DE69821284T2

DE69821284T2 - Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen

Info

Publication number: DE69821284T2
Application number: DE69821284T
Authority: DE
Inventors: Naomi Ichinomiya-city Aichi-pref. Noda; Yukinari Konan-city Aichi-pref. Shibagaki; Akira Nagoya-city Aichi-pref. Takahashi; Hiroshige Tajimi-city Gifu-pref. Mizuno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: DE69821284D1

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Reinigung von Abgasen, das die schädlichen Substanzen reinigt, die in den von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgasen vorhandenen sind, insbesondere dabei die vom Motor während des Kaltstarts in großer Menge abgegebenen Kohlenwasserstoffe.
(2) Beschreibung der verwandten Technik
Bis dato wurden intensive Forschungen und Entwicklungen auf dem Gebiet von Abgasreinigungssystemen durchgeführt, die verwendet werden, um die im Abgas eines Automotors enthaltenen schädlichen Substanzen, so etwa Stickoxide (NO_x), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (KW) und dergleichen, zu reinigen. In den letzten Jahren wurde gleichzeitig mit den immer strenger werdenden Abgasregelungen die Reinigung von KW während des Anstartens eines Motors (Kaltstart) zu einer wichtigen technischen Aufgabe.
Der Grund dafür liegt darin: Während des Kaltstarts eines Motors, wenn die Temperatur des Abgases aus dem Motor niedrig ist, erreicht der im Auspuffrohr des Motors angeordnete Katalysator nicht seine Anspringtemperatur und verfügt somit über eine nur geringe Reinigungsfähigkeit. Darüber hinaus wird, im Vergleich zum Zeitraum des kontinuierlichen Motorbetriebs, vom Motor eine große Menge KW abgegeben. Daraus ergibt sich, dass der während des Kaltstarts abgegebene KW einen großen Anteil an der Gesamtmenge der vom Motor abgegebenen schädlichen Substanzen ausmacht und entfernt werden muss.
Als ein Mittel zur Bewältigung dieses oben angeführten technischen Problems (die Reinigung von KW während des Motorstarts) wurde ein System zur Abgasreinigung vorgeschlagen, das im Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dabei umfassend (1) ein Adsorbens, das eine Komponente (z. B. Zeolith) mit einem Adsorptionsvermögen für KW enthält, und (2) einen stromab vom Adsorbens (1) vorgesehenen Katalysator. Dieses Adsorbens dient dazu, die nicht verbrannten KW, die während des Kaltstarts in großem Umfang vom Motor abgegeben werden, temporär zwischen dem Beginn der Katalysatorerwärmung bis zum Anspringen des Katalysators zu adsorbieren.
Der auf dem Adsorbens adsorbierte KW wird daraufhin vom Adsorbens desorbiert, wenn sich die Temperatur des Adsorbens aufgrund der Wärme des Abgases, etc. erhöht. Die Temperatur, bei welcher das Adsorbens den KW zu desorbieren beginnt, ist niedriger als die Anspringtemperatur des Katalysators; somit setzt die Desorption von KW vor dem Anspringen des Katalysators ein. In Folge dessen wird der größte Teil des vom Adsorbens in der Zeitspanne zwischen dem Beginn der KW-Desorption durch das Adsorbens und dem Anspringen des Katalysators desorbierte KW ohne Reinigung in die Luft abgegeben. Somit ist im ein Adsorbens umfassenden Abgasreinigungssystem erforderlich, dass der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, an welchem das Adsorbens die Starttemperatur für die KW-Desorption erreicht, und dem Zeitpunkt, zu welchem der Katalysator seine Anspringtemperatur erreicht, minimiert wird, um auf diese Weise die Menge an ungereinigt abgegebenen KW zu minimieren.
Als ein Mittel zum Minimieren der zuvor erwähnten Zeitspanne kann eine Technik zum Erhöhen der Ausgangstemperatur des Adsorbens für die KW-Desorption erwähnt werden. Als eine solche Technik ist in der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 10613/1996 ein Adsorbens mit einer höheren Ausgangstemperatur für die KW-Desorption offenbart, die erreicht wird, indem ein Zeolith zumindest eine Art eines Ions eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthalten kann. In der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 10566/1996 ist ebenfalls offenbart, dass ein Katalysator-Adsorbens, das zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall und ein Zeolith ebenfalls zu einer höheren Ausgangstemperatur für die KW-Desorption führen können, indem das Zeolith zumindest eine Art eines Ions eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthalten kann.
Als anderes Mittel zur Minimierung dieser Zeitspanne kann eine Technik erwähnt werden, welche den Temperaturanstieg des Adsorbens verlangsamt. So offenbart z. B. US-A-5315824 (entspricht der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 5-59942) einen KW-Kaltentferner, der ein KW-Adsorbens in der Form eines mit einem monolithischen Träger beschichtetens Zeoliths und einen Dreiweg-Katalysator, der stromauf des Adsorbens angeordnet ist, umfasst. In dieser Vorrichtung wird der Temperaturanstieg des KW-Adsorbens insofern verlangsamt, als der Dreiweg-Katalysator, der stromauf des KW-Adsorbens angeordnet ist, die Wärme des Abgases adsorbiert und auf diese Weise die Temperatur des Gases am Adsorbens-Einlass über einen relativ langen Zeitraum niedrig gehalten wird. Stromab des Adsorbens befindet sich ein Katalysator zum Oxidieren von KW und CO.
Das in der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 8-10613 offengelegte Adsorbens und der in der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 8-10566 offengelegte Katalysator weisen natürlich eine höhere Ausgangstemperatur für die KW-Desorption auf als ein herkömmliches, Zeolith verwendendes Adsorbens. Das Problem dabei liegt aber darin, dass sie nur über eine nicht ausreichende Wärmebeständigkeit verfügen und somit leicht einen Wärmeschaden erleiden. Weiters kann die in der Japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 5-59942 offengelegten Technik zeitweise den beabsichtigten Effekt einer Verlangsamung des Temperaturanstiegs des KW-Adsorbens nicht in ausreichender Weise umsetzen, da auf Volumen oder Wärmekapazität des stromauf des KW-Adsorbens angeordneten Katalysators in keinster Weise eingegangen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich obiger Ausgangssituation zu Ende geführt und beabsichtigt, ein System zur Abgasreinigung bereitzustellen, in welchem die Wärmebeeinträchtigung des Adsorbens reduziert wird, da ein Adsorbens mit einer höheren Ausgangstemperatur für die KW-Desorption verwendet und da die auf dem Adsorbens aufgebrachte Wärmebelastung mittels Verwendung eines bestimmten Mittels verringert wird.
Gemäß vorliegender Erfindung ist ein System zur Abgasreinigung bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 1 oder 14 verwendeten Abgasreinigungssystems.
2 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 2 verwendeten Abgasreinigungssystems.
3 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 3 verwendeten Abgasreinigungssystems.
4 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 4 verwendeten Abgasreinigungssystems.
5 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 5 verwendeten Abgasreinigungssystems.
6 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 6 verwendeten Abgasreinigungssystems.
7 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 7 verwendeten Abgasreinigungssystems.
8 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 8 verwendeten Abgasreinigungssystems.
9 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 9 verwendeten Abgasreinigungssystems.
10 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 10 verwendeten Abgasreinigungssystems.
11 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 11 verwendeten Abgasreinigungssystems.
12 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 12 verwendeten Abgasreinigungssystems.
13 ist eine schematische Darstellung des in Beispiel 15 verwendeten Abgasreinigungssystems.
14 ist eine schematische Darstellung des im Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Abgasreinigungssystems.
15 ist eine schematische Darstellung des im Vergleichsbeispiel 2 verwendeten Abgasreinigungssystems.
16 ist eine schematische Darstellung des im Vergleichsbeispiel 3 verwendeten Abgasreinigungssystems.
17 ist eine Darstellung eines elektrisch erwärmten Katalysators.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Zuerst wird das erste System zur Abgasreinigung beschrieben. Das erste Abgasreinigungssystem ist im Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors vorgesehen und umfasst:
ein Adsorbens, um darauf den KW, der im vom Motor abgegebenen Abgas vorhanden ist, zu adsorbieren, sowie
einen beladenen Träger mit einem bestimmten Volumen, der stromauf des Adsorbens in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist.
In diesem System dient der beladene Träger vorrangig dazu, die Wärmebelastung, die auf das stromab davon bereitgestellte Adsorbens wirkt, zu reduzieren, d. h. die Wärme des Abgases wird vom beladenen Träger adsorbiert, wobei der exzessive Temperaturanstieg des stromab befindlichen Adsorbens verhindert und somit eine Wärmebeeinträchtigung des Adsorbens unterdrückt wird.
