DE102006058554B4

DE102006058554B4 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006058554B4
Application number: DE102006058554A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Saitama Matsuo; Takeshi Saitama Mori; Atsushi Saitama Furukawa; Norihiko Saitama Suzuki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP2007162575A; US7919050B2; DE102006058554A1; JP4523911B2; US20070134138A1

Abstract

In einem Abgasweg (30) eines Verbrennungsmotors (20) angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung (10) zum Reinigen von partikelförmigem Material in von dem Verbrennungsmotor (20) ausgestossenem Abgas, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10) eine poröse Wand (110) aufweist, eine an einer Oberfläche der porösen Wand (110) ausgebildete erste Schicht (130) aufweist, welche ein absorbierendes Material (140) zum Absorbieren von in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen enthält, und eine an einer Oberfläche der ersten Schicht (130) ausgebildete zweite Schicht (150) aufweist, welche einen Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material sowie einen Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abgasreinigungsvorrichtung (10) einen Partikelfilter (100) aufweist, der die poröse Wand (110) aufweist, und
dass der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe in der zweiten Schicht (150) ungleichmässig auf der der ersten Schicht (130) zugewandten Seite verteilt ist und der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material in der zweiten Schicht (150) ungleichmässig auf der der Oberfläche zugewandten Seite verteilt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung zum effizienten Reinigen von partikelförmigem Material (PM), welches von einem Verbrennungsmotor, etwa einem Dieselmotor ausgestoßen wird.
Von einem Verbrennungsmotor, etwa einem Dieselmotor, ausgestoßenes Abgas enthält partikelförmiges Material bzw. Aerosole (hierin im Folgenden als ”PM” bezeichnet). Da es bekannt ist, dass PM nachteilige Auswirkungen auf den menschlichen Körper hat, wenn PM ungewollt in die Umgebungsluft ausgestoßen wird, ist in einem Abgassystem eines Dieselfahrzeugs eine Abgasreinigungsvorrichtung installiert, in welcher ein Partikelfilter (hierin manchmal als ein ”DPF” bezeichnet) oder dgl. als ein Filter zum Abfangen von PM installiert ist. In dem Abgas enthaltenes PM wird abgefangen, wenn das Abgas durch den DPF tritt. Daher wird PM im DPF mit fortschreitender Zeit abgeschieden, so dass das PM periodisch oder kontinuierlich von dem DPF mittels eines geeigneten Verfahrens zur Wiederherstellung des DPF entfernt werden muss.
Es gibt ein allgemeines Verfahren zum Entfernen von PM, welches im Folgenden beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird Kraftstoff regelmäßig in das Abgassystem (Abgasweg) eingespritzt, der eingespritzte Kraftstoff mit einem Oxidationskatalysator verbrannt, der DPF auf eine Temperatur in der Nähe der Verbrennungstemperatur von PM (ungefähr 600°C) mittels an diesem Punkt erzeugter Verbrennungswärme aufgeheizt und das in dem DPF abgeschiedene PM verbrannt, so dass dieses entfernt wird.
Weiterhin ist als ein anderes Verfahren zum Entfernen von PM in der japanischen Patentschrift Nr. 4-57367 (hierin im Folgenden als Patentdokument 1 bezeichnet) ein Verfahren zum Verkürzen der DPF-Wiederherstellungszeit sowie zum Erleichtern der PM-Verbrennung durch Aufbringen eines Edelmetallkatalysators auf der Innenseite des DPF und Verbessern der Verbrennungsausbreitung ebenso wie der Zündbarkeit des PM beschrieben.
Es existiert jedoch ein Problem darin, dass beide der oben genannten Verfahren Kraftstoff verbrauchen, um PM zu verbrennen, so dass sich der Kraftstoffverbrauch verschlechtert.
Andererseits ist im Gegensatz zu dem Verfahren zum Entfernen von PM durch Verbrauch von Kraftstoff eine Abgasreinigungsvorrichtung vorgeschlagen worden, welche mit einem DPF versehen ist, der eine sogenannte Selbstwiederherstellungsfunktion besitzt, durch die es ihm ermöglicht werden soll, PM unter Verwendung der Abgaswärme und der Energie der Moleküle im Abgas zu verbrennen. Die ”Selbstwiederherstellung” bedeutet hierbei, dass in dem DPF abgeschiedenes PM entfernt oder reduziert wird, wobei keine externe Energie, etwa Kraftstoffeinspritzung, Wärme eines Heizelements oder dergleichen verwendet wird.
Beispielsweise offenbart die JP 10-159552A (hierin im Folgenden als Patentdokument 2 bezeichnet) eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der ein Platinkatalysator, der NO in NO₂ umwandelt, als ein erster Katalysator stromaufwärts des Abgaswegs angeordnet ist, und ein Oxidationskatalysator als ein zweiter Katalysator und der DPF stromabwärts des Abgaswegs angeordnet sind. In dieser Abgasreinigungsvorrichtung tritt durch den stromaufwärts des Abgaswegs angeordneten Oxidationskatalysator eine Reaktion auf, bei der NO im Abgas oxidiert wird, um NO₂ zu erzeugen (2NO + O₂ → 2NO₂, hierin manchmal als ”erste Reaktion” bezeichnet). Danach tritt stromabwärts des Abgaswegs eine Oxidations-Reduktionsreaktion mit NO₂, das durch die Oxidation des Oxidationskatalysators erzeugt wird oder im Abgas existiert_, und PM auf (2NO₂ + C – 2NO + CO₂, hierin manchmal als ”zweite Reaktion” bezeichnet). Durch diese zweite Reaktion wird PM in Kohlendioxid umgewandelt. Da die Energiebarriere der Oxidations-Reduktionsreaktion mit NO₂ und PM niedriger ist als diejenige der Oxidationsreaktion von PM mit Sauerstoff (O₂), kann die im Patentdokument 2 beschriebene Abgasreinigungsvorrichtung PM bei einer niedrigeren Temperatur reinigen als die Temperatur, die in dem Verfahren verwendet wird, bei dem PM mit dem oben genannten eingespritzten Kraftstoff verbrannt wird.
