DE102019204744A1 - Co-Reinigungskatalysator, Nachbehandlungssystem und Nachbehandlungsverfahren - Google Patents

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Nahm Roh Joo
Chang Hwan Kim
ChangHo Jung
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Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Ein Nachbehandlungssystem wird offenbart. Das Nachbehandlungssystem kann einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr, durch das ein Abgas fließt, enthalten. Der CUC kann einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO, worin Pt getragen ist, enthalten, worin ein Gewichtsverhältnis von CeOzu einem Gesamtgewicht von CUC 30 bis 70 Gew.% ist, so daß der CUC NHbei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt und NHwährend einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt.

Description

  • Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), ein Nachbehandlungssystem und ein Nachbehandlungsverfahren.
  • Hintergrund
  • Die Angaben in diesem Bereich geben lediglich Hintergrundinformationen in bezug auf diese Offenbarung und müssen nicht Stand der Technik konstituieren.
  • Fahrzeuge können mit zumindest einem katalytischen Konverter zur Reduktion von Emissionen (EM) versehen sein, die in einem Abgas enthalten sind. Das Abgas, das aus einem Motor durch einen Auspuffkrümmer fließt, wird in einen katalytischen Umwandler geleitet, der an einem Auspuffrohr befestigt ist, und wird darin gereinigt. Danach wird der Lärmpegel des Abgases vermindert, während es durch einen Schalldämpfer geleitet wird, und dann wird das Abgas durch ein Auspuffendrohr an die Luft abgegeben. Der katalytische Konverter reinigt das EM, das im Abgas enthalten ist. zusätzlich wird ein Teilchenfilter zum Einfangen von Teilchenstoffen (PM) im Abgas in dem Auspuffrohr befestigt.
  • Ein Drei-Wege-Katalysator (TWC) ist ein Typ des katalytischen Konverters und reagiert mit Kohlenwasserstoff (HC)-Verbindungen, Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx), die schädliche Komponenten des Abgases sind, um diese Verbindungen zu entfernen. Die TWCs sind hauptsächlich in Benzinfahrzeugen installiert, und Pt/Rh-, Pd/Rh- oder Pt/Pd/Rh-Systeme werden als TWCs verwendet.
  • Ein Magermix-Motor unter den Benzinmotoren kann die Kraftstoffeffizienz verbessern, indem ein mageres Luft/Kraftstoffgemisch verbrannt wird. Der Magermix-Motor verbrennt das magere Luft-Kraftstoffgemisch, so daß das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases ebenfalls mager ist. Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis gering ist, gleitet NOx durch TWC ohne Verminderung des gesamten NOx, das im Abgas enthalten ist. Demzufolge enthält ein Fahrzeug, das mit dem Magermix-Motor ausgerüstet ist, weiterhin einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) zum Reinigen des NOx, das von dem TWC herausgerutscht ist. Der SCR-Katalysator, der in dem Fahrzeug verwendet wird, das mit dem Magermix-Motor ausgerüstet ist, kann SCR-Katalysator vom passiven Typ sein.
  • Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis reich ist, reduziert der TWC das NOx, unter Erzeugung von NH3, und das im TWC erzeugte NH3 wird im SCR-Katalysator vom passiven Typ gelagert. Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis mager ist, reinigt der SCR-Katalysator vom passiven Typ das NOx, das im Abgas enthalten ist, unter Verwendung des gespeicherten NH3.
  • Jedoch haben wir festgestellt, daß der TWC CO bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis freigeben kann. Das CO, das vom TWC freigesetzt ist, kann nicht gereinigt werden und aus dem Fahrzeug nach außen abgelassen werden. Daher kann ein zusätzlicher katalytischer Konverter verwendet werden, zum Reinigen des CO, das von dem TWC freigesetzt ist, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis reich eingestellt wird, um NH3 zu erzeugen.
  • Der SCR-Katalysator vom passiven Typ kann NH3 speichern und NOx, das im Abgas enthalten ist, reinigen, wobei das gespeicherte NH3 verwendet wird, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators 200 bis 400°C ist, kann aber NH3 freigeben, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators oberhalb von 400°C liegt. Der SCR-Katalysator vom passiven Typ ist nahe bei dem Endrohr im Hinblick auf das Temperaturprofil des Abgases im Abgasrohr angeordnet, aber die Temperatur des SCR-Katalysators vom passiven Typ erhöht sich auf bis zu 400°C bei einer Hochtemperatur/Hochbeladungs-Fahrbedingung. Daher reinigt der SCR-Katalysator vom passiven Typ nicht NH3, sondern läßt es frei.
  • Zum Reinigen von NH3, das vom dem SCR-Katalysator vom passiven Typ freigesetzt ist, kann ein Ammoniak-Oxidationskatalysator (AOC) an dem Auspuffrohr bei einer abwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators gemäß einem konventionellen Dieselmotor angeordnet sein. Der AOC kann NH3, das vom SCR-Katalysator freigesetzt ist, in N2-Gas bei dem mageren Lust/Kraftstoffverhältnis oxidieren.
  • Weil der Dieselmotor hauptsächlich bei dem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis arbeitet und NH3 von dem SCR-Katalysator bei dem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis freigesetzt wird, arbeitet der AOC gut. Weil das NH3 in den Magermix-Benzinmotor bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis freigesetzt wird, kann der konventionelle AOC nicht das freigesetzte NH3 reinigen.
  • Die obige Information, die in diesem Abschnitt offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrundes dieser Offenbarung und kann daher Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik bilden, der bereits einem Fachmann bekannt ist.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • Diese Offenbarung beschreibt einen CO-Reinigungskatalysator (CUC) mit Vorteilen zum Reinigen von CO, das von einem Drei-Wege-Katalysator (TWC) freigesetzt ist, und zum Reinigen von NH3, das in einem Abgas enthalten ist, während einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis.
  • Ein anderer Aspekt dieser Offenbarung gibt ein Nachbehandlungssystem an mit weiteren Vorteilen zum effizienten Reinigen der Emission, die in einem Abgas enthalten ist, indem aufeinanderfolgend TWC, ein selektiver katalytischer Reduktions (SCR)-Katalysator und der CUC bei einem Auspuffrohr angeordnet werden.
  • Ein anderer Aspekt dieser Offenbarung gibt ein Nachbehandlungsverfahren mit weiteren Vorteilen zum Vermindern von CO und NH3, die aus einem Fahrzeug nach außen abgelassen werden, durch effizientes Steuern des Nachbehandlungssystems an.
  • Ein CO-Reinigungskatalysator (CUC) gemäß einer Form dieser Offenbarung kann einen Zeolit, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2 enthalten, worin Pt getragen ist, worin ein Gewichtsverhältnis von CeO2 zu einem Gesamtgewicht des CUC 30 bis 70 Gew.% ist, so daß der CUC NH3 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt und NH3 während einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt.
