DE102019204747A1 - Co-Reinigungskatalysator, Behandlungssystem 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

Es wird ein Nachbehandlungsverfahren offenbart. Das Nachbehandlungsverfahren kann beinhalten: Betreiben eines Motors bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis; Berechnen einer Menge an in einem SCR-Katalysator gespeicherten NH; Berechnen einer Menge von NOx, das in den SCR-Katalysator fließen wird; Bestimmen, ob die Umwandlung zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist; Berechnen, wenn die Umwandlung zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist, einer fetten Dauer, welche das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis aufrechterhalten wird und ein Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die fette Dauer.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), ein Nachbehandlungssystem und ein Nachbehandlungsverfahren.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, und müssen nicht Stand der Technik bilden.
  • Fahrzeuge können mit zumindest einem katalytischen Umwandler zum Reduzieren von Emission (EM), die in einem Abgas enthalten ist, versehen sein. Das Abgas, das aus einem Motor durch einen Abgaskrümmer herausfließt, wird in einen katalytischen Wandler getrieben, der an einem Abgasrohr montiert ist, und wird darin gereinigt. Danach wird der Lärm des Abgases gesenkt, während es einen Dämpfer passiert, und dann wird das Abgas über ein Endrohr in die Luft abgegeben. Der katalytische Wandler reinigt die in dem Abgas enthaltene EM. Zusätzlich wird ein Partikelfilter zum Einfangen von Partikelmaterie (PM) im Abgas im Abgasrohr montiert.
  • Ein Dreiwege-Katalysator (TWC, three-way catalyst) ist ein Typ des katalytischen Wandlers 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 es werden Pt/Rh, Pd/Rh oder Pt/Pd/Rh-Systeme als die TWCs verwendet.
  • Ein Magermixmotor von Benzinmotoren kann die Kraftstoffeffizienz durch Verbrennen einer mageren Luft-/Kraftstoffmischung verbessern. Der Magermixmotor verbrennt die magere Luft-/Kraftstoffmischung, so dass ein Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases auch mager ist. Wenn jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, lässt der TWC das NOx durchschlüpfen, ohne das gesamte im Abgas enthaltene NOx zu reduzieren. Entsprechend kann ein mit dem Magermixmotor ausgerüstetes Fahrzeug einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator zum Reinigen des NOx, das aus dem TWC durchgeschlüpft ist, beinhalten. Der SCR-Katalysator, der in dem mit dem Magermixmotor ausgerüsteten Fahrzeug verwendet wird, kann ein Passivtyp-SCR-Katalysator sein.
  • Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist, reduziert der TWC das NOx, um NH3 zu erzeugen, und das im TWC erzeugte NH3 wird in dem Passivtyp-SCR-Katalysator gespeichert. Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, reinigt der Passivtyp-SCR-Katalysator das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3.
  • Jedoch haben wir entdeckt, dass der TWC CO bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durchschlüpfen lassen kann. Das aus dem TWC entschlüpfte CO mag nicht gereinigt werden und nach außerhalb des Fahrzeugs angegeben werden. Deshalb kann es sein, dass ein zusätzlicher katalytischer Wandler eingesetzt wird, um das aus dem TWC durchgeschlüpfte CO zu reinigen, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis justiert ist, fett zu sein, um das NH3 zu erzeugen.
  • Die obige, in dem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und kann daher Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einer Person üblichen Wissens auf dem Gebiet bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen CO-Reinigungskatalysator, (CUC), der zum Reinigen von CO, das aus einem Dreiwege-Katalysator (TWC) bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durchgeschlüpfte, zu reinigen.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Nachbehandlungssystem bereit, das weitere Vorteile des effizienten Reinigens von in einem Abgas enthaltener Emission durch sequentielles Anordnen des TWC, eines selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators und des CUC an einem Abgasrohr aufweist.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Nachbehandlungsverfahren bereit, das weitere Vorteile des Reduzierens des nach außerhalb eines Fahrzeug abgegebenen CO aufweist, durch effizientes Steuern des Nachbehandlungsverfahrens.
  • Ein CO-Reinigungskatalysator (CUC) gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung kann 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC, enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Das Gewichtsverhältnis des Additivs zum Gesamtgewicht des CUC kann 0 - 10 Gew.-% sein.
  • Ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung kann beinhalten: ein Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt; einen Dreiwege-Katalysator (TWC), der am Abgasrohr montiert ist, welcher HC, CO, die im Abgas bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten sind, oxidiert, und NH3 unter Verwendung von NOx, das im Abgas bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, erzeugt; einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, der am Abgasrohr stromabwärts des TWC montiert ist, der das im TWC erzeugte NH3 speichert und das im Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert; und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), der am Abgasrohr stromabwärts des SCR-Katalysators montiert ist und das aus dem TWC durchgeschlüpfte oder im Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene CO reinigt.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter einen Partikelfilter enthalten, der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas abfängt.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Erzeugungs-Katalysator (APC), der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, beinhalten, wobei der zusätzliche TWC oder der APC weiter NH3 unter Verwendung des in dem Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltenen NOx erzeugt.
  • In einem Aspekt kann der APC 0,4 - 0,9 Gew.-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew.-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew.-% Rh, 5 - 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, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • 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 - 15,0 Gew.-% Ba, 10 - 25 Gew.-% CeO2, 48,7 bis 79,513 Gew.-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 10 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthalten.
  • Ein Mager-NOx Fallen- (LNT) -Katalysator kann weiter im TWC oder dem zusätzlichen TWC aufbeschichtet sein, wobei der LNT-Katalysator das in dem Abgas bei dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene NOx absorbiert, und das absorbierte NOx im N2-Gas oder das NH3 bei fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis freisetzt und reduziert.
