DE102013224444A1 - Verjüngungssteuerung eines reinen Palladium-Diesel-Oxidationskatalysators - Google Patents

Verjüngungssteuerung eines reinen Palladium-Diesel-Oxidationskatalysators Download PDF

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Beurteilen und Beibehalten der Verwendung eines reinen Palladium-(d. h. platinfreien)-Oxidationskatalysator-Körpers zum Oxidieren von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom eines dieselbetriebenen Motors offenbart, der über einen Großteil der Zeit, in der er ein Fahrzeug antreibt, bei einem kraftstoffarmen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) betrieben wird. Es wird periodisch eine jüngste Historie der Temperaturen des Abgases an dem Einlass des Palladium-Oxidationskatalysator-Körpers in einem Computer-Steuermodul erstellt. Und es wird eine jüngste Historie des L/K des arbeitenden Motors geprüft. Diese Temperatur- und L/K-Werte werden dann verwendet, um zu bestimmen, ob der Motor vorübergehend in einem kraftstoffreichen oder stöchiometrischen L/K-Modus betrieben werden sollte, um eine Abgaszusammensetzung bereitzustellen, die für eine Verjüngung des Palladiums durch Reduzieren des während eines Magerbetriebes des Motors gebildeten Oxids geeignet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft die Verwendung eines Aluminiumoxidträger-Palladiumkatalysators zum Unterstützen der Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (KW) in dem sauerstoffhaltigen Abgas eines von einem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeuges oder eines Fahrzeuges mit einem anderen Magermotor. Im Spezielleren betrifft diese Erfindung den Betrieb und die Verjüngung solch eines Dieseloxidationskatalysators (DOC), sodass kein Platin in dem für die Oxidation dieser Abgasbestandteile verwendeten katalytischen Palladium-Reaktor erforderlich ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es war notwendig, mit einem Katalysator versehene Abgas-Durchflussreaktoren für die Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (z. B. Propylen) und Stickoxiden (NOx) in dem Abgasstrom zu verwenden, der z. B. aus fremdgezündeten Benzinmotoren und kompressionsgezündeten Dieselmotoren, die Kraftfahrzeuge antreiben, strömt.
  • In dem Fall von benzinbetriebenen Motoren, die nahe dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Masseverhältnis (z. B. etwa 14,5/1) betrieben werden, wurde bisher ein Dreiwege-Katalysator, der typischerweise Platin und/oder Palladiumpartikel umfasst, die auf Aluminiumoxidpartikeln getragen und gehalten sind, effektiv bei dem gleichzeitigen Oxidieren von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, Oxidieren von Rest-Kohlenwasserstoffen (KW) zu Kohlendioxid und Wasser und Reduzieren von NOx-Bestandteilen (NO und NO2) zu Stickstoff und Wasser verwendet. Das durch die Wirkung des Hubkolbenmotors angetriebene Abgas strömt durch einen extrudierten, monolithischen Katalysatorträgerkörper, der mit vielen kleinen, parallelen Durchflusskanälen (z. B. 400 pro Quadratzoll Einlassfläche) gebildet ist, die sich von einer Einlassseite zu einer Auslassseite des Katalysatorträgerkörpers erstrecken. Die Wände der vielen Kanäle sind geeigneterweise mit einer dünnen Washcoat-Schicht aus den Aluminiumoxidträger-Platingruppenmetall-Katalysatorpartikeln beschichtet. Der relativ niedrige Sauerstoffgehalt des Abgases aus dem Benzinmotor, der in einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Verbrennungsmodus betrieben wird, gestattet typischerweise die Dreiwege-Umwandlung von CO, KW und NOx während des Durchganges des Abgases durch den einzelnen Katalysatorkörper.
  • Der Abgasstrom, der aus einem dieselbetriebenen Motor oder einem Benzinmotor strömt, der in einem Magermodus (L/K = 14,6/1 oder höher) betrieben wird, enthält typischerweise etwa acht bis zehn Volumenprozent Sauerstoff und einen gleichen Anteil an Wasser. Die Temperatur des Abgases kann abhängig von der Zeit des Motorbetriebes, der aktuellen Motorladung und anderen variablen Motorbetriebsbedingungen von etwa 150°C bis etwa 5°C variieren.
  • Verglichen mit Motoren, die in einem stöchiometrischen L/K-Modus betrieben werden, enthält der Mager-Abgasstrom noch immer kleine Mengen CO und KW und er enthält größere Mengen an NOx-Bestandteilen. Jeder dieser Bestandteile muss in dem Abgas zu Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Und es wurde kein einzelner Katalysatorkörper konstruiert, um solche Umwandlungen zu bewerkstelligen.
  • Es wurden verschiedene Kombinationen von Katalysatorbehandlungen für die Behandlung von Dieselabgasen vorgeschlagen. Während ein Dieselmotor allgemein bei einem hohen L/K-Verhältnis (höher als 14,6/1) betrieben wird, gibt es Perioden während eines Kaltstarts, einer hohen Belastung oder anderer Fahrsituationen, in denen der Motor kurzzeitig nahe dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis oder sogar in geringem Maß kraftstoffreich (L/K etwa 14/1) betrieben wird. Das Abgassystem muss konstruiert sein, um solche Motorbetriebsmodi zu berücksichtigen. Ein System verwendet drei oder mehr katalytische Reaktoren, die in einer fortschreitenden Strömungsanordnung in dem Abgassystem platziert sind, das sich von dem Abgaskrümmer des Dieselmotors unter dem LKW-Führerhaus oder einer Personenwagenkarosserie erstreckt und sich zu einem Auslass erstreckt, an dem das behandelte Abgas in die umliegende Umgebung ausgetragen wird. In diesem exemplarischen System strömt das Abgas nacheinander durch (i) einen platin- und palladiumhaltigen Oxidationskatalysator (DOC) zur Oxidation von CO und einigen KW, (ii) eine Mager-NOx-Falle zur Speicherung von NOx während des Magerbetriebes und (iii) einen Reaktor zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der Ammoniak als das Reduktionsmittel für NOx verwendet. Es wird eine wässrige Lösung von Harnstoff in den heißen Abgasstrom genau oberstromig des SCR-Reaktors eingespritzt, um Ammoniak für die katalysierte Reduktionsreaktion bereitzustellen.