  • Der CUC kann 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Ein Nachbehandlungssystem gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung kann enthalten: ein Auspuffrohr, durch das ein Abgas fließt; einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), der an dem Auspuffrohr befestigt ist, wobei HC und CO, die im Abgas bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten sind, oxidiert werden und NH3 unter Verwendung von NOx erzeugt wird, das im Abgas bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten ist; einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), der bei dem Auspuffrohr abwärts von dem TWC befestigt ist, wobei NH3, das im TWC erzeugt wird, gespeichert wird und NOx, das im Abgas enthalten ist, unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert wird; und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), der bei dem Auspuffrohr an einer Abwärtsseite des SCR-Katalysators befestigt ist, wobei NH3, das im Abgas bei dem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, gereinigt wird, CO, das vom TWC freigesetzt ist oder im Abgas bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, gereinigt wird und NH3, das im Abgas während einer Verzögerungszeit bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, gereinigt wird.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiterhin einen Teilchenfilter enthalten, der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, worin der Teilchenfilter teilchenförmige Stoffe im Abgas einfängt.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiterhin einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) enthalten, der zwischen dem TWC- und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, worin der zusätzliche TWC oder APC weiterhin NH3 erzeugt, unter Verwendung von NOx, das im Abgas bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis enthalten ist.
  • In einem Aspekt kann der APC 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 30 Gew.% CeO2, 48,7 bis 84,513 Gew.% eines Verbunds aus MgO und Al2O3 und 0 bis 5 Gew.% eines Additivs, bezogen auf ein Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • Gemäß einem anderen Aspekt kann der APC 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 25 Gew.% CeO2, 48,7 bis 79,513 Gew.% eines Verbunds aus MgO und Al2O3 und 0 bis 10 Gew.% eines Additivs, bezogen auf ein Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • Ein magerer NOx-Einfangkatalysator (LNT) kann weiterhin in dem TWC oder dem zusätzlichen TWC beschichtet sein, worin der LNT-Katalysator das NOx absorbiert, das in dem Abgas bei dem mageren Luft/Brennstoffverhältnis enthalten ist, und das absorbierte NOx in N2-Gas oder NH3 bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis freisetzt und reduziert.
  • Der CUC enthält einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind und CeO2, bei dem Pt getragen ist, worin ein Gewichtsverhältnis von CeO2 zu einem Gesamtgewicht von CUC 30 bis 70 Gew.% ist.
  • Der CUC kann 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht von CUC.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • In einem Aspekt kann der CUC gebildet werden durch gleichförmiges Mischen von Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2, worin Pt getragen ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt kann der Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, an einem vorderen Endbereich des CUC angeordnet sein, und CeO2, worin das Pt getragen ist, kann an einem rückwärtigen Endbereich des CUC in einer Richtung angeordnet sein, in der das Abgas fließt.
  • In einem anderen Aspekt kann der CUC gebildet werden durch Stapeln des Zeoliths, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2, worin Pt getragen ist, in einer vertikalen Richtung, in die das Abgas fließt.
  • Ein Nachbehandlungsverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist konfiguriert, zum Steuern eines Nachbehandlungssystems, das mit einem Drei-Wege-Katalysator (TWC), einem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und einem CO-Reinigungskatalysator (CUC) bei einem Auspuffrohr, durch das ein Abgas fließt, ausgestattet ist, worin der CUC einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2 enthält, worin Pt getragen ist, und worin ein Gewichtsverhältnis des CeO2 zu einem Gesamtgewicht von CUC 30 bis 70 Gew.% ist, so daß der CUC NH3 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt und NH3 während einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann enthalten: Betrieb eines Motors bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis; Berechnen einer Menge von NH3, die im SCR-Katalysator gespeichert ist, Berechnen einer Menge von NOx, das in den SCR-Katalysator fließt; Bestimmung, ob eine Umwandlung in ein reiches Luft/Kraftstoffverhältnis wünschenswert oder notwendig ist; Berechnen, wenn die Umwandlung in das reiche Luft/Kraftstoffverhältnis wünschenswert oder notwendig ist, einer reichen Dauer, für die das reiche Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechterhalten wird, und eines Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnisses; und Betrieb des Motors bei dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis für die reiche Dauer.
  • Die reiche Dauer kann berechnet werden entsprechend dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis und einer Temperatur des CUC.
  • Die Dauer des reichen Verhältnisses kann so berechnet werden, daß eine Gleitmenge NH3, das bei einem Abwärtsstrom des CUC akkumuliert ist, während der reichen Dauer kleiner oder gleich einem bestimmten Wert ist, wenn der Motor während der reichen Dauer bei dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird.
  • Der CUC kann 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen dieser Offenbarung kann das CO, das von dem TWC freigesetzt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis reich eingestellt wird, zum Erzeugen von NH3, und das NH3, das von dem SCR-Katalysator freigesetzt wird, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators höher oder gleich ist wie eine bestimmte Temperatur, durch Anordnen des CUC an einem rückwärtigen Endbereich des Nachbehandlungssystems gereinigt werden.
  • Weil die reiche Dauer entsprechend der Temperatur des CUC und des Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnisses eingestellt werden kann, ist es zusätzlich weiterhin möglich, die NH3-Erzeugung zu erhöhen oder zu maximieren, während das CO und NH3 reduziert werden, die aus dem Motor nach außen abgelassen werden.
  • Zusätzlich sollten andere Wirkungen der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung direkt oder implizit in der hierin angegebenen Beschreibung beschrieben sein. Verschiedene Wirkungen, die gemäß den Ausführungsbeispielen dieser Offenbarung erzielt werden, sind in der hier angegebenen Beschreibung enthalten.
  • Weitere Anwendungsgebiete werden aufgrund der hierin angegebenen Beschreibung ersichtlich. Es ist zu verstehen, daß die Beschreibung und spezifischen Beispiele der Erläuterung dienen und nicht den Umfang dieser Offenbarung beschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Damit diese Offenbarung gut verstanden werden kann, erfolgt nun eine Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf beispielsweise die beigefügten Zeichnungen, worin bedeuten:
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung;
    • 2 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
    • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems einer anderen Form dieser Offenbarung;
    • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung;
    • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung;
    • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung;
    • 7 erläutert eine Form eines CUC gemäß einer Form dieser Offenbarung;
    • 8 erläutert eine andere Form eines CUC gemäß einer Form dieser Offenbarung;
    • 9 erläutert eine andere Form eines CUC gemäß einer Form dieser Offenbarung;
    • 10 erläutert eine andere Form enges CUC gemäß einer Form dieser Offenbarung;
    • 11 ist ein Diagramm, das Konzentrationen von Stickoxid, NOx und NH3 erläutert, die im Abgas an einer Abwärtsseite eines CUC im Vergleichsbeispiel 1 enthalten sind, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird;
    • 12 ist ein Diagramm, das Konzentrationen von Stickoxid, NOx und NH3 erläutert, die im Abgas an einer Abwärtsseite eines CUC im Beispiel 1 enthalten sind, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird;
    • 13 ist ein Diagramm, das Konzentrationen von Stickoxid, NOx und NH3 erläutert, die im Abgas an einer Abwärtsseite eines CUC im Vergleichsbeispiel 2 enthalten sind, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird;
    • 14 ist ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form dieser Offenbarung; und
    • 15 ist ein Fließdiagramm eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einer Form dieser Offenbarung.
