DE102010011406A1 - Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen - Google Patents

Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen Download PDF

Info

Publication number
DE102010011406A1
DE102010011406A1 DE102010011406A DE102010011406A DE102010011406A1 DE 102010011406 A1 DE102010011406 A1 DE 102010011406A1 DE 102010011406 A DE102010011406 A DE 102010011406A DE 102010011406 A DE102010011406 A DE 102010011406A DE 102010011406 A1 DE102010011406 A1 DE 102010011406A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lean
catalyst
engine exhaust
stream
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102010011406A
Other languages
English (en)
Inventor
Wei Troy Li
Chang H. Rochester Kim
Gongshin Troy Qi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102010011406A1 publication Critical patent/DE102010011406A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9422—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by NOx storage or reduction by cyclic switching between lean and rich exhaust gases (LNT, NSC, NSR)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/64—Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/656—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/6562—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0248—Coatings comprising impregnated particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1025—Rhodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/202—Alkali metals
    • B01D2255/2022—Potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204—Alkaline earth metals
    • B01D2255/2042—Barium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204—Alkaline earth metals
    • B01D2255/2045—Calcium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2063—Lanthanum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20715—Zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/2073—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20738—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20746—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20753—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20761—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209—Other metals
    • B01D2255/2092—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/40—Mixed oxides
    • B01D2255/407—Zr-Ce mixed oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/91—NOx-storage component incorporated in the catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/014—Stoichiometric gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts

Abstract

Ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Magerverbrennungsmotor kann eine Mager-NOx-Falle umfassen, welche ein Katalysatormaterial enthält. Das Katalysatormaterial kann NOx-Gase aus dem Motorabgas, welches aus dem Magerverbrennungsmotor heraustritt, entfernen. Das Katalysatormaterial kann einen NOx-Oxidationskatalysator umfassen, welcher eine Perovskit-Verbindung enthält.

