DE102014113457A1 - Elektrisch erwärmter katalysator für einen kompressionszündungsmotor - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Kompressionszündungsmotor. Die Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst: (a) einen ersten Katalysator, der ein elektrisch erwärmbares Substrat und eine erste auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat angeordnete Zusammensetzung umfasst, wobei die erste Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein erstes Platingruppenmetall (PGM) umfasst; und (b) einen zweiten Katalysator, der ein Substrat und eine zweite auf dem Substrat angeordnete Zusammensetzung umfasst, wobei die zweite Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein zweites Platingruppenmetall (PGM) umfasst, wobei die Beladung der ersten Zusammensetzung kleiner als die Beladung der zweiten Zusammensetzung ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Kompressionszündungsmotor wie beispielsweise einen Dieselmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Abgassystem für einen Kompressionszündungsmotor und ein Fahrzeug, das einen Kompressionszündungsmotor umfasst.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Kompressionszündungsmotoren produzieren Abgasemissionen, die im Allgemeinen mindestens vier Klassen von Schadstoffen enthalten, für die es durch überstaatliche Organisationen auf der gesamten Welt Gesetze gibt: Kohlenmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs), Stickstoffoxide (NOx) und Feinstaub (PM). Als Oxidationskatalysatoren (oder Dieseloxidationskatalysatoren) bekannte Emissionssteuerungsvorrichtungen werden üblicherweise zur Behandlung von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HCs), einschließlich der flüchtigen organischen Fraktion (VOF) von Feinstaub (PM), in Abgasemissionen verwendet, die durch Kompressionszündungsmotoren produziert werden. Derartige Katalysatoren behandeln Kohlenmonoxid (CO) durch Oxidieren desselben zu Kohlendioxid (CO2) und behandeln Kohlenwasserstoffe (HCs) durch Oxidieren derselben zu Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2).
  • Oxidationskatalysatoren für Kompressionszündungsmotoren umfassen typischerweise Platingruppenmetalle (PGMs) und ein Trägermaterial, die auf ein Substrat aufgetragen sind. Oxidationskatalysatoren benötigen jedoch mehrere Minuten, um auf ihre wirksame Betriebstemperatur von einem Kaltstart weg erwärmt zu werden, wobei in dieser Zeit eine signifikante Menge an Schadstoffen in die Luft emittiert werden kann.
  • Ein Weg, den Oxidationskatalysator auf seine wirksame Betriebstemperatur zu bringen, besteht darin, eine elektrische Heizvorrichtung in das Abgassystem oder die Emissionssteuerungsvorrichtung einzubauen. Beispielsweise beschreibt die EP 0 579 415 A1 eine stromaufseitige Heizvorrichtung für einen Katalysator in einem Abgassystem. Das Abgassystem enthält einen Katalysator zur Behandlung eines Abgases zur Bekämpfung von Luftverschmutzung und eine nicht-katalytische Heizvorrichtung stromauf des Katalysators, um die Zeit zu verringern, die es benötigt, dass der Katalysator seine wirksame Reaktionstemperatur erreicht. Die Heizvorrichtung weist mindestens 15 erwärmte Kanäle pro Quadratzentimeter bei Messung im rechten Winkel zu dem Gasstrom durch sie hindurch auf, wobei die erwärmten Kanäle eine Länge von weniger als 1,0 cm besitzen, so dass im Betrieb das Gas durch die Kanäle geführt wird und hierdurch erwärmt wird, bevor es den Katalysator erreicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Oxidationskatalysatoren, die eine Kombination aus einem PGM und einem Trägermaterial auf Aluminiumoxidbasis umfassen, zeigen eine gute Oxidationsaktivität gegenüber Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HCs) in einem Abgas, das durch einen Kompressionszündungsmotor produziert wird. Derartige Katalysatoren benötigen jedoch eine signifikante Zeitdauer, um auf ihre wirksame Betriebstemperatur (beispielsweise die Anspringtemperatur) vom Kaltstart weg erwärmt zu werden. Der Katalysator kann auch auf eine Temperatur unter seiner wirksamen Betriebstemperatur während des Leerlaufs eines Fahrzeugs oder wenn er bei einem Fahrzeug verwendet wird, das einen Motor mit Stopp-Start-Modus aufweist, abkühlen.
  • Platingruppenmetalle, wie beispielsweise Platin und Palladium, sind teure Bestandteile von Emissionssteuerungsvorrichtungen. Da die Umweltgesetzgebung zunehmend strikter wird, gibt es einen Druck auf die Hersteller, Emissionssteuerungsvorrichtungen mit einer erhöhten Aktivität ohne Erhöhung des Gehalts des Platingruppenmetalls in dem Oxidationskatalysator bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Oxidationskatalysatoren für Kompressionszündungsmotoren, die eine Kombination sowohl eines Platingruppenmetalls (PGM) als auch eines Trägermaterials auf Aluminiumoxidbasis umfassen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist folglich eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Kompressionszündungsmotor, umfassend:
    • (a) einen ersten Katalysator, der ein elektrisch erwärmbares Substrat und eine erste, auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat angeordnete Zusammensetzung umfasst, wobei die erste Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein erstes Platingruppenmetall (PGM) umfasst;
    • (b) einen zweiten Katalysator, der ein Substrat und eine zweite, auf dem Substrat angeordnete Zusammensetzung umfasst, wobei die zweite Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein zweites Platingruppenmetall (PGM) umfasst; und
    wobei die Beladung der ersten Zusammensetzung geringer ist als die Beladung der zweiten Zusammensetzung.
  • Um das durch das elektrisch erwärmbare Substrat bereitgestellte Volumen zu verwenden, ist eine katalytisch aktive Zusammensetzung auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat enthalten. Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass Aluminiumoxid ein thermischer Isolator ist. In der Tat ist die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumoxid relativ hoch (Berichten zufolge ungefähr 760 bis 900 J/kg·K) im Vergleich zu anderen Trägermaterialien, die üblicherweise in Oxidationskatalysatoren verwendet werden. Es wird angenommen, dass die geringere thermische Masse des Trägermaterials auf Aluminiumoxidbasis auf dem elektrisch erwärmten Substrat im Vergleich zu dem Hauptsubstrat einen Wärmetransfer von den elektrischen Heizelementen unterstützt.
  • Die Kombination eines elektrisch erwärmten Substrats, das mit einer Zusammensetzung beschichtet ist, die ein PGM umfasst, kann eine rasche Erhöhung der Temperatur des Abgassystems bewirken derart, dass der zweite Katalysator rasch auf seine wirksame Betriebstemperatur nach einem Kaltstart gebracht wird. Dies bedeutet, dass die Emissionssteuerungsvorrichtung Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HCs) und Stickstoffoxide (NOx) viel rascher nach Start des Motors von einem Kaltstart weg oxidieren kann. Als Ergebnis kann es zu einer Verringerung der Gesamtmenge an CO und HCs, die direkt aus der Emissionssteuerungsvorrichtung in die Atmosphäre emittiert werden (beispielsweise gemäß Messung über einen Standardfahrzyklus hinweg), im Vergleich zu einem herkömmlichen Oxidationskatalysator mit der gleichen Gesamtmenge an Platin und Palladium kommen.
