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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasemissions-Reinigungskatalysator
und insbesondere einen Abgasemissions-Regelkatalysator mit ausgezeichneter
Haltbarkeit und Abgasemissions-Regelfähigkeit.
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In
einem Magerverbrennungsmotor, wie z.B. einem Magermotor und einem
Direkteinspritzmotor kann ein Dreiweg-Katalysator keine ausreichende Abgasemissions-Reinigungsleistung
während
des Betriebs bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigen.
Zur Lösung
dieses Problems wird ein derart aufgebauter NOx-Absorptionskatalysator,
daß eine Katalysatorschicht,
welcher ein Absorptionsmittel zugesetzt ist, auf einen Cordierit-Träger unterstützt wird,
in einen solchen Motor eingebaut. Jedoch spritzt oder bewegt sich
in dem NOx-Absorptionskatalysator, und insbesondere in einem Katalysator
mit einem diesen als Absorptionsmittel zugesetzten Alkalimetall,
das Absorptionsmittel bei höheren
Temperaturen in den Cordierit-Träger,
so daß eine
Verschlechterung des Absorptionsmittels bewirkt wird. Dieses verschlechtert
die NOx-Absorptionsleistung des Katalysators.
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Daher
hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung einen Katalysator vorgeschlagen,
welchem Zeolith zugesetzt ist, um so ein Spritzen oder Bewegen des
Absorptionsmittels in der Japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2001/129402 (EP-A-1 078 678) in einen Träger zu hemmen.
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Wenn
jedoch ein derartiger Katalysator bei sehr hoher Temperatur betrieben
wird, ist dessen NOx-Absorptionsleistung danach verschlechtert.
Daher ist ein Katalysator erforder lich, dessen Betriebsleistung
selbst nach dem Betrieb bei einer hohen Temperatur nur wenig verschlechtert
ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasemissions-Reinigungskatalysator
mit der Fähigkeit,
hohen Temperaturen zu widerstehen, bereitzustellen. Die Aufgabe
kann durch die in den Ansprüchen
definierten Merkmale gelöst werden.
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Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung einen
Abgasemissions-Reinigungskatalysator bereit, welcher aufweist: einen
Träger;
und eine Katalysatorschicht, welcher wenigstens ein aus einer aus
Alkalimetallen und Erdalkalimetallen bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall
als ein Absorptionsmittel zugesetzt ist; und wobei ein Verbundoxid,
das Silizium (Si) und wenigstens ein von einer aus Kobalt (Co),
Zirkon (Zr), Eisen (Fe) und Mangan (Mn) bestehenden Übergangsmetallgruppe
ausgewähltes
Metall enthält,
in die Katalysatorschicht gemischt ist.
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Da
die Übergangsmetalle,
wie z.B. Co, Zr, Fe und Mn einen hohen Schmelzpunkt besitzen, zeigt das
Verbundoxid aus derartigen Übergangsmetallen und
Si eine hohe thermische Stabilität.
Somit sind die Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsfähigkeit des
Si in dem Verbundoxid unterbunden und die Absorptionsfunktion des
Absorptionsmittels selbst bei hohen Temperaturen sichergestellt.
Der Katalysator, in welchen das Verbundoxid mit den Übergangsmetallen
und dem Silizium gemischt ist, besitzt nämlich eine hohe Fähigkeit,
Hitze zu widerstehen, wodurch die hervorragende Absorptionsleistung
des Katalysators selbst nach einem Betrieb bei hoher Temperatur sichergestellt
werden kann.