Description

  • QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US Patentanmeldung mit der Nr. 61/160,523, welche am 16. März 2009 eingereicht worden ist und deren Offenbarung hiermit durch Referenz in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das technische Gebiet betrifft allgemein Abgasnachbehandlungssysteme und insbesondere ein Katalysatormaterial zur Verwendung in einer Mager-NOx-Falle.
  • HINTERGRUND
  • Ein Magerverbrennungsmotor bzw. Magermotor bzw. mager verbrennender Motor kann mit einem mageren Gemisch aus Luft und Treibstoff (sauerstoffreiches Gemisch) als ein Mittel versorgt werden, um die Treibstoffwirtschaftlichkeit eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. Das aus dem Motor heraustretende Abgas, welches von solchen Motoren während der Zeitperioden des Magerverbrennungsbetriebs emittiert wird, kann eine relativ hohe Menge von Sauerstoff (O2), eine relativ niedrige Menge von Kohlenmonoxid (CO) sowie unverbrannte/teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe (nachfolgend HC'e) sowie kleine Mengen von Stickstoffoxiden, welche hauptsächlich aus NO und NO2 (kollektiv als NOx-Gase bezeichnet) bestehen, enthalten. Die Konzentration von mehreren dieser gasförmigen Emissionen müssen allerdings zu dem größtmöglichen Ausmaß verringert werden, bevor das aus dem Motor heraustretende Abgas aus dem Abgasendrohr des Kraftfahrzeugs in die Atmosphäre geleitet wird. Zu diesem Zweck kann stromabwärts des Motors des Kraftfahrzeugs ein Abgasnachbehandlungssystem installiert werden, um die verschiedenen unerwünschten Emissionen und Feinstaub, welche in dem Motorabgas enthalten sind, zu steuern und zu verringern. Ein typisches Abgasnachbehandlungssystem strebt üblicherweise (1) eine Oxidation von CO zu Kohlendioxid (CO2), (2) eine Oxidation von HC'en zu CO2 und Wasser (H2O), (3) eine Umsetzung von NOx-Gasen zu Stickstoff (N2) und O2 sowie eine Entfernung von anderen unerwünschten Substanzen an.
  • In vielen Abgasnachbehandlungssystemkonstruktionen sind herkömmliche Katalysatorumwandler implementiert worden, welche mit einem Dreiwegekatalysator (TWC) ausgestattet sind. Der TWC umfasst im Allgemeinen eine Kombination von Platingruppenmetallen (PGB), welche simultan CO und HC'e oxidieren können und NOx-Gase reduzieren können. Es ist bekannt, dass katalytische Umwandler dieser Art vergleichsweise wirksam funktionieren, wenn der Motor mit einem stöchiometrischen Gemisch aus Luft und Treibstoff arbeitet. Dies deshalb, weil das aus dem Motor heraustretende Abgas, welches bei der Verbrennung eines stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemischs erzeugt worden ist, im Allgemeinen eine ausreichende Balance von Reduktionsmitteln (CO, HC'e und H2) sowie Oxidationsmitteln (O2) enthält, um durch verschiedene gekoppelte katalytische Reaktionen gleichzeitig die NOx-Gase zu reduzieren und alle CO und HC'e zu oxidieren. Allerdings sind mit TWC ausgestattete katalytische Umwandler im Allgemeinen nicht dazu geeignet, wirksam NOx-Gase zu reduzieren, wenn der Motor mit einem mageren Gemisch aus Luft und Treibstoff arbeitet. Die niedrigen Mengen von Reduktionsmitteln und der hohe O2-Gehalt in dem aus dem Motor heraustretenden Abgas macht eine solche Reaktion in den meisten Fällen kinetisch ungünstig.
  • Eine Mager-NOx-Falle bzw. LNT ist lediglich eine verfügbare Option, welche in dem Abgasnachbehandlungssystem eingesetzt werden kann, um dabei zu helfen, in dem aus dem Motor heraustretenden Abgas eines mager verbrennenden Motors enthaltende NOx-Gase zu entfernen. Eine LNT arbeitet im Allgemeinen durch Führen des aus dem mager verbrennenden Motor heraustretenden Abgases quer durch und/oder durch ein LNT-Katalysatormaterial hindurch, welches NOx-Gas einfangende und umwandelnde Fähigkeiten aufweist. Das LNT-Katalysatormaterial oxidiert NO zu NO2 und fängt oder ”speichert” gleichzeitig NO2 als eine Nitratspezies, wenn der mager verbrennende Motor ein mageres Gemisch aus Luft und Treibstoff verbrennt. Die Effizienz der NOx-Gasentfernung und -speicherung kann in einigen Fällen durch Erhöhen des Anteils von NO2 in der Gesamt-NOx-Emission verbessert werden, um so die oxidative Anforderung (NO zu NO2) an das LNT-Katalysatormaterial zu verringern. Die NOx-Speicherkapazität des LNT-Katalysatormaterials ist allerdings nicht unbeschränkt und es kann erforderlich sein, dieses an einem bestimmten Punkt zu regenerieren oder von der aus NOx stammenden Nitratverbindung zu reinigen. Das LNT-Katalysatormaterial kann durch augenblickliches Umschalten der Mischung aus Luft und Treibstoff, welche dem mager verbrennenden Motor zugeführt wird, von mager zu reich regeneriert werden. Die resultierende Zuführung eines reich-verbrannten Motorabgases zu dem LNT-Katalysatormaterial verursacht, dass von dem NOx stammende Nitratverbindungen thermodynamisch instabil werden, was wiederum die Freisetzung von NOx-Gasen bewirkt und künftige NOx-Speicherstellen regeneriert. Die freigesetzten NOx-Gase werden dann durch überschüssige Reduktionsmittel – wie CO, HC'e und/oder H2 –, welche in den reich verbrannten Motorabgasen vorliegen, größtenteils zu N2 reduziert. Es ist gezeigt worden, dass die Gesamtumsetzungseffizienz von einigen LNT'en unterstützt durch ausreichendes Umschalten zwischen einem mageren Gemisch und einem reichen Gemisch aus Luft und Treibstoff über ausgedehnte Zeitspannen mehr als 90% von den in dem Motorabgas von mager verbrennenden Motoren enthaltenen NOx-Gasen entfernt.
  • Ein herkömmlicher LNT umfasst typischerweise einen Behälter mit einem Einlass, welcher das Motorabgas, welches aus dem mager verbrennenden Motor emittiert wird, erhält, und mit einem Auslass, welcher das Motorabgas aus dem Behälter heraus führt. Der Behälter kann einen Trägerkörper beinhalten, welcher das Motorabgas von dem Einlass über ein Katalysatormaterial zu dem Auslass führt. Das Katalysatormaterial ist typischerweise eine Gemisch aus PGM'en und einer Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung, welches in einer Grundierung mit hoher Oberfläche fein verteilt ist. Das Gemisch aus PGM'en umfasst Platin, welches die Oxidation von NO und zu einem gewissen Ausmaß die Reduktion von NOx-Gasen katalysiert, sowie Rhodium, welches hauptsächlich die Reduktion von NOx-Gasen katalysiert. Die Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung schafft Fangstellen für die reversible Speicherung von NO2 als ein Metallnitrat. Von diesen verschiedenen Materialien, welche in der Grundierung fein verteilt sind, ist üblicherweise Platin in der größten Menge vorhanden. Ein spezifisches LNT-Katalysatormaterial, welches Fachleuten bekannt ist, enthält eine Aluminiumoxidgrundierung, welche ausreichend mit Platin, Rhodium und Bariumoxid beladen ist. Allerdings ist die Verwendung von Platingruppenmetallen, insbesondere von relativ großen Mengen von Platin, in den herkömmlichen LNT-Katalysatormaterialien vergleichsweise teuer. Es ist gezeigt worden, dass Platin auch eine dahingehende Tendenz aufweist, einen großen Teil der Katalysatoraktivität zu verlieren, wenn es Motorabgasen bei höheren Betriebsbedingungen ausgesetzt ist.
  • Der Einbau einer Mager-NOx-Falle in ein Motornachbehandlungssystem für einen mager verbrennenden Motor ist folglich eine attraktive, aber immer noch herausfordernde Option zum Entfernen von unerwünschten Emissionen einschließlich NOx-Gasen aus dem Motorabgas. Es besteht ein ständiger Bedarf für innovative Entwicklungen und Beiträge für solch eine Technologie, welche helfen können, diese Technologie und andere verwandte technologische Gebiete zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein Abgasnachbehandlungssystem für einen mager verbrennenden Motor kann eine Mager-NOx-Falle enthalten, welche ein Katalysatormaterial enthält. Das Katalysatormaterial kann NOx-Gase aus einem Strom von Motorabgas, welches aus einem mager verbrennenden Motor emittiert wird, entfernen. Das Katalysatormaterial kann einen NOx-Oxidationskatalysator umfassen, welcher eine Perovskit-Verbindung enthält.
  • Andere exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Es sollte verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während diese exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbaren, lediglich zu Zwecken der Illustration gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen werden exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser verstanden werden, wobei:
  • Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems, welches eine Mager-NOx-Falle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • Die 2 ist eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer Mager-NOx-Falle, welche in dem Abgasnachbehandlungssystem, welches in der 1 dargestellt ist, enthalten sein kann.
  • Die 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der in der 2 gezeigten Mager-NOx-Falle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einer idealisierten Weise ein Katalysatormaterial, welches durch einen Trägerkörper getragen wird, darstellt.
  • Die 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der in der 2 gezeigten Mager-NOx-Falle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einer idealisierten Weise ein von einem Trägerkörper getragenes Katalysatormaterial darstellt.
