DE60027983T2 - Abgasreinigungssystem - Google Patents

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Shinji Yokosuka-shi Yamamoto
Hiroyuki Narita-shi Kanesaka
Hitoshi Yokosuka-shi Onodera
Yasunari Yokosuka-shi Hanaki
Katsuo Yokohama-shi Suga
Hiroshi Yokohama-shi Morita
Yoshiaki Yokosuka-shi Hiramoto
Hiroaki Kaneko
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei einem Abgasreinigungssystem, um Abgas oder verbranntes Gas, das von einer Verbrennungsvorrichtung, wie z. B. einem Verbrennungsmotor, einem Brenner, einer Feuerung oder dergleichen, ausgestoßen wurde und insbesondere auf Verbesserungen bei einem Abgasreinigungssystem, das einen Katalysator verwendet, um Stickoxide (NOx) im ausgestoßenen Abgas während einem mageren Brennvorgang zu reduzieren, bei dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, das magerer als ein stochiometrisches Niveau ist, unter effektiver Wasserstoffnutzung zur Verbrennungsvorrichtung gefördert wird.
  • Es ist bekannt, dass ein Drei-Wege-Katalysator eingesetzt wurde, um Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) zu oxidieren und Stickoxide (NOx), die im Abgas, das von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen ausgestoßen wird, zu reduzieren. Der Drei-Wege-Katalysator kann in einer stochiometrischen Atmosphäre (Abgas mit einem stochiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis) effektiv arbeiten. Jedoch kann ein solcher Drei-Wege-Katalysator nicht funktionieren, um Stickoxide in einer mageren Atmosphäre (Abgas mit einem magereren Kraftstoff-Luft-Verhältnis als das stochiometrische Niveau) zu reduzieren. Diesbezüglich wurde ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden in der mageren Atmosphäre im japanischen Patent Nr. 2600 492 vorgeschlagen, bei dem ein NOx-Auffangmittel NOx in der mageren Atmosphäre einfangen kann und NOx durch Anreichern eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des zum NOx-Auffangmittel strömenden Abgases abgebaut werden kann, um so das freigesetzte NOx zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Jedoch ist es in solchen Verfahren erforderlich, die den Drei-Wege-Katalysator verwenden oder die im japanischen Patent Nr. 2600 492 offenbart wurden, HC und CO als Reduzierungsmittel (Reduzierungsbestandteil oder Gas) periodisch oder intermittierend zuzuführen, um eine Reduktionsreaktion in diesem Zusammenhang zu begünstigen, wobei es erforderlich ist, dass HC und CO, die in der NOx-Reduktionsreaktion nicht verbraucht wurden, oxidiert werden. Dies wird durch ein Maß von oxidierendem HC und CO durch gleichzeitige Herstellung einer Oxidationsreaktion im NOx verarbeitenden Katalysator oder eines anderen Maßes von oxidierendem überschüssigem HC und CO in einem Drei-Wege-Katalysator oder dergleichen erreicht, der stromabwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet ist.
  • Jedoch ist ein solcher NOx verarbeitender Katalysator oder Drei-Wege-Katalysator stromabwärts des NOx verarbeitenden Katalysators beträchtlich weit vom Motor angeordnet und daher wird die Temperatur des Abgas-Flusses zum Drei-Wege-Katalysator unvermeidlich reduziert, wodurch es unmöglich ist, eine ausreichende Oxidationsleistung für HC und CO darzustellen. Insbesondere unmittelbar nach einem Motorstart ist eine ausreichende Oxidation von HC und CO schwierig herzustellen.
  • Wenn darüber hinaus HC- und CO-Bestandteile im Abgas erhöht werden, um eine Sauerstoff-Konzentration im Abgas zu verringern und um NOx, wie oben beschrieben, zu reduzieren, ist es unmöglich, ein Fahrzeug im mageren Verbrennungsbetrieb fahren zu lassen, wodurch es einen unzureichenden Verbesserungseffekt der Kraftstoffeinsparung bietet.
  • US-A-5,867,982 offenbart ein System zur Emissionsreduzierung in katalytischen Konverter-Abgassystemen für einen Verbrennungsmotor. Das System umfasst eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungseinrichtung, um einem Motor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bereitzustellen. Die Kraftstoff-Luft-Gemischbildungseinrichtung wird durch eine Steuerungs-/Regelungseinheit derart gesteuert/geregelt, dass ein Wasserstoffüberschuss im Abgas-Gemisch während der Inbetriebnahme des Motors erzeugt wird, wodurch sich die Temperatur eines Drei-Wege-Katalysators während der Inbetriebnahme des Motors schnell erhöht.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Abgasreinigungssystem bereitzustellen, das anzutreffende Nachteile beim konventionellen Verfahren zur Reduzierung von NOx im Abgas effektiv überwinden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Abgasreinigungssystem bereitzustellen, das NOx, HC und CO effektiv aus dem Abgas beseitigen kann, während ein hoher Kraftstoffeinsparungs-Verbesserungseffekt erreicht wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, das NOx im Abgas mit einer hohen Effizienz während einer Zeit unmittelbar nach der Motor-Startphase und einer Zeit bis zur Erreichung eines stationären Motorbetriebs beseitigen kann und HC und CO insbesondere während einem Motorbetrieb mit niedriger Temperatur unmittelbar nach einem Motorstart effektiv beseitigt, während ein hoher Kraftstoffeinsparungs-Verbesserungseffekt nach Herstellung eines mageren Verbrennungsbetriebs des Motors erreicht wird.
  • Die Lösung dieser Aufgaben wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 23 erreicht. Die abhängigen Ansprüche enthalten bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • In der Zeichnung kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche Teile und Elemente:
  • 1 ist eine Kurve, die die Tatsache zeigt, dass sich eine Abgas-Zusammensetzung abhängig von einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis eines Kraftstoff-Luft-Gemischs ändert, das einem Verbrennungsmotor zugeführt wird;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil einer Idee zur Steuerung/Regelung einer Gaszusammensetzung, in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 2 zeigt;
  • 4 ist eine schematische Darstellung, die einen weiteren Teil der Idee der Steuerung/Regelung einer Gaszusammensetzung, in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 2 zeigt;
  • 5 ist ein grobes Ablaufdiagramm, das die Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 5 zeigt;
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels der Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 2;
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm einer Einstellroutine eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, der benötigt wird, um ein Verhältnis (Kh=H2-Menge/TR-Menge) nicht unter einem vorgegebenen Niveau zu erreichen;
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt wird, um einen Beginn und eine Beendigung der H2-Zuführung zu beurteilen, wenn eine NOx-Reduzierung durchgeführt wird;
  • 9 ist eine schematische Schnittansicht eines Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 14 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der als Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
  • 15A ist eine schematische Schnittansicht eines Beispiels eines Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der zur Herstellung von Wasserstoff geeignet ist;
  • 15B ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Beispiels eines Sonderbeschichtungs-Schichtaufbaus eines Katalysators, der zur Herstellung von Wasserstoff geeignet ist;
  • 16 ist eine Kurve experimenteller Daten, die ein Wasserstoff-Produktionsverhalten von Katalysatoren zeigt;
  • 17 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung;
  • 18 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 19 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
  • 20 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Zuführungs-Steuerung/-Regelung von wasserstoffhaltigem Gas in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 17;
  • 21 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Funktions-Steuerung/-Regelung für einen benzingetriebenen Verbrennungsmotor, der mit dem Abgasreinigungssystem von 17 ausgerüstet ist;
  • 22 ist ein Ablaufdiagramm, ähnlich 23, das jedoch ein weiteres Beispiel der Funktionssteuerung/-Regelung für einen Dieselmotor zeigt;
  • 23 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Zuführungs-Steuerung/-Regelung von wasserstoffhaltigem Gas in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 17;
  • 24 ist ein Ablaufdiagramm eines weiteren Beispiels einer Zuführungs-Steuerung/-Regelung von wasserstoffhaltigem Gas in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 17; und
  • 25 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Funktions-Steuerung/-Regelung für eine Kraftstoff-Reformierungsvorrichtung in Verbindung mit dem Abgasreinigungssystem von 17.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Abgasreinigungssystem einen NOx verarbeitenden Katalysator zur Reduzierung von NOx auf, der in einem Abgas-Durchgang einer Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist, um NOx beim Vorliegen von reduzierenden Bestandteilen im Abgas zu reduzieren. Darüber hinaus ist eine Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung bezüglich einer Abgasströmung von der Verbrennungsvorrichtung stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet und eingerichtet, um ein Wasserstoffverhältnis bei vollständig reduzierenden Bestandteilen, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas zu erhöhen, um die durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellten Beziehungen zu erfüllen, wenn eine Reduzierung von NOx vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird: [H2/TR]d > [H2/TR]u (1) [H2/TR]d ≥ 0,3 (2)wobei [H2/TR]u ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]u von Wasserstoff und einer Konzentration [TR]u der vollständig reduzierenden Bestandteilen entweder im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung oder Verbrennungsgas in einem Zustand ist, bevor das Wasserstoffverhältnis einer Erhöhung durch die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung unterzogen wird; und [H2/TR]d ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und einer Konzentration [TR]d von vollständig reduzierenden Bestandteilen im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung ist. Die Konzentration wird z. B. durch „ppm (parts per million)" oder „Volumenprozent" ausgedrückt.
