DE60120306T2

DE60120306T2 - Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE60120306T2
Application number: DE60120306T
Authority: DE
Inventors: Katsuo Yokohama-shi Suga; Yasunari Yokosuka-shi Hanaki; Maki Yokosuka-shi Shimada; Hiroshi Zushi-shi Akama; Motohisa Yokohama-shi Kamijo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: EP1188908A2; US20020056270A1; EP1188908A3; DE60120306D1; EP1188908B1; US6557342B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Abgasreinigungssystem zum Reinigen eines von einer Brennkraftmaschine (Benzin- oder Dieselbetrieben) abgegeben Abgases eines Kraftfahrzeuges oder eines Dampfkessels im Hinblick auf die schädlichen Komponenten, z. B. Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx), und noch genauer, betrifft ein Abgasreinigungssystem zum effektiven Entfernen von NOx, HC und CO in dem Sauerstoffüberschussbereich (in dem mageren Bereich) oder einem Niedrigtemperaturbereich des Abgases.
In den letzten Jahren sind Kraftfahrzeuge mit niedrigem Kraftstoffverbrauch von den Standpunkten der Erschöpfung der Ölressourcen und des Erwärmungs-Phänomens der Erde verstärkt gewünscht worden. Im Hinblick auf die Kraftfahrzeuge mit Benzingetriebenem Motor ist die Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von Kraftfahrzeugen mit einem so genannten Magerverbrennungsmotor gelenkt worden. In den Kraftfahrzeugen, die mit einem Magerverbrennungsmotor versehen sind, ist das Abgas in einem Sauerstoff-überschüssigen oder mageren Bereich (Atmosphäre), in der ein Luft-Kraftstoff-(Luft-/Kraftstoff-)Verhältnis magerer oder größer als ein stöchiometrischer Wert ist. Im Falle dass ein üblicher Dreiwege-Katalysator in dem mageren Bereich verwendet wird, kann ein Entfernen oder Reduzieren von NOx unter der Wirkunkung des überschüssigen Sauerstoffs unzureichend sein. Demzufolge ist die Entwicklung eines Katalysators zum wirksamen Reduzieren von NOx selbst unter einem Sauerstoffüberschusszustand gewünscht worden.
Ein Katalysator zum Reduzieren von NOx in solch einem mageren Bereich ist vorgeschlagen worden, wie in der Japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Nr. 5-168860 gezeigt, in der Pt oder Lanthan auf einem porösen Träger so getragen werden, dass NOx in dem mageren Bereich adsorbiert und in einem stöchiometrischen Bereich, in dem das Abgas ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-(Luft-/Kraftstoff-)Verhältnis hat, freigesetzt wird. Es gibt jedoch dabei das Problem, dass ein ausreichendes NOx-Reduzieren selbst dann nicht erhalten wird, wenn solch ein Katalysator verwendet wird.
Andererseits ist der Dreiwege-Katalysator bisher verwendet worden, um gleichzeitig die Oxidation von CO und HC und die Reduktion von NOx in dem Abgas eine Benzingetriebenem Motors auszuführen. Ein repräsentatives Beispiel solch eines Dreiwege-Katalysators wird durch Bilden einer Trägerschicht aus γ-Aluminium auf einem wärmebeständigen Substrat von Cordierite oder dergleichen hergestellt und durch Veranlassen, dass Edelmetalle, z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) auf der Trägerschicht getragen werden.
Nunmehr ist vom Gesichtspunkt des Schutzes der welt-umfassenden Umwelt das Kohlendioxid (CO₂) im Abgas, abgegeben von der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen, problematisch. Im Hinblick darauf scheinen der Magerverbrennungsmotor zum Erreichen der Magerverbrennung in dem mageren Bereich und der Dieselmotor viel versprechend. Diese Motoren können den Kraftstoffverbrauch oder die Ökonomie des Kraftfahrzeuges unter der Wirkung des Reduzierens des zu verbrauchenden Kraftstoffes verbessern, um dadurch die Erzeugung von CO₂ als ein Verbrennungs- oder Abgas von dem Motor zu unterdrücken. Solch ein Katalysator für das Entfernen von HC, CO und NOx in dem mageren Bereich ist in der Japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Nr. 9-57098 gezeigt. In diesem Katalysator werden Pt und Rh separat von Pd getragen, so dass NOx unter der Wirkung von Pt reduziert wird, während es in einem NOx adsorbierenden oder speichernden Material adsorbiert oder gespeichert wird, während HC und CO in einem stöchiometrischen oder fetten Bereich unter der Wirkung von Pd oxidiert wird.
Das oben genannte NOx adsorbierende Material ist jedoch nicht vorteilhaft zum Adsorbieren oder Speichern von NOx in einem beträchtlichen Niedrigtemperaturbereich (nicht höher als 140°C) und demzufolge gibt es die Möglichkeit des Verminderns der Adsorptionsmenge von NOx. Zusätzlich ist es bekannt geworden, dass sich die katalytische Aktivität des Katalysators entsprechend der Arten der zu verwendenden katalytischen Edelmetalle verändert. Zusätzlich tendiert Pd leicht mit Schwefelbestandteilen, die in dem Abgas vorhanden sind, wenn mit Pt verglichen wird, vergiftet zu werden. Außerdem ist es bekannt geworden, dass NO, HC und dergleichen, die daneben in dem Abgas vorhanden sind, die katalytische Aktivität für die Oxidation von CO in dem beträchtlichen Niedrigtemperaturbereich des Abgases behindern.
Die ältere, aber nicht vorveröffentliche EP1 094 206 A3 zeigt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die einen NOx-adsorbierender und reduzierenden Katalysator in dem Abgasdurchgangskanal enthält. Ein Wasserstoff-anreichernder Katalysator ist in dem Abgasdurchgangskanal stromauf des NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysators angeordnet. Es ist außerdem gezeigt, dass die verbleibende Rate von Kohlenmonoxid in dem Abgas, emittiert von dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator, nicht mehr als 1,9% beträgt, während die verbleibende Rate von Kohlenwasserstoff nicht geringer als 0,9% beträgt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die effektiv NOx in dem Abgas in einem Sauerstoffüberschuss oder mageren Bereich entfernen oder reduzieren kann.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Abgasreinigungssystem nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Sub-Ansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels mehrerer Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, das zwei Katalysatoren hat;
2 eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystem ist, das kein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles des Abgasreinigungssystems für weine Brennkraftmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, das drei Katalysatoren hat;
4 eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystem ist, das kein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine schematische Darstellung eines noch weiteren Ausführungsbeispieles des Abgasreinigungssystems für weine Brennkraftmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, das vier Katalysatoren hat.
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung diskutiert.
Das Abgasreinigungssystem ist für eine Brennkraftmaschine bestimmt und weist eine Regelvorrichtung für die Abgaskomponenten, angeordnet in einem Abgasdurchgangskanal des Motors, auf, um die Konzentrationen der Gaskomponenten in dem Abgas, abgegeben von dem Motor derart zu regeln, dass die Konzentrationen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff jeweils nicht mehr als 2,0 Vol-% und nicht weniger als 0,5 Vol-betragen und derart, dass ein Konzentrationsverhältnis (ein Volumen) von (Wasserstoff(H₂)/Kohlenmonoxid (CO)) nicht kleiner als 0,5 in einem ersten Abgaszustand ist, in dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereiches von einem fetten Wert und einem stöchiometrischen Wert ist. Zusätzlich ist ein NOx-adsorbierender (speichernder) und reduzierenden Katalysator in dem Abgasdurchgangskanal stromab der Regelvorrichtung für die Abgaskomponenten vorgesehen, um Stickoxide in einem zweiten Abgaszustand, in dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei einem mageren Wert ist, zu adsorbieren und die Stickoxide in Stickstoff in dem ersten Abgaszustand zu reduzieren. Der Moto ist in diesem Beispiel für ein Kraftfahrzeug. Der fette Wert bedeutet ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter (im Kraftstoff) oder kleiner als der stöchiometrische Wert ist. Der magere Wert bedeutet ein Luft-/Kraftstoff Verhältnis, das magerer (im Kraftstoff) oder größer als der stöchiometrische Wert ist.
Als ein Ergebnis des Studiums der anwesenden Erfinder auf Reaktionen von ad sorbierten NOx zu N₂, sind die Prinzipien der Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung aus dem Herausfinden, dass H₂ am effektivsten die Reaktionen unterstützen kann und auch durch Herausfinden, dass die Unterstützung der Reaktionen unter der Wirkung von H₂ nicht ausreichend vorgenommen werden kann, wenn ein Edelmetall mit CO abgedeckt ist, abgeleitet worden. Mit anderen Worten, NOx kann durch Reduzieren der Konzentration von CO effizient entfernt oder reduziert werden, während eine bestimmte Konzentration von H₂ an einem Ort (in dem Abgasdurchgangskanal) unmittelbar stromauf eines Katalysators für das Reduzieren von NOx beibehalten wird.
