DE60201707T2 - Katalysator zur Reinigung von Abgasen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasemissions-Reinigungskatalysator und insbesondere einen Abgasemissions-Regelkatalysator mit ausgezeichneter Haltbarkeit und Abgasemissions-Regelfähigkeit.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 eine vergrößerte Teilschnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 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;
  • 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;
  • 4 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 6 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 7 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 8 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 9 eine Schnittansicht, welche ein Viertel einer Zelle eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Katalysatorschicht 20 wird auf der Oberfläche des Cordierit-Trägers 10, wie beispielsweise nachstehend beschrieben abgelagert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung des Betriebs eines in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Abgasemissions-Reinigungskatalysators.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Abgasemissions-Reinigungskatalysators gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ferner kann, obwohl in den vorstehend beschriebenen sechsten und siebten Ausführungsformen die Katalysatorschicht kein Verbundoxid enthält, die Katalysatorschicht ein Verbundoxid enthalten.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Abgasemissions-Reinigungskatalysator, mit: einem Träger (10); und einer Katalysatorschicht (20), welcher wenigstens ein aus einer aus Alkalimetallen und Erdalkalimetallen bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall als ein Absorptionsmittel zugesetzt ist, wobei ein Verbundoxid, das Silizium (Si) und wenigstens ein aus einer aus Kobalt (Co), Zirkon (Zr), Eisen (Fe) und Mangan (Mn) bestehenden Übergangsmetallgruppe ausgewähltes Metall aufweist, in die Katalysatorschicht gemischt ist.
  2. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, ferner mit: einer zweiten Katalysatorschicht (30), welcher wenigstens ein aus einer aus Alkalimetallen und Erdalkalimetallen bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall als ein Absorptionsmittel zugesetzt ist, wobei die zweite Katalysatorschicht (30) auf der Katalysatorschicht (20) ausgebildet ist.
  3. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, mit: einer zweiten Katalysatorschicht (30), welcher wenigstens ein aus einer aus Alkalimetallen und Erdalkalimetallen bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall als ein Absorptionsmittel zugesetzt ist, wobei die zweite Katalysatorschicht (30) zwischen der Katalysatorschicht (20) und dem Träger (10) ausgebildet ist.
  4. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit: einer Dreiweg-Katalysatorschicht (40), die auf der Katalysatorschicht (20) ausgebildet ist.
  5. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit: einer Dreiweg-Katalysatorschicht (40), die zwischen der Katalysatorschicht (20) und dem Träger (10) ausgebildet ist.
  6. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach Anspruch 4 oder 5, wobei: wenigstens ein aus einer aus Siliziumoxid (SiO2), Wolfram (W) und Phosphor (P) bestehenden sauren Materialgruppe ausgewähltes Material in die Dreiweg-Katalysatorschicht (40) gemischt ist.
  7. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei: das Absorptionsmittel nicht der Dreiweg-Katalysatorschicht (40) zugesetzt ist.
  8. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: eine Menge des von einem Liter des Trägers (10) zu tragenden Verbundoxids auf etwa 0,1 bis 50 g festgelegt ist.
  9. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach Anspruch 1, wobei: wenigstens Platin und Palladium als Edelmetalle, und Kalium und Barium als NOx-Absorptionsmittel der Katalysatorschicht (20) zugesetzt sind, und entsprechende Mengen des von einem Liter des Trägers zu tragenden Platins oder Palladiums auf etwa 0,1 bis 10 g festgelegt sind, und entsprechende Mengen des von einem Liter des Trägers zu tragenden Kaliums und Bariums auf etwa 0,1 bis 50 g festgelegt sind.
  10. Abgasemissions-Reinigungskatalysator, mit: einem Träger (10); einer Katalysatorschicht (20), welcher wenigstens ein aus einer aus Alkalimetallen und Erdalkalimetallen bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall als ein Absorptionsmittel zugesetzt ist; und einer Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsschicht, in welche ein Verbundoxid, das Silizium (Si) und wenigstens ein aus einer aus Kobalt (Co), Zirkon (Zr), Eisen (Fe) und Mangan (Mn) bestehenden Übergangsmetallgruppe ausgewähltes Metall aufweist, gemischt ist, wobei die Absorptionsmittelbewegungs-Hemmungsschicht auf oder unter der Katalysatorschicht ausgebildet ist.
  11. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei; das Verbundoxid Zirkonsilikat (ZrSiO4) ist.
  12. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: ein Cordierit-Träger (10) als der Träger (10) verwendet wird.
  13. Abgasemissions-Reinigungskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: das Absorptionsmittel ein NOx-Absorptionsmittel ist.
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