  • Wie oben gemäß dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung erläutert, ist die besondere Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung (-Einrichtung) im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet, um den Wasserstoffanteil im Abgas zu erhöhen. Das Abgas, das eine bestimmte, mit Wasserstoff angereicherte Zusammensetzung aufweist, wird dem NOx verarbeitenden Katalysator zugeführt, wodurch NOx im Abgas effektiv reduziert wird. Die Verbrennungsvorrichtung ist ein Verbrennungsmotor eines Automobilfahrzeugs oder kann ein Brenner, eine Feuerung oder dergleichen sein.
  • Hierbei umfassen die Wasserstoff-Anreicherungseinrichtungen (-Vorrichtungen) alle Einrichtungen oder Vorrichtungen zur Erhöhung des Wasserstoffsanteils im Verbrennungsgas und/oder im Abgas. Das Verbrennungsgas ist ein Gas im Innern eines Brennraums oder eines Motorzylinders des Motors. Die Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung umfasst die folgenden Einrichtungen oder Vorrichtungen:
    • (a) Einrichtung oder Vorrichtung zur Wasserstoff-Erzeugung im Verbrennungsgas und/oder Abgas;
    • (b) Einrichtung oder Vorrichtung zur Verringerung von Bestandteilen außer Wasserstoff im Verbrennungsgas und/oder Abgas;
    • (c) Einrichtung oder Vorrichtung zur Unterdrückung eines Verbrauchs von Wasserstoff im Verbrennungsgas und/oder Abgas; und
    • (d) Einrichtung oder Vorrichtung zur Zuführung von Wasserstoff ins Verbrennungsgas und/oder Abgas.
  • Die Einrichtungen (a), (b) und (c) sind in einem Durchgang des Verbrennungsgases oder Abgases angeordnet und werden „inneres System" genannt. Im Gegensatz dazu ist die Einrichtung (d) außerhalb des Durchgangs angeordnet und wird „äußeres System" genannt. Im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Wasserstoffanreicherungseinrichtungen (a), (b), (c) und (d) einzeln oder in Kombination verwendet.
  • Die obige Wasserstofferzeugungseinrichtung (a) ist angeordnet, um Wasserstoff im Verbrennungsgas und/oder Abgas zu erzeugen und um eine Wasserstoffmenge im Gas dadurch zu erhöhen, dass die Wasserstoffkonzentration im Gas entschieden erhöht wird. Die obige Verringerungseinrichtung (b) der reduzierenden Bestandteile ist angeordnet, um die reduzierenden Bestandteile, wie z. B. HC und CO, im Verbrennungsgas und/oder Abgas selektiv zu reduzieren (z. B. vorzugsweise die zu reduzierenden Bestandteile gegenüber Wasserstoff zu reduzieren), um den Wasserstoffanteil im Gas dadurch zu erhöhen, wodurch die Wasserstoffkonzentration im Gas entschieden erhöht wird. Die obige Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungseinrichtung (c) senkt eine Verbrauchsrate von Wasserstoff im Verbrennungsgas und/oder Abgas relativ zu der anderer reduzierender Bestandteilen, außer Wasserstoff, ab, um den Wasserstoffanteil im Gas dadurch zu erhöhen, wodurch die Wasserstoffkonzentration im Gas entschieden angehoben wird. Die obige Wasserstoffzuführungseinrichtung (d) ist angeordnet, um Wasserstoff oder wasserstoffhaltiges Gas ins Verbrennungsgas im Motor und/oder ins Abgas im Abgas-Durchgang dem Motor oder dem Durchgang von außen zuzuführen, um den Wasserstoffanteil im Gas zu erhöhen, wodurch die Wasserstoffkonzentration im Gas entschieden erhöht wird.
  • Die oben genannten Wasserstoffanreicherungseinrichtungen (a), (b), (c) und (d) werden erläutert. Beispiele einer Wasserstofferzeugungseinrichtung (a) sind ein Wasserstoff erzeugender Katalysator, der Edelmetalle, wie z. B. Rhodium enthält, um Wasserstoff zu erzeugen (bezeichnet als Katalysatorsystem), und eine Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung (Verbrennungssystem bezeichnet) zur Steuerung/Regelung einer Verbrennung im Brennraum, d. h. um einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt eines Kraftstoff-Einspritzventils, einen Zündzeitpunkt einer Zündkerze und dergleichen zu steuern/zu regeln. Ein Beispiel der Verringerungseinrichtung der reduzierenden Bestandteile (b) ist ein CO- und HC-selektiver Oxidationskatalysator (bezeichnet als Katalysatorsystem), um CO und HC selektiv zu oxidieren. Ein Beispiel der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungseinrichtung (c) ist ein Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator (bezeichnet als Katalysatorsystem) der festes saures Oxid enthält. Beispiele der Wasserstoffzuführungseinrichtungen (d) sind ein Zuführungssystem oder eine Vorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas, die eingerichtet sind, um ein wasserstoffhaltiges Gas unter Verwendung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft unter Einwirkung des Katalysators zu erzeugen, und eine Bombe, die Wasserstoff enthält (äußeres System).
