RU2434672C2 - Дополнительная обработка отработавших газов при пониженном содержании родия - Google Patents

Дополнительная обработка отработавших газов при пониженном содержании родия Download PDF

Info

Publication number
RU2434672C2
RU2434672C2 RU2009142846/05A RU2009142846A RU2434672C2 RU 2434672 C2 RU2434672 C2 RU 2434672C2 RU 2009142846/05 A RU2009142846/05 A RU 2009142846/05A RU 2009142846 A RU2009142846 A RU 2009142846A RU 2434672 C2 RU2434672 C2 RU 2434672C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
catalyst
rhodium
driving cycle
Prior art date
Application number
RU2009142846/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009142846A (ru
Inventor
Йорг ТЕОБАЛЬД (DE)
Йорг ТЕОБАЛЬД
Альф ДЕГЕН (DE)
Альф ДЕГЕН
Эккехард ПОТТ (DE)
Эккехард ПОТТ
Original Assignee
Фольксваген Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фольксваген Акциенгезелльшафт filed Critical Фольксваген Акциенгезелльшафт
Publication of RU2009142846A publication Critical patent/RU2009142846A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2434672C2 publication Critical patent/RU2434672C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1025—Rhodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/464—Rhodium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания 10 каталитическую систему 30 с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов палладия и родия. Во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении, большем чем 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1. После пуска двигателя внутреннего сгорания 10 при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд температура катализатора Тк превышает 300°С. Изобретение позволяет очистить отработавший газ двигателя внутреннего сгорания с уменьшенными затратами и с пониженным расходом родия при соблюдении низких предельно допустимых выбросов. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству из области дополнительной обработки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания согласно независимым пунктам формулы изобретения.
Уже известны каталитические системы для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, с которыми вредные вещества в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания можно превратить в неопасные или менее вредные компоненты. Такие каталитические системы обычно содержат катализатор, часто рядом с двигателем, с каталитически эффективным наполнением благородными металлами из группы платины, в частности элементами платины, палладия и родия. Так как платина имеет пониженную термостабильность, предпочтительно наполнение благородными металлами с элементами палладий и родий, причем родий благодаря его восстанавливающему действию используется для конверсии окислов азота (NOx), а палладий благодаря его окисляющему действию используется для конверсии углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO).
Наполнение катализаторов благородными металлами означает значительный фактор издержек, но его нельзя произвольно снижать, если должны достигаться законодательные нормы касательно отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, соответственно автомобилей. В частности, для достижения европейской нормы для отработавших газов Евро-4 в настоящее время для фракции благородных металлов требуется весовое отношение элементов палладий и родий 5:1 и удельное содержание родия 6,66 г/фт3 (0,0236 г/л) в расчете на объем катализатора Vк. Указанные значения для удельного содержания родия соответствуют абсолютному содержанию родия 0,0296 г для катализатора объемом 1,258 л и абсолютному содержанию 0,0236 г для катализатора объемом 1 л, причем были приняты соответственно плотность ячеек 600 cpsi (ячеек на квадратный дюйм) (93 ячейки на см2) и толщина стенок каналов, через которые протекает отработавший газ, 4,3 мил (0,11 мм) (один мил = 0,0254 мм). Так как цена за грамм родия примерно в 10 раз выше, чем за грамм палладия, понятно, что уменьшение относительного и абсолютного содержания родия в катализаторах для отработавших газов является желательным как из соображений затрат, так и для постоянного управления сырьем.
Существенным фактором, который до сих пор препятствовал сокращению уровня родия, было то, что специфическая для каждого катализатора точка начала температурного скачка, или Light-Off-температура, после холодного пуска, по меньшей мере, в Новом европейском ездовом цикле при пониженном содержании родия в катализаторе не могла достигаться достаточно быстро, чтобы удовлетворить законодательным предельным значениям по выбросам отработавших газов.
Поэтому в основе настоящего изобретения стоит задача, очистить отработавший газ двигателя внутреннего сгорания с уменьшенными затратами и с пониженным расходом родия при соблюдении низких предельно допустимых выбросов.