  • Die 5 ist ein Diagramm, das das NOx-Umwandlungsprofil eines exemplarischen Katalysatormaterials unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen sowie das NOx-Umwandlungsprofil eines herkömmlichen LNT-Katalysatormaterials zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich exemplarischer Natur und ist in keiner Weise dazu beabsichtigt, die vorliegende Erfindung, deren Anwendung oder Verwendungen zu beschränken.
  • Ein mager verbrennender Motor, welcher ein mageres Gemisch aus Luft und Treibstoff verbrennt, kann mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet sein, um dabei zu helfen, die Konzentration von gewissen unerwünschten Emissionen und von Feinstaub aus dessen Motorabgas zu reduzieren. Einige gasförmige Emissionen, welche in dem Motorabgas enthalten sind, welche entfernt werden müssen, schließen CO, HC'e und NOx-Gase ein. Katalytische Umwandler, welche PGM-Metalle einsetzen, sind lange Zeit eingesetzt worden, um diese Anforderung zu erfüllen. Allerdings stellt die Natur von Motorabgas, welches während des mager verbrennenden Motorbetriebs hergestellt wird, für herkömmliche Katalysatorumwandler gewisse Herausforderungen dar. Es ist eine spezifische Herausforderung, dass die relativ hohe Menge von O2 und die relativ niedrige Menge von CO und von HC'en in dem Motorabgas die Reaktionskinetiken für die Umwandlung von NOx-Gasen über PGM-Metalle zu N2 vergleichsweise unvorteilhaft macht.
  • Eine Mager-NOx-Falle kann daher in das Abgasnachbehandlungssystem eingebaut werden, um dabei zu helfen, NOx-Gase aus einem Strom von Motorabgas, welches aus dem mager verbrennenden Motor ausströmt, zu entfernen. Die Mager-NOx-Falle kann einen Trägerkörper umfassen, welcher eine Oberfläche aufweist, über welche wenigstens ein Teil des Motorabgasstroms strömt. Der Trägerkörper kann eine monolithische Honigwabenstruktur, ein Drahtgeflecht, ein gepacktes Bett von vielen Trägerpartikeln oder eine andere geeignete Anordnung sein. Durch die wenigstens eine Oberfläche des Trägerkörpers kann ein Katalysatormaterial getragen werden, welches einen NOx-Oxidationskatalysator, einen NOx-Speicherkatalysator sowie einen NOx-Reduktionskatalysator umfasst. Der NOx-Oxidationskatalysator kann eine Perovskit-Verbindung umfassen. Die Verwendung von Platin in dem Katalysatormaterial der Mager-NOx-Falle kann, falls erwünscht, als eine Folge der Fähigkeit der Perovskit-Verbindungen zur NOx-Oxidation unter mager verbrennenden Motorbedingungen beträchtlich verringert oder insgesamt eliminiert werden.
  • Eine exemplarische und schematische Illustration der relativen Teile eines Abgasnachbehandlungssystems 10 für ein durch einen Magerverbrennungsmotor 12 angetriebenes Kraftfahrzeug ist in der 1 dargestellt. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 erhält aus dem mager verbrennenden Motor 12 einen Strom aus Motorabgas 14 und fördert einen Strom aus behandeltem Abgas 16 zwecks dessen Freisetzung in die Atmosphäre zu dem Abgasendrohr 18 des Kraftfahrzeugs. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann eine Mager-NOx-Falle 20 umfassen, um dabei zu helfen, aus dem Strom aus Motorabgas 14 die NOx-Gase zu entfernen. Es kann in dem Abgasnachbehandlungssystem 10 eine Vielzahl von anderen Vorrichtungen, während diese in der 1 nicht ausdrücklich gezeigt sind, enthalten sein, um die Fähigkeiten der Mager-NOx-Falle 20 zur NOx-Entfernung zu ergänzen und/oder die anderen unerwünschten gasförmigen Emissionen und/oder suspendierten Feststoffe zu entfernen. Diese Vorrichtungen umfassen beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator, einen katalytischen Umwandler auf Basis von TWC und/oder einen Dieselpartikelfilter. Andere Vorrichtungen können ebenfalls stromaufwärts oder stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems 10 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Abgasrezirkulationsleitung ein Teil des Stroms von Motorabgas 14 in bekannter Weise rezirkulieren, um dabei zu helfen, die NOx-Gasemissionen aus dem mager verbrennenden Motor 12 zu verringern. Als ein anderes Beispiel kann wenigstens ein Teil des Motorabgases 14 durch eine Turboladerturbine geführt werden, um den Aufnahmedruck der zu dem mager verbrennenden Motor 12 geführten Luft zu erhöhen. Fachleute werden diese und die vielen anderen Vorrichtungen, welche in dem Motornachbehandlungssystem 10 und um dieses herum vorgesehen sein können, eindeutig kennen und verstehen.
  • Der mager verbrennende Motor 12 kann jeder Motor sein, welcher so konstruiert und entwickelt worden ist, dass dieser wenigstens für eine gewisse Zeitspanne ein mageres Gemisch aus Luft und Treibstoff 22 (nachfolgend ”mageres A/F-Gemisch” genannt) verbrennt. Der mager verbrennende Motor 12 kann mit einem Einlasskrümmer 24 und mit einem Abgaskrümmer 26 verbunden sein. Einige besondere Beispiele für Motoren, welche als der mager verbrennende Motor 12 eingesetzt werden können, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf einen Dieselmotor, einen Motor mit Direkteinspritzung und Funkenzündung (SIDI) und einen Motor mit einer homogenen Kompressionszündung (HCCI). Der allgemeine Aufbau und die allgemeine Funktionalität dieser Motorenarten sind Fachleuten bekannt und müssen als ein Ergebnis hiervon hier nicht im Detail erörtert werden. Andere bekannte Motorarten, welche entwickelt und/oder konstruiert worden sind, um in einem mager verbrennenden Zustand zu arbeiten, können ebenfalls eingesetzt werden.
  • Der Einlasskrümmer 24 kann das magere A/F-Gemisch 22 für die Verbrennung zu dem mager verbrennenden Motor 12 liefern. Das magere A/F-Gemisch 22 enthält im Allgemeinen mehr Luft, als dies stöchiometrisch notwendig ist, um den Treibstoff zu verbrennen. Beispielsweise kann das Massenverhältnis von Luft zu Treibstoff des magere A/F-Gemischs 22 größer als 14,6 bis 14,8 sein, was ein ausreichender stöchiometrischer Luft/Treibstoff-Massenverhältnisbereich für viele Benzin- und Dieseltreibstoffe ist. In vielen Fällen liegt das Massenverhältnis von Luft zu Treibstoff des mageren A/F-Gemischs 22 üblicherweise tatsächlich irgendwo in einem Bereich zwischen ungefähr 20 und 65, und zwar abhängig von den Betriebsanforderungen des Kraftfahrzeugs. Das magere A/F-Gemisch 22 kann allerdings augenblicklich oder periodisch aus irgendeinem von einer Vielzahl von Gründen zu einem reichen Gemisch aus Luft und Treibstoff 28 (nachfolgend ”reiches A/F-Gemisch” genannt) verändert werden. Das Massenverhältnis von Luft zu Treibstoff des reichen A/F-Gemischs 28 kann stöchiometrisch oder weniger betragen und liegt im Allgemeinen irgendwo in einem Bereich zwischen ungefähr 12 und 14. Es sollte beachtet werden, dass in der 1 lediglich zur Erleichterung der Beschreibung getrennte Zuführungen für das magere A/F-Gemisch 22 und für das reiche A/F-Gemisch 28 dargestellt sind. Tatsächlich ist das Kraftfahrzeug am wahrscheinlichsten mit einem Treibstoffinjektionssystem, mit einem Luftinduktionssystem und mit einem A/F-Verhältnis-Kontrollsystem ausgestattet, welches die Menge von Luft und Treibstoff, welche miteinander vermischt werden, akkurat steuern kann und gleichzeitig zu dem Einlasskrümmer 24 fördern kann. Die Bezugnahme auf das magere A/F-Gemisch 24 und das reiche A/F-Gemisch 28 ist daher als eine Beschreibung des Ist-Zustands des Gemischs aus Luft und Treibstoff, welches dem mager verbrennenden Motor 12 zuzuführen ist, gedacht und ist nicht notwendigerweise dazu gedacht, die Zuführströme von Luft und Treibstoff, welche getrennt voneinander in den Einlasskrümmer 24 geführt werden, zu unterscheiden.
  • Das magere A/F-Gemisch 22 oder das reiche A/F-Gemisch 28 können, sobald in den mager verbrennenden Motor 12 eingeführt, verbrannt werden, um Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu erzeugen und Motorabgas zu erzeugen, welches aus den Verbrennungsprodukten und unreagierter Luft und/oder Treibstoff zusammengesetzt ist. Das Motorabgas, welches aus der Verbrennung des mageren A/F-Gemischs 22 erzeugt worden ist, enthält im Allgemeinen Sauerstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, HC'e, NOx-Gase, möglicherweise einige partikelförmige Substanzen und Rest Stickstoff und Wasser, wenn der Treibstoff Benzin- oder Dieseltreibstoff ist. Der NOx-Gasanteil an dem Motorabgas kann zwischen 50 und 1500 ppm schwanken und enthält typischerweise mehr als 90 Gew.-% NO und weniger als 10 Gew.-% NO2. Der O2-Gehalt, welcher relativ hoch ist, und die CO- und HC-Gehalte, welche relativ niedrig sind, fördern in dem Motorabgas eine oxidierende Umgebung. Das Motorabgas, welches aus der Verbrennung des reichen A/F-Gemischs 28 erzeugt worden ist, enthält im Allgemeinen andererseits eine größere Menge von CO und von HC'en und eine viel kleinere Menge von O2 als das aus der Verbrennung des mageren A/F-Gemischs 22 erzeugte Motorabgas. Diese Änderung in dem Reduktionsmittelgehalt und in dem Sauerstoffgehalt in dem Motorabgas im Vergleich zu den durch das magere A/F-Gemisch 22 erzeugten fördert eine reduzierende Umgebung in dem Motorabgas. Eine reduzierende Umgebung kann in dem Motorabgas natürlich durch andere hier nicht erörterte Prozeduren induziert und/oder verstärkt werden. Das Motorabgas, welches entweder aus dem mageren A/F-Gemisch 22 oder aus dem reichen A/F-Gemisch 28 hergestellt worden ist, das Temperaturen bis zu ungefähr 900°C erreichen kann, kann letztlich als der Motorabgasstrom 14 durch den Abgaskrümmer 26 aus dem mager verbrennenden Motor 12 ausgestoßen werden.