  • Der erste Katalysator in der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung kann auch die Temperatur des zweiten Katalysators bei oder oberhalb seiner effektiven Betriebstemperatur halten, wenn die Abgastemperaturen zu sinken beginnen, beispielsweise während einem Fahrzeugleerlauf oder wenn der Kompressionszündungsmotor temporär gestoppt wird. Die Gegenwart eines katalytisch wirksamen Überzugs (beispielsweise der ersten Zusammensetzung) auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat kann ferner den gesamten elektrischen Energieverbrauch des Substrats verringern, da der Überzug selbst eine Exotherme erzeugt, wenn er seine wirksame Betriebstemperatur erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Abgassystem für einen Kompressionszündungsmotor. Das Abgassystem umfasst die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst einen Kompressionszündungsmotor und entweder die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung oder das erfindungsgemäße Abgassystem.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Emissionssteuerungsvorrichtung zum Behandeln eines durch einen Kompressionszündungsmotor erzeugten Abgases, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst:
    • (a) einen ersten Katalysator, der ein elektrisch erwärmbares Substrat und eine erste Zusammensetzung, die auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat angeordnet ist, umfasst, wobei die erste Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein erstes Platingruppenmetall (PGM) umfasst;
    • (b) einen zweiten Katalysator, der ein Substrat und eine zweite Zusammensetzung, die auf dem Substrat angeordnet ist, umfasst, wobei die zweite Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein zweites Platingruppenmetall (PGM) umfasst; und
    wobei die Beladung der ersten Zusammensetzung kleiner als die Beladung der zweiten Zusammensetzung ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung eines durch einen Kompressionszündungsmotor produzierten Abgases, wobei das Verfahren ein Führen des Abgases durch eine erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
  • Jede Bezugnahme auf ein Behandeln eines durch einen Kompressionszündungsmotor produzierten Abgases umfasst ein Behandeln (beispielsweise Oxidieren) von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HCs) in dem Abgas, beispielsweise durch Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und Stickstoffmonoxid (NO).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung, die ein elektrisch erwärmbares Substrat oder eine Heizplatte (1), das bzw. die mit einer ersten katalytisch aktiven Zusammensetzung beschichtet ist, und ein Substrat (2), das mit einer zweiten katalytisch aktiven Zusammensetzung beschichtet ist, aufweist. Eine Stromversorgung kann mit einer Elektrode (3) elektrisch verbunden sein.
  • 2 zeigt die Endfläche (beispielsweise die Vorderfläche von der Einlassseite der Emissionssteuerungsvorrichtung her) eines elektrisch erwärmbaren Substrats.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Durch elektrisches Erwärmen des ersten Katalysators wird die erste Zusammensetzung rasch auf ihre wirksame Temperatur (beispielsweise ihre Anspringtemperatur) gebracht. Dies erfolgt viel rascher als ein Verlassen auf den Wärmetransfer von dem durch den Katalysator fließenden Abgas zu dem Substrat. Wenn der erste Katalysator seine wirksame Temperatur erreicht hat, kann er damit beginnen, exotherme Reaktionen (beispielsweise eine Oxidation von CO und/oder Kohlenwasserstoffen) zu katalysieren. Die Wärme, die erzeugt wird, kann dabei unterstützen, den zweiten Katalysator auf seine wirksame Betriebstemperatur zu bringen.
  • Die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung eignet sich für einen Kompressionszündungsmotor, speziell einen Dieselmotor. Die Temperatur der durch Kompressionszündungsmotoren produzierten Abgase ist allgemein niedriger als die Temperatur von Abgasen, die durch Funkenzündungsmotoren (z. B. Benzinfunkenzündungsmotoren) derselben Leistung produziert werden. Im Prinzip kann die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Behandeln des durch einen Funkenzündungsmotor produzierten Abgases in Gebieten, wie beispielsweise Kalifornien, wo ein rasches Erwärmen des Abgases nach Start des Motors dabei helfen würde, die Umweltgesetzerfordernisse zu erfüllen, verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtungen sind jedoch besonders günstig für Kompressionszündungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren.
  • Die Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst einen ersten Katalysator und einen zweiten Katalysator. Die Emissionssteuerungsvorrichtung kann aus dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator bestehen.
  • Im Allgemeinen sind der erste Katalysator und der zweite Katalysator Oxidationskatalysatoren. Somit ist (sind) der erste Katalysator und/oder der zweite Katalysator für ein Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und optional Stickstoffoxiden (NOx) in einem durch einen Kompressionszündungsmotor produzierten Abgas vorgesehen. Typischerweise ist der erste Katalysator zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator (DOC) vorgesehen.
  • Der erste Katalysator umfasst ein elektrisch erwärmbares Substrat und eine erste Zusammensetzung, die auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat angeordnet ist. Der erste Katalysator umfasst im Allgemeinen ein einzelnes elektrisch erwärmbares Substrat. So kann der erste Katalysator aus dem elektrisch erwärmbaren Substrat und der ersten Zusammensetzung bestehen. Der erste Katalysator umfasst typischerweise einen elektrischen Stromanschluss, vorzugsweise mindestens zwei elektrische Stromanschlüsse, stärker bevorzugt lediglich zwei elektrische Stromanschlüsse. Jeder elektrische Stromanschluss kann mit dem elektrisch erwärmbaren Substrat und einer elektrischen Stromquelle elektrisch verbunden sein. Der erste Katalysator kann durch Joule'sches Erwärmen erwärmt werden, wobei ein elektrischer Strom durch einen Widerstand elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt.
  • Das elektrisch erwärmbare Substrat ist bei Verwendung ein elektrisch erwärmendes Substrat.
  • Im Allgemeinen umfasst das elektrisch erwärmbare Substrat ein Metall. Das Metall kann mit dem elektrischen Stromanschluss oder den elektrischen Stromanschlüssen elektrisch verbunden sein.
  • Im Prinzip kann ein beliebiges elektrisch erwärmbares Substrat verwendet werden. Beispiele für elektrisch erwärmbare Substrate sind in der US 4 300 956 A , US 5 146 743 A und US 6 513 324 A beschrieben.
  • Typischerweise ist das elektrisch erwärmbare Substrat ein elektrisch erwärmbares Wabensubstrat. Das elektrisch erwärmbare Substrat kann bei Verwendung ein elektrisch erwärmendes Wabensubstrat sein.
  • Das elektrisch erwärmbare Wabensubstrat kann einen Metallmonolith umfassen. Der Metallmonolith kann eine Wellblechplatte oder -folie umfassen. Die Wellblechplatte oder -folie kann gerollt, gewickelt oder gestapelt sein. Wenn die Wellblechplatte gerollt oder gewickelt ist, kann sie zu einer Spule, einer Spiralform oder einem konzentrischen Muster gerollt oder gewickelt sein.
  • Das Metall des elektrisch erwärmbaren Substrats, des Metallmonoliths und/oder der Wellblechplatte oder -folie kann einen ferritischen Aluminiumstahl, wie beispielsweise Fecralloy® umfassen.
  • Das elektrisch erwärmbare Substrat kann eine erwärmende Platte umfassen. Im Allgemeinen ist die erwärmende Platte gewickelt, um einen elektrischen Kurzschluss von der Anode zur Kathode zu vermeiden.
  • Im Allgemeinen ist die Zelldichte des elektrisch erwärmbaren Substrats niedriger als die Zelldichte des Substrats des zweiten Katalysators.
  • Das elektrisch erwärmbare Substrat kann eine Zelldichte von 50 bis 200 Zellen pro Quadratzoll (cpsi), vorzugsweise von 75 bis 175 cpsi aufweisen.
  • Typischerweise ist die axiale Länge des elektrisch erwärmbaren Substrats kleiner als die axiale Länge des Substrats des zweiten Katalysators. Die axiale Länge des elektrisch erwärmbaren Substrats kann kleiner als 15% der axialen Länge des Substrats des zweiten Katalysators sein. Es ist bevorzugt, dass die axiale Länge des elektrisch erwärmbaren Substrats kleiner als 14%, beispielsweise kleiner als 13% (z. B. kleiner als 10%) der axialen Länge des Substrats des zweiten Katalysators ist.
  • Typischerweise ist die erste Zusammensetzung direkt auf einer Oberfläche des elektrisch erwärmbaren Substrats angeordnet. Normalerweise ist die erste Zusammensetzung direkt auf der Oberfläche der Kanalwände des elektrisch erwärmbaren Substrats angeordnet. Dies kann durch Auftragen eines die erste Zusammensetzung umfassenden Washcoats auf das elektrisch erwärmbare Substrat erreicht werden.
  • Im Prinzip kann die erste Zusammensetzung eine Vielzahl von Schichten und/oder Zonen umfassen. Es ist bevorzugt, dass die erste Zusammensetzung eine einzelne Schicht umfasst oder daraus besteht.
  • In der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst die erste Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein erstes Platingruppenmetall (PGM). Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die erste Zusammensetzung ein erstes PGM und ein erstes Trägermaterial umfasst, wobei das erste Trägermaterial Aluminiumoxid umfasst. Die erste Zusammensetzung kann das erste PGM und das erste Trägermaterial umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Das erste Trägermaterial kann ein Mischoxid von Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, wobei das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid besteht. Es ist bevorzugt, dass das feuerfeste Oxid Siliciumdioxid ist.
