DE102019204745A1 - Ammoniakproduktionskatalysator und Nachbehandlungssystem - 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

Es wird ein Nachbehandlungssystem offenbart. Das Nachbehandlungssystem kann enthalten ein Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt; einen Dreiwege-Katalysator (TWC), der am Abgasrohr montiert ist und HC, CO und NOx, das im Abgas enthalten ist, reinigt, einen Ammoniak-Produktionskatalysator (APC), der am Abgasrohr stromabwärts des TWC montiert ist, NOx bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis speichert und H2 erzeugt, das gespeicherte NOx freisetzend, und NH3 unter Verwendung des freigesetzten NOx und des erzeugten H2 bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugend, und einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, der am Abgasrohr stromabwärts des APC montiert ist, der im TWC und dem APC erzeugtes NH3 speichert und das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht auf einen Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) und ein Nachbehandlungssystem.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformation bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung bezieht, und müssen nicht Stand der Technik bilden.
  • Fahrzeuge können mit zumindest einem katalytischen Wandler zum Reduzieren von Emissionen (EM), die in einem Abgas enthalten sind, versehen sein. Das aus einem Motor durch einen Abgaskrümmer ausströmende Abgas wird in einen katalytischen Wandler getrieben, der an einem Abgasrohr montiert ist, und wird darin gereinigt. Danach wird Lärm des Abgases gesenkt, während es einen Dämpfer passiert und dann wird das Abgas durch ein Endrohr in die Luft emittiert. Der katalytische Wandler reinigt die in dem Abgas enthaltene EM. Zusätzlich ist ein Partikelfilter zum Abfangen von Partikelmaterie (PM) im Abgas in dem Abgasrohr montiert.
  • Eine Dreiwege-Katalysator (TWC) ist ein Typ von katalytischem Wandler und reagiert mit Kohlenwasserstoff (HC)-Verbindungen, Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickstoffoxiden (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 für die TWCs verwendet.
  • Von Benzinmotoren kann ein Magermixmotor die Kraftstoffeffizienz durch Verbrennen einer mageren Luft-/Kraftstoffmischung verbessern. Der Magermixmotor verbrennt die magere Luft-/Kraftstoffmischung, so dass das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases auch mager ist. Wenn jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, lässt der TWC das NOx durchschlüpfen, ohne das gesamte, in dem Abgas enthaltene NOx zu reduzieren. Entsprechend kann ein mit dem Magermixmotor ausgerüstetes Fahrzeug einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator zum Reinigen von durch den TWC durchschlüpftem NOx beinhalten. Der in dem mit dem Magermix-Motor ausgerüsteten Fahrzeug verwendete SCR-Katalysator kann ein passiver SCR-Katalysator sein.
  • Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist, reduziert der TWC das NOx, um NH3 zu erzeugen, und in dem TWC erzeugtes NH3 wird in dem passiven SCR-Katalysator gespeichert. Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, reinigt der passive SCR-Katalysator das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3. Der Magermixmotor, der den TWC und den passiven SCR-Katalysator enthält, kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis so steuern, dass es fett ist, durch Erhöhen der Kraftstoffmenge während einer vorbestimmten Periode, um ausreichend NH3 in dem passiven SCR-Katalysator zu speichern. Falls die Menge von aus dem Magermixmotor abgegebenen NOx steigt, steigt auch Anzahl und Dauer, wo der Magermixmotor beim fettere Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeitet, an. Daher kann die Kraftstoff-Ökonomie beeinträchtigt sein.
  • Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte obige Information dient nur dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und kann daher Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt einen Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) bereit, der Vorteile bei Erzeugung von NH3 bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis aufweist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Nachbehandlungssystem bereit, das weitere Vorteile des Steigerns von NH3 aufweist, das einem selektiven Katalysator-Reduktions-(SCR)-Katalysator bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zugeführt wird, durch Anordnen des APC zwischen dem Dreiwege-Katalysator (TWC) und dem SCR-Katalysator.
  • Ein Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung kann 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 30 Gew-% CeO2, 48,7 - 84,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3, und 0 bis 5 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew-% MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  • Ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd kann 3:1 bis 7:1 sein.
  • Ein Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung kann 0,4 - 0,9 Gew-% PT, 0,057 bis 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 25 Gew-% CeO2 , 48,7 - 79,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3, und 0 bis 10 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew-% MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  • Ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd kann 3:1 bis 7:1 sein.
  • Ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung kann beinhalten: ein Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt; einen an dem Abgasrohr montierter Dreiwege-Katalysator (TWC), der HC, CO und NOx, das im Abgas enthalten ist, reinigt; einen an dem Abgasrohr auf einer stromabwärtigen Seite des TWC montierten Ammoniak-Produktionskatalysators (APC), der NOx bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis speichert und H2 erzeugt, wobei das gespeicherte NOx freigesetzt wird, und NH3 unter Verwendung des abgegebenen NOx und des erzeugten H2 bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt wird; und einen am Abgasrohr stromabwärtig des APC montierten katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, der im TWC und im APC erzeugtes NH3 speichert, und das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert.
  • Nach Nachbehandlungssystem kann weiter einen CO-Reinigungs-Katalysator (CUC) beinhalten, der am Abgasrohr stromabwärts des SCR-Katalysators montiert ist und das im Abgas enthaltene CO reinigt.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter einen Partikelfilter enthalten, der zwischen dem TWC und dem APC oder zwischen dem APC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas abfängt.
  • In einem Aspekt kann der APC Pt, Pd und CeO2 enthalten, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd 3:1 bis 7:1 ist, während das Gewichtsverhältnis des CeO2 zum Gesamtgewicht des APC 10 bis 30 Gew-% beträgt.
  • In einem anderen Aspekt kann der APC 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 30 Gew-% CeO2, 48,7 bis 84,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 5 Gew-% eines Additivs enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15-25 Gew-% von MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  • In einem anderen Aspekt kann der APC Pt, Pd und CeO2 enthalten, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd 3:1 bis 7:1 ist und wobei das Gewichtsverhältnis des CeO2 zu einem Gesamtgewicht des APC 10 - 25 Gew-% beträgt.
  • In 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 - 25 Gew-% CeO2, 48,7 - 79,513 Gew-% eines Komposit von MgO und Al2O3 und 0 bis 10 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew-% von MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  • Gemäß Formen der vorliegenden Offenbarung kann die Menge von dem SCR-Katalysator beim fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zugeführtem NH3 durch Anordnen des APC zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator gesteigert werden. Somit kann die Anzahl und Dauer, wo der Motor beim fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeitet, reduziert werden, wodurch die Kraftstoff-Ökonomie verbessert wird.
  • Am TWC und dem APC vorbeigeschlüpftes CO kann durch Anordnen eines CO-Reinigungskatalysators stromabwärts des SCR-Katalysators gereinigt werden.
  • Weitere Gebiete der Anwendbarkeit werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele nur illustrativen Zwecken dienen sollen und nicht beabsichtigt ist, dass sie den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
  • Figurenliste
  • Damit die Offenbarung gut verstanden wird, werden nun verschiedene Formen derselben beispielhaft beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
    • 1 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 2 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 3 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 4 ein Graph ist, der eine Menge an über die Zeit stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC akkumulierten NH3 und einer Menge an über die Zeit stromabwärts eines CUC akkumulierten CO ist, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist;
    • 5 ein Graph ist, der eine Menge an H2 stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC zeigt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist;
    • 6 ein Graph ist, der eine Menge an CO stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC zeigt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist;
    • 7 ein Graph ist, der eine Menge an NH3 zeigt, das gemäß dem Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd in einem APC erzeugt wird; und
    • 8 ein Graph ist, der eine kumulative Menge von NH3 und eine Durchschnittskonzentration von H2 gemäß einer Menge von CeO2, das in einem APC enthalten ist, zeigt.
  • Es versteht sich, dass die oben referenzierten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstäblich sind, und eine etwas vereinfachte Repräsentation verschiedener Merkmale präsentieren, die für die Basisprinzipien der Offenbarung illustrativ sind. Die spezifischen Design-Merkmale der vorliegenden Offenbarung einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Orte und Formen werden teils durch die besondere beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung festgelegt.
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur illustrativen Zwecken und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die nachfolgende Beschreibung ist lediglich von beispielhafter Natur und soll nicht die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen beschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
  • Die hierin verwendete Terminologie soll nicht die vorliegende Offenbarung beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, wenn nicht der Kontext klar Anderes angibt. Es versteht sich weiter, dass die Ausdrücke „umfassen“ und/oder „umfassend“, bei Verwendung in dieser Spezifikation die Anwesenheit genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, die Anwesenheit oder Hinzufügung ein oder anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen derselben jedoch nicht ausschließen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ jegliche oder alle Kombinationen von ein oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente. Der Ausdruck „gekoppelt“ bezeichnet eine physikalische Beziehung zwischen zwei Komponenten, wodurch die Komponenten entweder direkt miteinander verbunden sind oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenkomponenten verbunden sind.