  • Die Mager-NOx-Falle 20 kann, wie am besten in der 2 zu sehen ist, einen Behälter 30 umfassen, welcher eine hohle Kammer 32, einen Einlass 34 und einen Auslass 36 aufweist. Die hohle Kammer 32 kann, wie dargestellt, eine zylindrische Form aufweisen oder kann jede andere gewünschte Geometrie annehmen. Der Einlass 34 kann strömungstechnisch mit dem Abgaskrümmer 26 in Verbindung stehen, um den Motorabgasstrom 14 zu erhalten. Der Auslass 36 kann mit dem Motorabgasstrom 14 stromabwärts der Mager-NOx-Falle 20, falls erforderlich, für die weitere Behandlung und die eventuelle Abführung aus dem Abgasnachbehandlungssystem 10 als dem behandelten Abgasstrom 16 in Verbindung stehen. Der Einlass 34 und der Auslass 36 können, wie dargestellt, auf gegenüberliegenden Enden der hohlen Kammer 32 oder in jeder anderen funktionierenden Anordnung angeordnet sein. Der Behälter 30 kann aus rostfreiem Stahl hergestellt sein und kann mit einem geeigneten Rohrleitungssystem verbunden sein, um einen kontinuierlichen Strömungspfad zum Fördern des Motorabgasstroms 14 entlang der Strömungsachse A von dem Einlass 34 durch die hohle Kammer 32 zu dem Auslass 36 auszubilden.
  • In der hohlen Kammer 32 kann ein Trägerkörper 38, welcher ein Einlassende 40 und ein Auslassende 42 umfasst, beinhaltet sein. Das Einlassende 40 und das Auslassende 42 des Trägerkörpers 38 können nahe dem Einlass 34 bzw. dem Auslass 36 des Behälters angeordnet sein. Der Trägerkörper 38, welcher in einem teilweisen Querschnitt gezeigt ist, kann eine monolithische Honigwabenstruktur aufweisen, welche innerhalb der hohlen Kammer 32 eng anliegt. Es kann sich eine Vielzahl von Durchflusszellen bzw. Durchströmzellen 44, welche oftmals mehrere Hundert zählen, von dem Einlassende 40 zu dem Auslassende 42 des Trägerkörpers 38 in einer allgemein parallelen Anordnung zu der Strömungsachse A erstrecken. Jede der Durchströmzellen 44 kann wenigstens teilweise durch eine Wandf(ober)fläche 46, welche am besten in der 3 dargestellt ist, ausgebildet sein, über welche ein entsprechender Teil des Stroms von Motorabgas 14 passiert, während dieser durch den Trägerkörper 38 hindurchtritt. Ein Presssitz zwischen dem Trägerkörper 38 und der hohlen Kammer 32 stellt sicher, dass die Durchströmzellen das meiste des Stroms des Motorabgases 14 von dem Einlass 34 zu dem Auslass 36 des Behälters 30 führen. Der Trägerkörper 38 kann aus einem Keramikmaterial oder aus einem anderen Material, welches den potentiell hohen Temperaturen, welche oftmals mit dem Strom von Motorengas 14 verbunden ist, widerstehen kann, gebildet sein.
  • Wie am besten aus der 3 zu ersehen, kann ein Katalysatormaterial 48 auf der Wandfläche 46 der einer oder mehreren der Vielzahl von Durchströmzellen 44 getragen werden, um die Entfernung von NOx-Gasen aus dem Strom von Motorabgas 14 zu erleichtern. Das Katalysatormaterial 48 kann ein Trägermaterial 50 umfassen, welches mit einem NOx-Oxidationskatalysator 52, mit einem NOx-Speicherkatalysator 54 und mit einem NOx-Reduktionskatalysator 56 beladen ist. Jeder der Katalysatoren 52, 54, 56 kann, wie dargestellt, im Wesentlichen homogen vermischt und auf dem Trägermaterial 50 gleichmäßig fein verteilt sein. Sicherlich sind jedoch auch andere Katalysatorbeladungsanordnungen möglich. Die Katalysatoren 52, 54, 56 können als eine alternative Option auf dem Trägermaterial 50 so fein verteilt sein, dass nahe dem Einlassende 40 des Trägerkörpers 38 eine höhere Konzentration von NOx-Oxidationskatalysator 52 vorliegt und nahe dem Auslassende 42 eine höhere Konzentration des NOx-Reduktionskatalysators 56 vorliegt.
  • Das Trägermaterial 50 kann direkt auf die Wandfläche 46 der einen oder mehreren Durchströmzellen 44 grundiert sein. Das Trägermaterial 50 kann die Wandfläche 46 vollständig oder teilweise bedecken und kann eine relativ hohe Oberfläche mit vielen Beladungs- oder Dispersionsstellen zum Aufnehmen der NOx-Oxidations-, -speicher- und -reduktionskatalysatoren 52, 54, 56 aufweisen. Die spezifische Oberfläche des Trägermaterials 50 kann beispielsweise zwischen ungefähr 20 m2/Gramm und ungefähr 300 m2/Gramm betragen. In einer Ausführungsform kann das Trägermaterial 50 einen Bereich mit einer hohen spezifischen Oberfläche aus einem vermischten Cer- und Zirkoniumoxidmaterial (CeO2-ZrO2) aufweisen. Solch ein Material bietet nicht nur eine hohe spezifische Oberfläche, sondern ebenfalls einige weitere relevante Funktionalitäten. Es ist gezeigt worden, dass eine Vielzahl von CeO2-ZrO2-Materialien beispielsweise die Fähigkeit aufweisen, die Speicherung von NO2 bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, bestimmte Katalysatoren zu stabilisieren, so dass die Beladungsanforderungen verringert werden können, und die Wasser-Gas-Shift-Reaktion zu fördern, welche CO und H2O zu CO2 und H2 umwandelt. Das Trägermaterial 50 kann ebenfalls Aluminiumoxid (Al2O3) oder ein Zeolith, und zwar entweder alleine oder in Mischung mit einem CeO2-ZrO2-Material, enthalten.
  • Der NOx-Oxidationskatalysator 52 kann eine Perovskit-Verbindung enthalten, welche durch die allgemeine Formel ABO3 definiert ist, worin ”A” und ”B” komplementäre Kationen mit verschiedenen Größen sind, welche mit Sauerstoffanionen koordinieren. Eine Einheitszelle der Kristallstruktur der Perovskit-Verbindung ABO3 kann eine kubische dichteste Packungsanordnung mit dem ”A” Kation aufweisen, welches im Allgemeinen das größere der beiden Kationen ist, das zentral angeordnet ist und von acht ”B” Kationen, welche in den oktaedrischen Leerstellen der Packungsanordnung angeordnet sind, umgeben sind. Die ”A”- und ”B”-Kationen in einer solchen Packungsanordnung koordinieren jeweils mit zwölf und sechs Sauerstoffanionen. Die Einheitszelle der Kristallstruktur der Perovskit-Verbindungen ABO3 ist allerdings nicht notwendigerweise auf eine kubische dichteste Packungsanordnung beschränkt. Bestimmte Mischungen der ”A”- und ”B”-Kationen können tatsächlich von der kubischen dichtesten Packungsanordnung abweichen und beispielsweise eine orthorhombische, rhomboedrische oder monoklinische Packungsstruktur annehmen. Kleine Mengen der ”A”- und ”B”-Kationen der Perovskit-Verbindung können ebenfalls durch andere, immer noch gleich große ”A”- und ”B”-Kationen ersetzt werden, so dass die Perovskit-Verbindung durch die allgemeine Formel AlxA21-xBO3, worin X ≤ 1 ist, wiedergegeben wird.
  • Eine große Vielzahl von Perovskit-Verbindungen ist für die Verwendung als der NOx-Oxidationskatalysator 52 möglich, weil nicht weniger als 27 Kationen als das ”A”-Kation eingesetzt werden können und nicht weniger als 36 Kationen als das ”B”-Kation eingesetzt werden können. Eine Auflistung der Kationen, welche am häufigsten als das ”A”-Kation eingesetzt werden, umfassen diejenigen von Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Bismuth (Bi), Cadmium (Cd), Cer (Ce), Blei (Pb), Yttrium (Y) und Lanthan (La), wohingegen eine Auflistung der am häufigsten als das ”B”-Kation eingesetzte Kationen, diejenigen von Kobalt (Co), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Zinn (Sn), Cer (Ce), Aluminium (Al), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Kupfer (Cu) und Eisen (Fe) umfasst. Der NOx-Oxidationskatalysator 52 kann ausreichend mit lediglich einer einzigen Perovskit-Verbindung oder mit einer Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Perovskit-Verbindungen beladen sein. Einige spezifische und exemplarische Perovskit-Verbindungen, welche den gesamten oder einen Teil des NOx-Oxidationskatalysators 52 ausmachen können, umfassen LaCoO3, La0,9Sr0,1CoO3, LaMnO3 sowie La0,9Sr0,1MnO3.
  • Die Perovskit-Verbindung kann NO katalytisch zu NO2 oxidieren, wenn diese einem Strom aus Motorabgas 14 ausgesetzt wird, und zwar genauso wirksam wie herkömmliche PGM-Metalle, wie beispielsweise Platin. Während es nicht gewünscht ist, an eine Theorie gebunden zu werden, wird es erachtet, dass die Perovskit-Verbindung ein Sauerstoffanion an ein NO-Molekül spendet, um die Ausbildung von NO2 zu ermöglichen, während in dessen Kristallstruktur temporär eine Sauerstoffvakanz gebildet wird. In dem Strom aus Motorabgas 14 enthaltener Sauerstoff dissoziiert dann, um die Sauerstoffvakanz auszufüllen und möglicherweise ein weiteres NO-Molekül zu oxidieren. Die Fähigkeit der Perovskit-Verbindung(en) zur wirksamen Oxidation von NO zu NO2 kann den Bedarf dazu, dass in dem Katalysatormaterial 48 Platin enthalten ist, beträchtlich verringern oder insgesamt beseitigen. Das Katalysatormaterial 48 kann als ein Ergebnis hiervon lediglich Spurenmengen von Platin oder überhaupt kein Platin enthalten.
  • Der NOx-Speicherkatalysator 54 und der NOx-Reduktionskatalysator 56 können irgendein geeignetes Material sein, welche Fachleuten bekannt sind. Der NOx-Speicherkatalysator 54 kann im Allgemeinen irgendeine Verbindung enthalten, welche NO2 in der oxidierenden Umgebung, welche durch die Verbrennung des mageren A/F-Gemischs 22 erzeugt wird, einfängt sowie speichert und umgekehrt, NOx-Gase in der beispielsweise durch die Verbrennung des reichen A/F-Gemischs 28 erzeugten reduzierenden Umgebung freisetzt. Eine Vielzahl von Alkali- oder Erdalkalimetallverbindungen arbeitet in einer solchen Weise durch die reversible Ausbildung einer Nitratspezies und kann als solche den gesamten oder einen Teil des NOx-Speicherkatalysators 54 ausbilden. Einige spezifische oder exemplarische Alkali- oder Erdalkalimetallverbindungen, welche eingesetzt werden können, umfassen BaO, BaCO3 und K2CO3. Der NOx-Reduktionskatalysator 56 kann im Allgemeinen jede Verbindung umfassen, welche NOx-Gase in der beispielsweise durch die Verbrennung des reichen A/F-Gemischs 28 geförderten reduzierenden Umgebung reduzieren können. Rhodium ist ein Beispiel für ein Material, welches den gesamten oder einen Teil des NOx-Reduktionskatalysators 56 ausbilden kann.
