DE112004002783T5

DE112004002783T5 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112004002783T5
Application number: DE112004002783T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tanada; Keisuke Tashiro; Hirokuni Seto; Kenji Morimoto; Tatsuya Okubo; Masaru Ogura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: JP4998698B2; JPWO2005092482A1; WO2005092482A8; DE112004002783B4; WO2005092482A1; CN1925904A; CN100428980C

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Absorptionsmittel mit einem Zeolith mit einer dreidimensionalen Struktur, in der Serien von stapelförmig angeordneten Ringen, die eine vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, Serien von stapelförmig angeordneten Ringen kreuzen, die eine andere vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, wobei das Absorptionsmittel in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas von einem Motor.
Hintergrundtechnik
Es ist eine Technik bekannt, gemäß der ein Absorptionsmittel, das ein Zeolith enthält (z.B. Zeolith des FER-Typs (FER-Zeolith), des MOR-Typs (MOR-Zeolith), des FAU-Typs (FAU-Zeolith), des MFI-Typs (MFI-Zeolith), des (β-Typs ((β-Zeolith), usw.) in einem Abgaskanal eines Motors angeordnet ist, so dass bei einem Kaltstart des Motors im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe (HC) im Absorptionsmittel absorbiert werden.
Im Allgemeinen hat Zeolith eine Eigenschaft, gemäß der es die absorbierten Kohlenwasserstoffe desorbiert, wenn die Temperatur ansteigt. Aus praktischen Gesichtspunkten ist es wünschenswert, dass die Desorption der Kohlenwasserstoffe vom Zeolith beginnen sollte, nachdem ein Katalysator zum Umwandeln und damit zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen (z.B. ein Dreiwegekatalysator) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der er geeignet arbeitet und aktiviert wird.
In diesem Zusammenhang ist ein Abgasreinigungssystem entwickelt worden, in dem verschiedenartige Anforderungen bezüglich eines Zeoliths eines vorstehend erwähnten Typs festgelegt werden, um das HC-Absorptionsmittel zu optimieren (vergl. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-290661 und ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-239346).
Bei herkömmlichen HC-Absorptionsmitteln, in denen hauptsächlich β-Zeolith verwendet wird, tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, dass die Desorption der Kohlenwasserstoffe vom Zeolith beginnt, bevor ein Katalysator zum Umwandeln und damit zum Entfernen der Kohlenwasserstoffe (z.B. ein Dreiwegekatalysator) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der er geeignet arbeitet, so dass die Kohlenwasserstoffe nicht zufriedenstellend entfernt werden. Eine Technik, in dem ein Metall, wie beispielsweise Ag, auf einem Träger mit einem HC-Absorptionsmittel angeordnet ist, ist dazu geeignet, das Problem der HC-Desorptionstemperatur zu lösen. Bei dieser Technik besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass keine ausreichende Wärmebeständigkeit für eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um diese Probleme zu lösen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die derart konstruiert ist, dass Kohlenwasserstoffe in einem Absorptionsmittel gehalten werden können, bis ein Katalysator zum Umwandeln und damit zum Entfernen von in einem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen eine Temperatur erreicht, bei der er geeignet arbeitet.
Um diese Aufgabe zu lösen, weist eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung ein Absorptionsmittel mit einem Zeolith mit einer dreidimensionalen Struktur auf, in der Serien von stapelförmig angeordneten Ringen, die eine vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, Serien von stapelförmig angeordneten Ringen kreuzen, die eine andere vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, wobei das Absorptionsmittel in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Daher kann im Vergleich zu dem Fall, in dem herkömmliches β-Zeolith verwendet wird, eine größere Menge von Kohlenwasserstoffen im Absorptionskatalysator absorbiert und die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe besser unterdrückt werden.
Es ist wünschenswert, wenn die Achsen stapelförmig angeordneter benachbarter Ringe, die aus der gleichen Anzahl von Elementen bestehen, voneinander versetzt sind. In diesem Fall kann aufgrund der Struktur von durch die Serie stapelförmig angeordneter Ringe gebildeten Poren die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe unterdrückt werden.
Außerdem ist es wünschenswert, wenn die Serie stapelförmig angeordneter Ringe, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Elementen bestehen, eine Funktion zum Absorbieren von im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen hat, und die Serie stapelförmig angeordneter Ringe, die aus einer anderen vorgegebenen Anzahl von Elementen bestehen, eine Funktion zum Unterdrücken der Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe hat. In diesem Fall kann eine große Menge von Kohlenwasserstoffen absorbiert und die Desorption von Kohlenwasserstoffen bis zu einer hohen Temperatur unterdrückt werden.
Es ist wünschenswert, wenn die vorgegebene Anzahl von Elementen 10 bzw. 12 beträgt. In diesem Fall können Kohlenwasserstoffe in den durch die 12-Element-Ringe gebildeten Poren leicht absorbiert werden, während die durch die 10-Element-Ringe gebildeten Poren die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe unterdrücken können.
Es ist wünschenswert, wenn die Poren des Zeoliths, die durch die Serie stapelförmig angeordneter 10-Element-Ringe gebildet werden, sich in eine Richtung erstrecken, die einer der drei Dimensionen der dreidimensionalen Struktur entspricht, und die durch die Serie stapelförmig angeordneter 12-Element-Ringe gebildeten Poren sich in die Richtungen erstrecken, die den anderen beiden Dimensionen der dreidimensionalen Struktur entsprechen. In diesem Fall kann im Vergleich zu dem Fall, in dem herkömmliches β-Zeolith verwendet wird, die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe besser unterdrückt werden, und die absorbierten Kohlenwasserstoffe können bis zu einer höheren Temperatur gehalten werden.
Es ist wünschenswert, wenn das Silika (Siliziumoxid)/Aluminiumoxid-Verhältnis des Zeoliths innerhalb eines Bereichs von 20 bis 1500, insbesondere innerhalb eines Bereichs von 20 bis 300, liegt. In diesem Fall kann eine hohe Wärmebeständigkeit gewährleistet werden, ohne dass die HC-Absorptions- oder Aufnahmefähigkeit beeinträchtigt wird, sondern eine hohe HC-Aufnahmefähigkeit aufrechterhalten wird.
Es ist wünschenswert, wenn das Silika/Aluminiumoxid-Verhältnis des Zeoliths derart festgelegt ist, dass in der Struktur des Zeoliths bei 900°C keine Brüche auftreten. In diesem Fall bricht die Struktur des Zeoliths nicht leicht, so dass die Haltbarkeit oder Lebensdauer des Zeolithkatalysators erhöht wird.