Zusätzlich ist das Regulieren der oben erwähnten Konzentrationen und des Konzentrationsverhältnisses von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die in den NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator strömen, aus dem folgenden Herausfinden als ein Ergebnis einer weiteren Untersuchung der anwesenden Erfinder auf der Grundlage des oben genannten Herausfindens abgeleitet worden. In dem Fall, dass die Konzentration von Kohlenmonoxid nicht mehr als 2,0 Vol-% beträgt, kann eine Reaktionsbehinderung infolge von CO reduziert werden. In dem Fall, dass die Konzentration von H₂ nicht geringer als 0,5 Vol-% beträgt, wird eine Umwandlungseffektivität von NOx zu N₂ ausreichend wird. Zusätzlich wird ein Ausgleich zwischen der Reaktionshemmung infolge von CO und der Reaktionsunterstützung zu H₂ ausreichend, wenn das Konzentrationsverhältnis von (H₂/CO) nicht kleiner als 0,5 ist.
Allgemein wird das Konzentrationsverhältnis zwischen H₂ und CO in dem von einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges abgegebenen Abgases entsprechend eines thermischen Gleichgewichts in einer Wassergas-Schaltreaktion durch die folgende Reaktionsformel (1) repräsentiert: CO + H₂O → CO₂ + H₂ (1)
Das Konzentrationsverhältnis von (H₂/CO) beträgt gewöhnlich ungefähr 0,3. Dieses Konzentrationsverhältnis kann durch Vorsehen der oben vorgestellten Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration in dem Abgasdurchgangskanal angehoben werden, um dadurch die Umwandlungs-(die Entfernungs-)Effektivität von NOx in dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator, angeordnet stromab der Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration, zu verbessern.
Der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator ist vorgesehen, NOx während eines mageren Betriebs des Motors zu adsorbieren (zu speichern) und das NOx in N₂ während des fetten oder stöchiometrischen Betriebs des Motors zu reduzieren. In dem mageren Betrieb wird der Motor in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis magerer (größer) als ein stöchiometrischer Wert ist, um Abgas abzugeben, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis magerer (größer) als den stöchiometrischen Wert hat. In dem fetten Betrieb wird der Motor in einem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis fetter (kleiner) als den stöchiometrischen Wert hat, um ein Abgas abzugeben, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis fetter (kleiner) als den stöchiometrischen Wert hat. In dem stöchiometrischen Betrieb wird der Motor in einem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben, das ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis hat, um ein Abgas abzugeben, das ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis hat.
Der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator enthält Edelmetalle, wie z. B. Pt, Pd und/oder Rh (einschließlich einiger Kombinationen der Edelmetalle), und einen porösen Träger oder ein Substrat, das die Edelmetalle trägt, z. B. Aluminium und/oder dergleichen. Der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator enthält weiterhin alkalische Metalle und/oder alkalische Erdmetalle, z. B. Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cäsium (Cs), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und/oder dergleichen (einschließlich einiger Kombinationen der alkalischen Metalle und der alkalischen Erdmetalle). Es wird bevorzugt, dass der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator eine Funktion hat, die als ein gewöhnlicher Dreiwege-Katalysator dient, und demzufolge kann er Zerium, Zirkon, Lanthan und/oder dergleichen enthalten, die üblicherweise in einem Dreiwege-Katalysator verwendet werden. In dem Falls, dass der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator eine Funktion wie ein Dreiwege-Katalysator hat, kann das Abgas effektiv in einen Zustand (z. B. während der Motorbeschleunigung), wo der Motor mit einer hohen Motorlast bei einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, gereinigt werden.
Während des mageren Betriebs des Motors ist das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Luft-/Kraftstoff-Gemischs, um zu dem Motor zugeführt zu werden, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 20 bis 50, in dem eine Adsorbtions-(eine Speicherungs-)Reaktion von NOx in dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator bei einer hohen Effektivität auftritt. Während des fetten Betriebs des Motors ist das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Luft-/Kraftstoff-Gemischs bevorzugter Weise innerhalb eines Bereiches von 11,0 bis 14,7, in dem das adsorbierte NOx in N₂ bei einer hohen Effizienz in dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator umgewandelt wird.
In dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung wird die Umwandlungseffektivität von NOx zu N₂ hoch, wenn eine Temperatur des Abgases an einem Ort (in dem Abgasdurchgangskanal) unmittelbar stromauf des NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator niedrig ist. Diese Umwandlungseffektivität ist bei einer Abgastemperatur, die von 150°C bis 250°C reicht, besonders hoch. In herkömmlichen Katalysatoren ist die Reaktionshemmung infolge des Abdeckens des Edelmetalls mit CO vorherrschend, wenn die Abgastemperatur niedrig ist. Jedoch entsprechend des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung wird die Konzentration von CO durch die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration geregelt, so dass das Abgas, das in der CO-Konzentration niedrig ist, in den NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator auf der stromabwärtigen Seite strömt, um dadurch NOx in N₂ mit einer hohen Effektivität zu reduzieren.
Zusätzlich ist es besser, dass das Konzentrationsverhältnis von (H₂/CO) so groß wie möglich auf einen Wert nicht kleiner als 0,5, vorzugsweise nicht kleiner als 1,0, festgelegt wird. Dies ist aus dem Wissen der gegenwärtigen Erfinder abgeleitet, dass die Reaktionshemmung infolge von CO reduziert werden kann, wenn die Konzentration von CO vermindert ist, während die Umwandlungseffektivität von NOx zu N₂ ausreichend werden kann, wenn die Konzentration von H₂ angehoben wird.
Als die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration gibt es eine Vielfalt von Vorrichtungen, z. B. einen so genannten fetten Abgas-CO und H₂-Regelkatalysator zum Regeln der Konzentration von CO und H₂ in fettes Abgas, das das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis fetter (kleiner) als den stöchiometrischen Wert hat. Konkreter, ein Beispiel des fetten Abgas-CO und H₂-regelnden Katalysator ist ein Schaltreaktions-Katalysator für das Unterstützen einer Wassergas-Schaltreaktion, die durch die folgende chemische Formel (1) repräsentiert wird: CO + H₂O → CO₂ + H₂ (1)
Unter der Wirkung des Schaltreaktions-Katalysators kann die Reaktion von oxidierendem CO auf der linken Seite der oben vorgestellten Formel (1) in CO₂ effektiv stattfinden, wobei ein Abgas, das ein großes (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis hat, erhalten werden kann. Es wird bevorzugt, dass der Schaltreaktions-Katalysator eine Pt-, Rh- und Ce-(Cerium)-Zusammensetzung enthält. Es ist bekannt geworden, dass eine Kombination eines Edelmetalls und Cerium vorteilhaft für das Unterstützen der Wassergas-Schaltreaktion, die durch die Formel (1) repräsentiert wird, ist. In dem fetten Abgas-CO und -H₂ regelnden Katalysator wird es bevorzugt, dass Pt und Rh der Edelmetalle in Kombination mit Cerium verwendet werden, was auf dem Wissen der gegenwärtigen Erfinder basiert. Zusätzlich wird es bevorzugt, dass der fette Abgas-CO und -H₂ regelnde Katalysator einen solchen Aufbau hat, dass ein Teil von Pt und/oder Rh direkt auf dem Cerium getragen wird, oder aktiviertes Aluminium trägt darauf Cerium, auf dem Pt und/oder Rh getragen wird. Das Cerium hat vorzugsweise einen hohen Wärmewiderstand und kann in der Form von Komplexoxiden haben, die Zirkon, Lanthan und/oder dergleichen enthalten. Zusätzlich kann Pd zu dem Cerium hinzugefügt werden, um die Niedrigtemperaturaktivität des Dreiwege-Katalysators zu verbessern. Das Cerium wird in einer Menge (berechnet als Ceriumoxid) getragen, die vorzugsweise von 5 bis 100 g reicht, noch bevorzugter, von 10 bis 50 g pro Liter eines Substrates, z. B. eines monolithischen Substrates vom wabenförmigen Typ. Das Substrat kann ein Substrat vom Pellet-Typ sein.