Задача согласно изобретению решена, как описано в независимых пунктах формулы.
В соответствующем изобретению способе дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, в котором отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания каталитическую систему с по меньшей мере одним катализатором и катализатор содержит фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, элементы палладий и родий во фракции благородных металлов находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд температура катализатора Tκ превышает 300°C, 450°C, 550°C, 600°C. Выбор согласно изобретению весового отношения палладия к родию в комбинации с повышением температуры катализатора до указанных значений в течение периода времени 30 секунд позволяет при низких расходах и при пониженном использовании родия достичь низких выбросов из выхлопной трубы при холодном пуске. В качестве температуры катализатора Tк здесь определяется температура каталитического покрытия катализатора примерно в 10 мм ниже поверхности катализатора, куда входит отработавший газ, причем по меньшей мере 50 процентов сечения катализатора в этой области имеют названную температуру. Особенно предпочтительно, когда температуры Tк превышаются уже через 20 секунд или 10 секунд после пуска двигателя.
Далее, согласно изобретению дополнительно или альтернативно предусматривается, чтобы после пуска двигателя внутреннего сгорания с катализатором при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышал 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышал 0,04г/км, предпочтительно 0,02 г/км. Согласно изобретению значения необработанных выбросов за указанные промежутки времени в комбинации с наполнением, согласно изобретению, катализатора благородными металлами позволяют без больших затрат достичь после холодного пуска низких выбросов из выхлопной трубы (Tile-pipe emissions).
Кроме того, согласно изобретению дополнительно или альтернативно предусматривается, чтобы двигатель внутреннего сгорания с каталитической системой по Новому европейскому ездовому циклу достигал предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно даже нормы Евро-5. Выбор согласно изобретению весового отношения палладия к родию в комбинации с относительно низкими необработанными выбросами окислов азота и углеводородов позволяет при низких расходах и при пониженном использовании родия добиться предписанных законодательством выбросов из выхлопной трубы.
Согласно следующему аспекту изобретения указанная задача решена способом компоновки двигателя внутреннего сгорания согласно пункту 2 формулы изобретения.
Далее, задача согласно изобретению решена устройством для дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания для автомобиля с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем предусматривается, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 12:1 или 18:1 и что после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд катализатор имеет температуру Tк по меньшей мере 300°C, 450°C, 550°C, 600°C, и/или после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, предпочтительно 0,02 г/км, и/или двигатель внутреннего сгорания в Новом европейском ездовом цикле достигает по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
Далее задача согласно изобретению решена автомобилем с двигателем внутреннего сгорания и устройством дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем предусматривается, чтобы во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находились в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд катализатор имел температуру Tк по меньшей мере 300°C, 450°C, 550°C, 600°C, и/или
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 30 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышал 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышал 0,04 г/км, предпочтительно 0,02 г/км,
и/или чтобы двигатель внутреннего сгорания в Новом европейском ездовом цикле достигал по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
Кроме того, согласно изобретению предусматривается, чтобы в качестве нижней границы удельного содержания родия в катализаторе выбиралось заданное значение, при котором степень однородности распределения родия не опускалась бы ниже заданной, так как иначе не будет обеспечиваться механическая или термическая стабильность каталитического покрытия. Предпочтительно содержание родия, больше или равное 1 г/фт3, которое на практике позволяет получить достаточную однородность.
Согласно изобретению предусматривается двигатель внутреннего сгорания предпочтительно с принудительным поджигом рабочей смеси и/или с прямым впрыском топлива, с которым можно достичь разогрева катализатора согласно изобретению после пуска двигателя и/или достичь предельно допустимых выбросов согласно изобретению.
Предпочтительные формы осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах.
Если температура Tк в остальном интервале измерения Нового европейского ездового цикла после фазы пуска 30 секунд не опускается ниже 300°C или опускается для части интервала максимум 2 секунды, предпочтительно 1 секунда, обеспечивается, что и в переходном режиме езды катализатор будет иметь достаточно высокую рабочую температуру, чтобы избежать пиков выбросов, которые могли бы ускорить старение катализатора.