Das im ersten Abgasreinigungssystem verwendete Adsorbens wird gebildet, indem auf einen monolithischen Träger (1) ein Zeolith aufgeladen ist, das zumindest eine Art eines Ions eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthält (das Zeolith wird nachfolgend als "ionenhältiges Zeolith" bezeichnet), sowie (2) ein Katalysatormaterial, das dadurch gebildet ist, dass zumindest eine Art eines aus Pt, Pd und Rh ausgewählten Edelmetalls auf einem wärmebeständigen anorganischen Oxid aufgeladen ist.
Ein Ion eines Elements mit einer großen Elektronennegativität zieht mit Leichtigkeit ein Ion oder Ionen an; somit ermöglicht die Gegenwart des Ions im Zeolith eine starke Wechselwirkung zwischen den KW-Molekülen; aus diesem Grund besitzt das Zeolith ein größeres Adsorptionsvermögen für KW, adsorbiert eine größere Menge KW und zeigt somit eine höhere Temperatur, bei welcher die Desorption von KW einsetzt.
Das Ion eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr umfasst Ionen von Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Pt, Au, etc. Ist das obige Ion zumindest eine Art eines Ions eines aus der Elementgruppe 1B ausgewählten Elements (Cu, Ag und Au) der Tabelle des Periodensystems und kann es somit in Zeolith vorhanden sein, so kann das Ion hohes Adsorptionsvermögen für KW selbst bei Feuchtigkeit zeigen und verfügt darüber hinaus über katalytische Aktivität bei Temperaturen von 150°C und mehr. Von diesen Ionen der 1B-Elemente sind Cu und Ag bevorzugt, wobei das Ag-Ion insbesondere bevorzugt ist, da es eine größere Menge KW selbst bei höheren Temperaturen adsorbieren kann. Weiter zeigt das Ag-Ion selbst bei fehlendem O₂ dasselbe Adsorptionsvermögen, wie wenn O₂ vorhanden ist; somit demonstriert das Ag-Ion exzellentes Adsorptionsvermögen, selbst wenn es z. B. einer treibstoffreichen Atmosphäre im Abgassystem eines Automobils ausgesetzt wird.
Ist es möglich, dass das Ag- und das Cu-Ion gemeinsam im Zeolith vorhanden sein können, so wird dadurch sowohl der Effekt von höherem Adsorptionsvermögen durch das Ag-Ion sowie der Effekt von höherem Adsorptionsvermögen und höherer katalytischer Aktivität durch das Cu-Ion bewirkt; somit kann eine exzellente Reinigungsfähigkeit in einem breiten Temperaturbereich von niedrigen bis zu hohen Temperaturen erzielt werden. Weiters kann die Gegenwart dieser beiden Ionenarten die Anhäufung der jeweiligen Ione verhindern, wodurch sich die Wärmebeständigkeit verbessert.
Ist die Ionenmenge im Zeolith nur gering, so ist auch der Effekt auf den Anstieg der Ausgangtemperatur für die KW-Desorption nur gering. Aus diesem Grund liegt die Ionenmenge vorzugsweise bei 20% oder mehr, insbesondere bei 40% oder mehr basierend auf den Al-Atomen im Zeolith.
Kann das Zeolith im o. a. Ion vorhanden sein, so kann in diesem Zusammenhang geeigneterweise Zeolith mit einem hohen Siliciumdioxid-Gehalt mit einem SiO₂/Al₂O₃-Molverhältnis von 40 oder mehr, bevorzugt 70 oder mehr, und insbesondere 100 oder mehr, in Hinblick auf die Wärmebeständigkeit verwendet werden. Ist es möglich, das Ion mittels eines Ionentausch-Verfahrens auf ein Zeolith aufzuladen, so weist das Zeolith eher ein kleineres SiO₂/Al₂O₃-Molverhältnis auf; dennoch wird bevorzugterweise Zeolith mit einem hohen Siliciumoxid-Gehalt (silicia) verwendet, um Wärmebeeinträchtigung des Zeoliths zu verhindern.
Spezielle Beispiele für Zeolith, das hierfür eingesetzt werden kann, sind ZSM-5, USY, β-Zeolith, ein Metallosilikat, Ferrierit, Mordenit und Erionit. Diese Zeolithe können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
So ist z. B. ZSM-5 mit relativ kleinen Poren von etwa 0,55 nm Durchmesser für die Adsorption von kleinmolekularen KW mit einem effektiven Toluol-Molekulardurchmesser oder kleiner vorteilhaft; USY mit relativ großen Poren von etwa 0,74 nm Durchmesser ist für die Adsorption von KW-Großmolekülen mit einem effektiven m-Xylen-Molekulardurchmesser oder größer sehr gut geeignet; und β-Zeolith, das bimodale Poren von etwa 0,55 nm und etwa 0,70 nm Durchmesser aufweist, ist insofern günstig, als es relativ gut sowohl klein- als auch KW-Großmoleküle adsorbieren kann.
Somit ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Zeolithen mit unterschiedlichen Porendurchmessern in einer beliebigen Kombination die effiziente Adsorption verschiedener Kohlenwasserstoffe mit unterschiedlichen effektiven Molekulardurchmessern. Wird eine Vielzahl verschiedener Zeolithe in Kombination verwendet, so können sie in einem gemischten Zustand oder in laminierten Schichten auf einem monolithischen Träger aufgeladen sein, oder sie können von einander getrennt auf unterschiedlichen Teilen (z. B. den stromauf und stromab gelegenen Teilen) eines monolithischen Trägers aufgeladen sein; oder können auf entsprechenden monolithischen Träger aufgeladen sein und die beladenen Träger können mit einander kombiniert verwendet werden.
Das Katalysatormaterial, das gemeinsam mit dem ionenhältigen Zeolith auf einen monolithischen Träger aufgeladen werden soll, wird dadurch gebildet, dass zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall auf einem wärmebeständigen anorganischen Oxid aufgeladen ist. Von diesen Edelmetallen wird Pd aufgrund seiner exzellenten Eigenschaft des Anspringens bei niedriger Temperatur bevorzugt. Erwünschterweise ist zumindest ein Teil des Katalysatormaterials ein Material, das durch das Aufladen von Pd auf ein wärmebeständiges anorganisches Oxid in einer Menge von 1–30 Gew.-%, vorzugsweise 2–10 Gew.-% basierend auf dem anor-ganischen Oxid gebildet ist.
Als wärmebeständiges anorganisches Oxid, auf welchem ein Edelmetall/Edelmetalle aufgeladen ist/sind, kann geeigneterweise aktives Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Siliziumoxid (silicia), Titandioxid, etc. verwendet werden. Davon sind aktives Aluminiumoxid und/oder Zirconiumdioxid in Hinblick auf die Wechselwirkung mit dem/den Edelmetall/en bevorzugt. Wird ein aktives Aluminiumoxid mit einer spezifischen Oberfläche von 100 m²/g oder mehr verwendet, so ist ein Edelmetall/sind Edelmetalle darauf in höchst zerstreutem Zustand darauf aufgeladen, wodurch vorzugsweise katalytische Aktivität ausgeprägt ist. Wird Zirconiumdioxid in Kombination mit Rh verwendet, so sorgt dies insbesondere in einer oxidierenden Atmosphäre für verbesserte Wärmbeständigkeit.
Dem wärmebeständigen anorganischen Oxid wird gewöhnlich ein Seltenerdmetalloxid zugegeben, ein Verbundoxid aus Seltenerdmetalloxiden oder ein Verbundoxid aus einem Seltenerdmetalloxid und Zirconiumdioxid. Als Seltenerdmetalloxid, das dem wärmebeständigen anorganischen Oxid zugegeben werden soll, kann vorteilhaft CeO₂, La₂O₃, ein Verbundoxid davon, etc. verwendet werden. Die Zugabe eines solchen Seltenerdmetalloxids stellt einen Katalysator mit höherer Speicherfähigkeit von Sauerstoff (OSC) bereit und bewirkt eine breitere Wirkung des Dreiweg-Katalysators.