Ein weiteres Beispiel des fetten Abgas-CO und -H₂ regelnden Katalysators ist ein so genannter H₂-Niedrigverbrauch-Katalysator, der funktioniert, um eine größere Menge von CO als die von H₂ in dem fetten Abgas zu verbrauchen. Durch das Unterdrücken des Verbrauchs von H₂ kann das Abgas, das ein (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis größer als das in herkömmlichen Abgasreinigungskatalysatoren hat, in den NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator strömen. Der H₂-Niedrigverbrauchskatalysator enthält vorzugsweise z. B. (eine) Zusammensetzung(en) von Pt und Rh und (eine) Zusammensetzung(en) von Titan und/oder Zirkon. Bei Zugabe von Titan und/oder von Zirkon kann eine Oxidationsreaktion von CO unterstützt werden, während die Oxidation von H₂ nicht unterstützt werden kann, wenn mit der Oxidation von CO vergleichen wird, um dadurch ein Abgas zu schaffen, das ein großes (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis hat. Es wird bevorzugt, das Titan und/oder Zirkon auf einem Substrat, vorzugsweise in einer Menge, die von 5 bis 100 g reicht und noch bevorzugter von 10 bis 50 g (berechnet als Oxid) pro einem Liter des Substrates, getragen wird.
Ein weiteres Beispiel des fetten Abgas-CO und -H₂ regelnden Katalysators ist ein so genannter CO-Verminderungskatalysator zum Vermindern der Konzentration von CO in dem fetten Abgas. Zum Reduzieren des CO in dem fetten Abgas ist es ausreichend zu veranlassen, dass das CO in dem CO-Verminderungskatalysator effektiv adsorbiert wird. Dies kann ein Abgas schaffen, dass ein (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis größer als das in herkömmlichen Abgasreinigungskatalysatoren ist. Der CO-Verminde rungskatalysator enthält vorzugsweise (eine) Zusammensetzung(en) von Edelmetall(en), z. B. Pt, Pd und/oder Rd (einschließlich von Kombinationen der Edelmetalle) und Alkalimetall(e) und/oder Alkali-Erdmetall(e), z. B. Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr und/oder Ba (einschließlich von Kombinationen der Metalle). Bei dem CO-Verminderungskatalysator wird es angenommen, dass das Alkalimetall(e) und/oder das Alkali-Erdmetall(e) CO in dem fetten Abgas adsorbiert oder speichert und eine Reaktion ausführt, um CO in Karbonat umzuwandeln, um dadurch ein Abgas zu schaffen, das ein großes (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis hat.
Der fette Abgas-CO und -H₂ regelnde Katalysator, der in dem Abgasreinigungskatalysator der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist einer von dem Schaltreaktionskatalysator, dem H₂-Niedrigverbrauchkatalysator oder dem CO-Verminderungskatalysator, angeordnet in dem Abgasdurchgangskanal des Motors, die funktionieren, um die Konzentration von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem fetten Abgas zu regeln. Andererseits können zwei oder mehr von dem Schaltreaktionskatalysator, dem H₂-Niedrigverbrauchkatalysator und dem CO-Verminderungskatalysator in Kombination als der fette Abgas-CO und -H₂ regelnde Katalysator verwendet werden. Überdies können die Katalysatorenmetalle(-komponenten) des Schaltreaktionskatalysators, des H₂-Niedrigverbrauchkatalysators und des CO-Verminderungskatalysators auf einem Einzelsubstrat durch separates Überzeihen des Einzelsubstrates mit Aufschwemmungen, die jeweils die Katalysatormetalle der vorerwähnten drei Katalysatoren enthalten, getragen werden. Die Katalysatormetalle(-komponenten) werden vorzugsweise auf einem porösen Träger, z. B. Aluminium, Silizium, Titan und/oder dergleichen getragen. Der poröse Träger, der die Katalysatormetalle trägt, wird vorzugsweise auf dem Substrat, z. B. einem monolithischen Cordierite-Substrat vom wabenförmigen Typ gelagert oder getragen.
Es wird deutlich, dass Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration nicht auf die oben genannten drei Arten von Katalysatoren begrenzt sind und demzufolge ein Einrichtung oder eine Vorrichtung für das Regeln der Verbrennung des Motors sein kann. Z. B. kann das (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis durch Unterstützen der Reaktion, repräsentiert durch die folgende Reaktionsformel (1) nach dem Vermindern einer Verbrennungstemperatur des Motors geregelt werden. CO + H₂O → CO₂ + H₂ (1)
Im Allgemeinen wird das (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis des von dem Motor abgegebenen Abgases entsprechend des thermischen Gleichgewichts in der Wassergas-Schaltreaktion, repräsentiert durch die oben genannte Reaktionsformel (1), wie bereits oben diskutiert, bestimmt. Diese Schaltreaktion tendiert dazu, unterstützt zu wer den, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist. Demzufolge kann durch Vermindern der Temperatur innerhalb des Motorzylinders die Konzentration von H₂ erhöht werden, während die Konzentration von CO in dem von den Motorzylindern abgegebenen Abgas vermindert wird. Zusätzlich kann durch Erhöhen der Konzentration von H₂O in dem Abgas die Schaltreaktion der Formel (1) unterstützt werden. Z. B. kann durch anheben der Konzentration von H₂O in den Motorzylindern das (H₂/CO)-Konzentrationsverhältnis vergrößert werden.
Wie in der 2 gezeigt, ist es möglich, einen NOx-adsorbierenden Katalysator und einen oxidierenden Katalysator zu kombinieren und ein Abgasreinigungssystem zu bilden.
Der NOx-adsorbierende Katalysator, der funktioniert, um Stickoxide zu adsorbieren oder um Stickoxide in Übereinstimmung mit einer Temperatur des Abgases freizusetzen. Der NOx-adsorbierende Katalysator funktioniert, um Stickoxide in dem Abgas in einem ersten Abgas-Temperaturbereich, in dem das Abgas eine Temperatur hat, die von einem Niveau beim Starten des Motors bis 140°C reicht, zu adsorbieren oder die adsorbierten Stickoxide in einem zweiten Abgastemperaturzustand, in dem das Abgas eine Temperatur von nicht weniger als 200°C hat, freizusetzen. Das von dem NOx-adsorbierenden Katalysator abgegebene Abgas hat ein Konzentrationsverhältnis ein Volumen) von (Stickoxide (NOx)/Kohlenmonoxid (CO)), das nicht größer als 0,3 in dem ersten Abgastemperaturbereich ist. Zusätzlich ist ein oxidierender Katalysator in dem ersten Abgasdurchgangskanal stromab des NOx-adsorbierenden Katalysators angeordnet, um die von dem NOx-adsorbierenden Katalysator abgegebenen oxidierbaren Komponenten im Abgas zu oxidieren.
Somit ist in diesem Abgasreinigungssystem der NOx-adsorbierende Katalysator zum Regeln der Adsorption (Speicherung) oder Freisetzung von NOx in Übereinstimmung mit der Temperatur des Abgases in der stromaufwärtigen Seite des Abgasdurchgangskanals angeordnet, während der oxidierende Katalysator in dem Abgasdurchgangskanal stromab des NOx-adsorbierenden Katalysators angeordnet ist. Der NOx-adsorbierende Katalysator veranlasst das Abgas, das eins kleines Konzentrationsverhältnis (Stickoxide (NOx)/Kohlenmonoxid (CO)) hat, in den oxidierenden Katalysator zu strömen, wenn das Abgas in einem Niedrigtemperaturbereich ist, um dadurch effektiv HC, CO und NOx in dem fetten Abgas zu entfernen oder zu oxidieren. Mit anderen Worten, der NOx-adsorbierende Katalysator funktioniert, um Stickoxide in dem ersten Abgasgastemperaturbereich zu oxidieren, in dem das Abgas eine Temperatur hat, die von einem Niveau beim Starten des Motors bis 140°C reicht und die Stickoxide in dem zweiten Temperaturbereich, in dem das Abgas eine Temperatur, nicht niedriger als 200°C hat, freizusetzen. Zusätzlich werden in dem ersten Abgastemperaturbereich das Konzentrationsverhältnis von (Stickoxide/Kohlenmonoxid) geregelt, um nicht größer als 0,3 zu sein.
Der NOx-adsorbierende Katalysator und der oxidierende Katalysator enthalten einen porösen Träger, auf dem die Katalysatorkomponenten, z. B. Edelmetall(e) getragen werden. Der poröse Träger ist aus einem Material, z. B. Aluminium, Silizium, Silizium-Aluminium, Titan oder dergleichen gebildet, obwohl das Material nicht auf ein besonderes Material begrenzt ist. Es wird bevorzugt, das der poröse Träger aus Aluminium gebildet ist, das einen hohen Wännewiderstand und für das Dispergieren von Edelmetall(en) charakteristisch ist. Zusätzlich ist der poröse Träger vorzugsweise auf einem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ, gebildet aus Corderiete oder Metall, überzogen. Der poröse Träger, gebildet aus einem Material, z. B. Aluminium oder Silizium, kann auf dem Substrat vom Pellet-Typ überzogen sein. Andererseits kann der poröse Träger, gebildet aus dem Material, z. B. Aluminium oder Silizium, in dem wabenförmigen Typ oder in dem Pellet-Typ gebildet sein. Es wird deutlich, dass das Material des porösen Trägers des NOx-adsorbierenden Katalysators dasselbe, oder verschieden von dem des oxidierenden Katalysators sein kann.