В следующих формах осуществления способа предусмотрено, что период пуска составляет 20 секунд или 10 секунд.
Целесообразно, если катализатор имеет содержание родия BRh от 0,221 г до 0,106 г; для катализатора с объемом Vк 1,0 л BRh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с Vк=1,258 л BRh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.
Далее, целесообразно, если катализатор имеет удельное содержание благородных металлов палладий и родий самое большее 100 г/фт3 (3,53 г/л), 80 г/фт3 (2,82 г/л), 60 г/фт3 (2,12 г/л), 40 г/фт3 (1,41 г/л) или 20 г/фт3 (0,705 г/л) в расчете на объем катализатора Vк, чтобы с надежностью удовлетворять норме Евро-4 или даже норме Евро-5.
Катализатор предпочтительно имеет объем Vк от 0,9 л до 1,4 л. Предпочтительно катализатор имеет подложку в виде сот с поверхностями, выполненными как покрытие Washcoat, и имеет геометрическую поверхность GSA от 3,0 кв.м до 4,0 кв.м. Геометрической поверхностью, GSA, здесь называется поверхность сотовой подложки без Washcoat.
Идея газотурбинного нагнетателя важна, в первую очередь, для маленьких и ориентированных на крутящий момент двигателей внутреннего сгорания, у которых повышается удельная мощность при равном рабочем объеме цилиндра, достигается повышение крутящего момента и, кроме того, можно осуществить уменьшение размеров более крупных двигателей. Поэтому в следующей форме осуществления изобретения предусмотрен наддув двигателя внутреннего сгорания газотурбинным нагнетателем, который содержит компрессор и турбину, причем каталитическая система находится до газотурбинного нагнетателя. Хотя такой газотурбинный нагнетатель ведет к уменьшению температуры отработавшего газа типично на 50°C-150°C, двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению позволяет быстро нагреть каталитическую систему до рабочей температуры.
Для улучшения мощностных характеристик двигателя внутреннего сгорания предусматривается, кроме того, дополнительный наддув двигателя компрессором, установленным в воздушном впускном канале до компрессора газотурбинного нагнетателя.
Для снижения необработанных выбросов NOx при одновременном повышении степени эффективности путем снятия дросселирования двигателя внутреннего сгорания является обычным, в частности в режиме частичной нагрузки, эксплуатировать двигатели внутреннего сгорания с внешней системой рециркуляции отработавшего газа, чтобы не превышать установленные законодательством предельные значения для NOx в отработавшем газе. Напротив, согласно изобретению в одной предпочтительной форме осуществления предусматривается, что двигатель внутреннего сгорания работает или может работать без внешней системы рециркуляции отработавшего газа, так как достигаемые с двигателем необработанные выбросы NOx являются низкими, и предельные значения для отработавшего газа могут быть достигнуты и без внешней рециркуляции отработавших газов, благодаря чему можно достичь конструктивного упрощения и соответствующих преимуществ в издержках.
Способ предпочтительно применяется для двигателя внутреннего сгорания с рабочим объемом цилиндра от 0,9 л до 2 л, предпочтительно 1,2 л или 1,4 л. Двигатель внутреннего сгорания может развивать удельную мощность от 50 до 80 кВт/л и/или удельный момент от 120 до 170 Нм/л.
Для обеспечения быстрого прогрева после пуска двигателя вводится операция нагревания катализатора, которая включает в себя позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10°KW (угол поворота коленвала) после верхней мертвой точки зажигания (ZOT) и/или многократное впрыскивание.
Кроме того, в качестве операции нагревания катализатора может использоваться позднее впрыскивание топлива, предпочтительно с окончанием впрыскивания с углом расширения струи от 80° до 10°KW (угол поворота коленвала) перед ZOT.
В следующей форме осуществления изобретения операция нагревания включает дожигание отработавших газов и/или дополнительный впрыск топлива.