In dem Fall der Abgasreinigungsvorrichtung, die im Patentdokument 2 beschrieben ist, kann PM bei einer niedrigeren Temperatur verbrannt werden als der Temperatur, die in dem Verfahren verwendet wird, bei dem PM mit dem eingespritzten Kraftstoff verbrannt wird; jedoch ist der Katalysator solange nicht aktiviert, bis die Abgastemperatur höher wird als die erforderliche Temperatur (ungefähr 350°C). Daher wird in dem Fall von Fahrzuständen wie Leerlauf, Fahren mit niedriger Drehzahl und darüber hinaus Fahren mit Motorbremswirkung, in denen die Abgastemperatur niedriger ist als die erforderliche Temperatur, die Katalysatoraktivität niedriger, so dass die Reaktivität der ersten Reaktion und der zweiten Reaktion geringer wird. Weiterhin wird in dem Fall des Fahrzustands, in dem weniger NO ausgestoßen wird, die Reaktivität der zweiten Reaktion wegen Mangels an NO geringer. Wie oben beschrieben wurde, existiert in dem Fall des Fahrzustands, in dem die Abgastemperatur niedriger ist oder weniger NO ausgestoßen wird, ein Problem, dass PM nicht entfernt werden kann, so dass der DPF verstopft wird.
Alternativ ist in der JP 2002-276338A (hierin im Folgenden als Patentdokument 3 bezeichnet) eine Abgasreinigungsvorrichtung offenbart, welche mit einem DPF vom kontinuierlichen Wiederherstellungstyp versehen ist, welcher eine Absorptions-/Einschließ-Substanz (ein Kohlenwasserstoff absorbierendes Material) enthält, welches ein Reduktionsmittel und Sauerstoff absorbiert und einschließt, einen Edelmetallkatalysator (Kohlenwasserstoffverbrennungskatalysator) enthält, sowie einen PM-Oxidationskatalysator (PM-Verbrennungskatalysator bzw. PM-Abbrandkatalysator) enthält. In der im Patentdokument 3 beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung wird das Reduktionsmittel und der Sauerstoff durch die Absorptions-/Einschließ-Substanz absorbiert und eingeschlossen, wenn die Abgastemperatur niedriger liegt, und das Reduktionsmittel und der Sauerstoff werden von der Absorbens/Einschließsubstanz freigegeben, wenn die Abgastemperatur höher liegt. Das freigegebene Reduktionsmittel reagiert mit Sauerstoff durch die katalytische Wirkung des Edelmetallkatalysators, um verbrannt zu werden, so dass Verbrennungswärme erzeugt wird. Dann wird der PM-Oxidationskatalysator durch die Verbrennungswärme aktiviert. Mittels der katalytischen Reaktion des aktivierten PM-Oxidationskatalysators wird das abgefangene PM oxidiert (abgebrannt), um entfernt zu werden.
Jedoch ist in der Abgasreinigungsvorrichtung, welche mit dem DPF vom kontinuierlichen Wiederherstellungstyp versehen ist, die Anordnung der Absorptions/Einschließsubstanz, des PM-Oxidationskatalysators und des Edelmetallkatalysators nicht gut konstruiert. Wenn beispielsweise der PM-Oxidationskatalysator entfernt von dem Edelmetallkatalysator angeordnet ist, wird durch Reaktion des Reduktionsmittels, welches von der Absorptions/Einschließsubstanz freigegeben wird, mit Sauerstoff erzeugte Verbrennungswärme nicht effizient zu dem PM-Oxidationskatalysator übertragen. Weiterhin gelangen dann, wenn die Absorptions/Einschließsubstanzen oberhalb des Edelmetallkatalysators angeordnet sind, von der Absorptions/Einschießsubstanz freigegebene Kohlenwasserstoffe nicht mit dem Edelmetallkatalysator in Kontakt, so dass die Kohlenwasserstoffe kaum verbrannt werden. Wenn ferner die Absorptions/Einschließsubstanz in der Nähe des PM-Oxidationskatalysators angeordnet ist, absorbiert die Absorptions/Einschließsubstanz Verbrennungswärme, welche durch Verbrennung des Reduktionsmittels erzeugt wird, so dass der PM-Oxidationskatalysator kaum aufgeheizt wird.
Wie oben genannt, wird in der im Patentdokument 3 beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung aufgrund dessen, dass die Absorptions/Einschließsubstanz, der Edelmetallkatalysator und der PM-Oxidationskatalysator nicht geeignet angeordnet sind, Verbrennungswärme zur Aktivierung des PM-Oxidationskatalysators nicht effektiv übertragen, so dass der PM-Oxidationskatalysator kaum aufgeheizt wird. Daher muss zur Beseitigung von PM die Abgastemperatur erhöht werden.
Die DE 696 06 292 T2 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dort sind die Katalysatoren gleichmäßig in der zweiten Schicht verteilt.
Die US 6 669 913 B1 offenbart eine Vorrichtung mit porösen Wänden zum Filtern von Russpartikeln aus dem Abgas, wobei zur Abgasreinigung benötigte Katalysatoren als Beschichtung direkt auf die Wände des Partikelfilters aufgebracht sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, welche es ermöglicht, von einem Verbrennungsmotor bei niedriger Abgastemperatur ausgestoßenes partikelförmiges Material effizient zu reinigen.
Die Erfindung soll darüber hinaus eine geeignete Anordnung eines absorbierenden Materials zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen, eines Verbrennungskatalysators bzw. Oxidationskatalysators für Kohlenwasserstoffe und eines Verbrennungskatalysators bzw. Abbrandkatalysators für partikelförmiges Material angeben.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 angegeben.