Der NOx-adsorbierende Katalysator enthält (eine) katalytische Komponente(n) oder NOx-adsorbierendes Material, das funktioniert, um NOX durch Verändern der Temperatur des Abgases, das in den NOx-adsorbierenden Katalysator strömen soll, zu adsorbieren (zu speichern) oder freizusetzen. Es wird bevorzugt, dass der NOx-adsorbierende Katalysator Pt (als die katalytische Komponente) in dem Bereich enthält, der von 0,1 bis 10 g pro einem Liter des Substrates, z. B. dem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ, reicht. Der NOx-adsorbierende Katalysator, der Pt enthält, adsorbiert oder speichert NOx in dem Niedrigtemperaturbereich des Abgases und setzt das adsorbierte NOx frei, wenn die Temperatur des Abgases angehoben wird. Fall die Menge von Pt geringer als 0,1 g pro einem Liter des Substrates beträgt, kann keine praktisch ausreichende katalytische Aktivität für das Nox erhalten werden. Falls die Menge von Pt 10 g pro einem Liter des Substrates überschreitet, kann die katalytische Aktivität entsprechend der erhöhten Menge von Pt nicht verbessert werden, um so für das Verbessern der katalytischen Aktivität ineffizient zu sein. Es wird deutlich, dass Pt auf dem vorerwähnten porösen Träger durch Überziehen des porösen Trägers mit (einer) Pt-Komponente(n), z. B. Chlorid, Nitrat oder dergleichen von Pt bei herkömmlichen Verfahren, z. B. einem Imprägnierverfahren, einem Sprühverfahren oder einem Schlämm-Mischverfahren getragen werden kann. In dem Imprägnierungsverfahren wird der poröse Träger mit einem Fluid imprägniert, das (eine) Pt-Komponente(n) enthält. In dem Sprühverfah ren wird (werden) Pt-Komponente(n) auf den porösen Träger gesprüht. Bei dem Schlämm-Gemisch-Verfahren wird der poröse Träger in einer Fluid-enthaltenden Pt-Komponente(n) gemischt, um eine Schlämme zu bilden.
Es wird bevorzugt, dass der NOx-adsorbierende Katalysator außerdem als das NOx-adsorbierende Mittel Alkalimetall(e), alkalische Erdmetall(e) und seltene Erd-Element(e) in einem Bereich enthält, der von 1 bis 10 g pro einem Liter des Substrates enthält. Beispiele von alkalischem Metall (Elemente der Gruppe 2A in dem Periodensystem der Elemente) sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Zäsium (Cs) und Francium (Fr). Beispiele der alkalischen Erdmetalle sind Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba). Beispiele von seltenen Erdelementen sind Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La), Cerium (Ce), Praseodym (Pr) und Neodym (Nd). Der NOx-adsorbierende Katalysator enthält vorzugsweise das/die oben genannten alkalischen Metall(e), alkalischen Erdmetall(e) und/oder seltenen Erd-Element(e), die als NOx-adsorbierendes Material, vorzugsweise in einem Bereich dienen, der von 1 bis 50 g pro einem Liter des Substrats (z. B. einem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ) reicht. Falls die Menge geringer als 1 g pro einem Liter des Substrates ist, ist eine NOx-adsorbierende (speichernde) Fähigkeit des NOx-adsorbierenden Katalysators niedrig, um dabei eine unzureichende NOx-Reduzier- oder Entfernleistung zu schaffen. Falls die Menge 50 g pro Liter des Substrats überscheitet, wird eine Temperatur, bei der NOx freigesetzt werden kann, angehoben, so dass NOx nicht ausreichend freigesetzt werden kann; und eine Oxidierungsfähigkeit des Katalysators wird vermindert, um Nachteile, z. B. das Hemmen der Oxidation von NOx zu Stickstoffdioxid (NO₂), hervorzurufen.
Es wird auch bevorzugt, dass der NOx-adsorbierende Katalysator funktioniert, NOx in dem Abgas bei einer Temperatur zu adsorbieren, die von 100 bis 140°C reicht, um die Konzentration von NOx in dem Abgas zu vermindern. Der NOx-adsorbierende Katalysator. der als das NOx-adsorbierende Material Pt und das (die) vorerwähnte(n) alkalische(n) Metall(e) oder/und dergleichen enthält, kann NOx adsorbieren, wenn die Temperatur des Abgases innerhalb eines Bereiches von 100 bis 140°C ist, um dadurch ein Abgas hervorzurufen, das ein kleines (NOx/CO) Konzentrationsverhältnis hat, um in den oxidierenden Katalysator zu strömen, der stromab des NOx-adsorbierenden Katalysators angeordnet ist, um somit den oxidierenden Katalysator daran zu hindern, in der Aktivität für das Oxidieren von CO vermindert zu werden. Wenn die Temperatur des Abgases ansteigt, wird das adsorbierte NOx angehoben, um die Regenerierung des NOx-adsorbierenden Katalysators zu vervollständigen.
Der oxidierende Katalysator enthält vorzugsweise katalytische Komponenten zum Verbessern der Aktivität für das zu oxidierende CO bei einer niedrigen Temperatur, was eine hohe Aktivität von oxidierendem HC und so genannten löslichen organischen Fragmenten (SOF) in magerem Abgas zeigt, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis magerer (fetter) als ein stöchiometrischer Wert, insbesondere von einer Zeit unmittelbar nach dem Starten des Motors, hat.
Der oxidierende Katalysator enthält vorzugsweise Pt in einer Menge, die von 0,5 bis 20 g pro einem Liter des Substrates (z. B. dem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ) reicht, um dadurch effektiv CO, HC und SOF zu oxidieren oder zu entfernen. Falls die Menge von Pt geringer als 0,5 g pro einem Liter des Substrates ist, kann keine praktisch ausreichende katalytische Aktivität erhalten werden. Falls die Menge von Pt 20 g pro einem Liter des Substrates überschreitet, kann die katalytische Aktivität nicht entsprechend einer erhöhten Menge verbessert werden, so dass ein effektiver Gebrauch von Pt nicht vorgenommen werden kann. In dem oxidierenden Katalysator wird Pt auf dem vorerwähnten porösen Träger durch Überziehen des porösen Trägers mit einer Pt-Verbindung(en), z. B. Chlorid, Nitrat und dergleichen von Pt unter herkömmlichen Verfahren, z. B. einem Imprägnierungsverfahren, dem Sprühverfahren oder dem Schlämm-Mischverfahren getragen. Der poröse Träger, der das Pt trägt, wird vorzugsweise auf dem Substrat, z. B. dem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ, überzogen.
Es wird auch bevorzugt, dass der Bereich von 10 bis 100 g pro einem Liter des Substrates, z. B. dem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ, reicht. Beispiele von Zeolit sind Modernit, MFI, β-Zeolit und dergleichen, in dem sie einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Falls die Menge von Zeolit geringer als 10 g pro einem Liter des Substrates beträgt, ist eine Menge von HC, SOF und der Teilchen (PM) unzureichend. Falls die Menge von Zeolit 100 g pro einem Liter des Substrates überschreitet, gibt es die Möglichkeit, dass die Poren des porösen Trägers mit Teilchen (PM) verstopft werden. Durch den Vorteil von Zeolit, enthalten in dem oxidierenden Katalysator, kann HC in dem Zeolit selbst dann adsorbiert werden, wenn die Temperatur des Abgases nicht höher als 140°C ist, um dadurch das Vergiften mit HC zu unterdrücken. Dies hindert eine Aktivität der katalytischen Oxidation von Pt am Vermindern, um somit eine katalytische Aktivität bei niedriger Temperatur für CO zu verbessern. Es wird auch bevorzugt, dass Zeolit mit dem porösen Träger gemischt wird, um eine Schicht, überzogen auf dem Substrat, zu bilden. Dies verbessert eine Wirkung für das Unterdrücken des HC-Vergiftens zu Pt, wenn mit einem Verfahren verglichen wird, das Zeolit auf eine Schicht des porösen Trägers, der Pt trägt, überzogen wird.