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Die
Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile davon werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen dieselben
oder ähnliche
Teile durchgängig
durch die Figuren bezeichnen. In den Zeichnungen ist:
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1 eine vergrößerte Teilschnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine graphische Darstellung,
welche den NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
mit einer Katalysatorschicht darstellt, welche Zirkonsilikat aufweist,
und eines herkömmlichen
Abgasemissions-Reinigungskatalysators mit einer Katalysatorschicht,
der Zeolith aufweist, nach Überstehen
von Hitze im Hinblick auf Zerstörungstemperaturen;
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3 eine graphische Darstellung,
welche die Bodeneinlaßtemperatur/NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad-Kennlinie
des Abgasemissions-Reinigungskatalysators mit der Zirkonsilikat
aufweisenden Katalysatorschicht nach dem Überstehen von Hitze im Vergleich
zu der Kennlinie eines herkömmlichen
Abgasemissions-Reinigungskatalysators darstellt;
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4 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 eine Schnittansicht, welche
ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer
siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung
wird durch einen NOx-Katalysator implementiert, welcher einen Waben-(Monolith)-Cordierit-Träger enthält, der
viele Zellen aufweist. 1 stellt
einen Teil einer Zelle des Cordierit-Trägers 10 dar, der beispielsweise
viereckig geformt ist. Die Oberfläche des Cordierit-Trägers 10 trägt eine
Katalysatorschicht 20. Edelmetalle, wie z.B. Platin (Pt)
und Palladium (Pd) und NOx-Absorptionsmittel, wie z.B. Kalium (K)
und Barium (B) sind der Katalysatorschicht 20 zugesetzt,
und ein Verbundoxid, das Silizium (Si) und wenigstens ein aus einer
aus Kobalt (Co), Zirkon (Zr), Eisen (Fe) und Mangan (Mn) bestehenden Übergangsmetallgruppe ausgewähltes Metall
ist in die Katalysatorschicht 20 gemischt. In dieser Ausführungsform
wird Zirkonsilikat (ZrSiO4) als das Verbundoxid
verwendet.
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Bevorzugt
sind die entsprechenden Mengen von Platin und Palladium, die von
einem Liter des Trägers
zu tragen sind, auf 0,1 bis 10 g festgelegt. Die entsprechenden
Mengen von Kalium und Barium, die von einem Liter des Trägers zu
tragen sind, sind auf 0,1 bis 50 g und die Menge des Zirkonsilikats, die
von einem Liter des Trägers
zu tragen ist auf 0,1 bis 50 g festgelegt.
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Der
Cordierit-Träger 10 wird
hergestellt, indem Aluminiumoxidpulver, Siliziumoxidpulver und Magnesiumoxidpulver,
welche so gemischt werden, daß die
Verhältnisse
von Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Magnesiumoxid der Zusammensetzung
des Cordierits entsprechen, in Wasser dispergiert, ein Wabenpreßkörper aus
deren Feststoffanteil geformt und der Wabenpreßkörper gesintert wird.
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Die
Katalysatorschicht 20 wird auf der Oberfläche des
Cordierit-Trägers 10,
wie beispielsweise nachstehend beschrieben abgelagert.
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Zuerst
wird ein Pulver hauptsächlich
aus Edelmetallen, wie z.B. Platin, Alkalimetallen, wie z.B. Kalium,
Erdalkalimetallen, wie z.B. Barium und Zirkonsilikat als ein Verbundoxid
enthaltender Aufschlämmung
hergestellt. Der Cordierit-Träger 10 wird in
die Aufschlämmung
eingetaucht und dann getrocknet und gesintert. Dieses führt zu einem
NOx-Katalysator mit einer auf den Cordierit-Träger 10 beschichteten
Katalysatorschicht 10. Der NOx-Katalysator wird mittels
eines Polsterungsmaterials in einem Gehäuse untergebracht und in einem
Auslaßrohr
eines Magerverbrennungsmotors angeordnet.
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In
diesem NOx-Katalysator wird NOx in dem Abgas während des Betriebs des Verbrennungsmotors
bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Form von Nitrat
durch die in der Katalysatorschicht 20 verteilten Katalysatoren
absorbiert. Während
des Betriebs des Verbrennungsmotors bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wird
das Nitrat gelöst,
um das absorbierte NOx zu Stickstoff zu reduzieren. Der Stickstoff
wird von dem NOx-Katalysator in die Luft abgegeben.
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Wenn
ein herkömmlicher
NOx-Katalysator für
eine lange Zeitdauer einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, bewegen sich
Absorptionsmittel, wie z.B. Kalium, das der Katalysatorschicht zugesetzt
ist, üblicherweise
in den Cordierit-Träger,
so daß sie
mit Silizium oder dergleichen darin reagieren und so eine chemische
Verbindung erzeugen, welche einen Riß in dem Cordierit-Träger erzeugt.