Благоприятных показателей мощности при одновременно низких выбросах вредных веществ можно достичь, если двигатель внутреннего сгорания имеет, в зависимости от режима работы, удельный расход топлива менее 580 г/кВт∙ч или менее 550-510 г/кВт∙ч при числе оборотов 1200 мин-1 и эффективном среднем давлении 1 бар, и/или 410 г/кВт∙ч, предпочтительно 390-375 г/кВт∙ч при 2000 мин-1 и эффективном среднем давлении 2 бар, и/или 300 г/кВт∙ч, предпочтительно 290-280 г/кВт∙ч при 3500 мин-1 и эффективном среднем давлении 6 бар.
Другие аспекты и преимущества изобретения можно найти также, независимо от обобщения отличительных признаков в формуле изобретения, в следующем описании вместе с относящимися к нему чертежами.
Показано:
Фиг.1 - форма осуществления двигателя внутреннего сгорания по изобретению,
Фиг.2 - изменение со временем температуры катализатора Tк за промежуток времени от 0 до 100 сек,
Фиг.3 - изменение со временем температуры катализатора Tк за промежуток времени от 0 до 1200 сек,
Фиг.4 - выбросы из выхлопной трубы и необработанные выбросы из двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению.
Показанный схематически на фиг.1 двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива задуман для автомобиля среднего класса как двигатель с искровым зажиганием с мощностью от 100 кВт до 170 кВт и имеет объем 1,4 литра. Подразумевается, что изобретение относится также к двигателям внутреннего сгорания с другими показателями мощности, а также к другому газотурбинному наддуву или без газотурбинного наддува.
Двигатель внутреннего сгорания 10 содержит систему непосредственного впрыска с инжекторами 17 и канал впуска воздуха с всасывающей трубой 12. В канале впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания 10 расположены, кроме того, воздушный фильтр 15, компрессор 3, перекинутая через компрессор 3 обводная линия 4 с дроссельной заслонкой 5, компрессор газотурбинного нагнетателя 2, охладитель наддувочного воздуха 14, EGR-клапан 27 в остальном непоказанной внешней системы рециркуляции выхлопных газов (EGR=Exhaust Gas Recirculation) и электронная дроссельная заслонка 13. В следующей форме осуществления изобретения EGR-система, а также EGR-клапан 27 отсутствуют.
В следующей форме осуществления двигатель внутреннего сгорания способен к послойному смесеобразованию и имеет, например, так называемую тумблерную заслонку в канале впуска воздуха. Топливо в режиме с послойным смесеобразованием типично впрыскивается очень поздно, только во время фазы сжатия. В этом случае оно поступает сразу в воздух в камере сгорания, который положением клапана во впускном канале, с одной стороны, и особой формой днища поршня, с другой стороны, был смещен в поршневое движение наддува (тумблер). Подразумевается, что изобретение может применяться также с другими способами послойного смесеобразования.
Дроссельная заслонка 5 компрессора регулирует сжатие в компрессоре 3 и снабжает компрессор газотурбинного нагнетателя 2 достаточным количеством воздуха, если мощности подачи компрессора 3 больше не хватает или если давление в компрессоре 3 сбрасывается при достаточном высоком числе оборотов. Клапан 6 подачи дополнительного воздуха в режиме принудительного холостого хода служит для защиты газотурбинного нагнетателя 2 от превышения допустимой частоты вращения в режиме принудительного холостого хода. Компрессор 3 приводится в действие через ремень 9 коленчатого вала 7 двигателя внутреннего сгорания. При этом привод компрессора 3 можно отъединить от коленчатого вала 7 посредством муфты сцепления 8, например муфты электромагнитного сцепления.
В области низкого числа оборотов, до 1700 об/мин, происходит двойной наддув через компрессор 3. При более высоком числе оборотов давление в компрессоре 3 сбрасывается, и двигатель внутреннего сгорания работает с простым наддувом через газотурбинный нагнетатель 2. Тем самым реализуется более полный ход изменения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания в широком диапазоне числа оборотов.
В канале отработавших газов двигателя внутреннего сгорания расположены выпускной коллектор 11, турбина газотурбинного нагнетателя 2, перепускной клапан 26 отработавших газов, а также катализатор 30 согласно изобретению. В следующей форме осуществления изобретения в канале отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 10 располагается еще один или несколько дополнительных катализаторов.