Zusätzlich wird es bevorzugt, dass der oxidierende Katalysator keines von den vorerwähnten alkalisches Metall, alkalisches Erdmetall und/oder seltenes Erdmetall enthält, das als das NOx-adsorbierende Material dient. Dadurch kann der oxidierende Katalysator kein NOx adsorbieren und zeigt demzufolge eine hohe katalytische Oxidationsaktivität, wenn das Abgas in einem mageren Bereich ist (in dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnisfetter oder magerer als das stöchiometrische Niveau ist), um dadurch HC und CO unter der Wirkung von NOx zu adsorbieren und zu entfernen. In dieser Verbindung enthalten die herkömmlichen Drei-Wege-Katalysatoren das (die) vorerwähnte(n) alkalische(n) Metall(e) und/oder dergleichen und kann demzufolge keine hohe katalytische Oxidationsaktivität zeigen, wenn das Abgas in einem mageren Bereich ist. Mit anderen Worten, die herkömmlichen Drei-Wege-Katalysatoren werden in der Reinigungsfähigkeit für das Abgas durch Zusetzen alkalischen(r) Metall(e), seltenen Erdelementen(en) und/oder dergleichen gegenüber Edelmetall(en), in denen CO, HC und NOx gleichzeitig oxidiert und reduziert werden, um bei einer katalytischen Reaktion entfernt zu werden, wenn das Abgas in dem stöchiometrischen Bereich ist (in dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen stöchiometrisch ist), gesteigert. Es ist zu beachten, dass von dem oxidierenden Katalysator erwartet wird, in der katalytischen Oxidationsfähigkeit in dem mageren Bereich des Abgases hoch und demzufolge von den herkömmlichen Drei-Wege-Katalysatoren ziemlich verschieden zu sein.
Im Betrieb des vorerwähnten Abgasreinigungssystems wird, wenn die Temperatur des Abgases innerhalb des Bereiches von dem Niveau beim Starten des Motors bis 140°C ist, NOx an dem Pt in dem NOx-adsorbierenden Katalysator adsorbiert oder gespeichert. In dem Fall, dass der NOx-adsorbierende Katalysator auch alkalische Metall(e), alkalische Erdmetall(e) und/oder seltene Erdelement(e) enthält, wird NOx auch an ihnen adsorbiert. Bei solch einer NOx-Adsorption wird das (NOx/CO)-Konzentrationsverhältnis des Abgases in dem Abgasdurchgangskanal zwischen dem NOx-adsorbierenden Katalysator und dem oxidierenden Katalysator nicht größer als 0,3. Dieses Abgas, das das kleine (NOx/CO)-Konzentrationsverhältnis hat, wird in den oxidierenden Katalysator geströmt, während dem CO oxidiert wird, um unter der katalytischen Oxidationsaktivität von Pt entfernt zu werden, während HC und SOF an Zeolit (in dem Fall des Gebrauchs von Zeolit) adsorbiert werden.
Wenn die Temperatur des Abgases 140°C überschreitet und ein Niveau niedriger als 200°C erreicht, funktioniert der NOx-adsorbierende Katalysator ähnlich wie in dem Vorerwähnten wie folgt: NOx wird an Pt adsorbiert oder gespeichert. In dem Fall, dass der NOx-adsorbierende Katalysator auch alkalische Metall(e), alkalische Erdmetall(e) und dergleichen enthält, wird NOx auch an ihnen adsorbiert. Ein Adsorptions-Gleichge wichtszustand von NOx kann beibehalten werden. Zu dieser Zeit funktioniert der NOx-adsorbierende Katalysator wie folgt: CO wird oxidiert, um unter der katalytischen Oxidationsaktivität von Pt entfernt zu werden, während HC und SOF an dem Zeolit (in dem Fall des Gebrauchs von Zeolit) adsorbiert oder bei einem Adsorptions-Gleichgewichtszustand beibehalten werden. Zusätzlich können HC und SOF unter der katalytischen Oxidationsaktivität von Pt entsprechend der Strömungsrate des Abgases gelöst und oxidiert werden.
Wenn die Temperatur des Abgases ein Niveau über 200°C erreicht, wird das adsorbierte NOx von dem NOx-adsorbierenden Katalysator gelöst, um dadurch die Regenerierung des NOx-adsorbierenden Katalysators zu vervollständigen. In dem oxidierenden Katalysator wird CO oxidiert, um unter der katalytischen Oxidationsaktivität von Pt entfernt zu werden, während HC und SOF an Zelolit adsorbiert werden, um bei dem Adsorptions-Gleichgewichtszustand zu sein, oder gelöst, um unter der katalytischen Oxidationsaktivität von Pt oxidiert zu werden.
Es ist zu beachten, dass eine Mehrzahl von NOx-adsorbierenden Katalysatoren und eine Mehrzahl von oxidierenden Katalysatoren jeweils an Stelle des einzelnen NOx-adsorbierenden Katalysators und des einzelnen oxidierenden Katalysators verwendet werden können, um eine Mehrstufen-NOx-adsorbierenden Katalysator und einen Mehrstufen-oxidierenden Katalysator zu bilden. Zusätzlich können der NOx-adsorbierende Katalysator und der oxidierende Katalysator kombiniert werden, um eine Einzeleinheit zu bilden. Außerdem können eine Schicht der katalytischen Komponente(n) des NOx-adsorbierenden Katalysators und eine Schicht des oxidierenden Katalysators auf ein Einzelsubstrat, z. B. dem monolithischen Substrat vom wabenförmigen Typ, überzogen werden.
Insbesondere können die Abgaskomponenten-Regelvorrichtung und/oder der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator des Abgasreinigungssystems des ersten Ausführungsbeispieles und der NOx-adsorbierende Katalysator und/oder der oxidierende Katalysator des zuvor beschriebenen Abgasreinigungssystems, wie in den 3 bis 5 gezeigt, kombiniert werden. In dem Abgasreinigungssystem der 5 können der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator und der NOx-adsorbierende Katalysator miteinander (am Ort) ersetzt werden, so dass der ehemalige Katalysator positioniert wird, um stromab des letzteren Katalysators zu sein. Es wird deutlich, dass die Abgaskomponenten-Regelvorrichtung den NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator und den oxidierenden Katalysator in dem Abgasdurchgangskanal angeordnet werden können, um in einer erwähnten Richtung von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite des Abgases zu strömen, um ein Abgasreinigungs system, wie in der 3 gezeigt, zu bilden. Zusätzlich kann das Abgasreinigungssystem des ersten Ausführungsbeispieles derart modifiziert werden, dass der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator mit dem NOx-adsorbierenden Katalysator des Abgasreinigungssystems, das kein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ersetzt werden kann. Diese Anordnungen der Kombinationen können gleichzeitig Verbesserungen sowohl in der Effektivität der NOx-Reduzierung in dem mageren Abgas, als auch in der katalytischen Oxidationsaktivität in dem Abgas in einem niedrigen Temperaturbereich erreichen, was somit die Abgasreinigung mit hoher Effektivität ausführt.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird ohne weiteres in Bezug auf die folgenden Beispiele im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen verstanden, jedoch sind diese Beispiele beabsichtigt, die Erfindung darzustellen und nicht darauf angelegt, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
Beispiel 1
Aktiviertes Aluminiumpulver wurde mit einer Lösung von Dinitro-Diamin-Pt imprägniert und dann getrocknet und in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch PT-tragendes Aluminiumpulver (Pulver A) zu erhalten, das eine Pt-Konzentration von 3,0 Gew.-% hat.
Aktiviertes Aluminiumpulver wurde mit einer wässrigen Lösung von Rh-Nitrat imprägniert und dann getrocknet und in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch Rh-tragendes Aluminiumpulver (Pulver B) zu erhalten, das eine Rh-Konzentration von 2,0 Gew.-% hat.
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 576 g von Pulver A, 86 g Pulver B, 238 g von aktivierten Aluminiumpulver und 900 g Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle vorgenommen, um dadurch eine Schlämme zu erhalten. Diese Schlämme wurde auf ein monolithisches Cordiriet-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 1,7 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll hat. Die Zellen wurden gebildet, um sich durch die Länge des monolithischen Substrates zu erstrecken. Das monolithische Substrat vom wabenförmigen Typ wurde mit Luft geblasen, um eine überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch einen Katalysator, gebildet mit einem Überzugsschicht, die ein Gewicht von 200 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat, zu enthalten.
Der so erhaltene Katalysator wurde mit einer wässrigen Lösung von Ba-Acetat imprägniert und getrocknet und in der Luft bei 400°C für 1 Stunde ausgeglüht, um dadurch einen Katalysator (den Katalysator A) zu erhalten, der mit einer Überzugsschicht gebildet ist, die ein Gewicht von 250 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat.
Aktiviertes Aluminiumpulver wurde mit einer Lösung von Cerium-Nitrat imprägniert und dann in Luft bei 600°C für 1 Std. getrocknet, um dadurch Cerium-tragendes Aluminiumpulver (Pulver C) zu erhalten. Das Pulver C wurde mit einer Lösung von Dinitro-Diamin-Pt imprägniert und dann getrocknet und bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch Pt- und Ce-tragendes Aluminiumpulver (Pulver-D) zu erhalten, das eine Cerium-Konzentration von 0,5 Gew.-% und eine Pt-Konzentration von 3,0 Gew.-% hat.