Es ist wünschenswert, wenn der Zeolith auf einem Träger angeordnet ist, wobei die Zeolithmenge auf dem Träger innerhalb eines Bereichs von 90g/l bis 130g/l betragen sollte. In diesem Fall kann eine ausreichende Aufnahmefähigkeit gewährleistet werden, so dass das HC-Entfernungsvermögen verbessert werden kann.
Es ist wünschenswert, wenn der Zeolith ein oder mehr Elemente aufweist, die aus Ag, Mn, Fe, Ni und Cu ausgewählt werden. In diesem Fall kann die Temperatur, bei der die Desorption von Kohlenwasserstoffen vom Absorptionsmittel beginnt, höher gemacht werden.
Es ist wünschenswert, wenn das Absorptionsmittel auf einem Träger angeordnet ist und ein Dreiwegekatalysatormaterial auf einem stromabwärtsseitigen Teil des Trägers angeordnet ist. In diesem Fall können die vom Absorptionsmittel desorbierten Kohlenwasserstoffe durch das stromabwärtsseitig angeordnete Dreiwegekatalysatormaterial umgewandelt werden.
Es ist wünschenswert, wenn das Absorptionsmittel auf einem Träger angeordnet und ein Dreiwegekatalysatormaterial auf dem Absorptionsmittel ausgebildet ist. In diesem Fall können die desorbierten Kohlenwasserstoffe sicher entfernt werden.
Vorzugsweise enthält die Dreiwegekatalysatorschicht Ce. In diesem Fall können Kohlenwasserstoffe aufgrund der Sauerstoffspeicherfunktion (O₂-Speicherfunktion) von Ce durch Oxidation auf geeignete Weise entfernt werden, auch wenn die Dreiwegekatalysatorschicht sich in einer Reduktionsatmosphäre befindet, die eine große Menge von HC und CO enthält.
Es ist wünschenswert, wenn die Menge des auf dem Träger angeordneten Zeoliths derart festgelegt wird, dass das auf dem Träger angeordnete Zeolith die Fähigkeit hat, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist, als die Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffe, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Dreiwegekatalysatorschicht aktiviert wird, vom Verbrennungsmotor ausgegeben werden. In diesem Fall kann die HC-Emission bei einem Kaltstart sicher reduziert werden.
Es ist wünschenswert, wenn ein stromaufwärtsseitiger Dreiwegekatalysator stromaufwärtsseitig vom Träger angeordnet ist. In diesem Fall wird, weil Kohlenwasserstoffe durch den stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator, obgleich nur in einer kleinen Menge, umgewandelt werden, die Menge der stromabwärts vom stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe vermindert. Dadurch kann die im Absorptionsmittel absorbierte HC-Menge vermindert werden.
Es ist wünschenswert, wenn der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator auf einem Träger angeordnet ist, wobei der Dreiwegekatalysator derart ausgebildet ist, dass seine Zellendichte größer ist als diejenige des Trägers. In diesem Fall kann die Erwärmungsgeschwindigkeit des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators erhöht werden, so dass Kohlenwasserstoffe effizient umgewandelt werden können.
Es ist wünschenswert, wenn die Menge des auf dem Träger angeordneten Zeoliths derart festgelegt ist, dass der auf dem Träger angeordnete Zeolith die Fähigkeit hat, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist als die Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffe, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator aktiviert wird, vom Verbrennungsmotor ausgegeben wird. In diesem Fall kann die Emission von vom Verbrennungsmotor nach außen abgegebenen Kohlenwasserstoffen so lange reduziert werden, bis der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator aktiviert wird.
Es ist wünschenswert, wenn das Absorptionsmittel eine HC-Desorptionsvermögen aufweist, das bei einer Temperatur von 160°C oder mehr am größten ist. In diesem Fall kann die HC-Entfernungsrate verbessert werden.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist es wünschenswert, wenn ein Absorptionsmittel, das CON-Zeolith enthält, in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Vorzugsweise ist das CON-Zeolith ein Zeolith des Typs SSZ-26 oder SSZ-33 mit einer dreidimensionalen Struktur, gemäß der Serien stapelförmig angeordneter Ringe sich kreuzen. In diesem Fall kann im Vergleich zur Verwendung von β-Zeolith die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe besser unter drückt werden, und die absorbierten Kohlenwasserstoffe können bis zu einer höheren Temperatur gehalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Struktur einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;
2 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer Dreiwegekatalysatorschicht und einer HC-Absorptionsschicht, die in einem Unterbodenkatalysator (UCC) ausgebildet sind;
3 zeigt ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Kristallstruktur von CON-Zeolith;
4 zeigt ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der im CON-Zeolith absorbierten HC-Menge und der emittierten HC-Menge als Funktion der Temperatur;
5 zeigt ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Struktur einer anderen Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, bei der der Träger eines UCC-Katalysators in einen vorderen oder vorgeschalteten Teil und einen hinteren oder nachgeschalteten Teil geteilt ist;
6 zeigt eine Beziehung zwischen der Temperatur und der HC-Emission (HC-Desorption) vom UCC-Katalysator, die durch einen Test erhalten wurde, in dem ein neuer UCC-Katalysator an einen Motor angepasst wurde;
7 zeigt das gleiche Testergebnis wie 6 in der Form eines Balkendiagramms zum Darstellen der HC-Emission in verschiedenen Temperaturbereichen;
8 zeigt das Ergebnis eines Tests, in dem ein UCC-Katalysator verwendet wurde, der einem Wärmetest unterzogen wurde;
9 zeigt ein Diagramm zum Darstellen der Beziehung zwischen dem Si/Al-Verhältnis von CON-Zeolith und der Minde rungsrate der NMHC- (Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe) Emission;
10 zeigt ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der Menge von CON-Zeolith und der Minderungsrate der NMHC-Emission; und
11 zeigt ein Diagramm zum Darstellen, wie die HC-Desorptionstemperatur sich ändert, wenn das CON-Zeolith ein Übergangsmetall trägt.
Beste Technik zum Implementieren der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Diagramm zum schematischen Darstellen der Struktur einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung. 2 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen, wie eine Dreiwegekatalysatorschicht und eine HC-Absorptionsschicht in einem in der Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Katalysator ausgebildet sind.
Wie in 1 dargestellt ist, weist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung auf: einen MCC-Katalysator (Katalysator im Abgaskrümmer) 10, der in einem stromaufwärtsseitigen Abschnitt (der in diesem Beispiel durch einen Abgaskrümmer gebildet wird) 31a eines Abgaskanals 31 gebildet wird, der mit einem Motorkörper (nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet) 30 verbunden ist, und einen UCC-Katalysator (Unterbodenkatalysator) 20, der in einem stromabwärtsseitigen Abschnitt 31b des Abgaskanals 31 angeordnet ist.