  • Wenn das erste Trägermaterial ein Mischoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst das erste Trägermaterial (beispielsweise das Mischoxid oder das Verbundoxid) vorzugsweise mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid, stärker bevorzugt 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid, noch stärker bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Das erste Trägermaterial umfasst Aluminiumoxid oder kann im Wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehen. Das Aluminiumoxid kann α-Al2O3, β-Al2O3 oder γ-Al2O3 sein. Es ist bevorzugt, dass das Aluminiumoxid im Wesentlichen γ-Al2O3 umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Das erste Trägermaterial kann mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen. Die Einarbeitung eines Dotiermittels kann Aluminiumoxid und folglich das erste Trägermaterial thermisch stabilisieren. Es ist selbstverständlich, dass jede Bezugnahme auf ”dotiert” in diesem Kontext ein Material bezeichnet, bei dem die Masse (Bulk) oder das Wirtsgitter des Aluminiumoxids mit einem Dotiermittel substitutionsdotiert oder interstitiell dotiert ist. In einigen Fällen können kleine Mengen des Dotiermittels auf der Oberfläche des Aluminiumoxids vorhanden sein. Der größte Teil des Dotiermittels ist jedoch im Allgemeinen in dem Körper des Aluminiumoxids vorhanden.
  • Wenn das Aluminiumoxid dotiert ist, beträgt typischerweise die Gesamtmenge an Dotiermittel 0,1 bis 5 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids). Es ist bevorzugt, dass die Gesamtmenge an Dotiermittel 0,25 bis 2,5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew.-% (beispielsweise etwa 1 Gew.-%) beträgt.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein, das Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti) oder Zirconium (Zr) oder eine Kombination von zwei oder mehr hiervon umfasst. Das Dotiermittel kann ein Oxid von Silicium, ein Oxid von Magnesium, ein Oxid von Barium, ein Oxid von Lanthan, ein Oxid von Cer, ein Oxid von Titan oder ein Oxid von Zirconium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Barium oder Cer oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder Cer oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium oder Barium oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder Magnesium oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Beispiele für mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid, speziell mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid. Es ist bevorzugt, dass das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist. Stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid. Noch stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid. Mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid kann unter Verwendung von auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahren, beispielsweise mittels des in der US 5 045 519 A beschriebenen Verfahrens, hergestellt werden.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 45 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids), vorzugsweise mit 1 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt mit 1,5 bis 30 Gew.-% (z. B. 1,5 bis 10 Gew.-%), speziell 2,5 bis 25 Gew.-%, stärker speziell 3,5 bis 20 Gew.-% (z. B. 5 bis 20 Gew.-%), noch stärker bevorzugt 4,5 bis 15 Gew.-% dotiert.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Magnesium in einer Menge gemäß obiger Definition oder einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids), vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% dotiert.
  • Das erste Trägermaterial kann ein Erdalkalimetallaluminat umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der Ausdruck ”Erdalkalimetallaluminat” bezeichnet allgemein eine Verbindung der Formel MAl2O4, worin ”M” für das Erdalkalimetall, wie beispielsweise Mg, Ca, Sr oder Ba steht. Derartige Verbindungen umfassen im Allgemeinen eine Spinellstruktur. Diese Verbindungen können unter Verwendung herkömmlicher auf dem einschlägigen Fachgebiet wohlbekannter Verfahren oder beispielsweise unter Verwendung eines in der EP 0 945 165 A , US 6 217 837 A oder US 6 517 795 A beschriebenen Verfahrens hergestellt werden.
  • Typischerweise ist das Erdalkalimetallaluminat Magnesiumaluminat (MgAl2O4), Calciumaluminat (CaAl2O4), Strontiumaluminat (SrAl2O4) oder Bariumaluminat (BaAl2O4) oder ein Gemisch von zwei oder mehr hiervon. Vorzugsweise ist das Erdalkalimetallaluminat Magnesiumaluminat (MgAl2O4).
  • Das erste Trägermaterial kann vorzugsweise Aluminiumoxid (z. B. γ-Aluminiumoxid), das nicht dotiert ist, umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Einarbeiten eines Dotiermittels in das erste Trägermaterial kann die katalytische Aktivität der ersten Zusammensetzung verringern.
  • Typischerweise umfasst der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung, vorzugsweise der erste Katalysator, eine Menge des ersten Trägermaterials von 0,1 bis 4,6 g/Zoll3 (z. B. 0,25 bis 3,5 g/Zoll3), vorzugsweise 0,3 bis 3,0 g/Zoll3, stärker bevorzugt 0,5 bis 2,7 g/Zoll3 und noch stärker bevorzugt 0,6 bis 2,5 g/Zoll3 (z. B. 0,75 bis 2,3 g/Zoll3).
  • Der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung, vorzugsweise der erste Katalysator umfasst eine Gesamtbeladung des ersten Trägermaterials. Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung, vorzugsweise der zweite Katalysator umfasst eine Gesamtbeladung des zweiten Trägermaterials. Vorzugsweise ist die Gesamtbeladung des ersten Trägermaterials geringer als die Gesamtbeladung des zweiten Trägermaterials.
  • Im Prinzip kann der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung eine Vielzahl von Trägermaterialien, einschließlich des ersten Trägermaterials, umfassen. Es ist jedoch allgemein bevorzugt, dass der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung ein einzelnes Trägermaterial umfasst, bei dem es sich um das erste Trägermaterial handelt.
  • Der erste Katalysator und der zweite Katalysator umfassen jeweils eine Gesamtbeladung von Aluminiumoxid. Allgemein ist es bevorzugt, dass die Gesamtbeladung von Aluminiumoxid des ersten Katalysators kleiner ist als die Gesamtbeladung von Aluminiumoxid des zweiten Katalysators. Die Gesamtbeladung von Aluminiumoxid des ersten Katalysators kann kleiner als 95%, vorzugsweise kleiner als 90% der Gesamtbeladung von Aluminiumoxid des zweiten Katalysators sein.
  • Typischerweise ist das erste Platingruppenmetall (PGM) auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Das erste PGM kann direkt auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder direkt durch das erste Trägermaterial geträgert sein (beispielsweise gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen dem ersten PGM und dem ersten Trägermaterial). Beispielsweise kann das erste PGM auf dem ersten Trägermaterial dispergiert und/oder in dem ersten Trägermaterial imprägniert sein.
  • Allgemein ist das erste Platingruppenmetall (PGM) aus der Gruppe ausgewählt, die aus Platin, Palladium, Gold und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Das erste PGM kann Platin umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste PGM kann Palladium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste PGM kann eine Kombination von Platin und Palladium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste PGM kann eine Kombination von Palladium und Gold, vorzugsweise eine Legierung von Palladium und Gold umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Typischerweise weist der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung, vorzugsweise der erste Katalysator, eine Gesamtmenge des ersten PGM von 10 bis 300 g/ft3, stärker bevorzugt von 20 bis 250 g/ft3, noch stärker bevorzugt von 25 bis 200 g/ft3 und noch stärker bevorzugt von 35 bis 150 g/ft3 auf.
  • Wenn das erste Platingruppenmetall (PGM) eine Kombination von Platin und Palladium umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, ist das Gewichtsverhältnis von Platin zu Palladium vorzugsweise 10:1 bis 1:2, stärker bevorzugt 5:1 bis 1:15, noch stärker bevorzugt 4:1 bis 1:1, beispielsweise 3:1 bis 1,5:1.
  • Der erste Katalysator umfasst eine Gesamtbeladung des ersten PGM. Der zweite Katalysator umfasst eine Gesamtbeladung des PGM (d. h. des zweiten PGM). Vorzugsweise ist die Gesamtbeladung des ersten PGM niedriger als die Gesamtbeladung des PGM des zweiten Katalysators.