Das Pulver C wurde mit einer wässrigen Lösung von Rh-Nitrat imprägniert und dann getrocknet und in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch Rh- und Ce-tragendes Aluminiumpulver (Pulver E) zu erhalten, das eine Ce-Konzentration von 5,0 Gew.-% und eine Rh-Konzentration von 2,0 Gew.-% hat.
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 576 g von Pulver D, 86 g Pulver E, 238 g von aktivierten Aluminiumpulver und 900 g Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle vorgenommen, um dadurch eine Schlämme zu erhalten. Diese Schlämme wurde auf ein monolithisches Cordiriet-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll hat. Die Zellen wurden gebildet, um sich durch die Länge des monolithischen Substrates zu erstrecken. Das monolithische Substrat vom wabenförmigen Typ wurde mit Luft geblasen, um eine überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch einen Katalysator (Katalysator B), gebildet mit einem Überzugsschicht, die ein Gewicht von 200 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat, zu enthalten.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 1 wurde durch Vorsehen des Katalysators B in einem Abgasdurchgangskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und durch Vorsehen eines Katalysators A in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators B gebildet. Der Katalysator B entspricht dem vorerwähnten Schaltreaktionskatalysator.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Katalysator C dem Vergleichsbeispiel 1 wurde durch Wiederholen des Vorgangs von Beispiel 1 mit der Ausnahme erzeugt, dass aktiviertes Aluminiumpulver an Stelle des Pulvers C (Cerium-tragendes Aluminiumpulver) bei der Vorbereitung des Katalysators B verwendet wurde.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Vergleichsbeispiel 1 wurde durch Anordnen des Katalysators C in einem Abgasdurchgangskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators A in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators C gebildet.
Beispiel 2
Der Katalysator D vom Beispiel 2 wurde durch Wiederholen des Vorgangs von Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass Titan-Sol an Stelle der Lösung von Cerium-Nitrat in der Vorbereitung des Katalysators B verwendet wurde.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 2 wurde durch Anordnen des Katalysators D in dem Abgasdurchgangskanal der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges und durch Anordnen eines Katalysators A in dem Abgasdurchgangskanal des Katalysators D gebildet. Der Katalysator D entspricht dem vorerwähnten H₂-Niedrigverbrauchs-Kataysator.
Beispiel 3
Der Katalysator E vom Beispiel 3 wurde durch Wiederholen des Vorgangs von Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die Lösung von Zirkon-Nitrat an Stelle der Lösung von Cerium-Nitrat in der Vorbereitung von Katalysator B verwendet wurde.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 3 wurde durch anordnen vom Katalysator E in einem Abgasdurchgangskanal der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators A in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators E gebildet. Der Katalysator E entspricht dem vorerwähnten H₂-Niedrigverbrauchs-Katalysator.
Beispiel 4
Der Katalysator F vom Beispiel 4 wurde durch Wiederholen des Vorgangs von Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die Lösung von Magnesiumacetat an Stelle der Lösung des Cerium-Nitrats in der Vorbereitung von Katalysator B verwendet wurde.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 4 wurde durch Anordnen des Katalysators F in dem Abgasdurchgangskanal der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators A in dem Abgasreinigungskatalysator stromab des Katalysators F gebildet. Der Katalysator F entspricht dem vorerwähnten CO-Verminderungskatalysator.
Bewertung der Leistung des Abgasreinigungssystems (1)
Eine Brennkraftmaschine, die eine Verdrängung von 2000 cc hat, wurde mit einem Auslasssystem versehen, in das der Abgasreinigungskatalysator der Beispiele und der Vergleichsbeispiele einbezogen wurde. Eine Bewertungsprüfung des Abgasreinigungssystems wurde wie folgt durchgeführt:
Dieser Motor wurde betätigt, einen sich verändernden Betätigungstakt (Bewertungsmodus) wiederholend, enthaltend einen ersten Motorbetätigungsschritt von 30 sec in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 20 hat, einen zweiten Motorbetätigungsschritt von 4 sec in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 11,0 hat und einen dritten Motorbetätigungsschritt von 5 sec, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 14,7 hat. Die ersten, zweiten und dritten Motorbetriebsschritte wurden auf zwei Arten ausgeführt, wobei eine von denen war, die Temperatur des Abgases unmittelbar stromauf des Abgasreinigungssystems bei 200°C zu steuern und die andere war die Temperatur des Abgases unmittelbar stromauf des Abgasreinigungssystems auf 350°C zu steuern. Während eines sich verändernden Betätigungstaktes in jeder Art der Motorbetätigung wurde eine Konzentration (ppm) einer Abgaskomponente (HC, CO, NOx) an den Positionen des Abgasdurchgangskanals stromauf und stromab des Abgasreinigungssystems gemessen. Solche Messungen wurden in dem Abgasreinigungskatalysator in einem Zustand nach einem Lebensdauertest ausgeführt, um dadurch eine Umwandlungsrate (%), die in der Tabelle 1 gezeigt sind, zu berechnen. Die Umwandlungsrate (%) wurde berechnet durch ((die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal des Abgasreinigungssystems – die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Abgasreinigungssystems/die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal stromauf des Abgasreinigungssystems) × 100).
Der Lebensdauertest wurde wie folgt durchgeführt: Der Abgasreinigungskatalysator des Beispieles und des Vergleichsbeispieles wurden in einem Auslasssystem einer Brennkraftmaschine, die eine Verdrängung von 4400 cc hat, angeordnet. Der Motor wurde für 50 Std. betätigt, in denen die Temperatur des Abgases unmittelbar stromauf des Abgasreinigungssystems bei 750°C gehalten wurde.
Die Ergebnisse des Bewertungstests in dem Abgasreinigungssystem der Beispiele 1 bis 4 und des Vergleichsbeispieles 1 sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 5
Aktiviertes Aluminiumpulver wurde mit einer Lösung von Dinitro-Diammin Pt imprägniert und dann getrocknet und in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch Pt-tragendes Aluminiumpulver (Pulver F) zu erhalten, das eine Pt-Konzentration von 2,0 Gew.-% hat.
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 750 Gewichtsteilen von Pulver F, 1250 Gewichtsteilen von nitridisch-sauren-säurehaltiger Aluminium-Sol (das einen festen Gehalt von 20 Gewichts-% hat), und 500 Gewichtsteilen von reinem Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle für eine Stunde vorgenommen, um dadurch eine Schlämme zu erhalten.
Diese Schlämme wurde auf einem monolithischen Cordierite-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 0,3 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll hat, in dem die Zellen gebildet wurden, die sich durch die Länge des monolithischen Substrates erstrecken. Das monolithische Substrat hatte eine Dicke der Wände (die jeweils die Zellen bilden) von 6 mil, so dass die Wände der Zellen mit der Schlämme überzogen wurden. Das überzogene monolithische Substrat wurde mit Luft geblasen, um überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das überzogene monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann bei 500°C für 1 Std. ausgeglüht, um einen Katalysator (Katalysator G) mit einer Überzugsschicht zu erhalten, die ein Gewicht von 200 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat.
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 400 Gewichtsteilen von Pulver F, 350 Gewichtsteilen von Mordernit, 1250 Gewichtsteilen von nitridisch-sauren-säurehaltiger Aluminium-Sol (das einen festen Gehalt von 20 Gewichts-% hat), und 500 Gewichtsteilen von reinem Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle für eine Stunde vorgenommen, um dadurch eine Schlämme zu erhalten.
Diese Schlämme wurde auf einem monolithischen Cordierite-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 0,5 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll hat, in dem die Zellen gebildet wurden, die sich durch die Länge des monolithischen Substrates erstrecken. Das monolithische Substrat hatte eine Dicke der Wände (die jeweils die Zellen bilden) von 6 mil, so dass die Wände der Zellen mit der Schlämme überzogen wurden. Das überzogene monolithische Substrat wurde mit Luft geblasen, um überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das überzogene monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann bei 500°C für 1 Std. ausgeglüht, um einen Katalysator (Katalysator H) mit einer Überzugsschicht zu erhalten, die ein Gewicht von 200 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 5 wurde durch Anordnen des Katalysators G in einem Abgasdurchgangskanal und durch Anordnen des Katalysators H in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators G gebildet. Die Katalysatoren G, H wurden zueinander benachbart angeordnet, um eine Abstand von 1 bis 10 cm zwischen ihnen zu bilden.