Для управления или регулирования двигателя внутреннего сгорания 10 предусмотрен блок управления 16 двигателем, который, как обычно, соединен с различными датчиками, а также с исполнительными средствами. Регулирование воздушно-топливного отношения при подаче в двигатель внутреннего сгорания 10 проводится посредством измерения концентрации кислорода в отработавшем газе с помощью непоказанного лямбда-зонда. Кроме того, в области катализатора 30 может быть помещен также непоказанный температурный датчик, с которым можно провести измерение температуры отработавшего газа для определения температуры катализатора Tк. В качестве температуры катализатора Tκ определяется температура каталитического слоя катализатора примерно в 10 мм ниже поверхности катализатора, куда входит отработавший газ, причем по меньшей мере 50% сечения катализатора в этой области имеет эту температуру.
Блок управления двигателем управляет или регулирует двигатель внутреннего сгорания 10 в зависимости от сигналов упомянутых датчиков, а также от различных рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания 10.
Катализатор 30 содержит подложку, имеющую покрытие Washcoat, и, согласно изобретению, выполнен с наполнением благородными металлами с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1. Washcoat представляет собой пористый слой оксида металла, который нанесен на подложку и содержит, например, оксид алюминия или оксид кремния, оксид церия, оксид титана или оксид циркония. В качестве подложки используются экструдированные керамические сотовые монолиты с ячейками в виде сот. Плотность ячеек предпочтительно лежит в диапазоне от 500 до 800 cpsi (от 78 до 124 ячеек на см2), в частности, 600 cpsi (93 ячейки на см2). Стенки ячеек предпочтительно имеют толщину на краях от 2,5 мил до 4,5 мил (от 6,35∙10-3 до 11,4∙10-3 см), в частности, 4,3 мил (10,9∙10-3 см).
Удельное содержание палладия и родия в катализаторе в расчете на объем катализатора Vк составляет самое большее 100 г/фт3 (3,53 г/л), 80 г/фт3 (2,82 г/л), 60 г/фт3 (2,12 г/л) или 20 г/фт3 (0,705 г/л).
Предпочтительно, геометрическая поверхность GSA составляет от 3,0 кв.м до 4,0 кв.м, причем геометрической поверхностью GSA называется поверхность сотовой подложки без Washcoat.
Предпочтительно, если катализатор имеет содержание родия BRh от 0,221 г до 0,106 г, для катализатора объемом Vк 1,0 л BRh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с Vк=1,258 л BRh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.
Согласно изобретению удельное содержание катализатора выбирается так, чтобы обеспечить достаточно равномерное распределение родия. Предпочтительным содержанием родия является значение >=1 г/фт3 (0,035 г/л).
Предпочтительно, катализатор имеет объем Vк от 0,9 л до 1,4 л.
Согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания 10 рассчитан так, чтобы после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу температура катализатора Tк стала выше 300°C в пределах периода времени 30 сек.
На фиг.2 показано изменение температуры во времени за промежуток от 0 до 100 сек для одного способа согласно изобретению. Температура Tк обнаруживает сильное повышение в первые 10 секунд до значения около 600°C и при дальнейшей эволюции не опускается ниже 300°C.
На фиг.3 показано изменение со временем температуры катализатора Tк за период времени от 0 до 1200 сек для двигателя с рабочим объемом цилиндра 1,4 л и мощностью 88 кВт, с газотурбинным нагнетателем, без дополнительного компрессора и с расположенной за газотурбинным нагнетателем каталитической системой, причем видно, что температура Tк к концу временного интервала не опускается ниже 300°C. При измерениях согласно фиг. 2 и 3 использовался режим движения, соответствующий Новому европейскому ездовому циклу, как видно из временного хода vFzg. Исходной точкой каждый раз был запуск двигателя в стандартных условиях (температура среды и в автомобиле +20°C и относительная влажность воздуха в диапазоне 30%-70%).