Der Partikelfilter hat eine poröse Wand, eine an einer Oberfläche der porösen Wand ausgebildete erste Schicht, welche ein absorbierendes Material zum Absorbieren von in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen enthält, und eine an einer Oberfläche der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht, welche einen Verbrennungskatalysator bzw. Oxidationskatalysator oder Abbrandkatalysator für partikelförmiges Material sowie einen Verbrennungskatalysator bzw. Oxidationskatalysator für Kohlenwasserstoffe enthält.
In dem herkömmlichen Partikelfilter werden das absorbierende Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen, der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe und der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material gemischt, um auf die poröse Wand aufgebracht zu werden. Auf diese Weise geht dann, wenn die Kohlenwasserstoffe in Kontakt mit dem Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe verbrannt werden, die Verbrennungswärme teilweise als Wärmeleistung/Wärmekapazität des absorbierenden Materials zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen verloren, so dass die zu dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material übertragene Wärmeleistung/Wärmekapazität verringert ist. Weiterhin sind dann, wenn das absorbierende Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen über dem Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe angeordnet ist, von dem absorbierenden Material freigegebene Kohlenwasserstoffe nicht in Kontakt mit dem Kohlenwasserstoffverbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe, so dass Kohlenwasserstoffe nur schwerlich verbrannt werden. Da ferner das absorbierenden Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen koexistiert, ist der PM-Oxidationskatalysator entfernt von dem Edelmetallkatalysator angeordnet, so dass die erzeugte Verbrennungswärme nicht effektiv zu dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material übertragen wird. Daher musste in dem herkömmlichen Partikelfilter die Abgastemperatur zur Entfernung von PM erhöht werden.
Daher ist bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung die erste Schicht, welche das absorbierende Material zum Absorbieren von im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen enthält, und die zweite Schicht, die an der Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist und die den Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material sowie den Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe enthält, vorgesehen.
Im Ergebnis wird das absorbierende Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen entfernt von dem Verbrennungskatalysator für im Abgas enthaltenes partikelförmiges Material angeordnet, so dass durch Verbrennen von Kohlenwasserstoffen erzeugte Verbrennungswärme nicht als Wärmeleistung/Wärmekapazität des absorbierenden Materials zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen verloren geht.
Weiterhin ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung des der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe über dem absorbierenden Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen angeordnet, so dass die freigegebenen Kohlenwasserstoffe effizient mit dem Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe in Kontakt gelangen, um Kohlenwasserstoffe zu verbrennen. Ferner sind bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe und der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material in derselben zweiten Schicht enthalten, so dass die erzeugte Verbrennungswärme effektiv zu dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material übertragen wird.
Wie oben beschrieben ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung die Erzeugungseffizienz der Verbrennungswärme erhöht und die durch verbrannte Kohlenwasserstoffe erzeugte Verbrennungswärme wird effizient zu dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material übertragen, so dass partikelförmiges Material, welches von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, sogar dann effizient gereinigt werden kann, wenn die Abgastemperatur niedriger ist.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung ist der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe in der zweiten Schicht ungleichmäßig auf der der ersten Schicht zugewandten Seite verteilt, wobei der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material in der zweiten Schicht ungleichmäßig auf der der Oberfläche zugewandten Seite verteilt ist.
Weil der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material ungleichmäßig auf der Oberflächenseite der zweiten Schicht verteilt ist, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass an der Oberflächenseite der zweiten Schicht abgeschiedenes partikelförmiges Material in Kontakt mit dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material gelangt. Daher kann das abgeschiedene partikelförmige Material effizient verbrannt werden.
Darüber hinaus ist der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe ungleichmäßig auf der der ersten Schicht zugewandten Seite der zweiten Schicht verteilt. Die unter der zweiten Schicht ausgebildete erste Schicht enthält das absorbierende Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen, so dass der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe leicht in Kontakt mit von dem absorbierenden Material freigegebenen Kohlenwasserstoffen gelangt. Auf diese Weise werden Kohlenwasserstoffe leicht verbrannt.
Wie oben beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung, neben der Ermöglichung einer leichteren Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, es auch möglich, dass abgeschiedenes partikelförmiges Material effizient verbrannt wird, so dass das von dem Verbrennungsmotor ausgestoßene partikelförmige Material sogar dann, wenn die Abgastemperatur niedriger ist, effizient gereinigt werden kann.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der oben angegebenen Abgasreinigungsvorrichtung kann das absorbierende Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen Zeolith sein, auf welchem wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gruppe 1-Elemente wie Cs, K, Na, und dgl., sowie Gruppe 11-Elemente, wie Cu, Ag. Au und dgl., gelagert ist.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der oben genannten Abgasreinigungsvorrichtung ist der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe Al₂O₃ oder SiO₂ mit einer großen spezifischen Oberfläche, auf welcher wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pt, Rh und Pd, gelagert ist.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der oben genannten Abgasreinigungsvorrichtung ist der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material ein Träger, welcher wenigstens eine Art von metallischem Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V, W, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Sr und Ca, auf welchem wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Cs, K, Na, Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V, und W, gelagert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugungseffizienz der Verbrennungswärme erhöht und die durch verbrannte Kohlenwasserstoffe erzeugte Verbrennungswärme wird effizient zu dem Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material übertragen, so dass von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenes partikelförmiges Material sogar dann effizient gereinigt werden kann, wenn die Abgastemperatur niedriger ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Verbrennungsmotors, der mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist,
2 eine Gesamtstruktur der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine teilweise Schnittansicht eines Partikelfilters (PM-Filters),
4 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des PM-Filters,
5 eine schematische Querschnittsansicht des PM-Filters, welche zeigt, dass PM abgefangen wird und Kohlenwasserstoffe absorbiert werden,
6 die schematische Querschnittsansicht, welche zeigt, dass absorbierte Kohlenwasserstoffe freigegeben werden,
7 die schematische Querschnittsansicht, welche zeigt, dass PM verbrannt wird,
8 ein Diagramm, das die Charakteristik der Kohlenwasserstoff(HC)-Absorption, der Kohlenwasserstoff(HC)-Verbrennungsrate und der PM-Verbrennungsrate bezüglich der Temperatur zeigt, und
9 eine Verbrennungsabschlusstemperatur, die im Beispiel und in Vergleichsbeispielen bestimmt wurde.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
Abgasreinigungsvorrichtung
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, des mit einer Abgasreinigungsvorrichtung 10 (in welcher ein Partikelfilter 100 installiert ist) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehenen Verbrennungsmotors. 2 zeigt die Gesamtstruktur der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, ist diese Abgasreinigungsvorrichtung 10 in einem Abgasweg 30 (hierin manchmal als ”Auspuffrohr” bezeichnet) des Verbrennungsmotors (hierin manchmal als ”Motor” bezeichnet) angeordnet und reinigt partikelförmiges Material (PM), Kohlenwasserstoffe und dergleichen in dem von dem Motor 20 ausgestoßenen Abgas.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 umfasst den Partikelfilter 100 (hierin manchmal als ”PM-Filter” bezeichnet) zum Reinigen von PM in von dem Motor 20 ausgestoßenem Abgas (siehe 2). Der PM-Filter 100 wird im Folgenden beschrieben.