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug-“, „Auto“, oder anderer ähnlicher Ausdruck, wie hierin verwendet, Motorfahrzeuge im Allgemeinen beinhaltet, wie etwa Pkw einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastwagen, verschiedene Gewerbefahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, hybrid-elektrische Fahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeug und andere Alternativkraftstoff-Fahrzeuge (beispielsweise von anderen Ressourcen als Erdöl abgeleiteten Kraftstoffen) beinhaltet.
  • Zusätzlich versteht sich, dass ein oder mehrere der unten stehenden Verfahren oder Aspekte davon durch zumindest eine Steuerung ausgeführt werden können. Der Ausdruck „Steuerung“ kann sich auf eine Hardware-Vorrichtung beziehen, die einen Speicher und einen Prozessor beinhaltet. Der Speicher ist konfiguriert, Programmanweisungen zu speichern, und der Prozessor ist spezifisch programmiert, um die Programmanweisungen auszuführen, um ein oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben sind. Darüber hinaus versteht es sich, dass die Verfahren unten durch ein System ausgeführt werden können, das die Steuerung umfasst, wie im Detail unten beschrieben.
  • Weiterhin kann die Steuerung der vorliegenden Offenbarung als nicht transitorische computerlesbare Medien ausgeführt werden, das ausführbare Programmanweisungen enthält, die durch einen Prozessor oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele des computerlesbaren Mediums beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppy-Disks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann auch über ein Computer-Netzwerk verteilt werden, so dass die Programmanweisungen in einer verteilten Weise gespielt und ausgeführt werden, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Nachfolgend werden Formen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung; 2 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung und 3 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung einen Motor 10, ein Abgasrohr 20, einen Dreiwege-Katalysator (TWC) 30, einen Ammoniak-Produktionskatalysator (APC) 40, einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator 50 und einen CO-Nachreinigungs-Katalysator (CUC) 60. Wie in 2 und 3 gezeigt, kann das Nachbehandlungssystem weiter einen Partikelfilter 70 enthalten.
  • Der Motor 10 verbrennt eine Luft-/Kraftstoffmischung zum Umwandeln chemischer Energie in mechanische Energie. Der Motor 10 ist mit einem Einlasskrümmer 16 verbunden, um Luft in eine Verbrennungskammer 12 fließen zu lassen. In dem Verbrennungsprozess erzeugtes Abgas wird in einem Abgaskrümmer 18 gesammelt und fließt dann aus dem Motor 10 Die Verbrennungskammer 12 ist mit einer Zündkerze 14 zum Zünden der Luft-/Kraftstoffmischung innerhalb der Verbrennungskammer 12 versehen. Der Motor 10 kann ein Benzinmotor sein. Abhängig von Typen von Benzinmotoren kann Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 12 injiziert werden oder kann die Luft-/Kraftstoffmischung der Verbrennungskammer 12 über den Einlasskrümmer 16 zugeführt werden.
  • Das Abgasrohr 20 ist mit dem Abgaskrümmer 18 verbunden, um das Abgas nach außerhalb des Fahrzeugs abzugeben. Das Abgasrohr 20 ist mit dem TWC 30, dem APC 40, dem SCR-Katalysator 50, dem CUC 60 und/oder dem Partikelfilter 70 ausgerüstet, um Emission und Partikelmaterie, die im Abgas enthalten sind, zu reinigen oder zu entfernen.
  • Der TWC 30 ist auf dem Abgasrohr 20, durch welches das aus dem Motor 10 abgegebene Abgas fließt, angeordnet und schädliche Materialien einschließlich im Abgas enthaltene CO, HC und NOx werden durch eine Oxidations-Reduktionsreaktion in harmlose Komponenten umgewandelt. Zusätzlich kann der TWC 30 das im Abgas enthaltene NOx in NH3 umwandeln, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis (AFR) fett ist. Da der TWC 30 einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung desselben weggelassen.
