Rh in dem LNT zu einer solchen Legierungsbildung veranlassen,
dass die Oxidationsaktivität
des Pt nachteilig beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß wird eine
Abgasnachbehandlungsanlage mit einem NOx-Speichermaterial
in einem NOx-Speicherabschnitt und einem
HC- und CO-Oxidationskatalysator
in einem separaten HC- und CO-Oxidationsabschnitt an die Hand gegeben, wobei
der Oxidationsabschnitt im Wesentlichen frei von dem NOx-Speichermaterial
ist.
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In
einer Ausführung
ist der Oxidationsabschnitt im Wesentlichen frei von Rh.
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Bei
dieser Anordnung ist der HC- und CO-Oxidationskatalysator von dem
NOx-Speichermaterial
körperlich
getrennt. Dadurch wird der im Oxidationsabschnitt verwendete Oxidationskatalysator durch
eine Legierungsbildung oder durch andere Arten von Wechselwirkungen
mit in dem NOx-Speicherabschnitt enthaltenen
Komponenten nicht nachteilig beeinflusst.
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In
einer Ausführung
ist der Oxidationskatalysator Pt für das Erzeugen der zum „Anspringen" erforderlichen Wärme. Während bekannt
ist, dass Pt ein wirksamer NOx-Oxidationskatalysator
ist, werden dadurch die oben beschriebenen negativen Wirkungen bei
Verwenden des Pt vollständig
in Verbindung mit dem NOx-Speichermaterial
wie Ba und Reduktionskomponenten wie Rh vermieden, indem ein Teil des
Pt in einem separaten Oxidations-(Verbrennungs-)katalysator vor
dem NOx-Speicherabschnitt abgesondert
wird.
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In
einer Ausführung
wird eine Abgasnachbehandlungsanlage an die Hand gegeben. Die Anlage umfasst
in einem Abschnitt derselben eine NOx-Oxidationskomponente,
eine NOx-Speicherkomponente und eine NOx-Reduktionskomponente und in einem separaten
Abschnitt derselben einen katalytischen HC- und CO-Verbrennungsabschnitt,
der im Wesentlichen frei von der NOx-Speicherkomponente
und der NOx-Reduktionskomponente ist.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren für das Behandeln
von durch eine Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas an die Hand gegeben.
Das Verfahren umfasst das Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und
Kohlenstoffmonoxid, die in dem Abgas vorhanden sind, und das Einlagern
von NOx im Abgas; wobei das Oxidieren und
das Einlagern von NOx als separate, aufeinander
folgende Prozesse am Abgas vorgenommen werden.
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Die
Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungen der Erfindung werden
in den Begleitzeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt.
Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der
Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Patentansprüchen hervor.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm einer mit dem Abgas einer Brennkraftmaschine verbundenen
Nachbehandlungsanlage, welche einen Mager-NOx-Speicher
(LNT) nach dem Stand der Technik aufweist;
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2 ist
ein Diagramm einer mit dem Abgas einer Brennkraftmaschine verbundenen
Nachbehandlungsanlage, welche erfindungsgemäß NOx-Einlagerung
sowie HC- und CO-Oxidation bietet;
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3 ist
ein Diagramm einer mit dem Abgas einer Brennkraftmaschine verbundenen
Nachbehandlungsanlage, welche NOx-Einlagerung
sowie HC- und CO-Oxidation nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung bietet;
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4 sind
Kurven, welchen den NOx-Umwandlungsprozentsatz
als Funktion der LNT-Temperatur mit und ohne Verschlechterung durch
eine Entschwefelungsbehandlung des Speichers bei 600°Celsius über 16 Stunden
zeigen, und
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5 sind
Kurven, welche die Wirkung eines HC- und CO-Oxidationsabschnitts
getrennt von einem NOx-Speicherabschnitt
gemäß der Erfindung verglichen
mit dem Stand der Technik zeigen, wobei jede der drei Kurven darin
die funktionelle Beziehung zwischen einem NOx-Umwandlungsprozent
als Funktion der Temperatur zeigen, eine der Kurven einer Abgasnachbehandlungsanlage
mit einem HC- und CO-Oxidationsabschnitt getrennt von einem NOx-Speicherabschnitt gemäß der Erfindung zugeordnet
ist, eine andere der Kurven einem LNT nach dem Stand der Technik
zugeordnet ist und die dritte der Kurven einem LNT zugeordnet ist,
der sich nicht verschlechtert hat;
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6 und 7 sind
Kurven, welche die Einlass- und die Katalysatormitteltemperaturen
für die
beiden in 5 gezeigten Tests bei 200°Celsius zeigen,
welches der verschlechterte LNT (2,54 cm (1 Zoll) lang) und der
gleiche LNT (2,54 cm (1 Zoll) lang) plus ein 0,32 cm (1/8 Zoll)
dicker Dieselsauerstoffkatalysator (DOC), der vor ihm angebracht
ist, sind.