  • Es ist zu verstehen, daß die oben angegebenen Zeichnungen nicht notwendigerweise den Maßstab wiedergeben, wobei eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen angegeben wird, die für die Grundprinzipien dieser Erfindung erläuternd sind. Die spezifischen Merkmale dieser Offenbarung, einschließlich beispielsweise spezifische Dimensionen, Orientierungen, Stellen und Formen werden teilweise durch die besondere beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung und sollen nicht den Umfang dieser Erfindung in irgendeiner Weise beschränken.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung erfolgt lediglich beispielhaft und soll nicht diese Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen beschränken. Es ist zu verstehen, daß in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile und Merkmale darstellen.
  • Die hierin verwendete Terminologie soll nicht beschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ ebenfalls die Pluralformen enthalten, solange der Kontext nicht klar etwas anderes anzeigt. Es ist weiter zu verstehen, daß die Ausdrücke „enthält“ und/oder „enthaltend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Betriebsschritte, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder die Zugabe von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsschritten, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ irgendwelche und alle Kombinationen von dem einen oder den mehreren der angegebenen Merkmale. Der Ausdruck „gekuppelt“ bezeichnet eine physikalische Beziehung zwischen zwei Komponenten, wobei die Komponenten entweder direkt oder indirekt aneinander über eine oder mehrere Zwischenkomponenten verbunden sind.
  • Es ist zu verstehen, daß der Ausdruck „Fahrzeug“, „Fahrzeuge“, Auto oder ähnliche andere Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Motorfahrzeuge im allgemeinen wie Passagier-Automobile, einschließlich Geländewagen (SUV), Busse, Trucks, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen enthalten und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Hybridfahrzeuge, Wasserstoff-angetriebene Fahrzeuge und andere alternative Brennstoff-Fahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, die von anderen Ressourcen als Petroleum stammen) enthalten.
  • Zusätzlich ist zu verstehen, daß eines oder mehrere der unten angegebenen Verfahren oder Aspekte davon durch zumindest einen Controller entfaltet werden können. Der Ausdruck „Controller“ kann eine Hardware-Vorrichtung betreffen, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist konfiguriert, zum Speichern von Programminstruktionen, und der Prozessor ist spezifisch programmiert, zum Ausüben der Programminstruktionen, zum Durchführen von einem oder mehreren Verfahren, die weiter unten beschrieben sind. Weiterhin ist zu verstehen, daß die unten angegebenen Verfahren durch ein System ausgeübt werden können, das das Steuergerät enthält, wie detailliert unten beschrieben wird.
  • Weiterhin kann das Steuergerät (Controller) dieser Offenbarung als nicht-vorübergehende Computer-lesbare Medien mit ausführbaren Programminstruktionen, die durch einen Prozessor oder dergleichen ausgeführt werden, dargestellt werden kann. Beispiele der Computer-lesbaren Medien enthalten ohne Beschränkung ROM, RAM, Kompakt-Disc (CD)-ROMs, Magnetscheiben, Floppy-Disks, Flash-Driver, Smart-Card und optische Datenspeicher-Vorrichtungen. Die Computer-lesbaren Aufzeichnungsmedien können ebenfalls in einem Computernetzwert verteilt werden, so daß die Programminstruktionen gespeichert und in einer verteilten Art und Weise ausgeübt werden, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder ein Controller-Area-Network (CAN).
  • Nachfolgend werden Formen dieser Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form dieser Offenbarung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, enthält ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Form dieser Offenbarung einen Motor 10, ein Auspuffrohr 20, einen Drei-Wege-Katalysator (TWC) 30, einen Teilchenfilter (GPF) 40, einen selektiven katalytischen Reinigungskatalysator (SCR) 50 und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC) 60.
  • Der Motor 10 verbrennt eine Luft/Kraftstoffmischung, zum Umwandeln von chemischer Energie in mechanische Energie. Der Motor 10 ist mit einem Ansaugkrümmer 16 verbunden, damit Luft in eine Verbrennungskammer 12 gelangt. Ein Abgas, erzeugt im Verbrennungsprozeß, wird in einem Auspuffkrümmer 18 gesammelt und fließt dann aus dem Motor 10 heraus. Die Verbrennungskammer 12 ist mit einer Zündkerze 14 ausgerüstet, zum Entzünden der Luft/Kraftstoffmischung innerhalb der Verbrennungskammer 12. Der Motor 10 kann ein Benzinmotor sein. In Abhängigkeit von den Typen des Benzinmotors kann Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 12 injiziert werden oder das Luft/Kraftstoffgemisch kann zu der Verbrennungskammer 12 über den Ansaugkrümmer 16 zugeführt werden.
  • Das Auspuffrohr 20 ist mit dem Auspuffkrümmer 18 verbunden, zum Abgeben des Abgases aus dem Motor nach außen. Das Auspuffrohr 20 ist mit dem TWC 30, dem Teilchenfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60 ausgerüstet, zum Reinigen oder Entfernen der Emission und von teilchenförmigen Stoffen, die im Abgas enthalten sind.
  • Der TWC 30 ist an dem Auspuffrohr 20 angeordnet, durch das das Abgas, das von dem Motor 10 abgelassen ist, fließt, und schädliche Materialien, einschließlich CO, HC und NOx, die im Abgas enthalten sind, werden in harmlose Komponente durch eine Oxidationsreaktion im TWC 30 umgewandelt. Insbesondere kann der TWC 30 das NOx, das im Abgas enthalten ist, in NH3 bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis (AFR) reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt kann der TWC 30 nicht das CO im Abgas ausreichend reinigen und kann das CO von diesem freisetzen. Zusätzlich oxidiert der TWC 30 das CO und HC, die im Abgas bei einem mageren AFR enthalten sind. Weil der TWC 30 einem Fachmann gut bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung hiervon weggelassen.
  • Der Teilchenfilter 40 wird auf dem Auspuffrohr 20 bei einer Abwärtsseite des TWC 30 befestigt, fängt die teilchenförmigen Stoffe, die im Abgas enthalten sind, ein und verbrennt die teilchenförmigen eingefangenen Stoffe. Der Teilchenfilter 40 ist mit Einlaßzellen und Auslaßzellen versehen, die alternierend in einem Gehäuse angeordnet sind, und eine Wand ist zwischen der Einlaßzelle und der Auslaßzelle angeordnet. Die Einlaßzelle hat ein Ende, das geöffnet ist, und das andere Ende, das blockiert ist, und die Auslaßzelle hat ein Ende, das blockiert ist und ein anderes Ende, das geöffnet ist. Das Abgas fließt in den Teilchenfilter 40 durch das geöffnete Ende der Einlaßzelle, fließt zu der Auslaßzelle durch die Wand und fließt aus dem Teilchenfilter 40 nach draußen durch das geöffnete Ende der Auslaßzelle. Wenn das Abgas durch die Wand geleitet wird, wird der Teilchenfilter, der in dem Abgas enthalten ist, nicht durch die Wand geleitet und verbleibt in der Einlaßzelle.