Der Motor 20 ist vorzugsweise ein Dieselmotor. Jedoch ist die Anwendbarkeit der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf einen Dieselmotor beschränkt, so dass sie auch für einen Benzinmotor mit einer Technik, bei der Kraftstoff direkt in die Brennkammer eingespritzt wird, anwendbar ist. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung für Triebwerke eines Wasserfahrzeugs anwendbar, etwa einen Außenbordmotor, bei dem eine Kurbelwelle in Vertikalrichtung angebracht ist.
Das Auspuffrohr 30 stößt von dem Motor 20 ausgestoßenes Abgas über die Abgasreinigungsvorrichtung 10 aus.
PM-Filter
Der PM-Filter 100 wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine teilweise Schnittansicht des PM-Filters 100. Wie in 3 gezeigt ist, weist der PM-Filter 100 eine poröse Wand 110 und eine Katalysatorschicht 120 auf.
In dem PM-Filter 100 ist eine Katalysatorschicht 120 auf eine Oberfläche der porösen Wand 110 aufgebracht. Die Struktur des PM-Filters 100, d. h. die Struktur der porösen Wand 110, ist nicht speziell beschränkt und kann eine dreidimensionale Netzwerkstruktur sein, wie bei einer Ausführungsform dieser Erfindung, oder kann eine Struktur sein, welche eine Wabenstruktur besitzt, in welcher beide Endflächen wechselseitig mit einer Gitterdichtung versehen sind. Ferner kann er eine Struktur aufweisen, in welcher ein faseriges Material mehrfach übereinander gelegt ist, um die Form eines Filzes anzunehmen.
Die Materialien der porösen Wand 110 sind nicht besonders beschränkt. Insbesondere können sie rostfreier Stahl, Cordierit, Aluminiumoxid oder dergleichen sein. Für die poröse Wand 110 wird bevorzugt eine dreidimensionale Netzwerkstruktur als die Struktur verwendet, und rostfreier Stahl wird als das Material bevorzugt.
Katalysatorschicht
Die poröse Wand 110 und die Katalysatorschicht 120 werden unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. 4 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des PM-Filters 100. Wie in 4 gezeigt ist, enthält Katalysatorschicht 120 eine erste Schicht 130, die an der Oberfläche der porösen Wand 110 ausgebildet ist, sowie eine zweite Schicht 150, die an der Oberfläche der ersten Schicht 130 ausgebildet ist.
Erste Schicht und absorbierendes Material zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen
Die erste Schicht 130 umfasst das absorbierende Material 140, welches im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe absorbiert (dieses Material wird im Folgenden als ”Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial” bezeichnet). Ein Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 140 ist ein Träger, auf dem ein metallisches Element gelagert ist.
Das auf dem Träger gelagerte metallische Element ist wenigstens eine Art von Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Cs, K, und Na, welche Alkalimetalle sind, sowie Cu, Ag und Au, welche Metalle der Kupfergruppe sind. Der Grund, warum diese metallischen Elemente als metallische Elemente ausgewählt werden, die auf Zeolith gelagert sind, wird im Folgenden beschrieben. Das metallische Element ist durch Ionenaustausch mit der Säurestelle von Zeolith koordiniert, so dass Kohlenwasserstoffe durch chemische Adsorption ebenso wie durch physikalische Adsorption zurückgehalten werden können. Daher werden Kohlenwasserstoffe nicht nur bei einer höheren Temperatur zurückgehalten, sondern darüber hinaus kann die Desorptionstemperatur von Kohlenwasserstoffen durch Wechseln der Art von verwendetem metallischen Element gesteuert werden.
Der Träger, auf dem das metallische Element gelagert ist, ist Zeolith, Siliziumdioxid oder Aluminiumsilikat; jedoch ist Zeolith bevorzugt. Abhängig von der Struktur existieren Beta-Typ-Zeolithe, Mordenit-Typ-Zeolithe, MFI-Typ-Zeolithe und Y-Typ-Zeolithe, jedoch ist ein Y-Typ-Zeolith bevorzugt. Der Grund, warum der Y-Typ als ein Zeolith bevorzugt ist, wird im Folgenden beschrieben. Der Y-Typ-Zeolith besitzt eine größere Porengröße als jeder andere Typ von Zeolith, so dass er effizient hochpolymerisierte Kohlenwasserstoffe absorbieren kann. Ein anderer Grund, warum der Y-Typ bevorzugt ist, ist derjenige, dass der Y-Typ-Zeolith Mesoporen sowie Makroporen besitzt, so dass er Kohlenwasserstoffe in dem breiten Bereich von Molekulargewichten von Kohlenwasserstoffen absorbieren kann. Der Zeolith, auf dem ein metallisches Element gelagert ist, kann einen Typ von Zeolith aufweisen aus der Gruppe umfassend: Beta-Typ-Zeolithe, Mordenit-Typ-Zeolithe, MFI-Typ-Zeolithe und Y-Typ-Zeolithe, und er kann mehrere Typen derselben aufweisen.