  • Der CUC kann 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC, enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Ein Nachbehandlungsverfahren gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung steuert ein Nachbehandlungssystem, das mit einem Dreiwege-Katalysator (TWC), einem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator und einem CO-Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt, ausgerüstet ist.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann beinhalten: durch eine Steuerung, Betreiben eines Motors bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis; Berechnen einer Menge von in dem SCR-Katalysator gespeicherten NH3, Berechnen einer Menge von NOx, welches in den SCR-Katalysator fließt; Bestimmen, ob eine Umwandlung zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist; Berechnen, wenn die Umwandlung zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist, einer fetten Dauer, welche das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis lang aufrechterhalten wird, und ein Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis; Betreiben des Motors bei dem Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die fette Dauer.
  • Die fette Dauer kann anhand des Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und einer Temperatur des CUC berechnet werden.
  • Die fette Dauer kann so berechnet werden, dass eine Durchschlüpfmenge von CO, die stromabwärts des CUC akkumuliert ist, die fette Dauer lang, kleiner ist als oder gleich einem vorbestimmten Wert, falls der Motor beim Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die fette Dauer betrieben wird.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter einen Partikelfilter enthalten, der zwischen dem TWC und dem und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas einfängt.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Produktions-Katalysator (APC) enthalten, der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der zusätzliche TWC oder der APC weiter NH3 unter Verwendung des NOx, das im Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, erzeugt.
  • Der CUC kann 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC, enthalten.
  • Das Additiv kann zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthalten.
  • Gemäß Formen der vorliegenden Offenbarung kann das aus dem TWC, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis justiert wird, für das erzeugte NH3 fett zu sein, durchgeschlüpfte CO gereinigt werden, indem der CUC am Rückbereich des Nachbehandlungssystems angeordnet wird.
  • Zusätzlich, da die fette Dauer anhand der Temperatur des CUC und des Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnisses justiert wird, ist es möglich, die NH3-Erzeugung zu steuern, während das nach außerhalb des Fahrzeugs abgegebene CO reduziert wird.
  • Zusätzlich sollen andere Effekte der Formen der vorliegenden Offenbarung direkt oder implizit in der hierin bereitgestellten Beschreibung beschrieben werden. Verschiedene Effekte, die anhand von Formen der der vorliegenden Offenbarung vorhergesagt werden, werden in der hier bereitgestellten Offenbarung offenbart.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele dazu dienen sollen, illustrativ zu sein, und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Damit die Offenbarung wohl verstanden wird, werden nunmehr verschiedene Formen davon beschrieben, die beispielhaft angegeben sind, Bezug nehmend 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 Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 3 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 4 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 5 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 6 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 7 eine Menge von NH3 ,die im TWC bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt wird, und Mengen von CO, die an einem Heckbereich eines Nachbehandlungssystems bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis herausschlüpfen, wenn ein CUC angewendet wird, und wenn ein CUC nicht angewendet wird, illustriert;
    • 8 ein Graph ist, der eine Menge CO-Reinigungskapazität gemäß Zusammensetzungen eines CUC illustriert;
    • 9 ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist; und
    • 10 ein Flussdiagramm eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist.
  • Es versteht sich, dass die oben in Bezug genommenen Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstäblich sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Repräsentation verschiedener Merkmale präsentieren, die für die Grundprinzipien der vorliegenden Offenbarung illustrativ sind. Die spezifischen Design-Merkmale der vorliegenden Offenbarung, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Orte und Formen, werden teils durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur illustrativen Zwecken und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich von exemplarischer Natur und soll nicht dazu dienen, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu 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 anzeigt. Es versteht sich weiter, dass die Ausdrücke „umfasst“ und/oder „umfassend“, bei Verwendung in dieser Beschreibung die Anwesenheit genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber die Anwesenheit oder Hinzufügung einer oder weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ jegliche oder alle Kombinationen einer oder mehrerer assoziierter, aufgeführter Gegenstände. 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“, „Fahrzeug-“, „Auto“, oder anderer ähnlicher Ausdruck, wie hierin verwendet, Motorfahrzeuge im Allgemeinen beinhaltet, wie etwa Passagier-Automobile einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastwagen, verschiedenen Gewerbefahrzeugen, Wasserfahrzeugen einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, hybrid-elektrische Fahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Alternativkraftstoff-Fahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, die von anderen Ressourcen als Petroleum abgeleitet sind) 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“ bezieht sich auf eine Hardware-Vorrichtung, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist konfiguriert, Programmanweisungen zu speichern, und der Prozessor ist spezifisch programmiert, die Programmanweisungen auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse, die weiter unten beschrieben sind, durchzuführen. Darüber hinaus versteht es sich, dass die unten stehenden Verfahren durch ein System ausgeführt werden, das die Steuerung umfasst, wie im Detail unten beschrieben.
  • Weiterhin kann die Steuerung der vorliegenden Offenbarung als nicht transitorische computerlesbare Medien, die ausführbare Programmanweisungen enthalten, die durch einen Prozessor oder dergleichen ausgeführt werden, ausgeführt sind. 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 durch ein Computer-Netzwerk verteilt werden, so dass die Programmanweisungen in einer verteilten Weise gespeichert 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 Partikelfilter (GPF) 40 und einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator 50, und einen CO-Reinigungs-Katalysator (CUC) 60.
  • 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 die Verbrennungskammer 12 fließen zu lassen. Ein in dem Verbrennungsprozess erzeugtes Abgas wird in einem Abgaskrümmer 18 gesammelt und fließt dann aus dem Motor 10 aus. Die Verbrennungskammer 12 ist mit einer Zündkerze 14 zum Zünden der Luft-/Kraftstoffmischung innerhalb der Verbrennungskammer 12 ausgestattet. Der Motor 10 kann ein Benzinmotor sein. Abhängig von Typen von Benzinmotoren kann Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 12 injiziert werden oder die Luft-/Kraftstoffmischung kann 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 Partikelfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60 ausgerüstet, um Emission und Partikelmaterie, die im Abgas enthalten sind, zu reinigen oder zu entfernen.