  • Der APC 40 ist auf dem Abgasrohr 20 auf einer stromabwärtigen Seite des TWC 30 angeordnet. Der APC 40 speichert das im Abgas enthaltene NOx als ein mageres AFR und erzeugt H2, um das gespeicherte NOx freizusetzen und erzeugt NH3 unter Verwendung des freigesetzten NOx und des erzeugten H2.
  • In einem Aspekt beinhaltet der APC 40 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 30 Gew-% CeO2, 48,7 - 84,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 5 Gew-% eines Additivs, basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 40.
  • In einem anderen Aspekt beinhaltet der APC 40 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 25 Gew-% CeO2, 48,7 - 79,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 10 Gew-% eines Additivs, basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 40.
  • Das Additiv wird zur Leistungsverbesserung von CeO2 und Al2O3 hinzugefügt und beinhaltet zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Das im APC 40 enthaltene Pt fungiert zum Oxidieren des NOx des APC 40, um das NOx zu speichern. Zusätzlich steigt das Pt eine Menge von im APC 40 erzeugtem H2.
  • Das im APC 40 enthaltene Pd verbessert die Wärmewiderstandsfähigkeit des APC 40. Da der APC 40 nahe am Motor 10 angeordnet ist, kann eine Temperatur des APC 40 auf 950 °C ansteigen. Daher wird das Pd dem APC 40 hinzugefügt, um die Wärmewiderstandsfähigkeit zu verbessern.
  • Um die NH3-Erzeugung und die H2-Erzeugung zu steigern, kann ein Gewichtsverhältnis des Pt zum Pd im APC 40 3:1 - 7:1 sein. In einem Aspekt kann das Gewichtsverhältnis des Pt zum Pd im APC 40 3:1 - 5:1 sein.
  • Das im APC 40 enthaltene Rh reinigt das in dem Abgas enthaltene NOx bei einem stöchiometrischen AFR.
  • Das Ba und das CeO2, die im APC 40 enthalten sind, wird konfiguriert, um das NOx in Nitrat-Form zu speichern.
  • Zusätzlich erhöht das CeO2 die H2-Erzeugung. Falls jedoch der APC 40 große Mengen des CeO2 enthält, kann das erzeugte NH3 re-oxidiert werden. Somit kann der APC 40 10 - 30 Gew-% CeO2 enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC 40.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3, das in dem APC 40 enthalten ist, fungiert als ein Substrat. Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew-% MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3. Das MgO verstärkt die thermische Stabilität des Ba.
  • Der SCR-Katalysator 50 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des APC 40 montiert. Der SCR-Katalysator 50 speichert das im TWC 30 und im APC 40 bei einem fetten AFR erzeugtes NH3 und reduziert das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 bei einem mageren AFR. Dieser Typ von SCR-Katalysator kann als ein Passivtyp-SCR-Katalysator 50 bezeichnet werden.
  • Der SCR-Katalysator 50 kann aufgebaut sein aus oder beinhalten eine oder eine Kombination eines Zeolit-Katalysators und eines Metall-Katalysators, der ein einen porösen Al2O3 gehaltert ist. Zumindest eines von Cu, Pt, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cs und Ga können im Zeolit-Katalysator Ionenausgetauscht werden. In dem im porösen Al2O3 gehalterten Metall-Katalysator kann zumindest ein Metall von Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn und Ag im porösen Al2O3 gehaltert werden.
  • Der CUC 60 ist auf dem Abgasrohr 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 50 montiert. Der CUC 60 reinigt das im Abgas enthaltene CO. Insbesondere kann das CO vom TWC 30 und dem APC 40 bei fettem AFR durchrutschen. Daher kann die Emission von dem CO nach außerhalb des Fahrzeugs verhindert oder gehemmt werden, indem der CUC 60 am stromabwärtigsten vom Nachbehandlungssystem angeordnet wird. Der CUC 60 beinhaltet Pt, Pd, Rh und Ba, die in CeO2 und Al2O3 gehaltert sind.
  • In einem Aspekt beinhaltet der CUC 60 0,2 - 1,5 Gew-% Pt, 0 - 0,4 Gew-% Pd, 0 - 0,4 Gew-% Rh, 0 - 5,0 Gew-% Ba, 40 - 90 Gew-% CeO2, 9,8 - 59,8 Gew-% Al2O3 und 0 - 10% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC 60.
  • In einem anderen Aspekt beinhaltet der CUC 60 0,2 - 1,5 Gew-% Pt, 0 - 0,4 Gew-% Pd, 0 - 0,4 Gew-% Rh, 0 - 5,0 Gew-% Ba, 40 - 90 Gew-% CeO2, 9,8 - 59,8 Gew-% Al2O3 und 0 - 20% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC 60.