  • Es besteht Bedarf, die Kosten dieses komplexen Abgasbehandlungssystems für NOx-haltige Mager-Abgase zu reduzieren. Und eine kritische Kostenposition war die Verwendung von Platin in dem DOC. Ein platinpartikelhaltiger Aluminiumoxidträger-Katalysator hat sich trotz des großen Temperaturbereiches (150°C und höher) von Abgastemperaturen, die während eines Dieselmotorbetriebes produziert werden, als wirksam bei der Oxidation von CO und KW in Dieselabgas erwiesen, das acht Volumenprozent Sauerstoff enthält. Palladium ist viel kostengünstiger als Platin und ist ebenso aktiv wie Platin für die CO- und KW-Oxidation. Allerdings neigt Palladium dazu, seine Aktivität, das CO und KW bei niedrigeren Abgastemperaturen (niedriger als 250°) nach längerer Einwirkung von sauerstoffhaltigem Abgas bei Mager-Abgastemperaturen oberhalb von etwa 300°C zu oxidieren, zu verlieren. Es wäre zweckdienlich und weniger kostspielig, über eine Möglichkeit zu verfügen, die Oxidationseffizienz über einem reinen Palladium-DOC-Katalysator aufrechtzuerhalten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das Abgas aus einem Dieselmotor enthält Stickstoff und Sauerstoff (aus der in den Motor geladenen Luft) wie auch Nebenprodukte aus der Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Dieselkraftstoffes. Diese Nebenprodukte umfassen: Wasser, Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (KW), Stickoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2). Die Stickoxide werden kollektiv als NOx bezeichnet, wobei NO der vorwiegende Bestandteil des Gemisches ist. Das Abgas enthält auch Rußpartikel, die aus dem Dieselabgas entfernt werden müssen, wobei sich diese Erfindung aber nicht darauf konzentriert.
  • In ihrer Arbeit, die zu der Historie dieser Erfindung geführt hat, haben die Erfinder Aluminiumoxidträger-Palladiumkatalysatoren unter Verwendung eines synthetischen Abgases getestet, welches auf das Volumen bezogen 260 ppm Propylen (C3H6), 200 ppm NO, 8% Sauerstoff, 8% Wasser und als Rest Stickstoff umfasste. CO war in dem synthetischen Abgasstrom nicht enthalten, da CO leicht oxidiert wird, bevor der KW-Gehalt oxidiert ist, wenn das Abgas in Kontakt mit dem Palladium-Oxidationskatalysator strömt. Die Methoden dieser Erfindung basieren auf der Studie der Erfinder zur kumulativen Wirkung dieser repräsentativen Dieselabgas-Zusammensetzungen auf verschiedene Beladungen von Aluminiumoxidträger-Katalysatoren mit nur Palladium, die als Washcoat auf den Durchflusskanalwänden eines extrudierten Kordierit-Monolithkörpers aufgebracht waren.
  • Eine ursprüngliche übliche Praxis bestand darin, den Aluminiumoxidträger-Palladiumkatalysator durch dessen Erhitzen in zehn Volumenprozent Wasser enthaltender Luft bei 750°C für 72 Stunden anfänglich zu altern. Dann wurde das synthetische Abgas durch die gealterten, mit Palladium washcoat-beschichteten Kanäle des Monolithkörpers geleitet, und die Gastemperatur wurde allmählich von 100°C auf 300°C erhöht. Die Zusammensetzung des aus dem Monolith austretenden Gases wurde mithilfe eines Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR)-Analysegeräts analysiert, um das Leistungsvermögen des Palladiumkatalysators in oxidierendem Propylen zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, dass die Temperatur, bei der 50% des Propylens zu Kohlendioxid und Wasser umgewandelt waren (T50), 251°C betrug. Das Erhöhen der Palladiumbeladung in einer gleichen Anwendung stellte nur eine kleine Reduktion von T50 für die Propylenumwandlung bereit. Die Erfinder schlossen daraus, dass das Palladium in seiner Oxidform vorlag und als solches relativ hohe Abgastemperaturen für die Umwandlung von KW in einem Dieselabgasstrom erforderte.
  • Wie in dieser Patentbeschreibung nachfolgend in größerem Detail beschrieben, haben die Erfinder demonstriert, dass die T50 für die Kohlenwasserstoffoxidation deutlich reduziert wurde, wenn der gealterte Palladium(oxid)katalysator bei 225°C in einem synthetischen Gasstrom mit 5% Wasserstoff in Helium chemisch reduziert wurde. Die Erfinder haben erkannt, dass das während eines periodischen Dieselmotorbetriebes bei stöchiometrischen L/K-Verhältnissen produzierte Dieselabgas verwendet werden konnte, um einen oxidierten Palladium-Oxidationskatalysator zu reduzieren, um seine Aktivität und Effektivität bei der KW-Oxidation bei niedrigeren Temperaturen in einem Diesel-Magerabgas wiederherzustellen.
  • Demzufolge ist dem nachfolgenden Verfahren eines Dieselmotorbetriebes und Management der Abgasströmung in einem reinen Palladium-DOC zu folgen. In diesem Verfahren wird das Dieselabgas zuerst durch den Aluminiumoxidträger-Palladium-Oxidationskatalysator zur Oxidation von CO und KW geleitet und dann durch unterstromige katalytische Reaktoren geleitet, um (z. B.) die Speicherung oder das Auffangen von NOx, die Ammoniak verwendende, selektiv katalytische Reduktion (SCR) für NOx und das Filtern, Speichern und Abbrennen von Dieselpartikeln zu bewerkstelligen.
  • Die Methoden dieser Erfindung sind auf Aluminiumoxidträger-Palladium-DOC-Reaktoren anwendbar, die in den Abgasbehandlungssystemen für durch Diesel- oder Benzin-Magermotoren betriebene Fahrzeuge angeordnet sind. Typischerweise wird ein monolithischer Durchfluss-DOC-Reaktor, der einen Washcoat aus dem Palladiumkatalysator trägt, angeordnet sein, um den Abgasstrom aufzunehmen, wenn er den Abgaskrümmer des Dieselmotors verlässt. Moderne Fahrzeuge verwenden computergestützte Steuermodule, um den Motorbetrieb in Kombination mit der Behandlung des Motorabgases zu regeln. Solche Steuermodule und deren zugeordnete Instrumentierung können bei der Diagnose einer durch Palladium katalysierten DOC-Leistung und Regelung eines Motorbetriebes, um guten Gebrauch des kostengünstigeren reinen Palladium-DOC zu ermöglichen, verwendet werden.
  • Die folgenden DOC-Diagnose- und Betriebsmanagement-Methoden werden während eines Fahrzeugbetriebes periodisch wiederholt. Die Frequenz dieser Perioden kann reduziert werden, wenn der Motor in einem stationären Betriebsmodus wie z. B. während einer relativ konstanten Fahrzeugbeladung und -geschwindigkeit betrieben wird. Und die Frequenz der DOC-Evaluierungen kann während Perioden eines variablen Motorbetriebes, insbesondere während Perioden, die auf einen Kaltstart des Motors folgen, und während Perioden, in denen der Motor derart betrieben wird, dass das Abgas abwechselnd hohen und niedrigen Temperaturen (z. B. oberhalb und unterhalb von 300°C) ausgesetzt ist, erhöht werden. Im Allgemeinen kann der Controller betrieben werden, um das L/K-Verhältnis und die Einlasstemperatur des Oxidationsreaktors während vieler Perioden des Motorbetriebes kontinuierlich zu überwachen.