Die Zugabe eines solchen Seltenerdmetalloxids zu einem wärmebeständigen anorganischen Oxid, so z. B. die Zugabe von CeO₂ zu aktivem Aluminiumoxid, kann so erfolgen, dass dem aktiven Aluminiumoxid ein CeO₂-Pulver zugesetzt wird. Sie kann aber auch insbesondere dadurch erfolgen, dass das aktive Aluminiumoxid mit einer Cerium-Verbindung imprägniert wird, das imprägnierte Aluminiumoxid kalziniert wird, um ein aktives Aluminiumoxid-Ceroxid-Verbundoxid zu bilden, und diesem bei Bedarf ein CeO₂-Pulver zugesetzt wird, da dieser Vorgang die Wärmebeständigkeit des aktiven Aluminiumoxids sowie die OSC des Ceroxids verbessern kann. Nebenbei gesagt, wird einem wärmebeständigen anorganischem Oxid besser kein CeO₂ zugegeben, wenn auf dem anorganischen Oxid Rh aufgeladen ist, da die Rh-Eigenschaften durch die Koexistenz mit dem CeO₂ beeinträchtigt werden.
Der monolithische Träger, auf welchen das ionenhältige Zeolith und das Katalysatormaterial aufgeladen werden sollen, ist eine Struktur mit Durchlässen (Zellen), die von im Wesentlichen einheitlichen Trennwänden umgeben sind; diese Struktur wird im Allgemeinen als Wabenstruktur bezeichnet. Als Material für den monolithischen Träger werden geeigneterweise Keramikmaterialien aus Cordierit, Mullit oder dergleichen verwendet; folienartige metallische Materialien aus wärmebeständigem Edelstahl (z. B. Fe-Cr-Al-Legierung); sowie metallische Materialien, die mittels Pulvermetallurgie in eine Wabenstruktur geformt werden.
Das ionenhältige Zeolith und das Katalysatormaterial sind auf dem monolithischen Träger in Hinblick auf ihren gegenseitigen Kontakt in dem sich ergebenden Adsorbens vorzugsweise in einem gemischten Zustand aufgeladen; sie werden jedoch in Hinblick auf die Beständigkeit des Adsorbens vorzugsweise in laminierten Schichten aufgeladen. Werden sie in laminierten Schichten aufgetragen, so ist die Oberflächenschicht vorzugsweise eine Schicht des Katalysatormaterials, da auf diese Weise der vom ionenhältigen Zeolith desorbierte KW effektiv durch die Oberflächenschicht, die eine Schicht aus dem Katalysatormaterial ist, gereinigt werden kann. Im ersten Abgasreinigungssystem wird, wenn das Adsorbens mittels Aufladen des ionenhältigen Zeoliths und des Katalysatormaterials in laminierten Schichten gebildet ist und stromab des Adsorbens kein Katalysator bereitgestellt ist, der vom ionenhältigen Zeolith des Adsorbens desorbierte KW nur durch das Katalysatormaterial des Adsorbens gereinigt; in diesem Fall ist es somit erforderlich, dass die Schicht aus Katalysatormaterial als Oberflächenschicht des Adsorbens gebildet wird.
Der stromauf des Adsorbens bereitgestellte beladene Träger wird gebildet, indem auf einem monolithischen Träger eine Katalysator-Komponente mit einer Reinigungs-fähigkeit für die schädlichen Substanzen aufgeladen ist, die im von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas vorhanden sind, und/oder eine Adsorbens-Komponente mit einem Adsorptionsvermögen für die ebenfalls im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Der beladene Träger ist in Bezug auf seine Anzahl nicht limitiert, muss aber in einem Gesamtvolumen von etwa 0,6 l oder mehr, vorzugsweise etwa 1,0 l oder mehr, vorhanden sein. Nebenbei bezieht sich in der vorliegenden Erfindung das Volumen des beladenen Trägers auf ein Volumen des im beladenen Träger verwendeten monolithischen Trägers, wie dies durch seinen Umfang definiert ist, einschließlich der Durchlässe (Zellen), die im Träger gebildet sind. Da das im Adsorbens verwendete ionenhältige Zeolith eine hohe Ausgangstemperatur für die KW-Desorption aber keine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweist, ist der beladene Träger mit einem wie zuvor angeführten Gesamtvolumen stromauf des Adsorbens bereitgestellt, um die auf das Adsorbens einwirkenden Wärmebelastung zu verringern. Beträgt das Gesamtvolumen des beladenen Trägers weniger als 0,6 l, so ist die Wärmebelastung des Adsorbens nicht ausreichend reduziert und die Wärmebeeinträchtigung des Adsorbens kann nicht effektiv unterdrückt werden.
Der beladene Träger kann ein Katalysator sein, der sich durch das Aufladen einer Katalysator-Komponente allein auf einen monolithischen Träger ergibt, oder ein Adsorbens, das durch das Aufladen einer Adsorbens-Komponente allein auf einen monolithischen Träger gebildet wird, oder ein Katalysator-Adsorbens, das durch Aufladen einer Katalysator-Komponente und einer Adsorbens-Komponente auf einen monolithischen Träger gebildet wird, oder einer beliebigen Kombination davon in einem Gesamtvolumen von 0,6 l oder mehr. Der beladene Träger reduziert nicht nur die auf das Adsorbens einwirkende Wärmebelastung, sondern zeigt auch katalytische Aktivität und/oder eine Adsorption durch sich selbst.
Ist der beladene Träger ein Katalysator oder ein Katalysator-Adsorbens, so kann er zu einem frühen Zeitpunkt anspringen, da er an der am weitesten stromauf gelegenen Position des ersten Systems bereitgestellt ist, wo die Temperatur des Abgases hoch ist, wobei die im Abgas vorhandenen schädlichen Substanzen in einer effektiven Weise gereinigt werden können. Ist der beladene Träger ein Adsorbens oder ein Katalysator-Adsorbens, so verfügen der beladene Träger und das davon stromab bereitgestellte Adsorbens über eine große Adsorptionskapazität für KW. Damit der beladene Träger an sich ausreichend wirkt, verfügt der beladene Träger vorzugsweise über ein Gesamtvolumen von 1,5 l oder mehr. Damit der beladene Träger diesen Effekt über einen langen Zeitraum zeigen kann, verfügt der beladene Träger vorzugsweise über ein Gesamtvolumen von 2,0 l oder mehr.
Aufgrund der katalytischen Aktivität und/oder des Adsorptionsvermögen des beladenen Trägers und der Wirkung des Adsorbens, dessen Wärmebelastung durch den beladenen Träger reduziert wird, kann das erste Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung über einen langen Zeitraum eine exzellente Reinigungs fähigkeit für die schädlichen Substanzen zeigen, die im vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthalten sind, insbesondere für die KW, die während des Kaltstartens des Motors abgegeben werden.
Ist der beladene Träger ein Adsorbens oder ein Katalysator-Adsorbens, so kann die auf dem monolithischen Träger aufgeladene Adsorbens-Komponente ein Zeolith oder eine Kombination einer Vielzahl von Zeolithen sein, wie dies im zuvor erwähnten, stromab des beladenen Trägers bereitgestellten Adsorbens der Fall ist. Das/die Zeolith/e kann/können der/die gleiche/n Zeolith/en sein wie im stromab des geladenen Trägers bereitgestellten Adsorbens, oder es/sie kann/können andere Zeolithen sein. Weiters kann/können das/die Zeolith/e gemeinsam mit einem Katalysatormaterial vorhanden sein, das gebildet wird, indem ein Edelmetall auf einem wärmebeständigen anorganischen Oxid aufgeladen ist, oder es kann ein Edelmetall darin enthalten sein. Das Adsorbens oder Katalysator-Adsorbens, das an der stromauf gelegenen Position des ersten Abgasreinigungssystems als beladener Träger verwendet wird, muss somit wärmebeständig sein; aus diesem Grund sollte das Adsorbens oder Katalysator-Adsorbens als Adsorbens-Komponente kein ionenhäitiges Zeolith mit geringer Wärmebeständigkeit enthalten, wie dies im stromab des beladenen Trägers bereitgestellten Adsorbens verwendet ist. Um Wärmebeständigkeit zu gewährleisten, besitzt/besitzen das/die im Adsorbens oder Katalysator-Adsorbens enthaltene/n Zeolith/en vorzugsweise ein hohes SiO₂/Al₂O₃-Molverhältnis.