  • Das Additiv wird zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des CeO2 und des Al2O3 zugegeben und beinhaltet zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, kann das Nachbehandlungssystem weiter den Partikelfilter (GPF) 70 enthalten. Der Partikelfilter 70 kann zwischen dem TWC 30 und dem APC 40 (siehe 2) oder zwischen dem APC 40 und dem SCR-Katalysator 50 angeordnet sein (siehe 3). Der Partikelfilter 70 fängt die im Abgas enthaltene Partikelmaterie ab und verbrennt die eingefangene Partikelmaterie.
  • Das Abgasrohr 20 kann mit einer Vielzahl von Sensoren zum Detektieren des AFR des Abgases und dem Betrieb der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 ausgerüstet sein. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Temperatursensoren 42 an verschiedenen Punkten des Abgasrohrs 20 montiert sein, um die Temperatur des Abgases an den verschiedenen Punkten des Abgasrohrs 20 zu detektieren. Zusätzlich kann das Abgasrohr 20 mit zumindest einem Sauerstoffsensor oder Lambda-Sensor bei verschiedenen Punkten ausgerüstet werden, um das AFR des Abgases zu detektieren. Ein Einlasssystem ist mit einem Luftflussmeter ausgerüstet, um eine Menge an Einlassluft zu detektieren.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter eine Steuerung beinhalten. Die Steuerung ist elektrisch mit den Sensoren verbunden, um die Signale entsprechend den detektierten Werten durch die Sensoren zu empfangen, und bestimmt die Fahrbedingung des Fahrzeugs, das AFR und Temperaturen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60, basierend auf den Signalen. Die Steuerung kann Zünd-Timing, Kraftstoffeinspritz-Timing, Kraftstoffmeng etc., basierend auf den Bestimmungsergebnissen steuern.
  • (Beispiele)
  • Nachfolgend wird die Leistung des APC 40 durch verschiedene Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Zusammensetzungen verschiedener Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Pt (Gew-%) Pd (Gew-%) Rh (Gew-%) BaO (Gew-%) CeO2 (Gew-%) MgO-Al2O3 (Gew-%) Additiv (Gew-%)
    VergleichsBeispiel 1 Anwendung zusätzlichen TWC statt APC
    VergleichsBeispiel 2 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=2:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    Beispiel 1 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=3:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    Beispiel 2 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    Beispiel 3 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=5:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    Beispiel 4 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=7:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    VergleichsBeispiel 3 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=9:1) 0,05 10 20 69,15 1,4
    VergleichsBeispiel 4 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 0 89,15 1,4
    Beispiel 5 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 10 79,25 1,3
    Beispiel 6 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 30 59, 45 1,1
    VergleichsBeispiel 5 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 40 49,55 1,0
    VergleichsBeispiel 6 Pt+Pd=0,8 (Pt:Pd=4:1) 0,05 10 50 39, 65 0,9
  • (Test 1: Leistungsvergleich zwischen APC und zusätzlichem TWC)
  • Für Test 1 werden der TWC 30, der GPF 70, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 sequentiell am Abgasrohr 20 angeordnet. Im Vergleichsbeispiel 1 ist der zusätzliche TWC zwischen dem GPF 70 und dem SCR-Katalysator 50 angeordnet und im Beispiel 2 ist der APC 40 zwischen dem GPF 70 und dem SCR-Katalysator 50 angeordnet. Danach wird ein 2 Liter 4-Zylinder Magermix-Benzinmotor mit dem Abgasrohr 20 verbunden und es wird eine Alterungsbehandlung durchgeführt. Die Alterungsbehandlung wird 50 Stunden lang bei 1000 °C an der TWC 30-Basis ausgeführt.
  • Das magere AFR (λ = 1,8) wird ür 5 Minuten lang bei einer Drehzahl von 2000 upm aufrechterhalten, um das gesamte Nachbehandlungssystem zu veranlassen, auf Mageratmosphäre zu gehen. Danach werden eine stromabwärts des APC 40 und den zusätzlichen TWC über die Zeit akkumulierte Menge an NH3 und eine Menge stromabwärts des CUC 60 über die Zeit akkumuliertem CO gemessen, während das reiche AFR (λ = 0,97) bei der Drehzahl von 2000 upm aufrechterhalten wird.