  • Andere Materialien, welche andere katalytische Funktionen aufweisen oder einigen anderen praktischen oder mit der Leistung verbundenen Zwecken dienen, können ebenfalls auf dem Trägermaterial 50 fein verteilt sein. Beispielsweise kann Palladium dabei helfen, jegliche restliche HC'e und CO, welche in dem Motorabgasstrom 14 vorliegen, zu oxidieren, sowie, die Geschwindigkeit der Perovskit-Schwefel-Vergiftung, welche auftreten kann, wenn in dem mager verbrennenden Motor 12 Schwefel enthaltende Treibstoffe verbrannt werden, zu verlangsamen.
  • Die NOx-Oxidations-, -speicher- und -reduktionskatalysatoren 52, 54, 56 arbeiten zusammen, um die NOx-Gase in der einen oder in den mehreren Durchströmzellen 44 durch einen mehrteiligen Reaktionsmechanismus größtenteils zu N2 umzuwandeln. Die Umwandlung von NOx-Gasen zu N2 beginnt, wenn der NOx-Oxidationskatalysator 52 in dem Strom aus Motorabgas 14 enthaltendes NO zu NO2 oxidiert. Diese Oxidationsreaktion tritt auf, wenn der mager verbrennende Motor 12 das magere A/F-Gemisch 22 erhält und verbrennt, was wiederum den Motorabgasstrom 14 für Oxidation empfänglicher macht. Zur selben Zeit fängt und speichert der NOx-Speicherkatalysator 54 sowohl das ursprünglich vorliegende als auch das neu erzeugte NO2 als eine Nitratspezies. Die Oxidation von NO und die Speicherung von NO2 kann auftreten, bis der NOx-Speicherkatalysator 54 seine NOx-Speicherkapazität erreicht. Die von dem NO2 stammenden Nitratspezies, welche in dem NOx-Speicherkatalysator 54 gespeichert sind, können dann entfernt werden, um die kontinuierliche Entfernung von NOx-Gasen aus dem Motorabgasstrom 14 zu ermöglichen.
  • Die Freisetzung der NOx-Gase aus dem NOx-Speicherkatalysator 54 und die gleichzeitige Regeneration der zukünftigen NO2-Speicherstellen kann durch das augenblickliche Versorgen des mager verbrennenden Motors 12 mit dem reichen A/F-Gemisch 28 für die Verbrennung anstelle des mageren A/F-Gemischs 22 erreicht werden. Diese frische Injektion von zusätzlichem Treibstoff macht den Strom aus Motorabgas 14 gegenüber Reduktion empfänglicher und als ein Ergebnis hiervon macht diese die von dem NOx stammenden Nitratverbindungen thermodynamisch instabil, was die Freisetzung von NOx-Gasen verursacht. Um die Umwandlung der NOx-Gase zu N2 zu vervollständigen, reduziert der NOx-Reduktionskatalysator 56 dann in der Gegenwart von überschüssigen Reduktionsmitteln, welche in dem Motorabgasstrom 14 enthalten sind, die freigesetzten NOx-Gase größtenteils zu N2. Die überschüssigen Reduktionsmittel, welche in dieser Reaktion teilnehmen, umfassen CO, HC'e sowie H2. Sobald die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 54 befriedigend erreicht worden ist, kann wieder das magere A/F-Gemisch 22 dem mager verbrennenden Motor 12 zugeführt werden und der Zyklus wiederholt werden. Das Katalysatormaterial 48 kann dann einen beträchtlichen Teil der NOx-Gase aus dem Motorabgasstrom 14 im Austausch für N2 kumulativ strippen, während das Motorabgas 14 die Durchströmzellen 44 von dem Einlassende 40 zu dem Auslassende 42 des Trägerkörpers 38 navigiert.
  • Die Menge der NOx-Oxidations-, -speicher- und -reduktionskatalysatoren 52, 54, 56, welche auf das Trägermaterial 50 geladen werden, können auf Basis einer Vielzahl von Faktoren variieren. Aber in einer Ausführungsform des Katalysatormaterials 48, in der die Beladung jedes Materials in Gramm pro Liter von kombiniertem Volumen der Durchströmzellen 44, in denen das Katalysatormaterial 48 angeordnet ist, wiedergegeben wird, kann das Trägermaterial 50 in einer Menge vorliegen, welche in einem Bereich zwischen ungefähr 100 g/l und ungefähr 200 g/l variiert, kann der NOx-Oxidationskatalysator in einer Menge vorliegen, welche zwischen ungefähr 50 g/l und ungefähr 150 g/l. variiert, kann der NOx-Speicherkatalysator in einer Menge vorliegen, welche zwischen ungefähr 10 g/l und ungefähr 50 g/l variiert und kann der NOx-Reduktionskatalysator in einer Menge vorliegen, welche zwischen ungefähr 0,10 g/l und ungefähr 0,30 g/l variiert. Falls enthalten, kann Palladium in einer Menge vorliegen, welche zwischen ungefähr 1,0 g/l und ungefähr 5,0 g/l variiert. Ein spezifisches Beispiel für das Katalysatormaterial 48 kann ungefähr 120 g/l von CeO2-ZrO2 mit einem Ce/Zr-Mol-Verhältnis von 75/25 als das Trägermaterial 50 umfassen, ungefähr 100 g/l von La0,9Sr0,1MnO3 als den NOx-Oxidationskatalysator 52 umfassen, ungefähr 30 g/l von BaO als den NOx-Speicherkatalysator 54 umfassen, ungefähr 0,18 g/l von Rhodium als den NOx-Reduktionskatalysator 56 umfassen und ungefähr 1,8 g/l von Palladium umfassen. Andere Beladungsanforderungen können natürlich eingesetzt werden, insbesondere, wenn einige andere Kombinationen von Katalysatoren eingesetzt werden, um das Katalysatormaterial 48 herzustellen, oder, wenn andere Materialien darin enthalten sind. Fachleute können nichtsdestotrotz die ausreichenden Beladungsmengen des Trägermaterials 50 und der Katalysatoren 52, 54, 56, welche in dem Katalysatormaterial 48 enthalten sein können, durch Erfahrung und/oder durch Routineexperimente bestimmen.
  • Eine alternative Ausführungsform des Katalysatormaterials ist in der 4 mit dem Bezugszeichen 48' dargestellt. Diese Ausführungsform ist in vielerlei Hinsicht ähnlich zu der in der 3 gezeigten Ausführungsform und als solche werden ähnliche Bezugsziffern eingesetzt, um ähnliche Materialien und/oder ähnliche strukturelle Einzelheiten zu bezeichnen. Das Katalysatormaterial 48' dieser Ausführungsform umfasst dieselben Katalysatoren 52, 54, 56 und entfernt NOx-Gase aus dem Strom von Motorabgas 14 aufgrund der gleichen zuvor im Hinblick auf das Katalysatormaterial 48 beschriebenen katalytischen Mechanismen. Ein Unterschied ist hier, dass das Katalysatormaterial 48' einen Mehrschichtaufbau aufweist.
  • Das Katalysatormaterial 48' dieser Ausführungsform kann, wie dargestellt, ein erstes Trägermaterial 50a' benachbart zu der Wandoberfläche 46 der einen oder der mehreren Durchströmzellen 44 und ein zweites Trägermaterial 50b', welches über dem ersten Trägermaterial 50a' liegt, aufweisen. Die ersten und zweiten Trägermaterialien 50a', 50b' können diskrete Materialschichten sein, welche die gleichen oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Der NOx-Oxidationskatalysator 52 kann auf beiden der ersten und der zweiten Trägermaterialien 50a', 50b' fein verteilt sein, um ihn für die NOx-Oxidation durch das Trägermaterial 48' verfügbar zu machen. Die NOx-Speicher- und -reduktionskatalysatoren 54, 56 können auf dem ersten Trägermaterial 50a' fein verteilt sein, um ihre jeweiligen katalytischen Funktionen durchzuführen. Die Abwesenheit der NOx-Speicher- und -reduktionskatalysatoren 54, 56 von dem zweiten Trägermaterial 50b' kann, während dies nicht zwingend ist, dabei helfen, die katalytischen Reaktionen, welche in dem Katalysatormaterial 48' stattfinden, zu verbessern, und kann ebenfalls dabei helfen, die Bewegung von NO, NO2 und N2 zwischen dem Katalysatormaterial 48' und dem Strom aus Motorabgas 14 zu managen. Palladium kann, falls erwünscht, ebenfalls in entweder dem ersten oder dem zweiten Trägermaterial 50a', 50b' enthalten sein. Aber in einigen Beispielen, welche hier gezeigt sind, muss Palladium, falls erwünscht, lediglich auf der zweiten Trägerschicht 50b' fein verteilt sein, um dessen beabsichtigte Funktionen ausreichend durchzuführen. Es sollte beachtet werden, dass die Aussetzung der NOx-Oxidations-, -speicher- und -reduktionskatalysatoren 52, 54, 56 sowie, falls vorliegend, des Palladiums gegenüber dem Strom aus Motorabgas 14 durch den Mehrschichtaufbau des Katalysatormaterials 48' nicht nennenswert inhibiert ist. Dies deshalb, weil der Teil des Stroms aus Motorabgas 14, welcher durch jede der Durchströmzellen 44 strömt, mit wenig Widerstand leicht durch die ersten und zweiten Trägermaterialien 50a', 50b' durchtreten und diffundieren kann.
  • Die Menge der NOx-Oxidations-, -speicher- und -reduktionskatalysatoren 52, 54, 56, welche auf die ersten und zweiten Trägermaterialien 50a', 50b' geladen sind, können auf Basis einer Vielzahl von Faktoren variieren. Die Gesamtmengen der Materialien, welche eingesetzt werden, um das Katalysatormaterial 48' dieser Ausführungsform auszubilden, können im Allgemeinen dieselben wie die für das zuvor beschriebene Katalysatormaterial 48 sein. Ein spezifisches Beispiel für das Katalysatormaterial 48' kann eine Mischung aus ungefähr 40 g/l Al2O3 und ungefähr 60 g/l von CeO2-ZrO2 (Ce/Zr-Molverhältnis 75/25) als das erste Trägermaterial 50a' und ungefähr 90 g/l von Al2O3 als das zweite Trägermaterial 50b' (insgesamt 190 g/l Trägermaterial in dem Katalysatormaterial 48') enthalten. Das Katalysatormaterial 48' kann ebenfalls ungefähr 30 g/l La0,9Sr0,1MnO3, das auf jedem des ersten und zweiten Trägermaterials 50a', 50b' fein verteilt ist, aufweisen, um als der NOx-Oxidationskatalysator (insgesamt ungefähr 60 g/l NOx-Oxidationskatalysator in dem Katalysatormaterial 48') zu dienen, ungefähr 10 g/l BaO und ungefähr 0,18 g/l Rhodium, welche auf dem ersten Trägermaterial 50a' fein verteilt sind, aufweisen, um als der NOx-Speicherkatalysator bzw. der NOx-Reduktionskatalysator zu dienen, und ungefähr 3,5 g/l Palladium, das auf dem zweiten Trägermaterial 50b' fein verteilt ist, aufweisen, wobei die Beladung von jedem Material wiederum in Gramm pro Liter von kombiniertem Volumen der Durchströmzellen 44, in denen das Katalysatormaterial 48' angeordnet ist, wiedergegeben wird. Andere Beladungsanforderungen können, wie zuvor, ebenfalls eingesetzt werden.