Im Falle des NOx-Katalysators gemäß der vorliegenden Erfindung werden
jedoch die Absorptionsmittel, wie z.B. Kalium in der Katalysatorschicht 20 in
ihrer Nähe
des in dem Zirkonsilikat enthaltenen Silizium (Si) gehalten, um die
Absorptionsmittel, wie z.B. Kalium, in der Katalysatorschicht an
einer Bewegung in den Cordierit-Träger 10 zu hemmen und
somit einen Riß zu
verhindern.
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Ferner
ist in dem herkömmlichen
Katalysator mit der Katalysatorschicht, in welche Zeolith mit einer Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsfähigkeit gemischt
ist, der NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad
nach dem Betrieb bei einer hohen Temperatur verringert, da die Bindung
von SiO2 und Al2O3 als Komponenten des Katalysators bei sehr
hoher Temperatur gelöst
wird, so daß sich
die Absorptionsmittel auflösen.
Im Falle des NOx-Katalysators gemäß der vorliegenden Erfindung
weist jedoch das in die Katalysatorschicht gemischte, Zirkonsilikat
und Silizium aufweisende, Verbundoxid eine hohe thermische Stabilität auf, und
es wird eine hohe Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsfähigkeit
des Siliziums in dem Verbundoxid selbst bei hohen Temperaturen von
beispielsweise über
850°C sichergestellt, und
somit ein ausgezeichneter NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad
selbst nach einem Betrieb bei einer hohen Temperatur gezeigt.
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Um
die Arbeitsweise und Wirkungen gemäß vorstehender Beschreibung
zu bestätigen,
hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung den NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad
des NOx-Katalysators
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit der Katalysatorschicht, in welche das Zirkonsilikat
und Silizium aufweisende Verbundoxid gemischt ist, und den des herkömmlichen NOx-Katalysator,
in welchem Zeolith gemischt ist, nach einem Wärmebeständigkeitstest gemessen. 2 und 3 stellen die Ergebnisse der Messung
dar.
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2 stellt die Beziehung zwischen
der Temperatur (Katalysatortemperatur im Wärmebeständigkeitstest) und dem NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad,
d.h., die Katalysatortemperatur/NOx-Emissionsreinigungswirkungsgrad-Kennlinien
des Katalysators dar. Die Bezugstemperatur ist 500°C. In 2 zeigt eine viereckige
Markierung die Kennlinien des Katalysators gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
eine dreieckige Markierung zeigt die Kennlinien des herkömmlichen
Katalysators, und eine unterbrochene Linie zeigt die Kennlinien
eines neuen Katalysators (vor der Verschlechterung). Wie es aus 2 ersichtlich ist, besteht
nur ein geringer Unterschied zwischen dem Katalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung und dem herkömmlichen
Katalysator in dem NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad nach dem
Wärmebeständigkeitstest
bei einer Temperatur in der Nähe
von 800°C
und 850°C, während der
Katalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung einen höheren
NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad
als der herkömmliche
Katalysator nach dem Wärmebeständigkeitstest
bei einer Temperatur in der Nähe
von 900°C
zeigt. Dieses zeigt, daß der Katalysator
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen hohen Reinigungswirkungsgrad selbst nach einem Betrieb
bei einer hohen Temperatur zeigt.
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3 stellt die Beziehung zwischen
der Unterflurkatalysator-Einlaßtemperatur
und dem NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad des durch einen Unterflurkatalysator
implementierten Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung und dem herkömmlichen
Katalysator nach einem Wärmebeständigkeitstest
dar, der bei 850°C
für 20
Stunden durchgeführt
wurde. In 3 zeigt eine
viereckige Markierung die Kennlinien des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung an, und eine runde Markierung zeigt die Kennlinien des
herkömmlichen
Katalysators an. Wie es in 3 dargestellt
ist, zeigt der Katalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung einen höheren NOx-Emissions-Reinigungswirkungsgrad
nach dem Wärmebeständigkeitstest
im Vergleich zu dem herkömmlichen
Katalysator mit der Ausnahme des Falles, wenn die Unterflurkatalysator-Einlaßtemperatur 550°C beträgt. Daher
zeigt der Katalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung einen ausgezeichneten Wirkungsgrad bei einer Unterflurkatalysator-Einlaßtemperatur
von 400 bis 450°C,
bei welcher ein reales Fahrzeug normalerweise betrieben wird.