Die aufgebrachte Menge des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials 140 beträgt bevorzugt 50 bis 200 g/l bezogen auf das Volumen des PM-Filters 100. In Fällen, in denen die Menge weniger als 50 g beträgt, ist ein kalorimetrischer Wert der Verbrennung nicht ausreichend, während in Fällen, in denen die Menge mehr als 200 g beträgt, die Filterporen beschränkt sind, was ein Problem wegen des Aufbaus eines Drucksverlusts verursacht. Die aufgebrachte Menge von Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial beträgt vorzugweise 80 bis 150 g.
Zweite Schicht
Die zweite Schicht 150 enthält den Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material (PM) (hierin manchmal als ”PM-Verbrennungskatalysator” bezeichnet) und den Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe (hierin im Folgenden als ”Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator” bezeichnet). Wie im Folgenden diskutiert, ist der Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator ungleichmäßig, auf der der ersten Schicht 130 zugewandten Seite der zweiten Schicht 150 verteilt, und der Verbrennungskatalystor für partikelförmiges Material ist ungleichmäßig, auf der der Oberfläche zugewandten Seite der zweiten Schicht 150 verteilt.
PM-Verbrennungskatalysator
Der Verbrennungskatalysator für Partikel ist ein Träger, welcher wenigstens eine Art von metallischem Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V, W, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Sr und Ca, auf dem wenigstens eine Art von metallischem Element gelagert ist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Cs, K, Na, Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V und W.
Ein Alkalimetall, etwa Cs, K und Na, wird als das metallische Element verwendet, welches auf dem Träger gelagert ist, der das metallische Element aufweist, und zwar aus den im Folgenden beschriebenen beiden Gründen. Der erste Grund ist, dass die Entzugswirkung von Wasserstoff von der kohlenwasserstoffhaltigen Oberfläche, welche auf der PM-Oberfläche existiert, aufgrund der Basizität des Alkalimetallelements gefördert wird, so dass die Aufbrechaktivität der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung durch Entfernen dieses Wasserstoffs höher wird. Zusätzlich zu diesem Grund wird die Oxidationsreaktion von PM gefördert, so dass Kohlenwasserstoffe zerlegt werden, wenn ein Alkalimetall verwendet wird. Der zweite Grund ist, dass der Schmelzpunkt des Alkalimetalls niedriger ist, was bedeutet, dass die Mobilität höher ist, so dass das Alkalimetall aktiv auf PM in einer festen Form einwirkt, um die Oxidationsreaktion von PM zu fördern.
Wenigstens eine Art von Element, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend: Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V und W wird als das durch den Träger gehaltene metallische Element verwendet, welcher aus dem im Folgenden beschriebenen Grund ein metallisches Element aufweist. Dieser Grund ist, dass Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V und W Elemente sind, welche höhere Oxidationsaktivitäten aufweisen als diejenigen von Übergangsmetallelementen, so dass das Übergangsmetallelement mit einem Alkalimetall zusammenwirkt, welches Wasserstoff entzieht, um die Oxidation des den Kohlenstoff angreifenden Übergangsmetallelements zu beschleunigen, wenn das Übergangsmetallelement gemeinsam mit einem Alkalimetallelement verwendet wird.
Die aufgebrachte Menge des PM-Verbrennungskatalysators beträgt vorzugsweise 50 bis 150 g/l bezogen auf das Volumen des PM-Filters 100. In Fällen, in denen die Menge weniger als 50 g beträgt, ist der Kontaktpunkt von PM nicht ausreichend, um PM effizient zu verbrennen, und in Fällen, in denen die Menge größer als 150 g ist, sind die Filterporen begrenzt, was ein Problem wegen eines sich aufbauenden Druckverlusts verursacht. Die aufgebrachte Menge des PM-Verbrennungskatalysators beträgt bevorzugt 80 bis 120 g.
Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator
Der Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator ist Al₂O₃ oder SiO₂, auf dem wenigstens eine Art von metallischem Element gelagert ist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pt, Rh und Pd. Der Grund, warum wenigstens eine Art von Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pt, Rh und Pd verwendet wird, ist, dass die Verbrennungsaktivität des gasförmigen Kohlenwasserstoffs bei tiefer Temperatur höher ist. Weiterhin sind als Träger Al₂O₃ und SiO₂ mit hoher spezifischer Oberfläche bevorzugt. Da Al₂O₃ und SiO₂ eine hohe spezifische Oberfläche aufweisen, sind Pt, Ph und Pd in starker Dispersion aufgebracht, um die Effizienz der Verbrennung bei tiefer Temperatur zu erhöhen.
Die aufgebrachte Menge des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators beträgt bevorzugt 30 bis 100 g/l bezogen auf das Volumen des PM-Filters 100. In Fällen, in denen die Menge weniger als 30 g beträgt, wird keine ausreichende Kohlenwasserstoff-Verbrennungsaktivität erhalten, während in Fällen, in denen die Menge mehr als 100 g beträgt, die Filterporen begrenzt sind, um ein Problem wegen sich aufbauendem Druckverlust zu verursachen. Die aufgebrachte Menge von Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator beträgt bevorzugt 50 bis 80 g. Weiterhin beträgt das Verhältnis der Edelmetalle Pt, Ph und Pd zu Al₂O₃ oder SiO₂ bevorzugt 1:10 bis 1:100. In Fällen, in denen das Verhältnis geringer als 1:10 ist, wird die Dispersion von Edelmetall schlechter, während in Fällen, in denen das Verhältnis größer als 1:100 beträgt, die Edelmetallmenge zu stark ansteigt.