  • Jüngste und aktuelle Temperaturen des in den Pd-Oxidationsreaktor eintretenden Abgasstromes (hierin TDOCin) werden kontinuierlich gemessen und zur Referenz durch das computergestützte Steuersystem vorübergehend gespeichert. Auch der jüngste und der aktuelle Motor-L/K-Verhältnis-Verbrennungsmodus, wie in der Abgaszusammensetzung augenscheinlich, werden bestimmt und zur Verwendung in diesem Steuerprozess gespeichert. Während Perioden eines kraftstoffreichen Motorbetriebes oder eines Betriebes bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird das Abgas eine reduzierende Zusammensetzung (die einen relativ geringen Sauerstoff- und einen höheren KW-Gehalt umfasst) in Bezug auf den Palladiumoxidgehalt in dem Oxidationskatalysator bereitstellen. In dieser Dieselabgasstrom-Zusammensetzung mit einem niedrigen L/K wird der Palladiumkatalysator aktiver werden und das CO und die KW selbst bei niedrigeren Abgastemperaturen, z. B. unterhalb von 250°C, oxidieren.
  • Kritischer ist, dass während Perioden eines Motor-Magerbetriebes (L/K = 17 oder höher) auch die TDOCin) gemessen wird. Wenn der aktuelle TDOCin-Wert des Abgases höher als etwa 250°C ist, wird der Palladium-DOC so betrachtet, dass er in der Lage ist, CO und KW auf diesem Temperaturniveau zu oxidieren, und der gegenwärtige Diagnosezyklus wird beendet.
  • Wenn die aktuelle Abgastemperatur aber niedrig ist und TDOCin weniger als 250°C beträgt, wird die jüngste TDOCin-Historie in dem Steuermodul konsultiert, um zu sehen, ob der DOC kürzlich einer Temperatur von mehr als z. B. 300°C ausgesetzt war. Wenn die Antwort „ja” lautet, wird in dieser spezifischen Kombination von TDOCin-Erfahrungen angenommen, dass der Palladiumkatalysator oxidiert wurde. Dann wird von dem Motorsteuermodul ein Befehl herausgegeben, bald einen „fetten” oder „stöchiometrischen” Motorbetriebsmodus für eine Periode von dreißig Sekunden oder dergleichen (z. B. zehn bis sechzig Sekunden) herzustellen, um den Palladiumkatalysator durch Reduktion des Palladiumoxids zu Palladium zu „verjüngen”. Eine spezifische Zeit für solch eine Verjüngung kann für jede Kombination von Motor und Oxidationskatalysator-Körper auf der Basis ihrer Leistungserfahrung bestimmt werden. Das Palladiumkatalysator-Diagnose- und -Verjüngungsverfahren dieser Erfindung kann in Zeitintervallen wiederholt werden, die in der Programmierung des Motorsteuermoduls und auf der Basis der Betriebserfahrung bestimmt werden. Wenn der Motor aber kontinuierlich variable Abgastemperaturen und Luft/Kraftstoff-Verhältnisse produziert, ist es klug, die Überprüfung nach relativ kürzeren Perioden eines Motorbetriebes kontinuierlich zu wiederholen.
  • Somit ist ein einfach durchgeführtes Computermodulverfahren zum kontinuierlichen Beurteilen und, wenn nötig, Verjüngen zur fortgesetzten Verwendung eines relativ kostengünstigen reinen Palladium-DOC bei der Behandlung von Dieselabgas und dem Abgas von einem Benzinmotor, der in einem Magermodus betrieben wird, vorgesehen.
  • Die Abkürzung „DOC” bezieht sich üblicherweise auf einen Körper eines Diesel-Oxidationskatalysators. Allerdings sind die Methoden dieser Erfindung auf die Aufrechterhaltung und Verjüngung eines reinen Palladium-Oxidationskatalysators (CC oder DOC) anwendbar, gleich ob er in einem dieselbetriebenen Motor oder einem benzinbetriebenen Motor verwendet wird, der in einem Magermodus betrieben wird. Gleichermaßen können die Abkürzungen TDOCin und TOCin austauschbar verwendet werden, ohne zu beabsichtigen, deren Verwendung auf einen dieselbetriebenen Motor oder einen benzinbetriebenen Magermotor zu beschränken.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezugnahme auf die illustrativen Zeichnungen offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Graph des normalisierten Umwandlungsanteils (100) an Propylen in simulierten Dieselabgasströmen gegen die Einlasstemperatur (102), Tin in Grad Celsius des Stromes, der durch mit Pd/Al2O3 washcoat-beschichtete Durchgänge eines extrudierten monolithischen Kordierit-Katalysatorträgerkörpers strömt. Der Kordierit-Trägerkörper wurde mit 400 Durchgängen pro Quadratzoll der Einlassseitenfläche extrudiert und dann mit fünfzig Gramm des washcoat-beschichteten Palladium-Oxidationskatalysators pro Kubikfuß des äußeren Volumens des runden, zylindrischen Körpers beladen. Der simulierte Dieselabgasstrom bestand auf das Volumen bezogen aus 260 ppm Propylen (C3H6), 200 ppm NO, 8% Sauerstoff, 8% Wasser und als Rest Stickstoff. Der Gasstrom wurde fortschreitend erwärmt, um Propylenumwandlungswerte bei Temperaturen von etwa 100°C bis zum Erreichen einer Temperatur zu erhalten, bei der eine im Wesentlichen vollständige Umwandlung erzielt wurde. Die Umwandlungskurven A und E wurden erhalten, wenn der Palladiumkatalysator Luft bei einer Temperatur von 450°C oder mehr ausgesetzt wurde. Die Umwandlungskurven B, C und D wurden erhalten, nachdem der Palladiumkatalysator mit einem strömenden Gasgemisch behandelt wurde, welches auf das Volumen bezogen aus 260 ppm Propylen, 1% Sauerstoff und 200 ppm NO in Stickstoff bestand.