  • Der TWC 30 ist am Abgasrohr 20 angeordnet, durch welches das aus dem Motor 10 abgegebene Abgas fließt, und schädliche Materialien einschließlich CO, HC und NOx, wie im Abgas enthalten sind, werden durch eine Oxidations-Reaktionsreaktion im TWC 30 in harmlose Komponenten umgewandelt. Insbesondere kann der TWC 30 das in dem Abgas enthaltene NOx in NH3 bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis (AFR) reduzieren. Zu dieser Zeit mag der TWC 30 nicht das CO im Abgas ausreichend reinigen und kann daher CO daraus durchschlüpfen lassen. Zusätzlich oxidiert der TWC 30 das CO und das HC, die im Abgas bei einem mageren AFR enthalten sind.
  • Der Partikelfilter 40 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des TWC 30 montiert, fängt die in dem Abgas enthaltene Partikelmaterie ab und verbrennt die gefangene Partikelmaterie. Der Partikelfilter 40 ist mit Einlasszellen und Auslasszellen, die abwechselnd in einem Gehäuse angeordnet sind, versehen und eine Wand ist zwischen der Einlasszelle und der Auslasszelle angeordnet. Die Einlasszelle weist ein Ende auf, das geöffnet ist, und das andere Ende ist blockiert, und die Auslasszelle weist ein Ende auf, das blockiert, und das andere Ende ist geöffnet. Das Abgas fließt durch das geöffnete Ende der Einlasszelle in den Partikelfilter 40, fließt durch die Wand und zur Auslasszelle fließt nach außerhalb des Partikelfilters 40 durch das geöffnete Ende der Auslasszelle hinaus. Wenn das Abgas die Wand passiert, passiert der im Abgas enthaltene Partikelfilter die Wand nicht und verbleibt in der Einlasszelle.
  • Der SCR-Katalysator 50 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des Partikelfilters 40 montiert. Der SCR-Katalysator 50 speichert das im TWC 30 beim fetten AFR erzeugte NH3 und reduziert das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 beim mageren AFR. Dieser Typ des SCR-Katalysators 50 kann als ein Passivtyp-SCR-Katalysator 50 bezeichnet werden.
  • Der SCR-Katalysator 50 kann ein oder eine Kombination eines Zelluloid-Katalysators und eines Metall-Katalysators, der in einem porösen Al2O3 unterstützt ist, enthalten. Zumindest eines von Cu, Pt, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cs und Ga können im Zelluloid-Katalysator ionen-getauscht werden. In dem in dem poröse Al2O3 unterstützen Metall-Katalysator kann zumindest ein Teil von Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn und Ag im porösen Al2O3 unterstützt werden.
  • Der CUC 60 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 50 montiert. Der CUC 60 reinigt das in dem Abgas enthaltene CO. Insbesondere wenn das AFR fett ist, kann das CO aus dem TWC 30 herausschlüpfen und der CUC 60 wird am hinteren Endbereich des Nachbehandlungssystems montiert, um zu verhindern oder zu vermindern, dass CeO2 nach außerhalb des Fahrzeugs abgegeben 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf dem 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC 60.
  • Das Additiv wird zugeführt, um die Leistungsfähigkeit des CeO2 und des Al2O3 zu verbessern und beinhaltet zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Der CUC 60 kann in einer Form hauptsächlich aus Pt/CeO2 aufgebaut sein. Hier fungiert das Pt dazu, das CO zu oxidieren und das CeO2 enthält ein Sauerstoffspeichermaterial, um Oxidation des CO bei niedriger Temperatur bei einem mageren AFR zu unterstützen. Pd/Al2O3 spielt auch eine Rolle ähnlich zum Pt/CeO2, aber eine Menge des Pt/CeO2 kann größer sein als diejenige des Pd/Al2O3, um die Oxidationsfähigkeit bei der niedrigen Temperatur zu verbessern.
  • Das im CUC 60 erhaltene Ba fungiert dabei, eine kleine Menge des NOx, das nicht aus dem SCR-Katalysator 50 entfernt wird, wenn das AFR fett ist, zu entfernen.
  • Das im CUC 60 enthaltene Rh soll dazu dienen, die Reduktion des NOx zu fördern, wenn das AFR fett ist.
  • Das Abgasrohr 20 kann mit einer Vielzahl von Sensoren 32, 34, 62 und 64 ausgerüstet sein, zum Detektieren des AFR des Abgases, und des Betriebs der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 32 ist am Abgasrohr 20 stromaufwärts des TWC 30 montiert, detektiert eine O2-Konzentration im Abgas stromaufwärts des TWC 30 und sendet ein Signal entsprechend dazu an eine Steuerung 90.
  • Ein zweiter Sauerstoffsensor 34 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des TWC 30 montiert, detektiert die O2-Konzentration im Abgas stromabwärts des TWC 30 und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 90.
  • Ein erster Temperatursensor 62 ist am Abgasrohr 20 stromaufwärts des SCR-Katalysator 50 montiert, detektiert eine Temperatur des Abgases stromaufwärts des SCR-Katalysators 50 und sendet ein Signal entsprechend dazu an die Steuerung 90.
  • Ein zweiter Temperatursensor 64 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 50 montiert, detektiert die Temperatur des Abgases stromabwärts des SCR-Katalysators 50 und sendet ein Signal dementsprechend an die Steuerung 90.
  • Zusätzlich zu den Sensoren 32, 34, 62 und 64, die hierin beschrieben sind, kann das Nachbehandlungssystem weiter verschiedene Sensoren beinhalten. Beispielsweise können zusätzliche Temperatursensoren am Abgasrohr 20 stromaufwärts und stromabwärts des TWC 30 montiert sein, um die Temperatur des Abgases stromaufwärts bzw. stromabwärts des TWC 30 zu detektieren. Zusätzlich, wie in 9 gezeigt, kann das Nachbehandlungssystem weiter einen Luftflussmesser 66 beinhalten. Weiter kann das Nachbehandlungssystem des Weiteren einen NOx-Sensor, einen HC-Sensor oder eine CO-Sensor enthalten, die am Abgasrohr 20 montiert sind, und die Konzentration einer Emission, die im Abgas enthalten ist, kann über diese Sensoren detektiert werden.