Ist der beladene Träger ein Katalysator oder ein Katalysator-Adsorbens, so kann währenddessen die auf dem monolithischen Träger aufgeladene Katalysator-Komponente zumindest ein aus Pt, Pd, Rh, etc. ausgewähltes Edelmetall sein, wobei Pd dabei besonders bevorzugt wird. Vorzugsweise enthält zumindest einer der vielen Katalysatoren oder Katalysator-Adsorbentia Rh als Katalysator-Komponente, um auf diese Weise nicht nur den während des Kaltstarts ausgestoßenen KW sondern auch NO_x zu reduzieren. Das/die Nobelmetall/e kann/können verwendet werden, indem sie auf ein wärmebeständiges anorganisches Oxid aufgeladen werden, wie dies bei dem im stromab des beladenen Trägers bereitgestellten Adsorbens verwendeten Katalysatormaterial der Fall ist. In diesem Fall kann dem wärmebeständigen anorganischen Oxid ein Seltenerdmetalloxid, ein Verbundoxid aus Seltenerdmetalloxiden oder ein Verbundoxid eines Seltenerdmetalloxids und Zirconiumdioxid zugegeben werden, damit der beladene Träger über gesteigerte Sauerstoffspeicherungskapazität (OSC) verfügt. Der Katalysator oder das Katalysator-Adsorbens als beladener Träger, die an der stromauf gelegenen Position des ersten Systems als beladene Träger bereitgestellt sind, sind vorzugsweise in der unmittelbaren Umgebung des Motors angeordnet, wo die Abgastemperatur hoch ist, z. B. innerhalb von 1.000 mm der Auspufföffnung des Motors, um auf diese Weise eine hohe Reinigungseffizienz zu erzielen.
Ist der beladene Träger ein Katalysator-Adsorbens, so kann dieser gebildet werden, indem eine Katalysator-Komponente und eine Adsorbens-Komponente in einem gemischten Zustand oder in laminierten Schichten auf einen monolithischen Träger aufgeladen werden, wie dies im stromab des beladenen Trägers bereitgestellten Adsorbens der Fall ist, das dadurch gebildet ist, dass ionenhältiges Zeolith und ein Katalysatormaterial auf einem monolithischen Träger aufgeladen werden.
Im nächsten Schritt folgt eine Beschreibung des zweiten Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ähnlich dem ersten Abgasreinigungssystem ist das zweite Abgasreinigungssystem im Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet und umfasst:
ein Adsorbens, das ionenhältiges Zeolith verwendet, und
einen beladener Träger mit einem bestimmten Volumen, der stromauf des Adsorbens in der Strömungsrichtung des vom Motor abgegebenen Abgases bereitgestellt ist.
Das zweite System unterscheidet sich jedoch vom ersten System geringfügig in der Zusammensetzung des Adsorbens.
D. h im Adsorbens des zweiten Systems ist zumindest eine Art eines Edelmetalls nicht auf einem wärmebeständigen anorganischen Oxid aufgeladen, wie dies im Adsorbens des ersten Systems der Fall ist, sondern ist im Zeolith gemeinsam mit zumindest einer Art eines Ions eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthalten. Die zumindest eine Art des Edelmetalls ist aus Pt, Pd und Rh ausgewählt, wobei Pd aufgrund seiner exzellenten Anspringeigenschaften bei niedrigen Temperaturen besonders bevorzugt ist.
Die Art des im Adsorbens des zweiten Systems verwendeten Zeoliths ist dieselbe wie jene im Adsorbens des ersten Systems. Auch im zweiten System dient der beladene Träger vorrangig dazu, die auf das stromab davon bereitgestellten Adsorbens einwirkende Wärmebelastung zu reduzieren; auch besitzt er dieselbe Zusammensetzung wie der beladene Träger des ersten Systems.
Danach folgt eine Beschreibung des dritten Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ähnlich dem ersten Abgasreinigungssystem ist das dritte Abgasreinigungssystem im Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet und umfasst:
ein Adsorbens, das ionenhältiges Zeolith verwendet, und
einen beladener Träger mit einem bestimmten Volumen, der stromauf des Adsorbens in der Strömungsrichtung des vom Motor abgegeben Abgases bereitgestellt ist.
Das Adsorbens des dritten Systems muss aber kein Edelmetall enthalten, wie dies in den Adsorbentia des ersten und zweiten Systems erforderlich war. Im dritten System dient das Adsorbens unter Verwendung eines ionenhältigen Zeoliths im Grunde genommen nur der KW-Adsorption, und der vom Adsorbens desorbierte KW wird durch einen stromab des Adsorbens bereitgestellten Katalysator gereinigt.
Der stromab des ionenhältiges Zeolith verwendenden Adsorbens bereitgestellte Katalysator ist dadurch gebildet, indem auf einem monolithischen Träger ein Katalysatormaterial aufgeladen ist, das gebildet wird, indem zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall auf einem wärmebeständigen anorganischen Oxid aufgeladen ist. Die Details des im Katalysator verwendeten Katalysatormaterials sind die gleichen wie jene des im Adsorbens des ersten Systems verwendeten Katalysatormaterials. Das Adsorbens und der stromab davon bereitgestellte Katalysator werden herkömmlicherweise unter Verwendung getrennter monolithischer Träger hergestellt; das Adsorbens und der Katalysator können jedoch einstückig ausgebildet sein, indem ionenhältiges Zeolith und ein Katalysatormaterial getrennt voneinander auf einem monolithischen Träger aufgeladen werden, d. h. auf den Positionen stromauf und stromab des monolithischen Trägers.
Die Art des im Adsorbens des dritten Systems verwendeten Zeoliths ist dieselbe wie jene, das im Adsorbens des ersten Systems zur Anwendung kommt. Im dritten System dient der beladene Träger ebenfalls primär dazu, die Wärmebelastung, die auf das stromab davon bereitgestellte Adsorbens einwirkt, zu reduzieren, und dieser Träger besitzt die gleiche Zusammensetzung wie der beladene Träger des ersten Systems.
Bei der Herstellung von Adsorbentia, beladenen Trägern, etc., aus denen die ersten bis dritten Abgasreinigungssysteme bestehen, wird, wenn zumindest eine Art des Edelmetalls in einem wärmebeständigen anorganischen Oxid oder einem Zeolith vorhanden sein darf, bevorzugt, dass ein wärmebeständiges anorganisches Oxid oder ein Zeolith zumindest eine Art des Edelmetalls enthalten kann und danach das sich ergebende Material auf einen monolithischen Träger aufgeladen wird, da durch dieses Verfahren ein Adsorbens, ein beladener Träger oder dergleichen mit jeweils größerer Wärmebeständigkeit erzeugt werden kann. Für die Herstellung des an der stromab gelegenen Position jedes Systems bereitgestellten Adsorbens, etc., für welches keine hohe Wärmebeständigkeit erforderlich ist, kann das einfache Verfahren eingesetzt werden, nach welchem zuerst ein wärmebeständiges anor ganisches Oxid oder ein Zeolith auf einen monolithischen Träger aufgeladen werden und danach das sich ergebende Material in eine Edelmetallösung getaucht wird, um das Material mit einen Edelmetall zu imprägnieren.
Ist es möglich, dass zwei oder mehrere Arten von Edelmetallen oder zwei oder mehrere Arten von Ionen von Elementen mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr im Zeolith vorhanden sein können, so können die Edelmetalle oder Ionen jeweils in einem anderen Zeolith vorhanden sein (wobei diese Zeolithe zur selben oder zu verschiedenen Arten gehören können), danach können die sich ergebenden Materialien auf einen monolithischen Träger aufgeladen werden; alternativ dazu können die Edelmetalle oder Ionen gleichzeitig oder in einer Reihenfolge im Zeolith vorhanden sein, und das sich ergebende Material kann auf einen monolithischen Träger aufgeladen werden.
Die zumindest eine Ionenart kann im Zeolith aufgrund von Ionenaustausch, Imprägnierung oder eines anderen Verfahrens vorhanden sein. Davon ist der Ionenaustausch in Hinblick auf die Wärmestabilität des sich ergebenden Adsorbens bevorzugt. Kann eine Vielzahl von Ionen von Elementen mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr im Zeolith vorhanden sein, so können alle Ionen aufgrund eines Verfahrens oder zweier oder mehrerer unterschiedlicher Verfahren vorhanden sein.
Ist das Ion aufgrund von Ionenaustausch im Zeolith vorhanden, so kann die Ionenaustauschrate dadurch gesteigert werden, dass die Konzentration der für den Ionenaustausch verwendeten Metallsalzlösung erhöht wird, oder indem der Ionenaustausch über einen längeren Zeitraum läuft. Wird Ionenaustausch über einen bestimmten Zeitraum mit einer Metallsalzlösung einer bestimmten Konzentration durchgeführt, und erfolgt nach einer Filtration der Ionenaustausch erneut auf ähnliche Weise, wobei eine neue Metallsalzlösung verwendet wird, so kann die Ionenaustauschrate gesteigert werden, indem der Ionenaustausch mit der neuen Lösung verlängert wird.