Der MCC-Katalysator 10 ist als Dreiwegekatalysator ausgebildet.
Innerhalb eines Katalysatorgehäuses des UCC-Katalysators 20 ist ein Träger mit einer großen Anzahl von Zellenlöchern angeordnet, und ein Palladium/Rhodium- (Pd/RH) Dreiwegekatalysator und ein HC-Absorptionsmittel, das CON-Zeolith enthält, das Silika (Si) und Aluminiumoxid (Al) als Hauptbestandteile aufweist und dazu geeignet ist im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe zu absorbieren, sind auf dem Träger angeordnet.
Insbesondere ist, wie in 2 dargestellt ist, das HC-Absorptionsmittel derart angeordnet, dass eine HC-Absorptionsschicht 2 gebidlet wird, die die Innenfläche jedes Zellenlochs 3a im Träger 3 abdeckt, und der Dreiwegekatalysator ist derart angeordnet, dass er eine Dreiwegekatalysatorschicht 1 auf der Oberfläche der HC-Absorptionsschicht 2 bildet.
3 zeigt schematisch die Kristallstruktur des CON-Zeoliths.
CON-Zeolith hat eine dreidimensionale Struktur, in der Serien stapelförmig angeordneter Ringe, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Elementen bestehen, Serien stapelförmig angeordneter Ringe kreuzen, die aus einer anderen vorgegebenen Anzahl von Elementen bestehen, so dass der Kristall zwei Arten von Poren mit verschiedenen Durchmessern aufweist (Poren, die durch Serien stapelförmig angeordneter 10-Element-Ringe (nachstehend als "10-Element-Ring-Poren" bezeichnet) gebildet werden, und Poren, die durch Serien stapelförmig angeordneter 12-Element-Ringe (nachstehend als "12-Element-Ring-Poren" bezeichnet) gebildet werden).
Außerdem bilden im Kristall des CON-Zeoliths die Flächen von Einheitskristallen die dreidimensionalen Poren, wobei die Achsen stapelförmig angeordneter benachbarter Ringe, die aus der gleichen Anzahl von Elementen bestehen, versetzt sind.
Aufgrund dieser Strukturmerkmale hat CON-Zeolith die Eigenschaft, dass Kohlenwasserstoffe leicht durch die 12-Element-Ring-Poren in den Kristall eindringen können. Koh lenwasserstoffe dringen auch über die 10-Element-Ring-Poren in den Kristall ein, jedoch langsamer als über die 12-Element-Ring-Poren. Daher hat CON-Zeolith auch die Eigenschaft, dass Kohlenwasserstoffe die 10-Element-Ring-Poren langsam durchlaufen.
CON-Zeolith hat außerdem die Eigenschaft, dass, auch wenn die Temperatur ansteigt, Kohlenwasserstoffe nicht leicht vom Kristall desorbiert werden, weil die Kohlenwasserstoffe, die einmal tief in den Kristall eingedrungen sind, aufgrund der komplizierten Anordnung der Porenkanäle infolge der versetzten Anordnung der Achsen der stapelförmig angeordneten benachbarten Ringe, die aus der gleichen Anzahl von Elementen bestehen, den Kristall nicht leicht durchlaufen, so dass die Kohlenwasserstoffe den Kristall nur langsam in einer Richtung, die einer der drei Dimensionen des Kristalls entspricht, durch die 10-Element-Ring-Poren durchläuft, weil diese einen kleinen Durchmesser haben.
Daher hat das CON-Zeolith die Eigenschaft, dass die 12-Element-Ring-Poren mit großem Durchmesser die Absorption von Kohlenwasserstoffen unterstützen und die 10-Element-Ring-Poren mit kleinem Durchmesser die Desorption von Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen unterdrücken.
Außerdem haben Kohlenwasserstoffe die Eigenschaft, dass sie sich leicht an Al binden, das eines der beiden Hauptbestandteile Si und Al des Zeoliths ist. Durch ein Experiment wurde bestätigt, dass auch im Fall von CON-Zeolith durch einen größeren Anteil von Al, oder mit anderen Worten ein kleineres Si/Al-Verhältnis zwischen Si in der Form von Silika und Al in der Form von Aluminiumoxid die Aufnahmefähigkeit der HC-Absorptionsschicht 2 verbessert wird.
Zeolith hat jedoch auch die Eigenschaft, dass, wenn der Anteil von Al größer ist, d.h., wenn das Si/Al-Verhältnis kleiner ist, die Bindung von Al in der Struktur bei höheren Temperaturen leichter aufbricht, so dass die Struktur leichter bricht.
Durch ein Experiment wurde jedoch bestätigt, dass im Fall von CON-Zeolith, auch wenn das Si/Al-Verhältnis klein ist, der Zeolith, der einem Hochtemperaturabgas ausgesetzt ist, keine wesentlich gebrochene Struktur aufweist, und dass die HC-Absorptionsschicht 2 bei höheren Temperaturen eine größere HC-Aufnahmefähigkeit und ein größeres Desorptionsunterdrückungsvermögen hat als in dem Fall, in dem die HC-Absorptionsschicht durch herkömmlich verwendetes Zeolith gebildet wird.
Daher ist das Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths in der vorliegenden Ausführungsform auf einen Bereich festgelegt, durch den gewährleistet wird, dass auch bei einer hohen Abgastemperatur (z.B. 900°C) die Struktur des Zeoliths wenig Brüche der Al-Bindung zeigt, und dass die HC-Absorptionsschicht 2 eine hohe HC-Aufnahmefähigkeit aufweist. Im Vergleich z.B. zu β-Zeolith hat CON-Zeolith eine höhere HC-Aufnahmefähigkeit und eine größere Wärmebeständigkeit und eine größere Haltbarkeit, auch wenn das Si/Al-Verhältnis kleiner ist. Gemäß einem später beschriebenen Experiment ist es im Fall von CON-Zeolith wünschenswert, wenn das Si/Al-Verhältnis innerhalb eines Bereichs von etwa 20 bis 1500 liegt. Insbesondere kann, wenn das Si/Al-Verhältnis innerhalb eines Bereichs von 20 bis 300 liegt, die HC-Aufnahmefähigkeit auf einem hohen Wert gehalten und eine ausreichende Wärmebeständigkeit gewährleistet werden, ohne dass das HC-Desorptionsvermögen beeinträchtigt wird.
Die absorbierte HC-Menge ist der Zeolithmenge proportional. Wenn die Zeolithmenge kleiner ist, ist die HC-Desorptionsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der Kohlenwasserstoffe desorbiert werden, höher. Wenn die Zeolithmenge größer ist, ist die HC-Desorptionsgeschwindigkeit kleiner, durch eine größere Zeolithmenge nimmt jedoch die Wärmekapazität zu, so dass ein Temperaturanstieg vermindert wird.
Es ist außerdem bekannt, dass die HC-Desorptionsgeschwindigkeit mit der absorbierten HC-Menge invers in Beziehung steht. Insbesondere ist die maximale HC-Absorptionsmenge durch die Zeolithmenge bestimmt, und, wie in 4 dargestellt ist, wenn das (als "Absorptionsverhältnis" bezeichnete) Verhältnis der im Zeolith absorbierten HC-Menge zur maximalen HC-Absorptionsmenge im Zeolith größer ist, ist die bei einer niedrigen Temperatur desorbierte HC-Menge größer. Wenn das Absorptionsverhältnis kleiner ist, kann die Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe bis zu höheren Temperaturen unterdrückt werden. Durch ein Experiment wurde bestätigt, dass auch CON-Zeolith die gleichen Eigenschaften besitzt.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform, während das Si/Al-Verhältnis optimiert wird, die Menge des CON-Zeoliths derart festgelegt, dass sie innerhalb eines Bereichs liegt, gemäß dem die Wärmekapazität innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten wird. Außerdem wird die Menge des CON-Zeoliths derart festgelegt, dass es die Fähigkeit hat, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist als die Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffe, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Motors 30 bis zu dem Zeitpunkt abgegeben wird, zu dem der MCC-Katalysator 10 aktiviert wird. Gemäß einem Experiment ist es wünschenswert, wenn die Menge des in der HC-Absorptionsschicht 2 enthaltenen CON-Zeoliths im Bereich von etwa 90 g/l bis 130 g/l liegt, wobei in diesem Fall eine ausreichende HC-Absorptionsfähigkeit gewährleistet werden kann.
Die chemische Absorptionseigenschaft von Zeolith ist derart, dass die Absorption von ungesättigten Kohlenwasser stoffen, wie beispielsweise Olefin, dominant ist. Daher wird, wenn Pd, das bei der Oxidation von Olefin besonders effektiv ist, als Edelmetall der Dreiwegekatalysatorschicht 1 verwendet wird, die Absorption und Desorption durch Oxidation von Kohlenwasserstoffen tendetiell unterstützt. Durch ein Experiment wurde bestätigt, dass auch CON-Zeolith die gleiche Eigenschaft aufweist.
Daher werden in der vorliegenden Ausführungsform Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) als Edelmetalle der Dreiwegekatalysatorschicht 1 verwendet.
Wenn die Dichte der Zellenlöcher 3a des Trägers des UCC-Katalysators 20 höher ist, wird die Oberfläche der HC-Absorptionsschicht 2 größer, d.h., dass eine größere Menge des Absorptionsmittels und damit des Zeoliths auf dem Träger angeordnet ist. Dadurch werden Kohlenwasserstoffe leichter absorbiert. Dies wurde auch bezüglich des CON-Zeoliths durch ein Experiment bestätigt.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die Zellendichte des Träger des UCC-Katalysators 20 hinsichtlich der Gesamtmenge des Absorptionsmittels (Zeolith) optimiert.
Die Zellendichte des Trägers des im stromaufwärtsseituigen Abschnitt des Abgaskanals angeordneten MCC-Katalysators 10 ist derart festgelegt, dass sie größer ist als die Zellendichte des Trägers des UCC-Katalysators 20. Wenn die Zellendichte größer ist, wird die mit dem vom Motor 30 ausgegebenen Abgas in Kontakt stehende Oberfläche des Dreiwegekatalysators größer, so dass eine größere Menge der vom Motor ausgegebenen Kohlenwasserstoffe oxidiert und ein durch die Reaktionswärme verursachter Temperaturanstieg größer wird. Außerdem wird, wenn die Wand des Trägers dünner gemacht wird, um die Zellendichte zu erhöhen, durch die dünnere Wanddicke die Wärmemenge vermindert. Infolgedessen wird das Erwärmungsvermögen des MCC-Katalysators 10 verbessert, so dass die bis zu einer Aktivierung benötigte Zeitdauer kürzer und die Menge der bei einem Kaltstart des Motors 30 ausgegebenen Kohlenwasserstoffe vermindert wird. Dadurch wird die Gesamtmenge der in der HC-Absorptionsschicht 2 des UCC-Katalysators 20 zu absorbierenden Kohlenwasserstoffe vermindert. Dadurch werden Kohlenwasserstoffe in der HC-Absorptionsschicht 2 leichter absorbiert, so dass das Volumen bzw. die Kapazität des UCC-Katalysators 20 vermindert werden kann.
Wie in 5 dargestellt ist, ist in einer alternativen Ausführungsform der Träger 3 des UCC-Katalysators 20 in einen stromaufwärtsseitigen Teil und einen stromabwärtsseitigen Teil geteilt, und eine HC-Absorptionsschicht 2 bzw. eine Dreiwegekatalysatorschicht 1 sind darauf ausgebildet. In diesem Fall werden, wenn die Zellendichte des stromaufwärtsseitigen Teils hoch und die Zellendichte des stromabwärtsseitigen Teils niedrig gemacht wird, Kohlenwasserstoffe tendenziell leichter in der HC-Absorptionsschicht 2 absorbiert. Durch ein Experiment wurde dieselbe Charakteristik auch für CON-Zeolithe bestätigt. Daher ist es, wenn der Träger 3 des UCC-Katalysators 20 in einen stromaufwärtsseitigen Teil und einen stromabwärtsseitigen Teil geteilt ist, wünschenswert, wenn die Zellendichte des stromaufwärtsseitigen Teils hoch und die Zellendichte des stromabwärtsseitigen Teils niedrig gemacht wird, und wenn die HC-Absorptionsschicht 2 und eine Dreiwegekatalysatorschicht 1 auf dem stromaufwärtsseitigen Teil bzw. dem stromabwärtsseitigen Teil ausgebildet sind.
In der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung wird, wenn der Motor 30 kalt ist, das Abgas hauptsächlich durch den stromaufwärtsseitig angeordneten MCC-Katalysator 10 gereinigt, der durch das Abgas frühzeitig erwärmt wird. Die Kohlenwasserstoffe im Abgas, die im MCC- Katalysator 10 nicht umgewandelt werden, werden in der HC-Absorptionsschicht 20 des UCC-Katalysators 20 absorbiert. Dann wird, wenn der Motor 30 sich erwärmt, so dass der MCC-Katalysator 10 sich derart erwärmt, dass die Dreiwegekatalysatorfunktion des MCC-Katalysators 10 aktiviert wird, das Abgas durch den MCC-Katalysator 10 gereinigt. Hierbei wird, weil das Hochtemperaturabgas den MCC-Katalysator 10 schnell erwärmt, die Dreiwegekatalysatorfunktion des MCC-Katalysator 10 frühzeitig aktiviert. Der stromaufwärtsseitige MCC-Katalysator 10 wandelt zwar nur eine kleine Menge der Kohlenwasserstoffe um, dadurch wird jedoch die stromabwärts vom MCC-Katalysator 10 im Abgas enthaltene HC-Menge vermindert. Dadurch kann die in der HC-Absorptionsschicht 2 des UCC-Katalysators 20 zu absorbierende HC-Menge reduziert werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird im UCC-Katalysator 20 die Zeolithmenge derart festgelegt, dass er in der Lage ist, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist als die HC-Menge, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Motors 30 bis zu dem Zeitpunkt ausgegeben wird, zu der der MCC-Katalysator 10 aktiviert wird. Daher beginnt anschließend, wenn der UCC-Katalysator erwärmt und aktiviert ist, die Desorption von Kohlenwasserstoffen von der HC-Absorptionsschicht 2 des UCC-Katalysators 20, die von der Absorptionsschicht 2 desorbierte Kohlenwasserstoffe werden jedoch durch die Dreiwegekatalysatorschicht 1 umgewandelt, die wie die HC-Absorptionsschicht 2 erwärmt und aktiviert wurde. Dadurch kann die Kapazität der HC-Absorptionsschicht 2 vermindert und die Menge der Kohlenwasserstoffe, die im nach außen emittierten Abgas enthalten ist, in einem kalten Zustand des Motors wesentlich reduziert werden.
In dieser Abgasreinigungsvorrichtung wird, weil das Hochtemperaturabgas den MCC-Katalysator 10 mit einer hohen Geschwindigkeit erwärmt, die Dreiwegekatalysatorfunktion des MCC-Katalysators frühzeitig aktiviert. Dadurch kann die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die HC-Absorptionsschicht 2 des UCC-Katalysators 20 mit der Absorption der Kohlenwasserstoffe beginnt, und dem Zeitpunkt, zu dem der MCC-Katalysator 10 auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der der MCC-Katalysator 10 die Kohlenwasserstoffe umwandeln kann (Aktivierungstemperatur), sehr kurz gemacht werden. Außerdem können die Kohlenwasserstoffe, die im MCC-Katalysator 10 nicht umgewandelt werden, wenn der MCC-Katalysator 10 kalt ist, in der HC-Absorptionsschicht 2 des UCC-Katalysators 20 umgewandelt werden, und die Kohlenwasserstoffe, die von der HC-Absorptionsschicht 2 desorbiert werden, nachdem der UCC-Katalysator 20 aktiviert wurde, können durch die Dreiwegekatalysatorschicht 1 geeignet umgewandelt werden. Dadurch kann die HC-Menge, die im MCC-Katalysator 10 nicht umgewandelt wurde und nach außen emittiert wird, wesentlich reduziert werden.
Um den MCC-Katalysator 10 noch früher zu aktivieren, kann der Zündzeitpunkt im Motor 30 verzögert werden, um das Abgas zu erwärmen. Wenn der Motor 30 ein Motor mit Direkteinspritzung ist, ist das Ausführen einer zusätzlichen Zündung (Nebeneinspritzung) des Kraftstoffs im Expansionshub ein geeignetes Mittel zum Erwärmen des Abgases.
Vorstehend ist der Fall beschrieben worden, in dem ein CON-Zeolith mit durch 10-Element-Ringe gebildeten Poren und durch 12-Element-Ringe gebildeten Poren verwendet wird. Es kann jedoch auch ein CON-Zeolith mit durch 10-Element-Ringen gebildeten Poren sowie mit Poren verwendet werden, die durch Ringe erzeugt werden, die aus mehr als 12 Elementen bestehen, oder es kann ein Zeolith mit drei oder mehr Arten von Poren verwendet werden, die verschiedene Anzahlen von Elementen haben.
Beispiele
Nachstehend werden spezifische Beispiele der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion beschrieben.
Zunächst wird die Herstellung der Dreiwegekatalysatorschicht und der HC-Absorptionsschicht des UCC-Katalysators erläutert.
(1) Herstellung der HC-Absorptionsschicht
Ein Schlamm zum Herstellen einer HC-Absorptionsschicht wurde in einer Kugelmühle hergestellt durch Mischen einer wässerigen Disperion (50 Gew.-%), in der CON-Zeolith (Produktbezeichnung SSZ-33 oder SSZ-26, hergestellt von Chevron) als Absorptionsmittel und SiO₂ in einer Menge von 10 Gew.-% des Absorptionsmittels in der Form von SiO₂-Sol in Wasser dispergiert waren.
Dann wurde der Schlamm auf einen Wabenkörper aus Cordierit (1L) gemäß einem gewünschten Gewicht aufgebracht, anschließend getrocknet und dann in Luft bei 500°C gebrannt, wodurch eine HC-Absorptionsschicht hergestellt wurde.
(2) Herstellung der Dreiwegekatalysatorschicht
Ein Schlamm, der 50 Gew.-% Feststoffe enthält, wurde durch Mahlen und Mischen von Salzen ausgewählter Edelmetalle und γ-Aluminiumoxid in einer Kugelmühle hergestellt.
Dann wurde der Schlamm in einem gewünschten Gewicht auf den Cordierit-Wabenkörper aufgebracht, auf dem die HC-Absorptionsschicht aufgebracht war, anschließend getrocknet und dann wie im Fall der HC-Absorptionsschicht bei 500°C in Luft gebrannt, wodurch eine Dreiwegekatalysatorschicht hergestellt wurde.
(3) Erwärmung
Nachdem die HC-Absorptionsschicht und die Dreiwegekatalysatorschicht hergestellt waren, wurde für 40 Stunden ein Erwärmungsprozess in einem Motor in einer Atmosphäre eines mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses (A/F = 23) und einer Atmosphäre eines fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses (A/F = 13) bei einer Katalysatormittentemperatur von 950°C ausgeführt.
Nachstehend wird die Bewertung von Absorptionskatalysatoren mit einer Dreiwegekatalysatorschicht und einer HC-Absorptionsschicht erläutert, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wurden.
Zunächst wurden nur bezüglich der HC-Absorptionsschicht die HC-Desorptionstemperatur bei Verwendung von CON-Zeolith und die HC-Desorptionstemperatur bei Verwendung von β-Zeolith verglichen. Der Zeolith wurde in Pulverform verwendet, und Toluol wurde als zu absorbierender Kohlenwasserstoff verwendet.
6 zeigt einen Graphen zum Darstellen der HC-Emission (HC-Desorption) in einem TPD (temperaturprogrammierte Desorption) Test, der unter Verwendung von neuem Zeolith ausgeführt wurde, wobei der Fall, in dem CON-Zeolith verwendet wurde, und der Fall, in dem β-Zeolith verwendet wurde, verglichen wurden. 7 zeigt die gleichen Testergebnisse in der Form eines Balkendiagramms zum Darstellen der HC-Emission in verschiedenen Temperaturbereichen.
Wie anhand der 6 und 7 ersichtlich ist, ist im Vergleich zu dem Fall, in dem β-Zeolith verwendet wird (unterbrochene Linie), wenn CON-Zeolith für die HC-Absorptionsschicht verwendet wird (durchgezogene Linie) die HC-Desorption in einem Niedrigtemperaturbereich vermindert und nimmt in einem Hochtemperaturbereich wesentlich zu. Die HC-Desorption ist insbesondere bei einer Temperatur im Be reich von 160°C und mehr groß und erreicht bei einer Temperatur in der Nähe von 200°C einen Spitzenwert. D.h., dass im Vergleich zu dem Fall, in dem β-Zeolith verwendet wird, bei der Verwendung von CON-Zeolith eine größere HC-Menge in der HC-Absorptionsschicht gehalten wird, bis die Temperatur die niedrigste Aktivierungstemperatur für die Dreiwegekatalysatorschicht (etwa 200°C) überschreitet, und dass die gehaltenen Kohlenwasserstoffe desorbiert werden, nachdem die Temperatur die niedrigste Aktivierungstemperatur überschritten hat.
Wie vorstehend erwähnt wurde, weist der CON-Zeolith eine mit Poren versehene dreidimensionale Struktur auf, wobei die Einheitkristallstruktur zwei verschiedene Arten von Poren aufweist, Poren mit kleinem Durchmesser, die durch 10-Element-Ringe gebildet werden, und Poren mit großem Durchmesser, die durch 12-Element-Ringe gebildet werden. Aufgrund dieser Struktur hat CON-Zeolith die Eigenschaft, dass die durch die 12-Element-Ringe gebildeten Poren mit großem Durchmesser die Absorption von Kohlenwasserstoffen unterstützen, während die durch die 10-Element-Ringe gebildeten Poren mit kleinem Durchmesser die Desorption von Kohlenwasserstoffen unterdrücken. Das vorstehend erwähnte Testergebnis zeigt auf, dass ein großer Anteil der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe in der HC-Absorptionsschicht absorbiert und gehalten werden können, bis die Dreiwegekatalysatorschicht sich auf eine Temperatur erwärmt hat, die höher ist als die niedrigste Aktivierungstemperatur (etwa 200°C), und die Kohlenwasserstoffe werden desorbiert, nachdem die Dreiwegekatalysatorschicht auf eine Temperatur erwärmt ist, die größer ist als die niedrigste Aktivierungstemperatur, so dass bestätigt wird, dass die Verwendung von CON-Zeolith für die HC-Absorptionsschicht des Absorptionskatalysators zum Verbessern der Fähigkeit zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen sehr wirksam ist.
8 zeigt auf die gleiche Weise wie in 6 die HC-Emission in einem TPD-Test, der unter Verwendung von Zeolith ausgeführt wurde, der zuvor einem Erwärmungstest unterzogen wurde, in dem der Zeolith bei 800°C für 5 Stunden in einem 10%-igen Dampf gehalten wurde. Wie anhand dieses Graphen ersichtlich ist, ist auch unter der Bedingung, dass der Zeolith zuvor einem Wärmetest unterzogen wurde, im Temperaturbereich oberhalb der niedrigsten Aktivierungstemperatur (etwa 200°C) der Dreiwegekatalysatorschicht die HC-Desorption wesentlich größer, wenn CON-Zeolith für die HC-Absorptionsschicht verwendet wird, als in dem Fall, dass β-Zeolith verwendet wird, obwohl die Kapazität des CON-Zeoliths, der einem Wärmetest unterzogen wurde, kleiner ist als diejenige von neuem CON-Zeolith. Dadurch wurde bestätigt, dass der Absorptionskatalysator, in dem CON-Zeolith für die HC-Absorptionsschicht verwendet wird, für eine praktische Anwendung geeignet ist.
Außerdem wurde bezüglich der Minderungsrate der NMHC-(Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe) Emission hinter dem UCC-Katalysator (HC-Entfernungsrate im gesamten Abgassystem) eine Vergleichsauswertung für den UCC-Katalysator 20 ausgeführt, in dem CON-Zeolith für die HC-Absorptionsschicht verwendet wird, wobei das Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths, die Menge des CON-Zeoliths, die für die Dreiwegekatalysatorschicht verwendeten Edelmetalle, die Konstruktion des Trägers (ein Körper oder in zwei Teile geteilt) und die Zellendichte des Trägers geändert wurden.
Der hierbei verwendete MCC-Katalysator 10 war ein MCC-Katalysator, in dem ein Katalysatormaterial verwendet wurde, das Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) als Hauptbestandteile enthält, und das eine Trägerkapazität von 0,7 l, eine Trä gerzellendichte von 2 Mil/900 Zellen und ein Pd/Rh-Verhältnis von 2,1/0,3 [g/l] aufwies.
Außerdem wurde, um eine frühzeitige Aktivierung des MCC-Katalysator 10 zu erreichen, eine Erwärmungssteuerung durch Verzögern des Zündzeitpunkts parallel ausgeführt.
Tabelle 1 zeigt das Ergebnis eines Tests, der bezüglich der Minderungsrate der NMHC-Emission in einem kalten Zustand unmittelbar nach dem Start des Motors ausgeführt wurde, wobei das Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths im UCC-Katalysator 20 geändert wurde. Außerdem zeigt 9 die auf diesem Testergebnis basierende Beziehung zwischen dem Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths und der Minderungsrate der NMHC-Emission.
Tabelle 1
Tabelle 1 und 9 zeigen, dass im UCC-Katalysator, in dem CON-Zeolith verwendet wird, wenn das Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths im Bereich von 100 bis 1000 liegt, die Minderungsrate der NMHC-Emission etwa 80% beträgt, was den höchsten Wert darstellt, und dass, wenn das Si/Al-Verhältnis des CON-Zeoliths im Bereich von etwa 20 bis 1500 liegt, die Minderungsrate der NMHC-Emission auf einem hohen Wert gehalten wird. Insbesondere kann durch Festlegen des Si/Al-Verhältnisses auf einen Wert im Bereich von 20 bis 300 die Minderungsrate der NMHC-Emission erhöht werden, während das HC-Absorptionsvermögen und die Wärmebeständigkeit auf einem hohen Wert gehalten werden.
