DE19926954A1 - Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemission - Google Patents

Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemission

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Abstract

Der Rh-Gehalt in Prozent bei einem HC absorbierenden Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, ist größer als der Rh-Gehalt in Prozent bei einem stromauf gelegenen Dreiwegekatalysator. Auf diese Weise zeigt der HC absorbierende, katalytische Konverter aufgrund des hohen Prozentgehalts an Rh, welches in fetten Atmosphären ein hohes HC Umwandlungsverhältnis aufweist, eine verbesserte Oxidierung und Entfernung von HC, selbst wenn zeitweise absorbiertes HC in einer Atmosphäre emittiert wird, und das Abgas fett wird. Es gibt keine Notwendigkeit, das Luft-Treibstoffverhältnis in Richtung auf ein stark mageres Verhältnis zu steuern, und so kann die Entfernung von HC verbessert werden, während gleichzeitig die NO¶x¶-Emissionen weiter unterdrückt werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontrollvorrichtung für Abgasemissionen für eine Verbrennungskraftmaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Tokkai Hei 9-228828, im Jahre 1997 vom japanischen Patentamt veröffentlicht, of­ fenbart die Verringerung von Kohlenwasserstoffen (im folgenden: HC)-Emissionen un­ mittelbar nach dem Starten des Motors durch Anbringen eines HC absorbierenden, ka­ talytischen Konverters oder Katalysators im Auspuffrohr, wobei der katalytische Kon­ verter ein HC absorbierendes Material und einen Dreiwegekatalysator umfaßt. Das HC absorbierende Material absorbiert HC, wenn die Katalysatortemperatur niedriger als eine festgelegte Temperatur ist und gibt HC bei einer Temperatur ab, die höher als die fest­ gelegte Temperatur ist.
Auf diese Weise wird das vom Motor abgegebene HC zeitweise durch das HC absorbie­ rende Material im HC absorbierenden, katalytischen Konverter absorbiert. Wenn die Temperatur der Abgase im HC absorbierenden, katalytischen Konverter eine festge­ setzte Temperatur erreicht, wird das Luft-Treibstoffverhältnis auf ein mageres Luft-Treib­ stoffverhältnis umgeschaltet, mit anderen Worten wird das Luft-Treibstoffverhältnis er­ höht. Dies resultiert in einer superoxygenierten Mischung der Abgase und das vom HC absorbierenden Material emittierte HC wird durch den Dreiwegekatalysator oxidiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Auf diese Weise ist es notwendig, ein Luft-Treibstoffverhältnis von einem stöchiometri­ schen Luft-Treibstoffverhältnis in Richtung eines mageren Luft-Treibstoffverhältnisses zu steuern und ausreichend Sauerstoff zuzuführen, der mit dem emittierten HC im Ab­ gas reagieren und die Verringerung der HC-Emissionen verbessern soll. Um so mehr jedoch ein Luft-Treibstoffverhältnis in Richtung eines mageren Luft-Treibstoff­ verhältnisses geändert wird, um so größer wird die Menge an emittierten Stickstoffoxi­ den (NOx).
Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, HC zu entfernen, wenn gleichzeitig An­ teile von emittierten NOx unterdrückt werden, wenn HC vom HC absorbierenden, kataly­ tischen Konverter emittiert wird.
Um das obige Ziel zu erreichen, sieht diese Erfindung eine Kontrollvorrichtung für die Abgasemission bei einem Motor vor, der mit einem Auspuffrohr versehen ist. Die Emis­ sionskontrollvorrichtung umfaßt einen ersten katalytischen Konverter, der das Element Rhodium (Rh) enthält, und einen zweiten katalytischen Konverter, der Rh und ein Koh­ lenwasserstoff-(HC) absorbierendes Material enthält, welches HC absorbiert. Der erste katalytische Konverter und der zweite katalytische Konverter sind in Reihe im Auspuff­ rohr vorgesehen und der Rh-Gehalt in Prozent ist beim zweiten katalytischen Konverter höher als der Rh-Gehalt in Prozent beim ersten katalytischen Konverter.
Sowohl die Einzelheiten als auch andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind in der restlichen Beschreibung erläutert und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Kontrollvorrichtung für die Abgasemis­ sion gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ähnlich der Fig. 1, zeigt aber ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme der Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen bei einem Motor 1 mit einem Abgaskrümmer 2, einem Abgasrohr 3, einem katalytischen Dreiwegekonverter 4 und einem HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 ausgestattet.