  • 4 ist ein Graph, der eine Menge von über die Zeit akkumuliertem NH3 stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC und eine Menge von CeO2, die über die Zeit akkumuliert ist, auf einer stromabwärtigen Seite eines CUC zeigt, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist.
  • In 4 repräsentiert eine dicke durchgezogene Linie die Menge an stromabwärts des APC 40 im Beispiel 2 akkumulierten NH3 und repräsentiert eine dünne durchgezogene Linie die Menge an stromabwärts des zusätzlichen TWC im Vergleichsbeispiel 1 akkumuliertem NH3. Auch repräsentiert eine dicke gepunktete Linie die Menge an stromabwärts des CUC 60 im Beispiel 2 akkumuliertem CO und eine dünne gepunktete Linie repräsentiert die Menge an stromabwärts des CUC 60 im Vergleichsbeispiel 1 akkumuliertem CO.
  • Wie in 4 gezeigt, da der APC 40 mehr Sauerstoffspeichermaterial (d.h. CeO2) als der zusätzliche TWC aufweist, steigt eine Verzögerungszeit ab dem Anfang des fetten AFR bis zum Beginn der NH3-Erzeugung etwas an (etwa 2 bis 3 Sekunden). Jedoch erzeugt der APC 40 eine große Menge an NH3, wenn das AFR fett ist, unter Verwendung des gespeicherten NOx bei magerem AFR. Daher wird die Menge des stromabwärts des APC 40 akkumulierten NH3 größer als die Menge an stromabwärts des zusätzlichen TWC akkumuliertem NH3 mit Verstreichen der Zeit. Resultierend steigert der APC 40 die Menge der NH3-Erzeugung und liefert mehr NH3 dem stromabwärts des APC 40 angeordneten SCR-Katalysator 50 zu.
  • Auch ist eine Zeit, zu welcher das CO beginnt, aus dem CUC 60 in einem Fall von Beispiel 2 herauszuschlüpfen, langsamer als die Zeit, zu welcher das CO beginnt, aus dem CUC 60 in einem Fall von Vergleichsbeispiel 1 herauszuschlüpfen (um ungefähr 5 Sekunden).
  • Andererseits, indem Test 1 modifiziert wird, werden das magere AFR und das fette AFR in regulären Intervallen wiederholt und werden Mengen des H2 und des CO stromabwärts des APC 40 und des zusätzlichen TWC gemessen.
  • 5 ist ein Graph, der eine Menge von H2 stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC zeigt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist und 6 ist ein Graph, der eine Menge von CO stromabwärts eines APC und eines zusätzlichen TWC zeigt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist.
  • In 5 repräsentiert eine dicke durchgezogene Linie die Menge von H2 stromabwärts des APC 40 bei dem reichen AFR und repräsentiert eine dünne durchgezogene Linie die Menge von H2 stromabwärts des zusätzlichen TWC beim fetten AFR. In 6 repräsentiert eine dicke durchgezogene Linie die Menge von CO stromabwärts des APC 40 beim fetten AFR und repräsentiert eine dünne durchgezogene Linie die Menge von CO stromabwärts des zusätzlichen TWC beim fetten AFR.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt, ist die Menge von H2 stromabwärts des APC 40 größer als die Menge von H2 stromabwärts des zusätzlichen TWC bei fettem AFR, während die Menge von CO stromabwärts des APC 40 kleiner ist als die Menge von CO stromabwärts des zusätzlichen TWC. Im Ergebnis liefert der APC 40 im Vergleich zum zusätzlichen TWC mehr H2 dem CUC 60, während weniger CO dem CUC 60 geliefert wird.
  • (Test 2: Leistungsvergleich anhand Zusammensetzungen beim APC)
  • Für Test 2 werden der TWC 30 und der APC 40 sequentiell auf dem Abgasrohr 20 angeordnet. Danach wird ein 2 Liter 4-Zylinder-Magermixmotor mit dem Abgasrohr 20 für Alterungsbehandlung verbunden. Die Alterungsbehandlung wird 50 Stunden lang bei 1000 °C an der TWC 30-Basis und 50 Stunden bei 930 °C an der APC 40-Basis ausgeführt.