Im ersten bis zum dritten Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung können, selbst wenn das Adsorbens, das ionenhältiges Zeolith verwendet, ein Edelmetall oder Edelmetalle enthält, oder wenn stromab des Adsorbens ein Katalysator bereitgestellt ist, diese Systeme sich in ihrer katalytischen Gesamtmenge als nicht ausreichend erweisen. Somit ist zumindest einer der Vielzahl von beladenen Trägern, die an der stromauf gelegenen Position jedes Systems bereitgestellt sind, vorzugsweise ein Katalysator oder ein Katalysator-Adsorbens, vorzugsweise insbesondere ein Katalysator. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle beladenen Träger Katalysatoren.
Damit das vorliegende Abgasreinigungssystem während des gleichmäßigen Motorbetriebs nach dem Aufwärmen des Motors eine höhere Reinigungsfähigkeit aufweist, kann stromab des Adsorbens (das ionenhältiges Zeolith verwendet) im ersten oder zweiten System bzw. stromab des stromab des Adsorbens (das ionenhältiges Zeolith verwendet) bereitgestellten Katalysators im dritten System ein Katalysator bereitgestellt sein.
In den ersten bis dritten Systemen zur Abgasreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn stromab des ionenhältiges Zeolith verwendenden Adsorbens oder stromab des als Adsorbens oder Katalysator-Adsorbens verwendeten beladenen Trägers ein Katalysator bereitgestellt ist, bevorzugt, dass (1) das Adsorbens oder der beladene Träger einen Abschnitt mit geringem Druckverlust aufweisen, indem die Länge oder Porosität eines Teils des Adsorbens oder beladenen Trägers verändert sind, oder (2) im Adsorbens oder beladenen Träger ein Durchblasloch mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser der Durchlässe (Zellen) des monolithischen Trägers vorhanden ist, damit auf diese Weise ein Teil des Abgases durch das Loch durchblasen kann, weil (1) oder (2) das Aufwärmen des stromab des Adsorbens oder des beladenen Trägers bereitgestellten Katalysators beschleunigen und somit die Reinigungseffizienz des desorbierten KW erhöht wird.
Der Durchmesser des Durchblaslochs beträgt hinsichtlich der Festigkeit des Trägers vorzugsweise 50 mm oder weniger; der Durchmesser beträgt insbesondere 40 mm oder weniger, um zu verhindern, dass aufgrund dessen, dass eine enorme Menge an Abgas durchgeblasen wird, die KW-Adsorption verringert wird. Im Gegenteil dazu wärmt sich, wenn der Durchmesser des Durchblaslochs zu klein ist, der stromab des Adsorbens oder beladenen Trägers bereitgestellte Katalysator nicht ausreichend auf. Somit beträgt der Durchmesser vorzugsweise 10 mm oder mehr.
In den ersten drei Abgasreinigungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch bevorzugt, dass zumindest ein elektrisches Heizgerät (nachfolgend als "EH" bzeichnet) in derselben Auspuffleitung angeordnet ist, um den Katalysator früh aktivieren zu können. Das EH besteht vorzugsweise aus einer Wabenstruktur aus einem wärmebeständigen Metall (z. B. Ferrit) sowie Elektroden, die in Hinblick auf Druckverlust und Wärmebeständigkeit an der Wabenstruktur für deren Elektrifizierung angebracht sind. Dieses EH wird vorzugsweise in der Form eines elektrisch beheizten Katalysators (hierin nachfolgend als "EHC" bezeichnet) verwendet, der das EH und eine darauf ausgebildete Katalysatorschicht umfasst, welche wiederum aus einem ein Edelmetall enthaltenden, wärmebeständigen anorganischen Oxid besteht, weil mit dem EHC die für das Beheizen des EH erforderliche Elektrizität aufgrund der Reaktionswärme des Katalysators reduziert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Abgasreinigungssystems kann der EHC stromauf des Systems bereitgestellt sein, um das Aufwärmen des Systems zu beschleunigen, oder er ist stromab des Adsorbens bereitgestellt, das ein ionenhältiges Zeolith verwendet, weil auf diese Weise die Reinigung des vom Adsorbens desorbierten KW sichergestellt ist.
Indem während des Kaltstarts des Motors unter Verwendung des vorliegenden Abgasreinigungssystems die Abgase gereinigt werden, wenn über einen bestimmten Zeitraum während des Kaltstarts ein Oxidationsgas (z. B. Sekundärluft) in das Abgas eingeleitet oder das Verhältnis der Luftmenge für die Verbrennung und der Treibstoffmenge geändert wird, so dass der Sauerstoffanteil im Abgas erhöht wird, so wird dadurch die Verbrennungsreaktion auf dem Katalysator gefördert und man erreicht ein frühes Anspringen des Katalysators. Das obig erwähnte Einleiten eines oxidierenden Gases oder das Verändern des Verhältnisses zwischen Luftmenge für die Verbrennung und Treibstoffmenge zur Steigerung der Sauerstoffzufuhr wird insofern bevorzugt, als der auf dem Adsorbens adsorbierte KW mit dem Temperaturanstieg des Adsorbens, der durch die Wärme des Abgases herbeigeführt wird, zu desorbieren beginnt, sich die KW-Konzentration im Abgas erhöht und der für die Reinigung (Verbrennung) des KW erforderliche Sauerstoff knapp wird.
Das vorliegende System zur Reinigung von Abgasen funktioniert zufriedenstellend, indem ein System auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird. In einem zweigruppigen Motor kann jedes System (insgesamt zwei Systeme) auf jede Gruppe angewendet werden.
Im vorliegenden System zur Abgasreinigung ist zumindest ein beladener Träger mit einem bestimmten Gesamtvolumen stromauf eines Adsorbens, das mit einem ionenhältigen Zeolith arbeitet, bereitgestellt, um die auf das Adsorbens einwirkende Wärmebelastung zu reduzieren. Diese Verringerung der Wärmebelastung kann auch durch andere Verfahren erzielt werden, so z. B. (1) indem das Adsorbens an einer so weit wie möglich vom Verbrennungsmotor entfernten Position bereitgestellt wird, oder (2) indem ein Kühlmittel (Wasser- oder Luftkühlung) zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Adsorbens eingerichtet wird. Dennoch stellt die Verfahrensweise der vorliegenden Erfindung, nämlich das Vorsehen eines beladenen Trägers, der eine Katalysator-Komponente und/oder eine Adsorbens-Komponente stromauf eines Adsorbens enthält, das ein ionenhältiges Zeolith verwendet, die am meisten bevorzugte Methode dar, da sie auf diese Weise nicht nur die auf das Adsorbens einwirkende Wärmebelastung verringert, sondern sich auch den Effekt des beladenen Trägers an sich, d. h. den Reinigungs- und/oder Adsorptionseffekt, zu Nutze macht. In der vorliegenden Erfindung können das Verfahren (1) und/oder das Verfahren (2) in Kombination mit dem vorliegenden System eingesetzt werden, um eine höhere Reduktion der auf das Adsorbens einwirkenden Wärmebelastung zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend detaillierter an Hand von Beispielen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese Beispiele beschränkt.
Herstellung von Katalysatoren
Ein herkömmliches γ-Al₂O₃ mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m²/g wurde mit einem Edelmetall (Pd oder Rh) unter Verwendung einer wässrigen Pd(NO₃)₂ Lösung oder einer wässrigen Rh(NO₃)₃-Lösung imprägniert. Das sich ergebende Material wurde getrocknet und danach bei 500°C gebrannt, um ein Pd-beladenes Al₂O₃-Pulver sowie ein Rh-beladenes Al₂O₃-Pulver zu erhalten. Jedem dieser mit einem Edelmetall beladenen Al₂O₃-Pulver wurden geeignete Mengen an Wasser und Essigsäure zugegeben. Dem Pd-beladenen Al₂O₃-Pulver wurden weiters 30 Gew.-% CeO₂-Pulver zugesetzt. Jedes Gemisch wurde nasspulverisiert, um zwei Arten von aufzutragenden Aufschlämmungen zu erhalten, d. h. eine Pd-beladene Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung und eine Rh-beladene Al₂O₃-Aufschlämmung.
Von diesen aufzutragenden Aufschlämmungen wurde die Pd-beladene Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung auf einen von NGK Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 3,66 Zoll, Volumen: 0,5 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) in einer Pd-Menge von 100 g/ft³ aufgetragen. Der beschichtete Träger wurde daraufhin bei 500°C gebrannt, um den Katalysator A1 zu erhalten.