  • 2 illustriert schematisch, teilweise im Querschnitt, einen Abschnitt eines einzelnen Zylinders eines kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors und ein Abgasbehandlungssystem, welches einen mit Palladium katalysierten Oxidationsreaktor, gefolgt von üblicherweise verwendeten weiteren Abgas-Nachbehandlungssystemen, speziell zur Umwandlung von NOx, umfasst. 2 illustriert auch schematisch die Verwendung einer L/K-Verhältnis- und Temperatur-Instrumentierung und ein computergestütztes Motorsteuer- und Abgasstrom-Steuermodul zum Beurteilen und Aufrechterhalten der Oxidationsaktivität des Palladium-Oxidationskatalysators.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Beurteilen und Erhalten der Kapazität eines Palladiumkatalysators für die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom vor, der aus einem Fahrzeugmotor strömt, der typischerweise in einem Mager-Betriebsmodus betrieben wird. Es werden brennbare Gemische aus Luft und Dieselkraftstoff oder aus Luft und Benzinkraftstoff zu Verbrennungszylindern des Motors mit einem Luft/Kraftstoff-Masseverhältnis (L/K) unter Steuerung eines computergestützten Motor- und Abgasstrom-Steuersystems geliefert. In den meisten seiner verschiedenen Betriebsmodi ist der Motor gesteuert, um bei einem L/K zu arbeiten, das mager (oft höher als 14,6/1) ist, um den Vorteil einer deutlich verbesserten Kraftstoffökonomie zu erlangen. Es gibt aber Perioden eines Motorbetriebes, in denen das Gemisch aus Kraftstoff und Luft bei einem stöchiometrischen oder kraftstoffreichen L/K (z. B. 14,4/1 bis etwa 14/1) gesteuert wird. Diese Perioden eines niedrigeren L/K können z. B. während des Warmlaufens des Motors, während Perioden eines Bergauffahrens oder einer anderen relativ hohen Motorbelastung und zu anderen programmierten Motorsteueranlässen, zu denen es erwünscht ist, nahe bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu arbeiten, auftreten.
  • Die Abgase aus den Zylindern werden zu einem Abgasstrom kombiniert, der Kohlenmonoxid (CO), unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe (KW, wobei Propylen repräsentativ ist), und Stickoxide (NOx) umfasst und der Abgasstrom anfänglich in und durch einen Oxidationskatalysator-Trägerkörper strömt, dessen Abgasströmungsdurchgänge mit einem Oxidationskatalysator beschichtet sind. Der Zweck des Oxidationskatalysators besteht darin, Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Restkohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Das Abgas enthält noch immer NOx und daher wird der Abgasstrom durch einen oder mehrere zusätzliche Behandlungskörper zur weiteren Behandlung des Abgases geleitet. Es kann z. B. ein monolithischer NOx-Durchfluss-Speicherkörper (gelegentlich als NOx-Falle bezeichnet) verwendet werden, um NOx während Perioden eines Motor-Magerbetriebes zu absorbieren und vorübergehend zu speichern, und die NOx während eines stöchiometrischen Motorbetriebes wieder zurück in den Abgasstrom freizusetzen. Anschließend an den NOx-Speicherkörper kann eine wässrige Lösung von Harnstoff in den Abgasstrom eingespritzt werden. Der Harnstoff zersetzt sich in dem heißen Abgasstrom zu Ammoniak, und der Ammoniak wird in einem weiteren unterstromigen Katalysatorkörper für die Reduktion von NOx zu Stickstoff und Wasser verwendet. Diese Methode zur Reduktion von NOx wird als eine Ammoniak verwendende selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) von NOx bezeichnet. Es gibt andere geeignete Methoden für die Reduktion von NOx, aber der gegenständliche Pd-Oxidationskatalysator funktioniert gut in Kombination mit NH3-SCR-Methoden für die Umwandlung von NOx.
  • Eine weitere Behandlung des Abgases umfasste typischerweise die Filtration von Dieselpartikeln und deren Zerstörung durch Verbrennen.
  • In Übereinstimmung mit den Methoden dieser Erfindung besteht das Ziel darin, Palladium (ohne Platin) als den Oxidationskatalysator zu erhalten und einzusetzen, auf den der Abgasstrom trifft, wenn er aus einem Dieselmotor oder einem Benzin-Magermotor austritt. Typischerweise und bevorzugt wird der Palladiumkatalysator als Partikeln aus Palladium mit Nanogröße zubereitet, die auf Partikeln aus Aluminiumoxid aufgebracht und getragen werden, die eine große Oberfläche bereitstellen, um die Palladiumpartikel unterzubringen und zu verteilen. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, Aluminiumoxidträger-Palladiumkatalysatorpartikel als einen Washcoat auf den Wandoberflächen der Kanäle in einem extrudierten, monolithischen Trägerkörper aufzubringen. Dieser Körper kann aus einem Keramikmaterial wie z. B. Kordierit oder aus einem geeigneten Metall gebildet sein, welches in der Lage ist, Abgastemperaturen im Bereich von 100°C bis etwa 500°C standzuhalten. Der Katalysator-Trägerkörper ist typischerweise als ein Zylinder mit einem runden oder elliptischen Querschnitt und mit parallelen, quer verlaufenden Einlass- und Auslassseiten für die Abgasströmung ausgebildet. Der Trägerkörper weist typischerweise 400 oder mehr Kanäle pro Quadratzoll Einlassseitenfläche auf. Der washcoat-beschichtete Körper ist wiederum in einem Edelstahlbehälter mit einem Einlass und einem Auslass, um die Strömung des Abgasstromes durch die Kanäle des Trägerkörpers in engen Kontakt mit den dünnen Schichten der mittels Washcoat-Beschichtung aufgebrachten Palladium-Oxidationskatalysatorpartikel zu leiten, getragen.
  • Wir haben das Leistungsvermögen von Pd/Aluminiumoxid-Katalysatoren (von einem Katalysatorhersteller) sorgfältig in synthetischen Abgasströmen studiert, die für das Abgas aus einem Dieselmotor repräsentativ sind, der in seinem Magermodus arbeitet. Die Katalysatoren waren Aluminiumoxidträger-Palladiumpartikel, die als ein Washcoat auf kleine, runde Kordierit-Körper mit Durchflusskanälen aufgebracht waren. Die Beladung betrug fünfzig Gramm Palladium pro Kubikfuß des äußeren Volumens der Kordierit-Körper.
  • Eine ursprüngliche übliche Praxis bestand darin, anfänglich den Aluminiumoxidträger-Palladiumkatalysator durch Erhitzen des washcoat-beschichteten Kordierit-Körpers bei 750°C für 72 Stunden in Luft zu altern, wobei die Luft zehn Volumenprozent Wasser enthielt.
  • Der gealterte, mit Palladium washcoat-beschichtete Monolithkörper wurde in einem offenendigen Rohrofen angeordnet und das synthetische Abgas wurde mit einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 30000 h–1 durch die Kanäle des erwärmten Körpers geleitet. Die Abgastemperatur wurde allmählich mit einer Rate von 2°C/min von 100°C auf 300°C erhöht. Die Zusammensetzung des aus dem Monolith austretenden Gases wurde analysiert (FTIR), um das Leistungsvermögen des Palladiumkatalysators in oxidierendem Propylen als repräsentativen Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, dass die Temperatur, bei der 50% des Propylens zu Kohlendioxid und Wasser umgewandelt waren (T50), 251°C betrug. Das Erhöhen der Palladiumbeladung in einer gleichen Anwendung auf die Kordierit-Körper stellte nur eine kleine Reduktion von T50 für die Propylenumwandlung bereit. Es wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass das Palladium in seiner Oxidform vorlag und als solches relativ hohe Abgastemperaturen für die Umwandlung von KW in einem Dieselabgasstrom erforderte.