  • Der gealterte TWC 30 und der gealterte APC 40 werden jeweils in 1 Zoll Durchmesser und 1 Zoll Länge geschnitten, um eine TWC-Probe und eine APC-Probe zu erzeugen und die TWC-Probe und die APC-Probe werden mit einer Mager-Fett-Gaszufuhrvorrichtung verbunden. Die Mager-Fett-Gaszufuhrvorrichtung ist eine Vorrichtung, die Gas mit einer Zusammensetzung ähnlich der Abgas-Zusammensetzung des Magermixmotors liefert.
  • Nachdem das magere AFR (λ = 1,8) 5 Minuten lang aufrechterhalten wird, wird es geändert, um fett (λ = 0,7) zu sein, unter Verwendung der Mager-Fett-Gaszufuhrvorrichtung. Die Menge von NH3 20 Sekunden lang beim fetten AFR (λ = 0,97) wird gemessen. Zu dieser Zeit wird die Temperatur des TWC 30 auf 500 °C justiert und wird die Temperatur des APC 40 auf 450 °C justiert.
  • 7 ist ein Graph, der eine Menge an anhand des Gewichtsverhältnisses von Pt zu Pd in einem APC erzeugtem NH3 zeigt.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, sind Gewichtsverhältnis von Rh, BaO, CeO2, dem Komposit von MgO und Al2O3 und das Additiv die gleichen im Vergleichsbeispiel 2, Beispiel 1, Beispiel 2, Beispiel 3, Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 3. Die Gesamtgewichtsverhältnisse des Pt und des Pd sind die gleichen, aber die Gewichtsverhältnisse des Pt und des Pd unterscheiden sich in Vergleichsbeispiel 2, Beispiel 1, Beispiel 2, Beispiel 3, Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 3.
  • Wie in 7 gezeigt, ist die NH3-Produktion im APC 40 im Beispiel 2 am größten und ist die NH3-Produktion im APC 40 im Beispiel 1 bis Beispiel 4 angemessen. Jedoch ist die NH3-Produktion im APC 40 im Vergleichsbeispiel 2 und Vergleichsbeispiel 3 klein. Wie oben beschrieben, um die NH3-Produktion durch Steigern von H2-Produktion zu erhöhen, kann der Gehalt des Pt gesteigert werden, aber das Pd kann dazu dienen, den Wärmewiderstand und die thermische Haltbarkeit zu verbessern. Insbesondere wenn der APC 40 eine kleine Menge des Pd (z.B. im Vergleichsbeispiel 2) enthält, ist ersichtlich, dass der APC 40 hoher Temperatur ausgesetzt ist und die Fähigkeit zum Erzeugen von NH3 ist reduziert. Im Gegensatz, falls der APC 40 eine große Menge des Pd (zum Beispiel Vergleichsbeispiel 3) enthält, ist die Menge des im APC 40 enthaltenen Pt reduziert und ist auch die NH3-Produktion reduziert. Daher kann das Verhältnis des Pt zum Pd im APC 40 3:1 bis 7:1 in einem Aspekt sein. In einer Form kann das Verhältnis des Pt zum Pd im APC 40 3:1 bis 5:1 sein.
  • 8 ist ein Graph, der eine kumulative Menge von NH3 und eine Durchschnittskonzentration von H2 entsprechend einer Menge von in einem APC enthaltenen CeO2 zeigt.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, sind die Gesamtgewichtsverhältnisse des Pt zum Pd, die Gewichtsverhältnisse des Pt zum Pd, und die Gewichtsverhältnisse des BaO die gleichen im Vergleichsbeispiel 4, Beispiel 5, Beispiel 2, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 5. Die Gewichtsverhältnisse von CeO2 werden geändert und die Gewichtsverhältnisse des Komposits von MgO und Al2O3 werden entsprechend im Vergleichsbeispiel 4, Beispiel 5, Beispiel 2, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 geändert. Die Gewichtsverhältnisse des Additivs variieren im Vergleichsbeispiel 4, Beispiel 5, Beispiel 2, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6, beeinträchtigen aber nicht signifikant die Leistung des APC 40. Zusätzlich wird die Menge des im APC 40 enthaltenen CeO2 graduell im Vergleichsbeispiel 4, Beispiel 5, Beispiel 2, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 gesteigert.