  • Die erste Zusammensetzung kann ferner ein Erdalkalimetall umfassen. Das Erdalkalimetall kann aus Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) oder einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Das Erdalkalimetall ist vorzugsweise Calcium (Ca), Strontium (Sr) oder Barium (Ba), stärker bevorzugt Strontium (Sr) oder Barium (Ba) und in am stärksten bevorzugter Weise ist das Erdalkalimetall Barium (Ba).
  • Der erste Katalysator oder die erste Zusammensetzung kann ferner ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfassen. Das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel kann aus einem Zeolith, Aktivkohle, porösem Graphit und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Es ist bevorzugt, dass das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel ein Zeolith ist. Stärker bevorzugt ist der Zeolith ein mittelporiger Zeolith (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen) oder ein großporiger Zeolith (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen). Beispiele für geeignete Zeolithe oder Typen von Zeolithen umfassen Faujasit, Clinoptilolit, Mordenit, Silicalit, Ferrierit, Zeolith X, Zeolith Y, ultrastabilen Zeolith Y, AEI-Zeolit, ZSM-5-Zeolith, ZSM-12-Zeolith, ZSM-20-Zeolith, ZSM-34-Zeolith, CHA-Zeolith, SSZ-3-Zeolith, SAPO-5-Zeolith, Offretit, einen beta-Zeolit oder einen Kupfer-CHA-Zeolith. Der Zeolith ist vorzugsweise ZSM-5, ein beta-Zeolith oder ein Y-Zeolith.
  • Wenn der erste Katalysator ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst, beträgt typischerweise die Gesamtmenge des Kohlenwasserstoffadsorptionsmittels 0,05 bis 1,5 g/Zoll3, vorzugsweise 0,10 bis 1,0 g/Zoll3, stärker bevorzugt 0,2 bis 0,8 g/Zoll3.
  • Der erste Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst optional des Weiteren ein Sauerstoffspeichermaterial. Derartige Materialien sind auf dem einschlägigen Fachgebiet wohlbekannt. Das Sauerstoffspeichermaterial kann aus Ceroxid (CeO2) und Ceroxid-Zirconiumoxid (CeO2-ZrO2), beispielsweise einer festen Lösung von Ceroxid-Zirconiumoxid, ausgewählt sein.
  • Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass der erste Katalysator kein Rhodium (Rh) umfasst. Rhodium ist im Allgemeinen in Dreiwegekatalysatoren für Funkenzündungsmotoren, beispielsweise Benzinmotoren, enthalten. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch hauptsächlich Kompressionszündungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren.
  • Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der erste Katalysator kein Rhodium (Rh), Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel, Alkalimetall (z. B. Li, Na, K) und Erdalkalimetall (z. B. Mg, Ca, Sr, Ba) umfasst.
  • Die zweite Zusammensetzung kann eine einzelne Schicht umfassen oder daraus bestehen. Alternativ kann die zweite Zusammensetzung mehrere Schichten umfassen.
  • Wenn die zweite Zusammensetzung mehrere Schichten umfasst, kann die erste Schicht auf dem Substrat angeordnet (d. h. direkt angeordnet) sein und eine zweite Schicht kann auf der ersten Schicht angeordnet sein.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann, wenn die zweite Zusammensetzung mehrere Schichten umfasst, eine erste Schicht auf dem Substrat angeordnet sein und eine zweite Schicht kann auf dem Substrat angeordnet sein. Die erste Schicht und die zweite Schicht können Seite an Seite auf dem Substrat angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Schicht stromauf der zweiten Schicht angeordnet sein. Ein Teil oder Bereich (beispielsweise nicht der gesamte) von entweder (a) der ersten Schicht kann auf der zweiten Schicht angeordnet sein oder (b) der zweiten Schicht kann auf der ersten Schicht angeordnet sein. In einer derartigen Anordnung gibt es eine Überlappung zwischen der ersten und der zweiten Schicht.
  • Wenn die zweite Zusammensetzung mehrere Schichten umfasst, umfasst mindestens eine Schicht (beispielsweise die erste Schicht und/oder die zweite Schicht) das zweite PGM und mindestens eine Schicht (beispielsweise die erste Schicht und/oder die zweite Schicht) umfasst Aluminiumoxid, vorzugsweise ein zweites Trägermaterial, das Aluminiumoxid umfasst. Es ist bevorzugt, dass die gleiche Schicht (beispielsweise die erste Schicht oder die zweite Schicht) das zweite PGM und das zweite Trägermaterial umfasst.
  • Der zweite Katalysator umfasst ein Substrat. Das Substrat des zweiten Katalysators ist kein elektrisch erwärmbares Substrat (z. B. ist kein elektrisch erwärmendes Substrat bei Verwendung).
  • Der zweite Katalysator umfasst keinen elektrischen Stromanschluss zum elektrischen Erwärmen des Substrats. Das Substrat des zweiten Katalysators umfasst keine erwärmende Platte.
  • Das Substrat des zweiten Katalysators weist typischerweise eine Zelldichte von 200 bis 800 cpsi, vorzugsweise von 250 bis 700 cpsi, stärker bevorzugt von 300 bis 600 cpsi auf.
  • Typischerweise ist das Substrat ein Monolith (hier auch als Substratmonolith bezeichnet). Derartige Monolithen sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Der Substratmonolith kann ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith sein. Es ist bevorzugt, dass der Substratmonolith ein Durchflussmonolith ist.
  • Ein Durchflussmonolith umfasst typischerweise einen Wabenmonolith (z. B. einen metallischen oder keramischen Wabenmonolith) mit mehreren Kanälen, die sich durch ihn hindurch erstrecken, wobei die Kanäle an beiden Enden offen sind. Wenn das Substrat ein Durchflussmonolith ist, ist der zweite Katalysator typischerweise ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) oder ist zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator (DOC) vorgesehen.
  • Der Filtermonolith kann ein Partialfiltersubstratmonolith oder ein Wandstromfiltersubstratmonolith sein. Es ist bevorzugt, dass der Filtermonolith ein Wandstromfiltersubstratmonolith ist.
  • Typischerweise weist der Partialfiltersubstratmonolith ein Sammelelement (beispielsweise für Feinstaub, wie beispielsweise Rußpartikel) und eine Vielzahl von Kanälen (d. h. zum Hindurchfließen des Abgases) auf, wobei jeder Kanal mindestens ein offenes Ende aufweist (vorzugsweise weist jeder Kanal zwei offene Enden auf (d. h. jeder Kanal hat zwei offene Enden)).
  • Im Allgemeinen weist der Partialfiltersubstratmonolith mehrere Wände auf, die die Grenzen der Kanäle definieren. Typischerweise ist das Sammelelement eine Vielzahl von Ablenkungen in der Vielzahl von Wänden. Jede Wand kann keine Ablenkung oder eine oder mehrere Ablenkungen aufweisen. Jede Ablenkung wirkt als Hindernis für ein beliebiges partikuläres Material in dem Abgas, das durch den Substratmonolith fließt. Jede Ablenkung kann eine klappenartige oder flügelartige Form aufweisen und typischerweise ragt jede Ablenkung nach außen von (beispielsweise in einem Winkel von) der Ebene der Wand vor. Es ist bevorzugt, dass jede Ablenkung mit einer Öffnung in einer Wand des Substratmonoliths kombiniert ist. Jede Öffnung in einer Wand erlaubt, dass das Abgas von einem Kanal in einen benachbarten Kanal fließt. Partialfiltersubstratmonolithen sind in der WO 01/80978 A und der EP 1 057 519 A offenbart.
  • Ein Wandstromfiltersubstratmonolith umfasst allgemein eine Vielzahl von Einlasskanälen und eine Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einem stromaufseitigen Ende (d. h. der Abgaseinlassseite) offen sind und an einem stromabseitigen Ende (d. h. der Abgasauslassseite) verstopft oder verschlossen sind, die Auslasskanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft oder verschlossen sind und an einem stromabseitigen Ende offen sind und wobei jeder Einlasskanal von einem Auslasskanal durch eine poröse Struktur getrennt ist. Wenn das Substrat ein Wandstromfiltersubstratmonolith ist, ist der zweite Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung typischerweise ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ist zur Verwendung als katalysiertes Rußfilter (CSF) vorgesehen.