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Gleiche
Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche
Elemente.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG
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Unter
Bezug nun auf die Zeichnung und zunächst auf 2 wird
ein Blockdiagramm einer mit einer Brennkraftmaschine 12,
hier einem Dieselmotor, gekoppelten Abgasnachbehandlungsanlage 10 gezeigt.
Die Abgasnachbehandlungsanlage 10 weist zwei getrennte
Abschnitte 14, 16 auf. Der erste Abschnitt 14 wird
zur Verbrennung von Reduktionsmitteln wie CO, H2,
and HC verwendet und ist im Wesentlichen frei von der NOx-Speicherkomponente und der NOx-Reduktionskomponente.
Hier enthält
der erste Abschnitt 14 zum Beispiel Platin als aktive Verbrennungskomponente.
Der zweite Abschnitt 16 gibt einen NOx-Speicher
an die Hand und umfasst: eine NOx-Oxidationskomponente,
hier zum Beispiel Platin, Pt; eine NOx-Speicherkomponente,
hier zum Beispiel Barium, Ba, und eine NOx-Reduktionskomponente,
hier zum Beispiel Rhodium, Rh. Der erste Abschnitt 14 befindet
sich stromaufwärts
des zweiten Abschnitts 16.
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In 2 befindet
sich der zweite Abschnitt 16 in einem zum ersten Abschnitt 14 separaten
Gehäuse.
Der erste und der zweite Abschnitt 14, 16 werden
dann körperlich
durch ein geeignetes Mittel, beispielsweise Verschweißen der
beiden Abschnitte, aneinander angebracht. Zu beachten ist, dass
wie eingezeichnet die Abgasnachbehandlungsanlage 10 aus
zylinderförmigen
Durchströmvorrichtungen
besteht. Diese Vorrichtungen sind üblicherweise monolithische
Katalysatoren wabenartiger Struktur, welche die aktiven Komponenten
entweder auf Keramik- oder Metallträgern unterschiedlicher Zelldichten, Wanddicken,
Längen,
Formen (z.B. rund, oval oder ellipsenförmig) dispergiert aufweisen.
Weiterhin können
die Abschnitte 14 und 16 entweder von einander getrennt
sein, wie in dem Diagramm gezeigt wird, oder aneinander anliegen.
In 3 sind der erste und der zweite Abschnitt 14, 16 über einen
als Zonenbeschichtung bekannten Prozess auf dem gleichen Trägerkörper enthalten,
wobei zwei verschiedene Washcoat-Zusammensetzungen
auf verschiedenen Bereichen des Trägerkörpers aufgebracht werden. In
beiden Ausführungen
wird der erste Abschnitt 14 zur Verbrennung von Reduktionsmitteln
wie CO, H2 und HC verwendet und ist im Wesentlichen
frei von der NOx-Speicherkomponente sowie
der NOx-Reduktionskomponente, und der zweite
Abschnitt 16 ermöglicht
NOx-Einlagerung und umfasst: eine NOx Oxidationskomponente;
eine NOx-Speicherkomponente und eine NOx
Reduktionskomponente.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass in 2 und 3 die
Abgase von dem Motor 12 nacheinander, d.h. in Folge, den
ersten Abschnitt 14 und den zweiten Abschnitt 16 passieren.
Dadurch wird ein Verfahren für
das Behandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine an die Hand gegeben.
Das Verfahren umfasst das Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und
Kohlenmonoxid im Abgas und das Einlagern von NOx im
Abgas; wobei das Oxidieren und Einlagern als getrennte, aufeinander
folgende Prozesse an der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgeführt werden.
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Sowohl
der Oxidationsabschnitt als auch der NOx-Speicherabschnitt
enthalten Pt in verschiedenen Anteilen, wobei das Pt im Oxidationsabschnitt
einen CO- und HC-Oxidationskatalysator
und im zweiten Abschnitt, dem NOx-Speicherabschnitt,
vorrangig einen NOx-Oxidationskatalysator
bereitstellt. Das Verhältnis
des Volumens des Oxidationsabschnitts zum NOx-Speicherabschnitt
reicht von 1/10 bis 1 und bevorzugter von 1/10 bis 1/3.