  • Ein Verfahren des Verwendens der Mager-NOx-Falle 20, welche das Katalysatormaterial 48, 48' enthält, in dem Abgasnachbehandlungssystem 10 oder in einer Vielzahl der Abgasnachbehandlungssysteme 10 sollte einem Fachmann auf Grundlage der vorgenannten Offenbarung offensichtlich sein. Das Verfahren der Verwendung umfasst das Zuführen des mageren A/F-Gemischs 22 zu dem mager verbrennenden Motor 12 zwecks Verbrennung durch den Einlasskrümmer 24. Das magere A/F-Gemisch 22 verbrennt innerhalb des mager verbrennenden Motors 12 und der Strom aus Motorabgas 14 wird aus dem Abgaskrümmer 26 zu dem Abgasnachbehandlungssystem 10 geführt. Die Mager-NOx-Falle 20, welche den spezifischen zuvor beschriebenen Aufbau aufweisen kann, erhält den Strom aus Motorabgas 14 an dem Einlass 34 des Behälters 30. Der Strom aus Motorabgas 14 passiert von dem Einlass 34 zu dem Auslass 36 und durchquert den Trägerkörper 38 durch die Vielzahl der Durchströmzellen 44. Das Katalysatormaterial 48, 48', welches auf der Wandoberfläche 46 der einen oder der mehreren der Vielzahl der Durchströmzellen 44 getragen wird, oxidiert NO zu NO2 und speichert NO2 als eine Nitratspezies. Das Verfahren zur Verwendung umfasst dann das Zuführen des reichen A/F-Gemischs 28 zu dem mager verbrennenden Motor 12, um das Katalysatormaterial 48, 48' zu regenerieren. Die Einführung der reich verbrannten Motorabgase in den Strom aus Motorabgas 14 verursacht die Freisetzung von NOx-Gasen aus dem Katalysatormaterial 48, 48' und die Reduktion dieser NOx-Gase größtenteils zu N2. Das neu erzeugte N2 wird durch den Strom aus Motorabgas 14 eingefangen und durch den Auslass 36 aus dem Behälter 30 herausgeführt. Daran anschließend umfasst das Verfahren der Verwendung das Beenden der Zufuhr des reichen A/F-Gemischs 28 zu dem mager verbrennenden Motor 12 und das Wiedereinführen des Stroms aus dem magerem A/F-Gemisch 22.
  • BEISPIELE
  • Eine spezifische und exemplarische Ausführungsform des Katalysatormaterials umfasst ein CeO2-ZrO2-Trägermaterial, das mit La0,9Sr0,1MnO3 beladen ist, als den NOx-Oxidationskatalysator, BaO als den NOx-Speicherkatalysator, Rhodium als den NOx-Reduktionskatalysator und Palladium.
  • Durch ein Zitronensäureverfahren wurde eine Menge von La0,9Sr0,1MnO3 hergestellt. Zuerst wurden ausreichende Mengen von La(NO3)3·6H2O, 50% Mn(NO3)2-Lösung und Sr(NO3)2 in destilliertem Wasser mit Zitronensäuremonohydrat gelöst. Dann wurde zu der Lösung Zitronensäure in 10 Gew.-% Überschuss zugegeben, um eine vollständige Komplexierung der Metallionen sicherzustellen. Die Lösung wurde für 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Daran anschließend wurde die Lösung auf 80°C unter heftigem Rühren erhitzt, um das Wasser langsam zu verdampfen, bis die Lösung ein viskoses Gel wurde und das Entweichen von NO/NO2-Gasen begann. Das Gel wurde dann über Nacht in einem auf 90°C eingestellten Ofen platziert. Das resultierende schwammartige Material wurde dann zerkleinert und bei 700°C für ungefähr 5 Stunden in statischer Luft kalziniert, um das Perovskitoxid auszubilden.
  • Durch ein herkömmliches anfängliches Nassimprägnierverfahren wurde eine Menge von mit Pd-Rh und BaO beladenem CeO2-ZrO2 hergestellt. Nach diesem Verfahren wurden auf CeO2-ZrO2 (Ce/Zr-Molverhältnis 75/25) Pd(NO3)2, Rh(NO3)3 und Ba(CH3COO)2 koimprägniert, um eine Beladung von 20 Gew.-% BaO, 1,6 Gew.-% Pd und 0,16 Gew.-% Rh zu ergeben. Das Pd-Rh/BaO/CeO2-ZrO2-Material wurde dann über Nacht bei 120°C getrocknet und nachfolgend für ungefähr 5 Stunden bei 550°C kalziniert.
  • Dann wurde eine Aufschlämmung des La0,9Sr0,1MnO3 und des Pd-Rh/BaO/CeO2-ZrO2 für ungefähr 18 Stunden Kugel gemahlen. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde bei ungefähr 9,0 gehalten, und zwar durch Zufügen von wässrigem Ammoniak, wie benötigt. Nach dem Kugel mahlen wurde die Aufschlämmung auf eine Probe mit einem monolithischen Honigwabenkern grundiert. Die Kernprobe wies eine Länge von 1 Zoll, einen Durchmesser von 0,75 Zoll und eine Durchströmzelldichte von ungefähr 600 Durchströmzellen pro Quadratzoll, wobei jede Zelle eine Wanddicke von ungefähr 0,003 Zoll aufwies, auf. Die Zielgesamtbeladung für das Katalysatormaterial betrug 250 g/l mit 30 g/l BaO, 100 g/l La0,9Sr0,1MnO3, 1,8 g/l Pd, 0,18 g/l Rh und Rest CeO2-ZrO2, wobei sich die Messung von l auf das Gesamtdurchströmvolumen bezieht, welches für den Gastransport durch die Kernprobe verfügbar ist. Nach dem Grundieren wurde das Katalysatormaterial getrocknet und bei 550°C für ungefähr 5 Stunden in statischer Luft kalziniert.
  • Das Katalysatormaterial wurde dann untersucht, nachdem dieses in einem Ofen bei 750°C mit 10 Gew.-% H2O/Luft für ungefähr 72 Stunden hydrothermisch vorbehandelt worden ist. Die Probe mit dem monolithischen Honigwabenkern wurde in einem bei Atmosphärendruck betriebenen vertikalen Quarzrohrreaktor untersucht. Ein mit dem Reaktor verbundener Gasverteiler umfasste drei Banken Strömungskontrollgeräte, welche dem Reaktor verschiedene Gase zuführten. Die erste Bank, welche eine reiche Zufuhr wiedergibt, lieferte ein Zuführungsgas, welches 1 Mol-% H2, 3 Mol-% CO und Rest N2 bei einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 1,0 l/Min. enthielt. Die zweite Bank, welche eine magere Zuführung wiedergibt, lieferte ein Zuführungsgas, welches 10 Mol-% O2 und Rest N2 mit einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 1,0 l/Min. lieferte. Ein Magnetventil wechselte die Zufuhr von Zufuhrgas zu dem Reaktor mit einer Frequenz von 60 Sekunden von der zweiten Bank (mager) und 5 Sekunden von der ersten Bank (reich). Die dritte Bank, welche nicht zyklisiert wurde, lieferte ein Zuführgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min, welches NO, CO2 und N2 in Mol-Prozentanteilen, welche im Allgemeinen mit denen einer Dieselabgasgaszusammensetzung konsistent war, enthielt. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit des Reaktors betrug folglich 3 l/Min. (auf einer Trockenbasis) entsprechend einer Raumgeschwindigkeit von 50.000 Std.–1. Die nachfolgende Tabelle fasst die Zuführgasuntersuchungsbedingungen zusammen.
    Modellgasbestandteil Tabelle
    Magere Bedingung Reiche Bedingung
    NO 200 ppm 200 ppm
    O2 10 Mol-% 0 Mol-%
    H2O 10 Mol-% 10 Mol-%
    CO2 10 Mol-% 10 Mol-%
    H2 0 Mol-% 1 Mol-%
    CO 0 Mol-% 3 Mol-%
    N2 Rest Rest
    Dauer 60 Sekunden 5 Sekunden
    Raumgeschwindigkeit 50.000 Std.–1 50.000 Std.–1
  • In der 5 ist als die Linie A das Gesamt-NOx-Umsetzungsprofil des Katalysatormaterials, wenn dieses gegenüber verschiedenen Gaszufuhrtemperaturen in dem Reaktor ausgesetzt wurde, dargestellt. Die NOx-Umsetzungsdaten wurden durch die nachfolgende Formel unter Verwendung der Konzentration von NO und von NO2, wie von einem FTIR-Analysiergerät bestimmt, berechnet.
  • Figure 00260001
  • Als die Linie B ist das NOx-Umsetzungsprofil eines kommerziell erhältlichen LNT-Katalysators, welcher auf die gleiche Art von Struktur mit einem monolithischen Honigwabenkern beladen war, gezeigt, wenn dieser den gleichen Reaktorbedingungen unterworfen wurde. Der kommerziell erhältliche Katalysator enthielt eine PGM-Katalysatorbeladung von 2,06 g/l (1,6 g Pt/0,28 g Pd/0,18 g Rh), wobei sich die Messung von 1, wie zuvor, auf das Gesamtdurchströmvolumen bezieht, welche für den Gastransport durch die Kernprobe verfügbar ist. Wie in der 5 gezeigt, ist die Leistung des Katalysatormaterials mit La0,9Sr0,1MnO3 ziemlich vergleichbar mit derjenigen des kommerziellen LNT-Katalysators, welcher eine relativ große Menge von Platin enthielt.
  • Die 5 zeigt ebenfalls die NOx-Umsetzungsprofile des Katalysatormaterials nach Schwefelbeladung und nach Entschwefelung. Schwefel wurde auf dem Katalysatormaterial abgeschieden, indem zunächst der Reaktor mit magerem Zuführgas (aus der zweiten Bank), welches zusätzlich 8 ppm SO2 enthielt, für 2 Stunden bei 300°C beliefert wurde. Dies führte zu einer Schwefelfreisetzung von 1 Gramm Schwefel pro Liter Katalysatormaterial. Das mit Schwefel beladene Katalysatormaterial wurde dann in dem Reaktor ähnlich wie zuvor untersucht. Das NOx-Umsetzungsprofil des mit Schwefel beladenen Katalysatormaterials ist als die Linie C gezeigt. Die Entschwefelung des Katalysatormaterials wurde dann erreicht, indem dem Reaktor reiches Zufuhrgas (aus der ersten Bank) unter Verwendung eines Temperaturanstiegs von 300°C auf 700°C bei 10°C/Minute gefolgt von Einsaugen bei 700°C für 30 Minuten zugeführt wurde. Das entschwefelte Katalysatormaterial wurde dann in dem Reaktor ähnlich wie zuvor untersucht. Das NOx-Umsetzungsprofil des entschwefelten Katalysatormaterials ist als Linie D dargestellt.
  • Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen ist lediglich exemplarischer Natur und folglich ist es nicht beabsichtigt, dass Variationen hiervon als eine Abkehr von dem Geist und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.