  • Der SCR-Katalysator 50 ist auf dem Auspuffrohr 20 bei einer Abwärtsseite des Teilchenfilters 40 befestigt. Der SCR-Katalysator 50 speichert das NH3, das im TWC 30 bei dem reichen AFR erzeugt ist, und reduziert das NOx, das im Abgas enthalten ist, unter Verwendung des gespeicherten NH3 bei dem mageren AFR. Dieser Typ von SCR-Katalysator 50 kann als SCR-Katalysator 50 vom passiven Typ bezeichnet werden.
  • Der SCR-Katalysator 50 kann sich aus einem oder aus einer Kombination eines Zeolith-Katalysators und eines Metallkatalysators, der in einem porösen Al2O3 getragen ist, zusammensetzen. Zumindest eines von Cu, Pt, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cs und Ga kann in dem Zeolith-Katalysator Ionen-ausgetauscht sein. In dem Metallkatalysator, der in dem porösen Al2O3 getragen ist, kann zumindest ein Metall unter Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn und Ag in dem porösen Al2O3 getragen sein.
  • Der CUC 60 ist bei dem Abgasrohr 20 an einer Abwärtsseite des SCR-Katalysators 50 befestigt. Der CUC 60 reinigt das CO, das im Abgas enthalten ist. Insbesondere wenn das AFR reich ist, kann das CO von dem TWC 30 freigesetzt werden, und der CUC 60 wird an dem rückwärtigen Endbereich des Nachbehandlungssystems befestigt, zum Verhindern oder Inhibieren, daß das CO nach außen aus dem Fahrzeug abgelassen wird. Ebenfalls oxidiert der CUC 60 das NH3, das im Abgas enthalten ist, in N2-Gas bei dem mageren AFR. Weiterhin kann der CUC 60 das NH3, das im Abgas enthalten ist, während einer Verzögerungszeit bei dem reichen AFR reinigen. Daher kann der CUC 60 während der Verzögerungszeit das NH3 reinigen, das von dem SCR-Katalysator 50 bei einer hohen Temperatur/hohen Beladungsbedingung freigesetzt wird. Die Verzögerungszeit betrifft eine Menge eines Sauerstoff-Speichermaterials, das im CUC 60 enthalten ist.
  • Das CUC 60 enthält einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2, worin Pt getragen ist. Zusätzlich enthält der Zeolith weiterhin Pt, das darin Ionen-ausgetauscht ist. Im größeren Detail enthält der CUC 60 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC.
  • Das Additiv wird zugegeben zur Verbesserung der Leistung des CeO2 und enthält zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Der CUC 60 setzt sich hauptsächlich aus Pt-CeO2 und Cu/Fe-Zeolith zusammen. Pt fungiert zum Oxidieren des CO und des NH3, und das CeO2 enthält das Sauerstoff-Speichermaterial, so daß das CeO2 die Oxidation des CO und des NH3 bei niedriger Temperatur bei dem reichen AFR unterstützt. Zu diesem Zweck kann das CeO2 zwischen 30 und 70 %, jeweils inklusive, eines Gesamtgewichtes des CUC 60 sein. Zusätzlich oxidiert der Cu/Fe-Zeolith das NH3 in N2-Gas bei dem mageren AFR.
  • Der CUC 60 kann verschiedene Formen aufweisen. In einer Form, wie in 7 gezeigt ist, wird der CUC 60 gebildet durch gleichmäßiges Mischen des Zeoliths, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und des CeO2, worin das Pt getragen ist. In einer anderen Form, wie in 8 gezeigt, ist der Zeolith, worin das Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, an einem vorderen Endbereich des CUC 60 angeordnet, und das CeO2, worin das Pt getragen ist, ist an einem rückwärtigen Endbereich des CUC 60 in einer Richtung angeordnet, in die das Abgas fließt. In einer anderen Form, wie in 9 gezeigt, wird der CUC 60 gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln des Zeoliths, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und des CeO2, worin das Pt getragen ist, in einer vertikalen Richtung, in die das Abgas fließt. In einer anderen Form wird, wie in 10 gezeigt, der CUC 60 gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln des CeO2, worin das Pt getragen ist, und des Zeoliths, in dem Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, in vertikaler Richtung, in die das Abgas fließt.
  • Das Abgasrohr 20 kann mit einer Vielzahl von Sensoren 32, 34, 62 und 64 zum Ermitteln des AFR des Abgases und für den Betrieb der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 ausgerüstet sein.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 32 ist auf dem Abgasrohr 20 bei einer Aufwärtsseite des TWC 30 befestigt, ermittelt die O2-Konzentration im Abgas an der Aufwärtsseite des TWC 30 und transmittiert ein Signal, das diesem entspricht, zu einem Controller 90.
  • Ein zweiter Sauerstoffsensor 34 ist auf dem Abgasrohr 20 an der Abwärtsseite des TWC 30 befestigt, ermittelt die O2-Konzentration im Abgas an der Abwärtsseite des TWC 30 und transmittiert ein Signal, das diesem entspricht, zum Controller 90.
  • Ein erster Temperatursensor 62 ist auf dem Abgasrohr 20 an einer Aufwärtsseite des SCR-Katalysators 50 befestigt, ermittelt eine Temperatur des Abgases an der Aufwärtsseite des SCR-Katalysators 50 und transmittiert ein Signal, das diesem entspricht, zum Controller 90.
  • Ein zweiter Temperatursensor 64 ist auf dem Abgasrohr 20 bei der Abwärtsseite des SCR-Katalysators 50 befestigt, ermittelt die Temperatur des Abgases an der Abwärtsseite des SCR-Katalysators 50 und transmittiert ein Signal, das diesem entspricht, zum Controller 90.
  • Zusätzlich zu den Sensoren 32, 34, 62 und 64, die hierin beschrieben sind, kann das Nachbehandlungssystem weiterhin verschiedene Sensoren enthalten. Beispielsweise können zusätzliche Temperatursensoren auf dem Abgasrohr 20 an der Aufwärtsseite und der Abwärtsseite des TWC 30 befestigt sein, zum Ermitteln der Temperatur des Abgases an der Aufwärtsseite und der Abwärtsseite des TWC 30. Zusätzlich kann, wie in 14 gezeigt ist, das Nachbehandlungssystem weiterhin ein Luftfluß-Meßgerät 66 enthalten. Weiterhin kann das Nachbehandlungssystem weiterhin einen NOx-Sensor, einen HC-Sensor oder CO-Sensor enthalten, die auf dem Abgasrohr 20 befestigt sind, und die Konzentration der Emission, die im Abgas enthalten ist, kann über diese Sensoren ermittelt werden.