  • Anschließend wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, wobei die Ergebnisse in dem Graph von 1 illustriert sind. 1 ist ein Graph des normalisierten Umwandlungsanteils 100 an Propylen in simulierten Dieselabgasströmen gegen die Einlasstemperatur (102), Tin, in Grad Celsius des Stromes, der durch mit Pd/Al2O3 washcoat-beschichtete Durchgänge eines extrudierten monolithischen Kordierit-Katalysatorträgerkörpers strömt. Der Kordierit-Trägerkörper wurde mit 400 Durchgängen pro Quadratzoll der Einlassseitenfläche gebildet und dann mit fünfzig Gramm des washcoat-beschichteten Palladium-Oxidationskatalysators pro Kubikfuß des äußeren Volumens des runden, zylindrischen Körpers beladen. Dann wurde der Palladium-Oxidationskatalysatorkörper für 72 Stunden in Luft (10% Wasser) bei 750°C gealtert.
  • Der simulierte Dieselabgasstrom bestand auf das Volumen bezogen aus 260 ppm Propylen (C3H6), 200 ppm NO, 8% Sauerstoff, 8% Wasser und als Rest Stickstoff. Ein mit Pd-Al2O3 washcoat-beschichteter Körper wurde in dem Rohrofen angeordnet und allmählich von 100°C auf etwa 300 °C erhitzt, und der synthetische Gasstrom wurde mit einer SV von 30000 h–1 durch den Katalysatorkörper geleitet. Der aus dem Katalysatorkörper austretende Gasstrom wurde mithilfe eines FTIR-Analysegeräts kontinuierlich analysiert, und die anteilsmäßige Umwandlung (100 in 1) von Propylen zu Kohlendioxid und Wasser wurde berechnet, wobei 0 keine Umwandlung darstellt und 1 eine vollständige Umwandlung darstellt. Die Umwandlungskurve A in 1 illustriert, dass die 0,5 Umwandlung (50%) bei einer Temperatur von etwa 240°C (gelegentlich als 1–50 bezeichnet) stattfand. Die Daten der Umwandlungskurve A demonstrieren, dass die in feuchter Luft gealterte Palladiumprobe in der Lage ist, KW bei Temperaturen oberhalb von etwa 250°C vollständig, aber weniger effektiv bei niedrigeren Temperaturen zu oxidieren, die bei der Behandlung von Dieselabgas oft anzutreffen sind. Es sollte einzusehen sein, dass solch ein Altern des Palladiumkatalysators wahrscheinlich etwas oder viel von dem Palladium zu einem oder mehreren seiner Oxide umgewandelt hat.
  • In Übereinstimmung mit unserer in dem Zusammenfassungs-Abschnitt dieser Patentbeschreibung beschriebenen Erfahrung wurde beschlossen, den Palladiumkatalysator-Träger (in dem Test der Umwandlungskurve A verwendet) einem Kontakt mit einer Strömung von Gas auszusetzen, das hergestellt wurde, um das eines bei einem etwa stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitenden Dieselmotors zu simulieren. Ein synthetischer Gasstrom, der auf das Volumen bezogen aus 260 ppm Propylen 1% Sauerstoff, 200 ppm NO und als Rest Stickstoff bestand, wurde bei einer Temperatur von 450°C und einer SV von 30000 h–1 für eine Periode von einer Stunde durch die Kanäle des Kordierit-Körpers geleitet. Diese Methode wurde zu dem Zweck durchgeführt, viel von dem Oxidgehalts des Palladiums zu reduzieren. Die anschließende Testdurchführung hat gezeigt, dass die Verjüngung in einer viel kürzeren Zeitspanne wie z. B. in einer Periode von zehn bis sechzig Sekunden bewerkstelligt werden kann.
  • Der so verarbeitete, mit Pd washcoat-beschichtete Kordierit-Körper wurde wieder dem synthetischen Diesel-Magerabgas ausgesetzt, wie bei der Beschaffung der Daten der Umwandlungskurve A verwendet. Die Propylen-Umwandlungskurven B, C und D wurden in drei aufeinanderfolgenden, im Wesentlichen identischen Tests beschafft, in denen der Pd-Kordierit-Körper in dem beheizten Ofen erhitzt wurde, wobei der simulierte Dieselabgasstrom aus 260 ppm Propylen (C3H6), 200 ppm NO, 8% Sauerstoff, 8% Wasser und als Rest Stickstoff bestand. In keinem dieser B-, C- und D-Tests wurde der Katalysator nicht wesentlich über 200°C erhitzt und sie zeigten eine sehr gute Niedertemperatur-Oxidationsumwandlungs-Aktivität für das Propylen.
  • Schließlich wurde der gleiche Pd-Oxidationskörper wieder Sauerstoff und Wasser bei einer hohen Temperatur ausgesetzt. Der Körper wurde für zwei Stunden bei 450°C einem Strom ausgesetzt, der auf das Volumen bezogen aus 20% Sauerstoff, 10% Wasser und als Rest Stickstoff bestand. Damit war beabsichtigt, den Effekt einer längeren Einwirkung von Diesel-Magerabgas auf den Katalysator bei Temperaturen von über z. B. 300°C zu verdoppeln. Der Katalysator wurde wieder dem Diesel-Magerabgasstrom unter den oben beschriebenen Bedingungen ausgesetzt. Die Propylen-Umwandlungsdaten sind in der Umwandlungskurve E dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der oxidierte Pd-Katalysator sein Oxidationsvermögen bei Abgastemperaturen oberhalb von 250°C beibehält, aber viel von seiner Niedertemperatur-Oxidationsaktivität verloren hat.
  • Daher schlagen wir vor, die vorliegenden computergestützten Kraftfahrzeug-Steuersysteme, die für die Steuerung und das Management eines Motorbetriebes und einer Abgasbehandlung programmiert sind, einzurichten und zu verwenden, um die Oxidationskapazität von Aluminiumoxidträger-Palladium-Oxidationskatalysatoren zu beurteilen und zu erhalten. Nunmehr wird zu dem Zweck Bezug auf 2 genommen, weiter zu illustrieren, wie computergestützte Motorbetriebssteuerungen und Abgasstromverarbeitungs-Steuerungen in Methoden dieser Erfindung verwendet werden können, um periodisch die Kapazität eines reinen Palladium-Oxidationskatalysators, CO- und KW-Bestandteile in dem Abgas eines Dieselmotors oder eines anderen Magermotors umzuwandeln, zu beurteilen und zu erhalten, der für kurze und lange Betriebsperioden bei Temperaturen in einem Bereich von 100°C bis etwa 500°C und bei einem L/K-Verhältnis deutlich über dem stöchiometrischen Verhältnis während eines Großteils der Zeit eines Motorbetriebes betrieben wird.