Claims (9)

  1. Mager-NOx-Falle zum Einbau in ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Magerverbrennungsmotor, dem ein Gemisch aus Luft und Treibstoff zugeführt wird und der ein Gemisch aus Luft und Treibstoff verbrennt, wobei die Mager-NOx-Falle umfasst: einen Behälter, welcher eine hohle Kammer, einen Einlass zum Aufnehmen eines Stroms aus Motorabgas aus dem Magerverbrennungsmotor sowie zum Einführen des Stroms aus dem Motorabgas in die hohle Kammer sowie einen Auslass zum Führen des Stroms aus Motorabgas aus der hohlen Kammer heraus umfasst, einen Trägerkörper, welche in der hohlen Kammer angeordnet ist und ein Einlassende nahe dem Einlass des Behälters aufweist, ein Auslassende nahe dem Auslass des Behälters aufweist und wenigstens eine Oberfläche aufweist, über welche wenigstens ein Teil des Stroms aus Motorabgas strömt, während der Strom aus Motorabgas von dem Einlassende über den Trägerkörper zu dem Auslassende strömt, und ein Katalysatormaterial, welches durch wenigstens eine Oberfläche des Trägerkörpers getragen wird, und, welches Stickstoffoxidgase (NOx), welche in dem Motorabgasstrom enthalten sind, entfernt, wobei das Katalysatormaterial (1) einen NOx-Oxidationskatalysator umfasst, welcher NO katalytisch zu NO2 oxidiert, wenn der Motorabgasstrom eine oxidierende Umgebung fördert, (2) einen NOx-Speicherkatalysator umfasst, welcher NO2 speichert, wenn der Strom aus Motorabgas eine oxidierende Umgebung fördert, und NOx-Gase freisetzt, wenn der Strom aus Motorabgas eine reduzierende Umgebung fördert, und (3) einen NOx-Reduktionskatalysator umfasst, welcher NOx-Gase zu N2 reduziert, wenn der Strom aus Motorabgas eine reduzierende Umgebung fördert, wobei der NOx-Oxidationskatalysator eine Perovskit-Verbindung enthält, wobei der NOx-Speicherkatalysator ein Alkali- oder ein Erdalkalimetalloxid enthält, wobei der NOx-Reduktionskatalysator Rhodium enthält, und, wobei das Katalysatormaterial lediglich Spuren von Platin oder weniger als Spuren von Platin enthält.
  2. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 1, wobei das Katalysatormaterial ferner ein Trägermaterial enthält, auf dem der NOx-Oxidationskatalysator, der NOx-Speicherkatalysator und der NOx-Reduktionskatalysator fein verteilt sind, wobei das Trägermaterial eine spezifische Oberfläche in einem Bereich zwischen ungefähr 20 m2/Gramm und ungefähr 300 m2/Gramm aufweist, und, wobei das Trägermaterial wenigstens eines von CeO2-ZrO2-Material, Aluminiumoxid oder einem Zeolith enthält.
  3. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 2, wobei das Katalysatormaterial des Weiteren Palladium enthält, und, wobei das Palladium auf dem Trägermaterial mit dem NOx-Oxidationskatalysator, mit dem NOx-Speicherkatalysator und mit dem NOx-Reduktionskatalysator fein verteilt ist.
  4. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 1, wobei das Katalysatormaterial des Weiteren ein erstes Trägermaterial, das wenigstens einer Wandfläche benachbart ist, und ein zweites Trägermaterial, welches über dem ersten Trägermaterial liegt, umfasst, wobei jedes der ersten und zweiten Trägermaterialien eine spezifische Oberfläche in einem Bereich zwischen ungefähr 20 m2/Gramm und ungefähr 300 m2/Gramm aufweist, wobei jedes der ersten und zweiten Trägermaterialien wenigstens eines von einem CeO2-ZrO2-Material, Aluminiumoxid oder einem Zeolith enthält, und, wobei der NOx-Oxidationskatalysator auf jedem der ersten und zweiten Trägermaterialien fein verteilt ist und der NOx-Speicherkatalysator und der NOx-Reduktionskatalysator auf dem ersten Katalysatormaterial fein verteilt sind.
  5. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 4, wobei das Katalysatormaterial des Weiteren Palladium enthält, und, wobei das Palladium auf dem zweiten Trägermaterial fein verteilt ist.
  6. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 1, wobei der NOx-Oxidationskatalysator wenigstens eines von LaCoO3, LaMnO3, La0,9Sr0,1CoO3 oder von La0,9Sr0,1MnO3 enthält.
  7. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 1, wobei der NOx-Speicherkatalysator wenigstens eines von BaO, BaCO3 oder K2CO3 enthält.
  8. Mager-NOx-Falle nach Anspruch 1, wobei der Trägerkörper eine monolithische Honigwabenstruktur ist, welche eine Vielzahl von Durchflusszellen aufweist, welche sich von dem Einlassende des Trägerkörpers zu dem Auslassende des Trägerkörpers hin erstrecken, wobei alle der Vielzahl von Durchflusszellen mit einem Teil des Motorabgasstroms in Verbindung stehen und wenigstens teilweise durch eine Wandfläche ausgebildet werden, über welche der Teil des Motorabgasstroms strömt, wenn der Motorabgasstrom den Trägerkörper von dem Einlassende zu dem Auslassende durchquert, und, wobei das Katalysatormaterial auf der Wandfläche einer oder mehrerer der Vielzahl von Durchflusszellen getragen wird.
  9. Verfahren zum Verwenden einer Mager-NOx-Falle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Magerverbrennungsmotors, welcher ein Gemisch aus Luft und Treibstoff verbrennt, um einen Motorabgasstrom herzustellen, wobei das Gemisch aus Luft und Treibstoff ein Massenverhältnis von Luft zu Treibstoff aufweist, Führen des Motorabgasstroms zu dem Einlass des Behälters, durch den Trägerkörper, welcher in der hohlen Kammer beinhaltet ist, hindurch und aus dem Auslass des Behälters heraus, Führen eines Gemischs aus Luft und Treibstoff zu dem Magerverbrennungsmotor, so dass das Massenverhältnis von Luft zu Treibstoff mager ist, um in dem Motorabgasstrom eine oxidierende Umgebung zu fördern, und intermittierendes Führen eines Gemischs aus Luft und Treibstoff zu dem Magerverbrennungsmotor, so dass das Massenverhältnis von Luft und Treibstoff reich ist, um eine reduzierende Umgebung in dem Motorabgasstrom zu fördern.
DE102010011406A 2009-03-16 2010-03-15 Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen Ceased DE102010011406A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16052309P 2009-03-16 2009-03-16
US61/160,523 2009-03-16
US12/713,803 2010-02-26
US12/713,803 US8513155B2 (en) 2009-03-16 2010-02-26 Perovskite-type compounds for use in lean NOx traps