  • Die Steuerung 90 ist elektrisch mit den Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 verbunden, um die den durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektierten Werten entsprechenden Signale zu empfangen, und bestimmt die Fahrbedingung des Fahrzeugs, das AFR und die Temperaturen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60, basierend auf den Signalen. Die Steuerung 90 kann Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt, Kraftstoffmenge etc. durch Steuern des Motors 10, basierend auf den Bestimmungsergebnissen, steuern. Die Steuerung 90 kann mit zumindest einem Prozessor implementiert werden, der ein vorbestimmtes Programm ausführt und das vorbestimmte Programm kann programmiert sein, jeden Schritt eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung. Das in 2 gezeigte Nachbehandlungssystem ist eine Modifikation des in 1 gezeigten Nachbehandlungssystems.
  • Wie in 2 gezeigt, wird das Nachbehandlungssystem gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung mit dem TWC 30, einem zusätzlichen TWC 70, dem Partikelfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60 sequentiell auf dem Abgasrohr 20 angeordnet ausgerüstet. Da der TWC 30, der Partikelfilter 40, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • Der zusätzliche TWC 70 ist am Abgasrohr 20 zwischen dem TWC 30 und dem Partikelfilter 40 angeordnet. Der zusätzliche TWC 70 führt im Wesentlichen dieselbe Funktion wie der TWC 30 durch. Mit anderen Worten wandelt der zusätzliche TWC 70 schädliche Materialien einschließlich des CO, des HC und des NOx, die im Abgas enthalten sind, in harmlose Komponenten durch Oxidations-Reduktionsreaktion um. Zusätzlich erhöht der zusätzliche TWC 70 die Menge von NH3, die dem SCR-Katalysator 50 zugeführt wird, durch Reduzieren des in dem Abgas enthaltenen NOx zu NH3, wenn das AFR fett ist. Zusätzlich kann ein Mager-NOx-Fallen-(LNT) -Katalysator weiter in dem zusätzlichen TWC 70 und dem TWC 30 aufbeschichtet sein. Der LNT-Katalysator absorbiert das NOx bei magerem AFR und gibt das absorbierte NOx frei und reduziert das freigegebene NOx zu N2-Gas oder dem NH3 bei fettem AFR. Somit unterstützt der LNT-Katalysator den TWC mit niedriger NOx-Reinigungsleistung beim mageren AFR. Der LNT-Katalysator beinhaltet zumindest eines einer Kombination eines Alkalimetalls, das K, Na, Li und Cs beinhaltet, eines Alkali-Erdmetalls, das Ba und Ca beinhaltet, ein seltenes Erden-Material, das Ir und La beinhaltet, und ein Edelmetall, das Pt, Pd und Rh beinhaltet.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung. Das in 3 gezeigte Nachbehandlungssystem verwendet einen mit dem LNT-Katalysator beschichteten TWC 30' statt des TWC 30 in dem in 1 gezeigten Nachbehandlungssystem. Da das in 1 gezeigte Nachbehandlungssystem und der mit dem LNT-Katalysator beschichtete TWC 30' oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung. Das in 4 gezeigte Nachbehandlungssystem ist eine Modifikation des in 1 gezeigten Nachbehandlungssystems.
  • Wie in 4 gezeigt, ist das Nachbehandlungssystem gemäß der anderen Form der vorliegenden Offenbarung mit dem TWC 30, einem Ammoniak-Produktions-Katalysator (APU) 80, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60 sequentiell auf dem Abgasrohr 20 angeordnet ausgestattet. Da der TWC 30, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • Der APC 80 ist am Abgasrohr 20 stromabwärts des TWC 30 angeordnet. Der APC 80 speichert das in dem Abgas bei dem mageren AFR enthaltend NOx 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 80 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 einem Gesamtgewicht des APC 40.
  • In einem anderen Aspekt beinhaltet der APC 80 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 einem Gesamtgewicht des APC 40.
  • Das Additiv wird für die Leistungsverbesserung des CeO2 und des Al2O3 hinzugefügt und beinhaltet zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr.
  • Das im APC 80 enthaltene Pt fungiert dazu, das NOx für den APC 80 zu oxidieren, um das NOx zu speichern. Zusätzlich erhöht das Pt eine Menge von H2, das im APC 80 erzeugt wird.
  • Das im APC 80 enthaltene Pd verbessert die Wärmewiderstandsfähigkeit des APC 80. Da der APC 80 nahe am Motor 10 angeordnet ist, kann die Temperatur des APC 80 auf 950 °C steigen. Daher wird das Pd im APC 80 zugesetzt, um die Wärmewiderstandsfähigkeit zu verbessern.
  • Um die NH3-Erzeugung und die H2-Erzeugung zu steigern, kann ein Gewichtsverhältnis des Pt zum Pd im APC 80 3:1 bis 7:1 sein. In einem Aspekt kann das Gewichtsverhältnis des Pt zum Pd im APC 80 3:1 bis 5:1 sein.
  • Das im APC 80 enthaltene Rh reinigt das in dem Abgas enthaltene NOx bei einem stöchiometrischen AFR.
  • Das Ba und das CeO2, die im APC 80 enthalten sind, ist konfiguriert, um das NOx in Nitratform zu speichern.
  • Zusätzlich erhöht das CeO2 die H2-Erzeugung. Jedoch, falls das APC 80 eine große Menge des CeO2 enthält, kann das erzeugte NH3 re-oxidiert werden. Somit kann das APC 80 10 - 30 Gew.-% CeO2 enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC 80.