  • 2 illustriert schematisch einen Abschnitt eines einzelnen Zylinders 12 eines kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors 10, der fluidtechnisch über einen Abgaskrümmer 18 mit einem ersten Durchfluss-Abgasreaktor 42 gekoppelt ist, welcher einen monolithischen, reinen Palladium-Oxidationskonverter 51 und einen NOx-Monolith-Absorber 53 enthält. Dann wird eine Harnstofflösung durch einen Harnstoffinjektor 44 in den Abgasstrom eingespritzt. Ein keramischer Durchflussmischer 46 induziert das Mischen des Harnstoffes (der in dem heißen Abgas zu Ammoniak umgewandelt wird) mit dem Abgasstrom. Das Abgas strömt anschließend durch einen NOx-Reduktionsreaktor 48, der einen Ammoniak verwendenden Monolith zur selektiven katalytischen Reduktion (NH3-SCR) 55 enthält, wo NOx zu Stickstoff und Wasser reduziert wird. Dann tritt der Abgasstrom in einen dritten Durchflussreaktor 50 ein, der einen zweiten Oxidationskatalysator-Monolithreaktor 57 enthält, welcher in Kombination mit einem Dieselpartikelfilter 59 verwendet wird. Der Dieselpartikelfilter 59 entfernt Rußpartikel aus dem Strom, und speichert sie vorübergehend auf dem Filterkörper. Von Zeit zu Zeit wird Kraftstoff (Injektor 61) in den oft sauerstoffreichen Abgasstrom (unter Verwendung eines Mischers 52) eingespritzt, um die Verbrennung der aufgefangenen Rußpartikel auf dem Filter 59, um diese zu Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln, zu unterstützen. Daraufhin tritt das mehrfach behandelte Abgas an dem Ende 63 des Abgassystems aus. Somit vervollständigen die unterstromigen Abschnitte des Abgasbehandlungssystems die Umwandlung von Abgasbestandteilen einigermaßen unabhängig von dem Pd-Oxidationskatalysator, aber die Regelung des Pd-Katalysators darf unterstromige Abgasumwandlungen von Abgasbestandteilen nicht behindern.
  • Der Verbrennungsmotor 10 ist ausgestaltet, um in einem kompressionsgezündeten Viertakt-Verbrennungstakt zu arbeiten, der wiederholt ausgeführte Einlass-Kompressionszündungs-Auslass-Hübe oder einen beliebigen anderen geeigneten Verbrennungstakt umfasst. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst bevorzugt einen Ansaugkrümmer 14, einen Brennraum 16, Einlass- und Auslassventile 17 bzw. 15, einen Abgaskrümmer 18 und ein Abgasrückführungs(AGR)-System 20 mit einem AGR-Ventil 22 und seinem Stellungssensorsignal 78. Der Ansaugkrümmer 14 kann eine Luftmassen-Erfassungsvorrichtung 24 umfassen, die einen Signalausgang 71 erzeugt, welcher einem Massendurchsatz von Motoransaugluft entspricht. Der Ansaugkrümmer 14 umfasst optional eine Lufteinlassdrosselvorrichtung 23 und ein Signal 76 entspricht der Stellung der Drosselvorrichtung. Diese Signale werden an ein computergestütztes Motor- und Abgasbehandlungs-Steuersystemmodul 50 übertragen, das diese Signale und viele andere, wie in dem nachfolgenden Text beschrieben, beim Steuern des Motorbetriebes und der Abgasbehandlung kontinuierlich empfängt und verwendet.
  • Ein Kraftstoffinjektor 28 ist ausgestaltet, um einen Kraftstoffimpuls in Ansprechen auf einen von dem Steuermodul 50 empfangenen Impulsbreitenbefehl 77 direkt in den Brennraum 16 einzuspritzen. In einer Ausführungsform ist/sind ein oder mehrere Drucksensor/en 30 ausgestaltet, um den Zylinder-Innendruck in einem oder bevorzugt allen der Zylinder des Motors 10 während jedes Verbrennungstaktes zu überwachen. Ein Drehstellungssensor 25 ist ausgestaltet, um die Drehstellung und Drehzahl einer Kurbelwelle des Motors 10 zu überwachen. Es ist ein einzelner der Zylinder 12 abgebildet, aber es ist einzusehen, dass der Motor 10 eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen jeder einen zugehörigen Brennraum 16, Kraftstoffinjektor 28 und Einlass- und Auslassventile 17 und 15 umfasst. Die Beschreibung des Motors 10 ist illustrativ und die hierin beschriebenen Konzepte sind nicht darauf beschränkt. Wenngleich der Verbrennungsmotor 10 als ein kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor beschrieben ist, ist einzusehen, dass die hierin beschriebenen Konzepte auf andere Verbrennungsmotoren zutreffen können, die ausgestaltet sind, um bei einem überstöchiometrischen L/K zu arbeiten, das den Palladium-Oxidationskatalysatorkörper 51 und ein NH3-SCR-Abgas-Nachbehandlungssystem mit einem Harnstoffinjektor 48 und einem SCR-Monolith 48, wie hierin beschrieben, verwenden kann.
  • Eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung 40 und eine Temperaturerfassungsvorrichtung 41 sind ausgestaltet, um einen Abgaszustrom des Verbrennungsmotors 10 zu überwachen, und erzeugen bevorzugt Signalausgänge, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal 73 und ein Abgaszustrom-Temperatursignal 75 umfassen. Die L/K- und Temperaturerfassungsvorrichtung sind angeordnet, um das aktuelle L/K-Verhältnis des Motors auf der Basis der aktuellen Abgaszusammensetzung und der Abgasstromtemperatur, beider an dem Einlass zu dem Palladium-Oxidationskatalysatorkörper 42, zu messen. Auch wird ihr jeweiliges L/K-Signal 73 und Temperatur-Einlasssignal 75 zu dem computergestützten Motorsteuer- und Abgasbehandlungs-Steuersystemmodul 50 geliefert und darin gespeichert. In den Funktionen des Moduls 50 eingeschlossen ist die Verwendung des L/K-Signals 73 und des Oxidationskatalysator-Einlasssignals (gelegentlich TDOCin) 75, um die Funktion des Aluminiumoxidträger-Palladium-Oxidationskatalysatorkörpers 51 zu beurteilen und zu erhalten.
  • Der Motor 10 und sein Steuermodul 50 können eine zusätzliche L/K-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung (in 2 nicht illustriert) in ihrem Management des Betriebes des Motors 10 verwenden, aber eine L/K-Erfassungsvorrichtung 40 und eine TDOCin-Erfassungsvorrichtung 41 können als eine Basis verwendet werden, um die Funktion des Aluminiumoxidträger-Palladium-Oxidationskatalysatorkörpers 51 zu beurteilen und zu erhalten.