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Wie
es aus den in 2 und 3 dargestellten Experimentergebnissen
ersichtlich ist, behält
der Katalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung einen hohen Reinigungswirkungsgrad selbst nach einem Betrieb
bei einer hohen Temperatur bei.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Katalysator gemäß der vorliegenden Ausführungsform
soll die günstige
NOx-Absorptions/Reinigungsleistung beibehalten und die Wärmebeständigkeitsfähigkeit
verbessern, und sein Aufbau ist identisch mit dem der ersten Ausführungsform
von 1 mit der Ausnahme,
daß eine
zweite Katalysatorschicht 30 über der Katalysatorschicht 20 (hierin nachstehend "erste Katalysatorschicht" bezeichnet), d.h.,
auf der Außenoberfläche der
ersten Katalysatorschicht ausgebildet ist.
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Gemäß 4 weist der Abgasemissions-Reinigungskatalysator
gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Cordierit-Träger 10,
eine erste Katalysatorschicht 20, die auf der Oberfläche des
Cordierit-Trägers 10 aufgebracht
ist und Edelmetalle, Absorptionsmittel und ein Verbundoxid enthält, und
eine zweite Katalysatorschicht 30, welche über der
ersten Katalysator schicht 20, d.h., auf der Oberfläche der ersten
Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist, auf. Die Aufbauten
des Trägers 10 und
der ersten Katalysatorschicht 20 sind identisch mit denen
der ersten Ausführungsform
und deren Beschreibung wird hier unterlassen. Die zweite Katalysatorschicht 30 unterscheidet
sich von der ersten Katalysatorschicht 20 dahingehend,
daß die
zweite Katalysatorschicht 30 aus einem Gemisch von Edelmetallen,
wie z.B. Platin, und NOx-Absorptionsmitteln, wie z.B. Kalium und Barium
ausgebildet ist, jedoch kein Verbundoxid enthält.
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Der
in der vorstehend erwähnten
Weise aufgebaute Abgasemissions-Reinigungskatalysator wird durch
dieselbe Prozedur wie in der ersten Ausführungsform hergestellt. Insbesondere
wird der Cordierit-Träger 10 in
eine Edelmetalle und NOx-Absorptionsmittel
enthaltende Aufschlämmung
eingetaucht, und dann getrocknet und gesintert.
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Wie
vorstehend festgestellt, verringern die NOx-Absorptionsmittel mit
hoher Elektronenabgabefähigkeit
die Oxidationsfähigkeit
der Edelmetalle, und dieses verschlechtert die NOx-Absorption/Reinigungsleistung
des Katalysators. Die Katalysatorschicht des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung weist jedoch die das Verbundoxid enthaltende erste Katalysatorschicht 20 und
die zweite Katalysatorschicht 30 auf, welche auf der Außenoberfläche der
ersten Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist und kein Verbundoxid
enthält,
und somit bewegen sich die NOx-Absorptionsmittel in der zweiten
Katalysatorschicht 30 leicht zu der ersten Katalysatorschicht 20 hin.
Dieses führt
zu einer Abnahme der Menge der Absorptionsmittel in der zweiten
Katalysatorschicht 30, da die Absorptionsmittel in der
ersten Katalysatorschicht 20 konzentriert werden. Demzufolge
wird die Oxidationsfähigkeit
der Edelmetalle in der zweiten Katalysatorschicht kaum durch die
Absorptionsmittel in der zweiten Katalysatorschicht 30 ge schwächt, und
dieses hält
eine hohe Oxidationsfähigkeit
der Edelmetalle in der zweiten Katalysatorschicht 30 und
eine hohe Absorptions/Reinigungsleistung des Katalysators aufrecht.