  • Das Komposit von MgO und Al2O3, das im APC 80 enthalten ist, kann als ein Substrat fungieren. Das Komposit von MgO und Al2O3 kann 15 - 25 Gew.-% von MgO enthalten, basierend auf einem Gesamtgewicht des Komposits von MgO und Al2O3. Das MgO verbessert die thermische Stabilität des Ba.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung. Das in 5 gezeigte Nachbehandlungssystem ist eine Modifikation des in 4 gezeigten Nachbehandlungssystems.
  • Wie in 5 gezeigt, ist das Nachbehandlungssystem gemäß der anderen Form der vorliegenden Offenbarung dem TWC 30, dem Partikelfilter 40, dem APC 80, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60, die sequentiell auf dem Abgasrohr 20 angeordnet sind, ausgestattet. Da der TWC 30, der Partikelfilter 40, der APC 80, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung. Das in 6 gezeigte Nachbehandlungssystem ist eine Modifikation des in 4 gezeigten Nachbehandlungssystems.
  • Wie in 6 gezeigt, ist das Nachbehandlungssystem gemäß einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung mit dem TWC 30, dem APC 80, dem Partikelfilter 40, dem SCR-Katalysator 50 und dem CUC 60, die sequentiell am Abgasrohr 20 angeordnet sind, ausgestattet. Da der TWC 30, der APC 80, der Partikelfilter 40, der SCR-Katalysator 50 und der CUC 60 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • Gemäß den Formen der vorliegenden Offenbarung sind Katalysatoren (z.B. der TWC, der zusätzliche TWC, der LNT, der APC etc.), welche das NH3 bei einem fetten AFR erzeugen können, an einem Frontendbereich des Nachbehandlungssystems angeordnet, speichert der SCR-Katalysator, der das NH3 speichert und das NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reinigt, an einem mittleren Bereich des Nachbehandlungssystems angeordnet und ist der CUC am hinteren Endbereich des Nachbehandlungssystems angeordnet. Daher kann die Reinigungsleistung der für die in dem Abgas enthaltenen Emissionen verbessert werden.
  • (Beispiele)
  • Nachfolgend wird die Leistung des CUC 60 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. -%) Al2O3 (Gew. -%) Additiv (Gew. -%)
    Formel 1 0,9 0,1 0 0 80 17,9 1, 1
    Formel 2 0,9 0,1 0 0 40 57,6 1,4
    Formel 3 0, 8 0,1 0,1 4, 0 40 53,6 1,4
    Vergleichs -Beispiel 1 0 2, 0 0 0 0 96,3 1,7
    Vergleichs -Beispiel 2 Ohne Katalysatorbeschichtung (blankes Substrat)
  • (Testverfahren)
  • Pulver des CeO2 und des Al2O3 werden gemischt und das Edelmetall (Pt, Pd, Rh, etc.) wird am CeO2 und dem Al2O3 in einem aufgeschlämmten Zustand durch Ionenaustauschverfahren fixiert. Der Katalysator wird durch Kalzinieren und Brennen der Aufschlämmung vorbereitet.
  • Der TWC 30, der GPF 40 und der SCR-Katalysator 50 werden sequentiell am Abgasrohr 20 angeordnet. In Beispiel (oder Formel) 1 bis Beispiel (oder Formel) 3 und Vergleichsbeispiel 1 ist der CUC 60 auf dem Abgasrohr 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 50 angeordnet und im Vergleichsbeispiel 2 ist ein blankes Substrat, in welchem der Katalysator nicht aufbeschichtet ist, auf dem Abgasrohr 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 50 angeordnet. Danach wird ein 2,0 L, 4-Zylinder-Magermix-Benzinmotor mit dem Abgasrohr 20 verbunden und es wird eine Alterungsbehandlung durchgeführt. Die Alterungsbehandlung wird bei 1000 °C auf der TWC 30-Basis, 27 °C auf der SCR-Katalysator 50-Basis und 680 °C auf der CUC 60-Basis 50 Stunden lang durchgeführt.
  • Das magere AFR (λ = 1,8) wird 5 Minuten lang bei einer Motordrehzahl von 2000 upm gehalten, um das gesamte Nachbehandlungssystem zu veranlassen, eine magere Atmosphäre zu haben. Danach wird eine Menge von stromabwärts des TWC 30 über die Zeit akkumulierten NH3 und eine Menge von stromabwärts des CUC 60 oder des blanken Substrats, in welchem der Katalysator nicht beschichtet ist, akkumuliertem CO über die Zeit gemessen, während das fette AFR (λ = 0,97) bei der Motorgeschwindigkeit von 2000 upm gehalten wird.
  • 7 illustriert eine Menge von NH3, das im TWC bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt wird, und Mengen von CO, die am hinteren Endbereich eines Nachbehandlungssystems bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durchschlüpfen, wenn ein CUC angewendet wird und wenn ein CUC nicht angewendet wird.
  • In 7 repräsentiert eine dicke durchgezogene Linie die Menge des NH3, die stromabwärts des TWC 30 akkumuliert ist, und repräsentiert eine dünne durchgezogene Linie die Menge des stromabwärts des CUC 60 im Beispiel 1 akkumulierten CO (das heißt, wenn der CUC angewendet wird) und repräsentiert eine dünne gepunktete Linie die Menge des CO, die stromabwärts des blanken Substrats akkumuliert ist, in welchem der Katalysator im Vergleichsbeispiel 2 nicht aufbeschichtet ist (d.h. wenn der CUC nicht angewendet wird).
  • Wie in 4 gezeigt, da der TWC 30 ein Sauerstoffspeichermaterial aufweist, gibt es eine Verzögerungszeit T1 von ungefähr 4 Sekunden ab dem Anfang des reichen AFR bis zum Beginn der NH3-Erzeugung. Wenn die Verzögerungszeit T1 verstreicht, wird in dem Sauerstoffspeichermaterial des TWC 30 gespeichertes O2 ausgespült, so dass NH3 erzeugt wird.