  • Der Controller 90 ist elektrisch mit den Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 verbunden, unter Erhalt der Signale, die den ermittelten Werten durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 entsprechen, und bestimmt die Antriebsbedingung des Fahrzeuges, das AFR und die Temperatur der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 auf der Basis der Signale. Der Controller 90 kann den Zündzeitpunkt, Kraftstoff-Injektionszeitpunkt, Brennstoffmenge, etc. steuern durch Steuern des Motors 10 auf der Basis der Ermittlungsergebnisse. Der Controller 90 kann mit zumindest einem Prozessor implementiert sein, der durch ein bestimmtes Programm ausgeübt wird, und das bestimmte Programm kann programmiert sein, um jeden Schritt bei einem Nachbehandlungsverfahren gemäß einer Form dieser Offenbarung durchzuführen.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem, das in 2 gezeigt ist, ist eine Modifizierung des Nachbehandlungssystems, das in 1 gezeigt ist.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist das Nachbehandlungssystem einer anderen Form dieser Offenbarung mit dem TWC 30, einem zusätzlichen TWC 70, dem Teilchenfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60 ausgerüstet, die nacheinander an dem Abgasrohr 20 angeordnet sind. Weil der TWC 30, der Teilchenfilter 40, der SCR-Katalysator und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Der zusätzliche TWC 70 ist auf dem Abgasrohr 20 zwischen dem TWC 30 und dem Teilchenfilter 40 angeordnet. Der zusätzliche TWC 70 hat grundsätzlich die gleiche Funktion wie der TWC 30. Mit anderen Worten wandelt der zusätzliche TWC 70 schädliche Materialien, einschließlich dem CO, HC und NOx, die in dem Abgas enthalten sind, in harmlose Komponente durch Oxidations-Reduktionsreaktion um. Zusätzlich erhöht der zusätzliche TWC 70 die Menge an NH3, das zum SCR-Katalysator 50 geführt wird, indem das NOx, das im Abgas enthalten ist, in NH3 reduziert wird, wenn das AFR reich ist. Insbesondere kann ein Einfangkatalysator (LNT) für mageres NOx weiter in dem zusätzlichen TWC 70 und dem TWC 30 beschichtet sein. Der LNT-Katalysator absorbiert das NOx bei dem magern AFR und läßt das absorbierte NOx frei und reduziert das freigesetzte NOx in N2-Gas oder NH3 bei dem reichen AFR. Somit unterstützt der LNT-Katalysator den TWC mit geringer NOx-Reinigungsleistung bei dem mageren AFR. Der LNT-Katalysator enthält zumindest einen oder eine Kombination aus einem Alkalimetall, einschließlich K, Na, Li und Cs, einem Erdalkalimetall, einschließlich Ba und Ca, einem SeltenerdMetall, einschließlich Ir und La, und Edelmetall, einschließlich Pt, Pd und Rh.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem, das in 3 gezeigt ist, verwendet einen TWC 30', beschichtet mit dem LNT-Katalysator, anstelle des TWC 30 im Nachbehandlungssystem gemäß 1. Weil das Nachbehandlungssystem gemäß 1 und der TWC 30', beschichtet mit dem LNT-Katalysator, oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung hiervon weggelassen.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem gemäß 4 ist eine Modifizierung des Nachbehandlungssystems gemäß 1.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist das Nachbehandlungssystem gemäß der anderen Form dieser Offenbarung ausgerüstet mit dem TWC 30, einem Ammoniak-Produktionskatalysator (APU) 80, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60, die aufeinanderfolgend auf dem Abgasrohr 20 angeordnet sind. Weil der TWC 30, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 wie oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Der APC 80 ist an dem Abgasrohr 20 an einer Abwärtsseite des TWC 30 angeordnet. Der APC 80 speichert das NOx, das im Abgas bei dem mageren AFR enthalten ist, und erzeugt H2, zum Freisetzen des gespeicherten NOx und erzeugt NH3 unter Verwendung des freigesetzten NOx und des erzeugten H2.
  • Gemäß einem Aspekt enthält der APC 80 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 30 Gew.% CeO2, 48,7 bis 84,513 Gew.% eines Verbunds aus MgO und Al2O3 und 0 bis 5 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des APC 40.
  • In einem anderen Aspekt enthält der APC 80 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 25 Gew.% CeO2, 48,7 bis 79,513 Gew.% eines Verbunds aus MgO und Al2O3 und 0 bis 10 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des APC 40.
  • Das Additiv wird für die Leistungsverbesserung von CeO2 und Al2O3 zugegeben und enthält zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Das Pt, das im APC 80 enthalten ist, wirkt zum Oxidieren des NOx für das APC 80, zum Speichern von NOx. Zusätzlich erhöht das Pt eine Menge von H2, das im APC 80 erzeugt ist.
  • Das Pd, das im APC 80 enthalten ist, verbessert die Wärmeresistenz des APC 80. Weil der APC 80 in der Nähe des Motors 10 angeordnet ist, kann sich eine Temperatur des APC 80 auf 950°C erhöhen. Daher wird das Pd im APC 80 zugegeben, zur Verbesserung der Wärmeresistenz.
  • Zur Erhöhung der NH3-Erzeugung und der H2-Erzeugung kann ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd im APC 80 3:1 bis 7:1 sein. In einem Aspekt kann das Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd im APC 80 3:1 bis 5:1 sein.
  • Das Rh, das im APC 80 enthalten ist, reinigt das NOx, das im Abgas enthalten ist, bei einem stöchiometrischen AFR.
  • Ba und CeO2, die im APC 80 enthalten sind, sind konfiguriert zum Speichern des NOx in der Nitrat-Form.
  • Zusätzlich erhöht das CeO2 die H2-Erzeugung. Wenn der APC 80 große Mengen an CeO2 enthält, kann das erzeugte NH3 reoxidiert werden. Somit kann der APC 80 10 bis 30 Gew.% CeO2 auf der Basis eines Gesamtgewichtes des APC 80 enthalten.
  • Der Verbund aus MgO und Al2O3, die im APC 80 enthalten sind, fungiert als Substrat. Der Verbund aus MgO und Al2O3 kann 15 bis 25 Gew.% MgO auf der Basis des Gesamtgewichtes des Verbunds von MgO und Al2O3 enthalten. Das MgO verstärkt die thermische Stabilität von Ba.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form dieser Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem gemäß 5 ist eine Modifizierung des Nachbehandlungssystems gemäß 4.
  • Wie in 5 gezeigt ist, ist das Nachbehandlungssystem der anderen Form dieser Offenbarung ausgerüstet mit dem TWC 30, dem Teilchenfilter 40, den APC 80, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60, die nacheinander auf dem Abgasrohr 20 angeordnet sind. Weil der TWC 30, der Teilchenfilter 40, der APC 80, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems einer anderen Form dieser Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem gemäß 6 ist eine Modifizierung des Nachbehandlungssystems gemäß 4.
  • Wie in 6 gezeigt ist, ist das Nachbehandlungssystem gemäß der anderen Form dieser Offenbarung ausgerüstet mit dem TWC 30, dem APC 80, dem Teilchenfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60, die aufeinanderfolgend auf dem Abgasrohr 20 angeordnet sind. Weil der TWC 30, APC 80, Teilchenfilter 40, SCR-Katalysator 50 und CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Gemäß den Formen dieser Offenbarung ist der Katalysator (zum Beispiel der TWC, der zusätzliche TWC, LNT, APC, etc.), der das NH3 bei dem reichen AFR erzeugen kann, an einem vorderen Endbereich des Nachbehandlungssystems angeordnet, der SCR-Katalysator, der das NH3 speichert und das NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reinigt, ist an einem mittleren Bereich des Nachbehandlungssystems angeordnet, und der CUC ist an dem rückwärtigen Endbereich des Nachbehandlungssystems angeordnet. Daher kann die Reinigungsleistung für die Emissionen, die im Abgas enthalten sind, verbessert werden.