Verfahren zum Auftragen von Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial, Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und PM-Verbrennungskatalysator
Ein Verfahren zum Auftragen des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials, des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators und des PM-Verbrennungskatalysators auf die Filterwand umfasst ein Verfahren, bei dem Wasser oder dergleichen in ein Katalysatorpulver eingebracht wird, um eine breiartige Substanz (den sogenannten Slurry) zu bilden, der Slurry auf die Filterwand und den oberen Teil der Katalysatorschicht aufgebracht wird und gebrannt wird. In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, die Katalysatorbelagsschicht in zwei Schichten aufzuteilen, so dass sie gebrannt wird, nachdem jeweils die erste Schicht und die zweite Schicht aufgebracht sind.
Betriebsweise der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
Die Betriebsweise der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 1, 3 und 5 bis 8 beschrieben. 5 bis 7 sind schematische Querschnittsansichten eines DPF zum Beschreiben des Mechanismus, bei welchem PM verbrannt wird. 8 ist ein Diagramm, das die Charakteristik von Kohlenwasserstoff(HC)-Absorption, HC-Verbrennungsrate und PM-Verbrennungsrate bezüglich der Temperatur zeigt.
Wenn der Motor 20 startet, wird Abgas von dem Motor 20 ausgestoßen (siehe 1). Kohlenwasserstoffe, PM, NO_x und dergleichen sind in diesem Abgas enthalten. Wenn PM allmählich auf der Oberfläche der Katalysatorschicht 120 des PM-Filters 100 abgeschieden wird, werden Kohlenwasserstoffe (HC) in dem Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 140 der ersten Schicht 130 des PM-Filters 100 absorbiert, wie in 5 gezeigt ist.
Wenn mit zunehmender Zeit Abgas von dem Motor 20 aufgeheizt wird (siehe 8 (T = T1)), gibt das Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 140 mehr Kohlenwasserstoff ab als es absorbiert, so dass die Menge von von dem Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 140 abgegebenen Kohlenwasserstoffen allmählich mehr wird als diejenige der im Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 140 absorbierten Kohlenwasserstoffe (siehe 6).
Wenn das Abgas die vorbestimmte Temperatur überschreitet (siehe 8 (T = T2)), gelangen die abgegebenen Kohlenwasserstoffe in Kontakt mit dem Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator, was die Verbrennung startet. Die durch den Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator erzeugte Verbrennungswärme wird ringsum verteilt, um weitergeleitet zu werden. Insbesondere wird durch die weitergeleitete Verbrennungswärme die Temperatur des PM-Verbrennungskatalystors, welcher ungleichmäßig auf der Seite der Oberfläche der zweiten Schicht 150 verteilt ist, erhöht. Wenn der PM-Verbrennungskatalysator über die Aktivierungstemperatur hinaus erwärmt ist (siehe 8 (T = T3)), reagiert das abgeschiedene PM mit Sauerstoff (siehe 7), was die Verbrennung mittels der Katalysatorwirkung des PM-Verbrennungskatalysators startet.
In dem oben beschriebenen Fall sind die Beziehungen zwischen der oberen Grenze T1 der Adsorptionstemperatur des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials 140, der Verbrennungsstarttemperatur T2 der Kohlenwasserstoffe (im Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalystor) und der Verbrennungsstarttemperatur T3 des PM (des PM-Verbrennungskatalysators) wichtig, und es ist bevorzugt, dass T1 ≈ T2 < T3, ΔT > T3 – T2 ist.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, welche nicht als den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränkend anzusehen sind.
PM-Filter
Als der PM-Filter wurde ein Filter mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit ungefähr 1 mm großen Poren, welcher aus Cordierit gebildet war, hergestellt. Weiterhin wurde als Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial ein Y-Typ-Zeolith (Ag/Y-Typ-Zeolith), auf dem Silber gelagert war, bereitgestellt. Als Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator wurde ein Aluminiumoxidkatalysator (Pd/Al₂O₃), auf dem Palladium gelagert war, hergestellt. Als PM-Verbrennungskatalysator wurde Mangansäurelanthan (Cs/LaMnO₃), auf dem Caesium und Silber gelagert war, bereitgestellt.
Das Verfahren zum Herstellen des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmittels (Ag/Y-Typ-Zeolith) wird im Folgenden beschrieben. Der von TOSOH CORPORATION hergestellte Y-Typ-Zeolith wurde bereitgestellt. Eine vorbestimmte Menge von Silbernitrat wurde in Wasser gelöst, um eine Silbernitrat-Wasserlösung herzustellen. Um das Silber auf dem Y-Typ-Zeolith zu lagern, wurde der Y-Typ-Zeolith in der Silbernitrat-Wasserlösung beschichtet und dann die Lösung bei 200°C getrocknet. Das getrocknete Pulver wurde bei 700°C gebacken, um einen Ag/Y-Typ-Zeolith herzustellen.
Ein Verfahren zum Herstellen des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators (Pd/Al₂O₃) wird im Folgenden beschrieben. Durch Sumitomo Chemical Co., Ltd. hergestelltes Al₂O₃ wurde verwendet. Eine vorbestimmte Menge von Palladiumnitrat wurde in Wasser gelöst, um eine Palladiumnitrat-Wasserlösung herzustellen. Um Palladium auf Al₂O₃ zu lagern, wurde dieses in der Palladiumnitrat-Wasserlösung beschichtet und dann wurde die Lösung bei 200°C getrocknet. Das getrocknete Pulver wurde bei 700°C gebacken, um Pd/Al₂O₃ herzustellen.
Verfahren zur Herstellung des PM-Verbrennungskatalysators
(Cs/LaMnO₃) wird im Folgenden beschrieben. Zunächst wird eine vorbestimmte Menge von Lanthannitrat und Mangannitrat in Wasser gelöst, um ein(e) Wassergemisch/-lösung herzustellen. Das/die Wassergemisch/-lösung wurde bei ungefähr 250°C erwärmt, um das Wasser zu verdampfen. Der nach Verdampfung verbleibende Rest wurde bei 800°C für 10 h in einem Heizofen gebacken, um ein LaMnO₃-Pulver herzustellen. Ein Caesiumcarbonat wurde genügend mit diesem Pulver in einem Mörser vermischt und das Gemisch wurde bei 800°C für 4 h in einem Heizofen gebacken, um den PM-Verbrennungskatalysator zu erhalten.