  • Obwohl diese Wasserstoffanreicherungseinrichtungen in Kombination frei verwendet werden können, ist es ausreichend, dass eine dieser Wasserstoffanreicherungsvorrichtungen verwendet wird. Ein Beispiel einer geeigneten Kombination dieser Wasserstoffanreicherungseinrichtungen ist die Kombination der Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung (Verbrennungssystem bezeichnet), des Wasserstoff erzeugenden Katalysators, des HC- und CO-selektiven Oxidationskatalysators und des Katalysators, der festes saures Oxid enthält (Katalysatorsystem), und die Kombination des Katalysatorsystems und der Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas (äußeres System). Darüber hinaus werden der Wasserstoff erzeugende Katalysator, der als Wasserstoffanreicherungseinrichtung des Katalysatorsystems dient, der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator und der Katalysator der festes saures Oxid enthält, oftmals im praktischen Einsatz in Kombination verwendet. Anstelle einer Verwendung dieser Katalysatoren in Kombination kann ein Katalysator verwendet werden, der zwei oder drei Funktionen dieser Katalysatoren aufweist. In der Beschreibung können der Wasserstoff erzeugende Katalysator, der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator und/oder der Katalysator, der festes saures Oxid enthält (die als Wasserstoffanreicherungseinrichtung des Katalysatorsystems dienen) als „Wasserstoffanreicherungskatalysator" bezeichnet werden.
  • Wenn der NOx verarbeitende Katalysator, wie oben gemäß dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung erläutert, eine NOx-Reduzierung durchführt, führt die Wasserstoffanreicherungseinrichtung die Wasserstoffanreicherung derart aus, dass die Wasserstoff-Konzentration [H2] und die Konzentration der vollständig reduzierenden Bestandteile [TR] im Verbrennungsgas und/oder Abgas die Beziehungen erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt sind, wenn eine NOx-Reduzierung vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird: [H2/TR]d > [H2/TR]u (1) [H2/TR] d ≥ 0,3 (2)wobei [H2/TR]u das Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]u von Wasserstoff und der Konzentration [TR]u der vollständig reduzierenden Bestandteile im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung und/oder im Verbrennungsgas in einem Zustand ist, bevor das Wasserstoffverhältnis einer Erhöhung durch die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung unterzogen wird; und [H2/TR]d das Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und der Konzentration [TR]d von vollständig reduzierenden Bestandteilen im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung ist. Aufgrund einer solchen Wasserstoffanreicherung wird Wasserstoff wirksam und absichtlich als reduzierender Bestandteil verwendet, wodurch NOx effektiv reduziert wird. Die oben erläuterte Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder -Vorrichtung kann während dem Motorbetrieb immer betrieben werden oder arbeiten. Es ist jedoch vom Standpunkt der Anhebung der NOx-Reduzierungseffizienz vorzuziehen, dass der Betrieb der Wasserstoffanreicherungseinrichtung synchron mit der NOx-Reduzierung des NOx verarbeitenden Katalysators ausgeführt wird.
  • Als Nächstes erfolgt eine Erläuterung der wirksamen oder absichtlichen Verwendung von Wasserstoffgas als grundsätzliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung.
  • Als erstes ist bekannt, dass Abgas vom Motor HC, CO und H2 als reduzierende Haupt-Bestandteile enthält. In dem im japanischen Patent Nr. 2600 492 offenbarten Verfahren kann das NOx-Auffangmittel NOx in einem mageren Motor-Betriebsbereich auffangen und NOx in einem fetten Motor-Betriebsbereich durch Anreicherung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Abgases abbauen, das zum NOx-Auffangmittel strömt, um so das abgebaute NOx zu reduzieren. Bei diesem Verfahren dient hauptsächlich HC als reduzierender Bestandteil. Im mageren Motor-Betriebsbereich wird dem Motor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, das ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis (im Kraftstoff) aufweist, das magerer als ein stochiometrisches Niveau ist, wodurch eine magere Abgas-Atmosphäre erzeugt wird. Im fetten Motor-Betriebsbereich wird dem Motor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, das ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis (im Kraftstoff) aufweist, das fetter als das stochiometrische Niveau ist, wodurch eine fette Abgas-Atmosphäre erzeugt wird. Der fette Motor-Betriebsbereich kann einen stochiometrischen Motor-Betriebsbereich umfassen, bei dem dem Motor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, das ein im Allgemeinen stochiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis aufweist.
  • Darüber hinaus wird in einem konventionellen Verfahren, das einen NOx-selektiven Reduktionskatalysator verwendet, um NOx selektiv zu reduzieren, hauptsächlich HC als der reduzierende Bestandteil verwendet. Der NOx-selektive Reduktionskatalysator ist in „Science and Technology in Catalysis 1998, Seite 363, Kodansha", und „TOCAT3 (1998), Seite 49, Third Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology 1998 Program and Abstracts" offenbart.
  • Jedoch wurde neuerdings unbedingt gewünscht, Abgas-Schadstoffbestandteile, die vom Verbrennungsmotor ausgestoßen werden, vom Gesichtspunkt des atmosphärischen Umweltschutzes weiter zu reduzieren. Im Hinblick darauf wurden Verbesserungen im Verbrennungsmotor selbst und im Abgas-Reinigungskatalysator beschleunigt, die den Vorschlag des oben genannten, im japanischen Patent Nr. 2600 492 offenbarten Verfahrens einschließen. Jedoch werden in diesem konventionellen Verfahren die reduzierenden Bestandteile wie z. B. HC und CO scharf verringert und daher existiert im Abgas kein reduzierender Bestandteil, um eine Reduzierung von NOx zu Stande zu bringen, sodass keine ausreichende NOx-Reduzierung ausgeführt wird. Folglich wird in einem solchen konventionellen Verfahren Abgas benötigt, das darin bis zu einem gewissen Umfang HC und CO enthält, das in einen NOx verarbeitenden Katalysator fließt. Folglich können die anderen Teile des verbleibenden HC und CO unreagiert bleiben, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine Abgasreinigung auf einem noch höheren Niveau zu Stande zu bringen.
  • Im Gegensatz dazu wird im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung hauptsächlich H2 (Wasserstoff) als reduzierender Bestandteil anstelle von HC und CO verwendet, die konventionell als reduzierende Bestandteile verwendet wurden, bei dem die Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder -Vorrichtung betrieben wird, um Wasserstoff derart zu steuern/zu regeln, um die Beziehungen zu erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt sind, wenn eine Reduzierung von NOx vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird: [H2/TR]d > [H2/TR]u (1) [H2/TR]d ≥ 0,3 (2)wobei [H2/TR]u das Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]u von Wasserstoff und der Konzentration [TR]u der vollständig reduzierenden Bestandteile im Abgas-Durchgang stromaufwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung und/oder im Verbrennungsgas in einem Zustand ist, bevor das Wasserstoffverhältnis einer Erhöhung durch die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung unterzogen wird; und [H2/TR]d das Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und der Konzentration [TR]d von vollständig reduzierenden Bestandteilen im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung ist. Das als Ergebnis des Betriebs der Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder Vorrichtung hergestellte Abgas wird dem NOx verarbeitenden Katalysator während der NOx-Reduzierung durch den Abgas-Durchgang als Zuführungsgas zugeführt, wodurch eine hohe NOx-Reduzierungseffizienz erreicht wird. Das „Zuführungsgas" bedeutet Abgas, das sich unmittelbar stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators befindet und in den NOx verarbeitenden Katalysator eingeleitet wird.
  • Wie nachfolgend in diesem Zusammenhang erläutert wird, enthält Abgas, das von einem Verbrennungsmotor oder einem Abgasreinigungskatalysator ausgestoßen wird, üblicherweise H2 mit einem Verhältnis von [H2/TR]d ≥ 0,3, sodass das Verhältnis zu klein ist, um H2 als reduzierenden Bestandteil zu verwenden. Jedoch wird gemäß dieser Erfindung dieses Verhältnis so vergrößert, um H2 effektiv als reduzierenden Bestandteil zu verwenden. Hierbei ist es ausreichend, das eine durch Gleichung (2) dargestellte Gaszusammensetzung die Beziehung [H2/TR]d ≥ 0,3 erfüllt; es ist jedoch vorteilhaft, dass die Gaszusammensetzung die Beziehung [H2/TR]d ≥ 0,5 erfüllt.