Согласно изобретению предусматривается, чтобы после пуска двигателя температура катализатора Tк превысила 300°C, 450°C или 550°C в пределах 30 сек, предпочтительно в пределах периода времени 20 сек, особенно предпочтительно в пределах 10 сек после пуска двигателя.
Для достижения быстрого нагрева катализатора согласно изобретению при однородном режиме предусмотрено позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10° за ZOT. Кроме того, факультативно проводится позднее впрыскивание топлива, предпочтительно с окончанием впрыскивания при угле расширения струи в интервале от 80° до 10° перед ZOT для однородного режима или режима с послойным смесеобразованием.
Далее в качестве операции нагревания для однородного режима или режима с послойным смесеобразованием может проводиться многократное впрыскивание топлива. Многократное впрыскивание включает по меньшей мере первое, раннее впрыскивание топлива в такте всасывания и по меньшей мере одно второе, позднее впрыскивание в такте сжатия цилиндра. Предпочтительно, многократное впрыскивание осуществляется с окончанием позднего впрыскивания за 40° перед ZOT и с углом опережения зажигания 30° после ZOT. Кроме того, предусмотрено, чтобы конец позднего впрыскивания происходил при угле расширения струи от 80° до 10° перед ZOT, в частности, от 60° до 25° перед ZOT.
На фигуре 4 показаны накопленные выбросы из выхлопной трубы и необработанные выбросы для монооксида углерода Co, углеводородов HCG, а также для окислов азота NOx для способа согласно изобретению за первые 200 секунд Нового европейского ездового цикла.
Из фиг.4a видно, что накопленные необработанные выбросы NOx в первые 60 секунд составляют менее 0,05 г/км, выбросы необработанных HCG менее 0,075 г/км, и необработанные выбросы CO менее 0,15 г/км. При этом указанные необработанные выбросы для способа согласно изобретению в первые 60 секунд Нового европейского ездового цикла лежат ниже предельных значений нормы Евро-4.
На фиг.4b показаны выбросы из выхлопной трубы, то есть выбросы за каталитической системой, для способа согласно изобретению за первые 200 секунд Нового европейского ездового цикла. Видно, что выбросы NOx за весь период времени составляют менее 15 мг/сек, а выбросы углеводородов - менее 15 мг/сек. Выбросы монооксида углерода CO за весь период времени составляют менее 65 мг/сек.
При этом показанные выбросы были измерены на двигателе внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива с рабочим объемом цилиндра 1,4 л и мощностью 88 кВт и с газотурбинным нагнетателем без дополнительного компрессора, который с помощью операций нагревания согласно изобретению после пуска двигателя нагревает катализатор до температуры Tк 300°C в течение 10 секунд после пуска двигателя при стандартных условиях.
Со способом согласно изобретению можно достичь выбросов после каталитической системы (выхлопная труба), которые удовлетворяют в Новом европейском ездовом цикле по меньшей мере предельным значениям нормы Евро-4 или даже нормы Евро-5.

Claims (17)

1. Способ дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, где отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания каталитическую систему с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Тк превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
2. Способ компоновки двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора превышает Тк 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу, в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с, совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в течение остального интервала измерений Нового европейского ездового цикла после периода пуска 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с, температура Тк не опускается ниже 300°С или опускается лишь для части интервала максимально 2 с.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет содержание родия BRh от 0,221 г до 0,106 г, для катализатора объемом Vк 1,0 л BRh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с Vк=1,258 л ВRh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет удельное содержание благородных металлов палладия и родия не более 100 г/фт3 (3,53 г/л), 80 г/фт3 (2,82 г/л), 60 г/фт3 (2,12 г/л), 40 г/фт3 (1,41 г/л) или 20 г/фт3 (0,705 г/л) в расчете на объем катализатора Vк.
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет объем Vк от 0,9 л до 1,4 л.
7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет подложку в форме сот с поверхностью, выполненной как покрытие из пористого оксида Washcoat, с геометрической площадью поверхности GSA от 3,0 м2 до 4,0 м2.