Ein Verfahren zum Aufbringen des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials (Ag/Y-Typ-Zeolith), des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators (Pd/Al₂O₃) und des PM-Verbrennungskatalysators (Cs/LaMnO₃) auf den PM-Filter wird im Folgenden beschrieben.
Auftragen der ersten Schicht (Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial)
Der PM-Filter in einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit ungefähr 1 mm großen Poren, gebildet aus Cordierit, wurde hergestellt. Das Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial, Wasser, ein Silikatbindemittel und Aluminiumoxidkugeln wurden in einen Behälter eingebracht und dann mit einer Kugelmühle für 12 h gemischt, um einen Slurry herzustellen. Der PM-Filter wurde in diesen Slurry eingetaucht und aus dem Slurry herausgezogen und dann wurde ein Überschuss des Slurry mittels eines Luftstroms entfernt, und der PM-Filter wurde bei 150°C für 2 h getrocknet. Dieser Vorgang wurde solange wiederholt, bis das Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial 100 g pro 1 l des PM-Filters betrug und der PM-Filter wurde bei 700°C für 2 h gebrannt, um den PM-Filter zu erhalten, auf den die erste Schicht aufgebracht ist.
Aufbringen der ersten Schicht (Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und PM-Verbrennungskatalysator)
Der Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und der PM-Verbrennungskatalysator, deren Gewichtsverhältnis 2:3 beträgt, Wasser, ein Silikatbindemittel und Aluminiumoxidkugeln wurden in einen Behälter eingebracht und dann mit einer Kugelmühle für 12 h gemischt, um einen Slurry herzustellen. Der PM-Filter, auf dem die erste Schicht gelagert war, wurde in diesen Slurry eingetaucht und aus dem Slurry herausgezogen, und dann wurde der Überschuss des Slurry mittels eines Luftstroms entfernt, und der PM-Filter wurde bei 150°C für 2 h getrocknet. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis der Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und der PM-Verbrennungskatalysator 150 g pro 1 l des Partikelfilters betrug, und dann wurde der PM-Filter bei 700°C für 2 h gebacken, um den PM-Filter zu erhalten, auf dem die erste und die zweite Schicht aufgebracht war.
Beispiel
Um den Zustand des PM-Filters nach Trocknen bei niedriger Temperatur zu reproduzieren, wurde die mit dem PM-Filter versehene Abgasreinigungsvorrichtung stromabwärts des Auspuffrohrs des Dieselmotors installiert und das Abgas wurde bei ungefähr 150°C Abgastemperatur zirkuliert. Dann wurde die Abgasreinigungsvorrichtung von dem Auspuffrohr des Dieselmotors abgenommen, ein Gebläse, welches ein Modellgas aussenden kann, wurde in der Abgasreinigungsvorrichtung installiert und die Verbrennungsabschlusstemperatur, welche die Temperatur ist, bei welcher das PM vollständig verbrannt war, wurde wie folgt bestimmt. Die verbrannte Menge von PM wurde abgeschätzt durch die Verringerung des Druckverlustes, während die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung mittels eines Erwärmungsgeräts um 20°C/min bei Zirkulation des Modellgases erwärmt wurde. Die Einlassgastemperatur an dem Zeitpunkt, bei dem sich der Druckverlust nicht durch Verbrennen von PM verringerte und konstant wurde, wurde als die Verbrennungsabschlusstemperatur bestimmt.
Vergleichsbeispiel 1: ohne Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial
Die Verbrennungsabschlusstemperatur wurde in derselben Weise wie bei dem Beispiel bestimmt, außer dass das Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial (Ag/Y-Typ-Zeolith) nicht auf den PM-Filter aufgebracht wurde.
Vergleichsbeispiel 2: ohne Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator
Die Verbrennungsabschlusstemperatur wurde in derselben Weise wie bei dem Beispiel bestimmt, außer dass der Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator (Pd/Al₂O₃) nicht auf den PM-Filter aufgebracht wurde.
Vergleichsbeispiel 3: ohne PM-Verbrennungskatalysator
Die Verbrennungsabschlusstemperatur wurde in derselben Weise wie bei dem Beispiel bestimmt, außer dass der PM-Verbrennungskatalysator (Cs/LaMnO₃) nicht auf den PM-Filter aufgebracht wurde.
Vergleichsbeispiel 4: Mischen von aufzubringendem Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial, Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und PM-Verbrennungskatalysator
Die Verbrennungsabschlusstemperatur wurde in derselben Weise wie bei dem Beispiel bestimmt, außer dass das Gemisch von Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial (Ag/Y-Typ-Zeolith), Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator (Pd/Al₂O₃) und PM-Verbrennungskatalysator (Cs/LaMnO₃) aufgebracht wurde, ohne eine vorgegebene Reihenfolge einzuhalten.
Vergleichsbeispiel 5: Al₂O₃ + Pt + SiO₂
Der PM-Filter wurde durch das im Patentdokument 3 offenbarte Verfahren hergestellt. Al₂O₃ (hergestellt durch Sumitomo Chemical Co., Ltd.), SiO₂ (hergestellt durch Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Platinnitrat, Wasser, ein Silikatbindemittel und Aluminiumkugelabsorptionsmittel wurden in einen Behälter eingebracht und dann mit einer Kugelmühle für 12 h gemischt, um einen Slurry herzustellen. Der PM-Filter wurde in diesen Slurry eingetaucht und aus diesem Slurry herausgezogen und dann der Überschuss des Slurry mittels eines Luftstroms entfernt, und der PM-Filter wurde bei 150°C für 2 h getrocknet. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis Al₂O₃, Pt, und SiO₂ 100 g pro 1 l des PM-Filters betrugen, und dann wurde der PM-Filter bei 700°C für 2 h gebrannt, um den PM-Filter zu erhalten. Mit Ausnahme des hier Beschriebenen wurde die Verbrennungsabschlusstemperatur in derselben Weise wie im Beispiel bestimmt.