  • Der Abgaskrümmer 18 kanalisiert den Abgaszustrom des Verbrennungsmotors 10 zu dem Pd-Oxidationskonverter 42 und anschließende an dem Injektor 43 für die Harnstofflösung vorbei, durch den NH3-SCR-Reaktor 44 und durch den Dieselpartikelfilter 46, bevor der behandelte Abgasstrom den Auspuff des Fahrzeuges verlässt. Es kann eine NOx-Erfassungsvorrichtung 45 verwendet werden (wobei ihr Signal 79 verwendet werden kann, um den Abgasstrom unterstromig des NH3-SCR-Katalysators 44 zu überwachen). Es können zusätzliche Temperatursensoren verwendet werden, um die Einlasstemperatur des SCR-Katalysators zu überwachen (Sensor 65) und die Funktion des Dieselpartikelfilters 46 zu regeln. Ein Temperatursensor 66 kann verwendet werden, um die Einlasstemperatur zu dem zweiten DOC 57 zu überwachen, und ein Temperatursensor 68 kann verwendet werden, um die Einlasstemperatur des Dieselpartikelfilters 59 zu überwachen. Diese Sensoren oder Messinstrumente können ihre Signale zum Lesen und Verwenden durch das Steuermodul 50 für Steuer- und Diagnosezwecke senden.
  • Der Behälter 42 für den katalytischen Oxidationskonverter 42 leitet die Motorabgasströmung durch die Durchgänge eines geeigneten monolithischen Palladium-Oxidationskatalysatorelements 51. Dieses Palladium-Oxidationskatalysatorelement 51 ist oft ein extrudierter Kordierit-Keramikkörper mit vielen parallelen Strömungsdurchgängen, wie in dieser Patentbeschreibung oben stehend beschrieben.
  • Der Kordierit-Körper ist mit einem Washcoat von auf Aluminiumoxid getragenem Palladium beschichtet, um einen Oxidationskatalysator-Körper 51 zu bilden, der in der Lage ist KW- und CO-Moleküle in Ansprechen auf Motorbetriebsbedingungen zu oxidieren, die aktuelle und jüngste Historienwerte des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signals 73 und des TOCin-Signals umfassen, die in dem Motorsteuer- und Abgasbehandlungs-Steuersystemmodul 50 zur Verwendung beim Beurteilen und Erhalten der Kapazität des reinen Palladium-Oxidationskatalysatorkörpers 51 für die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom, der den Abgaskrümmer 14 des Motors 10 verlässt, empfangen werden.
  • Das Beurteilungs- und Erhaltungsverfahren wird bevorzugt unter Verwendung des L/K-Signals 73 und des Temperatursignals 75 in dem Modul 50 in Übereinstimmung mit den folgenden Verfahrensschritten praktisch umgesetzt.
  • Periodisch, während eines Motorbetriebes und während des Beginns einer von dem Motor- und Abgasstrombehandlungs-Steuersystem 50 vorbestimmten Oxidationskatalysator-Diagnose-Zeitspanne, wird die Temperatur des Abgases (TOCin) über eine Zeitspanne von wenigen Sekunden gemessen (Signal 75), wenn das Abgas in den Oxidationskatalysator-Trägerkörper 51 eintritt, und diese Temperatursignale werden von dem Modul 50 verwendet. Während derselben Diagnosezeit werden auch gegenwärtige L/K-Werte und eine jüngste Historie von L/K-Werten (Signale 73) seit der letzten Diagnoseperiode gesammelt und von dem Steuermodul 50 wie folgt verwendet.
  • Als ein erster Schritt wird ein aktueller L/K-Wert von dem in dem Steuermodul 50 durchgeführten Prozess geprüft. Wenn der L/K-Wert ein stöchiometrischer Wert oder ein kraftstoffreicher Wert ist, beendet das Modul einfach die weitere Prüfung des Oxidationskatalysators bis zu der nächsten Oxidationskatalysator-Beurteilungsperiode. Da der Palladiumkatalysator, welcher das Abgas mit einem stöchiometrischen oder einem aktuellen L/K-Verhältnis erfährt, einer Abgaszusammensetzung ausgesetzt ist, welche der Reduktion von Palladiumoxid-Molekülen in dem Washcoat-Material förderlich ist, besteht keine Notwendigkeit, mit einer Diagnose des Oxidationskatalysators fortzufahren. Wenn der L/K-Wert jedoch kraftstoffarm ist, geht der von dem Steuersystem durchgeführte Prozess zu dem nachfolgenden Schritt weiter.
  • Nun wird der aktuelle Wert von TOCin geprüft. Wenn der aktuelle TOCin-Wert höher ist als eine erste vorbestimmte Temperatur, z. B. etwa 250°C, kann eine weitere Prüfung des Oxidationskatalysator-Zustandes bis zu der nächsten Oxidationskatalysator-Beurteilungsperiode beendet werden. Wenngleich der Palladiumkatalysator ein kraftstoffarmes L/K erfährt, ist die Abgastemperatur geeignet hoch, damit der Katalysator die Oxidation von CO und KW fortsetzt, selbst wenn der Katalysator etwas Palladiumoxid enthält. Wenn der gegenwärtige TOCin-Wert jedoch kleiner als 250°C (oder eine andere geeignete vorbestimmte Temperatur) in einem Mager-L/K-Abgas ist, wird der Prozess zu dem nachfolgenden Schritt fortgesetzt.
  • Der in dem Modul 50 durchgeführte Prozess prüft nun, ob der Palladium-Oxidationskatalysator während der festgelegten jüngsten Historien-Zeitspanne einer TOCin ausgesetzt war, die höher ist als 300°C oder eine andere gewählte zweite vorbestimmte Temperatur. Wenn der Oxidationskatalysator 300°C oder einer anderen zweiten vorbestimmten Temperatur nicht ausgesetzt war, beendet das Modul die weitere Prüfung des Oxidationskatalysators bis zu der nächsten Oxidationskatalysator-Beurteilungsperiode. Es wird angenommen, dass der Palladiumkatalysator nicht oxidiert wurde, sondern damit fortfährt, seine Oxidationsaktivität bereitzustellen. Wenn der Katalysator aber einer Temperatur oberhalb von 300°C (oder dergleichen) in der Mager-L/K-Abgasstromumgebung ausgesetzt war, muss der Prozess zu der nachfolgenden Verjüngungsbearbeitung des oxidierten Palladiumkatalysators weiterschreiten.