  • Um darüber hinaus die Steuerung/Regelung für die Formeln (1) und (2) im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, ist es vorteilhaft, eine solche Steuerung/Regelung durchzuführen, um ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in den gesamten reduzierenden Bestandteilen im Abgas zu erhöhen, um die folgende Beziehung zu erfüllen, die durch eine Formel [H2/CO]d > 1 dargestellt wird, wenn eine Reduzierung von NOx durch den NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird. In der Formel [H2/CO]d > 1 ist [H2/CO]d ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und einer Konzentration [CO]d von Kohlenmonoxid in den gesamten reduzierenden Bestandteilen im Abgas im Abgas-Durchgang unmittelbar stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoffanreicherungsvorrichtung. Dies verringert einen Einfluss von anderen reduzierenden Bestandteilen (insbesondere CO), um eine Reaktion zwischen H2 und NOx zu verhindern, wodurch eine Reaktion zwischen H2, das eine hohe Reduzierungsaktivität aufweist, und NOx bemerkenswert gesteigert wird, wodurch die NOx Reduzierungseffizienz weiter verbessert wird.
  • Es sei bemerkt, dass bei der Steuerung/Regelung, die die durch die Formeln (1) und (2) dargestellte Gas-Zusammensetzung realisiert, fast das gesamte HC und CO im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators oxidiert werden kann. Selbst wenn die Oxidation von HC und CO, gemäß dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung, demzufolge im NOx verarbeitenden Katalysator nicht ausgeführt wird, kann eine ausreichend hohe Oxidationsleistung für HC und CO im gesamten Abgasreinigungssystem realisiert werden.
  • Als Nächstes erfolgt eine detaillierte Beschreibung über die spezifische Wirksamkeit der Zusammensetzung der reduzierenden, in den NOx verarbeitenden Katalysator strömenden Bestandteile, die in der vorliegenden Erfindung, mit Bezug auf die oben genannten Formeln (1) und (2), angewendet wird.
  • Im Allgemeinen sind die Hauptbestandteile von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Wasser (H2O), Sauerstoff (O2), Wasserstoff (H2), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und Stickstoff (N2). Insbesondere im Falle, bei dem ein benzingetriebener Motor als Verbrennungsmotor verwendet wird, sind die Gewichtsanteile oder Konzentrationen der Emissionsgas-Bestandteile im Abgas um den stochiometrischen Motor-Betriebsbereich herum, bei dem dem Motor das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem ungefähr stochiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, wie folgt: CO2: ca. 12%, CO: 0,3-1,0%, H2O: ca. 13%, O2: ca. 0,2-0,5%, H2: ca. 0,1-0,3%, HC: 0,03-0,08%, NOx: 0,05-0,15% und N2: ausgeglichen, wie in „Catalyst Lectureship: Industrial Catalyst Reaction II, Kodansha, Seite 193" beschrieben. Darüber hinaus wurde bekannt, dass die Konzentrationen der Gasemissionsbestandteilen entsprechend Kraftstoff-Luft-Verhältnissen, wie in 1 gezeigt, unterschiedlich sind, was in „New Automotive Gasoline Engine, Sankaido, Seite 103" offenbart ist.
  • Wie aus dem obigen konventionellen Beschreibungen zu verstehen ist, ist im allgemeinen der Anteil an H2, der im ausgestoßenen Abgas von einem Verbrennungsmotor enthalten ist, relativ zu den gesamten reduzierenden Bestandteilen (TR), einschließlich HC, CO und dergleichen [H2/TR]d ≥ 0,3. Es ist aus dem oben Gesagten ersichtlich, dass die Gaszusammensetzung mit dem Verhältnis von [H2/TR]d ≥ 0,3, die von der Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder -Vorrichtung realisiert wird, spezifisch oder einzigartig ist, bei der insbesondere die Wasserstoffanreicherungseinrichtung eine Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung oder Vorrichtung umfasst, um die Kraftstoff-Einspritzmenge (Menge an Kraftstoff, der vom Kraftstoff-Injektor eingespritzt wird) den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt (Zeitpunkt, bei dem Kraftstoff vom Kraftstoff-Injektor eingespritzt wird), den Zündzeitpunkt (Zeitpunkt, bei dem eine Zündkerze einen Zündfunken erzeugt), die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Einlass- und/oder Auslassventile zu steuern/zu regeln.
  • Falls das Abgas ungefähr ein stochiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis aufweist sind die reduzierenden Bestandteile (HC, CO, H2) und die oxidierendem Bestandteile (O2, NOx) im Allgemeinen untereinander ausgeglichen und daher werden HC, CO und NOx gleichzeitig reagiert, um eine Oxidation und Reduktion unter Verwendung des Drei-Wege-Katalysators, wie in „Catalyst Lectureship: Industrial Catalyst Reaction II, Kodansha, Seite 193 und 194" beschrieben, in die Wege zu leiten. Jedoch reagiert bei Verwendung eines solchen konventionellen Drei-Wege-Katalysators H2 mit NOx, das mit der gleichen Rate wie die der anderen reduzierenden Bestandteile (HC, CO) verbraucht wird. Daher nimmt [H2/TR] an einer Position stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators im Allgemeinen unvermeidbar die gleiche Gaszusammensetzung an, wie die an einer Position stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators und daher kann die Gaszusammensetzung mit den Beziehungen, die durch die Formeln (1) und (2) dargestellt sind, nicht realisiert werden, selbst wenn ein solcher gewöhnlicher oder konventioneller Drei-Wege-Katalysator stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet ist.
  • Im Fall, bei dem ein gewöhnlicher oder konventioneller Oxidationskatalysator, der zur Aufnahme von Edelmetall-Bestandteilen, wie z. B. Pt, Pd, Pt-Pd, auf einem Oxid mit einem hohen spezifischen Oxid-Oberflächenbereich (wie z. B. Aluminiumoxid) vorbereitet ist, stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet ist, läuft vorzugsweise nur eine Oxidationsreaktion ab, sodass sich H2 um die gleiche Rate, wie die der anderen reduzierenden Komponenten (HC, CO) verringert. Folglich wird [H2/TR] an der relativ zum Oxidationskatalysator stromabwärts liegenden Position gleich groß wie das an der relativ zum Oxidationskatalysator stromaufwärts liegenden Position, wodurch es unmöglich wird, die in der vorliegenden Erfindung verwendete Gaszusammensetzung zu realisieren. Aus dieser Tatsache wird ersichtlich, dass die Gaszusammensetzung mit der durch die Formeln (1) und (2) dargestellten Beziehung spezifisch oder einzigartig ist.
  • Die Tatsache, dass eine solche spezifische Gaszusammensetzung nicht realisiert werden kann, drückt aus, dass für H2 in einem gegenständlichen Gas keine Steuerung/Regelung durchgeführt wird und daher kann eine NOx-Reduzierungsreaktion unter Verwendung von H2 im NOx verarbeitenden Katalysator, wie durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt, nicht selektiv vorangetrieben werden.
  • Nachfolgend wird die Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder Vorrichtung detailliert erläutert.