  • Auch wenn das in dem Sauerstoffspeichermaterial des TWC 30 gespeicherte O2 ausgespült wird, beginnt das CO durchzuschlüpfen (siehe gepunktete Linie in 7). Da der CUC nicht im Vergleichsbeispiel 2 angewendet wird, entspricht die Menge des stromabwärts des blanken Substrats über die Zeit akkumuliertem CO der Menge von aus dem TWC 30 über die Zeit herausgeschlüpftem CO.
  • Im Beispiel 1 beginnt das CO, aus dem CUC 60 herauszuschlüpfen, wenn eine Verzögerungszeit T2 nach dem Anfang des fetten AFR verstreicht. Das heißt, dass der CUC 60 die Fähigkeit aufweist, das aus dem TWC 30 während der Verzögerungszeit T2 herausgeschlüpfte CO zu reinigen und reinigt nicht adäquat das aus dem TWC 30 nach der Verzögerungszeit T2 herausgeschlüpfte CO. Die Verzögerungszeit T2 ist etwa 7 bis 8 Sekunden.
  • In Beispiel 1, falls die Anzahl von Malen zum Eintreten in das reiche AFR gesteigert wird, während die fette Dauer, in welcher das AFR gehalten wird, fett zu sein, reduziert wird, kann das im Abgas enthaltene NOx ausreichend oxidiert werden, während die Emission des CO reduziert wird. Beispielsweise falls die fette Dauer, in welcher das AFR gehalten wird, fett zu sein, auf 9 Sekunden eingestellt wird und die Anzahl von Malen zum Hineingehen in das fette AFR im Nachbehandlungssystem von Beispiel 1 auf 11 Mal eingestellt ist, erzeugt der TWC 30 0,78 g NH3 99 Sekunden lang (9 Sekunden × 11 Mal) und 0,78 g des NH3 können etwa 2,1 g vom NOx reinigen. In diesem Fall ist die Menge des aus dem CUC 60 durchgeschlüpften CO etwa 0,1 g. Daher ist es wünschenswert, die Anzahl von Malen zum Hineingehen in den fetten AFR zu steigern, während die fette Dauer zum Reduzieren der Menge des aus dem CUC 60 herausgeschlüpften CO reduziert wird, während eine ausreichende Menge des NH3 im TWC 30 erzeugt wird. Die fette Dauer kann größer sein als die Verzögerungszeit T1 des TWC 30 und etwas größer als die Verzögerungszeit T2 des CUC 60.
  • 8 ist ein Graph, der eine CO-Reinigungskapazität gemäß Zusammensetzungen eines CUC illustriert. 8 ist ein Graph, der die CO-Reinigungskapazität entsprechend der Temperatur und den Zusammensetzungen des CUC illustriert. Ein Temperaturbereich (200 °C bis 300 °C) des in 8 gezeigten CUC 60 ist ein Temperaturbereich, bei dem die Temperatur des CUC 60 oder das in 1 gezeigte Nachbehandlungssystem ein etwas fettes AFR (λ = 0,97) sein kann.
  • Wie in 8 gezeigt, ist die CO-Reinigungskapazität 0 g/L, unabhängig von der Temperatur des CUC 60 im Vergleichsbeispiel 2, in welchem der CUC 60 nicht angewendet wird. Das heißt, falls der CUC 60 nicht am hinteren Endbereich des Nachbehandlungssystems angewendet wird, wird das aus dem TWC 30 bei dem fetten AFR durchgeschlüpfte CO nicht gereinigt, sondern nach außerhalb des Fahrzeugs abgegeben.
  • Beim Vergleichen von Beispiel 1 bis Beispiel 3 mit dem Vergleichsbeispiel 1 weist ein Pt/CeO2-basierter CUC 60 eine höhere CO-Reinigungskapazität bei derselben Temperatur des CUC auf als ein Pd/Al2O3-basierter CUC 60. Das heißt, dass das Steigern der Menge des Pt/CeO2 im CUC 60 die CO-Reinigungsfähigkeit verbessern kann.
  • Beim Vergleichen von Beispiel 1 mit Beispiel 2 und Beispiel 3, falls die Menge des Edelmetalls (Pt, Pd, Rh) die gleiche ist, verbessert das Steigern der Menge des CeO2 die CO-Reinigungsfähigkeit.
  • Auch, das Beispiel 2 mit Beispiel 3 vergleichend, selbst falls Ba zum Speichern von NOx hinzugefügt wird, ist die CO-Reinigungsfähigkeit nicht besonders reduziert, falls die Menge des CeO2 und die Menge des Edelmetalls aufrechterhalten werden.
  • Andererseits steigt die CO-Reinigungskapazität des CUC 60 mit ansteigender Temperatur des CUC 60 an, wenn die Temperatur des CUC 60 200 °C bis 300 °C beträgt.
  • Im Ergebnis kann gesehen werden, dass das Steigern der Menge des Pt und des CeO2, die im CUC 60 enthalten sind, für die CO-Entfernung vorteilhaft ist. Zusätzlich kann erwähnt werden, dass, selbst falls das Ba und dergleichen dem CUC 60 hinzugefügt ist, für Zusatzfunktionen des CUC 60, die Reinigungsfähigkeit des CO kaum reduziert ist, solange wie die Menge des Edelmetalls und des CeO2 aufrechterhalten wird.
  • 9 ist ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung.
  • 9 illustriert ein einfaches Beispiel von Eingaben und Ausgaben der Steuerung 90 zum Implementieren des Nachbehandlungssystems gemäß Formen der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass die Eingaben und die Ausgaben der Steuerung 90 gemäß Formen der vorliegenden Offenbarung nicht auf das in 9 illustrierte Beispiel beschränkt sind.
  • Wie in 9 gezeigt, ist die Steuerung 90 elektrisch mit den ersten und zweiten Sauerstoffsensoren 32 und 34, den ersten und zweiten Temperatursensoren 62 und 64 und dem Luftflussmeter 66 verbunden und empfängt die Signale entsprechend den Werten, welche durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektiert werden.