Die Pd-beladene Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung wurde auch auf einem von NKG Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 4,66 Zoll, Volumen: 1,0 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) in einer Pd-Menge von 100 g/ft³ aufgetragen. Der beschichtete Träger wurde bei 500°C gebrannt. Darauf wurde die Rh-beladene Al₂O₃-Aufschlämmung in einer Rh-Menge von 10 g/ft³ aufgetragen, wobei das resultierende Material bei 500°C gebrannt wurde, um den Katalysator A2 zu erhalten.
Herstellung von Adsorbentia
Geeignete Mengen an Wasser und Essigsäure wurden einem im Handel erhältlichen Zeolith-Pulver (H-Typ ZSM-5, SiO₂/Al₂O₃ = 120) zugesetzt. Dazu wurden 5 Gew.-% (als Oxid) eines Al₂O₃-Sols zugefügt. Das sich ergebende Gemisch wurde nasspulverisiert, um eine aufzutragende Aufschlämmung zu erzeugen. Die Aufschlämmung wurde auf einem von NGK Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 4,66 Zoll, Volumen: 1,0 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) in einer Pd-Menge von 100 g/ft³ aufgetragen. Der beschichtete Träger wurde bei 500°C gebrannt, um das Adsorbens B1 zu erzeugen.
Herstellung von Katalysator-Adsorbentia
Geeignete Mengen an Wasser und Essigsäure wurden einem im Handel erhältlichen Zeolith-Pulver (H-Typ ZSM-5, SiO₂/Al₂O₃ = 120) zugesetzt. Dazu wurden 5 Gew.-% (als Oxid) eines A₂O₃-Sols zugefügt. Das sich ergebende Gemisch wurde nasspulverisiert, um eine aufzutragende Aufschlämmung zu erzeugen. Die Aufschlämmung wurde auf einem von NGK Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 4,66 Zoll, Volumen: 1,0 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) aufgetragen. Der beschichtete Träger wurde bei 500°C gebrannt. Darauf wurde dieselbe Pd-beladene Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung wie oben [Herstellung der Katalysatoren] aufgetragen, gefolgt von einen Brennen bei 500°C, um das Katalysator-Adsorbens C1 zu erhalten.
Das Katalysator-Adsorbens C2 wurde in derselben Art und Weise erhalten wie das Katalysator-Adsorbens C1, nur dass im unbeschichteten monolithischen Träger ein Durchblasloch hergestellt wurde (der monolithische Träger wies nach dem Herstellen des Lochs ein Volumen von 0,95 l auf), indem ein zylindrischer Abschnitt des Trägers mit einem Durchmesser von 25 mm, dessen Mittelachse mit jener des Trägers identisch war und der sich in die axiale Richtung der Durchlässe (Zellen) des Träger erstreckte, ausgehöhlt wurde.
Herstellung von Adsorbentia, von denen jedes ionenhältiges Zeolith enthält
Drei Arten von in der Tabelle 1 dargestellten, ionenhältigen Zeolith-Pulvern wurde mittels Ionenaustausch wie folgt erhalten.
Erwünschte Mengen eines Zeolith-Pulvers, eines Metallsalzes und von entionisiertem Wasser wurde jeweils gewogen und vermischt, um eine Metallsalzkonzentration in Lösung von 0,05–0,2 Mol/l zu erhalten. Die sich ergebende Lösung wurde bei 80–90°C gehalten und 2 Stunden (pro Ionenaustausch) einem Ionenaustausch unterzogen, wobei sie gerührt wurde. Nach der Filtration wurde erneut ein Ionenaustausch mit einer neuen Lösung durchgeführt, wobei diese Filtration und der nachfolgende Ionenaustausch mit der neuen Lösung 3–5 Mal wiederholt wurden. Danach wurde die Lösung 15 Minuten lang (pro Waschung) mit entionisiertem Wasser bei 50°C gewaschen und danach gefiltert. Das Waschen und Abfiltrieren wurde 5–10 Mal durchgeführt. Das sich ergebende Material wurde bei 100°C 10 Stunden lang luftgetrocknet und danach in Luft bei 550°C 1 Stunde lang calciniert, um somit drei Arten von Zeolith-Pulvern zu erhalten, die jeweils einem Ionenaustausch mit einem erwünschten Ion unterzogen worden waren.
Tabelle 1
Jedem der obig erhaltenen Zeolith-Pulver wurden geeignete Mengen an Wasser und Essigsäure zugesetzt. Dazu wurden 5 Gew.-% (als Oxid) eines Al₂O₃-Sols zugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde nasspulverisiert, um drei Arten von aufzutragenden Aufschlämmungen zu erzeugen. Jede der Aufschlämmungen wurde auf einem von NGK Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 4,66 Zoll, Volumen: 1,0 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) aufgetragen. Jeder der beschichteten Träger wurde daraufhin bei 500°C gebrannt, um das Adsorbens D1 (das Ag-Ionen ausgetauschtes ZSM-5 enthält), das Adsorbens D2 (das Cu-Ionen ausgetauschtes ZSM-5 enthält) und das Adsorbens D3 (das Ag-Ionen ausgetauschtes β-Zeolith enthält) zu erhalten. in allen Adsorbentia betrug die Menge an beladenem Zeolith 0,15 g/cc.
Das Adsorbens D4 wurde auf dieselbe Art und Weise erhalten wie das Adsorbens D1, nur dass im unbeschichteten monolithischen Träger ein Durchblasloch hergestellt wurde (der monolithische Träger wies nach dem Herstellen des Lochs ein Volumen von 0,95 l auf), indem ein zylindrischer Abschnitt des Trägers mit einem Durchmesser von 25 mm, dessen Mittelachse mit jener des Trägers identisch war und der sich in die axiale Richtung der Durchlässe (Zellen) des Träger erstreckte, ausgehöhlt wurde.
Das Adsorbens D5 wurde erhalten, indem dieselbe Pd-beladene Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung wie oben [Herstellung von Katalysatoren] in einer Pd-Menge von 100 g/ft³ auf dem Adsorbens D1 aufgebracht und das sich ergebende Material bei 500°C gebrannt wurde.
Das Ag-Ionen ausgetauschte ZSM-5-Pulver wurde in eine wässrige Pd(NO₃)-Lösung eingetaucht und danach getrocknet und bei 500°C gebrannt, um ein Pd-beladenes, Ag-Ionen ausgetauschtes ZSM-5-Pulver zu erhalten. Dem Zeolith-Pulver wurden die geeigneten Mengen Wasser und Essigsäure beigemengt. Danach wurden 5 Gew.-% (als Oxid) Al₂O₃-Sol zugesetzt. Das sich ergebende Gemisch wurde nasspulverisiert, um eine aufzutragende Aufschlämmung zu erzeugen. Die Aufschlämmung wurde auf einem von NGK Insulators, Ltd. hergestellten monolithischen Cordierit-Träger (Durchmesser: 4,66 Zoll, Volumen: 1,0 l, Trennwanddicke: 6 mm, Zelldichte: 400 cpi²) aufgetragen. Anschließend wurde der beschichtete Träger bei 500°C gebrannt, um das Adsorbens D6 zu erhalten. Im Adsorbens betrug die Menge an beladenem Zeolith 0,15 g/cc; die Menge an beladenem Pd betrug 100 g/ft³, was dadurch erreicht wurde, dass die Konzentration der wässrigen Pd(NO₃)-Lösung zum Zeitpunkt des Eintauchens des Ag-Ionen ausgetauschten ZSM-5-Pulvers in die Lösung überwacht wurde.
Herstellung eines elektrisch beheizten Katalysators (EHC)
Ein Fe-Pulver, ein Cr-30-Al-Pulver (Gew.-%), ein Fe-50Al-Pulver (Gew.-%), ein Fe-20B-Pulver (Gew.-%) und ein Y₂O₃-Pulver (alle mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 44 um oder weniger) wurden vermischt, um eine Zusammensetzung aus Fe-18Cr-8Al-0,05B-0,5Y₂O₃ (Gew.-%) zu erhalten. Das sich ergebende Gemisch wurde daraufhin mit 4 g (pro 100 g des Gemisches) Methylzellulose (als organisches Bindemittel) und 1 g (auf derselben Basis) Ölsäure (als Oxidationsinhibitor) vermischt. Die sich ergebende, leicht formbare Kugel wurde daraufhin stranggepresst, um ein säulenartiges Wabenstrukturmaterial zu erhalten. Das Wabenstrukturmaterial wurde bei 90°C 16 Stunden luftgetrocknet und danach 2 Stunden lang bei 1.325°C in einer Wasserstoffatmosphäre zum Sintern gehalten. Das gesinterte Material wurde danach bei 1.150°C 30 Minuten lang in Luft wärmebehandelt, um eine Wabenstruktur zu erzeugen. Die Wabenstruktur wies eine Porosität von 3% auf.