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010011406A1 true DE102010011406A1 (de) 2011-01-13

Family

ID=42729564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010011406A Ceased DE102010011406A1 (de) 2009-03-16 2010-03-15 Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8513155B2 (de)
CN (1) CN101837244B (de)
DE (1) DE102010011406A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9186654B2 (en) 2011-11-03 2015-11-17 GM Global Technology Operations LLC Low cost lean NOx reduction catalyst system
DE102012209204B4 (de) * 2011-06-03 2016-09-01 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Oxidationskatalysator aus nichtstöchiometrischem Perowskitoxid zum Oxidieren von NO zu NO2 in einem Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8661797B2 (en) * 2010-11-15 2014-03-04 GM Global Technology Operations LLC NOx adsorber regeneration system and method
US8226915B2 (en) * 2010-11-29 2012-07-24 GM Global Technology Operations LLC Coated perovskite-based catalysts, catalyst combinations and methods of treating a gas stream
US8318119B2 (en) * 2010-12-17 2012-11-27 GM Global Technology Operations LLC Method for preparing perovskite oxide-based catalyst particles
US8943811B2 (en) * 2010-12-22 2015-02-03 GM Global Technology Operations LLC Perovskite-based catalysts, catalyst combinations and methods of making and using the same
US9732687B2 (en) 2010-12-22 2017-08-15 GM Global Technology Operations LLC Perovskite oxide compounds for use in exhaust aftertreatment systems
US8545779B2 (en) 2011-01-13 2013-10-01 GM Global Technology Operations LLC Sulfur-tolerant perovskite NOx oxidation catalysts
US9266092B2 (en) 2013-01-24 2016-02-23 Basf Corporation Automotive catalyst composites having a two-metal layer
WO2014115573A1 (ja) * 2013-01-25 2014-07-31 株式会社村田製作所 窒素酸化物酸化用触媒および窒素酸化物の酸化方法
US9511355B2 (en) 2013-11-26 2016-12-06 Clean Diesel Technologies, Inc. (Cdti) System and methods for using synergized PGM as a three-way catalyst
US9511350B2 (en) 2013-05-10 2016-12-06 Clean Diesel Technologies, Inc. (Cdti) ZPGM Diesel Oxidation Catalysts and methods of making and using same
US20140274662A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Cdti Systems and Methods for Variations of ZPGM Oxidation Catalysts Compositions
US9216410B2 (en) * 2013-06-06 2015-12-22 Clean Diesel Technologies, Inc. Systems and methods for using Pd1+ in a TWC
US20150182954A1 (en) * 2013-06-06 2015-07-02 Clean Diesel Technologies, Inc. Phase Stability of Lanthanum-Manganese Perovskite in the Mixture of Metal Oxides
US9545626B2 (en) 2013-07-12 2017-01-17 Clean Diesel Technologies, Inc. Optimization of Zero-PGM washcoat and overcoat loadings on metallic substrate
CN103394345B (zh) * 2013-07-18 2015-06-03 天津大学 稀燃缸内直喷内燃机微粒氧化催化器用催化剂
US9511358B2 (en) 2013-11-26 2016-12-06 Clean Diesel Technologies, Inc. Spinel compositions and applications thereof
CN103801288B (zh) * 2014-02-25 2015-10-28 华中科技大学 用于一氧化氮氧化的复合氧化物催化剂及其制备方法
US10046310B2 (en) 2015-10-05 2018-08-14 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10422036B2 (en) 2015-10-23 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Suppressing aging of platinum group metal particles in a catalytic converter
US10005031B2 (en) 2015-12-08 2018-06-26 GM Global Technology Operations LLC Dual-layer catalyst
US9962654B2 (en) * 2016-02-16 2018-05-08 GM Global Technology Operations LLC Perovskite based oxygen storage materials
CN106492888A (zh) * 2016-10-19 2017-03-15 威海顺畅环保科技有限公司 一种三元催化载体再生液及其应用
US10159960B2 (en) 2016-10-25 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes
CN108355663B (zh) * 2018-02-01 2020-09-08 湘潭大学 微波催化用复合催化剂及其催化分解no的方法
CN112877110A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 宁夏大学 一种钙钛矿型Fe基复合载氧体及其制备方法
CN115387886A (zh) * 2022-09-23 2022-11-25 惠州市瑞合环保科技有限公司 带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2696109B1 (fr) * 1992-09-28 1994-11-04 Inst Francais Du Petrole Catalyseur d'oxydation et procédé d'oxydation partielle du méthane.
US5562888A (en) * 1995-05-19 1996-10-08 Cummins Engine Company, Inc. Nitrous oxide decomposition using a solid oxide solution
US5977017A (en) * 1996-04-10 1999-11-02 Catalytic Solutions, Inc. Perovskite-type metal oxide compounds
US7014825B2 (en) * 1996-04-10 2006-03-21 Catalytic Solutions, Inc. Perovskite-type metal oxide compounds and methods of making and using thereof
US7641875B1 (en) * 2000-11-15 2010-01-05 Catalytic Solutions, Inc. Mixed-phase ceramic oxide three-way catalyst formulations and methods for preparing the catalysts
US20030039597A1 (en) * 2001-08-24 2003-02-27 Engelhard Corporation Close coupled catalyst with a SOx trap and methods of making and using the same
US20040001781A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 Engelhard Corporation Multi-zone catalytic converter
JP4311918B2 (ja) * 2002-07-09 2009-08-12 ダイハツ工業株式会社 ペロブスカイト型複合酸化物の製造方法
US7071141B2 (en) * 2002-10-24 2006-07-04 Ford Global Technologies, Llc Perovskite catalyst system for lean burn engines
US20080256936A1 (en) * 2007-04-17 2008-10-23 Geo2 Technologies, Inc. Selective Catalytic Reduction Filter and Method of Using Same
JP2005066559A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス処理触媒および排ガス処理方法
US7749474B2 (en) * 2004-08-12 2010-07-06 Ford Global Technologies, Llc Catalyst composition for use in a lean NOx trap and method of using
US7622095B2 (en) * 2004-08-12 2009-11-24 Ford Global Technologies, Llc Catalyst composition for use in a lean NOx trap and method of using
US20070105715A1 (en) * 2004-12-24 2007-05-10 Hisashi Suda Particulate matter oxidation catalyst and filter
CN1898019A (zh) * 2004-12-24 2007-01-17 同和矿业株式会社 微粒物质氧化催化剂和过滤器
CN1854474A (zh) * 2005-04-27 2006-11-01 马自达汽车股份有限公司 柴油汽车尾气微粒子过滤器
JP2006326573A (ja) * 2005-04-27 2006-12-07 Mazda Motor Corp ディーゼルパティキュレートフィルタ
JP2007014873A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Honda Motor Co Ltd 粒子状物質浄化装置
US7718150B2 (en) * 2007-04-17 2010-05-18 Ford Global Technologies, Llc Reverse platinum group metal zoned lean NOx trap system and method of use

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012209204B4 (de) * 2011-06-03 2016-09-01 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Oxidationskatalysator aus nichtstöchiometrischem Perowskitoxid zum Oxidieren von NO zu NO2 in einem Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren
US9186654B2 (en) 2011-11-03 2015-11-17 GM Global Technology Operations LLC Low cost lean NOx reduction catalyst system
DE102012219751B4 (de) * 2011-11-03 2016-09-22 GM Global Technology Operations, LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) Kostengünstiges Mager- NOx- Reduktions- Katalysatorsystem

Also Published As

Publication number Publication date
CN101837244B (zh) 2013-10-30
US8513155B2 (en) 2013-08-20
US20100229533A1 (en) 2010-09-16
CN101837244A (zh) 2010-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010011406A1 (de) Verbindungen vom Perovskittyp zur Verwendung in Mager-NOx-Fallen
DE102011112175B4 (de) Abgasnachbehandlungsystem mit Katalysatormaterialien zur NOx-Oxidation, das eine passive Ammoniak-SCR verwendet, und Verfahren zur Abgasreinigung
DE102012204524B4 (de) Durch Oxide auf Manganbasis begünstigter Mager-NOx-Fallen (LNT)-Katalysator
DE102010011404A1 (de) Schwefeltolerante, Perovskit getragene Katalysatoren
DE102011110164B4 (de) Abgasnachbehandlungssystem mit bifunktionellen Katalysatormaterialien und Verfahren zur Magerabgas-NOx-Reduktion
DE102012222801B4 (de) Abgassystem und Verwendung einer Washcoatbeschichtung
DE102012219751B4 (de) Kostengünstiges Mager- NOx- Reduktions- Katalysatorsystem
DE102011121280B4 (de) Verfahren zur Abgasbehandlung, das einen Perowskitoxidpartikel enthaltenden NOx- Oxidationskatalysator, einen NOx- Speicherkatalysator, einen NOx- Reduktionskatalysator und unterstromig Partikel eines mikroporösen Molekularsiebmaterials umfasst.
DE102014102023B4 (de) Fahrzeug mit Dieselmotor und Oxidationskatalysator umfassendem Abgassystem
DE60121554T2 (de) Mehrzonen-speicherkatalysator und verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung
DE19813655C2 (de) Speichermaterial für Schwefeloxide, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
DE102012222804B4 (de) Abgassystem mit Substratmonolith, der einen SCR-Katalysator umfasst
DE69833964T2 (de) Abgasreinigungskatalysator und verfahren zur reinigung von abgasen
DE102009043210B4 (de) Verfahren und Architektur zum Oxidieren von Stickoxid in Abgas von einer Kohlenwasserstoffkraftstoffquelle mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch
DE102016118542A1 (de) Einen russkatalysator und einen scr-katalysator aufweisendes katalytisches filter
DE102011109946A1 (de) Katalysatormaterialien zur Ammoniakoxidation in Magermotorabgas
DE102011121222B4 (de) Produkt umfassend einen Partikelfilter, der einen Perowskit-Katalysator und ein NOx-Speichermaterial umfasst, und Verwendung desselben
DE102011115959B4 (de) Verfahren und System zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Gasstrom mittels einer Katalysatorkombination
DE69738063T2 (de) Katalysator und methode zur abgasreinigung
DE69729757T2 (de) Poröses material, verfahren und anordnung zur katalytischen umsetzung von abgasen
DE102013205197B4 (de) Verfahren zur selektiven Oxidation von Kohlenmonoxid und Verfahren zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors
DE102012222806A1 (de) Abgassystem für einen mager verbrennenden Verbrennungsmotor, das eine PGM-Komponente und einen SCR-Katalysator umfasst
DE112012002601T5 (de) Katalysiertes Substrat und Abgassystem für Verbrennungsmotoren
DE60124610T2 (de) Adsorber-Katalysator
DE102012222807A1 (de) Abgassystem für einen mager verbrennenden Verbrennungsmotor, das einen SCR-Katalysator umfasst

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US

Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US

Effective date: 20110323

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final