9 zeigt die Verbrennungsabschlusstemperatur, die im Beispiel und in den Vergleichsbeispielen bestimmt wurde. Weiterhin zeigt Tabelle 1 das Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial, den Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator und den PM-Verbrennungskatalysator im Beispiel und in den Vergleichsbeispielen. Ferner zeigt Tabelle 2 die Obergrenze T1 der Adsorptionstemperatur des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials, die Kohlenwasserstoff-Verbrennungsstarttemperatur (T2) des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators und die PM-Verbrennungsstarttemperatur (T3) des PM-Verbrennungskatalysators im Beispiel. Tabelle 1

	Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial	Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator	PM-Verbrennungskatalysator
Beispiel	Ag/Y-Typ-Zeolith	Pd/Al₂O₃	Cs/LaMnO₃
Vergleichsbeispiel 1	keines	Pd/Al₂O₃	Cs/LaMnO₃
Vergleichsbeispiel 2	Ag/Y-Typ-Zeolith	keiner	Cs/LaMnO₃
Vergleichsbeispiel 3	Ag/Y-Typ-Zeolith	Pd/Al₂O₃	keiner
Vergleichsbeispiel 4	Ag/Y-Typ-Zeolith + Pd/Al₂O₃ + Cs/LaMnO₃
Vergleichsbeispiel 5	SiO₂ + Pt + CeO₂

Tabelle 2

Material	Substanz	Temperatur/°C
Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterial	Sg/Y-Typ-Zeolith	T1	202
Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysator	Pd/Al₂O₃	T2	210
PM-Verbrennungskatalysator	Cs/LaCoO₃	T3	320

Wie in 9 gezeigt ist, betrug die Verbrennungsabschlusstemperatur ungefähr 230°C, was niedriger ist als die anderen Vergleichsbeispiele 1 bis 5. Insbesondere im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 4, in dem das Gemisch des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials (Ag/Y-Typ-Zeolith), Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators (Pd/Al₂O₃) und PM-Verbrennungskatalysators (Cs/LaMnO₃) aufgebracht war, existiert eine Differenz von 100°C zwischen dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 4, was dazu führt, dass PM bei einer noch niedrigeren Temperatur verbrannt wurde, und zwar durch die Anordnung des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials (Ag/Y-Typ-Zeolith), des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators (Pd/Al₂O₃) und des PM-Verbrennungskatalysators (Cs/LaMnO₃). Anders ausgedrückt, wurde sichergestellt, dass die Anordnungsbeziehung jeweils des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials, des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators und des PM-Verbrennungskatalysators signifikant war.
Weiterhin zeigt Tabelle 2, dass T1 = 202°C beträgt, T2 = 210°C beträgt, T3 = 320°C beträgt, welches die Beziehung T1 ≈ T2 < T3, ΔT > T3 – T2 in dem Beispiel erfüllt, so dass sichergestellt ist, dass die Anordnungsbeziehung jeweils des Kohlenwasserstoff-Absorptionsmaterials, des Kohlenwasserstoff-Verbrennungskatalysators und des PM-Verbrennungskatalysators signifikant ist.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung ist vorgesehen, um partikelförmiges Material (PM), welches von einem Verbrennungsmotor bei einer niedrigeren Abgastemperatur ausgestoßen wird, effizient zu reinigen, und zwar durch geeignete Anordnung eines absorbierenden Materials (140) zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen (HC), eines Verbrennungskatalysators für Kohlenwasserstoffe (HC) und eines Verbrennungskatalysators für partikelförmiges Material (PM). Die in einem Abgasweg des Verbrennungsmotors zum Reinigen von partikelförmigem Material in dem von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung umfasst einen Partikelfilter, wobei der Partikelfilter eine poröse Wand (110) aufweist, eine an einer Oberfläche der porösen Wand (110) ausgebildete erste Schicht (130) aufweist, welche das absorbierende Material (140) zum Absorbieren von im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen (HC) enthält, sowie eine an einer Oberfläche der ersten Schicht (130) ausgebildete zweite Schicht (150) aufweist, welche einen Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material (PM) und einen Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe (HC) enthält.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben und gezeigt worden sind, versteht es sich, dass diese lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, und nicht als beschränkend anzusehen sind. Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können gemacht werden, ohne von der Idee oder dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demzufolge ist die Erfindung nicht als auf die vorangehende Beschreibung beschränkt zu betrachten und lediglich durch den Schutzumfang der angefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

In einem Abgasweg (30) eines Verbrennungsmotors (20) angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung (10) zum Reinigen von partikelförmigem Material in von dem Verbrennungsmotor (20) ausgestossenem Abgas, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10) eine poröse Wand (110) aufweist, eine an einer Oberfläche der porösen Wand (110) ausgebildete erste Schicht (130) aufweist, welche ein absorbierendes Material (140) zum Absorbieren von in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen enthält, und eine an einer Oberfläche der ersten Schicht (130) ausgebildete zweite Schicht (150) aufweist, welche einen Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material sowie einen Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (10) einen Partikelfilter (100) aufweist, der die poröse Wand (110) aufweist, und dass der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe in der zweiten Schicht (150) ungleichmässig auf der der ersten Schicht (130) zugewandten Seite verteilt ist und der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material in der zweiten Schicht (150) ungleichmässig auf der der Oberfläche zugewandten Seite verteilt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Material (140) zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen Zeolith ist, auf welchem wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gruppe 1- und Gruppe 11-Elemente, gelagert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskatalysator für Kohlenwasserstoffe Al₂O₃ oder SiO₂ mit einer grossen spezifischen Oberfläche ist, auf welcher wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pt, Rh und Pd, gelagert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskatalysator für partikelförmiges Material ein Träger ist, welcher wenigstens eine Art von metallischem Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V, W, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Sr und Ca, auf welchem wenigstens eine Art von metallischem Element, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Cs, K, Na, Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Pd, Pt, V, und W, gelagert ist.