  • (Beispiele)
  • Nachfolgend wird die Leistung des CUC 60 durch verschiedene Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Zusammensetzungen der verschiedenen Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in [Tabelle 1] gezeigt. [Tabelle 1]
    Pt (Gew.%) Cu (Gew.%) Fe (Gew.%) Zeolith (Gew.%) CeO2 (Gew.%) Additiv (Gew.%)
    Beispiel 1 0,3 0,5 0,5 40 50 8,7
    Vergleichsbeispiel 1 0,1 1 1 80 0 17, 9
    Vergleichsbeispiel 2 0,2 0 0 0 80 19,8
  • (Testverfahren)
  • Der TWC 30 und CUC 60 sind aufeinanderfolgend auf dem Abgasrohr 20 angeordnet und ein 2,0 1 4-Zylinder, Magergas-Benzinmotor ist mit dem Abgasrohr 20 für die Alterungsbehandlung verbunden. Die Alterungsbehandlung wird 50 Stunden bei 1000°C auf der TWC 30-Basis und 700°C auf der CUC 60-Basis durchgeführt.
  • Der gealterte CUC 60 wird zu 1-Inch-Durchmesser und 1-Inch-Länge zum Kreieren einer CUC-Probe geschnitten, und die CUC-Probe wird mit einer Mager-Reich-Gaszufuhr-Vorrichtung verbunden. Die Mager-Reich-Gaszufuhr-Vorrichtung ist eine Vorrichtung, die Gas mit einer Zusammensetzung, die ähnlich ist wie die Abgaszusammensetzung, an der Abwärtsseite des SCR-Katalysators 50 zuführt.
  • Während die Konzentration des NH3, das im Gas enthalten ist, auf 10 ppm unter Verwendung der Mager-Reich-Gaszufuhr-Vorrichtung gehalten wird, wird das AFR 15 Sekunden reich (A = 0,97) gehalten, nachdem es mager (A = 2,0) für 15 Sekunden gehalten ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Konzentrationen von N2O, NOx und NH3, die im Gas enthalten sind, an der Abwärtsseite des CUC 60 gemessen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur des CUC 60 auf 250°C eingestellt.
  • 11 ist ein Diagramm, das die Konzentrationen von Distickoxid, NOx und NH3, die im Abgas enthalten sind, an einer Abwärtsseite eines CUC im Vergleichsbeispiel 1 erläutert, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird; 12 ist ein Diagramm, das Konzentrationen von Distickoxid, NOx und NH3, die im Abgas enthalten sind, an einer Abwärtsseite eines CUC in Beispiel 1 erläutert, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird; und 13 ist ein Diagramm, das Konzentrationen von Distickoxid, NOx und NH3, die im Abgas enthalten sind, bei einer Abwärtsseite eines CUC im Vergleichsbeispiel 2 erläutert, wenn der Motor bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird.
  • In den 11 bis 13 bedeutet eine gestrichelte Linie die Konzentration von N2O, eine alternierende Linie mit langen und kurzen Strichen bedeutet die Konzentration von NOx und eine durchgezogene Linie bedeutet die Konzentration von NH3.
  • Wie in 11 gezeigt ist, enthält Vergleichsbeispiel 1 nur Pt/Cu/Fe-Zeolith, der ausreichend NH3 bei dem mageren AFR oxidiert. Weil die Konzentrationen von N2O des NOx bei einem mageren AFR niedrig sind, kann geschlossen werden, daß das NH3 zu N2-Gas oxidiert wird. Weil das Vergleichsbeispiel 1 nicht das Pt-CeO2 enthält, oxidiert Vergleichsbeispiel 2 nicht, sondern läßt das NH3 zur Abwärtsseite des CUC 60 an dem reichen AFR frei.
  • Wie in 12 gezeigt ist, oxidiert Beispiel 1, weil es den Cu/Fe-Zeolith und das Pt-CeO2 enthält, ausreichend das NH3 bei dem mageren AFR und kann NH3 während einer verzögerten Zeit T1 bei dem reichen AFR oxidieren. Weil die Konzentrationen von N2O und NOx niedrig sind im mageren AFR, kann geschlossen werden, daß das NH3 in N2-Gas oxidiert wird. Ebenfalls gleitet das NH3 während der Verzögerungszeit T1 bei dem reichen AFR nicht heraus, sondern das O2, das im Sauerstoff-Speichermaterial des CUC 60 gespeichert wird, wird geflutet, und somit beginnt das NH3 herauszugleiten, wenn die Verzögerungszeit T1 verstreicht. Wenn daher eine reiche Dauer, während der der Motor bei dem reichen AFR betrieben wird, auf gleich oder etwas größer als die Verzögerungszeit T1 eingestellt wird, kann die Menge an NH3, das von dem CUC 60 herausgleitet, weniger sein als ein regulierter Wert. Die Verzögerungszeit T1 ist etwa 7 bis 8 Sekunden.
  • Wie in 13 gezeigt ist, oxidiert Vergleichsbeispiel 2, weil es nur das Pt-CeO2 enthält, ausreichend das NH3 bei dem mageren AFR. Jedoch oxidiert Vergleichsbeispiel 2 nicht nur das NH3 in N2-Gas, sondern oxidiert ebenfalls das NH3 in N2O oder NOx. Weil das N2O oder das NOx, erzeugt durch Oxidation von NH3, nicht nach außen aus dem Fahrzeug abgelassen werden sollte, muß ein katalytischer Konverter, der das N2O und NOx reinigen kann, an der Abwärtsseite des CUC 60 angeordnet sein, wenn der CUC 60 gemäß Vergleichsbeispiel 2 verwendet wird. Ebenfalls gleitet das NH3 während einer Verzögerungszeit T2 bei dem reichen AFR nicht heraus, sondern das O2, das im Sauerstoff-Speichermaterial des CUC 60 gespeichert ist, wird geflutet, und somit beginnt das NH3 herauszugleiten, wenn die Verzögerungszeit T2 verstreicht. Weil auf der anderen Seite die Menge an CeO2, das im Vergleichsbeispiel 2 enthalten ist, größer ist als die Menge des CeO2, das im Beispiel 1 enthalten ist, ist die Verzögerungszeit T2 etwas länger als die Verzögerungszeit T1.
  • 14 ist ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystem entsprechend einer Form dieser Offenbarung.
  • 14 erläutert ein einfaches Beispiel des Eingangs und des Ausgangs des Controllers 90, zum Implementieren des Nachbehandlungssystems gemäß den Formen dieser Offenbarung. Es ist zu verstehen, daß der Eingang und der Ausgang des Controllers 90 gemäß den Formen dieser Offenbarung nicht auf das Beispiel gemäß 14 beschränkt sind.