  • Der erste Sauerstoffsensor 32 detektiert die Konzentration des O2, der im Abgas stromaufwärts des TWC 30 enthalten ist, und sendet das Signal entsprechend dazu an die Steuerung 90. Der zweite Sauerstoffsensor 34 detektiert die Konzentration von Sauerstoff, der im Abgas stromabwärts des TWC 30 enthalten ist und sendet das Signal entsprechend dazu an die Steuerung 90. Die Steuerung 90 kann bestimmen, ob der TWC 30 normal arbeitet, basierend auf den Signalen der ersten und zweiten Sauerstoffsensoren 32 und 34 und für Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuerung des Motors 10 durch.
  • Der erste Temperatursensor 62 detektiert die Temperatur des Abgases stromaufwärts des SCR-Katalysators 50 und sendet das entsprechende Signal an die Steuerung 90. Der zweite Temperatursensor 64 detektiert die Temperatur des Abgases stromabwärts des SCR-Katalysators 50 und sendet das dementsprechende Signal an die Steuerung 90. Die Steuerung 90 kann die Temperaturen des TWC 30, des Partikelfilters 40, des SCR-Katalysators 50 und des CUC 60 basierend auf den Signalen der ersten und zweiten Temperatursensoren 62 und 64 berechnen.
  • Das Luftflussmeter 66 ist an einem Einlassrohr oder einer Einlassführung montiert, um die Menge der Luft, die in das Einlasssystem fließt, zu detektieren und sendet das entsprechende Signal an die Steuerung 90.
  • Die Steuerung 90 steuert den Betrieb des Motors 10, basierend auf den durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektierten Werten. Das heißt, dass die Steuerung 90 die Kraftstoffeinspritzmenge zum Justieren des Ziel-AFR justieren kann und den Zündzeitpunkt zum Aufwärmen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 verzögern kann.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 10 gezeigt, wenn der Motor 10 im Schritt S110 gestartet wird, berechnet die Steuerung 90 die Temperaturen der Katalysatoren 30, 40, 50 und 60. Um das Nachbehandlungsverfahren gemäß der Form der vorliegenden Offenbarung auszuführen, werden die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 aktiviert. Entsprechend wärmt die Steuerung 90 die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 im Schritt S120 auf, falls die Katalysatoren 30, 40, 50 und 60 nicht aktiviert sind. Das heißt, dass der Zündzeitpunkt verzögert ist oder die Menge der Kraftstoffeinspritzung erhöht wird, um die Temperatur des Abgases zu steigern.
  • Wenn das Erwärmen des Katalysators 30, 40, 50 und 60 abgeschlossen ist, betreibt die Steuerung 90 den Motor 10 bei magerem AFR im Schritt S130. Daher reinigt der TWC 30 das CO und das HC, die im Abgas enthalten sind, und der Partikelfilter 40 sammelt die Partikelmaterie, die im Abgas enthalten ist.
  • Die Steuerung 90 berechnet die Menge des NH3, das im SCR-Katalysator 50 gespeichert ist, im Schritt S140. Das heißt, dass die Menge des in dem SCR-Katalysator 50 gespeicherten NH3 basierend auf dem Betriebsverlauf des Motors 10, der Temperaturverlauf des SCR-Katalysators 50 und dergleichen berechnet wird.
  • Auch berechnet die Steuerung 90 die Menge des NOx, welches durch den SCR-Katalysator 50 im Schritt S150 zu fließen hat. Die Menge des in dem Motor 10 erzeugten NOx wird basierend auf einem Verbrennungszustand (z.B. einer Verbrennungstemperatur, einem Verbrennungsdruck, der Luftmenge, der Kraftstoffmenge etc. des Motors 10 berechnet und die Menge des aus dem TWC 10 durchgeschlüpften NOx wird basierend auf dem AFR des Abgases, der Temperatur des TWC 30 etc. berechnet.
  • Danach bestimmt die Steuerung 90, ob der TWC 30 das NOx im Schritt S160 reinigen kann. Das heißt, es wird festgestellt, ob die Menge des im SCR-Katalysator 50 gespeicherten NH3 ausreicht, um das in den SCR-Katalysator 50 fließende NOx zu reinigen.
  • Falls der SCR-Katalysator 50 das NOx im Schritt S160 reinigen kann, wählt die Steuerung 90 das Nachbehandlungsverfahren gemäß der Form der vorliegenden Offenbarung. In diesem Fall wird der Motor 10 beim mageren AFR betrieben.
  • Falls der SCR-Katalysator 50 nicht in der Lage ist, das NOx im Schritt S160 zu reinigen (d.h. die Menge des im SCR-Katalysator 50 gespeicherten NH3 reicht nicht aus, um das in den SCR-Katalysator 50 fließende NOx zu reinigen), berechnet die Steuerung 90 die fette Dauer und das Ziel-AFR zum Erzeugen des NH3 im Schritt S170. Wie früher erwähnt, ist es wünschenswert, die Anzahl von Malen zu erhöhen, zum Erreichen des fetten AFR, während die fette Dauer reduziert wird, um die Menge des aus dem CUC 60 durchgeschlüpften CO zu reduzieren, während ausreichend NH3 im TWC 30 erzeugt wird. Daher kann die fette Dauer so berechnet werden, dass die Durchschlüpfmenge des CO, das stromabwärts des CUC 60 akkumuliert, unter einem vorbestimmten Wert ist, wenn der Motor für die fette Dauer beim Ziel AFR betrieben wird. Zusätzlich kann das AFR durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet eingestellt werden, um die Leistung des Nachbehandlungssystems zu verbessern, während der Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
  • Beispielsweise kann das Ziel-AFR 0,97 sein, was etwas fettes AFR ist, aber ist nicht darauf beschränkt. Auch, wie in 8 gezeigt, variiert die CO-Reinigungskapazität mit der Temperatur des CUC 60. Daher kann die fette Dauer entsprechend dem Ziel AFR und der Temperatur des CUC 60 berechnet werden. Die fette Dauer kann größer als die Verzögerungszeit T1 des TWC 30 und etwas größer als die Verzögerungszeit T2 des CUC 60 sein.