  • In einem Wandstromfiltersubstratmonolith ist jeder Einlasskanal abwechselnd von einem Auslasskanal durch eine Wand der porösen Struktur getrennt und umgekehrt. Es ist bevorzugt, dass die Einlasskanäle und die Auslasskanäle in einer Wabenanordnung angeordnet sind. Wenn es eine Wabenanordnung gibt, ist es bevorzugt, dass die vertikal und lateral zu einem Einlasskanal benachbarten Kanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft sind und umgekehrt (d. h. die vertikal und lateral zu einem Auslasskanal benachbarten Kanäle sind an einem stromabseitigen Ende verstopft). Bei Betrachtung von einem Ende nehmen die alternierend verstopften und offenen Enden der Kanäle das Aussehen eines Schachbretts ein.
  • Im Prinzip kann das Substrat des zweiten Katalysators eine beliebige Form oder Größe aufweisen. Die Form und Größe des Substrats ist jedoch üblicherweise so gewählt, um die Einwirkung der katalytisch wirksamen Materialien in dem Katalysator auf das Abgas zu optimieren. Das Substrat kann beispielsweise eine röhrenförmige, faserförmige oder partikuläre Form aufweisen. Beispiele für geeignete Trägersubstrate umfassen ein Substrat vom monolithischen Wabencordierittyp, ein Substrat vom monolithischen Waben-SiC-Typ, ein Substrat vom Schichtfaser- oder Gewirkefasertyp, ein Substrat vom Schaumstofftyp, ein Substrat vom Querstromtyp, ein Substrat vom Metalldrahtnetztyp, ein Substrat vom porösen Metallkörpertyp und ein Substrat vom keramischen Partikeltyp.
  • Die zweite Zusammensetzung ist auf dem Substrat des zweiten Katalysators, vorzugsweise den Kanalwänden des Substrats, angeordnet. Die zweite Zusammensetzung wird typischerweise auf dem Substrat durch Auftragen eines Washcoats (beispielsweise eines die zweite Zusammensetzung umfassenden Washcoats) auf das Substrat angeordnet.
  • In der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst die zweite Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein zweites Platingruppenmetall (PGM). Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die zweite Zusammensetzung ein zweites PGM und ein zweites Trägermaterial umfasst, wobei das zweite Trägermaterial Aluminiumoxid umfasst. Die zweite Zusammensetzung kann aus einem zweiten PGM und einem zweiten Trägermaterial bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Das zweite Trägermaterial kann ein Mischoxid von Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid von Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, wobei das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid besteht. Es ist bevorzugt, dass das feuerfeste Oxid Siliciumdioxid ist.
  • Wenn das zweite Trägermaterial ein Mischoxid von Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid von Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst vorzugsweise das zweite Trägermaterial (beispielsweise das Mischoxid oder das Verbundoxid) mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid, stärker bevorzugt 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid, noch stärker bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Das zweite Trägermaterial umfasst Aluminiumoxid oder kann im Wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehen. Das Aluminiumoxid kann α-Al2O3, β-Al2O3 oder γ-Al2O3 sein. Es ist bevorzugt, dass das Aluminiumoxid γ-Al2O3 umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Das zweite Trägermaterial kann mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen. Das Einarbeiten eines Dotiermittels kann Aluminiumoxid und folglich das zweite Trägermaterial thermisch stabilisieren. Wenn das Aluminiumoxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge des Dotiermittels typischerweise 0,1 bis 5 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids). Es ist bevorzugt, dass die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 bis 2,5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew.-% (beispielsweise etwa 1 Gew.-%) beträgt.
  • Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein, das Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti) oder Zirconium (Zr) oder eine Kombination von zwei oder mehr hiervon umfasst. Das Dotiermittel kann ein Oxid von Silicium, ein Oxid von Magnesium, ein Oxid von Barium, ein Oxid von Lanthan, ein Oxid von Cer, ein Oxid von Titan oder ein Oxid von Zirconium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Barium oder Cer oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder Cer oder ein Oxid hiervon, oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium oder Barium oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder Magnesium oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Beispiele für mit einem Dotiermittel dotiertes Aluminiumoxid umfassen mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid, speziell mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Lanthanoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Ceroxid dotiertes Aluminiumoxid. Es ist bevorzugt, dass das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid, mit Barium oder Bariumoxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist. Stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid oder mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid. Noch stärker bevorzugt ist das mit einem Dotiermittel dotierte Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid.
  • Wenn das Aluminiumoxid ein mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 45 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids), vorzugsweise mit 1 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt mit 1,5 bis 30 Gew.-% (z. B. 1,5 bis 10 Gew.-%), speziell 2,5 bis 25 Gew.-%, stärker speziell 3,5 bis 20 Gew.-% (z. B. 5 bis 20 Gew.-%) und noch stärker bevorzugt 4,5 bis 15 Gew.-% dotiert.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Magnesium in einer Menge gemäß obiger Definition oder einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% (d. h. Gewichtsprozent des Aluminiumoxids), vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% dotiert.
  • Das zweite Trägermaterial kann ein Erdalkalimetallaluminat (beispielsweise eine Verbindung der Formel MAl2O4, worin ”M” für ein Erdalkalimetall, wie beispielsweise Mg, Ca, Sr oder Ba steht) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Derartige Verbindungen umfassen allgemein eine Spinellstruktur.
  • Typischerweise ist das Erdalkalimetallaluminat Magnesiumaluminat (MgAl2O4), Calciumaluminat (CaAl2O4), Strontiumaluminat (SrAl2O4) oder Bariumaluminat (BaAl2O4) oder ein Gemisch von zwei oder mehr hiervon. Vorzugsweise ist das Erdalkalimetallaluminat Magnesiumaluminat (MgAl2O4).
  • Das zweite Trägermaterial kann vorzugsweise Aluminiumoxid (beispielsweise γ-Aluminiumoxid), das nicht dotiert ist, umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Einarbeiten eines Dotiermittels in das zweite Trägermaterial kann die katalytische Aktivität der zweiten Zusammensetzung verringern.
  • Typischerweise umfasst der zweite Katalysator eine Menge des zweiten Trägermaterials von 0,1 bis 4,5 g/Zoll3 (z. B. 0,25 bis 4,2 g/Zoll3), vorzugsweise von 0,3 bis 4,0 g/Zoll3, stärker bevorzugt von 0,5 bis 3,5 g/Zoll3 und noch stärker bevorzugt von 1,0 bis 3,0 g/Zoll3 (z. B. 1,3 bis 2,5 g/Zoll3).
  • Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung kann mehrere Trägermaterialien (d. h. einschließlich des zweiten Trägermaterials) umfassen, insbesondere wenn die zweite Zusammensetzung mehrere Schichten umfasst.
  • Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung kann ein einzelnes Trägermaterial umfassen, wobei es sich um das zweite Trägermaterial handelt.
  • Typischerweise ist das zweite Platingruppenmetall (PGM) auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Das zweite PGM kann direkt auf dem zweiten Trägermaterial angeordnet oder direkt durch das zweite Trägermaterial geträgert sein (beispielsweise gibt es keine dazwischenliegenden Trägermaterialien zwischen dem zweiten PGM und dem zweiten Trägermaterial). Beispielsweise kann das zweite PGM auf dem zweiten Trägermaterial dispergiert und/oder in dem zweiten Trägermaterial imprägniert sein.
  • Allgemein ist das zweite Platingruppenmetall (PGM) aus der Gruppe ausgewählt, die aus Platin, Palladium, Gold und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Das zweite PGM kann Platin umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das zweite PGM kann Palladium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das zweite PGM kann eine Kombination aus Platin und Palladium umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das zweite PGM kann eine Kombination aus Palladium und Gold, vorzugsweise eine Legierung von Palladium und Gold umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Typischerweise beträgt die Gesamtmenge des zweiten PGM 10 bis 300 g/ft3, stärker bevorzugt von 20 bis 250 g/ft3, noch stärker bevorzugt von 25 bis 200 g/ft3 und noch stärker bevorzugt von 35 bis 150 g/ft3.
  • Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung kann ferner ein Erdalkalimetall umfassen. Das Erdalkalimetall kann aus Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) oder einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Das Erdalkalimetall ist vorzugsweise Calcium (Ca), Strontium (Sr) oder Barium (Ba), stärker bevorzugt Strontium (Sr) oder Barium (Ba) und in am stärksten bevorzugter Weise ist das Erdalkalimetall Barium (Ba).
  • Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung kann ferner ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfassen. Das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel kann aus einem Zeolith, Aktivkohle, porösem Graphit und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Es ist bevorzugt, dass das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel ein Zeolith ist. Stärker bevorzugt ist der Zeolith ein mittelporiger Zeolith (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen) oder ein großporiger Zeolith (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen). Beispiele für geeignete Zeolithe oder Typen von Zeolithen umfassen Faujasit, Clinoptilolit, Mordenit, Silicalit, Ferrierit, Zeolith X, Zeolith Y, ultrastabilen Zeolith Y, AEI-Zeolit, ZSM-5-Zeolith, ZSM-12-Zeolith, ZSM-20-Zeolith, ZSM-34-Zeolith, CHA-Zeolith, SSZ-3-Zeolith, SAPO-5-Zeolith, Offretit, einen beta-Zeolith oder einen Kupfer-CHA-Zeolith. Der Zeolith ist vorzugsweise ZSM-5, ein beta-Zeolith oder ein Y-Zeolith.
  • Wenn der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst, beträgt die Gesamtmenge des Kohlenwasserstoffadsorptionsmittels typischerweise 0,05 bis 2,2 g/Zoll3, speziell 0,10 bis 1,2 g/Zoll3, insbesondere 0,2 bis 1,0 g/Zoll3.
  • Der zweite Katalysator oder die zweite Zusammensetzung umfasst optional des Weiteren ein Sauerstoffspeichermaterial. Derartige Materialien sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Das Sauerstoffspeichermaterial kann aus Ceroxid (CeO2) und Ceroxid-Zirconiumoxid (CeO2-ZrO2), beispielsweise einer festen Lösung von Ceroxid-Zirconiumoxid, ausgewählt sein.
  • Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass der zweite Katalysator kein Rhodium (Rh) umfasst. Rhodium ist üblicherweise in Dreiwegekatalysatoren für Funkenzündungsmotoren, wie beispielsweise Benzinmotoren, enthalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch hauptsächlich auf Kompressionszündungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, gerichtet.
  • Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der zweite Katalysator kein Rhodium (Rh), Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel, Alkalimetall (z. B. Li, Na, K) und Erdalkalimetall (z. B. Mg, Ca, Sr, Ba) umfasst.
  • Verfahren zur Herstellung des ersten Katalysators und des zweiten Katalysators sind auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt (siehe beispielsweise unsere WO 99/47260 A , WO 2007/077462 A und WO 2011/080525 A ).
  • Im Allgemeinen ist der erste Katalysator stromauf des zweiten Katalysators (beispielsweise unmittelbar oder direkt stromauf) angeordnet. Das durch den Kompressionszündungsmotor produzierte Abgas wird mit dem ersten Katalysator vor dem zweiten Katalysator in Berührung gebracht. Es ist bevorzugt, dass das durch den Kompressionszündungsmotor produzierte Abgas direkt mit der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung in Kontakt gebracht wird. Somit wird das Abgas zuerst mit der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtdung in Kontakt gebracht, bevor es mit einer anderen Emissionssteuerungsvorrichtung in Kontakt gebracht wird.
  • Der erste Katalysator ist typischerweise von dem zweiten Katalysator beispielsweise durch eine Lücke getrennt. Es ist bevorzugt, dass die Lücke eine elektrisch isolierende Lücke zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator ist. Der Grund hierfür ist, dass verhindert werden soll, dass der zweite Katalysator in elektrischen Kontakt mit dem ersten Katalysator gelangt.
  • Die Lücke kann eine Länge von 1 mm bis 50 mm gemäß Messung in Richtung der axialen Länge des elektrisch erwärmbaren Substrats und des Substrats des zweiten Katalysators aufweisen. Es ist bevorzugt, dass die Lücke eine Länge von 1 mm bis 10 mm aufweist. Dies erlaubt, dass Wärme ohne Schwierigkeiten von dem ersten Katalysator zu dem zweiten Katalysator transferiert wird.
  • Wenn der erste Katalysator von dem zweiten Katalysator beispielsweise durch eine Lücke getrennt ist, gibt es im Allgemeinen keine dazwischenliegende Emissionssteuerungsvorrichtung zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator (d. h. in der Lücke). Der zweite Katalysator folgt direkt dem ersten Katalysator.
  • Die Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst typischerweise ein Gehäuse, wobei der erste Katalysator und der zweite Katalysator in dem Gehäuse angeordnet sind. Das Gehäuse kann eine oder mehrere Markierungen zur Bezeichnung des Einlassendes und/oder des Auslassendes der Emissionssteuerungsvorrichtung aufweisen.
  • Das Gehäuse kann ein elektrisch isolierendes Trägerelement für jeden elektrischen Stromanschluss umfassen. Jeder elektrische Stromanschluss des ersten Katalysators kann durch ein elektrisch isolierendes Trägerelement geführt sein.
  • Das Gehäuse kann eine Metallhülse umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Abgassystem, das die Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Das Abgassystem kann ferner eine elektrische Energiequelle umfassen. Die elektrische Energiequelle kann mit jedem elektrischen Stromanschluss (d. h. des ersten Katalysators) elektrisch verbunden sein.
  • Es kann einen Schalter geben, der sich in Verbindung zwischen der elektrischen Energiequelle und einem elektrischen Anschluss befindet. Der Schalter kann gewährleisten, dass elektrischer Strom von der elektrischen Energiequelle zu dem ersten Katalysator fließt, bevor der Kompressionszündungsmotor gestartet wird (beispielsweise 1 bis 2 Sekunden vor einer Kompressionszündung) oder gleichzeitig mit dem Start des Kompressionszündungsmotors.
  • Die elektrische Energiequelle kann eine elektrische Netzspannung von 8 bis 28 Volt, vorzugsweise eine elektrische Netzspannung von 12 bis 24 Volt sein.
  • Das Abgassystem kann einen Temperatursensor, vorzugsweise eine Vielzahl von Temperatursensoren, umfassen. Jeder Temperatursensor kann ein Thermoelement sein.
  • Ein Temperatursensor (d. h. ein erster Temperatursensor) kann stromauf des ersten Katalysators angeordnet sein. Dieser Temperatursensor kann mit einem Schalter elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann er mit einem Schalter derart elektrisch verbunden sein, dass der Schalter sich schließt, wenn der Temperatursensor eine Temperatur des Abgases unter einer Temperaturgrenze (d. h. einer ersten Temperaturgrenze) anzeigt. Wenn der Schalter geschlossen wird, kann elektrischer Strom von einer elektrischen Energiequelle zu dem ersten Katalysator fließen. Der Sensor kann ein elektrisches Erwärmen des ersten Katalysators auslösen, wenn die Abgastemperatur sich unter der effektiven Temperatur des ersten Katalysators befindet.
  • Ein Temperatursensor (d. h. ein zweiter Temperatursensor) kann zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator angeordnet sein. Dieser Temperatursensor kann mit einem Schalter elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann er so mit einem Schalter elektrisch verbunden sein, dass der Schalter sich öffnet, wenn der Temperatursensor eine Temperatur des Abgases über einer Temperaturgrenze (beispielsweise einer zweiten Temperaturgrenze) nachweist. Wenn der Schalter geöffnet wird, wird die elektrische Schaltung zwischen der elektrischen Energiequelle und dem ersten Katalysator unterbrochen. Der Sensor kann ein elektrisches Erwärmen des ersten Katalysators stoppen, sobald er eine bestimmte Temperatur, beispielsweise die Temperatur, bei der der erste Katalysator wirksam ist, erreicht hat.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der oder jeder Temperatursensor mit einem Steuermodul elektrisch verbunden sein. Der oder jeder Temperatursensor kann Information für On-Board-Diagnose(OBD)-Zwecke bereitstellen.