  • Wie in 8 gezeigt, ist die Menge des im APC 40 produzierten NH3 im Beispiel 2 am größten und ist die Konzentration des im APC 40 erzeugten H2 auch beachtlich hoch. Mit steigender Menge des CeO2 steigt auch die Konzentration des H2 im Vergleichsbeispiel 4, Beispiel 5, Beispiel 2, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 an. Falls jedoch die Menge des CeO2 20 Gew-% übersteigt, basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 40, wird ein Verhältnis von H2 Konzentrationsanstieg zu CeO2 Konzentrationsanstieg verlangsamt. Zusätzlich, falls die Menge des CeO2 30 Gew-% übersteigt, basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 40 (im Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6) ist die Konzentration des erzeugten H2 hoch, aber nimmt die NH3-Erzeugung scharf ab, aufgrund des Anstiegs des im APC 40 gespeicherten O2. In diesem Fall wird das erzeugte NH3 durch das im APC 40 gespeicherte O2 re-oxidiert. Daher kann es wünschenswert sein, dass die Menge von CeO2 10 bis 30 Gew-% beträgt, basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 40, um die NH3-Produktionsfähigkeit des APC 40 zu verbessern. In einer Form kann die Menge des CeO2 zum Gesamtgewicht des APC 40 10 bis 25 Gew-% betragen.
  • Es versteht sich, dass die Offenbarung nicht beschränkt ist, sondern im Gegenteil beabsichtigt ist, dass sie verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der Offenbarung abdeckt.

Claims (19)

  1. Ammoniak-Produktionskatalysator (APC), umfassend 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 bis 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 30 Gew-% CeO2, 48,7 - 84,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3, und 0 bis 5 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC.
  2. APC nach Anspruch 1, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  3. APC nach Anspruch 1, wobei das Komposit von MgO und Al2O3 15 - 25 Gew-% MgO enthält, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  4. APC nach Anspruch 1, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd kann 3:1 bis 7:1 ist.
  5. Ammoniak-Produktionskatalysator (APC), umfassend 0,4 - 0,9 Gew-% PT, 0,057 bis 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 25 Gew-% CeO2 , 48,7 - 79,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3, und 0 bis 10 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC.
  6. APC nach Anspruch 5, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  7. APC nach Anspruch 5, wobei das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew-% MgO enthält, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  8. APC nach Anspruch 5, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd kann 3:1 bis 7:1 ist.
  9. Nachbehandlungssystem, umfassend: ein Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt; einen an dem Abgasrohr montierten Dreiwege-Katalysator (TWC), der HC, CO und NOx, das im Abgas enthalten ist, reinigt; einen an dem Abgasrohr auf einer stromabwärtigen Seite des TWC montierten Ammoniak-Produktionskatalysators (APC), der NOx bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis speichert, und H2 erzeugt, wobei das gespeicherte NOx freigesetzt wird, und NH3 unter Verwendung des abgegebenen NOx und des erzeugten H2 bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt wird; und einen am Abgasrohr stromabwärtig des APC montierten katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, der im TWC und im APC erzeugtes NH3 speichert, und das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert.
  10. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, weiter umfassend einen CO-Reinigungs-Katalysator (CUC), der am Abgasrohr stromabwärts des SCR-Katalysators montiert ist und das im Abgas enthaltene CO reinigt.
  11. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, weiter umfassend einen Partikelfilter, der zwischen dem TWC und dem APC oder zwischen dem APC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas abfängt.
  12. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei der APC Pt, Pd und CeO2 umfasst, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd 3:1 bis 7:1 ist, wobei das Gewichtsverhältnis des CeO2 zum Gesamtgewicht des APC 10 bis 30 Gew-% beträgt.
  13. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei der APC 0,4 - 0,9 Gew-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew-% Rh, 5,0 - 15,0 Gew-% Ba, 10 - 30 Gew-% CeO2, 48,7 bis 84,513 Gew-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 5 Gew-% eines Additivs umfasst, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC.
  14. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 13, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  15. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 13, wobei das Komposit von MgO und Al2O3 15-25 Gew-% von MgO enthält, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3.
  16. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei der APC Pt, Pd und CeO2 umfasst, wobei ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd 3:1 bis 7:1 ist; und wobei das Gewichtsverhältnis des CeO2 zu einem Gesamtgewicht des APC 10 - 25 Gew-% beträgt.
  17. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei 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 - 25 Gew-% CeO2, 48,7 - 79,513 Gew-% eines Komposit von MgO und Al2O3 und 0 bis 10 Gew-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC enthält.
  18. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 17, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  19. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 17, wobei das Komposit von MgO und Al2O3 15 - 25 Gew-% von MgO enthält, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3
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