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Mit
der Abgasnachbehandlungsanlage entweder der 2 oder der 3 wird
der NOx-Reduktionswirkungsgrad gegenüber der
Anlage von 1 bei niedriger Temperatur verbessert.
Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass ein häufiges Entschwefeln
des Diesel-Mager-NOx-Speichers (LNT) bei
600 bis 700°Celsius
eine Degradation des LNT, insbesondere seiner Anspringfunktion,
verursachen kann und dessen NOx-Reduktionswirkungsgrad
bei niedriger Temperatur in hohem Maße mindert, wie in 4 gezeigt
wird, welche zwei Kurven zur NOx-Umwandlung
bei Katalysatoreinlasstemperatur enthält, die über Kernproben (2,54 cm Durchmesser
mit 2,54 cm Länge)
bei 30.000 s.v./Stunde getestet wurden (zu beachten ist, dass s.v.
die Raumgeschwindigkeit (englisch space velocity) bezeichnet, ein
Begriff, der häufig
zur Charakterisierung der Gasstrommenge durch den Katalysatorkörper bezogen
auf das Volumen des Katalysatorkörpers
verwendet wird; z.B. Gasstrom in Kubikfuß pro Stunde, dividiert durch
das Volumen des Katalysatorkörpers
in Kubikfuß beruhend
auf den Außenmaßen. Die
Raumgeschwindigkeit hat daher die Einheiten reziproker Zeit, z.B. 1/Stunde.
Bezüglich
der Raumgeschwindigkeit ist es auch eine praktische Maßnahme,
labormäßige Experimente,
wie sie hier beschrieben werden, auf Anwendungen größeren Maßstabs,
wie sie z.B. bei einem Fahrzeug eingesetzt werden, zu übertragen. Somit
lassen sich die im Labor bei relativ niedrigen Gasstromraten verwendeten
Laborproben mit 2,54 cm Durchmesser und 2,54 cm Länge bei
einem Fahrzeug in eine Katalysatoreinheit mit 15,2 cm Durchmesser
auf 15,2 cm Länge
bei viel höheren
Stromraten umsetzen. Die genauen Maße könnten jedoch angepasst werden,
um in beiden Fällen
die gleiche Raumgeschwindigkeit zu erhalten, und der Fachmann wird
erkennen, dass die Raumgeschwindigkeit unter den in Kfz-Dieselabgas
auftretenden Bedingungen zwischen etwa 5.000/Stunde bis zu 50.000/Stunde
variieren kann). Die Zusammensetzung des Dieseloxidationskatalysators
ist in dem Entschwefelungstemperaturbereich (600 bis 700°Celsius)
viel stabiler als beim LNT.
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Unter
Bezug nun eigens auf die in 3 gezeigte
Ausführung
trägt die
Zonenbeschichtung einer Oxidationszusammensetzung (d.h. der erste
Abschnitt 14) in einem kleinen Bereich des Einlasses des
monolithischen Körpers
oder die Anbringung eines kleinen Stücks Dieseloxidationskatalysator
vor dem zweiten Abschnitt 16 (2) dazu
bei, die „Anspring"-Eigenschaft des
gealterten LNT zu wahren. Der fette Zustand bei dem Diesel-LNT-Fahrzeugbetrieb
ist gegenüber
Benzin (TWC oder LNT) oder Diesel-SCR mit etwa 1% Sauerstoff im
fetten Zustand einzigartig (Benzinabgas enthält bei entsprechend gleich
fettem Gemisch viel niedrigere Mengen an Sauerstoff). Daher kann
im Fall von Diesel viel mehr Reaktionswärme oder ein viel höherer exothermischer
Temperaturanstieg erzeugt werden. Bei guter „Anspring"-Funktion kann eine LNT-Katalysatortemperatur
unter Verwendung der Ausführungen
der 2 und 3 um zusätzliche 30 bis 80°Celsius angehoben
werden, was auf den NOx-Reduktionswirkungsgrad
bei niedriger Temperatur eine recht große Auswirkung haben kann.
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5 sind
Kurven, welche die Wirkung eines erfindungsgemäß von einem NOx Speicherabschnitt getrennten
HC- und CO-Oxidationsabschnitts verglichen mit dem Stand der Technik
zeigen, wobei jede der drei Kurven darin die funktionelle Beziehung
zwischen einem NOx-Umwandlungsprozent als
Funktion der Temperatur zeigen, Kurve 20 einer Abgasnachbehandlungsanlage
mit einem erfindungsgemäß von einem
NOx-Speicherabschnitt getrennten HC- und CO-Oxidationsabschnitt
der Erfindung zugeordnet ist, Kurve 22 einem LNT nach dem
Stand der Technik zugeordnet ist und Kurve 24 einem LNT des Stands der
Technik zugeordnet ist, der sich nicht verschlechtert hat.