  • Die oben erläutert, werden die Beispiele der Wasserstoffanreicherungseinrichtung oder Vorrichtung nochmals aufgelistet. Die Beispiele der Wasserstoffanreicherungseinrichtung (a) sind die Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung (Verbrennungssystem) und der Wasserstoff erzeugende Katalysator (Katalysatorsystem). Das Beispiel der Verringerungseinrichtung (b) der reduzierenden Komponenten (außer Wasserstoff) ist der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator (Katalysatorsystem). Das Beispiel der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungseinrichtung (c) ist der Katalysator, der festes saures Oxid enthält (Katalysatorsystem). Die Beispiele der Wasserstoff-Zuführungseinrichtung (d) sind die Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas und die Bombe, die Wasserstoff enthält (äußeres System).
  • Hierbei ist das Beispiel der Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung eine Einrichtung zur Steuerung/Regelung der Kraftstoff-Einspritzmenge, des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, des Zündzeitpunkts und der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und/oder Auslassventile und eine Einrichtung zur Steuerung/Regelung jeder Kombination der oben aufgeführten Menge und Zeitpunkte. Die Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung umfasst eine Einrichtung, um hauptsächlich eine Teil-Oxidation von HC und eine Denaturierung von CO (Reaktion zwischen CO und Wasser) im Verbrennungsgas und/oder Abgas herzustellen.
  • Es ist ausreichend, dass die Beispiele des Wasserstoff erzeugenden Katalysators Katalysatoren sind, die bewirken, dass Wasserstoff aus HC und CO im Verbrennungsgas und oder Abgas erzeugt wird und umfassen daher Katalysatoren, die Edelmetalle, wie z. B. Pt, Pd und/oder Rh, enthalten und Katalysatoren, die jede Kombination dieser Edelmetalle enthalten. Falls nur ein Edelmetall in jedem der Katalysatoren verwendet wird, ist es äußerst vorteilhaft, dass jeder der Katalysatoren Rh enthält.
  • Das Beispiel der Verringerungseinrichtung der reduzierenden Bestandteile (außer Wasserstoff) ist der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator (Katalysatorsystem), der CO und HC selektiv oxidiert, dadurch H2 erzeugt und daher Zirkonoxid enthält. Das Zirkonoxid enthält Erdalkalimetall und weist vorzugsweise eine Zusammensetzung auf, die durch die folgende allgemeine Formel (3) dargestellt wird: [X]aZrbOc (3) wobei X ein Erdalkalimetall ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Magnesium, Calcium, Strontium und Barium gewählt wird; a und b Anteile von Atomelementen sind; und c eine Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die zur Erfüllung der Valenzen von X und Zr benötigt werden, bei dem a in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt, b in einem Bereich von 0,5 bis 0,99 liegt und a + b = 1,0 ist.
  • Falls a in der Formel (3) kleiner als 0,01 ist, kann der Reformierungseffekt der hinzugefügten Elemente (Erdalkalimetalle) zu Zirkonoxid nicht ausreichend erreicht werden. Falls a 0,5 überschreitet, kann sich eine katalytische Aktion bei hohen Temperaturen verschlechtern, wodurch die katalytische Aktivität verringert wird. Wenn a + b 1,0 überschreitet, kann sich die strukturelle Stabilität des Zirkonoxids verringern, was nicht wünschenswert ist.
  • Der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator, der aus Zirkonoxid ausgebildet ist, kann zusammen mit dem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, vorzugsweise mit Rh verwendet werden. Dies hält den Elektronen-Zustand geeignet aufrecht, sodass H2 effektiv erzeugt werden kann, wodurch die Wasserstoffanreicherung weiter begünstigt wird. Es ist in diesem Fall wünschenswert, dass Rh in einer Menge verwendet wird, die von 0,01 bis 10 g/Liter eines Trägers (monolithischen Trägers) reicht. Wenn die Menge geringer als 0,01 g/Liter des Trägers ist, kann der Effekt der Erhöhung der Rate von H2-Bestandteilen durch Rh nicht ausreichend erreicht werden. Wenn die Menge 10 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist der Erhöhungseffekt des Bestandteilanteils von H2 gesättigt. Darüber hinaus kann in einem solchen Fall, der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator aus Zirkonoxid ausgebildet ist, zusammen mit dem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, wie z. B. mit Rh, verwendet werden, wenn a + b den Wert 1,0 im Zirkonoxid überschreitet, das durch die Formel (3) dargestellt ist, wird das hinzugefügte Erdalkalimetall auf der Oberfläche des Katalysators abgeschieden, was die katalytische Aktivität von Rhodium mindern kann.
  • Ein solcher CO- und HC-selektiver Oxidationskatalysator (Katalysatorsystem), der CO und HC selektiv oxidiert, um H2 zu erzeugen, kann Pd und Ceroxid enthalten, um eine Zusammensetzung zu bilden, die durch die Formel (3) dargestelltes Zirkonoxid, Ph, Pd und Ceroxid enthält, wodurch unverbranntes HC und CO selektiv oxidiert wird und die Rate des H2-Bestandteils erhöht wird. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass 20 bis 80 Gew.% von Palladium der Gesamtmenge von Palladium im Katalysator auf dieses Ceroxid übertragen wird. Falls die Menge des auf das Ceroxid übertragenen Palladiums geringer als 20 Gew.% ist, ist der Erhöhungseffekt des H2-Bestandteils ungenügend. Falls die Menge des auf das Ceroxid übertragenen Palladiums 80 Gew.% übersteigt, wird ein Dispersionsvermögen von Pd abgebaut, wodurch sich die katalytische Aktivität des Katalysators verringert. Darüber hinaus liegt die im Katalysator verwendete Menge an Palladium in einem Bereich von 0,01 bis 50 g pro einem Liter des Trägers (monolithischer Träger). Wenn die Menge an Palladium geringer als 0,01 g pro einem Liter des Trägers ist, kann der Verbesserungseffekt der selektiven Oxidation von unverbranntem HC und CO und die Erhöhung der Rate des H2-Bestandteils nicht ausreichend erreicht werden. Wenn die Menge an Palladium 50 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist der gleiche Verbesserungseffekt gesättigt.
  • Ein Beispiel eines Katalysators, der festes saures Oxid (oder der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator zur selektiven Oxidation von HC und CO) enthält, ist ferner ein Katalysator, der festes saures Zirkonoxid enthält, das zumindest ein aus der Gruppe ausgewähltes Element enthält, die aus Titan, Aluminium, Tungsten, Molybdän und Zink besteht und vorzugsweise durch die folgende allgemeine Formel (4) dargestellt wird: [Y]dZreOf (4)wobei Y zumindest ein Element ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Titan, Aluminium, Tungsten, Molybdän und Zink besteht; d und e Verhältnisse von Atomelementen sind; und f eine Anzahl an Sauerstoffatomen ist, die zur Erfüllung der Valenzen von Y und Zr benötigt werden, wobei d in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt, e in einem Bereich von 0,5 bis 0,99 liegt und d + e = 1,0 ist.
  • Wenn d in der obigen Formel (4) geringer als 0,01 ist, kann der Reformierungseffekt der hinzugefügten Elemente, wie z. B. Titan, nicht ausreichend erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu d den Wert 0,5 überschreitet, kann sich eine katalytische Aktion bei hohen Temperaturen verschlechtern, wodurch die katalytische Aktivität gemindert wird. Wenn a + b den Wert 1,0 überschreitet, kann sich die strukturelle Stabilität des Zirkonoxids vermindern.