Der katalytische Dreiwegekonverter 4 ist nahe dem Abgaskrümmer 2 angeordnet. Der HC absorbierende katalytische Konverter 5 weist ein HC absorbierendes Material und einen Dreiwegekatalysator auf und ist stromab des katalytischen Dreiwegekonverters 4 angeordnet.
Die Edelmetallkatalysatoren des katalytischen Dreiwegekonverters 4 und des katalyti­ schen, HC absorbierenden Konverters 5 umfassen Kombinationen von Platin (Pt) und Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd) und Rh oder eine Kombination von Platin (Pt), Pd und Rh.
Die Gesamtmenge an Edelmetallkatalysatoren im katalytischen Dreiwegekonverter 4 ist größer als die Gesamtmenge im HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5. Die Ge­ samtmenge an Edelmetallkatalysatoren im katalytischen Dreiwegekonverter 4 kann je­ doch gleich der Gesamtmenge im HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 sein. Andererseits kann die Gesamtmenge der Edelmetallkatalysatoren des HC absorbieren­ den katalytischen Konverters 5 größer als die des katalytischen Dreiwegekonverters 4 sein. In all den obigen Fällen ist jedoch der Rh-Gehalt in Prozent im HC absorbierenden, katalytischen Konverter (oder Katalysator) 5 größer als der Rh-Gehalt in Prozent im ka­ talytischen Dreiwegekonverter 4.
Der HC absorbierende, katalytische Konverter 5 umfaßt eine Beschichtung aus HC ab­ sorbierendem Material auf der stromaufgelegenen Hälfte eines Katalysatorträgers in Bienenwabenform und eine Beschichtung aus einem Dreiwegekatalysator in der strom­ abgelegenen Hälfte des Trägers. Alternativ weist der HC absorbierende katalytische Konverter 5 eine Beschichtung aus HC absorbierendem Material auf der Oberfläche des Katalysatorträgers in Bienenwabenform und eine Beschichtung aus einem Dreiwegeka­ talysator auf der Beschichtung aus HC absorbierendem Material auf. Alternativ kann ei­ ne Beschichtung mit einer Mischung aus einem HC absorbierendem Material und ein Dreiwegekatalysator auf einem Katalysatorträger in Bienenwabenform vorgesehen sein. Als ein HC absorbierendes Material kann Zeolith verwendet werden.
Wenn eine stöchiometrische Luft-Treibstoffmischung dem Motor 1 zugeführt wird, weist das Abgas aufgrund des emittierten HC vom HC absorbierende katalytische Konverter 5 eine reiche Atmosphäre auf, wenn die Temperatur des Abgases eine Temperatur er­ reicht, bei der das zeitweise vom HC absorbierenden katalytischen Konverter 5 absor­ bierte HC freigegeben wird. Dabei bezeichnet eine reiche Atmosphäre eine Atmosphäre, bei der die Konzentration an HC relativ zu einer Sauerstoffmenge im Abgas hoch ist. Andererseits bezeichnet eine magere Atmosphäre eine Atmosphäre, bei der sich die Sauerstoffmenge im Abgas im Überschuß befindet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch der Rh-Gehalt in Prozent im HC ab­ sorbierenden, katalytischen Konverter 5 größer als der Rh-Gehalt in Prozent im katalyti­ schen Dreiwegekonverter 4. Rh zeigt selbst dann ein hohes HC-Umwandlungsverhältnis mit anderen Substraten aus Edelmetallen, wenn sich das Abgas in einer reichen Atmo­ sphäre befindet. Als Ergebnis wird HC selbst in einer reichen Atmosphäre, die vom HC resultiert, das vom HC absorbierenden katalytischen Konverter 5 emittiert wird, durch den HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 wirksam oxygeniert und aus den Ab­ gasen entfernt.
Da es auf diese Weise nicht notwendig ist, das Luft-Treibstoffverhältnis groß in Richtung eines mageren Luft-Treibstoffes zu steuern, wenn HC emittiert wird, um die Sauerstoff­ konzentration des in den HC absorbierenden Katalysator 5 strömenden Abgases zu er­ höhen, können auch die NOx Emissionen verringert werden. Da des weiteren die Entfer­ nung des HC durch den HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 verbessert wird, ist es möglich, auf die Rh-Komponente des Dreiwegekatalysators 4 zu verzichten.
Da der katalytische Dreiwegekonverter 4 nahe dem Hochtemperatur-Abgaskrümmer 2 angeordnet ist, wird die Zeit verkürzt, die notwendig ist, damit der katalytische Dreiwe­ gekonverter 4 eine Aktivierungstemperatur erreicht, wodurch die Emissionskontrollei­ genschaft des Dreiwegekatalysators 4 verbessert wird.