  • Die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zwischen 0,1 m und 10 m, beispielsweise 0,5 m bis 4 m, gemäß Messung durch die Gasstromlänge von dem Ausgang des Abgases aus dem Motor (beispielsweise dem Auslass eines Motorkrümmers) angeordnet sein. Da die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung elektrisch erwärmt werden kann, muss sie nicht in einer nahegekoppelten Position in einem Abgassystem angeordnet sein. Dies ist von Vorteil, da die Emissionssteuerungsvorrichtung nicht in dem eingeschränkten Raum für den Motor in einem Fahrzeug angeordnet sein muss.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Abgassystem, das die Emissionssteuerungsvorrichtung und mindestens eine zweite Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Im Allgemeinen befindet sich die Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf der zweiten Emissionssteuerungsvorrichtung. Zur Vermeidung von Zweifeln ist die Emissionssteuerungsvorrichtung von der zweiten Emissionssteuerungsvorrichtung getrennt.
  • Es ist bevorzugt, dass das Abgas keinen Kohlenwasserstoffadsorber stromauf der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
  • Der erste Katalysator ist typischerweise direkt mit einem Abgasauslass des Kompressionszündungsmotors gekoppelt. In einer derartigen Anordnung gibt es keine dazwischenliegende Emissionssteuerungsvorrichtung zwischen dem Abgasauslass des Kompressionszündungsmotors und dem ersten Katalysator. Das durch den Kompressionszündungsmotor produzierte Abgas wird direkt zu dem ersten Katalysator in dem Abgassystem geführt.
  • Jede weitere Emissionssteuerungsvorrichtung, wie beispielsweise die zweite Emissionssteuerungsvorrichtung, kann aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem NOx-Adsorberkatalysator (NAC), einem mageren NOx-Katalysator (LNC), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Durch die Ausdrücke Dieselpartikelfilter (DPF), NOx-Adsorberkatalysator (NAC), magerer NOx-Katalysator (LNC), selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator, Dieseloxidationskatalysator (DOC), katalysiertes Rußfilter (CSF) und selektiver katalytischer Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysator dargestellte Emissionssteuerungsvorrichtungen sind auf dem einschlägigen Fachgebiet alle gut bekannt.
  • In einer ersten Abgassystem-Ausführungsform umfasst das Abgassystem die erfindungsgemäß Emissionssteuerungsvorrichtung und entweder ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder ein katalysiertes Rußfilter (CSF). Der Emissionssteuerungsvorrichtung folgt typischerweise das Dieselpartikelfilter (DPF) oder das katalysierte Rußfilter (CSF) (beispielsweise befindet sich die Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des Dieselpartikelfilters (DPF) oder des katalysierten Rußfilters (CSF)). Somit ist beispielsweise ein Auslass der Emissionssteuerungsvorrichtung mit einem Einlass des Dieselpartikelfilters oder des katalysierten Rußfilters verbunden.
  • In einer zweiten Abgassystem-Ausführungsform umfasst das Abgassystem die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung und einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator. Der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (beispielsweise befindet sich die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • Eine dritte Abgassystem-Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung und einen selektiven katalytischen Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysator. Typischerweise folgt der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung der selektive katalytische Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysator (beispielsweise befindet sich die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des selektiven katalytischen Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysators).
  • Eine vierte Abgassystem-Ausführungsform betrifft ein Abgassystem, das die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung, ein Dieselpartikelfilter oder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator umfasst. Diese Anordnung ist ein bevorzugtes Abgassystem für ein Leichtlastdieselfahrzeug. Der Emissionssteuerungsvorrichtung folgt typischerweise das Dieselpartikelfilter oder das katalysierte Rußfilter (CSF) (beispielsweise befindet sich die Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des Dieselpartikelfilters oder des katalysierten Rußfilters (CSF)). Dem DPF oder CSF folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (beispielsweise befindet sich das DPF oder CSF stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • In einer fünften Abgassystem-Ausführungsform umfasst das Abgassystem die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung, einen selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator und entweder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ein Dieselpartikelfilter (DPF). Der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungsvorrichtung folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator (beispielsweise befindet sich die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators). Dem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) oder das Dieselpartikelfilter (DPF) (beispielsweise befindet sich der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF) oder des Dieselpartikelfilters (DPF)).
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann direkt stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators oder des selektiven katalytischen Reduktionsfilter(SCRFTM)-Katalysators angeordnet sein. So kann in der zweiten, dritten und fünften Abgassystem-Ausführungsform der Emissionssteuerungsvorrichtung ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise befindet sich die Emissionssteuerungsvorrichtung stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der SCR-Katalysator oder der SCRFTM-Katalysator folgen (beispielsweise befindet sich der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators). In der vierten Abgassystem-Ausführungsform kann dem DPF oder CSF ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise befindet sich das DPF oder CSF stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions(SCR)-Katalysator folgen (beispielsweise befindet sich der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators).
  • Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Fahrzeug, das einen Kompressionszündungsmotor und entweder ein erfindungsgemäßes Abgassystem oder eine erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Typischerweise ist die Emissionssteuerungsvorrichtung stromab des Kompressionszündungsmotors, beispielsweise stromab eines Turbos des Kompressionszündungsmotors angeordnet.
  • Der Kompressionszündungsmotor ist vorzugsweise ein Dieselmotor.
  • Der Kompressionszündungsmotor oder das Fahrzeug kann ferner ein Steuermodul umfassen. Das Steuermodul kann eine Steuerlogik für eine On-Board-Diagnose (OBD) umfassen.
  • Allgemein ist das Steuermodul operabel (beispielsweise elektrisch) mit dem ersten Katalysator, insbesondere dem elektrisch erwärmbaren Substrat, stärker bevorzugt der Heizplatte verbunden.
  • Das Steuermodul befindet sich vorzugsweise in Verbindung mit dem oder jedem Temperatursensor (beispielsweise dem ersten Temperatursensor und/oder dem zweiten Temperatursensor).
  • Das Steuermodul kann eine Steuerlogik zum Überwachen des oder jedes Temperatursensors (beispielsweise des ersten Temperatursensors und/oder des zweiten Temperatursensors) und/oder zur Berechnung eines Temperaturprofils der Emissionssteuerungsvorrichtung (beispielsweise der Temperaturen, bei denen das elektrisch erwärmbare Substrat aktiviert oder deaktiviert werden soll) umfassen. Das Steuermodul kann eine Steuerlogik zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren der Emissionssteuerungsvorrichtung auf Basis der Temperatur des Abgases umfassen.
  • Das Fahrzeug umfasst typischerweise eine elektrische Energiequelle, wie beispielsweise eine Lichtmaschine und/oder eine Batterie. Es ist bevorzugt, dass die elektrische Energiequelle für den ersten Katalysator die Lichtmaschine und/oder die Batterie (beispielsweise eines Fahrzeugs) ist.
  • Das Fahrzeug kann ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV), beispielsweise gemäß Definition in der US- oder europäischen Gesetzgebung sein. Ein Leichtlastdieselfahrzeug weist typischerweise ein Gewicht von < 2840 kg, stärker bevorzugt ein Gewicht von < 2610 kg auf.
  • In den USA bezeichnet ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von ≤ 8500 pounds (US lbs). In Europa bezeichnet der Ausdruck Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) (i) Personenfahrzeuge mit nicht mehr als acht Sitzen neben dem Fahrersitz und mit einer maximalen Masse von nicht über 5 Tonnen und (ii) Fahrzeuge zur Beförderung von Gütern mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 12 Tonnen.
  • Alternativ kann das Fahrzeug ein Schwerlastdieselfahrzeug (HDV), wie beispielsweise ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von > 8500 pounds (US lbs) gemäß Definition in der US-Gesetzgebung sein.
  • DEFINITIONEN
  • Der Ausdruck ”Mischoxid”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet allgemein ein Gemisch von Oxiden in einer einzelnen Phase, wie es auf dem einschlägigen Fachgebiet üblicherweise bekannt ist. Der Ausdruck ”Verbundoxid”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet allgemein eine Zusammensetzung von Oxiden mit mehr als einer Phase, wie es üblicherweise auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist.