Ferner werden aufgrund der Mengenabnahme der Absorptionsmittel in
der zweiten Katalysatorschicht 30 die Absorptionsmittel am
Wegspritzen von der zweiten Katalysatorschicht 30 gehemmt,
so daß die
günstige
Absorptionsleistung des Katalysators aufrecht erhalten werden kann.
Bezüglich
weiterer Gesichtspunkte sind der weitere Betrieb und die Auswirkungen
der vorliegenden Erfindung mit denen der ersten Ausführungsform identisch,
weshalb ihre Beschreibung hier unterlassen wird.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Aufbau des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist identisch mit der der zweiten Ausführungsform in 4 mit der Ausnahme, daß eine zweite
Katalysatorschicht 30 zwischen einem Cordierit-Träger 10 und
einer ersten Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist.
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Insbesondere
weist gemäß Darstellung
in 5 der Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Cordierit-Träger 10,
eine Edelmetalle und NOx-Absorptionsmittel
enthaltende zweite Katalysatorschicht 30 und eine erste
Katalysatorschicht 20 auf, welche auf der Oberfläche des
zweiten Katalysators 30 ausgebildet ist und Edelmetalle,
Absorptionsmittel und ein Verbundoxid enthält. Die Aufbauten des Trägers 10,
der ersten Katalysatorschicht 20 und der zweiten Katalysatorschicht 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung sind identisch mit denjenigen der zweiten Ausführungsform,
weshalb ihre Beschreibung hier unterlassen wird.
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Der
in der vorstehend erwähnten
Weise aufgebaute Abgasemissions-Reinigungskatalysator wird durch
Eintauchen des die zweite Katalysatorschicht 30 tragendenden
Cordierit-Trägers 10 in
eine Edelmetalle und NOx-Absorptionsmittel und ein Verbundoxid enthaltende
Aufschlämmung
und dann durch Trocknen und Sintern des Cordierit-Trägers 10 hergestellt.
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In
dem Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden Ausführungsform
werden die der zweiten Katalysatorschicht 30, welche zwischen
der ersten Katalysatorschicht 20 und der Cordierit-Träger 10 ausgebildet
ist, zugesetzten Absorptionsmittel durch das Silizium in das in
die erste Katalysatorschicht 20 gemischte Verbundoxid gezogen,
so daß die
Absorptionsmittel. in der ersten Katalysatorschicht 20 konzentriert
werden, welche wahrscheinlicher in den Kontakt mit dem Abgas gebracht wird.
Daher wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter gemacht
wird, die Absorptionsleistung des Abgasreinigungskatalysators effektiv
zurückgewonnen,
und die durch ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis bewirkte Verschlechterung
des Kraftstoffverbrauchs kann minimiert werden. Ferner kann eine
Verringerung der Oxidationsfähigkeit
der Edelmetalle in der zweiten Katalysatorschicht 30 durch die
Absorptionsmittel gehemmt werden, und daher kann eine hohe Absorptions/Reinigungsfähigkeit, des
Abgasreinigungskatalysators aufrecht erhalten werden. Bezüglich weiterer
Gesichtspunkte ist die vorliegende Ausführungsform mit den ersten und zweiten
Ausführungsformen
identisch.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Aufbau des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist identisch mit der der ersten Ausführungsform in 1 mit der Ausnahme, daß eine Dreiweg-Katalysatorschicht
auf einer Außenoberfläche der
Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist.
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Gemäß Darstellung
in 6 weist der Abgasemissions-Reinigungskatalysator
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Cordierit-Träger 10, eine
Katalysatorschicht 20, die auf der Oberfläche des
Trägers 10 ausgebildet
ist und Edelmetalle enthält,
Absorptionsmittel, und ein Verbundoxid, und eine Dreiweg-Katalysatorschicht 40,
welche auf der Oberfläche
der Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist und hauptsächlich als
ein Dreiweg-Katalysator arbeitet. In dieser Ausführungsform ist ein saures Material, welches
als ein Effekthemmungsmaterial dient, in die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 gemischt,
um einen nachteiligen Effekt der Absorptionsmittel, welche die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 erreicht
haben auf die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 zu mindern.