Das vom HC absorbierende Material freigegebene HC kann bei Verwendung des HC absorbierenden Katalysator (oder katalytischen Konverters) mit einer Beschichtung aus einem HC absorbierenden Material auf der Oberfläche des Katalysatorträgers in Bie­ nenwabenform und einer Beschichtung aus einem Dreiwegekatalysator auf der Be­ schichtung aus HC absorbierenden Materials, oder bei Verwendung des HC absorbie­ renden, katalytischen Konverters mit einer Beschichtung aus einer Mischung aus einem HC absorbierenden Material und einem Dreiwegekatalysator auf dem Katalysatorträger in Bienenwabenform schnell oxygeniert und durch den Dreiwegekatalysator entfernt werden, wodurch die HC Emissionskontrolleigenschaften verbessert werden.
Wenn die Gesamtmenge an Edelmetallkatalysatoren im katalystischen Dreiwegekon­ verter 4 gleich der Gesamtmenge der Edelmetallkatalysatoren im HC absorbierenden katalytischen Konverter 5 gemacht wird, kann der HC absorbierende Konverter 5 diesel­ ben Emissionskontrolleigenschaften erreichen, wie der katalytische Dreiwegekonverter 4.
Wenn andererseits die Gesamtmenge an Edelmetallkatalysatoren im katalytischen Dreiwegekonverter 4 größer gemacht wird als die Gesamtmenge an Edelmetallkataly­ satoren im HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 wird die Redox-Reaktion, die durch den katalytischen Dreiwegekonverter 4 durchgeführt wird, erhöht und die Reakti­ onswärme wird folglich ebenfalls erhöht. Im Ergebnis ist es möglich, die Zeit zu verkür­ zen, die der katalytische Dreiwegekonverter 4 benötigt, um eine Aktivierungstemperatur zu erreichen. Wenn umgekehrt die Gesamtmenge an Edelmetallkatalysatoren im HC absorbierenden katalytischen Konverter 5 größer gemacht wird als die Gesamtmenge an Edelmetallkatalysatoren im katalytischen Dreiwegekonverter 4, dann wird die durch den HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 ausgeführte Redox-Reaktion und die Reaktionswärme erhöht. Obwohl die in den HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 einströmenden Gase bei einer stromab gelegenen Position eine niedrigere Tempera­ tur als die in den katalytischen Dreiwegekonverter 4 strömenden Gase aufweisen, ist es möglich, die Zeit zu verkürzen, die der HC absorbierende katalytische Konverter 5 benö­ tigt, um eine Aktivierungstemperatur zu erreichen, indem die Reaktionswärme verwen­ det wird.
Fig. 2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel da­ durch, daß ein zweiter katalytischer Dreiwegekonverter 41 stromab des HC absorbie­ renden katalytischen Konverters 5 und ein zweiter HC absorbierender katalytischer Kon­ verter 51 weiter stromab vorgesehen sind.
Wenn der Rh-Gehalt in Prozent oder Menge beim katalytischen Dreiwegekonverter 4, beim zweiten katalytischen Dreiwegekonverter 41, beim HC absorbierenden Katalysator 5 und beim zweiten HC absorbierenden Katalysator 51 jeweils als Crh4, Crh41, Crh5 und Crh51 bezeichnet werden, dann gilt
Crh51 < Crh5 < Crh41 ≧ Crh4
Wenn der Pt-Gehalt in Prozent oder Menge beim katalytischen Konverter 4, 41, 5 und 51 jeweils als Cpt4, Cpt41, Cpt5 und Cpt51 bezeichnet wird, dann gilt
Cpt4 < Cpt5 ≧ Cpt51 ≧ Cpt41
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt dieselbe Wirkung wie das erste Ausführungsbeispiel und erreicht darüber hinaus die unten beschriebenen Vorteile.
Da der Dreiwegekatalysator des HC absorbierenden, katalytischen Konverters 5 eine sauerstoffspeichernde Funktion aufweist, die ähnlich dem des katalytischen Dreiwege­ konverters 4 ist, wenn die HC absorbierenden katalytischen Konverter 5, 51 in Reihe vorgesehen sind, wird Sauerstoff im stromaufgelegenen HC absorbierenden, katalyti­ schen Konverter 5 gespeichert und die Menge an Sauerstoff, die dem stromabgelege­ nen HC absorbierenden, katalytischen Konverter 51 zugeführt wird, wird verringert. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Rh-Gehalt in Prozent oder Menge beim stromab gelegenen HC absorbierenden katalytischen Konverter 51 größer als der Rh- Gehalt in Prozent oder Menge des stromauf gelegenen HC absorbierenden, katalyti­ schen Konverters 5. Im Ergebnis wird ein hohes HC Umwandlungsverhältnis auch beim stromab gelegenen HC absorbierenden, katalytischen Konverter 51 erreicht.