Die auf diese Weise erhaltene Wabenstruktur mit einem Außendurchmesser von 93 mm, einer Dicke von 25 mm, einer Trennwanddicke von 0,1 mm und einer Zelldichte (quadratische Zellen) von 450 cpi² wurde danach mit einer Handsäge geschliffen, wie dies in 17 dargestellt ist, um sechs Schlitze 18 in einer Richtung parallel zu den Achsen der Wabenstrukturdurchlässe auszubilden, so dass die Anzahl der Zellen zwischen zwei benachbarten Schlitzen sieben betrug und die Wabenstruktur nach Ausbildung der Schlitze einen elektrischen Widerstand von 50 mΩ aufwies.
Danach wurde die Wabenstruktur mit derselben Pd-beladenen Al₂O₃·CeO₂-Aufschlämmung, wie zuvor verwendet [Herstellung von Katalysatoren], beschichtet, danach bei 500°C gebrannt, um so eine Katalysator-Schicht auszubilden, so dass die Menge an beladenem Pd 150 g/ft³ betrug. Das sich ergebende Material wurde mit Elektroden 20 versehen und in einem Gehäuse aus SUS angeordnet, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Material zwecks Isolierung ein Abstand festgelegt wurde, um somit einen elektrisch beheizbaren Katalysator (EHC) E1 fertig zu stellen. Dieser EHC besaß ein effektives Volumen von 0,13 l.
Zusammensetzung der Abgasreinigungssysteme
Die folgenden Abgasreinigungssysteme I bis XVII bestanden aus den zuvor erwähnten Katalysatoren, Adsorbentia, Katalysator-Adsorbentia und elektrisch beheizbaren Katalysatoren. In der nachfolgenden Beschreibung jedes System ist das numerische Symbol jedes in den 1 bis 16 verwendeten Katalysators, Adsorbens, Katalysator-Adsorbens oder elektrisch beheizbaren Katalysators in Klammern dargestellt, um ihre Symbole A1 bis A2, B1, C1 bis C2, D1 bis D6 und E1 von diesen Symbolen klar zu unterscheiden.
System I
Wie in 1 dargestellt ist, wurden der Katalysator A2 (2) und das Adsorbens D5 (10) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A2 (2) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A2 (2) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) war 200 mm.
System II
Wie in 2 dargestellt ist, wurden der Katalysator A2 (2) und das Adsorbens D6 (11) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A2 (2) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A2 (2) zum Einlass des Adsorbens D6 (11) war 200 mm.
System III
Wie in 3 dargestellt ist, wurden der Katalysator A2 (2), das Adsorbens D1 (6) und der Katalysator A1 (1) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A2 (2) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A2 (2) zum Einlass des Adsorbens D1 (6) war 200 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A2 (2) zum Einlass des Katalysators A1 (1) betrug 400 mm.
System IV
Wie in 4 dargestellt ist, wurden das Katalysator-Adsorbens C1 (4) und das Adsorbens D5 (10) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei das Katalysator-Adsorbens C1 (4) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysator-Adsorbens C1 (4) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) war 200 mm.
System V
Wie in 5 dargestellt ist, wurden das Katalysator-Adsorbens C2 (5) und das Adsorbens D5 (10) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei das Katalysator-Adsorbens C2 (5) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysator-Adsorbens C2 (5) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) betrug 200 mm.
System VI
Wie in 6 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2) und das Adsorbens D5 (10) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) betrug 200 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) war 400 mm.
System VII
Wie in 7 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2), das Adsorbens D5 (10) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) betrug 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System VIII
Wie in 8 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2), das Adsorbens D4 (9) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war übrigens 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D4 (9) betrug 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System IX
Wie in 9 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2), das Adsorbens D2 (7) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt war. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war übrigens 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D2 (7) betrug 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System X
Wie in 10 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2), das Adsorbens D3 (8) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war übrigens 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D3 (8) betrug 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System XI
Wie in 11 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), das Adsorbens B1 (3), das Adsorbens D3 (8) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt war. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens B1 (3) war 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D3 (8) betrug 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System XII
Wie in 12 dargestellt ist, wurden der Katalysator A2 (2) und das Adsorbens D5 (10) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A2 (2) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A2 (2) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) war 400 mm.
System XIII
Es wurde dieselbe Zusammensetzung wie im in 1 dargestellten System 1 verwendet, nur dass zwischen dem Katalysator A2 (2) und dem Adsorbens D5 (10) eine Wasserkühlungsvorrichtung bereitgestellt ist.
System XIV
Wie in 13 dargestellt ist, wurde dieselbe Zusammensetzung wie im in 6 dargestellten System VI verwendet, nur dass ein elektrisch beheizter Katalysator E1 (12) stromauf und nahe des Katalysators A1 (1) bereitgestellt ist.
System XV
Wie in 14 dargestellt ist, wurden das Adsorbens D5 (10) und der Katalysator A2 (2) in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei das Adsorbens D5 (10) stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Adsorbens D5 (10) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war 200 mm.
System XVI
Wie in 15 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), das Adsorbens D5 (10), der Katalysator A2 (2) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens D5 (10) war 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) war 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
System XVII
Wie in 16 dargestellt ist, wurden der Katalysator A1 (1), der Katalysator A2 (2), das Adsorbens B1 (3) und der Katalysator A1 (1') in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei der Katalysator A1 (1) am weitesten stromauf in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt war. Die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A2 (2) betrug 200 mm; die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Adsorbens B1 (3) war 400 mm; und die Entfernung vom Einlass des Katalysators A1 (1) zum Einlass des Katalysators A1 (1') war 600 mm.
Evaluierung der Abgasreinigungssysteme
Jedes der Systeme I bis VXII wurde in der Auspuffleitung eines tatsächlichen Motors angebracht, so dass die Abgastemperatur am Einlass des Katalysators, des Adsorbens oder des Katalysator-Adsorbens jedes Systems, die an der am weitesten stromauf gelegenen Position des Systems gelegen waren, 850°C erreichte. Danach wurde der Motor 60 Sekunden lang in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (14,4) betrieben. Danach wurde die Treibstoffzufuhr für 5 Sekunden unterbrochen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Verhältnis zu ändern. In diesem Betriebsmodus des Motors, umfassend die obig angeführte Treibstoffunterbrechung, wurde jedes System 100 Stunden lang einem Alterungsvorgang unterzogen. Im Fall des Systems XIII wurde dabei das Adsorbens D5 während der Alterung durch die zwischen dem Katalysator A2 und dem Adsorbens D5 bereitgestellte Wasserkühlungsvorrichtung gekühlt.
Nach der Alterung wurde jedes System in der Auspuffleitung eines Motors vom Typ L4 mit 2.000 cm³ Hubraum auf einem Fahrzeug angebracht, so dass der Einlass des Katalysators, des Adsorbens oder des Katalysator-Adsorbens des Systems, die an der am weitesten stromauf liegenden Position des Systems bereitgestellt waren, an einem Punkt 700 mm von der Auspufföffnung des Motors entfernt angeordnet war. Danach wurde jedes System einem FTP-Testzyklus unterzogen und auf seine KW-Emission gemessen (KW-Emission und NO_x-Emission für einen Teil der Systeme) gemäß Bag 1, einer Indikation für die Eigenschaften eines Kaltstarts. Die Resultate sind in Tabelle 3 angeführt.
Im FTP-Test des Beispiels 15 unter Verwendung von System XIV wurde der elektrisch beheizte Katalysator E1 30 Sekunden lang vom Motorstart an mit 2 kW elektrifiziert. Im Beispiel 13 unter Verwendung des Systems XIII wurde das Adsorbens D5 während des FTP-Tests durch die zwischen Katalysator A2 und Adsorbens D5 bereitgestellte Wasserkühlungsvorrichtung gekühlt.
In allen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde Sekundärluft in die Systeme eingeleitet. Mit Ausnahme von Beispiel 14 wurde Sekundärluft in einer Geschwindigkeit von 100 l/min im Zeitraum von 0 bis 100 Sekunden nach dem Motorstart und in einer Geschwindigkeit von 50 l/min im Zeitraum von 100 bis 250 Sekunden nach dem Motorstart von einer 200 mm von der Auspufföffnung des Motors entfernten Auspuffposition eingeleitet. Im Beispiel 14 wurde Sekundärluft in einer Geschwindigkeit von 100 l/min im Zeitraum von 0 bis 100 Sekunden nach dem Motorstart von einer 200 mm von der Auspufföffnung des Motors entfernten Auspuffposition eingeleitet, sowie in einer Geschwindigkeit von 50 l/min im Zeitraum von 100 bis 250 Sekunden nach dem Motorstart von einer Position zwischen dem Katalysator A2 und dem Adsorbens D5.