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Insbesondere
mindert das effekthemmende Material einen derartigen nachteiligen
Effekt, daß die Absorptionsmittel
die CO- und HC-Absorptionsfähigkeit
der Edelmetalle in der Dreiweg-Katalyatorschicht verringern, oder
die Oberfläche
der Edelmetalle verdecken. Beispiele derartiger saurer Materialien
sind Siliziumoxid (SiO2), Wolfram (W) und
Phosphor (P), welche mit den Absorptionsmitteln als Alkalisalz reagieren,
um stabile Substanzen zu erzeugen. Andererseits wird dem Dreiweg-Katalysator 40 kein
Absorptionsmittel zugesetzt, um eine günstige Dreiweg-Katalysatorleistung
zu erzielen.
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Der
in der vorstehend erwähnten
Weise aufgebaute Abgasemissions-Reinigungskatalysator wird durch
dieselbe Prozedur wie in der ersten Ausführungsform hergestellt. Insbesondere
wird der die erste Katalysatorschicht 50 tragende Cordierit-Träger 10 in
eine Edelmetalle, wie z.B. Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium
(Rh)und saures Material enthaltende Aufschlämmung eingetaucht, und dann
getrocknet und gesintert.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung des Betriebs eines in der vorstehend
beschriebenen Weise aufgebauten Abgasemissions-Reinigungskatalysators.
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In
der Katalysatorschicht 20 sind die Absorptionsmittel um
das Silizium herum in dem Verbundoxid so fixiert, daß ein Spritzen
der Absorptionsmittel bei hohen Temperaturen oder eine Bewegung
in den Cordierit-Träger 10 und
die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 gehemmt
wird.
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Wenn
die Absorptionsmittel die Dreiweg-Katalysatorschicht trotz seiner
derartigen bewegungshemmenden Wirkung erreichen, reagieren die Absorptionsmittel
mit dem sauren Material in der Dreiweg-Katalysatorschicht 40 und
werden in stabile Substanzen, wie z.B. Kaliumphosphat umgewandelt. Dieses
mindert die nachteilige Auswirkung der Absorptionsmittel auf der
Dreiweg-Katalysatorschicht 40. Gemäß der vorliegenden Erfindung
können
die Katalysatorschicht 20 und der Dreiweg-Katalyatorschicht 40 als
ein einziger Katalysator auf dem gemeinsamen Träger 10 zum Reduzieren
der Kosten ausgebildet werden. Ferner besitzt in dem Abgasemissions-Reinigungskatalysator
die Katalysatorschicht 20 eine hohe NOx-Absorptionsfähigkeit
und die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 zeigt eine ausgezeichnete
Dreiweg-Katalysatorleistung, weshalb die NOx-Emission sicher während des
Betriebs bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis entfernt werden kann,
und die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 CO und HC, das während des
Betriebs bei einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
oder einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird, entfernen kann.
Bezüglich
der weiteren Gesichtspunkte ist die vorliegende Erfindung mit der
ersten Ausführungsform
identisch.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Aufbau des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist identisch mit der der vierten Ausführungsform in 6 mit der Ausnahme, daß eine Dreiweg-Katalysatorschicht
zwischen einem Cordierit-Träger
und einer Katalysatorschicht ausgebildet ist.
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Insbesondere
weist gemäß Darstellung
in 7 der Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Cordierit-Träger 10,
eine auf der Oberfläche
des Trägers 10 getragene
Dreiweg-Katalysatorschicht 40, und eine auf der Oberfläche der
Dreiweg-Katalysatorschicht 40 ausgebildete Katalysatorschicht 20 auf. Der
Abgasemissions-Reinigungskatalysator
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird durch Eintauchen des die Katalysatorschicht 20 tragenden Cordierit-Trägers 10 in
eine Edelmetalle und ein effekthemmendes Material, wie z.B. ein
saures Material, enthaltende Aufschlämmung und dann durch Trocknen
und Sintern des Cordierit-Trägers 10 hergestellt.