Da des weiteren die HC absorbierenden Katalysoren 5, 51 in Reihe angeordnet sind, ändert sich die Zeit, die die jeweiligen katalytischen Konverter 5, 51 benötigten, um eine Aktivierungstemperatur zu erreichen. Im Ergebnis ist es möglich, einen Unterschied in den Startzeiten der HC Emission zwischen dem stromaufgelegenen HC absorbierenden, katalytischen Konverter 5 und dem stromab gelegenen, HC absorbierenden katalyti­ schen Konverter 51 beizubehalten. Beispielsweise ist es möglich, die Initüerungszeiten der HC Emission der HC absorbierenden katalytischen Konverter 5, 51 so einzustellen, daß HC durch den HC absorbierenden katalytischen Konverter 5 absorbiert wird, bis der katalytische Dreiwegekonverter 4 eine Aktivierungstemperatur erreicht, und so daß der zweite HC absorbierende katalytische Konverter 51 HC absorbiert, bis der zweite kataly­ tische Dreiwegekonverter 41 eine Aktivierungstemperatur erreicht.
Der Pt-Gehalt in Prozent oder Menge, der ein hohes Umwandlungsverhältnis selbst in Atmosphären ermöglicht, in denen das Abgas ein mageres Luft-Treibstoffverhältnis auf­ weist, ist beim stromauf gelegenen Dreiwegekatalysator 4 größer als bei den stromab gelegenen, HC absorbierenden, Katalysatoren 5, 51. Daher kann HC selbst in Atmo­ sphären, in denen das Abgas ein fettes oder ein mageres Luft-Treibstoffverhältnis auf­ weist, oxidiert und entfernt werden.
Hiermit wird der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung P10-170239 (einge­ reicht am 17. Juni 1998) durch Inbezugnahme mit aufgenommen.
Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf die bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Änderungen und Abwandlungen der oben beschrie­ benen Ausführungsbeispiele sind einem Fachmann ohne weiteres im Lichte der obigen Lehre geläufig.
Der Schutzumfang der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemission bei einem Motor (1), der mit einem Abgasrohr (3) ausgestattet ist, umfassend:
einen ersten katalytischen Konverter (4), der das Element Rhodium (Rh) enthält, und
einem zweiten katalytischen Konverter (5), der Rh und ein Kohlenwasserstoff (HC) absorbierendes Material, das HC absorbiert, enthält,
wobei der erste katalytische Konverter (4) und der zweite katalytische Konverter (5) im Abgasrohr (3) in Reihe angeordnet sind und der Rh-Gehalt in Prozent im zweiten katalytischen Konverter (5) höher als der Rh-Gehalt in Prozent des er­ sten katalytischen Konverters (4) ist.
2. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen nach Anspruch 1, wobei der zweite katalytische Konverter (5) stromab des ersten katalytischen Konverters (4) angeordnet ist.
3. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen nach Anspruch 2, wobei die er­ sten und zweiten katalytischen Konverter (4, 5) Platin (Pt) enthalten, und wobei ferner ein Pt-Gehalt in Prozent oder Menge beim ersten katalytischen Konverter (4) höher als ein Pt-Gehalt in Prozent oder Menge beim zweiten katalytischen Konverter (5) ist.
4. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen nach Anspruch 1, wobei ein drit­ ter katalytischer Konverter (51), der Rh und ein HC absorbierendes Material ent­ hält, des weiteren stromab vom zweiten katalytischen Konverter (5) vorgesehen ist, und wobei ferner ein Rh-Gehalt in Prozent oder Menge beim dritten katalyti­ schen Konverter (51) größer als ein Rh-Gehalt in Prozent oder Menge beim zweiten katalytischen Konverters (5) ist.
5. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen nach Anspruch 1, wobei der zweite katalytische Konverter (5) eine Beschichtung aus einem HC absorbieren­ den Material auf der Oberfläche eines Katalysatorträgers in Bienenwabenform und eine weitere Beschichtung aus einem Dreiwegekatalysator auf der Be­ schichtung aus HC absorbierendem Material aufweist.
6. Vorrichtung zur Kontrolle der Abgasemissionen nach Anspruch 1, wobei der zweite katalytische Konverter (5) eine Beschichtung aufweist, die eine Mischung aus einem HC absorbierendem Material und einem Dreiwegekatalysator auf der Oberfläche eines Katalysatorträgers in Bienenwabenform umfaßt.
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