  • Wie in 14 gezeigt ist, ist der Controller 90 elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Sauerstoffsensor 32 und 24, dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 62 und 64 und dem Luftfluß-Meßgerät 66 verbunden und empfängt die Signale, die den Werten entsprechen, die durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 ermittelt sind.
  • Der erste Sauerstoffsensor 32 ermittelt die Konzentration des O2, das im Abgas bei der Aufwärtsseite des TWC 30 enthalten ist, und transmittiert das Signal, das dieser entspricht, zum Controller 90. Der zweite Sauerstoffsensor 34 ermittelt die Konzentration von Sauerstoff, der im Abgas an der Abwärtsseite des TWC 30 enthalten ist, und transmittiert das entsprechende Signal zum Controller 90. Der Controller 90 kann bestimmen, ob TWC 30 normal arbeitet auf der Basis der Signale des ersten und des zweiten Sauerstoffsensors 32 und 34, und führt eine Luft/Kraftstoffverhältnis-Steuerung des Motors 10 durch.
  • Der erste Temperatursensor 62 ermittelt die Temperatur des Abgases an der Aufwärtsseite des SCR-Katalysators 50 und transmittiert das entsprechende Signal zum Controller 90. Der zweite Temperatursensor 64 ermittelt die Temperatur des Abgases an der Abwärtsseite des SCR-Katalysators 50 und transmittiert das entsprechende Signal zum Controller 90. Der Controller 90 kann die Temperaturen von TWC 30, dem Teilchenfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und CUC 60 auf der Basis der Signale des ersten und des zweiten Temperatursensors 62 und 64 berechnen.
  • Das Luftflußmeßgerät 66 ist auf einem Aufnahmerohr oder Aufnahmeleitung befestigt, zum Ermitteln der Menge der Luft, die in das Aufnahmesystem fließt, und transmittiert das entsprechende Signal zum Controller 90.
  • Der Controller 90 steuert den Vorgang des Motors 10 auf der Basis der Werte, die durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 ermittelt sind. Das heißt, der Controller 90 kann die Kraftstoff-Injektionsmenge einstellen, zum Einstellen des Ziel-AFR, und kann die Zündzeit zum Aufwärmen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 verzögern.
  • 15 ist ein Fließdiagramm eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einer Form dieser Offenbarung.
  • Wie in 15 gezeigt ist, berechnet, wenn der Motor 10 beim Schritt S110 gestartet wird, der Controller 90 die Temperaturen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60. Zum Durchführen des Nachbehandlungsverfahrens gemäß der Form dieser Offenbarung müssen die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 aktiviert sein. Demzufolge wärmt der Controller 90 die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 beim Schritt S120 auf, wenn die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 nicht aktiviert sind. Das heißt die Zündzeit wird verzögert oder die Menge der Kraftstoffinjektion erhöht sich, unter Erhöhung der Temperatur des Abgases.
  • Wenn das Aufwärmen des Katalysators 30, 40, 50 und 60 vollendet ist, betreibt der Controller 90 den Motor 10 bei dem mageren AFR beim Schritt S130. Daher reinigt der TWC 30 das CO und HC, die im Abgas enthalten sind, und der Teilchenfilter 40 sammelt die teilchenförmigen Stoffe, die im Abgas enthalten sind.
  • Der Controller 90 berechnet die Menge von NH3, der im SCR-Katalysator 50 gespeichert ist, beim Schritt S140. Das heißt, die Menge von NH3, das im SCR-Katalysator 50 gespeichert ist, wird auf der Basis der Betriebshistorie des Motors 10, der Temperaturhistorie des SCR-Katalysator 50 und dergleichen berechnet.
  • Der Controller 90 berechnet ebenfalls die Menge an NOx, das in den SCR-Katalysator 50 beim Schritt S150 fließen soll. Die Menge an NOx, erzeugt im Motor 10, wird auf der Basis eines Verbrennungszustandes (zum Beispiel Verbrennungstemperatur, Verbrennungsdruck, Luftmenge, Kraftstoffmenge, etc.) des Motors 10 berechnet, und die Menge an NOx, das vom TWC 10 herausgleitet, wird auf der Basis des AFR des Abgases, der Temperatur des TWC 30, etc. berechnet.
  • Danach bestimmt der Controller 90, ob der SCR-Katalysator 50 das NOx beim Schritt S160 reinigen kann. Das heißt es wird bestimmt, ob die Menge von NOx, das im SCR-Katalysator 50 gespeichert ist, ausreichend ist, um das NOx, das in den SCR-Katalysator 50 fließt, zu reinigen.
  • Wenn der SCR-Katalysator 50 das NOx beim Schritt S160 reinigen kann, beendet der Controller 90 das Nachbehandlungsverfahren gemäß dieser Form dieser Offenbarung. In diesem Fall wird der Motor 10 bei dem mageren AFR betrieben.
  • Wenn der SCR-Katalysator 50 nicht in der Lage ist, das NOx (das heißt die Menge an NH3, das im SCR-Katalysator 50 gespeichert ist, ist nicht ausreichend zum Reinigen des NOx, das in den SCR-Katalysator 50 fließt) beim Schritt S160 zu reinigen, berechnet der Controller 90 die reiche Dauer und das Ziel-AFR für die Erzeugung von NH3 beim Schritt S170. Wie vorher erwähnt, beginnt das NH3 von dem CUC 60 herauszugleiten, nachdem die Verzögerungszeit T1 bei dem reichen AFR verstrichen ist. Zur Verminderung der Menge von NH3, die von dem CUC 60 herausgeglitten ist, ist es gewünscht, die Zahl der Male zum Eintreten des reichen AFR unter Reduktion der reichen Dauer zu erhöhen. Somit kann die reiche Dauer so berechnet werden, daß dann, wenn die Herausgleitmenge des NH3, akkumuliert an der Abwärtsseite des CUC 60, unterhalb eines bestimmten Wertes ist, wenn der Motor für die reiche Dauer bei dem Ziel-AFR betrieben wird. Zusätzlich kann das Ziel-AFR durch einen Fachmann eingestellt werden, zur Verbesserung der Leistung des Nachbehandlungssystems, während der Kraftstoffverbrauch reduziert wird. Beispielsweise kann das Ziel-AFR 0,97 sein, das ein leicht reiches AFR ist, aber ist nicht hierauf beschränkt. Ebenfalls variiert die Menge von NH3, das von dem CUC 60 herausgleitet, mit der Temperatur des CUC 60. Daher kann die reiche Dauer berechnet werden gemäß dem Ziel-AFR und der Temperatur des CUC 60. Die reiche Dauer kann gleich oder etwas größer sein als die Verzögerungszeit T1 des CUC 60.
  • Wenn die reiche Dauer und das Ziel-AFR bei dem Schritt S170 berechnet werden, betreibt der Controller 90 den Motor 10 bei dem Ziel-AFR für die reiche Dauer bei dem Schritt S180. Das heißt durch Antreiben des Motors 10 bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis während der reichen Dauer erzeugt TWC 30 NH3, während die Menge an CO und NH3, das in den CUC 60 hereingleitet, reduziert wird. Das heißt durch Betreiben des Motors 10 bei dem reichen AFR für die reiche Dauer erzeugt der TWC 30 das NH3, während die Menge an CO und NH3, das von dem CUC 60 herausgleitet, reduziert wird.