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In
dem Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung
arbeitet die Katalysatorschicht 20 so, daß sie die
NOx-Emission entfernt, und der Dreiweg-Katalysator 40 arbeitet
so, daß er
die Abgasemission während
des Betriebs bei einem stöchiometrischen
oder fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis
entfernt. In der Katalysatorschicht 20 sind die Absorptionsmittel
um das Silizium in dem Verbundsilizium herum fixiert, so daß es die
Absorptionsmittel am Spritzen oder Bewegen in den Cordierit-Träger 10 und
den Dreiweg-Katalysatorschicht 40 bei
hohen Temperaturen hemmt. Wenn die Absorptionsmittel die Dreiweg-Katalysatorschicht 40 erreichen,
reagieren die Absorptionsmittel mit dem sauren Material in der Dreiweg-Katalysatorschicht 40 und
werden in stabile Substanzen umgewandelt, um den nachteiligen Effekt
der Absorptionsmittel auf der Dreiweg-Katalysatorschicht 40 zu
min dern. Bezüglich
weiterer Gesichtspunkte ist die vorliegende Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform
identisch.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
sechste Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, in welcher das Verbundoxid
in die Katalysatorschicht gemischt ist, daß eine Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsschicht
(hierin nachstehend als "Hemmungsschicht" bezeichnet), die
ein Verbundoxid enthält,
auf einer kein Verbundoxid enthaltenden Katalysatorschicht ausgebildet
ist, so daß die
darüber
geschichtete Hemmungsschicht sicher ein Spritzen von Absorptionsmitteln
aus der Katalysatorschicht hemmen kann.
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Wie
es in 8 dargestellt
ist, weist der Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Cordierit-Träger 10,
eine Katalysatorschicht 20, die von der Außenoberfläche des
Trägers 10 unterstützt wird,
und eine Hemmungsschicht 50, die auf der Katalysatorschicht 20,
d.h., auf der Außenoberfläche der
Katalysatorschicht 20 ausgebildet ist, auf. Die Hemmungsschicht 50 enthält ein Verbundoxid,
wie z.B. Zirkonsilikat, welches Silizium und wenigstens eines von
Kobalt, Zirkon, Eisen und Mangan aufweist.
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Der
Abgasemissions-Reinigungskatalysator wird beispielsweise wie nachstehend
beschrieben hergestellt. Zuerst wird der Cordierit-Träger 10 in eine
Aufschlämmung,
die hauptsächlich
Edelmetalle, wie z.B. Platin, und Absorptionsmittel, wie z.B. Kalium
und Barium, aufweisende Pulver enthält, eingetaucht und dann getrocknet
und gesintert. Ferner wird der Cordierit-Träger 10 in eine Aufschlämmung eingetaucht,
welcher hauptsächlich
Zirkonsilikat aufweisendes Pulver enthält, und wird dann getrocknet und
gesintert. Der sich ergebende Abgasemissions-Reinigungskatalysator
wird in einem Gehäuse mittels
eines Polsterungsmaterials untergebracht und in einem Auslaßrohr eines
Verbrennungsmotors angeordnet.
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Wenn
der Abgasemissions-Reinigungskatalysator verwendet wird, hält das Silizium
in dem in der Hemmungsschicht 50 enthaltenen Zirkonsilikat
die Absorptionsmittel in der Nähe
des Siliziums. Da das Zirkonsilikat eine hohe thermische Stabilität zeigt
und eine hohe Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsleistung der Hemmungsschicht 50 selbst
bei hohen Temperaturen aufrechterhalten wird, hemmt die Hemmungsschicht 50 sicher
die Bewegung der Absorptionsmittel selbst in dem Falle, in welchem
die Bewegung der Absorptionsmittel in dem Katalysator aufgrund der
Aussetzung des Katalysators an eine hohe Temperatur erleichtert
wird. Dieses verhindert, daß sich
die Absorptionsmittel aufgrund von Verdampfung und Spritzen aus
dem Katalysator auflösen
und hält
eine hohe Absorptionsfähigkeit
nach dem Betrieb bei einer hohen Temperatur aufrecht.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators
gemäß einer siebenten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Aufbau des Katalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung unterscheidet sich von der der sechsten Ausführungsform,
in welcher die Hemmungsschicht auf der Katalysatorschicht ausgebildet ist,
dahingehend, daß eine
Hemmungsschicht zwischen einem Träger und einer Katalysatorschicht ausgebildet
ist.