  • Wenn die fette Dauer und das Ziel-AFR im Schritt S170 berechnet werden, betreibt die Steuerung 90 den Motor 10 beim Ziel AFR für die fette Dauer während Schritt S180. Das heißt, indem der Motor 10 bei dem fetten AFR für die fette Dauer betrieben wird, erzeugt der TWC 30 das NH3, während die Menge des aus dem CUC 60 durchgeschlüpften CUC reduziert wird.
  • Nach Durchführen des Schritts S180 kehrt die Steuerung 90 zum Schritt S130 zurück und betreibt den Motor 10 bei magerem AFR. Selbst wenn der Motor 10 beim Ziel-AFR für die fette Dauer betrieben wird, kann die NH3-Erzeugung nicht ausreichen, um das NOx zu reinigen, das in dem SCR-Katalysator 50 fließt (z.B. die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 50 fließt, ist größer als die Menge des NOx, welche durch die NH3-Erzeugung für die fette Dauer gereinigt werden kann). Entsprechend betreibt die Steuerung 90 den Motor bei dem mageren AFR eine vorbestimmte Zeit lang und führt dann den Schritt S140 bis zum Schritt S180 wieder durch. Falls das ausreichende NH3 erzeugt wird, um das in den SCR-Katalysator 50 fließende NOx zu reinigen, wird dann das Nachbehandlungsverfahren im Schritt S160 beendet.
  • Während diese Offenbarung in Verbindung damit beschrieben worden ist, was derzeit als praktische Formen angesehen wird, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt, die im Geist und Schutzumfang der Aspekte der Offenbarung enthalten sind.

Claims (18)

  1. CO-Reinigungskatalysator (CUC) umfassend 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC.
  2. CUC nach Anspruch 1, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  3. CUC nach Anspruch 1, wobei ein Gewichtsverhältnis des Additivs zum Gesamtgewicht des CUC 0 - 10 Gew.-% beträgt.
  4. Nachbehandlungssystem, umfassend: ein Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt; einen Dreiwege-Katalysator (TWC), der am Abgasrohr montiert ist, welcher HC, CO, die im Abgas bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten sind, oxidiert, und NH3 unter Verwendung von NOx, das im Abgas bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, erzeugt; einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, der am Abgasrohr stromabwärts des TWC montiert ist, der das im TWC erzeugte NH3 speichert und das im Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert; und einen CO-Reinigungskatalysator (CUC), der am Abgasrohr stromabwärts des SCR-Katalysators montiert ist und das aus dem TWC durchgeschlüpfte oder im Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene CO reinigt.
  5. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, weiter einen Partikelfilter umfassend, der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas abfängt.
  6. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, weiter umfassend einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Erzeugungs-Katalysator (APC), der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der zusätzliche TWC oder der APC weiter NH3 unter Verwendung des in dem Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltenen NOx erzeugt.
  7. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, 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, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthält.
  8. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei der APC 0,4 - 0,9 Gew.-% Pt, 0,057 - 0,3 Gew.-% Pd, 0,03 - 0,1 Gew.-% Rh, 5 - 15,0 Gew.-% Ba, 10 - 25 Gew.-% CeO2, 48,7 bis 79,513 Gew.-% eines Komposits von MgO und Al2O3 und 0 - 10 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des APC, enthält.
  9. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei ein Mager-NOx Fallen- (LNT) -Katalysator weiter im TWC oder dem zusätzlichen TWC aufbeschichtet ist, und wobei der LNT-Katalysator das in dem Abgas bei dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene NOx absorbiert, und das absorbierte NOx im N2-Gas oder das NH3 bei fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis freisetzt und reduziert.
  10. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei der CUC 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC, enthält.
  11. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr umfasst.
  12. Nachbehandlungsverfahren zum Steuern eines ein Nachbehandlungssystems, das mit einem Dreiwege-Katalysator (TWC), einem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator und einem CO-Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr, durch welches ein Abgas fließt, ausgerüstet ist, wobei das Nachbehandlungsverfahren umfasst: Betreiben eines Motors bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis; Berechnen einer Menge von in dem SCR-Katalysator gespeicherten NH3, Berechnen einer Menge von NOx, welches in den SCR-Katalysator fließt; Bestimmen, ob eine Umwandlung zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist; Berechnen, wenn die Umwandlung zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis gewünscht ist, einer fetten Dauer, welche das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis lang aufrechterhalten wird, und eines Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnisses; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die fette Dauer.
  13. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die fette Dauer anhand des Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und einer Temperatur des CUC berechnet wird.
  14. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die fette Dauer so berechnet wird, dass eine Durchschlüpfmenge von CO, die stromabwärts des CUC akkumuliert ist, die fette Dauer lang, kleiner ist als oder gleich einem vorbestimmten Wert, falls der Motor beim Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die fette Dauer betrieben wird.
  15. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend einen Partikelfilter, der zwischen dem TWC und dem und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der Partikelfilter Partikelmaterie im Abgas einfängt.
  16. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend einen zusätzlichen TWC oder einen Ammoniak-Produktions-Katalysator (APC), der zwischen dem TWC und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei der zusätzliche TWC oder der APC weiter NH3 unter Verwendung des NOx, das im Abgas bei dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthalten ist, erzeugt.
  17. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der CUC 0,2 - 1,5 Gew.-% Pt, 0 bis 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 Gew.-% eines Additivs, basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC, enthält.
  18. Nachbehandlungsverfahren nach Anspruch 17, wobei das Additiv zumindest eines von La, Zr, Mg und Pr enthält.
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