Beispiel 6
Der Katalysator 1 von Beispiel 6 wurde durch Wiederholen des Vorgangs von Beispiel 5 mit Ausnahme des Folgenden gebildet: Der Katalysator G wurde in eine wässrige Lösung von Barium-Acetat eingetaucht und dann aus der wässrigen Lösung hochgezogen und bei 250°C getrocknet. Der so getrocknete Katalysator wurde bei 300°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch einen Katalysator (Katalysator I), der Barium trägt, zu erhalten.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Beispiel 6 wurde durch Anordnen des Katalysators I in einem Abgasdurchgangskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators H in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators I gebildet. Die Katalysatoren I, H wurden zueinander benachbart angeordnet, um den Abstand zwischen ihnen zu bilden.
Vergleichsbeispiel 3
Aktiviertes Aluminiumpulver wurde mit einer wässrigen Lösung von Palladium-Chlorid imprägniert und dann getrocknet und in Luft bei 400°C für 1 Std. ausgeglüht, um dadurch Pd-tragendes Aluminiumpulver (Pulver G) zu erhalten, das eine Pd-Konzentration von 2,0 Gew.-% hat.
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 750 Gewichtsteilen von Pulver G, 1250 Gewichtsteilen von nitridisch-sauren-säurehaltiger Aluminium-Sol (das einen festen Ge halt von 20 Gewichts-% hat), und 500 Gewichtsteilen von reinem Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle für eine Stunde vorgenommen, um dadurch eine Schlämme zu erhalten.
Diese Schlämme wurde auf einem monolithischen Cordierite-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 0,5 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll hat, in dem die Zellen gebildet wurden, die sich durch die Länge des monolithischen Substrates erstrecken. Das monolithische Substrat hatte eine Dicke der Wände (die jeweils die Zellen bilden) von 6 mil, so dass die Wände der Zellen mit der Schlämme überzogen wurden. Das überzogene monolithische Substrat wurde mit Luft geblasen, um überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das überzogene monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann bei 500°C für 1 Std. ausgeglüht, um einen Katalysator (Katalysator J) mit einer Überzugsschicht zu erhalten, die ein Gewicht von 200 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat.
Ein Abgasreinigungskatalysator vom Vergleichsbeispiel 3 wurde durch Anordnen des Katalysators G in einem Abgasdurchgangskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators J in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators G gebildet. Die Katalysatoren G und J wurden zueinander benachbart angeordnet, um den Abstand zwischen ihnen zu bilden.
Vergleichsbeispiel 4
Eine Porzellankugelmühle wurde mit 750 Gewichtsteilen von aktiviertem Aluminium, 1250 Gewichtsteilen von nitridisch-sauren-säurehaltiger Aluminium-Sol (das einen festen Gehalt von 20 Gewichts-% hat), und 500 Gewichtsteilen von reinem Wasser beschickt. Das Mischen und die Pulverisierung wurden in der Porzellankugelmühle für eine Stunde vorgenommen.
Diese Schlämme wurde auf einem monolithischen Cordierite-Substrat vom wabenförmigen Typ überzogen, das ein Volumen von 0,3 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll hat, in dem die Zellen gebildet wurden, die sich durch die Länge des monolithischen Substrates erstrecken. Das monolithische Substrat hatte eine Dicke der Wände (die jeweils die Zellen bilden) von 6 mil, so dass die Wände der Zellen mit der Schlämme überzogen wurden. Das überzogene monolithische Substrat wurde mit Luft geblasen, um überschüssige Schlämme in den Zellen unter der Wirkung des Luftstromes zu entfernen. Danach wurde das überzogene monolithische Substrat bei 130°C getrocknet und dann bei 500°C für 1 Std. ausgeglüht, um einen Katalysator (Katalysator J) mit einer Über zugsschicht zu erhalten, die ein Gewicht von 250 g pro einem Liter des monolithischen Substrates hat.
Anschließend wurde der so erhaltene Katalysator in eine wässrige Lösung (die eine bestimmte Konzentration hat) von Dinitro-Diammin Pt getaucht und dann aus der wässrigen Lösung nach oben gezogen. Danach wurde der Katalysator angeblasen, um den überschüssigen Wassergehalt zu entfernen, und dann bei 250°C getrocknet, um einen Katalysator zu erhalten, der Pt trägt.
Als nächstes wurde der so erhaltene Katalysator in eine wässrige Lösung (die eine bestimmte Konzentration hat) von Rhodium-Nitrat getaucht und dann aus der wässrigen Lösung nach oben gezogen. Danach wurde der Katalysator angeblasen, um den überschüssigen Wassergehalt zu entfernen, und dann bei 250°C zu entfernen, um dadurch einen Pt- und Rh-tragenden Katalysator zu erhalten, der eine Pt-Konzentration von 2,73 Gew.-% und eine Rh-Konzentration von 0,27 Gew.-% hat.
Weiterhin wurde der Pt- und Rh-tragende Katalysator in eine Lösung (die eine bestimmte Konzentration hat) von Barium-Azetat getaucht und dann aus der Lösung nach oben gezogen. Danach wurde der Katalysator angeblasen, um den überschüssigen Wassergehalt zu entfernen, und dann bei 250°C getrocknet und bei 300°C für eine Stunde ausgeglüht, um einen Katalysator (Katalysator K) zu erhalten, der Barium in einer Menge (berechnet als BaO) von 10 g pro Liter des monolithischen Substrates trägt.
Ein Abgasreinigungskatalysator des Vergleichsbeispieles 4 wurde durch Anordnen des Katalysators G in einem Abgasdurchgangskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und durch Anordnen des Katalysators K in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Katalysators G gebildet. Die Katalysatoren G, K wurden zueinander benachbart angeordnet, um den Abstand zwischen ihnen zu bilden.
Die katalytischen Komponenten des Abgasreinigungssystems der Beispiele 5 und 6 und der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2
Bewertung der Leistung des Abgasreinigungssystems (2)
<Bewertung A>
Die Untersuchungen für die Bewertung der katalytischen Aktivität wurden an den Abgasreinigungssystemen der Beispiele 5 und 6 und an den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 ausgeführt. Die Untersuchungen für jedes Abgasreinigungssystem wurde in den Testbedingungen ausgeführt, die als ein Teil des „Bewertungstests" in der Tabelle 3 gezeigt sind. In diesem Test waren der stromaufwärtige Katalysator (der oxidierende Katalysator) und der stromabseitige Katalysator (der NOx-adsorbierende Katalysator) benachbart angeordnet und miteinander axial ausgerichtet und in einem Gehäuse angeordnet, das einen Teil des Abgasdurchgangskanals bildet. Ein Modellgas für den Zweck der Bewertung (der Leistung) simulierte Abgas eines Kraftfahrzeuges und wurde durch den Abgasdurchgangskanal bei einer Strömungsrate von 60 Litern pro Minute hindurch geströmt, in dem die Temperatur des Gases in dem Gaskanal unmittelbar stromauf (an dem Einlass) des Abgasreinigungssystems bei 130°C gehalten wurde. Das Modellgas hatte eine Zusammensetzung, wie in dem Teil des „Bewertungstests" in der Tabelle 3 gezeigt ist. In diesen Tests hatte der stromaufseitige Katalysator (der NOx-adsorbierende Katalysator) ein Volumen von 0,02 Litern, während der stromabseitige Katalysator (der oxidierende Katalysator) ein Volumen von 0,04 Litern hatte. In diesen Tests wurde eine Konzentration (ppm) der Gaskomponente (CO, HC) an den Positionen des Abgasdurchgangskanals stromauf und stromab des Abgasreinigungssystems gemessen. Solch eine Messung wurde in dem Abgasreinigungssystem in einem Zustand nach der Beendigung eines Lebensdauertests vorgenommen, um dabei eine Umwandlungsrate (%) zu berechnen, die in der Tabelle 2 gezeigt ist. Die Umwandlungsrate (%) wurde durch ((die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal stromauf des Abgasreinigungssystems – die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal stromab des Abgasreinigungssystems/die Konzentration der Gaskomponente in dem Abgasdurchgangskanal stromauf des Abgasreinigungssystems) × 100).
Der Lebensdauertest wurde an jedem der Abgasreinigungssysteme der Beispiele 5 und 6 und der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 in Testbedingungen durchgeführt, die bei einem Teil des „Lebensdauertests" in der Tabelle 3 gezeigt sind. In diesem Test wurden der stromaufseitige Katalysator (der NOx-adsorbierende Katalysator) und der stromabseitige Katalysator (der oxidierende Katalysator) benachbart angeordnet und miteinander axial ausgerichtet, und in einem Gehäuse angeordnet, das einen Teil eines Abgasdurchgangskanals bildet. Ein Modellgas für den Zweck des Lebensdauertest simulierte Abgas eines Kraftfahrzeuges und wurde durch den Abgasdurchgangskanal und durch die Kata lysatoren der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite bei einer Strömungsrate von 60 Litern pro Minute für 10 Std. geströmt, in dem die Temperatur des Modellgases in dem Gaskanal unmittelbar stromauf (an dem Einlass) des Abgasreinigungssystems bei 500°C gehalten wurde. Das Modellgas hatte eine Zusammensetzung, die in der Tabelle 3 des Lebensdauertests gezeigt ist.