  • Die Methode des Prozesses hat nun zu dem Schluss geführt, dass der Palladiumkatalysator wahrscheinlich zuvor oxidiert wurde und nun eine reduzierte Fähigkeit besitzt, eine geeignete Katalysatoraktivität an das Mager-Abgas bei seiner relativ niedrigen Temperatur (z. B. unterhalb von etwa 250°C) bereitzustellen. Demzufolge ist das Motorsteuermodul wirksam, um den Motorbetriebsmodus von einem kraftstoffarmen L/K zu einem stöchiometrischen oder kraftstoffreichen L/K für eine Verjüngungszeitspanne zu ändern, die als hinreichend dafür bestimmt ist, den Abgasstrom zu verwenden, um den Palladium-Oxidationskatalysator zu verjüngen. Anders ausgedrückt wird der Motor für eine Periode von zehn bis etwa sechzig Sekunden, je nach dem Massendurchsatz durch den Oxidationsreaktor, betrieben, um den Sauerstoffgehalt des Abgasstromes zu reduzieren, während kurzzeitig ein hinreichender KW-Gehalt aufrechterhalten wird, um den Palladiumoxidgehalt des Katalysators effektiv zu reduzieren. Das gewählte L/K und die Dauer der kurzen Reduktionsperiode für den PdO-haltigen Katalysator werden gewählt, um seinen Oxidgehalt entsprechend zu reduzieren und seine Aktivität, die Oxidation von CO und KW bei relativ niedrigen Abgastemperaturen in einem Mager-L/K-Abgasstrom zu katalysieren, zu verjüngen oder wiederherzustellen.
  • Die Verjüngung des Palladiumkatalysators beendet die aktuelle Beurteilungs- und Instandhaltungsperiode für den Katalysator. Aber nach einer vorbestimmten Periode eines Motorbetriebes wird die Diagnoseprozedur wiederholt. Solch ein Beurteilungs- und Instandhaltungsprozess kann wiederholt werden, wenn das Steuermodul erfasst, dass die Abgastemperatur kürzlich unter 300°C gefallen ist, während der Motor weiterhin in einem Mager-L/K-Modus betrieben wird.
  • Somit wurden bevorzugte und illustrative Methoden der Erfindung offenbart. Diese Beispiele sollen jedoch den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Beurteilen und Erhalten der Kapazität eines Palladiumkatalysators für die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom, der aus einem Fahrzeugmotor strömt, in dem brennbare Gemische aus Luft und Kraftstoff zu Verbrennungszylindern des Motors mit einem Luft/Kraftstoff-Masseverhältnis (L/K) unter Steuerung eines computergestützten Motor- und Abgasstrom-Steuersystems, welches das Gemisch aus Kraftstoff und Luft von einem stöchiometrischen oder kraftstoffreichen L/K zu einem L/K verändert, das kraftstoffarm ist, geliefert werden, und Abgase aus den Zylindern zu einem Abgasstrom kombiniert werden, der Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Sauerstoff und Wasser umfasst; wobei der Abgasstrom dann in und durch einen Oxidationskatalysator-Trägerkörper strömt, der Abgasströmungsdurchgänge aufweist, welche mit einem Oxidationskatalysator beschichtet sind, der im Wesentlichen aus Partikeln aus Palladium auf Aluminiumoxid-Trägerpartikeln besteht; wobei das Abgas dann durch einen oder mehrere zusätzliche Behandlungskörper zur weiteren Behandlung des Abgases strömt; wobei das Beurteilungs- und Erhaltungsverfahren die folgende Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur umfasst: periodisches, während eines Motorbetriebes und während einer Oxidationskatalysator-Beurteilungszeitspanne, die durch das Motor- und Abgasstrom-Steuersysrem vorbestimmt wird, Messen der Temperatur des Abgases über eine Zeitspanne, wenn das Abgas in den Oxidationskatalysator-Trägerkörper eintritt (TOCin), und auch Bestimmen und Unterhalten einer Aufzeichnung von L/K-Werten über eine vorbestimmte Zeitspanne des Motorbetriebes, die der Ausführung jeder Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur vorausgeht, und Verwenden der gesammelten Temperatur- und L/K-Werte in dem Steuersystem wie folgt: (a) Prüfen eines aktuellen L/K-Werts und, wenn er ein stöchiometrischer Wert oder ein kraftstoffreicher Wert ist, Beenden der weiteren Beurteilung des Oxidationskatalysators bis zu einem Zeitpunkt für die nächste Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur, falls der L/K-Wert aber kraftstoffarm ist, Fortfahren mit Schritt (b); (b) Prüfen des aktuellen Werts von TOCin und, wenn die aktuelle TOCin höher ist als eine erste vorbestimmte Temperatur, Beenden der weiteren Prüfung des Oxidationskatalysators bis zu einem Zeitpunkt für die nächste Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur, falls der TOCin-Wert aber kleiner ist als die vorbestimmte Temperatur, Fortfahren mit Schritt (c); (c) Prüfen, ob der Oxidationskatalysator während der festgelegten Zeitspanne einer TOCin ausgesetzt war, die höher ist als eine zweite vorbestimmte Temperatur, und, wenn der Oxidationskatalysator keiner Temperatur ausgesetzt war, die höher ist als die zweite vorbestimmte Temperatur, Beenden der weiteren Beurteilung des Oxidationskatalysators bis zu einem Zeitpunkt für die nächste Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur, falls der Katalysator aber einer Temperatur ausgesetzt war, die höher ist als die zweite vorbestimmte Temperatur, Fortfahren mit Schritt (d); und (d) Verwenden des Motor-Steuersystems, um den Motorbetriebsmodus von einem kraftstoffarmen L/K zu einem stöchiometrischen oder kraftstoffreichen L/K für eine Verjüngungszeitspanne zu ändern, die als hinreichend dafür bestimmt wird, dass die Bestandteile des Abgasstromes den Palladium-Oxidationskatalysator verjüngen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorbestimmte Temperatur von Schritt (b) etwa 250°C beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur von Schritt (c) etwa 300°C beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorbetrieb für eine Verjüngungszeitspanne von 10 bis 60 Sekunden in einem stöchiometrischen oder kraftstoffreichen L/K gehalten wird, um den Palladium-Oxidationskatalysator zu verjüngen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozess während jeder Stunde eines Motorbetriebes wiederholt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die L/K-Verhältnis-Werte vor dem Beginnen jeder Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur für eine Zeit von zehn Minuten Motorbetrieb angesammelt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die TOCin-Temperaturen kontinuierlich gemessen und gespeichert werden, und die Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur initiiert und durchgeführt wird, wenn ein TOCin-Wert unterhalb von etwa 250°C anschließend an eine vorbestimmte Zeitspanne von kontinuierlichen TOCin-Werten, die eine vorbestimmte Beurteilungsprozedur-Initiierungstemperatur überschreiten, gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmte Zeitspanne fünf Minuten oder mehr beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmte Beurteilungsprozedur-Initiierungstemperatur 300°C oder mehr beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Palladium-Oxidationskatalysator-Beurteilungsprozedur während einer Periode von fünfzehn Minuten anschließend an einen Kaltstart des Motors initiiert und kontinuierlich durchgeführt wird.
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