  • Nach Durchführen des Schritts S180 geht der Controller 90 zum Schritt S130 zurück und betreibt den Motor 10 bei dem mageren AFR. Selbst wenn der Motor 10 bei dem Ziel-AFR für die reiche Dauer betrieben wird, kann die NH3-Erzeugung nicht ausreichend sein, zum Reinigen von NOx, das in den SCR-Katalysator 50 fließt (das heißt die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 50 fließt, ist größer als die Menge an NOx, das durch die NH3-Erzeugung für die reiche Dauer gereinigt werden kann). Demzufolge betreibt der Controller 90 den Motor bei dem mageren AFR für eine bestimmte Zeit und führt dann den Schritt S140 bis zum Schritt S180 erneut durch. Wenn ausreichendes NH3 erzeugt wird, zum Reinigen des NOx, das in den SCR-Katalysator 50 fließt, wird das Nachbehandlungsverfahren beim Schritt S160 beendet.
  • Während diese Offenbarung unter Bezugnahme auf praktische Formen beschrieben ist, ist zu verstehen, daß diese Offenbarung nicht hierauf beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen beinhalten soll, die im Rahmen und Umfang dieser Offenbarung enthalten sind.

Claims (20)

  1. Ein CO-Reinigungskatalysator (CUC), enthaltend einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2, worin Pt getragen ist, worin ein Gewichtsverhältnis von CeO2 zu einem Gesamtgewicht des CUC 30 bis 70 Gew.% ist, so daß der CUC das NH3 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt und NH3 während einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt.
  2. CUC nach Anspruch 1, enthaltend 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC.
  3. CUC nach Anspruch 2, worin das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthält.
  4. Nachbehandlungssystem, enthaltend: ein Abgasrohr, durch das ein Abgas fließt; einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), der auf dem Abgasrohr befestigt ist, wobei HC und CO, die im Abgas enthalten sind, bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis oxidiert werden, und NH3 unter Verwendung von NOx, das im Abgas enthalten ist, bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis erzeugt wird; einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, der auf dem Abgasrohr an einer Abwärtsseite des TWC befestigt ist, wobei das NH3, das im TWC erzeugt ist, gespeichert wird, und NOx, das im Abgas enthalten ist, unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert wird; und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), der auf dem Abgasrohr bei einer Abwärtsseite des SCR-Katalysators befestigt ist, wobei das NH3, das im Abgas enthalten ist, bei dem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis gereinigt wird, das CO, das vom TWC herausgleitet oder in dem Abgas enthalten ist, bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis gereinigt wird und das NH3, das im Abgas enthalten ist, während einer Verzögerungszeit bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis gereinigt wird.
  5. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend einen Teilchenfilter, der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, worin der Teilchenfilter teilchenförmige Stoffe im Abgas einfängt.
  6. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Erzeugungskatalysator (APC), der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, worin der zusätzliche TWC oder APC weiter NH3 unter Verwendung des NOx, das im Abgas enthalten ist, bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis erzeugt.
  7. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, worin der APC 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 30 Gew.% CeO2, 48,7 bis 84,513 Gew.% einer Zusammensetzung aus MgO und Al2O3 und 0 bis 5 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des APC enthält.
  8. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, worin der APC 0,4 bis 0,9 Gew.% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew.% Pd, 0,03 bis 0,1 Gew.% Rh, 5,0 bis 15,0 Gew.% Ba, 10 bis 25 Gew.% CeO2, 48,7 bis 79,513 Gew.% eines Verbunds aus MgO und Al2O3 und 0 bis 10 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des APC enthält.
  9. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, worin ein magerer NOx-Einfang (LNT)-Katalysator weiterhin dem TWC oder dem zusätzlichen TWC beschichtet ist und worin der LNT-Katalysator das NOx, das im Abgas enthalten ist, bei dem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis absorbiert und das absorbierte NOx in N2-Gas oder NH3 bei dem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis freisetzt und reduziert.
  10. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, worin der CUC einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2 enthält, worin Pt getragen ist, und worin ein Gewichtsverhältnis des CeO2 zu einem Gesamtgewicht des CUC 30 bis 70 Gew.% ist.
  11. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, worin der CUC 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC, enthält.
  12. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 11, worin das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthält.
  13. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, worin der CUC gebildet ist durch gleichförmiges Mischen des Zeoliths, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und des CeO2, worin das Pt getragen ist.
  14. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, worin der Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, an einem vorderen Endbereich des CUC angeordnet ist und das CeO2, worin das Pt getragen ist, an einem rückwärtigen Endbereich des CUC in einer Richtung, in die das Abgas fließt, angeordnet ist.
  15. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, worin der CUC gebildet ist durch Stapeln des Zeoliths, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und des CeO2, worin das Pt getragen ist, in einer vertikalen Richtung, in die das Abgas fließt.
  16. Nachbehandlungsverfahren zum Steuern eines Nachbehandlungssystems, das mit einem Drei-Wege-Katalysator (TWC), einem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und einem CO-Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr, durch das ein Abgas fließt, ausgerüstet ist, worin der CUC einen Zeolith, worin Cu und Fe Ionen-ausgetauscht sind, und CeO2 enthält, worin Pt getragen ist, und worin ein Gewichtsverhältnis von CeO2 zu einem Gesamtgewicht des CUC 30 bis 70 Gew.% ist, so daß der CUC NH3 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt und NH3 während einer Verzögerungszeit bei einem reichen Luft/Kraftstoffverhältnis reinigt, worin das Nachbehandlungssystem enthält: Betreiben eines Motors bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis, Berechnen einer Menge von NH3, das im SCR-Katalysator gespeichert ist, Berechnen einer Menge von NOx, das in den SCR-Katalysator fließen wird; Bestimmen, ob eine Umwandlung in ein reiches Luft/Kraftstoffverhältnis wünschenswert ist, Berechnen, wenn die Umwandlung in das reiche Luft/Kraftstoffverhältnis wünschenswert ist, einer reichen Dauer, für die das reiche Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechterhalten wird, und eines Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnisses, und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis für die reiche Dauer.
  17. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 16, worin die reiche Dauer entsprechend dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis und einer Temperatur des CUC berechnet wird.
  18. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 16, worin die reiche Dauer so berechnet wird, daß die Gleitmenge des NH3, akkumuliert an einer Abwärtsseite des CUC während der reichen Dauer, kleiner oder gleich einem bestimmten Wert ist, wenn der Motor bei dem Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis während der reichen Dauer betrieben wird.
  19. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 16, worin der CUC 0,04 bis 0,4 Gew.% Pt, 0,2 bis 1 Gew.% Cu, 0,2 bis 1 Gew.% Fe, 20 bis 50 Gew.% Zeolith, 30 bis 70 Gew.% CeO2 und 0 bis 20 Gew.% eines Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des CUC, enthält.
  20. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 19, worin das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthält.
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