Tabelle 3
<Bewertung B>
Dieselben Prüfungen wie die der <Bewertung A> für das Bewerten der katalytischen Aktivität wurden, wie in der Tabelle 4 gezeigt, auf einer Vielzahl von Modi des Abgasreinigungssystems von Beispiel 5 ausgeführt, die im Volumen des Katalysators auf der stromaufwärtigen Seite (des NOx adsorbierenden Katalysators) und im Volumen des Katalysators auf der stromabwärtigen Seite (des oxidierenden Katalysators) verschieden waren. Die Abgasreinigungssysteme vom Beispiel 5 sind der Lebensdauerprüfung in der <Bewertung B> unterworfen worden. In diesen Prüfungen wurde die Umwandlungsrate für CO und HC gemessen, um die katalytischen Aktivitäten der Abgasreinigungssysteme zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Die Prüfungsergebnisse von <Bewertung A> und <Bewertung B> enthüllt, dass die Abgasreinigungssysteme der Beispiele 5 und 6 in der katalytischen Aktivität hoch sind und hohe Umwandlungsleistungen für HC und CO selbst in einem niedrigen Abgas-Temperaturbereich zeigen, während hohe Umwandlungsleistungen für HC und CO geschaffen werden, wenn mit den Abgasreinigungssystemen der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 verglichen wird.
Wie aus dem oben Genannten deutlich wird, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die Konzentrationen der Abgaskomponenten des Abgases geregelt und/oder die Adsorption oder das Freigeben von NOx wird in Übereinstimmung mit der Temperatur des Abgases geregelt. Demzufolge kann NOx in dem Sauerstoffüberschussbereich des von dem Motor abgegebenen Abgases effektiv reduziert oder entfernt werden und/oder CO und HC können selbst dann effektiv oxidiert oder entfernt werden, wenn das Abgas in einem niedrigen Temperaturbereich ist.

Claims

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend: eine Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration und einen NOx adsorbierenden und reduzierenden Katalysator, wobei die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration, angeordnet in einem Abgaskanal des Motors und konfiguriert, um die Konzentrationen der Gaskomponenten im Abgas, abgegeben von dem Motor, zu regeln; wobei die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration konfiguriert ist, die Konzentration von Kohlenmonoxid beizubehalten, um zu dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator unterhalb oder gleich zu 2,0 Vol.-% zugeführt zu werden, und um die Konzentration von Wasserstoff beizubehalten, um zu dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator oberhalb oder gleich zu 0,5 Vol.-% zugeführt zu werden; wobei die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration außerdem konfiguriert ist, ein Volumenkonzentrationsverhältnis (von Wasserstoff/Kohlenmonoxid), zum Zuführen zu den NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator von oberhalb oder gleich zu 0,5 Vol.-% beizubehalten in einem ersten Abgaszustand, bei dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases innerhalb eines Bereiches von einem fetten Wert und einem stöchiometrischen Wert ist; und der NOx-adsorbierende und reduzierende Katalysator in dem Abgaskanal stromab der Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration angeordnet ist, und konfiguriert, um Stickoxide in einem zweiten Abgaszustand zu adsorbieren, in dem das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei einem mageren Wert ist, und um Stickoxide in dem Stickstoff in der ersten Abgasbedingung zu reduzieren.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Regelvorrichtung für die Abgaskomponentenkonzentration der im fetten Abgas CO- und H₂ regulierende Katalysator ist, konfiguriert um eine Konzentration von CO und H₂ in dem fetten Abgas zu regeln, das ein Luft-/Kraftstoffverhältnis fetter als ein stöchiometrischer Wert hat.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei der im fetten Abgas CO- und H₂ regulierende Katalysator ein Schaltreaktionskatalysator ist, konfiguriert um eine Reaktion, repräsentiert durch die folgende chemische Formel, zu unterstützen: CO + H₂O → CO₂ + H₂
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei der Schaltreaktionskatalysator Platin, Rhodium und eine Cerium-Verbindung, getragen von einem Substrat, enthält, wobei die Cerium-Verbindung in einer Menge im Bereich von 5 bis 100 g pro einem Liter des Substrates vorhanden ist, wobei die Menge als ein Ceriumoxid berechnet wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei der fettes Abgas CO- und H₂-regelnde Katalysator ein Katalysator mit niedrigem H₂-Verbrauch ist, der vorgesehen ist, um den Verbrauch von CO über den von H₂ hinaus in dem fetten Abgas zu unterstützen.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, wobei der Katalysator mit niedrigem H₂-Verbrauch zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die Platin, Rhodium, eine Titan-Verbindung und eine Zirkon-Verbindung enthält.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei der im fetten Abgas CO- und H₂ regulierende Katalysator eine CO-vermindernder Katalysator ist, konfiguriert, um eine Konzentration von CO in dem fetten Abgas zu vermindern.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei der CO-vermindernde Katalysator zumindest ein aus einer Gruppe ausgewähltes Edelmetall enthält, die Platin, Palladium und Rhodium enthält und zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, die Natrium, Kalium, Rubidium, Zäsium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium enthält, die in der Form einer Verbindung sind.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der im fetten Abgas CO- und H₂ regelnde Katalysator zumindest einer ist, ausgewählte aus der Gruppe, die einen Schaltreaktionskatalysator zum Unterstützen einer Reaktion, die durch die folgende chemische Formel repräsentiert wird: CO + H₂O → CO₂ + H₂ wobei der Schaltreaktionskatalysator vorgesehen ist, die Konzentrationen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem fetten Abgas zu regeln, einen Katalysator mit niedrigem H₂-Verbrauch, der vorgesehen ist, den Verbrauch von CO über den von H₂ hinaus in dem fetten Abgas zu unterstützen, und ein CO vermindernden Katalysator, der konfiguriert ist, die Konzentration von CO in dem fetten Abgas zu vermindern, enthält.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Oxidierungskatalysator in dem Abgaskanal stromab des NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysators vorgesehen ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: einen NOx-adsorbierenden Katalysator, angeordnet in dem Abgaskanal des Motors, stromab der Abgaskomponentenkonzentrations-Regelvorrichtung oder stromab des NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysators, wobei der NOx-adsorbierende Katalysator vorgesehen ist, Stickoxide in Übereinstimmung mit der Temperatur des Abgases zu adsorbieren oder freizusetzen, wobei der NOx-adsorbierende Katalysator vorgesehen ist, Stickoxide in dem Abgas in einem ersten Abgastemperaturbereich zu adsorbieren, in dem das Abgas eine Temperatur hat, die von einem Niveau beim Motorstarten bis 140°C reicht, oder die adsorbierenden Stickoxide in einem zweiten Abgastemperaturbereich freizusetzen, in dem das Abgas eine Temperatur oberhalb oder gleich zu 200°C hat, wobei in dem ersten Abgastemperaturbereich der NOx-adsorbierende Katalysator konfiguriert ist, ein Volumenkonzentrationsverhältnis (von Stickoxide/Kohlenmonoxide] beizubehalten, das unter oder gleich zu 0,3 ist, und wobei ein Oxidationskatalysator, in dem Abgaskanal stromab von zumindest einem von dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator oder dem NOx-adsorbierende Katalysator angeordnet ist, vorgesehen, die oxidierbaren Komponenten in dem Abgas, abgegeben von zumindest einem von dem NOx-adsorbierenden und reduzierenden Katalysator oder dem NOx-adsorbierenden Katalysator, zu oxidieren.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 11, wobei der NOx-adsorbierende Katalysator ein Substrat enthält, und Platin, getragen von dem Substrat, in der Menge, die von 0,1 bis 10 g pro einem Liter des Substrates reicht.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei der NOx-adsorbierende Katalysator zumindest enthält ein Alkalimetall, Alkalierdmetall oder ein seltenes Erdelement, getragen von dem Substrat in einer Menge, die von 1 bis 50 g pro einem Liter des Substrates reicht.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der NOx-adsorbierende Katalysator vorgesehen ist, Stickoxide in dem Abgas in einem dritten Abgastemperaturbereich zu adsorbieren, in dem das Abgas eine Temperatur hat, die von 100 bis 140°C reicht.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Oxidationskatalysator ein Substrat enthält, und Platin auf dem das Substrat getragen wird, in einer Menge, die von 0,5 bis 20 g pro einem Liter des Substrates reicht.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Oxidationskatalysator ein Zeolit enthält, getragen auf dem Substrat, in einer Menge, die von 10 bis 100 g pro einem Liter des Substrates reicht.