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Hier
ist bei einem 0,32 cm (1/8 Zoll) langen Dieseloxidationskatalysator
ein erster Abschnitt 14 (2,54 cm Durchmesser) vor einem
2,54 cm langen gealterten zweiten Abschnitt 16 (d.h. das
gleiche in 4 gezeigte Stück, das
durch die Entschwefelung verschlechtert wurde) angebracht. Das Hinzufügen des
kleinen Dieseloxidationskatalysatorabschnitts verbesserte die NOx-Reduktion bei gleicher Einlasstemperatur
von 200°Celsius
von 10% auf 70%. Dieser spezifische Dieseloxidationskatalysator
wurde unter viel härteren
Bedingungen (670°Celsius über Stunden)
als der LNT-Katalysator gealtert und weist auch die gleiche Pt-Beladung pro Volumeneinheit
wie der LNT auf.
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Da
die Abgastemperatur eines leichten Dieselfahrzeugs normalerweise
in dem Bereich von 150 bis 250°Celsius
liegt, hat ein Verbessern des NOx-Reduktionswirkungsgrads
bei niedriger Temperatur eine große Auswirkung auf den gesamten NOx-Reduktionswirkungsgrad des Fahrzeugs.
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Die
Erfinder haben gefolgert, dass der Hauptgrund für das Verbessern des NOx-Reduktionswirkungsgrads
des LNT um ein 1/8-Volumen des Dieseloxidationskatalysators bei
gleicher Edelmetallbeladung pro Volumeneinheit vor diesem die „Anspring"-Funktion des Dieseloxidationskatalysators
ist, welche die LNT-Betriebstemperatur bei gleicher Katalysatoreinlasstemperatur
anhob, indem das CO, HC und H2 während des
Mager-/Fettzyklus im fetten Zustand verbrannt werden, da beim fetten
Zustand des Diesel-LNT etwa 1 % Sauerstoff vorhanden ist.
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6 und 7 zeigen
die Einlass- (Kurve 30) und die Mitteltemperaturen des
Katalysators (Kurve 32) für die beiden in 5 gezeigten
Tests bei 200°Celsius,
welche der verschlechterte LNT (2,54 (1 Zoll) lang) und der gleiche
LNT (2,54 cm (1 Zoll) lang) plus ein vor ihm angebrachter cm 0,32
cm (1/8 Zoll) dicker Dieseloxidationskatalysator (DOC) sind. Offensichtlich
trug der 0,32 cm (1/8 Zoll) dicke DOC dazu bei, die Mitteltemperatur
des LNT um etwa 35°Celsius
anzuheben, was zu einer viel höheren NOx-Umwandlung führte.
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Die
Zonenbeschichtung einer DOC-Zusammensetzung am Einlass eines Katalysators
funktioniert ähnlich
wie das Anbringen eines gleichen Volumens eines DOC-Katalysators
vor dem Katalysator.
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Es
wurde eine Reihe von Ausführungen
beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass das Kohlenwasserstoff-
und Kohlenmonoxid-Oxidationsmaterial Pt und/oder anderes Oxidationskatalysatormaterial
enthalten könnte.
Weiterhin könnte
das NOx-Speichermaterial
Ba oder Cs, Na, K, Sr und/oder jedes andere ähnliche Material für das Einlagern
und Freisetzen von NOx im Betriebstemperaturbereich
von Dieselabgasen umfassen. Desweiteren sollte beachtet werden,
dass sowohl der Oxidationsabschnitt als auch der NOx-Speicherabschnitt
Pt in verschiedenen Anteilen enthalten, so dass das Pt im Oxidationsabschnitt
vorrangig als CO- und HC-Oxidationskatalysator und im NOx-Speicherabschnitt vorrangig als NOx-Oxidationskatalysator
verwendet wird. Ferner könnte
der Oxidationsabschnitt eine oder mehrere CO- und HC-Oxidationskomponenten
enthalten, wobei der Oxidationsabschnitt im Wesentlichen frei von
der bzw. den NOx-Speicherkomponenten und der bzw. den
NOx-Reduktionskomponenten ist. Es versteht
sich daher, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne
vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend
fallen andere Ausführungen
in den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche.