DE112015000166T5 - Abgasreinigungskatalysator und Abgasreinigungsverfahren - Google Patents

Abgasreinigungskatalysator und Abgasreinigungsverfahren Download PDF

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Hisaya Kawabata
Masahiko Shigetsu
Yasuhiro Matsumura
Hiroshi Yamada
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Abstract

Gerät, das einen ersten Katalysator 41 mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht sowie einen zweiten Katalysator 42, der mit Pt angereichertes Aluminiumoxid und weder Rh noch Pd enthält, beinhaltet. Der erste Katalysator oder der zweite Katalysator werden an einer Stelle so angeordnet, dass sich entweder der erste Katalysator 41 oder der zweite Katalysator 42 über dem jeweils anderen Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases von einem Motor 1 befindet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Offenlegung bezieht sich auf einen Abgasreinigungskatalysator und ein Abgasreinigungsverfahren.
  • BISHERIGER STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, dass sich beim Schalten eines Verbrennungsmotors die Zusammensetzung des Abgases ändert. Das Patentdokument 1 beschreibt zum Beispiel, dass das Abgas eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung (SI) eine große Menge am ungesättigtem Kohlenwasserstoff, wie z. B. Olefin, enthält, in einem Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung (HCCI) nimmt jedoch die im Abgas enthaltene Menge an gesättigtem Kohlenwasserstoff (Pentane) und CO zu.
  • Nach den Angaben im Patentdokument 1 können der gesättigte Kohlenwasserstoff und das CO auch dann wirksam gereinigt werden, wenn das Pt/Rh-Masseverhältnis eines Katalysators, der eng mit dem Abgaskrümmer eines Motors verbunden ist, auf das 4- bis 10-fache des Verhältnisses eines Katalysators erhöht wird, der unter dem Fahrzeugboden angebracht ist, selbst wenn der Verbrennungsmodus auf homogene Kompressionszündung umgeschaltet wird. Dieser eng mit dem Abgaskrümmer verbundene Katalysator beinhaltet Katalysatorschichten bestehend aus einer oberen Schicht und einer unteren Schicht, die auf einer Zellwand eines wabenförmigen Substrats gebildet werden, wobei die obere Schicht einen Pt-Katalysator und einen Rh-Katalysator und die untere Schicht einen Pt-Katalysator und einen Pd-Katalysator enthält. Der Pt-Katalysator der oberen Schicht ist ein mit Pt angereichertes La-Aluminiumverbundoxid und beim Rh-Katalysator handelt es sich um eine Kombination aus mit Rh angereichertem CeZrNd-Verbundoxid und mit Rh angereichertem LaZr/La-Aluminiumverbundoxid. Der Pt-Katalysator der unteren Schicht ist ein mit Pt angereichertes La-Aluminiumverbundoxid und beim Pd-Katalysator handelt es sich um eine Kombination aus mit Pt angereichertem CeZrNd-Verbundoxid und mit Pd angereichertem La-Aluminiumverbundoxid.
  • ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTDOKUMENT
    • PATENTDOKUMENT 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2013-220402
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Im Rahmen ihrer bisher durchgeführten Untersuchungen haben die Erfinder dieser Offenlegung herausgefunden, dass ein Pd-Katalysator bei der Reinigung von ungesättigtem Kohlenwasserstoff, der bei einer Verbrennung mit Fremdzündung (nachfolgend als ”SI-Verbrennung” bezeichnet) abgegeben wird, wirkungsvoll eingesetzt werden kann, und ein Pt-Katalysator bei der Reinigung von gesättigtem Kohlenwasserstoff, der bei einer homogenen Kompressionszündung (nachfolgend als ”HCCI-Verbrennung” bezeichnet) ausgestoßen wird, wirksam arbeitet. Wie jedoch in Patentdokument 1 beschrieben wird, lässt sich die erwartete Reinigungsleistung nicht immer erzielen, wenn Pt, Pd und Rh als katalytische Metalle in einem eng mit dem Motorkrümmer verbundenen Katalysator enthalten sind. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass das Vorhandensein mehrerer katalytischer Metalle in einem eng mit dem Motorkrümmer verbundenen Katalysator die Adsorption von gesättigtem Kohlenwasserstoff und ungesättigtem Kohlenwasserstoff an aktiven Stellen, die bei der Reinigung wirksam werden, hemmt, und auch weil sich sowohl gesättigter Kohlenwasserstoff als auch ungesättigter Kohlenwasserstoff um die aktiven Stellen bemühen.
  • Diese Phänomene beruhen zum Beispiel auf dem Umstand, dass gesättigter Kohlenwasserstoff nicht an aktiven Stellen (Pt), die für die Reinigung wirksam sind, adsorbiert wird, sondern die Adsorption an anderen aktiven Stellen stattfindet (z. B. Pd und Rh), und die Reinigung entsprechend nicht effizient abläuft, so dass der Verlust der aktiven Stellen (Pt), die bei der Reinigung wirksam sind, und die Ersetzung durch gesättigten Kohlenwasserstoff dazu führt, dass gesättigter Kohlenwasserstoff problemlos an anderen aktiven Stellen (z. B. Pd und Rh) adsorbiert wird und die Reinigung entsprechend nicht wirksam ablaufen kann.
  • Der nicht effiziente Einsatz aktiver Stellen, wie dies oben beschrieben wurde, wirkt sich nachteilig auf die Aktivierung des Katalysators bei niedrigen Temperaturen aus, da ein eng mit dem Motorkrümmer verbundener und in der Nähe des Motors angebrachter Katalysator für eine effiziente Reinigung des Abgases selbst bei niedrigen Temperaturen sorgen muss.
  • Angesichts der oben beschriebenen Probleme zielt diese Offenlegung darauf ab, gesättigten Kohlenwasserstoff und ungesättigten Kohlenwasserstoff wirksam ab dem Zeitpunkt zu reinigen, ab dem die Temperatur des Abgases niedrig ist.
  • PROBLEMLÖSUNG
  • Im Rahmen der Lösung der oben beschriebenen Probleme wird nach dieser Offenlegung ein Pt-Katalysator, der weder Pd noch Rh enthält, zusätzlich zu einem ersten Katalysator angebracht, der einen Pd-Katalysator und einen Rh-Katalysator aufweist.
  • Der hier offengelegte Abgasreinigungskatalysator wird für die Reinigung von gesättigtem Kohlenwasserstoff und von ungesättigtem Kohlenwasserstoff, die im Abgas eines Motors enthalten sind, eingesetzt und umfasst Folgendes: Einen ersten Katalysator mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht sowie einen zweiten Katalysator, der mit Pt angereichertes Aluminiumoxid enthält, jedoch weder Rh noch Pd aufweist, wobei einer der beiden Katalysatoren, d. h. der erste Katalysator oder der zweite Katalysator, an einer Stelle so vorgesehen sind, dass sich entweder der erste Katalysator oder der zweiten Katalysator über dem jeweils anderen Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases befindet.
  • Im Katalysator realisieren die Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators und das mit Pt angereicherte Aluminiumoxid des zweiten Katalysators die oxidative Reinigung des Kohlenwasserstoffs (HC) und des CO im Abgas und die Katalysatorschicht des ersten Rh-enthaltenden Katalysators ist für die Reduktionsreinigung der Stickoxide (NOx) im Abgas zuständig. Das Pd im ersten Katalysator ist insbesondere bei der oxidativen Reinigung des ungesättigten HC wirksam, und das Pt des zweiten Katalysators ist vor allem bei der oxidativen Reinigung des gesättigten HC effektiv. Ungesättigtes HC und gesättigtes HC können wirksam ab dem Zeitpunkt gereinigt werden, ab dem die Temperatur des Abgases niedrig ist.
  • Wie oben beschrieben wird, führt der zweite Katalysator die oxidative Reinigung des gesättigten HC effizient durch, da er weder Pd noch Rh enthält. Insbesondere wenn die Menge an ungesättigtem HC im Abgas zunimmt (z. B. bei der HCCI-Verbrennung) und sich das gesättigte HC und das ungesättigte HC um die aktiven Stellen im zweiten Katalysator bemühen, wird gesättigtes HC an den aktiven Stellen des mit Pt angereicherten Aluminiumoxids adsorbiert, da der zweite Katalysator weder Pd noch Rh enthält. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die oxidative Reinigung effizient ablaufen kann, da die Adsorption des gesättigten HC an den aktiven Orten des mit Pt angereichertem Aluminiumoxids nicht durch Pt und Rh gehemmt wird.
  • Darüber hinaus wird die Wärme der Reaktion über einem der Katalysatoren problemlos zum unterhalb gelegenen Katalysator weitergeleitet, was vorteilhaft für eine frühzeitige Aktivierung des unterhalb gelegenen Katalysators ist, da sich der erste Katalysator und der zweite Katalysator an einer Stelle befinden.
  • Der erste Katalysator enthält möglicherweise kein Pt. In diesen Fall wird ungesättigtes HC an den aktiven Stellen der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht, die bei der Reinigung des ungesättigten HC wirksam ist, adsorbiert, selbst wenn die Menge an ungesättigtem HC in Abgas zunimmt (z. B. bei der SI-Verbrennung) und sich ungesättigtes HC und gesättigtes HC um die aktive Stellen im ersten Katalysator bemühen. Entsprechend kann die oxidative Reinigung effizient ablaufen. Dies bedeutet, dass es möglich ist, ein Phänomen zu vermeiden, bei dem ungesättigter Kohlenwasserstoff nicht an den aktiven Stellen (Pd) adsorbiert wird, die bei der Reinigung wirksam sind, sondern die Adsorption an anderen aktiven Stellen (Pt) erfolgt und dadurch die Reinigung nicht effizient ablaufen kann.
  • Wenn der Verbrennungsmotor zwischen SI-Verbrennung und HCCI-Verbrennung umgeschaltet wird, ist es für die Erzielung einer Verbrennungsstabilität vorteilhaft, den Motor im SI-Verbrennungsmodus zu starten. In diesem Fall verfügt das beim Starten des Motors erzeugte Abgas über eine niedrige Temperatur und eine Gaszusammensetzung, die eine große Menge an ungesättigtem HC aufweist.
  • Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, den ersten Katalysator über dem zweiten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorzusehen. Dadurch erhöht sich die Temperatur beim Starten des Motors beim oberhalb angeordneten ersten Katalysator, der bei der oxidativen Reinigung des ungesättigten HC wirksam ist, schneller als beim zweiten Katalysator. Aus diesem Grund kann ungesättigtes HC, dessen Menge beim Starten des Motors zugenommen hat, durch die Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators wirksam gereinigt werden, und die Reinigungsleistung des ungesättigten HC lässt sich verbessern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Katalysator bei der Reinigung des ungesättigten HC bei einer Temperatur aktiv, die unter der des zweiten Katalysators liegt, und der zweite Katalysator wird bei der Reinigung des gesättigten HC bei einer Temperatur aktiv, die unter der des ersten Katalysators liegt.
  • In einer bevorzugteren Ausführungsform enthält der erste Katalysator ein wabenförmiges Substrat, das die Pd-enthaltende Katalysatorschicht und ebenfalls die Rh-enthaltende Katalysatorschicht stützt, beinhaltet der zweite Katalysator ein wabenförmiges Substrat, das das mit Pt angereicherte Aluminiumoxid stützt, und verfügt das wabenförmige Substrat des zweiten Katalysators über eine Wärmekapazität, die unter der Wärmekapazität des wabenförmigen Substrats des ersten Katalysators liegt.
  • Bei dieser Konfiguration erhöht sich die Temperatur des zweiten Katalysators durch die Wärme des Abgases und der zweite Katalysator kann bereits frühzeitig aktiviert werden, was für die Reinigung des gesättigten HC vorteilhaft ist. Insbesondere wenn der zweite Katalysator unterhalb des ersten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist, erhöht sich beim Starten des Motors die Temperatur des zweiten Katalysators langsamer als die des ersten Katalysators. Der Einsatz eines wabenförmigen Substrats mit einer geringen Wärmekapazität kann jedoch die Temperaturzunahme des zweiten Katalysators beschleunigen.
  • Die Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators beinhaltet vorzugsweise mit Pd angereichertes Aluminiumoxid und ein mit Pd angereichertes Verbundoxid auf CeZr-Basis. Bei dieser Konfiguration werden Aluminiumoxidpartikel, die über eine große Oberfläche und eine hohen Wärmewiderstand verfügen, mit Pd angereichert. Aus diesem Grund wird die Aktivierungsleistung bei der Reinigung von HC und CO bei niedriger Temperatur nicht deutlich herabgesetzt, selbst wenn die Schicht einem Abgas hoher Temperatur ausgesetzt wird. Darüber hinaus wird durch die Zuführung von aktivem Sauerstoff dafür gesorgt, dass die mit Pd angereicherten CeZr-Verbundoxidpartikel optimal oxidiert sind, was für die oxidative Reinigung von HC und CO vorteilhaft ist.
  • Vorzugsweise werden der erste Katalysator und der zweite Katalysator in Reihe und innerhalb eines Behälters angeordnet. Bei dieser Konfiguration kann die Reaktionswärme, die im oberhalb gelegenen Katalysator erzeugt wird, problemlos zum unterhalb gelegenen Katalysator weitergeleitet werden, was für eine frühzeitige Aktivierung des unterhalb gelegenen Katalysators vorteilhaft ist.
  • Der erste Katalysator kann ein Katalysator sein, der eine Pd-enthaltende Katalysatorschicht sowie eine Pt-enthaltende Katalysatorschicht aufweist. Bei dieser Konfiguration kann nicht nur der zweite Katalysator, sondern ebenfalls der erste Katalysator gesättigten Kohlenwasserstoff mittels des Pt reinigen, das im zweiten Katalysator und im ersten Katalysator enthalten ist.
  • Vorzugsweise wird eine Heizeinheit, die so konfiguriert ist, dass das Abgas erwärmt wird, wenn es in den ersten Katalysator strömt, und sich oberhalb des ersten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases befindet. Diese Konfiguration kann die NOx-Reinigungsleistung bei der Umschaltung von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung verbessern.
  • Dieses Phänomen wird ausführlich beschrieben. Wenn der Motor von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung umgeschaltet wird, erhöht sich die Verbrennungstemperatur und dies führt zu einer Erhöhung der vom Motor ausgestoßenen Menge an Abgas-NOx. Das Rh der Katalysatorschicht des ersten Rh-enthaltenden Katalysators ist als NOx-Reinigungskatalysator wirksam. Durch das Umschalten von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung zeigt dieses Rh jedoch ein niedriges Aktivierungspotential bezüglich der NOx-Reinigung. Insbesondere bei der HCCI-Verbrennung, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mindestens 20 beträgt, d. h. sich in einem mageren Zustand befindet, da die Sauerstoffkonzentration des Abgases hoch ist, ist das Rh des ersten Katalysators in einem Oxidationszustand. Darüber hinaus ist die Temperatur des ersten Katalysators ebenfalls niedrig, da die Abgastemperatur bei der HCCI-Verbrennung niedrig ist. Entsprechend agiert das Rh des ersten Katalysators nicht sofort wirksam als NOx-Reduktionskatalysator, wenn die HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung umgeschaltet wird.
  • Andererseits erhöht sich die Abgastemperatur und führt zu einem Anstieg der Temperatur des ersten Katalysators, wenn die Heizeinheit bei der Umschaltung von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung aktiviert wird. Entsprechend läuft die Oxidationsreaktion von HC und CO im ersten Katalysator ab und das Rh wird reduziert. Wie oben beschrieben wird, erhöht sich die Temperatur des ersten Katalysators, so dass das Rh reduziert wird. Dadurch zeigt das Rh einen hohen Aktivierungsgrad bezüglich der NOx-Reinigung und entsprechend kann die NOx-Reinigung bei der Umschaltung auf SI-Verbrennung wirksam ablaufen.
  • Das hier offen gelegte Abgasreinigungsverfahren ist ein Verfahren zur Reinigung vom gesättigten Kohlenwasserstoff und ungesättigtem Kohlenwasserstoff, die im Abgas eines Motors enthalten sind, dabei kommt ein erster Katalysator mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht sowie einer Rh-enthaltende Katalysatorschicht und ein zweiter Katalysator, der mit Pt angereichertes Aluminiumoxid enthält und weder Rh noch Pt aufweist, zum Einsatz, wobei der erste Katalysator oder der zweite Katalysator an einer Stelle so vorgesehen werden, dass entweder der erste Katalysator oder der zweite Katalysator über dem jeweils anderen Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet wird und der gesättigte Kohlenwasserstoff hauptsächlich durch den zweiten Katalysator und der ungesättigte Kohlenwasserstoff hauptsächlich durch den ersten Katalysator gereinigt wird.
  • Bei diesem Abgasreinigungsverfahren realisieren die Katalysatorschicht des ersten Pd-enthaltenden Katalysators und das mit Pt angereicherte Aluminiumoxid des zweiten Katalysators die oxidative Reinigung des im Abgas enthaltenen HC und CO und die Rh-enthaltende Katalysatorschicht führt die Reduktionsreinigung des NOx im Abgas durch. Das Pd des ersten Katalysators ist insbesondere bei der oxidativen Reinigung des ungesättigten HC wirksam, und das Pt des zweiten Katalysators ist vor allem bei der oxidativen Reinigung des gesättigten HC wirksam. Entsprechend können ungesättigtes HC und gesättigtes HC wirksam ab dem Zeitpunkt gereinigt werden, ab dem die Temperatur des Abgases niedrig ist. Demzufolge kann die oxidative Reinigung des gesättigten HC unbeeinträchtigt durch Pd und Rh durchgeführt werden, da der zweite Katalysator weder Pd noch Rh enthält.
  • Da sich der erste Katalysator und der zweite Katalysator an einer Stelle befinden, wird die Wärme der Reaktion des oberhalb gelegenen Katalysators problemlos zum anderen Katalysator weitergeleitet, was vorteilhaft für die frühzeitige Aktivierung des unterhalb gelegenen Katalysators ist.
  • Beim Abgasreinigungsverfahren wird der Motor vorzugsweise mit selektiver Umschaltung zwischen SI-Verbrennungsmodus und HCCI-Verbrennungsmodus gemäß dem Betriebsbereich des Motors betrieben.
  • Beim Abgasreinigungsverfahren kann ungesättigtes HC, das in großer Menge aus dem Motor bei der SI-Verbrennung abgegeben wird, wirksam durch Oxidation mit dem ersten Katalysator gereinigt werden, und gesättigtes HC, das in großen Menge vom Motor bei der HCCI-Verbrennung abgegeben wird, kann wirksam durch Oxidation mit dem zweiten Katalysator gereinigt werden.
  • Beim Abgasreinigungsverfahren wird der erste Katalysator vorzugsweise oberhalb des zweiten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet und der Motor im SI-Verbrennungsmodus gestartet. Beim Starten des Motors erhöht sich die Temperatur schneller im oberhalb gelegenen ersten Katalysator, der bei der oxidativen Reinigung des ungesättigten HC wirksam wird, als im zweiten Katalysator. Entsprechend wird das ungesättigte HC, das in großer Menge beim Starten des Motors abgegeben wird, wirksam durch die Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators gereinigt, und die Reinigungsleistung des ungesättigten HC lässt sich dadurch verbessern.
  • Vorzugsweise wird eine Heizeinheit, die so konfiguriert ist, dass das Abgas, das in den ersten Katalysator strömt, erwärmt wird, oberhalb des ersten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet, und die Heizeinheit wird beim Umschalten des Motors vom HCCI-Verbrennungsmodus auf SI-Verbrennungsmodus aktiviert. Demzufolge kann die Reinigungsleistung des NOx beim Umschalten von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung verbessert werden.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Nach dieser Offenlegung werden der erste Katalysator und der zweite Katalysator an einer Stelle so angeordnet, dass entweder der erste Katalysator oder der zweite Katalysator jeweils oberhalb des anderen Katalysators liegen. Der erste Katalysator verfügt über eine Pt-enthaltende Katalysatorschicht und eine Rh-enthaltende Katalysatorschicht. Der zweite Katalysator beinhaltet mit Pt angereichertes Aluminiumoxid, weist jedoch weder Rh noch Pd auf. Entsprechend können ungesättigtes HC und gesättigtes HC wirksam ab dem Zeitpunkt gereinigt werden, ab dem die Temperatur des Abgases niedrig ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Gliederungsansicht, die eine Motorsystemkonfiguration nach einer Ausführungsform dieser Offenlegung darstellt.
  • 2 zeigt ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor.
  • 3 zeigt einen Querschnitt, der schematisch die Konfiguration eines ersten Katalysators darstellt.
  • 4 zeigt einen Querschnitt, der schematisch die Konfiguration eines zweiten Katalysators darstellt.
  • 5 zeigt eine Grafik eines XPS-Spektrums, der die Änderungen bei den Eigenschaften von Rh in einem Fall entnommen werden können, bei dem eine Reduktionsbehandlung an einem mit Rh angereicherten Verbundoxid auf CeZr-Basis durchgeführt wurde.
  • 6(a) zeigt eine Grafik eines XPS-Spektrums, der die Änderungen bei den Eigenschaften von Rh in einem Fall entnommen werden können, bei dem eine Reduktionsbehandlung an einem mit Rh angereicherten Verbundoxid auf CeZr-Basis mit unterschiedlichen Behandlungstemperaturen durchgeführt wurde. 6(b) zeigt eine Grafik eines XPS-Spektrums, der die Änderungen bei den Eigenschaften von Rh in einem Fall entnommen werden können, bei dem eine Reduktionsbehandlung an einem mit Rh angereicherten Verbundoxid auf CeZr-Basis mit unterschiedlichen Behandlungszeiten durchgeführt wurde.
  • 7 zeigt eine Grafik, der die Ansprechtemperaturen (T50) der ersten Katalysatoren A und B entnommen werden können.
  • 8 zeigt eine Grafik mit einer Hochtemperatur-Reinigungsleistung (C400) der ersten Katalysatoren A und B.
  • 9 zeigt eine Grafik, der die Beziehung zwischen einer Reduktionsbehandlungstemperatur und dem Dispersionsgrad des Rh an einer Tragfläche entnommen werden kann.
  • 10 zeigt eine Grafik, der die Ansprechtemperaturen (T50) der ersten Katalysatoren B und C entnommen werden kann.
  • 11 zeigt eine Grafik, der die Hochtemperatur-Reinigungsleistung (C400) der ersten Katalysatoren B und C entnommen werden kann.
  • 12 zeigt eine Grafik, der die Isopentan-Reinigungseigenschaften eines ersten Katalysators D, eines zweiten Katalysators A und eines ersten Pt-enthaltenden Katalysators E entnommen werden kann.
  • 13 zeigt eine Grafik, der die Isopentan-Reinigungseigenschaften der ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren E und F entnommen werden kann.
  • 14 zeigt eine Grafik, der die Isopentan-Reinigungseigenschaften der ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren G bis I entnommen werden kann.
  • 15 zeigt eine Grafik, der die Propylen-Reinigungseigenschaften des zweiten Katalysators A sowie der ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K entnommen werden kann.
  • 16 zeigt eine Seitenansicht, die beispielhaft einen Abgasreinigungskatalysator darstellt, der über eine elektrische Heizvorrichtung verfügt.
  • 17 zeigt eine Grafik, der die Änderungen im Verlaufe der Zeit bei einer NOx-Konzentration eines Gases, das zu einem Katalysator strömt, sowie eines Gases, das während der Umschaltung von HCCI auf SI aus einem Katalysator strömt, entnommen werden kann.
  • 18 zeigt eine Seitenansicht, die ein weiteres Beispiel für den Abgasreinigungskatalysator zeigt, der über eine elektrische Heizvorrichtung verfügt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform dieser Offenlegung wird im weiteren Verlauf unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform lediglich zu Illustrationszwecken aufgeführt wird und weder den Umfang noch den Anwendungsbereich oder die Verwendung dieser Offenlegung einschränken soll.
  • <Motor>
  • Ein Motor 1 nach der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Benzinmotor mit mehreren Zylindern, der über einen Verbrennungsmodus verfügt, der abhängig vom Betriebszustand des Motors zwischen HCCI-Verbrennung und SI-Verbrennung umgeschaltet werden kann und sich in einem Fahrzeug befindet. In 1 beschreibt das Bezugszeichen 3 einen Zylinderblock mit mehreren Zylindern 2, das Referenzeichen 4 beschreibt einen Zylinderkopf und das Bezugszeichen 5 beschreibt einen Kolben, der jeweils in den Zylindern 2 vorgesehen ist. Eine Verbrennungskammer 6 wird zwischen der oberen Fläche des Kolbens 5 und der unteren Fläche des Zylinderkopfes 4 gebildet. Der Kolben 5 ist mit einer Kurbelwelle 7 über eine Pleuelstange 8 verbunden.
  • Der Zylinderkopf 4 verfügt jeweils über einen Einlasskanal 9 und einen Auslasskanal 10 für die Zylinder 2. Der Einlasskanal 9 und der Auslasskanal 10 beinhalten jeweils ein Einlassventil 11 und ein Auslassventil 12. Das Einlassventil 11 und das Auslassventil 12 werden jeweils über den Ventilmechanismus 13 abgestimmt auf die Drehung der Kurbelwelle 7 angetrieben.
  • Der Ventilmechanismus 13 für das Einlassventil 11 und das Auslassventil 12 verfügen über einen variablen Ventilhubmechanismus (nachfolgend als ”VVL” bezeichnet) 14 und einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus (nachfolgend als ”VVT” bezeichnet) 15. Der Betrieb von VVL 14 und VVT 15 erfolgt auf der Grundlage einer Anweisung der Motorsteuereinheit 30. Die VVLs 14 ändern den Hubumfang (Umfang der Ventilöffnung) des Einlassventils 11 und des Auslassventils 12. Die VVTs 15 ändern die Öffnungs-/Schließzeiten (Phasenwinkel) des Einlassventils 11 und des Auslassventils 12. Die VVLs 14 und die VVTs 15 ändern die Hubeigenschaften des Einlassventils 11 und des Auslassventils 12 gemäß dem Motorbetriebszustand. Entsprechend variieren die Menge an Ansaugluft der Zylinder 2 und die Menge an verbleibendem Rauchgas (internes EGR) in den Zylindern 2. Die VVLs 14 und die VVTs 15 sind üblicherweise verwendete Mechanismen und sind den Fachleuten bekannt. Entsprechend wird hier auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet.
  • Der Zylinderkopf 4 beinhaltet eine Zündkerze 16, die zur Verbrennungskammer 6 zeigt, für die Zylinder 2. Die Zündkerze 16 führt eine Entladung (Fremdzündung) zu einem vorab festgelegten Zeitpunkt als Reaktion auf die Stromversorgung von einem Zündstromkreis 17 durch. Der Zylinderkopf 4 beinhaltet ein Kraftstoffeinspritzventil 18, das zu einer Seite der Verbrennungskammer 6 an einer Einlassseite für die Zylinder 2 zeigt. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 erhält seinen Kraftstoff von einem Kraftstofftank über einen Kraftstoffaustrittskanal einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 19. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 19 ändert den Kraftstoffversorgungsdruck nach Bedarf, d. h. ein Kraftstoffdruck zum Kraftstoffeinspritzventil 18 innerhalb eines großen Bereichs, der von einem geringen Druck bis zu einem hohen Druck reicht. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 spritzt Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 6 zu einem vorab festgelegten Einspritzzeitpunkt ein (der z. B. einen Einlasshub umfasst) und erzeugt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem vorab festgelegten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 6.
  • Ein Ausgleichsbehälter 21 wird an einer Stelle des Ansaugtrakts 20 des Motors 1 vorgesehen. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 22 befindet sich an einer Stelle des Ansaugtrakts 20 oberhalb des Ausgleichsbehälters 21. Der Ansaugtrakt 20 verzweigt sich in mehrere Teile abhängig von den Zylindern 2 an einer Stelle unterhalb des Ausgleichsbehälters 21, und die unteren Enden des verzweigten Ansaugtrakts 20 werden mit den Einlasskanälen 9 der Zylinder 2 verbunden.
  • Ein Abgastrakt 25 des Motors 1 verzweigt sich an dessen oberen Ende, und die verzweigten oberen Ende des Abgastrakts 25 werden mit den Auslasskanälen 10 der Zylinder 2 verbunden. Ein Abgasreinigungskatalysator 27 wird an einem oberhalb gelegenen Teil des Abgastrakts 25 angeordnet, und ein Abgasreinigungskatalysator 28 wird im Abgastrakt 25 an einer Stelle unterhalb des Katalysators 27 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform wird das obere Ende des oberen Katalysators 27 direkt mit dem verzweigten unteren Ende eines Abgaskrümmers verbunden und im Motorraum des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der untere Katalysator 28 wird unter dem Boden des Kraftfahrzeugs installiert.
  • Die Motorsteuereinheit 30 verfügt über eine zentrale Recheneinheit (CPU) und einen Computer mit Speicher. Auf der Grundlage der von den Sensoren erfassten Informationen kontrolliert die Steuereinheit 30 zum Beispiel den Betrieb der VVLs 14, VVTs 15, den Zündstromkreis 17, das Kraftstoffeinspritzventil 18, die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 19 und das Drosselventil 22 abhängig vom Betriebszustand des Motors 1.
  • Die Sensoren beinhalten einen Kurbelwinkelsensor 31 für die Erkennung des Drehwinkels (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 7, einen Luftströmungssensor 32 für die Erkennung der Luftmenge, die dem Motor 1 zugeführt wird, einen Gaspedalpositionssensor 33 für die Erkennung der Position des Gaspedals (Gaspedalbetätigungsdruck), einen Zylinderinnendrucksensor 34 für die Erkennung des Zylinderinnendrucks (Druck in der Verbrennungskammer 6) jeweils für die Zylinder 2, einen Fahrzeugdrehzahlsensor 35 für die Erkennung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Ansauglufttemperatursensor 36 für die Erkennung der Ansauglufttemperatur (Temperatur der Luft im Ausgleichsbehälter 21) sowie einen Kraftstoffdrucksensor 37 für die Erkennung des Drucks des Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 19 zum Kraftstoffeinspritzventil 18 zugeführt wird. Diese Sensoren 31 bis 37 werden elektrisch mit der Steuereinheit 30 verbunden. Der Zylinderinnendrucksensor 34 ist in der Zündkerze 16 integriert und Bestandteil der Zündkerze 16. Der Zylinderinnendrucksensor 34 kann in das Kraftstoffeinspritzventil 18 integriert werden.
  • Auf der Grundlage der Steuerinformationen nimmt die Steuereinheit 30 eine Umschaltung des Verbrennungsmotors zwischen einer HCCI-Verbrennung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das bei einem Einlasshub erzeugt wird, durch Druck in der Nähe eines oberen Drucktotpunkts entzündet wird, ohne dass dabei die Zündkerze 16 zum Einsatz kommt, so dass eine Verbrennung auftritt, und einer SI-Verbrennung, bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Fremdzündung mittels der Zündkerze 16 zwangsweise entzündet wird, so dass es zu einer Verbrennung kommt.
  • Wie dem in 2 gezeigten Verbrennungsmodus entnommen werden kann, wird in dieser Ausführungsform ein Motorbetriebsbereich mit einer vorab festgelegten niedrigen Drehzahl und einer niedrigen Belastung als HCCI-Bereich festgelegt, und ein Motorbetriebsbereich mit einer hohen Drehzahl und hohen Belastung, dessen Werte die des HCCI-Bereichs übersteigen, wird als SI-Bereich definiert. Der Motor startet im SI-Verbrennungsmodus. Die Einstellung des gezeigten Verbrennungsmodus erfolgt, indem vorab empirisch ein optimaler Verbrennungsmodus für die Motordrehzahl und die Motorbelastung ermittelt und elektrisch in einem Speicher der Steuereinheit 30 gespeichert wird.
  • Der Speicher der Steuereinheit 30 speichert elektrisch ein Zieldrehmoment, bei dem der optimale Wert eines Zieldrehmoments (Motorbelastung) empirisch gemäß den an der Gaspedalposition vorgenommenen Veränderungen ermittelt und die Motordrehzahl aufgezeichnet wird, und es wird ebenfalls die Kraftstoffeinspritzmenge, bei der eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge Qm empirisch gemäß den Änderungen beim Zieldrehmoment bestimmt wird, eine Ansaugluftmenge sowie die Anzahl der Umdrehungen pro Minute elektrisch gespeichert. Beim festgelegten Zieldrehmoment nimmt das Zieldrehmoment zu, wenn die Gaspedalposition bzw. die Motordrehzahl zunimmt.
  • Bei einem Betrieb im HCCI-Verbrennungsmodus werden die Ventilöffnungszeit des Auslassventils 12 und die Ventilöffnungszeit des Einlassventils 11 so eingestellt, dass für eine negative Ventilüberschneidungszeit (NVO-Zeit) gesorgt wird, innerhalb der die Ventile 11 und 12 beide in der Nähe eines oberen Abgastotpunktes geschlossen sind (ein oberer Totpunkt zwischen einem Auslasshub und einem Einlasshub). Im Anschluss daran wird Kraftstoff über das Kraftstoffeinspritzventil 18 eingespritzt, nachdem die NVO-Zeit nach dem Öffnen des oberen Auslasstotpunkts und anschließenden Öffnen des Einlassventils 11 abgelaufen ist. Der eingespritzte Kraftstoff bildet ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 6, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch Eigendruck in der Nähe des oberen Drucktotpunktes selbst entzündet (d. h. ohne Zuhilfenahme der Zünd- oder Feuerungseinheiten).
  • Bei einem Betrieb im SI-Verbrennungsmodus werden in allen Zylinderzyklen die Ventilöffnungszeit des Auslassventils 12 und die Ventilöffnungszeit des Einlassventils 11 so eingestellt, dass sie sich in der Nähe eines oberen Auslasstotpunktes geringfügig überlappen. Nachdem das Einlassventil 11 geöffnet wurde, erfolgt eine einmalige normale Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 18. Im Anschluss daran wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Zündkerze 16 in der Nähe des oberen Drucktotpunktes entzündet (der oberer Totpunkt zwischen einem Druckhub und einem Entlastungshub), und es erfolgt eine Kraftstoffverbrennung durch Flammenausbreitung.
  • Im HCCI-Verbrennungsmodus läuft eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches (Kraftstoff) schnell ohne Flammenausbreitung ab. In diesem Fall kann die Menge des erzeugten NOx deutlich reduziert werden, da die Verbrennungstemperatur unter der der Fremdzündung liegt. Im Rahmen von Untersuchungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass große Mengen an gesättigtem HC (N-Pentan oder Isopentan) mit der Kohlenstoffzahl 5 sowie CO bei diesem HCCI-Verbrennungsmodus ausgestoßen werden. Dies bedeutet, dass die Gesamtmenge an N-Pentan und Isopentan in den Abgasen im SI-Verbrennungsmodus zwischen 100 und 200 ppmC betrug. Andererseits wurden in Abgasen im HCCI-Verbrennungsmodus insgesamt zwischen 1000 und 3000 ppmC an N-Pentan und Isopentan ausgestoßen, deren Konzentration um eine Stelle über der im SI-Verbrennungsmodus lag. Darüber hinaus betrug die CO-Konzentration des Abgases im HCCI-Verbrennungsmodus zwischen 2000 und 4000 ppm.
  • <Abgasreinigungskatalysator 27>
  • Der Abgas-Reinigungskatalysator 27 reinigt wirksam das vom Motor 1 durch SI-Verbrennung abgegebene Abgas, das eine große Menge an ungesättigtem HC enthält, sowie Abgas, das vom Motor 1 durch HCCI-Verbrennung abgegeben wird und eine große Menge an gesättigtem HC enthält, und verfügt über einen ersten Katalysator 41 und einen zweiten Katalysator 42, die an einer Stelle vorgesehen und zur Reinigung von ungesättigtem HC und von gesättigtem HC eingesetzt werden. Bei dieser Ausführungsform werden der erste Katalysator 41 und der zweite Katalysator 42 in Reihe innerhalb eines Katalysatorbehälters angeordnet. Der erste Katalysator 41 wird oberhalb des zweiten Katalysators 42 in Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen. Das wabenförmige Substrat des zweiten Katalysators 42 verfügt über eine Wärmekapazität, die unter der Wärmekapazität des wabenförmigen Substrats des ersten Katalysators 41 liegt.
  • [Erster Katalysator]
  • Wie dies schematisch in 3 dargestellt wird, beinhaltet der oberhalb angeordnete erste Katalysator 41 eine Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 sowie eine Rh-enthaltende Katalysatorschicht 44. Die Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 wird auf der Abgasdurchlasswand des wabenförmigen Substrats 45 gebildet. Die Rh-enthaltende Katalysatorschicht 44 wird über der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht 43 aufgebracht. Die Katalysatorschichten 43 und 44 enthalten beide kein Pt.
  • Die Rh-enthaltende Katalysatorschicht 44 verfügt über ein mit Rh angereichertes Verbundoxid 53 auf CeZr-Basis, bei dem das Verbundoxid 51 auf CeZr-Basis mit Rh 52 angereichert wird, ein mit Rh angereichertes Verbundoxid 55 auf Zr-Basis, bei dem ein Verbundoxid 54 auf Zr-Basis, das kein Ce, aktiviertes Aluminiumoxid 56 und Bindemittel 57 enthält, mit Rh 52 angereichert wird. Das Bindemittel 57 dieser Ausführungsform ist ein mit Rh angereichertes Verbundoxid auf CeZr-Basis. Das mit Rh angereicherte Verbundoxid 53 auf CeZr-Basis und das mit Rh angereicherte Verbundoxid-Bindemittel 57 auf CeZr-Basis werden einer Reduktionsbehandlung unterzogen. Rh kann einem aktivierten Aluminiumoxid zugeführt werden, anstatt das Verbundoxid auf Zr-Basis damit anzureichern.
  • Die Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 verfügt über ein mit Pd angereichertes Aluminiumoxid 60, dem Pd 59 auf aktiviertem Aluminiumoxid 58 zugeführt wird, ein mit Pd angereichertes Verbundoxid 62 auf CeZr-Basis, dem Pd 59 auf einem Verbundoxid 61 auf CeZ4-Basis hinzugefügt wird, ein Verbundoxid 63 auf CeZr-Basis sowie ein Bindemittel 64. Das Bindemittel 64 der Ausführungsform ist ein mit Yttrium angereichertes Zirkoniumoxid-Bindemittel.
  • Das Verbundoxid auf CeZr-Basis und das Verbundoxid auf Zr-Basis ohne Ce sind Oxide (reaktive Sauerstofffreisetzungsmaterialien), die Sauerstoff aus dem Abgas aufnehmen und ihn als reaktiven Sauerstoff abgeben. Im Falle von Verbundoxid auf CeZr-Basis läuft eine Reaktion mit einer Valenzänderung des Ce reversibel ab, so dass der Sauerstoff im Abgas gespeichert und als reaktiver Sauerstoff abgegeben wird. Das Verbundoxid auf Zr-Basis ohne Ce, das über ein hohes Ionenleitvermögen verfügt, nimmt darin Umgebungssauerstoff über eine Sauerstoffaustauschreaktion auf und gibt aktiven Sauerstoff ab.
  • Bekanntermaßen wird Pd schneller durch Wärme abgebaut als Rh und verursacht dabei eine Schwefelvergiftung und eine Phosphorvergiftung. Bei dieser Ausführungsform kann die obere Rh-enthaltende Katalysatorschicht 44 den Abbau durch Wärme und Pd-Vergiftung unterdrücken, da sich die Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 an einer niedrigeren Position befindet. Es ist darüber hinaus bekannt, dass Rh eine Legierung mit dem abzubauenden Pt bildet. Bei dieser Ausführungsform werden diese katalytischen Metalle in unterschiedlichen Katalysatorschichten angeordnet und entsprechend kann die Legierung dieser katalytischen Metalle reduziert werden.
  • [Herstellung des ersten Katalysators]
  • Das Substrat 45 wird in ein Aufschlämmung eingetaucht, die durch Mischen eines katalytischen Materials und eines Bindematerials entsteht und die Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 mit Ionenaustauschwasser bildet, und im Anschluss daran wird das Substrat 45 aus der Aufschlämmung entnommen. Überschüssige Aufschlämmung, die dem Substrat 45 anhaftet, wird durch ein Luftgebläse entfernt. Im Anschluss daran erfolgt die Trocknung (bei 150°C) und die Kalzinierung (über eine Dauer von 2 Stunden bei 500°C) der Aufschlämmung, die dem Substrat 45 anhaftet, an der Luft. Auf diese Weise wird die Pd-enthaltende Katalysatorschicht 43 auf der Abgasdurchlasswand des Substrats 45 gebildet.
  • Im Anschluss daran wird eine Reduktionsbehandlung an einem mit Rh angereichertem Verbundoxidmaterial auf Zr-Basis in katalytischen Materialien durchgeführt, die aus der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht 44 und einem mit Rh angereicherten Verbundoxidmaterial auf CeZr-Basis bestehen, die das Bindemittel 57 darstellen. Die Reduktionsbehandlung wird in einer Reduktionsatmosphäre mit Co durch Wärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereichs von mindestens 500°C und höchstens 800°C durchgeführt. Nach der Reduktionsbehandlung wird das mit Rh angereicherte Verbundoxidmaterial auf CeZr-Basis nass auf einen mittleren Durchmesser von zum Beispiel maximal 300 nm und vorzugsweise höchstens 200 nm gemahlen. Auf diese Weise wird eine Lösung, d. h. ein Bindemittel, bei der feines Pulver aus CeZrNdYOx mit Rh-Anreicherung in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, erlangt.
  • Danach wird das Substrat 45 mit der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht 43 in eine Aufschlämmung eingetaucht, die durch Mischen aller katalytischen Materialien erlangt wird, die die Rh-enthaltende Katalysatorschicht 4 sowie das Bindematerial mit Ionenaustauschwasser bilden, und im Anschluss daran wird das Substrat 45 aus der Aufschlämmung entnommen. Überschüssige Aufschlämmung, die an der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht 43 anhaftet, wird durch ein Luftgebläse entfernt, und danach erfolgt eine Trocknung (bei 150°C) und eine Kalzinierung (bei einer Temperatur von 500°C für 2 Stunden) der Aufschlämmung an der Luft. Auf diese Weise wird die Rh-enthaltende Katalysatorschicht 44 an der Oberfläche der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht 43 gebildet.
  • [Zweiter Katalysator und dessen Herstellung]
  • Wie dies schematisch in 4 dargestellt ist, wird der unterhalb angeordnete zweite Katalysator 42 vorgesehen, indem eine Pt-enthaltende Katalysatorschicht (Einzelschicht) 66 auf einer Abgasdurchlasswand eines wabenförmigen Substrats 65 gebildet wird. Die Pt-enthaltende Katalysatorschicht 66 verfügt über Aluminiumoxid 68 mit Pt-Anreicherung, dem Pt 67 auf aktiviertem Aluminiumoxid 58 und ein Bindemittel 69 zugeführt wird. Das Bindemittel 69 dieser Ausführungsform ist ein mit Yttrium angereichertes Zirkoniumoxid-Bindemittel.
  • Der zweite Katalysator 42 wird wie folgt vorbreitet. Das Substrat 65 wird in eine Aufschlämmung eingetaucht, die durch Mischen mit Pt angereichertem Aluminiumoxidmaterial und einem Bindemittel mit Ionenaustauschwasser erlangt wird, und im Anschluss daran wird das Substrat 65 entnommen. Danach wird die überschüssige Aufschlämmung, die dem Substrat 65 anhaftet, durch ein Luftgebläse entfernt und das Trocknen (bei 150°C) und die Kalzinierung (über eine Dauer von 2 Stunden bei 500°C) der Aufschlämmung werden an der Luft durchgeführt. Auf diese Weise wird die Pt-enthaltende Katalysatorschicht 66 auf der Abgasdurchlasswand des Substrats 65 gebildet.
  • [Herstellungsverfahren der katalytischen Materialien]
  • – Verbundoxid 62 auf CeZr-Basis mit Pd-Anreicherung –
  • Das Herstellungsverfahren wird unter Zuhilfenahme eines Beispiels beschrieben, bei dem ein CeZrNdLaY-Verbundoxid als Verbundoxid auf CeZr-Basis zum Einsatz kommt.
  • Das CeZrNdLaY-Verbundoxid kann durch Kopräzipitation hergestellt werden. Zuerst wird eine achtfache Verdünnung von 28%igem Ammoniakwasser in einer Nitratlösung als Gemisch von Ceriumnitrat-Hexahydrat, einer Zirkoniumoxynitratlösung, Neodymiumnitrathexahydrat, Lanthanumnitrat, Yttriumnitrat und Ionenaustauschwasser gemischt und diese Mischung wird dann neutralisiert, so dass ein Kopräzipitat entsteht. Eine Lösung, die diese Kopräzipitat enthält, wird in einen Zentrifugalabscheider platziert, um eine Zentrifugation durchzuführen, so dass der flüssige Überstand entzogen wird (Entwässerung), und im Anschluss daran wird Ionenaustauschwasser der sich daraus ergebenden Lösung zugeführt (Wässerung). Dieser Prozess wird so oft wie notwendig wiederholt. Danach wird die Kopräzipitation an der Luft bei 150°C über eine Dauer von 24 Stunden getrocknet, gemahlen und dann an der Luft bei 500°C über 2 Stunden kalziniert. Auf diese Weise wird das Pulver des CeZrNdLaY-Verbundoxids erlangt. Das CeZrNdLaYO-Verbundoxidpulver wird durch Verdunstung bis zur vollständigen Trockenheit mit Pd angereichert, wobei dazu eine wässrige Palladiumnitratlösung verwendet wird. Auf diese Weise wird ein mit Pd angereichertes Verbundoxid auf CeZr-Basis erlangt.
  • – Aluminiumoxid 60 mit Pd-Anreicherung –
  • Das mit Pd angereicherte Aluminiumoxid 60 lässt sich erzielen, indem Pd einem aktiven Aluminiumoxidpulver durch Verdunstung bis zur vollständigen Trockenheit mittels einer wässrigen Palladiumnitratlösung zugeführt wird.
  • – Verbundoxid auf CeZr-Basis (reaktives Sauerstofffreisetzungsmaterial) 63 –
  • Das Verbundoxid auf CeZr-Basis (reaktives Sauerstofffreisetzungsmaterial) 63 lässt sich ebenfalls über die oben beschriebene Kopräzipitation erzielen.
  • – Verbundoxid 53 auf CeZr-Basis mit Rh-Anreicherung –
  • Das mit Rh angereicherte Verbundoxid 53 auf CeZr-Basis kann erzielt werden, indem Rh dem Verbundoxidpulver auf CeZr-Basis durch Kopräzipitation durch Verdunstung bis zur vollständigen Trockenheit zugeführt wird. Als Rh-Quelle kann eine wässrige Rhodiumnitratlösung verwendet werden.
  • – Verbundoxid 55 auf Zr-Basis mit Rh-Anreicherung –
  • Das Herstellungsverfahren wird mittels eines Beispiels beschrieben, bei dem ein ZrLaY-Verbundoxid als Verbundoxid auf Zr-Basis ohne Ce verwendet wird.
  • Das ZrLaY-Verbundoxid kann ebenfalls durch Kopräzipitation hergestellt werden. Zuerst wird eine achtfache Verdünnung von 28%igem Ammoniakwasser mit einer Nitratlösung als Gemisch aus einer Zirkoniumoxynitratlösung, Lanthanumnitrat, Yttriumnitrat und Ionenaustauschwasser gemischt, das im Anschluss daran neutralisiert wird, so dass ein Kopräzipitat entsteht. In ähnlicher Weise, wie dies oben beschrieben wurde, wird eine Lösung, die dieses Kopräzipitat beinhaltet, entwässert und gewaschen und dann getrocknet und kalziniert. Auf diese Weise lässt sich ZrLaY-Verbundoxidpulver erzielen. Das ZrLaY-Verbundoxidpulver wird durch Verdunstung bis zur vollständigen Trockenheit mit Rh angereichert und im Anschluss daran einer Wärmebehandlung in einer CO-Atmosphäre unterzogen. In dieser Form lässt sich ein mit Rh angereichertes Verbundoxid auf Zr-Basis erzielen.
  • – Verbundoxidbindemittel 57 auf CeZr-Basis mit Rh-Anreicherung –
  • Das Bindemittel 57 kann durch Kopräzipitation hergestellt werden. Das bei der Herstellung eingesetzte Verfahren wird mittels eines Beispiels beschrieben, bei dem es sich bei dem Verbundoxid auf CeZr-Basis um ein CeZrNdY-Verbundoxid handelt.
  • Eine achtfache Verdünnung von 28%igem Ammoniakwasser wird in einer Nitratlösung als Mischung aus Ceriumnitrathexahydrat, einer Zirkoniumoxynitratlösung, Neodymiumnitrathexahydrat, Yttriumnitrat, Rhodiumnitrat und Ionenaustauschwasser gemischt und die Mischung wird dann neutralisiert, wodurch ein Kopräzipitat entsteht. In einer Weise, die der oben beschriebenen ähnelt, wird eine Lösung, die dieses Kopräzipitat enthält, verwässert und gewaschen und im Anschluss daran getrocknet und kalziniert. Dadurch lässt sich mit Rh angereichertes CeZrNdY-Verbundoxidpulver mit Rh-Anreicherung erzielen.
  • Das hergestellte Pulver wird einer Wärmebehandlung in einer CO-Atmosphäre unterzogen. Im Anschluss daran wird das Ionenaustauschwasser dem Pulver hinzugefügt, so dass eine Aufschlämmung entsteht (mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.-%), die dann in einer Kugelmühle platziert und mit 0,5 mm großen Zirkoniumoxidkugeln über eine Dauer von ca. drei Stunden gemahlen wird. Auf diese Weise lässt sich eine Lösung, bei der das Pulver des mit Rh angereicherten CeZrNdYOx mit einer reduzierten Partikelgröße, die so klein ist, dass sie als Bindematerial verwendet werden kann, und die in einem Lösungsmittel gelöst wird, erzielen. Im Rahmen dieses Prozesses kann die Partikelgröße des Pulvers des mit Rh angereicherten CeZrNdYOx auf maximal 200 nm in Bezug auf den mittleren Durchmesser reduziert werden. In dem gemahlenen Pulver des mit Rh angereicherten CeZrNdLaYOx mit einer solch reduzierten Partikelgröße wird Rh, das in dem Pulver gelöst wurde, an einem größeren Oberflächenbereich freigesetzt, als dies bei nicht gemahlenem CeZrNdLaYOx-Pulver mit Rh-Anreicherung der Fall ist. Darüber hinaus wird die Oberfläche des mit Rh angereichertem CeZrNdLaYOx-Pulvers durch Mahlen erhöht, und das mit Rh angereicherte CeZrNdLaYOx-Pulver verfügt dann über eine deutlich verbesserte Katalysatorleistung, obwohl es sich bei dem CeZrNdLaYOx-Pulver um ein mit Rh angereichertes Bindematerial handelt.
  • [Reduktionsbehandlung von Verbundoxidmaterial auf CeZr-Basis mit Rh-Anreicherung]
  • Eine Reduktionsbehandlung eines mit Rh angereicherten Verbundoxidmaterials auf CeZr-Basis, das als Bindemittel fungiert, wird beschrieben. Die Reduktionsbehandlung dieser Ausführungsform entspricht einer Co-Reduktionsbehandlung, bei der die Wärmebehandlung an einem Material in einer Co-Atmosphäre durchgeführt wird.
  • Es wurde zuerst der Zustand des Rh in einem Verbundoxid auf CeZr-Basis abhängig von der Durchführung einer Reduktionsbehandlung mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht, um die Reduktionsbehandlungsbedingungen festzulegen, die die Katalysatorwirkungen verbessern können. Diese Prüfung wird nachfolgend beschrieben.
  • Ein mit Rh angereichertes CeZrNd-Verbundoxid wurde als mit Rh angereichertes Verbundoxid auf CeZr-Basis hergestellt. Das CeZrNd-Verbundoxid verfügt über eine Zusammensetzung aus CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 23:67:10 (Masseverhältnis). Die Rh-Anreicherungsmenge betrug 0,6 Gew.-%.
  • Im Anschluss an die getroffenen Herstellungen wurden vier Proben bereitgestellt, so dass die XPS-Analyse an einer der vier (frischen) Proben sowie eine Reduktionsbehandlung an zwei der Proben durchgeführt werden konnten. Die Reduktionsbehandlung entspricht einem Verfahren, bei dem eine Probe bei 600°C über eine Dauer von 60 Minuten in einer Atmosphäre mit einprozentigem CO belassen wurde. Unmittelbar im Anschluss an die Reduktionsbehandlung wurde eine der beiden Probe einer XPS-Analyse unterzogen (unmittelbar im Anschluss an die Reduktion). Eine Alterungsbehandlung wurde an der anderen der beiden Proben durchgeführt und eine Probe wurde keiner Reduktionsbehandlung unterzogen. Die Alterungsbehandlung ist ein Verfahren, bei dem eine Probe bei 1000°C über eine Dauer von 24 Stunden in einem atmosphärischen Gas-Wärme-Behandlungsreaktor belassen wird (mit 2% O2, 10% H2O und Rückständen von N2). 5 und die Tabelle 1 zeigen die Ergebnisse der XPS-Analyse, die an den Proben vorgenommen wurde. In der Tabelle 1 wurde die Rh-Konzentration an der Oberfläche eines CeZrNd-Verbundoxids von einem Spitzenbereich in der Grafik des XPS abgeleitet. [Tabelle 1] Rh-Konzentration an der Oberfläche (Atomprozent)
    Unmittelbar nach der Reduktionsbehandlung Alterung nach der Reduktionsbehandlung Alterung ohne Reduktionsbehandlung
    Mit Rh angereichertes Material 0,13 0,10 0,08
  • Wie dies in 5 gezeigt wird, erhöht die Reduktionsbehandlung den Höchstwert des Rh-Metalls und das Rh-Metall lagert sich auf der Oberfläche des CeZrNd-Verbundoxids ab. Die Tabelle 1 zeigt auf, dass eine Alterung nach der Reduktionsbehandlung die Menge des Rh-Metalls an der Oberfläche des CeZrNd-Verbundoxids im Gegensatz zu einer Alterung ohne Reduktionsbehandlung erhöht.
  • Aus den oben aufgeführten Ergebnissen ergibt sich, dass die Reduktionsbehandlung die Menge an Rh-Metall an der Oberfläche des CeZrNd-Verbundoxids erhöht, was vorteilhaft für die Verbesserung der Abgasreinigungsleistung ist.
  • Im Anschluss daran wurden für die Ermittlung der optimalen Temperatur und der optimalen Zeit für die Wärmebehandlung bei der Reduktionsbehandlung eine solche Reduktionsbehandlung an dem mit Rh angereicherten CeZrNd-Verbundoxid bei verschiedenen Temperaturen für die Wärmebehandlung durchgeführt und die dabei erzielten XPS-Analyseergebnisse miteinander verglichen. Bei diesem Vergleich wurden sechs unterschiedliche Wärmebehandlungstemperaturen, d. h. 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, und 800°C verwendet. Die Wärmebehandlungszeit betrug jeweils 10 Minuten. 6(a) zeigt die Ergebnisse zusammen mit dem Analyseergebnissen eines mit Rh angereicherten CeZrNd-Verbundoxids, das keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde.
  • Wie in 6(a) gezeigt wird, wurde in den Fällen, in denen die Wärmebehandlungstemperatur bei der Reduktionsbehandlung 300°C und 400°C betrug, eine große Menge an gelöstem Rh festgestellt, wobei bei Wärmebehandlungstemperaturen zwischen 500°C und 800°C die Menge an gelöstem Rh und Rh2O3 kleiner war und ein Höchstwert für das Rh-Metall festgestellt wurde. Daraus lässt sich schließen, dass die Wärmebehandlungstemperatur bei der Reduktionsbehandlung vorzugsweise mindestens 500°C und höchstens 800°C betragen sollte.
  • Zur Ermittlung der Wärmebehandlungszeit, die für die Reduktionsbehandlung notwendig ist, wurde eine Prüfung mit unterschiedlichen Zeiten zwischen 5 Minuten und 90 Minuten mit einer festen Temperatur von 600°C durchgeführt. 6(b) zeigt die dabei erzielten Ergebnisse. 6(b) lässt darauf schließen, dass ein Höchstwert für das Rh-Metall nach mindestens 5 Minuten festgestellt wird, und entsprechend reichen 5 Minuten bei 600°C aus.
  • [Vorteile einer Reduktionsbehandlung an einem Verbundoxidmaterial auf CeZr-Basis mit Rh-Anreicherung]
  • Als erster Katalysator 41 fungierte ein erster Katalysator, der durch eine Reduktionsbehandlung (bei 600°C in einer Atmosphäre mit 1-prozentigem CO über eine Dauer von 5 Minuten) auf einem mit Rh angereichertem CeZrNdY-Verbundoxid (Bindemittel) erzielt wurde, und ein erster Katalysator B, der keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde. Die Tabelle 2 zeigt die Katalysatorzusammensetzungen der ersten Katalysatoren A und B. [Tabelle 2]
    Erste Katalysatoren A bis C Masseverhältnis
    Rh-enthaltende Katalysatorschicht (obere Schicht) CeZrNdLaY-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:La2O3:Y2O3 = 10:75:5:5:5 (Masseverhältnis), Rh = 0,045 g/L 63,3
    ZrLaY-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung ZrO2:La2O3:Y2O3 = 84:6:10 (Masseverhältnis), Rh = 0,009 g/L 21,1
    ZrLa-Aluminiumoxid ZrO2:La2O3:Y2O3 = 38:2:60 (Masseverhältnis) 7,0
    CeZrNdY-Verbundoxidbindemittel mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:Y2O3 = 10:80:5:5 (Masseverhältnis), Rh = 0,05 Gew.-% 8,6
    Pd-enthaltende Katalysatorschicht (untere Schicht) CeZrNdLaY-Verbundoxid mit Pd-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:La2O3:Y2O3 = 23:62:3:2:10 (Masseverhältnis), Pd = 0,04 g/L 31,3
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 0.2 g/L 41,0
    CeZrNdLaY-Verbundoxid CeO2:ZrO2:Nd2O3:La2O3:Y2O3 = 23:62:3:2:10 (Masseverhältnis) 17,8
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 9,9
  • Bei ZrLa-Aluminiumoxid handelt es sich um aktiviertes Aluminiumoxid, das mit ZrLa-Verbundoxid angereichert wurde.
  • Die ersten Katalysatoren A und B wurden einer Alterung unterzogen, bei der die ersten Katalysatoren A und B bei einer Temperatur von 1000°C über eine Dauer von 24 Stunden in einem atmosphärischen Gas-Wärme-Behandlungsreaktor belassen wurden (mit 2% O2, 10% H2O und Rückständen von N2).
  • Im Anschluss daran wurde eine Kernprobe mit einer Substratkapazität von ca. 25 mL (mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer Länge von 50 mm) jeweils aus den ersten Katalysatoren A und B herausgeschnitten und in einen Gasverteilungsreaktor gestellt. Danach wurde eine Ansprechtemperatur von T50 (°C) und eine Abgasreinigungsleistung C400 bezüglich der Reinigung von HC, CO und NOx gemessen. Hier handelt es sich bei T50 (°C) um eine Katalysatoreinlassgastemperatur, die durch allmähliche Erhöhung der Temperatur eines Modellabgases ausgehend von Raumtemperatur erhöht wird, das in einen Katalysator strömt und die Änderungen bei der Konzentration von HC, CO und NOx, die in dem Gas enthalten sind, das aus dem Katalysator strömt, festgestellt werden und die Messung der Temperatur erfolgt, wenn die Reinigungsleistung der einzelnen Komponenten 50% erreicht. C400 entspricht einer Reinigungsleistung von jeweils HC, CO und NOx, bei der eine Modellabgastemperatur am Katalysatoreinlass von 400°C erzielt wird.
  • Das Modellabgas wurde bei A/F = 14,7 ± 0,9 eingestellt. Insbesondere wurde A/F zwangsweise veranlasst, innerhalb einer Amplitude von ±0,9% durch Anlegung einer vorab festgelegten Gasmenge zur Änderung in Impulsen von 1 Hz zu vibrieren, während ein Hauptgas mit einem A/F 14,7 stetig strömt. Die Raumgeschwindigkeit SV betrug 60000 h–1 mit einem Temperaturanstieg von 30°C/min. Die Tabelle 3 zeigt Gaszusammensetzungen mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von A/F = 14,7, A/F = 13,8 und A/F = 15,6. [Tabelle 3]
    Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F 13,8 14,7 15,6
    C3H6 (ppm) 541 555 548
    CO (%) 2,35 0,60 0,59
    NO (ppm) 975 1000 980
    CO2 (%) 13,55 13,90 13,73
    H2 (%) 0,85 0,20 0,20
    O2 (%) 0,58 0,60 1,85
    H2O (%) 10 10 10
    N2 Rückstände Rückstände Rückstände
  • 7 zeigt Ergebnisse für T50 (°C) des ersten Katalysators A (die im Rahmen der Durchführung einer Reduktionsbehandlung auf einem mit Rh angereicherten CeZrNdY-Verbundoxidbindemittel erlangt wurden) und des ersten Katalysators B (ohne eine Reduktionsbehandlung). 8 zeigt die Ergebnisse für C400 der ersten Katalysatoren A und B.
  • Wie in 7 gezeigt wird, ist T50 (°C) des ersten Katalysators A, der sich auf die Reinigung von HC, CO und NOx bezieht, niedriger als die Temperatur des ersten Katalysators B. Wie in 8 gezeigt wird, ist die Reinigungsleistung des ersten Katalysators A in Bezug auf HC, CO und NOx höher als die des ersten Katalysators B. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die an dem mit Rh angereicherten CeZrNdY-Verbundoxid durchgeführte Reduktionsbehandlung die Menge an Rh-Metall an der Oberfläche des Bindemittels erhöhte, so dass die Kontakthäufigkeit zwischen dem Rh-Metall und dem Abgas zunahm.
  • Aus diesem Grund kann die Verwendung eines mit Rh angereicherten Verbundoxidbindemittels auf CeZr-Basis, das einer Reduktionsbehandlung unterzogen wurde, die Abgasreinigungsleistung des ersten Katalysators verbessern.
  • [Reduktionsbehandlung an Verbundoxidmaterial auf Zr-Basis mit Rh-Anreicherung]
  • Im Anschluss daran wird eine Reduktionsbehandlung beschrieben, die an einem mit Rh angereichertem Verbundoxidmaterial auf Zr-Basis durchgeführt wurde. Die Reduktionsbehandlung dieser Ausführungsform entspricht einer CO-Reduktionsbehandlung bei der die Wärmebehandlung an einem Material in einer CO-Atmosphäre erfolgt.
  • Zur Bestimmung einer optimalen Wärmebehandlungstemperatur für die Reduktionsbehandlung zur Verbesserung des Katalysatoreffekts wurde die Beziehung zwischen dem Grad der Zerstreuung des Rh-Metalls an der Oberfläche eines Verbundoxids, bei dem es sich um einen Träger handelt, und der Wärmebehandlungstemperatur untersucht. Die Prüfungen für diese Bestimmung werden nachfolgend beschrieben.
  • Zuerst wurde ein mit Rh angereichertes Verbundoxid auf Zr-Basis, ein mit Rh angereichertes ZrLaY-Verbundoxid hergestellt. Die Zusammensetzung des ZrLaY-Verbundoxids beinhaltete ZrO2:La2O3:Y2O3 = 84:6:10 (Masseverhältnis) und die Zugabemenge an Rh betrug 0,33 Gew.-%. Das mit Rh angereicherte Verbundoxid auf Zr-Basis wurde einer CO-Impulsadsorption unterzogen und dadurch der Dispersionsgrad des Rh an der Oberfläche des Verbundoxids auf Zr-Basis gemessen.
  • Vor dem Anlegen eines CO-Impulses zum Abzug der organischen Substanzen und der Feuchtigkeit aus dem mit Rh angereicherten Verbundoxid auf Zr-Basis wurde die Temperatur des mit Rh angereicherten Verbundoxids auf Zr-Basis in einer Sauerstoffatmosphäre ausgehend von Raumtemperatur bis auf 300°C während einer Dauer von 10 Minuten erhöht. Als die Temperatur 300°C erreicht hatte, wurde das mit Rh angereicherte Verbundoxid auf Zr-Basis über eine Dauer von 5 Minuten bei 300°C belassen. Im Anschluss daran wurde die Temperatur von 300°C auf die in der Tabelle 4 gezeigten Reduktionsbehandlungstemperaturen erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Zuführung von Sauerstoff unterbrochen, um ein Vakuum zu schaffen und dadurch die Bedingungen an der Katalysatoroberfläche bis zur Erreichung der Reduktionsbehandlungstemperaturen aufrechtzuerhalten. Nachdem die Temperatur die Reduktionsbehandlungstemperaturen erreicht hatte, wurde das mit Rh angereicherte Verbundoxid auf Zr-Basis in einer hundertprozentigen CO-Atmosphäre gehalten und dieselben Temperaturen 10 Minuten lang beibehalten. Nach der Reduktionsbehandlung wurde die Temperatur unter Vakuum auf Raumtemperatur abgesenkt und 30 Mal ein CO-Impuls angelegt. Das Anlegen des CO-Impulses wurde so durchgeführt, dass ein Ventil 0,5 msec lang geöffnet und 9,38 × 10–7 Mol an CO bei jeder Impulsanwendung freigesetzt wurde. Die nachfolgend aufgeführte Tabelle 4 zeigt den Dispersionsgrad des Rh und die Mengen des bei den angegebenen Reduktionsbehandlungstemperaturen adsorbierten CO. Der 9 kann der Dispersionsgrad des Rh bei den Reduktionsbehandlungstemperaturen entnommen werden. [Tabelle 4]
    Behandlungstemperatur Menge der hergestellten Proben Theoretische Rh-Anreicherungsmenge Menge während eines Impulses Co-Absorptionsmenge Rh-Menge Dispersionsgrad
    °C g Anzahl Mol Mol Anzahl %
    300 0,193 3,73 × 1018 9,38 × 10–7 1,52 × 10–6 9,16 × 1017 24,5
    400 0,200 3,86 × 1018 9,38 × 10–7 1,46 × 10–6 8,80 × 1017 22,8
    500 0,195 3,76 × 1018 9,38 × 10–7 1,01 × 10–6 6,11 × 1017 16,2
    550 0,200 3,86 × 1018 9,38 × 10–7 2,82 × 10–6 1,70 × 1018 44,0
    600 0,191 3,69 × 1018 9,38 × 10–7 3,27 × 10–6 1,97 × 1018 53,2
    700 0,200 3,86 × 1018 9,38 × 10–7 3,05 × 10–6 1,83 × 1018 47,5
    800 0,187 3,62 × 1018 9,38 × 10–7 2,51 × 10–6 1,51 × 1018 41,8
  • Hier wurde das Verhältnis zwischen der Menge an Rh-Metall an der Oberfläche eines Verbundoxids, das sich aus der Menge des adsorbierten CO ergab, und der Rh-Anreicherungsmenge als theoretischer Wert der Menge einer hergestellten Probe als Dispersionsgrad erzielt.
  • Wie in der Tabelle 4 und 9 gezeigt wird, war der Dispersionsgrad des Rh bei einer Reduktionsbehandlungstemperatur von mindestens 300°C und höchstens 500°C gering, wobei der Dispersionsgrad bei einer Temperatur von mindestens 550°C und höchstens 800°C rasch zunahm. Aus diesem Grund wird das Rh-Metall bei einem höheren Dispersionsgrad über die Oberfläche des Verbundoxids verteilt, wenn eine Reduktionsbehandlung bei einer Temperatur zwischen 550°C und 800°C, beide einschließlich, durchgeführt wird, und der Oberflächenbereich des Rh-Metalls nimmt zu. Infolge dessen erhöht sich auch die Kontaktfläche zwischen dem Rh und dem Abgas. Anders ausgedrückt kann eine Reduktionsbehandlung, die bei einer Temperatur von 550°C bis 800°C, beide einschließlich durchgeführt wird, die Anzahl der aktiven Stellen des Katalysators erhöhen und dadurch die Katalysatorleistung verbessern. Aus den in der Tabelle 4 und 9 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass die Wärmebehandlungstemperatur für die Reduktionsbehandlung vorzugsweise im Bereich zwischen 550°C und 700°C, beide einschließlich, liegt und möglichst in einem Bereich zwischen 600°C und 700°C, beide einschließlich.
  • [Vorteile der Reduktionsbehandlung von Verbundoxidmaterial auf Zr-Basis mit Rh-Anreicherung]
  • Als erster Katalysator 41 wurde ein erster Katalysator C, der bei der Durchführung einer Reduktionsbehandlung an einem mit Rh angereicherten ZrNdY-Verbundoxid (bei 600°C in einer Atmosphäre mit 1% CO über die Dauer von 5 Minuten) erlangt wurde, und der erste Katalysator B hergestellt. Die Katalysatorzusammensetzung des ersten Katalysators C kann der Tabelle 2 entnommen werden.
  • Die ersten Katalysatoren B und C wurden derselben Alterungsbehandlung unterzogen, wie dies auch bei den ersten Katalysatoren A und B der Fall war, und im Anschluss daran wurden T50 und C400 unter denselben Bedingungen im Rahmen desselben Verfahrens, das auch bei den ersten Katalysatoren A und B zum Einsatz kam. gemessen. 10 zeigt Ergebnisse bei T50, und 11 zeigt Ergebnisse bei C400.
  • Wie in 10 gezeigt wird, ist T50 (°C) des ersten Katalysators C bezüglich der Reinigung von HC, CO und NOx niedriger als beim ersten Katalysator B. Wie in 11 gezeigt wird, ist die Reinigungsleistung des ersten Katalysators C für HC, CO und NOx höher als die des ersten Katalysators B. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, weil die an dem mit Rh angereicherten ZrLaY-Verbundoxid durchgeführte Reduktionsbehandlung den Anteil an Rh-Metall an der Oberfläche des Verbundoxids erhöhte, so dass die Kontakthäufigkeit zwischen dem Rh-Metall und dem Abgas zunimmt.
  • Aus diesem Grund kann die Verwendung von mit Rh angereichertem Verbundoxid auf Zr-Basis, das einer Reduktionsbehandlung unterzogen wurde, die Abgasreinigungsleistung des ersten Katalysators verbessern.
  • <Reinigungsleistung in Bezug auf gesättigtes HC des ersten Katalysators und des zweiten Katalysators>
  • Ein erster Katalysator D (PT-Anreicherungsmenge = 0 g/L) mit einer Zusammensetzung, wie in der Tabelle 5 gezeigt, wurde als erster Katalysator 41 hergestellt.
  • Ein zweiter Katalysator A (Pt-Anreicherungsmenge = 6,6 g/L) mit der in Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzung wurde als zweiter Katalysator 42 hergestellt. Ein erster Katalysator E mit Pt-Anreicherung (Pt-Anreicherungsmenge = 6,0 g/L) mit der in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung wurde hergestellt. [Tabelle 5]
    Erster Katalysator D Anreicherungsmenge
    Rh-enthaltende Katalysatorschicht (obere Schicht) CeZrNd-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 10:80:10 (Masseverhältnis), Rh = 0,2 g/L 90,2 g/L
    Aluminiumoxid mit ZrLaY mit Rh-Anreicherung ZrO2:La2O3:Al2O3 = 38:2:60 (Masseverhältnis), Rh = 0,1 g/L 29,7 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 La2O3 = 4 Gew.-% 12,8 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 12,8 g/L
    Pd-enthaltende Katalysatorschicht (untere Schicht) CeZrNd-Verbundoxid mit Pd-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 23:67:10 (Masseverhältnis), Pd = 0,3 g/L 35,3 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 4,4 g/L 49,6 g/L
    CeZrNd-Verbundoxid CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 55:35:10 (Masseverhältnis) 10,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 7,7 g/L
  • ZrLa-Aluminiumoxid entspricht aktiviertem Aluminiumoxid, das mit ZrLa-Verbundoxid angereichert wird. [Tabelle 6]
    Zweiter Katalysator A Anreicherungsmenge
    Pt-enthaltende Katalysatorschicht Aluminiumoxid mit La2O3 und Pt-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pt = 6,6 g/L 126,6 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 La2O3 = 4 Gew.-% 20,0 g/L
    CeZrNd-Verbundoxid CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 55:35:10 (Masseverhältnis) 20,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 12,8 g/L
    [Tabelle 7]
    Erster Katalysator E mit Pt-Anreicherung Anreicherungsmenge
    Rh-enthaltende Katalysatorschicht (obere Schicht) CeZrNd-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 10:80:10 (Masseverhältnis), Rh = 0,2 g/L 50,2 g/L
    ZrLa-Aluminiumoxid mit Rh-Anreicherung ZrO2:La2O3:Al2O3 = 38:2:60 (Masseverhältnis), Rh = 0,1 g/L 15,1 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pt-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pt = 6,0 g/L 126,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 12,8 g/L
    Pd-enthaltende Katalysatorschicht (untere Schicht) CeZrNd-Verbundoxid mit Pd-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 23:67:10 (Masseverhältnis), Pd = 0,3 g/L 20,3 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 4,4 g/L 47,4 g/L
    CeZrNd-Verbundoxid CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 55:35:10 (Masseverhältnis) 0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 7,7 g/L
  • ZrLa-Aluminiumoxid ist aktiviertes Aluminiumoxid, das mit ZrLa-Verbundoxid angereichert wird.
  • Hier bezieht sich ”erster Pt-enthaltende Katalysator” auf einen ersten Katalysator, dem Pt als katalytisches Metall hinzugefügt wird. Pt wurde dem ersten Pt-enthaltenden Katalysator E hinzugefügt, indem ”12,8 g/L Aluminiumoxid mit La2O3” der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Katalysators D durch ”126,0 g/L mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3” ersetzt wurde. Durch diese Zugabe werden die Menge des mit Rh angereicherten Trägers der Rh-enthaltende Katalysatorschicht und die Menge des mit Pt angereicherten Trägers der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht reduziert, und die Anreicherungsmenge des CeZrNd-Verbundoxids der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht wird auf null gesetzt.
  • Als wabenförmiges Substrat wurde eine ”quadratische Zelle mit 3,5 mil/600 cpsi, und einer Schüttdichte von 0,292 g/cm3” für den ersten Katalysator D und den ersten Pt-enthaltenden Katalysator E sowie eine ”hexagonale Zelle mit 3,5 mil/600 cpsi und einer Schüttdichte von 0,276 g/cm3” als zweiter Katalysator A verwendet. Diese Substrate bestehen aus demselben Cordierit und die unterschiedliche Schüttdichte sorgt dafür, dass die Wärmekapazität des zweiten Katalysators A kleiner ist als die Wärmekapazitäten des ersten Katalysators D und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E.
  • Es wurde eine Alterung auf dem Prüfstand am ersten Katalysator D, am zweiten Katalysator A und am ersten Pt-enthaltenden Katalysator E durchgeführt. Bei dieser Prüfstandalterung wurde der Katalysator an einem Auspuffrohr des Motors befestigt, die Drehzahl (U/min.) des Motors und die Belastung wurden so eingestellt, dass die Katalysatortemperatur 880°C betrug und der Katalysator über eine Dauer von 100 Stunden dem Abgas des Motors ausgesetzt war. Während der Betriebszeit des Motors wurde dem Einlaufkrümmer über eine Pumpe kontinuierlich mit P angereichertes Motoröl zugeführt.
  • Nach der Prüfstandalterung wurde von jedem Katalysator eine Kernprobe mit einer Substratkapazität von 25 mL entnommen und in einem Modellgasverteilungsreaktor befestigt. Im Anschluss daran wurde ein Modellgas (das Isopentan enthielt) als Modell eines Abgases zum Strömen gebracht, während der Motor mit HCCI-Verbrennung betrieben wurde, und die Gastemperatur des Modellgases wurde allmählich von Raumtemperatur ausgehend erhöht und die Isopentan-Reinigungsleistung gemessen. Das Modellgas verfügt über die folgende Isopentan-Zusammensetzung: 1600 ppmC, CO: 1700 ppm, O2: 10,5%, CO2: 13,9%, H2O: 10% und Rückstände: N2. Die Raumgeschwindigkeit SV belief sich auf ca. 60000 h–1 und der Temperaturanstieg des Gases betrug 30°C/min.
  • 12 zeigt die erzielten Ergebnisse. Der erste Katalysator D (mit einer aus zwei Lagen bestehenden Rh- und Pd-enthaltenden Katalysatorschicht, die jedoch kein Pt aufweist) verfügte über eine geringe Isopentan-Reinigungsleistung. Im Gegensatz dazu wiesen der zweite Katalysator A (der nur über die Pt-enthaltende Katalysatorschicht verfügte) und der erste Pt-enthaltende Katalysator E (bei dem mit Pt angereichertes Aluminiumoxid der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Katalysators D hinzugefügt wurde) eine Isopentan-Reinigungsleistung auf, die über der des ersten Katalysators D lag. Die Temperatur (T50), bei der die Isopentan-Reinigungsleistung 50% beträgt, liegt bei ca. 210°C beim zweiten Katalysator A, bei ca. 230°C beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator E und bei ca. 400°C beim ersten Katalysator D. Dies bedeutet, dass der zweite Katalysator A bei der Isopentan-Reinigung bei niedrigen Temperaturen aktiv ist.
  • Insbesondere weist der zweite Katalysator A, der nur über die Pt-enthaltende Katalysatorschicht verfügt, nachweislich bereits bei einer niedrigen Temperatur von maximal 200°C eine Isopentan-Reinigungsleistung auf, die über der des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E liegt.
  • Die Pt-Anreicherungsmenge des zweiten Katalysators A ist geringfügig höher als die des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E, es besteht jedoch ein Unterschied zwischen der Isopentan-Reinigungsleistung des zweiten Katalysators A und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E, der nicht ausschließlich auf den Unterschied bei der Pt-Anreicherungsmenge zurückzuführen ist.
  • Dies kann eindeutig dem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Pt-enthaltenden Katalysator E und dem ersten Pt-enthaltenden Katalysator F der 13 entnommen werden. Der erste Pt-enthaltende Katalysator E und der erste Pt-enthaltende Katalysator F verfügen über dieselbe Struktur, wobei jedoch die Pt-Anreicherungsmenge des ersten Katalysators 6,0 g/L betrug und die Pt-Anreicherungsmenge des zweiten Katalysators 4,0 g/L. 13 zeigt Ergebnisse, die bei der Messung der Isopentan-Reinigungsleistungen der ersten Katalysatoren E und F, die Pt-enthalten, unter denselben Bewertungsbedingungen (wie oben beschrieben) gemessen wurden. Wie den 12 und 13 entnommen werden kann, lag die Differenz bei der Isopentan-Reinigungsleistung bei einem Fall, bei dem die Pt-Anreicherungsmenge 4,0 g/L betrug, und einem Fall, bei dem die Pt-Anreicherungsmenge bei 6,0 g/L lag, unter der Differenz der Isopentan-Reinigungsleistung des zweiten Katalysators A und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E. Dies zeigt, dass die Differenz bei der Isopentan-Reinigungsleistung des zweiten Katalysators A und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E nicht nur auf die unterschiedliche Menge bei der Pt-Anreicherung zurückzuführen ist, sondern ebenfalls noch auf andere Gründe. Dabei könnte es sich um die folgenden Gründe handeln.
  • Der mit Pt angereicherte Aluminiumoxidkatalysator kann wirksam bei der Reinigung des Isopentans eingesetzt werden. Beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator E befindet sich mit Pt angereichertes Aluminiumoxid in der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht, in der sowohl Pt als auch Rh enthalten sind und die Pd-enthaltende Katalysatorschicht vorgesehen wird. Entsprechend wird das Isopentan nicht unbedingt an den aktiven Stellen (Pt), die bei der Reinigung wirksam sind, adsorbiert, sondern ebenfalls an anderen aktiven Stellen (Pt und Rh), die bei der Reinigung nicht wirksam sind und oft ohne Reinigung desorbiert und ausgestoßen werden. Entsprechend läuft die Isopentan-Reinigung insgesamt nicht wirksam ab. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass selbst bei einer großen Anzahl von aktiven Stellen (Pt), die bei der Isopentan-Reinigung wirksam sind, Isopentan ebenfalls zu solchen Orten diffundiert wird, die auch nicht aktive Stellen beinhalten (Pt) und deshalb diese aktiven Stellen (Pt) nicht wirksam bei der Isopentan-Reinigung zum Einsatz kommen.
  • Andererseits enthält der zweite Katalysator A nur Pt als katalytisches Metall und entsprechend kommt Isopentan häufig mit den aktiven Stellen in Kontakt (Pt). Aus diesem Grund kann davon ausgegangen werden, dass die Isopentan-Reinigung effizient abläuft.
  • <Untersuchung des ersten Pt-enthaltenden Katalysators bezüglich der Isopentan-Reinigung>
  • Die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren G, H und I wurden hergestellt und die Isopentan-Reinigungsleistung dieser Katalysatoren wurde unter denselben Bewertungsbedingungen gemessen, die den oben beschriebenen Bedingungen entsprechen. Die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren G, H und I wiesen jeweils 84,0 g/L (Pt = 4,0 g/L) an Aluminiumoxid mit La2O3 und Pt-Anreicherung auf und ihre Anordnung war bei den Katalysatoren G, H und I jeweils unterschiedlich.
  • Beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator G wurde ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 126,0 g/L, Pt = 6,0 g/L” der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E, wie in Tabelle 7 gezeigt, durch ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 84,0 g/L, Pt = 4,0 g/L” ersetzt.
  • Im ersten Pt-enthaltenden Katalysator H wurde ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 126,0 g/L, Pt = 6,0 g/L” der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E, wie in Tabelle 7 gezeigt, durch ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 42,0 g/L, Pt = 2,0 g/L” ersetzt und ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 42,0 g/L, Pt = 2,0 g/L” wurde der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht hinzugefügt.
  • Im ersten Pt-enthaltenden Katalysator I wurde die Pt-enthaltende Katalysatorschicht auf der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Katalysators D, der in Tabelle 5 gezeigt wird, angeordnet, so dass eine aus drei Schichten bestehende Struktur gebildet wurde. Die Pt-enthaltende Katalysatorschicht wies eine Zusammensetzung von ”mit Pt angereichertem Aluminiumoxid mit La2O3 = 84,0 g/L, Pt = 4,0 g/L” + ”mit Yttrium stabilisiertem Zirkoniumoxid-Bindemittel (Y2O3 = 3 Mol%) = 7,0 g/L” auf.
  • 14 zeigt die Messergebnisse für die Isopentan-Reinigungsleistung der ersten Katalysatoren G, H und I, die Pt enthalten. Die in den 12 und 13 gezeigten Ergebnisse lassen darauf schließen, dass das Hinzufügen der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht, ohne dass Pt der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht hinzugefügt wird, die Isopentan-Reinigungsleistung verbessert. 14 zeigt jedoch, dass der erste Pt-enthaltende Katalysator I durch das Hinzufügen der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht eine Isopentan-Reinigungsleistung aufweist, die unter der des ersten Pt-enthaltendem Katalysators G liegt, bei der Pt der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht hinzugefügt wird. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die vorhandene Pt-enthaltende Katalysatorschicht auf der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht die Dicke der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht reduziert. Es wird davon ausgegangen, dass Isopentan aufgrund seiner langen Moleküle nicht problemlos in der dünnen Pt-enthaltenden Katalysatorschicht eingeschlossen wird, so dass die Reinigungsleistung gering ist.
  • Wie in 14 gezeigt wird, verfügte der erste Katalysator H, der Pt sowohl in der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht als auch in der Pd-enthaltenden Katalysatorschicht aufweist, über die niedrigste Isopentan-Reinigungsleistung. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass Isopentan nicht an den aktiven Stellen (Pt) adsorbiert wurde, die bei der Reinigung wirksam sind, sondern die Adsorption häufig an anderen aktiven Stellen erfolgte (Pd und Rh).
  • Aus den vorgenannten Ergebnissen der Prüfungen, die am ersten Pt-enthaltenden Katalysator durchgeführt wurden, ergibt sich, dass zur Verbesserung der Isopentan-Reinigungsleistung vorzugsweise dem ersten Katalysator, der eine Rh-enthaltende Katalysatorschicht und eine Pd-enthaltende Katalysatorschicht aufweist, ein zweiter Katalysator hinzugefügt wird, der ausschließlich über eine Pt-enthaltende Katalysatorschicht verfügt, die Pt, jedoch weder Pd noch Rh enthält.
  • <Reinigungsleistung des zweiten Katalysators und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators in Bezug auf ungesättigtes HC>
  • Wie oben beschrieben wurde, eignet sich der zweite Katalysator A, der nur die Pd-enthaltende Katalysatorschicht aufweist, für die Reinigung von gesättigtem HC. Deshalb wurden die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K zu Vergleichszwecken hergestellt, um die Reinigungsleistung in Bezug auf ungesättigtes HC zu untersuchen.
  • Beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator J wurde ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 126,0 g/L, Pt = 6,0 g/L” der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht des ersten Pt-enthaltenden Katalysators E, der in der Tabelle 7 aufgeführt wird, durch ”mit Pt angereichertes Aluminiumoxid mit La2O3 = 44,0 g/L, Pt = 4,0 g/L” ersetzt.
  • Der erste Pt-enthaltende Katalysator K wurde auf der Grundlage der Katalysatorzusammensetzung der ersten Katalysatoren A bis C, die in der Tabelle 2 aufgeführt werden, hergestellt und wies die in Tabelle 8 dargestellte Zusammensetzung auf. Der erste Pt-enthaltende Katalysator K unterscheidet sich von den ersten Katalysatoren A bis C darin, dass z. B. mit Pt angereichertes Aluminiumoxid in der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht vorhanden ist und eine Reduktionsbehandlung sowohl an dem mit Rh angereicherten CeZrNdLaY-Verbundoxid als auch an dem CeZrNdY-Verbundoxid (Bindemittel) durchgeführt wird. [Tabelle 8]
    Erster Pt-enthaltender Katalysator K Anreicherungsmenge
    Rh-enthaltende Katalysatorschicht (obere Schicht) CeZrNdLaY-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:La2O3:Y2O3 = 10:75:5:5:5 (Masseverhältnis), Rh = 0,6 g/L 90,0 g/L
    ZrLaY-Aluminiumoxid mit Rh-Anreicherung ZrO2:La2O3:Y2O3 = 84:6:10 (Masseverhältnis), Rh = 0,1 g/L 30,0 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pt-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pt = 4,0 g/L 40,4 g/L
    CeZrNdY-Verbundoxid-Bindemittel mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:Y2O3 = 10:80:5:5 (Masseverhältnis), Rh = 0,05 Gew.-% 12,2 g/L
    Pd-enthaltende Katalysatorschicht (untere Schicht) CeZrNd-Verbundoxid mit Pd-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3:Y2O3 = 23:62:3:2:10 (Masseverhältnis), Pd = 0,47 g/L 35,47 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 2,33 g/L 47,33 g/L
    CeZrNdLaY-Verbundoxid CeO2:ZrO2:Nd2O3La2O3:Y2O3 = 23:62:3:2:10 (Masseverhältnis) 20,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 11,0 g/L
  • Der zweite Katalysator A und die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K wurden der oben beschriebenen Prüfstandalterung unterzogen, und im Anschluss daran wurde jeweils ein Kernprobe mit einer Substratkapazität von 25 mL aus den Katalysatoren entnommen und in einem Modellgasvertreilungsreaktor untergebracht. Dann wurden mittels eines Modellgases (das Propylen (C3H6) enthält), wie in der Tabelle 3 gezeigt, als Modell für ein Abgas, wenn der Motor mit SI-Verbrennung betrieben wird, die Propylen-Reinigungsleistung unter denselben Bedingungen gemessen, die auch bei den Messungen von T50 und C400, wie oben beschrieben, zum Einsatz kamen. 15 zeigt die erzielten Ergebnisse.
  • Wie in 15 gezeigt wird, wies der zweite Katalysator A eine hohe Isopentan-Reinigungsleistung auf (12), hatte jedoch eine Propylen-Reinigungsleistung, die unter der der ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K lag. Anders ausgedrückt, zeigten die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K eine hohe Propylen-Reinigungsleistung. Die Temperatur (T50), bei der die Propylen-Reinigungsleistung 50% beträgt, liegt bei ca. 270°C beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator K, bei ca. 290°C beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator J und bei 370°C beim zweiten Katalysator A. Die ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K zeigen eine Aktivität in Bezug auf die Propylen-Reinigung bei Temperaturen, die unter der des zweiten Katalysators A liegen.
  • In Bezug auf die katalytischen Metallmengen des ersten Pt-enthaltenden Katalysators J und des ersten Pt-enthaltenden Katalysators K betrugen die Pt-Anreicherungsmengen beider Katalysatoren 4,0 g/L. Die Rh-Anreicherungsmenge belief sich auf 0,3 g/L beim ersten und auf 0,7 g/L beim zweiten Katalysator und die Pd-Anreicherungsmenge lag bei 4,7 g/L beim ersten und 2,8 g/L beim zweiten Katalysator. Dies bedeutet, dass die Anreicherungsmenge einer Kombination aus Rh und Pd 5 g/L im ersten Pt-enthaltenden Katalysator J betrug und 3,5 g/L beim ersten Pt-enthaltenden Katalysator K, was unter der Menge des ersten Pt-enthaltenden Katalysators J liegt.
  • Wie oben beschrieben wird, war die Propylen-Reinigungsleistung des ersten Pt-enthaltenden Katalysators K, höher als die des ersten Pt-enthaltenden Katalysators J, wie dies in 15 gezeigt wird, obwohl der erste Pt-enthaltende Katalysator K eine katalytische Metallmenge aufwies, die kleiner war als die des ersten Pt-enthaltenden Katalysators J und insbesondere eine geringe Pd-Menge, die für die Propylen-Reinigung wirksam ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Reduktionsbehandlung an dem mit Rh angereicherten CeZrNdLaY-Verbundoxid und dem mit Rh angereicherten CeZrNdY-Verbundoxid (Bindemittel) des ersten Pt-enthaltenden Katalysators K durchgeführt wurde.
  • Der 15 kann entnommen werden, dass das mit Pt angereicherte Aluminiumoxid der ersten Pt-enthaltenden Katalysatoren J und K aufgrund einer niedrigen Propylen-Reinigungsleistung des zweiten Katalysators A, der über die Pt-enthaltende Katalysatorschicht und die Pd-enthaltende Katalysatorschicht sowie die Rh-enthaltende Katalysatorschicht verfügt, die bei der Propylen-Reinigung wirksam zum Einsatz kommen, nicht wirksam an der Propylen-Reinigung beteiligt ist.
  • Entsprechend zeigt der erste Pt-enthaltende Katalysator eine Wirkung bei der Propylen-Reinigung die der des ersten Pt-enthaltenden Katalysators entspricht, oder wie dies oben beschrieben wurde, kann davon ausgegangen werden, dass Pt die Propylen-Reinigung durch Pd hemmt. Entsprechend wird erwartet, dass der erste Pt-enthaltende Katalysator über eine Propylen-Reinigungsleistung verfügt, die über der des ersten Pt-enthaltenden Katalysators liegt.
  • <Auswertung der HC-Ansprechleistung am Motorprüfstand>
  • Zwei Arten von Katalysatoren, bei denen jeweils der erste Katalysator und der zweite Katalysator in Reihe angeordnet und in einen Katalysatorbehälter gestellt wurden, waren hergestellt worden. Insbesondere wurde in einem der Katalysatoren der erste Katalysator über dem zweiten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet und im anderen Katalysator wurde der zweite Katalysator über dem ersten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen. Die Tabelle 9 zeigt Zusammensetzungen des ersten Katalysators und des zweiten Katalysators. [Tabelle 9]
    Anreicherungsmenge
    Pt-enthaltender Katalysator (zweiter Katalysator) Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 7,0 g/L 120 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 11 g/L
    Pd/Rh-enthaltender Katalysator (untere Schicht des ersten Katalysators) CeZrNd-Verbundoxid mit Pd-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 23:67:10 (Masseverhältnis), Pd = 1,0 g/L 35,0 g/L
    Aluminiumoxid mit La2O3 und Pd-Anreicherung La2O3 = 4 Gew.-%, Pd = 5,4 g/L 45,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 11,0 g/L
    Pd/Rh-enthaltender Katalysator (obere Schicht des ersten Katalysators) CeZrNd-Verbundoxid mit Rh-Anreicherung CeO2:ZrO2:Nd2O3 = 10:80:10 (Masseverhältnis), Rh = 0,47 g/L 90,0 g/L
    ZrLa-Aluminiumoxid mit Rh-Anreicherung ZrO2:La2O3:Al2O3 = 38:2:60 (Masseverhältnis), Rh = 0,13 g/L 30,0 g/L
    Mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumoxid-Bindemittel Y2O3 = 3 Mol% 11,0 g/L
  • Die Katalysatoren wurden an einem Abgasrohr am Motorprüfstand befestigt und der Motor jeweils im HCCI-Verbrennungsmodus und im SI-Verbrennungsmodus betrieben, wobei eine Ansprechtemperatur bezüglich der HC-Reinigung in beiden Modi gemessen wurde. Die Ansprechtemperatur kann mit der Einlassgastemperatur im Katalysatorbehälter gleichgesetzt werden, die erzielt wird, wenn die Einlassgastemperatur des Katalysatorbehälters beim Betrieb des Motors zunimmt, so dass die HC-Reinigungsleistung 50% erreicht. Die Ansprechtemperatur wurde in einem Fall gemessen, bei dem zuvor die Prüfstandalterung an beiden Katalysatoren vorgenommen worden war, sowie in einem Fall ohne Prüfstandalterung.
  • In einer Weise, die der oben beschriebenen Prüfstandalterung ähnelt, wurden bei der Prüfstandalterung die Drehzahl des Motors (U/min.) und die Belastung so eingestellt, dass die Einlasstemperatur des Katalysatorbehälters 880°C betrug und der Motor über eine Dauer von 100 Stunden betrieben wurde. Während dieses Betriebs wurde kontinuierlich mit P angereichertes Motoröl mittels einer Pumpe dem Einlasskrümmer zugeführt. Bei der Prüfstandalterung wurde der Motor im SI-Verbrennungsmodus betrieben. Dieser Betrieb entspricht dem weiter oben bei der Prüfstandalterung beschriebenen Betrieb. Die Tabelle 10 zeigt die Messergebnisse der Ansprechtemperaturen. [Tabelle 10]
    Oberhalb angeordnet Unterhalb angeordnet Oberhalb angeordnet Unterhalb angeordnet
    Erster Katalysator Zweiter Katalysator Erster Katalysator Zweiter Katalysator
    (Pd, Rh) → (Pt) (Pt) → (Pd, Rh)
    Frisch SI-Verbrennung 172°C 153°C
    HCCI-Verbrennung 155°C 178°C
    Gealtert SI-Verbrennung 251°C 248°C
    HCCI-Verbrennung 212°C 247°C
  • Im frischen Zustand war die Ansprechtemperatur niedriger, wenn der zweite Katalysator bei der SI-Verbrennung oberhalb angeordnet wurde, und die Ansprechtemperatur war niedriger, wenn der erste Katalysator bei der HCCI-Verbrennung oberhalb angeordnet wurde. Nach der Alterung war die Ansprechtemperatur niedriger, wenn der zweite Katalysator bei der SI-Verbrennung oberhalb vorgesehen wurde, und die Ansprechtemperatur war niedriger, wenn der erste Katalysator bei der HCCI-Verbrennung oberhalb vorgesehen wurde. Aus diesen Ergebnissen kann im Falle eines ternären Katalysators mit Pt/Pd/Rh, d. h. einem Pt-Katalysator, der weder Pt noch Rh enthält und eigenständig angeordnet wird, Folgendes abgeleitet werden. Die Ansprechleistung entspricht im Wesentlichen der Leistung eines Pt-Katalysators, der über einem anderen Katalysator vorgesehen wird (Pd/Rh-Katalysator) und der Leistung eins Pt-Katalysators, der unterhalb eines anderen Katalysators angeordnet wird (Pd/Rh-Katalysator).
  • <Extern erwärmter Abgasreinigungskatalysator>
  • 16 zeigt eine Konfiguration eines extern erwärmten Abgasreinigungskatalysators 27. Dieser Katalysator 27 verfügt über ein elektrisches Heizgerät 46, das als externe Heizeinheit zur Erwärmung des ersten Katalysators 41 und des zweiten Katalysator 42 eingesetzt wird. Die Katalysatoren 41 und 42 und das elektrische Heizgerät 46 werden in Reihe angeordnet und in einem Katalysatorbehälter untergebracht. Der erste Katalysator 41 wird oberhalb des zweiten Katalysators 42 in Abgasströmungsrichtung angeordnet, und das elektrische Heizgerät 46 wird oberhalb des ersten Katalysators 41 in Abgasströmungsrichtung installiert.
  • Der Katalysatorbehälter wird mit einem Temperatursensor 47 für die Erfassung der Temperatur des ersten Katalysators 41 ausgestattet. Der Betrieb des elektrischen Heizgeräts 46 wird auf der Grundlage der Temperatur des ersten Katalysators 41 und des Betriebszustands des Motors kontrolliert. Insbesondere wird der Heizbetrieb des elektrischen Heizgeräts 46 gestartet, wenn festgestellt wird, dass sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand vom HCCI-Bereich in den SI-Bereich befindet (d. h. es wird eine Zunahme bei der Gaspedalposition festgestellt). Im Anschluss daran wird der Betrieb des elektrischen Heizgeräts 46 eingestellt, wenn die Temperatur des ersten Katalysators 41, die vom Temperatursensor 47 erkannt wird, eine voreingestellte Temperatur erreicht hat.
  • [Versuchsauswertung der NOx-Reinigung bei der Umschaltung des Verbrennungsmodus]
  • Die Auswirkungen des Betriebs des elektrischen Heizgeräts auf die NOx-Reinigung beim Umschalten des Verbrennungsmodus (von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung) wurde mittels eines Modellabgases ausgewertet.
  • Bei dieser Auswertung wurden der erste Katalysator B (der keiner Reduktionsbehandlung unterzogen wurde), der in der Tabelle 2 gezeigt wird, sowie der zweite Katalysator A, der in der Tabelle 6 aufgeführt ist, verwendet. Diese Katalysatoren waren Kernproben mit einer Substratkapazität von jeweils 25 mL und wurden der oben aufgeführten Prüfstandalterung unterzogen. Die Katalysatoren wurden in einem Modellgasverteilungsreaktor befestigt. Der erste Katalysator B wurde oberhalb des zweiten Katalysators A in Abgasströmungsrichtung vorgesehen und das elektrische Heizgerät wurde oberhalb des ersten Katalysators B installiert.
  • Im Anschluss daran wurde die NOx-Reinigungsleistung des Beispiels 1 (konstante Temperatur), bei dem das Modellgas umgeschaltet wurde (von HCCI auf SI) mit einer konstanten Einlassgastemperatur des ersten Katalysators B und die NOx-Reinigungsleistung des Beispiels 2 (Temperaturanstieg), bei dem das Modellgas umgeschaltet wurde, durch Erhöhung der Einlassgastemperatur mit dem elektrischen Heizgerät erlangt. Die Tabelle 11 zeigt die Modellgasbedingungen, die ein Abgas bei HCCI-Verbrennung und ein Abgas bei SI-Verbrennung simulieren. Ein HCCI-Magermodellgas (1) enthielt keine NOx. Ein stöchiometrisches SI-Modellgas (2) enthielt 1000 ppm an NOx. [Tabelle 11]
    Gasbedingungen (1) HCCI mager (2) SI stöchiometrisch
    Iso-C5H12 (ppmC) 1800 -
    C3H6 (ppmC) - 1600
    CO (%) 0,17 0,8
    NOx (ppm) - 1000
    CO2 (%) 13,9 13,6
    H2 (%) - 0.2
    O2 (%) 10,5 0,86
    H2O (%) 10 10
    N2 Rückstände Rückstände
    Raumgeschwindigkeit SV (h–1) 60000 60000
  • Eine spezielle Technik zur Messung der NOx-Reinigungsleistung wird jetzt beschrieben.
  • Unter stöchiometrischen Bedingungen (stöchiometrisches SI-Modellgas in Tabelle 11) wurde die Einlasstemperatur des ersten Katalysators B erhöht und über eine Dauer von 10 Minuten (Vorbehandlung) bei 500°C belassen, und im Anschluss daran wurde die Einlassgastemperatur auf 100°C durch einströmendes NS-Gas reduziert. Danach wurde der Zustand wieder in einen Zustand mit stöchiometrischen Bedingungen versetzt und die Einlassgastemperatur auf 200°C erhöht.
  • In Beispiel 1 (konstante Temperatur) wurde veranlasst, dass das HCCI-Magermodellgas (1) und das stöchiometrische SI-Modellgas (2), die in der Tabelle 11 gezeigt werden, alternativ jeweils bei ca. 120 bis 130 Sekunden strömen, nachdem die Einlassgastemperatur eine Temperatur von 200°C erreicht hatte, und es wurde die Änderung bei der NOx-Konzentration (ppm) eines Gases, das aus dem zweiten Katalysator A strömte, gemessen.
  • In Beispiel 2 (Temperaturanstieg) begann der Temperaturanstieg bei 100°C/min, der mit dem elektrischen Heizgerät veranlasst wurde, ca. 60 Sekunden vor dem Umschalten des Modellgases von HCCI auf SI. Auf diese Weise wurde die Einlassgastemperatur beim Umschalten den Modellgases auf 300°C eingestellt und anschließend weiter auf 350°C erhöht und 30 Sekunden lang bei dieser Temperatur belassen. Im Anschluss daran begann die Temperatur ca. 60 Sekunden lang abzufallen, bevor das Modellgas von SI auf HCCI umgeschaltet wurde, und als die Einlassgastemperatur 200°C erreichte, wurde sie 30 Sekunden lang bei dieser Temperatur belassen. Auf diese Weise wurden der Temperaturanstieg und die Temperaturabsenkung im Bereich zwischen 200 und 350°C mehrmals wiederholt, so dass die Einlassgastemperatur ca. 300°C beim Umschalten des Modellgases von HCCI auf SI betrug.
  • – NOx-Reinigungsleistung –
  • 17 zeigt die Messergebnisse für die NOx-Konzentration des Beispiels 1 (konstante Temperatur). In 17 weist eine unterbrochene Linie auf die NOx-Konzentration eines Gases hin, das zum ersten Katalysator B strömt, und eine durchgängige Linie zeigt die NOx-Konzentration eines Gases, das vom zweiten Katalysator A ausströmt. Wie in 17 gezeigt wird, betrug die NOx-Konzentration (dargestellt durch eine durchgängige Linie) des Abgases nahezu null ab ca. 30 Sekunden nach dem Umschalten von HCCI auf SI und anschließendem Umschalten von SI auf HCCI, und die NOx wurden durch den ersten Katalysator B gereinigt. Während eines Zeitraums von ca. 30 Sekunden vom Umschalten von HCCI auf SI lief die NOx-Reinigung durch den ersten Katalysator B nicht wirksam ab.
  • Die NOx-Reinigungsleistung P während eines stöchiometrischen SI-Zeitraums nach dem Umschalten von HCCI auf SI jeweils in Beispiel 1 (konstante Temperatur) und Beispiel 2 (Temperaturanstieg) wurde durch Gleichung (1) berechnet. P = (X – Y)/X (1), wobei X ein integrierter Wert der NOx-Konzentration (ppm) eines einströmenden Gases in einem stöchiometrischen SI-Zeitraum ist und Y ein integrierter Wert der NOx-Konzentrationen (ppm) eines einströmenden Gases während desselben Zeitraums. Die Tabelle 12 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 12]
    Temperaturbedingungen NOx-Reinigungsleistung
    Beispiel 1 200°C (konstant) 89,6%
    Beispiel 2 200°C → 350°C (Temperaturanstieg) 92,7%
  • In Beispiel 2 (Temperaturanstieg) lag die NOx-Reinigungsleistung über der in Beispiel 1 (konstante Temperatur), und ein Temperaturanstieg ausgelöst durch das elektrische Heizgerät wurde festgestellt. Dies ist auf die folgenden Gründe zurückzuführen. Unter Gasbedingungen bei der HCCI-Verbrennung befand sich das Rh des ersten Katalysators B in einem Oxidationszustand. Entsprechend wurde Rh nicht sofort bei der Reduzierung von NOx wirksam, selbst wenn die NOx zur Einströmung in den ersten Katalysator B durch Umschalten von HCCI auf SI veranlasst wurden. Andererseits verursachte in Beispiel 2 (Temperaturanstieg) der Temperaturanstieg des ersten Katalysators B beim Umschalten Oxidationsreaktionen von HC auf CO im ersten Katalysator B und entsprechend wurde das Rh reduziert (Metallzustand). Deshalb wurde das Rh bei der NOx-Reduktionsreinigung nach der Umschaltung wirksam und die NOx-Reinigungsleistung wurde im Beispiel 2 verbessert (Temperaturanstieg).
  • Aus den vorgenannten Gründen nimmt die NOx-Reinigungsleistung bei dieser Umschaltung zu, wenn das elektrische Heizgerät oberhalb des ersten Katalysators in Abgasströmungsrichtung angeordnet und das elektrische Heizgerät bei der Umschaltung von HCCI auf SI aktiviert wird.
  • Wie in 18 gezeigt, wird das elektrische Heizgerät 46 als externes Heizgerät zwischen dem ersten Katalysator 41 und dem zweiten Katalysator 42 angeordnet, wenn der zweite Katalysator 42 oberhalb des ersten Katalysators 41 in Abgasströmungsrichtung vorgesehen wird.
  • <Schlussfolgerung>
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen kann die folgende Schlussfolgerung gezogen werden.
  • Der zweite Katalysator verfügt als der Pt-enthaltende Katalysator mit einer Schicht, die weder Pt noch Rh enthält, ab dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur des Abgases niedrig ist, über eine höhere Isopentan-Reinigungsleistung als der erste Katalysator, der die Pt-enthaltende Katalysatorschicht und die Rh-enthaltende Katalysatorschicht aufweist, und als der erste Pt-enthaltende Katalysator (12), wobei die Propylen-Reinigungsleistung im ersten Katalysator und im ersten Pt-enthaltenden Katalysator höher ist als im zweiten Katalysator (15).
  • Entsprechend ist es vorzuziehen, einen Katalysator mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht für die Reinigung des ungesättigten HC zu verwenden und zusätzlich noch einen Katalysator ausschließlich mit Pt (zweiter Katalysator) für die Reinigung des gesättigten HC einzusetzen, anstatt einen einzelnen Katalysator vorzusehen, der einen Pt-Katalysator, einen Pd-Katalysator und einen Rh-Katalysator enthält, wie zum Beispiel einen ersten Pt-enthaltenden Katalysator, um wirksam sowohl gesättigtes HC, in Form von Isopentan, und ungesättigtes HC, in Form von Propylen, ab dem Zeitpunkt einer niedrigen Temperatur des Abgases wirksam zu reinigen.
  • Obwohl der erste Katalysator mit einer Pt-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht bei der Reinigung von ungesättigtem HC wirksam ist, zeigt der erste Pt-enthaltende Katalysator ebenfalls eine relativ hohe Reinigungsleistung bei ungesättigtem HC (15). Entsprechend kann über der Pt-enthaltenden Katalysatorschicht und der Rh-enthaltenden Katalysatorschicht ein Pt-Katalysator oder eine Pt-enthaltende Katalysatorschicht vorgesehen werden.
  • Aus den in den 7 bis 11 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass zur Verbesserung der Reinigungsleistung in Bezug auf HC, CO und NOx der erste Katalysator und der erste Pt-enthaltende Katalysator vorzugsweise ein Verbundoxid auf Zr-Basis, das einer Reduktionsbehandlung unterzogen wurde, und vorzugsweise ebenfalls ein Verbundoxidbindemittel auf ZeZr-Basis mit Rh-Anreicherung, die einer Reduktionsbehandlung unterzogen wurden, verwenden sollten.
  • Beim Starten des Motors im SI-Verbrennungsmodus wird Abgas, das eine große Menge an ungesättigtem HC enthält, aus dem Motor ausgestoßen. Der erste Katalysator bzw. der erste Pt-enthaltende Katalysator, die bei der Reinigung von ungesättigtem HC wirksam sind, werden vorzugsweise oberhalb des zweiten Katalysators angebracht, um die Katalysatortemperatur frühzeitig zu erhöhen (frühzeitige Aktivierung) und um das ungesättigte HC ab dem Zeitpunkt, an dem der Motor eine niedrige Abgastemperatur aufweist, wirksam zu reinigen.
  • Wenn ein wabenförmiges Substrat mit einer geringen Wärmekapazität als zweiter Katalysator eingesetzt wird, unterstützt die Wärme des Abgases eine Erhöhung der Katalysatortemperatur. Insbesondere wenn der zweite Katalysator unterhalb des ersten Katalysators oder des ersten Pt-enthaltenden Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet wird, ist diese Konfiguration vorteilhaft für eine frühzeitige Aktivierung des zweiten Katalysators beim Starten des Motors.
  • Wenn das elektrische Heizgerät oberhalb des ersten Katalysators in Abgasströmungsrichtung vorgesehen und so betrieben wird, dass der erste Katalysator beim Umschalten des Verbrennungsmodus des Motors von HCCI-Verbrennung auf SI-Verbrennung in Betrieb genommen wird, kann die NOx-Reinigungsleistung bei dieser Umschaltung verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    27
    Abgasreinigungskatalysator
    41
    Erster Katalysator
    42
    Zweiter Katalysator
    43
    Pd-enthaltende Katalysatorschicht
    44
    Rh-enthaltende Katalysatorschicht
    45
    Wabenförmiges Substrat
    46
    Elektrisches Heizgerät
    51
    Verbundoxid auf CeZr-Basis
    52
    Rh
    53
    Verbundoxid auf CeZr-Basis mit Rh-Anreicherung
    54
    Verbundoxid auf Zr-Basis
    55
    Verbundoxid auf Zr-Basis mit Rh-Anreicherung
    56
    Aktiviertes Aluminiumoxid
    57
    Bindemittel
    58
    Aktiviertes Aluminiumoxid
    59
    Pd
    60
    Aluminiumoxid mit Pd-Anreicherung
    61
    Verbundoxid auf CeZr-Basis
    62
    Verbundoxid auf CeZr-Basis mit Pd-Anreicherung
    63
    Verbundoxid auf CeZr-Basis
    64
    Bindemittel
    65
    Wabenförmiges Substrat
    66
    Pt-enthaltende Katalysatorschicht
    67
    Pt
    68
    Aluminiumoxid mit Pt-Anreicherung
    69
    Bindemittel

Claims (12)

  1. Abgasreinigungssystem zur Reinigung von gesättigtem Kohlenwasserstoffen und ungesättigten Kohlenwasserstoffen, die im Abgas eines Motors enthalten sind, wobei der Abgasreinigungskatalysator Folgendes umfasst: einen ersten Katalysator mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht; und einen zweiten Katalysator, der mit Pt angereichertes Aluminiumoxid und weder Rh noch Pd enthält, wobei der erste Katalysator oder der zweite Katalysator an einer Stelle so angeordnet werden, dass sich einer der beiden Katalysatoren, d. h. entweder der erste Katalysator oder der zweite Katalysator, jeweils über dem anderen in Strömungsrichtung des Abgases befindet.
  2. Abgas-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator oberhalb des zweiten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen wird.
  3. Abgas-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator bei der Reinigung des ungesättigten Kohlenwasserstoffs bei einer Temperatur, die niedriger als die im zweiten Katalysator ist, aktiv wird, und der zweite Katalysator bei der Reinigung des ungesättigten Kohlenwasserstoffs bei einer Temperatur, die niedriger als die im ersten Katalysator ist, aktiv wird.
  4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator über ein wabenförmiges Substrat verfugt, der die Pd-enthaltende Katalysatorschicht sowie die Rh-enthaltende Katalysatorschicht trägt, die zweite Katalysatorschicht ein wabenförmiges Substrat aufweist, das das mit Pt angereicherte Aluminiumoxid trägt, und das wabenförmige Substrat des zweiten Katalysators über eine Wärmekapazität verfügt, die unter der Wärmekapazität des wabenförmigen Substrats des ersten Katalysators liegt.
  5. Abgas-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei die Pd-enthaltende Katalysatorschicht des ersten Katalysators mit Pd angereichertes Aluminiumoxid sowie mit Pd angereichertes Verbundoxid auf CeZr-Basis enthält.
  6. Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator und der zweite Katalysator in Reihe angeordnet und in einem Behälter untergebracht werden.
  7. Abgasreinigungskatalysator nach Anspruch 1 ferner Folgendes umfassend, d. h. eine Heizvorrichtung, die oberhalb des ersten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet und so konfiguriert ist, dass das Abgas erwärmt wird, wenn dieses in den ersten Katalysator strömt.
  8. Abgas-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator ein Katalysator ist, der über eine Pd-enthaltende Katalysatorschicht sowie über eine Rh-enthaltende Katalysatorschicht verfügt und darüber hinaus Pt enthält.
  9. Abgasreinigungsverfahren zur Reinigung von gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen, die im Abgas eines Motors enthalten sind, wobei ein erster Katalysator mit einer Pd-enthaltenden Katalysatorschicht und einer Rh-enthaltenden Katalysatorschicht sowie ein zweiter Katalysator, der mit Pt angereichertes Aluminiumoxid und weder Rh noch Nd enthält, verwendet werden, der erste Katalysator oder der zweite Katalysator an einer Stelle so angeordnet werden, dass sich entweder der erste Katalysator oder der zweite Katalysator jeweils über dem anderen Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases befinden, und der gesättigte Kohlenwasserstoff hauptsächlich vom zweiten Katalysator und der ungesättigte Kohlenwasserstoff hauptsächlich vom ersten Katalysator gereinigt wird.
  10. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Motor mit selektiver Umschaltung zwischen einer Verbrennung mit Fremdzündung und einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung in Übereinstimmung mit dem Betriebsbereich des Motors betrieben wird.
  11. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Katalysator über dem zweiten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet wird, und der Motor im Verbrennungsmodus mit Fremdzündung gestartet wird.
  12. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 10, wobei eine Heizeinheit, die so konfiguriert wird, dass das Abgas, das zum ersten Katalysator strömt, oberhalb des ersten Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet wird, und die Heizeinheit beim Umschalten des Motors von einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung auf eine Verbrennung mit Fremdzündung in Betrieb genommen wird.
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