  • Darüber hinaus kann dieser Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator zusammen mit dem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, insbesondere mit Pt verwendet werden. Dies kann dem NOx verarbeitenden Katalysator H2 in dem Gas, dessen H2-Bestandteilrate erhöht wurde, effektiv bereitstellen. Um in diesem Fall den Verbrauch von H2 effektiv zu unterdrücken, ist es wünschenswert, dass Pt auf das durch die Formel (4) dargestellte Zirkonoxid übertragen wird, bei dem Pt vorzugsweise in einer Menge, die von 10 bis 30 Gew.% der Gesamtmenge an Pt reicht, in den Katalysator übertragen wird. Wenn die Menge an Pt geringer als 10 Gew.% ist, kann der Verbrauchs-Unterdrückungseffekt hinsichtlich erzeugtem H2 nicht ausreichend erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu die Menge an Pt 30 Gew.% überschreitet, ist der gleiche Verbrauchs-Unterdrückungseffekt gesättigt. Es ist ferner wünschenswert, dass die im Katalysator verwendete Menge an Pt in einem Bereich von 0,01 bis 25 g pro einem Liter des Trägers (monolithischer Träger) liegt. Wenn die Menge an Pt geringer als 0,01 pro einem Liter des Trägers ist, kann der Verbesserungseffekt der selektiven Oxidation und Entfernung von HC und CO und Erhöhung der Rate des H2-Bestandteils nicht ausreichend erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu die Menge von Pt von 20 Gramm pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist der gleiche Verbesserungseffekt gesättigt.
  • In einem solchen Fall kann darüber hinaus der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator, der aus Zirkonoxid ausgebildet ist, zusammen mit dem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, z. B. mit Rh verwendet werden, wenn a + b den Wert 1,0 im Zirkonoxid, dargestellt durch die Formel (4), überschreitet, wird das hinzugefügte Element, wie z. B. Titan, auf der Oberfläche des Katalysators abgelagert, was die katalytische Aktivität von Pt verringern kann und nicht wünschenswert ist.
  • Nachfolgend wird der katalytische Aufbau des Katalysators, bei dem der Wasserstoff erzeugende Katalysator, oder dergleichen, zusammen mit dem CO- und HC-selektiven Oxidationskatalysator, oder dergleichen, verwendet wird, detailliert erläutert. Im Falle der Verwendung des Wasserstoff erzeugenden Katalysators als Beispiel der Wasserstoffanreicherungseinrichtung in Verbindung mit anderen Katalysator-Komponenten im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein monolithischer Träger mit einem einstückigen Aufbau, oder dergleichen, verwendet, um einen monolithischen Katalysator auszubilden, bei dem der Träger mit einer Mehrzahl von Abgasdurchgängen ausgebildet ist, die sich von einem stromaufwärts liegenden Seitenende zu einem stromabwärts liegenden Seitenende bezüglich der Abgasströmung vom Motor erstrecken. Es ist wünschenswert, dass ein Katalysator-Bestandteil zur Oxidation von HC und CO und Verringerung von Sauerstoff in den Abgas-Durchgängen einen stromaufwärts liegenden Abschnitt angeordnet ist, der das stromaufwärts liegende Seitenende umfasst, während ein Katalysator-Bestandteil zur Erzeugung von Wasserstoff in den Abgas-Durchgängen an einem stromabwärts liegenden Abschnitt angeordnet ist, der das stromabwärts liegende Seitenende umfasst, sodass die Menge an Sauerstoff, die in Kontakt mit dem Wasserstoff erzeugenden Katalysator- Bestandteil gebracht wird, verringert werden kann. Um die Änderung der Raumgeschwindigkeit, Temperatur und dergleichen, reibungslos zu bewältigen, ist es bei einem solchen monolithischen Katalysator wünschenswert, dass der Katalysator-Bestandteil zur Oxidation von HC und CO und Verringerung von Sauerstoff am stromaufwärts liegenden Abschnitt Pd und/oder Pt und falls notwendig Aluminiumoxid (als Träger) ist. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Katalysator Pd und/oder Pt in einer Menge enthält, die von 0,1 bis 50 g pro einem Liter des monolithischen Trägers reicht. Wenn der Gehalt an Pd und/oder Pt geringer als 0,1 g pro einem Liter des Trägers ist, kann eine ausreichende katalytische Aktivität nicht erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt an Pd und/oder Pt 50 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die katalytische Aktivität des Katalysators gesättigt.
  • Es ist darüber hinaus wünschenswert, dass der Katalysator-Bestandteil zur Erzeugung von Wasserstoff am stromabwärts liegenden Abschnitt Rh und Zirkonoxid umfasst (einschließlich denen, die durch die Formeln (3) und (4) dargestellt sind). Um die Änderung der Raumgeschwindigkeit, Temperatur und dergleichen reibungslos zu bewältigen, enthält der Katalysator vorzugsweise Rh in einer Menge, die von 0,1 bis 50 g pro einem Liter des monolithischen Trägers reicht und Zirkonoxid in einer Menge, die von 10 bis 300 g pro einem Liter des monolithischen Trägers reicht. Wenn der Gehalt an Rh geringer als 0,1 g pro einem Liter des Trägers ist, kann eine ausreichende katalytische Aktivität nicht erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt an Rh 50 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die katalytische Aktivität des Katalysators gesättigt. Wenn darüber hinaus der Gehalt an Zirkonoxid geringer als 5 g pro einem Liter des Trägers ist, kann der Verbesserungseffekt der katalytischen Leistung von Rhodium nicht ausreichend erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt an Zirkonoxid 100 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die katalytische Aktivität des Katalysators gesättigt.
  • Was das Zirkonoxid betrifft, kann das Zirkonoxid verwendet werden, das, wie durch die Formel (3) dargestellt, Erdalkalimetall enthält, um den elektronischen Zustand von Rh entsprechend aufrecht zu erhalten, wodurch H2 erzeugt wird. Darüber hinaus kann der Katalysator-Bestandteil zur Erzeugung von Wasserstoff am stromabwärts liegenden Abschnitt Pd und Ceroxid (als Träger) enthalten, um den elektronischen Zustand von Pd entsprechend aufrecht zu erhalten, wodurch die Erzeugung von H2 weiter effektiv gefördert wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Katalysator Pd in einer Menge, die von 0,01 bis 50 g pro einem Liter des monolithischen Trägers reicht, und Ceroxid in einer Menge enthält, die von 10 bis 300 g pro einem Liter des monolithischen Trägers reicht. Falls der Gehalt an Pd geringer als 0,01 g pro einem Liter des Trägers beträgt, kann eine ausreichende katalytische Aktivität nicht erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt an Pd 50 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die katalytische Aktivität des Katalysators gesättigt. Wenn darüber hinaus der Gehalt an Ceroxid geringer als 10 g pro einem Liter des Trägers ist, kann der Verbesserungeffekt der katalytischen Leistung nicht zufrieden stellend erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt an Ceroxid 300 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die katalytische Aktivität gesättigt.
  • Ein konkretes Beispiel des Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysators ist schematisch und fragmentarisch in 15A dargestellt, in der Drei-Wege-Katalysatoren in Kombination verwendet werden und derart angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass die Erzeugung von Wasserstoff begünstigt wird und der Verbrauch von Wasserstoff effektiv unterdrückt wird. Im Gegensatz dazu sind im Fall, bei dem Pt, Pd, Rh und dergleichen, die konventionell als katalytische Bestandteile von Drei-Wege-Katalysatoren verwendet werden, und Aluminiumoxid, Ceroxid und Zirkonoxid, wie in 15B gezeigt, wie gewöhnlich angeordnet; jedoch findet der Verbrauch von Wasserstoff gleichzeitig statt. Demzufolge kann die durch die vorliegende Erfindung beabsichtigte Wasserstoffverwendung nicht realisiert werden. In 15B kennzeichnet ein Symbol „X→" in der Reaktionsformel, dass es schwierig ist, dass die Reaktion stattfindet, die Erzeugung von Wasserstoff erfolgt im Reaktionsprozess.