8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что наддув в двигателе внутреннего сгорания осуществляют газотурбинным нагнетателем, содержащим компрессор и турбину.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что наддув двигателя внутреннего сгорания дополнительно проводят или могут проводить перед компрессором газотурбинного нагнетателя, компрессором, расположенном в воздухозаборном канале.
10. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания работает или может работать без внешней рециркуляции отработавших газов.
11. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий объем цилиндра от 0,9 л до 2 л, предпочтительно 1,2 л или 1,4 л.
12. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания развивает или может развивать удельную мощность от 50 до 80 кВт/л и/или удельный момент от 120 до 170 Нм/л.
13. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что после пуска двигателя начинается операция нагрева, которая включает позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10° после верхней мертвой точки зажигания, позднее впрыскивание и/или многократное впрыскивание.
14. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что операция нагрева включает дожигание отработавших газов и/или дополнительный впрыск топлива.
15. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет, в зависимости от режима работы, удельный расход топлива менее 580 г/кВт·ч или менее 550-510 г/кВт·ч при числе оборотов 1200 мин-1 и эффективном среднем давлении 1 бар, и/или 410 г/кВт·ч, предпочтительно 390-375 г/кВт·ч при 2000 мин-1 и эффективном среднем давлении 2 бара, и/или 300 г/кВт·ч, предпочтительно 290-280 г/кВт·ч при 3500 мин-1 и эффективном среднем давлении 6 бар.
16. Устройство для дополнительной обработки отработавшего газа автомобильного двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, отличающееся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Тк превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
17. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или с принудительным поджигом рабочей смеси, и с устройством для дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1,8:1,9:1, 10:1,11:1,12:1 или 18:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Тк превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с, совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.
RU2009142846/05A 2007-04-20 2008-04-01 Дополнительная обработка отработавших газов при пониженном содержании родия RU2434672C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007019197A DE102007019197A1 (de) 2007-04-20 2007-04-20 Abgasnachbehandlung mit verringerter Rhodiumbeladung
DE102007019197.0 2007-04-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009142846A RU2009142846A (ru) 2011-05-27
RU2434672C2 true RU2434672C2 (ru) 2011-11-27

Family

ID=39627779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009142846/05A RU2434672C2 (ru) 2007-04-20 2008-04-01 Дополнительная обработка отработавших газов при пониженном содержании родия

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8459003B2 (ru)
EP (1) EP2150327B1 (ru)
CN (1) CN101687145B (ru)
AT (1) ATE526073T1 (ru)
DE (1) DE102007019197A1 (ru)
RU (1) RU2434672C2 (ru)
WO (1) WO2008128624A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739940C1 (ru) * 2020-05-14 2020-12-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ адаптивной модуляции для систем связи, использующих сигналы с ортогональным частотным мультиплексированием

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3835184A1 (de) * 1987-10-30 1989-05-11 Degussa Platin-freier dreiwegkatalysator
DE4003939A1 (de) * 1990-02-09 1991-08-14 Degussa Katalysator fuer die reinigung der abgase von brennkraftmaschinen
FR2756008B1 (fr) * 1996-11-19 1998-12-24 Inst Francais Du Petrole Systeme de procede de depollution de gaz d'echappement
CN1101727C (zh) * 1998-11-27 2003-02-19 华东理工大学 净化机动车排气的稀土－贵金属催化剂及其制备方法