Nach dem FTP-Test wurde eine zylindrische Probe (mit 1 Zoll Durchmesser und 2 Zoll Länge) aus jedem Adsorbens der Systeme ausgeschnitten, das ionenhältiges Zeolith verwendet (d. h. jedes der Adsorbentia von D1 bis D6}, und auf ihr KW-Adsorptionsvermögen wie folgt gemessen, um genau festzustellen, in welchem Ausmaß das Adsorbens vor Wärmebeeinträchtigung geschützt war. D. h. durch jede Probe wurde ein synthetisches Abgas (λ = 0,96) in einer in Tabelle 2 dargestellten Zusammensetzung durchgeleitet, wodurch ein Abgas während des Kaltstarts eines Motors bei einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 40.000 hr^–1 bei einer Abgastemperatur von 200°C 150 Sekunden lang simuliert wurde; die KW-Konzentration im die Probe verlassenden Abgas wurde gemessen; und das KW-Adsorptionsvermögen der Probe berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 2 Zusammensetzung des synthetischen Abgases (nach Volumen)

CO₂ 16,0%

O₂ 0,77%

CO 2,0%

H₂ 0,33%

HC 4.500 ppm (als Kohlenstoff)

NO 1.500 ppm

H₂O 10%

N₂ Rest
Tabelle 3
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, zeigten die Beispiele 1 bis 15, die jeweils ein System verwendeten, umfassend (1) ein Adsorbens unter Verwendung eines ionenhältigen Zeoliths, d. h. jedes von D1 bis D6, und (2) einen beladenen Träger (einen Katalysator, ein Adsorbens und/oder ein Katalysator-Adsorbens) mit einem Gesamtvolumen von 0,6 l oder mehr, der stromauf des Adsorbens (1) bereitgestellt ist, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1, das ein System verwendete, das keinen beladenen Träger stromauf eines ionenhältigen Zeolith verwendenden Adsorbens umfasste, oder im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2, das ein System verwendete, das einen beladenen Träger mit einem Gesamtvolumen von weniger als 0,6 l stromauf eines ionenhältiges Zeolith verwendenden Adsorbens umfasste, oder im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3, das ein System verwendete, das kein ionenhältiges Zeolith verwendendes Adsorbens umfasste, nur geringe KW-Emissionen.
Die KW-Emissionen waren in den Beispielen 6 bis 11 und 15, die jeweils ein System verwendeten, das einen beladenen Träger mit einem größeren Gesamtvolumen (d. h. einer größeren Gesamtwärmekapazität) stromauf eines ionenhältiges Zeolith verwendenden Adsorbens umfasste, besonders gering. Die NO_x-Emission fiel auch in Beispiel 14 ab, in welchem in der Mitte die Position, an welcher Sekundärluft eingeleitet wird, von einer Position stromauf des Katalysators A2 zu einer Position zwischen dem Katalysator A2 und dem Adsorbens D5 verschoben wurde, da der Katalysator A2 nach dem Anspringen schnell nicht mehr atmosphärenarm war.
Die von den Adsorbentia, die jeweils ionenhältiges Zeolith verwendeten, ausgeschnittenen Proben der in den Beispielen 1 bis 15 verwendeten Systeme zeigten, im Vergleich zu den von den Adsorbentia, die jeweils ionenhältiges Zeolith verwendeten, ausgeschnittenen Proben der in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verwendeten Systeme hohes KW-Adsorptionsvermögen und waren während Alterung und FTP-Test nur geringen Wärmebelastungen ausgesetzt.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung, umfassend (1) ein Adsorbens, das ein Zeolith verwendet, welches ein Ion eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthält, (ein solches Zeolith besitzt per se eine hohe Ausgangstemperatur für die KW-Desorption aber nur geringe Wärmebeständigkeit und seine Verwendung war daher in der Praxis sehr schwierig), und (2) einen beladenen Träger mit einem bestimmten Volumen, der stromauf des Adsorbens (1) bereitgestellt ist, die Wärmebelastung des Adsorbens reduziert, und die Wirkung des Adsorbens hält über einen langen Zeitraum hinweg an. Da der beladene Träger an sich über KW-Adsorptionvermögen und Reinigungsfähigkeit für die im Abgas vorhandenen schädlichen Substanzen besitzt, ist das vorliegende System mit einer insgesamt großen Reinigungsfähigkeit ausgestattet.
Wie aus den Ausführungsformen ersichtlich ist, kann die Erfindung speziell in einem Abgassystem vom In-Line-Typ gut angewendet werden, da sie über alle Komponenten in einer einzelnen, nicht verzweigten Rohrleitung verfügt.

Claims

Im Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angeordnetes System zur Abgasreinigung, das umfasst: ein HC-Adsorbens (10, 11, 6, 9, 7, 8, 3), das gebildet ist, indem auf einen ersten monolithischen Träger ein Zeolith aufgeladen ist, der zumindest eine Art eines Ions eines Elements mit einer Elektronegativität von 1,40 oder mehr enthält; zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall, das in einer der folgenden Formen vorliegt: (i) in einem Katalysatormaterial, das auf den ersten monolithischen Träger aufgeladen ist und gebildet ist, indem das Edelmetall oder die Edelmetalle auf ein hitzebeständiges anorganisches Oxid aufgeladen ist bzw. sind, (ii) im Zeolith enthalten, (iii) in einem Katalysator, der stromab vom Adsorbens in der Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt ist, das vom Motor abgegeben wird, und entweder auf den ersten monolithischen Träger, der das Adsorbens trägt, oder auf einen zweiten monolithischen Träger aufgeladen ist, wobei der Katalysator gebildet ist, indem das Edelmetall oder die Edelmetalle auf ein hitzebeständiges anorganisches Oxid aufgeladen sind, und zumindest einen beladenen Träger (2, 4, 5, 1), der gebildet ist, indem auf einen weiteren monolithischen Träger eine Katalysatorkomponente, die Reinigungsfähigkeit für die schädlichen Substanzen aufweist, die im Abgas vorliegen, das vom Motor abgegeben wird, und/oder eine Adsorbenskomponente mit einem Absorptionsvermögen für die Kohlenwasserstoffe aufgeladen ist, die ebenfalls im Abgas enthalten sind, wobei der beladene Träger (2, 4, 5, 1) stromauf vom Adsorbens in der Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen ist und ein Gesamtvolumen von 0,6 l oder mehr aufweist.
System zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, worin im Adsorbens der Zeolith und das Katalysatormaterial, falls vorhanden, in einem gemischten Zustand auf den monolithischen Träger aufgeladen sind.
System zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, worin im Adsorbens der Zeolith und das Katalysatormaterial, falls vorhanden, auf den monolithischen Träger in laminierten Schichten aufgeladen werden.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin zumindest ein Teil des Katalysatormaterials gebildet ist, indem Pd auf ein hitzebeständiges anorganisches Oxid in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% bezogen auf das hitzebeständige anorganische Oxid aufgeladen ist.
System zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, worin das Edelmetall oder die Edelmetalle im Katalysator stromab vom Adsorbens vorhanden ist bzw. sind und der Zeolith des Adsorbens und das Katalysatormaterial des stromab befindlichen Katalysators beide auf getrennten Teilen davon auf den ersten monolithischen Träger aufgeladen sind, wobei der Zeolith auf den stromauf gelegenen Teil aufgeladen ist und das Katalysatormaterial auf den stromab gelegenen Teil aufgeladen ist und dadurch das Adsorbens und der stromab gelegene Katalysator in einem Stück gebildet sind.
System zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, das weiters einen weiteren Katalysator stromab vom stromab befindlichen Katalysator (1, 1') umfasst.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin zumindest ein Teil des Katalysatormaterials des stromab befindlichen Katalysators gebildet ist, indem Pd auf ein hitzebeständiges anorganisches Oxid in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% bezogen auf das hitzebeständige anorganische Oxid aufgeladen ist.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Zeolith des Adsorbens ein SiO₂/Al₂O₃-Molverhältnis von 40 oder mehr aufweist.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der Zeolith des Adsorbens zumindest eine Art ist, die aus ZSM-5, USY, β-Zeolith und Metallosilikat ausgewählt ist.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die zumindest eine Art von Ion aus den Ionen von Elementen der Gruppe 1B (Cu, Ag und Au) des Periodensystems ausgewählt ist.
System zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das weiters einen elektrisch geheizten Katalysator (12) im Auspuffrohr umfasst.