  • Es wird verständlich, dass eine Vielfalt der obigen Wasserstoffanreicherungs-Einrichtungen oder -Vorrichtungen in Kombination, wie oben im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung erläutert, verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang ist die Kombination der oben genannten Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung (-Vorrichtung) und die Wasserstoffanreicherungs-Einrichtung (-Vorrichtung) des katalytischen Systems (z. B. der Wasserstoff erzeugende Katalysator, der HC- und CO-selektive Oxidationskatalysators und/oder der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator) wirksam, um die durch die vorliegende Erfindung beabsichtigte Wasserstoffverwendung auszuführen. Insbesondere werden die Kraftstoff-Einspitzmenge, der Kraftstoff-Einspritzeitpunkt, der Zündzeitpunkt und/oder die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Einlass- und/oder Auslassventile des gegenständlichen Verbrennungsmotors durch die oben erläuterte Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungseinrichtung oder -Vorrichtung derart gesteuert/geregelt, dass das in die Wasserstoffanreicherungseinrichtung des Katalysatorsystems geströmte Verbrennungsgas und/oder Abgas in einen (bei reduzierenden Bestandteilen) fetten Zustand (entsprechend zum fetten Motor-Betriebsbereich) nachreguliert werden, um intermittierend einen so genannten Z-Wert, nicht höher als 1,0, anzunehmen. Folglich kann die Effizienz der Erzeugung von H2 weiter verbessert werden, wodurch es ermöglicht wird, die Gaszusammensetzung des Verbrennungsgases und/oder Abgases, die durch die Formeln [H2/TR]d > [H2/TR]u, [H2/TR]d ≥ 0,3 und [H2/CO]d > 1 dargestellt sind, einfach zu realisieren. Der Z-Wert ist ein Verhältnis zwischen einem Oxidationsmittel und einem Reduktionsmittel und wird durch [O2] × 2 + [NO]/[H2] × 2 + [CO] + [HC] × α dargestellt, wobei [O2], [NO], [H2], [CO] bzw. [HC] Konzentrationen von O2, NO, H2, CO bzw. HC kennzeichnen; und α einen Koeffizient kennzeichnet, der entsprechend den Arten von HC festgelegt wird.
  • Ein Beispiel der Zuführungsvorrichtung für wasserstoffhaltiges Gas als Wasserstoffzuführungseinrichtung (d) ist eine Vorrichtung, um wasserstoffhaltiges Gas, das unter Verwendung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft (oder Sauerstoff) erzeugt wird, in den Abgas-Durchgang von außerhalb des Abgas-Durchgangs zuzuführen. Diese Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas umfasst einen Katalysator (wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysator), der die Reaktion zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas aus Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, wie z. B. Benzin oder Leichtöl (Diesel-Kraftstoff), fördert, eine Einrichtung oder Vorrichtung zur Zuführung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs und eine Einrichtung oder Vorrichtung zur Zuführung von Luft.
  • Beispiele für Katalysatoren zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas sind Rh, Ru, Cu-Ni-Doppeloxid, Pd-haltiges ZrO, und dergleichen. Die Vorrichtung zur Zuführung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs und der Luft wird unabhängig davon vorgesehen oder kann vorgesehen werden, um auch als eine weitere Vorrichtung zu dienen. Beispiele einer solchen Zuführungsvorrichtung sind eine Förderpumpe oder eine Saugpumpe.
  • Da darüber hinaus das vom Verbrennungsmotor ausgestoßene Abgas Luft (Sauerstoff) enthält, ist es möglich, wasserstoffhaltiges Gas aus dem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff in Gegenwart des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators, unter Verwendung von Abgas, zu erzeugen. Durch dieses Verfahren werden Kraftstoff und Abgas im Verbrennungsmotor verwendet und daher ist nicht notwendig, eine spezielle Vorrichtung bereitzustellen. Ferner kann Abgas und Wärme des Abgases effektiv verwendet werden, wodurch niedrige Produktionskosten und eine hohe Energieeffizienz realisiert werden.
  • Ferner ist es in dieser Erzeugungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas wünschenswert, dass ein Sauerstoff-(Konzentrations-)Sensor stromaufwärts des wasserstoffhaltiges Gas produzierenden Katalysators angeordnet ist, während ein Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators stromabwärts des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators angeordnet ist, in dem eine zugeführte Menge des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs und der Luft gemäß einer Temperatur des Katalysators gesteuert/geregelt wird. Wenn in diesem Fall die Katalysatortemperatur geringer als ein vorgegebenes Niveau ist, wird eine Steuerung/Regelung durchgeführt, sodass die Menge des Kraftstoffs verringert wird, die von der Kraftstoff-Zuführungsvorrichtung zugeführt wird, während die Menge an Luft erhöht wird, die von der Luft- Zuführungsvorrichtung zugeführt wird, um so die Konzentration von Sauerstoff im Abgas zu erhöhen. Eine solche Steuerung/Regelung kann die Steuerung/Regelung der Reaktionstemperatur auf dem Katalysator erleichtern. Das vorgegebene Niveau der Katalysatortemperatur wird entsprechend der Art des Katalysators und dergleichen festgelegt und liegt üblicherweise in einem Bereich von 260 bis 380 °C.
  • Darüber hinaus ist die Zuführungsvorrichtung für wasserstoffhaltiges Gas mit einer Einrichtung versehen, um das erzeugte wasserstoffhaltige Gas zeitweise aufzufangen. Dies kann die Zuführung des wasserstoffhaltigen Gases zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. einem mit der NOx-Reduzierung simultanen Zeitpunkt, die auf dem NOx verarbeitenden Katalysator durchgeführt wird, der stromabwärts der Zuführungs-Vorrichtung oder des -Systems des wasserstoffhaltigen Gases angeordnet ist. Beispiele der zeitweisen Auffangeinrichtung des wasserstoffhaltigen Gases sind eine Vielzahl von Bomben (Behältern), eine Wasserstoff-Speicherlegierung, eine Kohlenstoff-Nanoröhre. Der Wasserstoff-Speicherbehälter und die Kohlenstoff-Nanoröhre können wasserstoffhaltiges Gas durch Steuerung/Regelung von Temperatur und Druck auffangen und freigeben.
  • Als Nächstes wird der NOx verarbeitende Katalysator detailliert beschrieben.
  • Es ist ausreichend, dass der NOx verarbeitende Katalysator stromabwärts einer Vielzahl von Wasserstoff-Anreicherungseinrichtungen, wie oben erläutert, angeordnet wird, um so zu bewirken, dass NOx in Gegenwart von den reduzierenden Bestandteilen, wie z. B. Wasserstoff reduziert wird und ist daher nicht auf Bestimmte beschränkt. Der NOx verarbeitende Katalysator umfasst einen NOx-Auffangkatalysator und einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator. Der NOx- Auffangkatalysator enthält eine Mischung aus einem ersten Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumoxid (als Träger), Alkalimetall, und Erdalkalimetall besteht, und einem zweiten Bestandteil, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Pt, Pd und Rh besteht. Der NOx-Auffangkatalysator ist im japanischen Patent Nr. 2600 492 und im „International Symposium on Surface Nano-Control of Environmental Catalysts and Related Materials (6th Iketani Conference) Tokyo 1996, Seite 74" offenbart. Der selektive NOx-Reduktionskatalysator enthält eine Mischung eines ersten Bestandteils, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Gallium (Ga), Lanthanum (La), Cerium (Ce), Zink (Zn), Titan (Ti), Kalzium (Ca), Barium (Ba) und Silber (Ag) besteht und eines zweiten Bestandteils, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin (Pt), Iridium (Ir), und Rhodium (Rh) besteht. Der selektive NOx-Reduktionskatalysator ist in „Science and Technology in Catalysis 1998, Seite 363, Kodansha", und „TOCAT3 (1998), Seite 49, Third Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology 1998, Program and Abstracts" offenbart.