  • Das Akronym ”PGM”, wie es hier verwendet wird, bezeichnet ein ”Platingruppenmetall”. Der Ausdruck ”Platingruppenmetall” bezeichnet allgemein die Metalle Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt des Periodensystems, insbesondere die Metalle Ru, Rh, Pd, Ir und Pt.
  • Jede Bezugnahme hier auf eine Menge in den Einheiten g/ft3 (Gramm pro Kubikfuß) oder g/Zoll3 (Gramm pro Kubikzoll) usw. bezeichnet das mittlere Gewicht einer Komponente pro Volumen des Substrats.
  • Der Ausdruck ”im Wesentlichen bestehend aus”, wie er hier verwendet wird, beschränkt den Umfang eines Merkmals dahingehend, dass er die angegebenen Materialien oder Stufen und beliebige weitere Materialien oder Stufen umfasst, die die grundsätzlichen Eigenschaften des Merkmals nicht wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise geringfügige Verunreinigungen. Der Ausdruck ”im Wesentlichen bestehend aus” umfasst den Ausdruck ”bestehend aus”.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
  • Substrate
  • In jedem der Beispiele 1 und 2 wurden zur Herstellung einer Emissionssteuerungsvorrichtung zwei Substrate verwendet. Das erste Substrat (1) wies eine elektrische Erwärmungsfähigkeit (beispielsweise ein Heizelement) und eine Zelldichte von 160 cpsi auf. Die Endfläche des ersten Substrats (1), das verwendet wurde, ist in 2 dargestellt. Das erste Substrat (1) umfasst einen Wabenkörper, der aus Wellblechmetallschichten gebildet ist. Die Wellblechmetallschichten werden durch eine Reihe von Haltestiften (4) in einer gewickelten Position gehalten und es gibt eine Luftlücke (6) zwischen den Schichten. Es gibt auch einen Anschlussarm oder eine Elektrode (3) zum Verbinden des ersten Substrats (1) mit einer elektrischen Energieversorgung. Wenn die Emissionssteuerungsvorrichtung zusammengebaut wurde, gibt es eine Luftlücke (7) zwischen dem ersten Substrat und dem äußeren Gehäuse.
  • Das zweite Substrat (2) wies keine elektrische Erwärmungsfähigkeit auf und besaß eine Zelldichte von 600 cpsi. Das zweite Substrat war ein Wabenmonolith des üblicherweise in einem Dieseloxidationskatalysator verwendeten Typs.
  • Beide Substrate wurden in der gleichen äußeren Metallhülse derart untergebracht, dass lediglich eine Fläche eines jeden Substrats ausgesetzt war. Das erste Substrat (1) war am vorderen Einlassende der Metallhülse untergebracht und das zweite Substrat war am hinteren Auslassende der Metallhülse untergebracht (siehe Darstellung in 1).
  • Beispiel 1
  • Beschichten des ersten elektrisch erwärmbaren Substrats (Überzug 1)
  • Aluminiumoxidpulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von < 20 μm vermahlen. Lösliche Salze von Platin und Palladium wurden zugegeben und die Aufschlämmung verrührt, um sie zu homogenisieren. Der erhaltene Washcoat wurde unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken auf die offene Fläche des ersten Substrats mit 160 cpsi appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet.
  • Beschichten des zweiten Substrats (Überzug 2)
  • Ein zweiter Washcoat wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens, das für den Überzug 1 verwendet wurde, hergestellt, mit Ausnahme, dass die Aufschlämmung einen höheren Gehalt an Aluminiumoxid aufwies. Dieser Überzug wurde unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken auf die offene Fläche des zweiten Substrats mit 600 cpsi appliziert. Der Überzug wurde anschließend getrocknet und das gesamte Teil bei 500°C calciniert.
  • Die finale Beschichtungsbeladung auf dem ersten Substrat betrug 1,3 g/Zoll3. Die finale Beschichtungsbeladung auf dem zweiten Substrat betrug 1,8 g/Zoll3.
  • Beispiel 2
  • Beschichten des ersten elektrisch erwärmbaren Substrats (Überzug 3)
  • Ein Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine d90 von < 20 μm vermahlen. Lösliche Salze von Platin und Palladium wurden zugegeben und die Aufschlämmung verrührt, um sie zu homogenisieren. Der erhaltene Washcoat wurde unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken auf die offene Fläche des ersten Substrats mit 160 cpsi appliziert. Die Beschichtung wurde anschließend getrocknet.
  • Beschichtung des zweiten Substrats (Überzug 4)
  • Ein zweiter Washcoat wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens, das für den Überzug 3 verwendet wurde, hergestellt, mit Ausnahme, dass die Aufschlämmung einen höheren Gehalt an Aluminiumoxid aufwies. Dieser Überzug wurde unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken auf die offene Fläche des zweiten Substrats mit 600 cpsi appliziert. Der Überzug wurde nachfolgend getrocknet und das gesamte Teil bei 500°C calciniert.
  • Die finale Beschichtungsbeladung auf dem ersten Substrat betrug 2,0 g/Zoll3. Die finale Beschichtungsbeladung auf dem zweiten Substrat betrug 2,8 g/Zoll3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 4300956 A [0025]
    • US 5146743 A [0025]
    • US 6513324 A [0025]
    • US 5045519 A [0042]
    • EP 0945165 A [0045]
    • US 6217837 A [0045]
    • US 6517795 A [0045]
    • WO 01/80978 A [0074]
    • EP 1057519 A [0074]
    • WO 99/47260 A [0103]
    • WO 2007/077462 A [0103]
    • WO 2011/080525 A [0103]

Claims (15)

  1. Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Kompressionszündungsmotor, umfassend: (a) einen ersten Katalysator, der ein elektrisch erwärmbares Substrat und eine erste Zusammensetzung umfasst, die auf dem elektrisch erwärmbaren Substrat angeordnet ist, wobei die erste Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein erstes Platingruppenmetall (PGM) umfasst; und (b) einen zweiten Katalysator, der ein Substrat und eine zweite Zusammensetzung, die auf dem Substrat angeordnet ist, umfasst, wobei die zweite Zusammensetzung Aluminiumoxid und ein zweites Platingruppenmetall (PGM) umfasst; wobei die Beladung der ersten Zusammensetzung kleiner als die Beladung der zweiten Zusammensetzung ist.
  2. Emissionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gesamtbeladung an Aluminiumoxid des ersten Katalysators kleiner als die Gesamtbeladung an Aluminiumoxid des zweiten Katalysators ist.
  3. Emissionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste Katalysator von dem zweiten Katalysator durch eine elektrisch isolierende Lücke zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator getrennt ist.
  4. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Zusammensetzung ein erstes PGM und ein erstes Trägermaterial umfasst, wobei das erste Trägermaterial das Aluminiumoxid umfasst und die zweite Zusammensetzung ein zweites PGM und ein zweites Trägermaterial umfasst, wobei das zweite Trägermaterial das Aluminumoxid umfasst.
  5. Emissionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste Trägermaterial ein Mischoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfasst, wobei vorzugsweise das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid besteht.
  6. Emissionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei das erste Trägermaterial mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid umfasst.
  7. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das zweite Trägermaterial ein Mischoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid oder ein Verbundoxid aus Aluminiumoxid und einem feuerfesten Oxid umfasst, wobei vorzugsweise das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid besteht.
  8. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das zweite Trägermaterial mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid umfasst.
  9. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Gesamtbeladung des ersten Trägermaterials kleiner als die Gesamtbeladung des zweiten Trägermaterials ist.
  10. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Platingruppenmetall (PGM) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Palladium, Gold und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht.
  11. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Platingruppenmetall (PGM) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Palladium, Gold und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht.
  12. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtbeladung des ersten PGM kleiner als die Gesamtbeladung des PGM des zweiten Katalysators, vorzugsweise kleiner als die Gesamtbeladung des zweiten PGM des zweiten Katalysators ist.
  13. Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Katalysator typischerweise einen elektrischen Stromanschluss umfasst.
  14. Abgassystem, das die Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  15. Fahrzeug, das einen Kompressionszündungsmotor und entweder eine Emissionssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder ein Abgassystem nach Anspruch 14 umfasst.
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