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Insbesondere
weist gemäß Darstellung
in 9 der Abgasemissions-Reinigungskatalysator gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Cordierit-Träger 10,
eine auf dem Träger 10 getragene
Hemmungsschicht 50 und eine auf der Außenoberfläche der Hemmungsschicht 50 ausgebildete
Katalysatorschicht 20 auf. Die Aufbauten der Katalysatorschicht 20 und
der Hem mungsschicht 50 sind mit denen der sechsten Ausführungsform
identisch, weshalb deren Beschreibung hier unterlassen wird.
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Der
gemäß der vorstehend
erwähnten
Weise aufgebaute Abgasemissions-Reinigungskatalysator wird durch
Eintauchen des Cordierit-Trägers 10 in eine
Aufschlämmung,
die hauptsächlich
Zirkonsilikat aufweisende Pulver enthält, und dann durch Trocknen
und Sintern des Cordierit-Trägers 10 hergestellt.
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Wenn
der Abgasemissions-Reinigungskatalysator verwendet wird, hemmt die
Hemmungsschicht 50 sicher die der Katalysatorschicht 20 zugesetzten
Absorptionsmittel an einem Eindringen in den Träger und hemmt eine Ausbildung
einer chemischen Verbindung, welche durch eine Reaktion der Absorptionsmittel
mit Trägerkomponenten
bewirkt wird. Dieses verhindert ein Reißen des Trägers und verhindert die Verschlechterung
der Beständigkeit des
Katalysators. Bezüglich
weiterer Gesichtspunkte ist die vorliegende Ausführungsform mit den ersten und
sechsten Ausführungsformen
identisch.
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Es
dürfte
sich jedoch verstehen, daß keine Absicht
vorliegt, die Erfindung auf die vorstehend beschriebenen ersten
bis siebten Ausführungsformen zu
beschränken,
sondern daß die
Erfindung alle Modifikationen mit abdeckt.
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Beispielsweise
kann, obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der Waben-Cordierit-Träger 10 als
der Träger
verwendet wird, die Erfindung auf einen Abgasemissions-Reinigungskatalysator
mit einem Träger
angewendet werden, welcher aus einem anderen Material als Cordierit
ausgebildet ist. Beispielsweise verhindert die Verwendung eines
metallischen Trägers
ein Spritzen der Absorptionsmittel, um so die Verschlechterung der Abgasemissions-Reinigungsleistung
des Katalysators zu verhindern und kaum ein Eindringen der Absorptionsmittel
in den Träger
zu bewirken. Wenn der Waben-Cordierit-Träger verwendet
wird, müssen
die Zellen des Cor dierit-Trägers
nicht notwendigerweise viereckig sein, sondern können dreieckig oder sechseckig
sein.
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Ferner
kann, obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
das Zirkonsilikat als das in die Katalysatorschicht 20 gemischte
oder in der Hemmungsschicht 5 enthaltene Verbundoxid verwendet
wird, ein Verbundoxid verwendet werden, welches Silizium und wenigstens
ein Metall aufweist, das aus einer aus Kobalt, Zirkon, Eisen und
Mangan bestehenden Übergangsmetallgruppe
ausgewählt wird.
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Ferner
kann, obwohl in den vorstehend beschriebenen sechsten und siebten
Ausführungsformen
die Katalysatorschicht kein Verbundoxid enthält, die Katalysatorschicht
ein Verbundoxid enthalten.
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Ferner
sollten die Anzahl und die Positionen der Hemmungsschichten nicht
auf diejenigen in den sechsten und siebten Ausführungsformen beschränkt sein.
Beispielsweise kann die Hemmungsschicht zwischen dem Träger und
der Katalysator ausgebildet sein, und eine weitere Hemmungsschicht
kann über
der Katalysatorschicht ausgebildet sein.
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Ferner
kann der Abgasemissions-Reinigungskatalysator so aufgebaut sein,
daß zwei
oder mehr Schichten, die beliebig aus der zweiten Katalysatorschicht,
der Dreiweg-Katalysatorschicht und der Hemmungsschicht in den zweiten
bis siebten Ausführungsformen
ausgewählt
werden, mit der Katalysatorschicht kombiniert werden.