Tabelle 2 zeigt das Ergebnis eines Tests, der bezüglich der Minderungsrate der NMHC-Emission ausgeführt wurde, wobei ein CON-Zeolith mit einem Si/Al-Verhältnis von 100 für den UCC-Katalysator 20 verwendet wurde und die Menge des CON-Zeoliths im UCC-Katalysator 20 geändert wurde. Außerdem zeigt 10 die auf diesem Testergebnis basierende Beziehung zwischen der Menge des CON-Zeoliths und der Minderungsrate der NMHC-Emission.
Tabelle 2
Tabelle 2 und 10 zeigen, dass im UCC-Katalysator 20, in dem CON-Zeolith verwendet wird, wenn die Menge des CON-Zeoliths 100 g/l beträgt, die Minderungsrate der NMHC-Emission etwa 80% beträgt, was den höchsten Wert darstellt, und dass, wenn die Menge des CON-Zeoliths im Bereich von etwa 90 g/l bis 130 g/l liegt, die HC-Entfernungsrate auf einem hohen Wert gehalten werden kann. Daher wird die Menge des CON-Zeoliths auf einen Wert im Bereich von etwa 90 g/l bis etwa 130 g/l festgelegt.
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis eines Tests, der bezüglich der Minderungsrate der NMHC-Emission ausgeführt wurde, wobei 100 g/l CON-Zeolith für den UCC-Katalysator 20 und Palladium und Rhodium (Pd/Rh) oder Platin und Rhodium (Pt/Rh) als Hauptedelmetalle der Dreiwegekatalysatorschicht verwendet wurden. Das Verhältnis von Pd zu Rh unterscheidet sich von dem Verhältnis von Pt zu Rh, wobei jedes Verhältnis ein typisches Verhältnis zum Herstellen einer optimalen Dreiwegekatalysatorschicht unter Verwendung von Pd oder Pt ist.
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt, dass im UCC-Katalysator 20, in dem CON-Zeolith verwendet wird, die Minderungsrate der NMHC-Emission, wenn Pd und Rh als Hauptedelmetalle der Dreiwegekatalysatorschicht verwendet werden, höher ist als in dem Fall, wenn Pt und Rh verwendet werden. Der Grund hierfür ist vermutlich folgender: Wie vorstehend erwähnt wurde, ist die chemische Absorptionseigenschaft von Zeolith derart, dass die Absorption von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, z.B. Olefin, dominiert, so dass Pd, das für die Oxidation von Olefin besonders wirksam ist, wesentlich zur Absorption und Desorption durch Oxidation von Kohlenwasserstoffen beiträgt. Daher wird die Dreiwegekatalysatorschicht unter Verwendung von Pd und Rh als Hauptedelmetalle hergestellt.
Tabelle 4 zeigt das Ergebnis eines Tests, der bezüglich der Minderungsrate der NMHC-Emission ausgeführt wurde, wobei ein Träger in Form eines Körpers oder ein in zwei Teile geteilter Körper verwendet und die Zellendichte des Trägers geändert wurde. Insbesondere hatte, wie in Tabelle 4 darge stellt ist, ein Träger in Beispiel (1) eine Kapazität von 11 und eine Zellendichte von 4,3 Mil/600 Zellen, ein Träger in Beispiel (2) eine Kapazität von 1 l und eine Zellendichte von 2,5 Mil/900 Zellen, ein Träger in Beispiel (3) war, wie in 5 dargestellt ist, in einen vorderen Teil mit einer Kapazität von 0, 4 l und einen hinteren Teil mit einer Kapazität von 0,6 l geteilt, die jeweils eine Zellendichte von 4,3 Mil/600 Zellen aufwiesen, ein Träger in Beispiel (4) war in einen vorderen Teil mit einer Kapazität von 0,4 l und einen hinteren Teil mit einer Kapazität von 0,6 lgeteilt, die jeweils eine Zellendichte von 2,5 Mil/900 Zellen aufwiesen, ein Träger in Beispiel (5) war in einen vorderen Teil mit einer Kapazität von 0,4 l und einer Zellendichte von 2,5 Mil/900 Zellen und einen hinteren Teil mit einer Kapazität von 0,6 l und einer Zellendichte von 4,3 Mil/600 Zellen geteilt, und ein Träger in Beispiel (6) war in einen vorderen Teil mit einer Kapazität von 0,4 lund einer Zellendichte von 4,3 Mil/600 Zellen und einen hinteren Teil mit einer Kapazität von 0,6 l und einer Zellendichte von 2,5 Mil/900 Zellen geteilt.
Tabelle 4
In Tabelle 4 zeigt ein Vergleich zwischen den Beispielen (1) und (2), dass im UCC-Katalysator 20, in dem CON-Zeolith verwendet wird, die Minderungsrate der NMHC-Emission höher ist, wenn die Zellendichte des Trägers 2,5 Mil/900 Zellen beträgt (d.h. wenn die Zellendichte höher ist), als wenn sie 4,3 Mil/600 Zellen beträgt (d.h., wenn die Zellendichte niedriger ist). Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, dass, wenn die Zellendichte höher ist, die Oberfläche der HC-Absorptionsschicht größer ist, so dass Kohlenwasserstoffe leichter absorbiert werden. Daher wird, wenn der Träger nicht geteilt, sondern als einheitlicher Körper ausgebildet ist, der Träger mit einer hohen Zellendichte hergestellt.
Ein Vergleich zwischen den Beispielen (3) und (4) zeigt, dass die Minderungsrate der NMHC-Emission, wenn der vordere Teil und der hintere Teil des Trägers beide mit ei ner Zellendichte von 2,5 Mil/900 Zellen ausgebildet werden, höher ist als in dem Fall, wenn sie beide mit einer Zellendichte von 4,3 Mil/600 Zellen ausgebildet werden.
Ein Vergleich zwischen den Beispielen (5) und (6) zeigt, dass die Minderungsrate der NMHC-Emission, wenn der vordere Teil und der hintere Teil des Trägers mit Zellendichten von 2,5 Mil/900 Zellen bzw. 4,3 Mil/600 Zellen ausgebildet werden, höher ist als in dem Fall, wenn sie mit Zellendichten von 4,3 Mil/600 Zellen bzw. 2,5 Mil/900 Zellen ausgebildet werden.
Daher ist, wenn der Träger in einen vorderen und einen hinteren Teil geteilt ist, die Konstruktion vorzugsweise derart, dass der vordere Teil eine höhere Zellendichte hat als der hintere Teil.
Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann unter Verwendung von CON-Zeolith (Produktbezeichnung SSZ-33, hergestellt von Chevron) als HC-Absorptionsmittel für den UCC-Katalysator und Optimieren des UCC-Katalysators eine hohe HC-Entfernungsrate erhalten werden.
Vorstehend wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf spezifische Beispiele beschrieen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein Dreiwegekatalysator im MCC-Katalysator 10 verwendet. Dies dient dazu, die zu absorbierende HC-Menge zu vermindern und dadurch den Oxidationswirkungsgrad von desorbierten Kohlenwasserstoffen zu erhöhen. Eine ähnliche Wirkung wird erhalten, wenn der MCC-Katalysator 10 derart ausgebildet ist, dass er ähnlich wie der UCC-Katalysator 20 eine Dreiwegekatalysatorschicht 1 und eine HC-Absorptionsschicht 2 auf einem Träger aufweist.
Außerdem kann in der Dreiwegekatalysatorschicht 1 des MCC-Katalysators 10 oder des UCC-Katalysators 20 Nickel (Ni) hinzugefügt werden. Unter den Übergangsmetallen hat Nickel eine hohe Fähigkeit zum Absorbieren und Oxidieren von CO. daher wird, wenn die Dreiwegekatalysatorschicht 1 Ni enthält, eine geeignete CO-Menge in der Dreiwegekatalysatorschicht 1 oxidiert, so dass die Dreiwegekatalysatorschicht frühzeitiger erwärmt und aktiviert wird.
Wenn die Konstruktion derart ist, dass der Zeolith ein Übergangsmetall, wie beispielsweise Ag, Fe, Ci, Cu oder ein ähnliches Übergangsmetall hält, wirkt eine chemische Absorptionskraft zwischen dem Übergangsmetall und Kohlenwasserstoffen, wodurch die Desorptionstemperatur erhöht wird, wie in 11 dargestellt ist.
Außerdem kann in der Dreiwegekatalysatorschicht 1 des UCC-Katalysators 20 Ceroxid (Ce) hinzugefügt werden. Weil Ce eine Sauerstoffspeicherkapazität (O₂-Speicherkapazität) besitzt, können Kohlenwasserstoffe durch Oxidation mit dem gespeicherten O₂ auch dann geeignet oxidiert werden, wenn die Dreiwegekatalysatorschicht 1 sich in einer Reduktionsatmosphäre befindet, die eine große Menge von Kohlenwasserstoffen und CO enthält. Dadurch wird die HC-Entfernungsfähigkeit weiter verbessert.
Abgasreinigungsvorrichtung
In einem Abgaskanal (31) eines Verbrennungsmotors (30) ist ein Absorptionskatalysator (2) angeordnet, der Zeolith mit einer dreidimensionalen Struktur aufweist, in der Serien von stapelförmig angeordneten Ringen, die eine vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, Serien von stapelförmig angeordneten Ringen kreuzen, die eine andere vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, so dass im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe im Absorptionskatalysator (2) gehalten werden, bis ein Katalysator zum Umwandeln der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe eine Temperatur erreicht, bei der der Katalysator geeignet arbeitet. (1)

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Absorptionsmittel mit einem Zeolith mit einer dreidimensionalen Struktur, in der Serien von stapelförmig angeordneten Ringen, die eine vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, Serien von stapelförmig angeordneten Ringen kreuzen, die eine andere vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, wobei das Absorptionsmittel in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Achsen von stapelförmig angeordneten benachbarten Ringen, die die gleiche Anzahl von Elementen aufweisen, voneinander versetzt sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Serie stapelförmig angeordneter Ringe, die die vorgegebene Anzahl von Elementen aufweisen, eine Funktion zum Absorbieren von im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen haben, und die Serie stapelförmig angeordneter Ringe, die die andere vorgegebene Anzahl von Elementen aufweist, eine Funktion zum Unterdrücken der Desorption der absorbierten Kohlenwasserstoffe haben.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Anzahl von Elementen 10 bzw. 12 beträgt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Poren des Zeoliths, die durch die Serien stapelförmig angeordneter 10-Element-Ringe gebildet werden, sich in eine Richtung erstrecken, die einer der drei Dimensionen der dreidimensionalen Struktur entspricht, und die durch die Serien stapelförmig angeordneter 12-Element-Ringe gebildeten Poren sich in die Richtungen erstrecken, die den anderen beiden Dimensionen der dreidimensionalen Struktur entsprechen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Silika/Aluminiumoxid-Verhältnis des Zeoliths innerhalb eines Bereichs von 20 bis 1500 liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Silika/Aluminiumoxid-Verhältnis des Zeoliths innerhalb eines Bereichs von 20 bis 300 liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Silika/Aluminiumoxid-Verhältnis des Zeoliths derart festgelegt ist, dass in der Struktur des Zeoliths bei 900°C keine Brüche auftreten.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zeolith auf einem Träger angeordnet ist, wobei die Zeolithmenge auf dem Träger innerhalb eines Bereichs von 90g/l bis 130g/l liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zeolith ein oder mehr Elemente aufweist, die aus Ag, Mn, Fe, Ni und Cu ausgewählt werden.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsmittel auf einem Träger angeordnet ist und ein Dreiwegekatalysator auf einem stromabwärtsseitigen Teil des Trägers angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsmittel auf einem Träger angeordnet ist und eine Dreiwegekatalysatorschicht auf dem Absorptionsmittel ausgebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Dreiwegekatalysatorschicht Ce enthält.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Menge des Zeoliths auf dem Träger derart festgelegt ist, dass der Zeolith auf dem Träger die Fähigkeit hat, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist als die HC-Gesamtmenge, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors bis zu dem Zeitpunkt ausgegeben wird, zu dem die Dreiwegekatalysatorschicht aktiviert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein stromaufwärtsseitiger Dreiwegekatalysator stromaufwärtsseitig vom Träger angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator auf einem Träger angeordnet ist, wobei die Zellendichte des Dreiwegekatalysators größer ist als die Zellendichte des Trägers.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Menge des auf dem Träger angeordneten Zeoliths derart festgelegt ist, dass der Zeolith auf dem Träger die Fähigkeit hat, eine HC-Menge zu absorbieren, die größer ist als die HC-Gesamtmenge, die von dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors bis zu dem Zeitpunkt ausgegeben wird, zu dem der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator aktiviert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Absorptionsmittel ein HC-Desorptionsvermögen aufweist, das bei einer Temperatur von 160°C oder mehr am größten wird.
Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Absorptionsmittel, das CON-Zeolith aufweist und in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Zeolith ein Zeolith des Typs SSZ-26 oder SSZ-33 mit einer dreidimensionalen Struktur ist, in der Serien stapelförmig angeordneter Ringe sich einander kreuzen.