WO2000062923A1 (en) * 1999-04-19 2000-10-26 Engelhard Corporation Catalyst composition comprising ceria and a platinum group metal
DE60038075T2 (de) * 1999-07-02 2009-02-19 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama-shi Abgasreinigungssystem
US6569392B1 (en) * 2000-02-02 2003-05-27 Ford Global Technologies Llc Three-way rare earth oxide catalyst
JP4426841B2 (ja) * 2001-08-06 2010-03-03 サウスウェスト リサーチ インスティテュート 触媒コンバータの耐久性を試験する方法及び装置
DE10226206A1 (de) * 2002-06-13 2003-12-24 Volkswagen Ag Katalysatorsystem
DE10307724A1 (de) * 2003-02-05 2004-08-19 Volkswagen Ag Kraftfahrzeug mit einem Katalysatorsystem
US7875250B2 (en) * 2003-12-11 2011-01-25 Umicore Ag & Co. Kg Exhaust treatment device, and methods of making the same
DE102004048974A1 (de) * 2004-10-07 2006-04-13 Hte Ag The High Throughput Experimentation Company Oxidationskatalysator für die Entfernung von Schadstoffen aus sauerstoffreichen Abgasen und Verfahren zu seiner Herstellung
GB2406803A (en) * 2004-11-23 2005-04-13 Johnson Matthey Plc Exhaust system comprising exotherm-generating catalyst
DE102005003221A1 (de) * 2005-01-24 2006-07-27 Volkswagen Ag Verbrennungsmotor mit einer Katalysatorvorrichtung zur Reinigung von Abgasen und Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
US7517510B2 (en) * 2006-08-21 2009-04-14 Basf Catalysts Llc Layered catalyst composite
KR100756025B1 (ko) * 2006-08-28 2007-09-07 희성엥겔하드주식회사 내연기관 배기가스 정화용 삼중층 촉매시스템
CN100427205C (zh) * 2006-09-06 2008-10-22 天津化工研究设计院 一种降低冷起动尾气排放净化催化剂的制备方法
JP5515939B2 (ja) * 2010-03-26 2014-06-11 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739940C1 (ru) * 2020-05-14 2020-12-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ адаптивной модуляции для систем связи, использующих сигналы с ортогональным частотным мультиплексированием

Also Published As

Publication number Publication date
CN101687145B (zh) 2013-06-19
RU2009142846A (ru) 2011-05-27
US20110167796A1 (en) 2011-07-14
CN101687145A (zh) 2010-03-31
ATE526073T1 (de) 2011-10-15
US8459003B2 (en) 2013-06-11
DE102007019197A1 (de) 2008-10-23
WO2008128624A1 (de) 2008-10-30
EP2150327A1 (de) 2010-02-10
EP2150327B1 (de) 2011-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4681650B2 (ja) 内燃機関を動作させるための方法
US7818960B2 (en) SCR cold start heating system for a diesel exhaust
US20140041367A1 (en) Operating Method for a Motor Vehicle Diesel Engine Having an Exhaust Emission Control System
CN101438042A (zh) 内燃发动机的控制设备和控制方法
CN113227547B (zh) 废气后处理系统以及内燃机的废气后处理方法
CN102032087A (zh) 为微粒过滤器再生而控制点火的方法
EP1979596A1 (en) Method and apparatus for operating a methane-fuelled engine and treating exhaust gas with a methane oxidation catalyst
CA2985046C (en) Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and control method for exhaust gas control apparatus
EP2591222B1 (en) Fuel injection control of an internal combustion engine
JP2007332867A (ja) 内燃機関の制御装置
JP3755494B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
RU2554158C2 (ru) Выхлопная система для транспортного средства, имеющего двигатель с воспламенением от сжатия с системой "пуск-останов"
JP2010031799A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN1266373C (zh) 对尾气进行处理的方法和装置
US20080148719A1 (en) Engine system and a method for a combustion inhibition regeneration of an exhaust gas treatment device in a such system
RU2434672C2 (ru) Дополнительная обработка отработавших газов при пониженном содержании родия
CN116696544A (zh) 一种氢燃料发动机系统及其瞬态控制方法、车载系统
Joergl et al. Influence of pre turbo catalyst design on diesel engine performance, emissions and fuel economy
US20120301365A1 (en) Exhaust purification device for internal combustion engine
Luo et al. Fast catalyst light-off with dynamic skip fire
JP4293890B2 (ja) 排気浄化装置
CN110030062B (zh) 用于在内燃机的冷启动时减少颗粒排放的方法
CN109372613A (zh) 一种纯氢发动机起动控制方法
JP5091356B2 (ja) 内燃機関の作動方法および作動装置
Herrmuth et al. Combined NO x and PM Exhaust Gas Aftertreatment Approaches for HSDI Diesel Engines