  • Der erstgenannte NOx-Auffangkatalysator ist als Katalysator vorzuziehen, der H2 sehr effektiv als reduzierenden Bestandteil verwenden kann. Dementsprechend wird der NOx-Auffangkatalysator vorzugsweise im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass Cäsium (Cs) als Alkalimetall eingesetzt wird; und Magnesium (Mg), Kalzium (Ca), Strontium (Sr) und/oder Barium (Ba) als Erdalkalimetalle eingesetzt werden. Es ist vorteilhaft, dass der NOx-Auffangkatalysator Alkali- und/oder Erdalkalimetall in einer Menge enthält, die von 10 bis 70 g pro einem Liter des Trägers (monolithischer Träger) erreicht. Wenn die Menge geringer als 10 g pro einem Liter des Trägers ist, kann die NOx-Reduktionsleistung verringert werden.
  • Es ist auch vorteilhaft, dass der NOx-Auffangkatalysator Edelmetalle wie z. B. Pt, Pd und/oder Rh in einer Menge enthält, die von 0,01 bis 25 g pro einem Liter des Trägers reicht. Falls die Menge geringer als 0,01 g pro einem Liter des Trägers ist, kann eine ausreichende NOx-Reduktionsleistung nicht erreicht werden. Wenn im Gegensatz dazu die Menge 25 g pro einem Liter des Trägers überschreitet, ist die Katalysatorwirkung gesättigt.
  • Bei der Herstellung des NOx-Auffangkatalysators können Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall auf den Träger (monolithischen Träger) durch eine Vielfalt von Verfahren, wie z. B. einem Imprägnierungsprozess, übertragen werden, bei dem das/die Metall/e durch Verwendung einer Lösung von wasserlöslichem/n Salz/en, wie z. B. Azetate des Metalls/der Metalle imprägniert werden, oder einem Mischprozess, bei dem leicht lösliche oder nicht lösliche Salze, wie z. B. Karbonate oder Sulfate des Metalls/der Metalle in einen wasserlöslichen Brei gemischt werden, um so in einer katalytischen Beschichtung oder in einer Sonderbeschichtungs-Schicht gemischt zu werden, die auf dem Träger ausgebildet ist.
  • Im Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Vielfalt der oben erwähnten Katalysator-Bestandteile oder Metalle auf den monolithischen Träger aufgenommen werden, der aus Keramik, wie z. B. Cordierit ausgebildet ist oder aus Metall, wie z. B. Ferrit-Edelstahl, ausgebildet ist.
  • Die katalytische Beschichtungsschicht wird auf dem monolithischen Träger ausgebildet und enthält poröses Substratmaterial (Träger), auf dem der/die katalytische/n Bestandteil/e oder Metall/e gelagert werden. Das poröse Substratmaterial ist vorzugsweise Aluminiumoxid, Kieselerde-Aluminiumoxid und/oder Zeolith. Ferner ist es noch vorteilhafter, dass das poröse Substratmaterial aktiviertes Aluminiumoxid mit einem spezifischen Oberflächenbereich ist, der von 50 bis 300 m2/g reicht. Ferner ist es vorteilhaft, seltene Erdelemente, Zirconium und/oder dergleichen zum porösen Substratmaterial zum Zwecke der Verbesserung der Hitzebeständigkeit des porösen Substratmaterials hinzuzufügen, um so eine Verringerung beim spezifischen Oberflächenbereich des porösen Substratmaterials zu unterdrücken. Die Menge des porösen Substratmaterials, die im Katalysator verwendet wird, liegt innerhalb eines Bereiches von 50 bis 300 g pro einem Liter des Trägers (z. B. des monolithischen Trägers).
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die nachfolgenden Beispiele in Verbindung mit Vergleichsbeispielen noch leichter verständlich; jedoch beabsichtigen diese Beispiele die Erfindung zu veranschaulichen und sind nicht ausgelegt, um den Umfang der Erfindung zu beschränken.
  • BEISPIEL 1-1
  • [Herstellung eines stromaufwärtsseitigen Katalysators (Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung des Katalysatorsystems)]
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung von Palladium-Nitrat imprägniert, die eine bestimmte Menge von Palladium enthält und danach bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet. Danach wurde das so imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid-Pulver 1 Stunde lang bei 400°C gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver A) auszubilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 15,0 Gew.% betrug.
  • Dann wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 800 Gewichtsanteilen vom Pulver A, 1000 Gewichtsanteilen (20 Gew.%, als fester Inhalt berechnet) Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser gefüllt, und nachfolgend gemischt und pulverisiert, wodurch ein Brei entstand. Der Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt eines monolithischen Cordierite-Keramik-Wabentyp-Trägers mit einem Volumen von 1,3 Litern und 900 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke (die jede Zelle umgrenzt) von 2 mm aufgetragen, sodass die Zellwände mit dem Brei beschichtet waren. Der stromaufwärtsseitige Abschnitt hatte eine Länge von 1/3 der Gesamtlänge des Trägers, und hatte ein Einlassende, durch das Abgas einströmen würde. Danach wurde der beschichtete monolithischer Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und danach getrocknet und 1 Stunde lang bei 500°C gebrannt.
  • Zirconiumoxid-Pulver, das Kalzium enthält (Ca0,2Zr0,8O2), wurde mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Rhodium enthält, imprägniert und danach bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet und bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes Zirconia-Pulver (Pulver B) auszubilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 5% Gew.% beträgt.
  • Eine Porzellankugel-Mühle wurde mit 800 Gewichtsanteilen vom Pulver B, 1000 Gewichtsanteilen (20 Gew.% als fester Inhalt berechnet) Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteile reinem Wasser gefüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren des Inhalts der Kugelmühle, wodurch ein Brei entstand. Der Brei wurde auf einen stromabwärtsseitigen Abschnitt des monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Trägers aufgetragen, sodass die Zellwände mit dem Brei beschichtet waren. Der stromabwärtsseitige Abschnitt hatte eine Länge von 2/3 der Gesamtlänge des Trägers, und umfasste ein Auslassende, durch das Abgas ausgestoßen würde. Danach wurde der monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und danach getrocknet und 1 Stunde lang bei 500°C gebrannt.
  • So wurde ein Katalysator SRH1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 272 g pro einem Liter des monolithischen Trägers. Die katalytische Beschichtungsschicht umfasste eine erstgenannte Stufe, die Pd enthielt und auf dem stromaufwärtsseitigen Abschnitt des monolithischen Trägers ausgebildet wurde, und eine letztgenannte Stufe, die Rh enthielt und auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Der hergestellte Katalysator enthielt 18,6 g aufgenommenen Edelmetalle pro einem Liter des monolithischen Trägers, bei dem die Inhalte von Pt und Rh 11,5 g bzw. 7,1 g pro einem Liter des monolithischen Trägers betrugen. Die Zusammensetzung (aufgenommene Menge „g/l" an Edelmetallen) und der Aufbau des hergestellten Katalysators sind in den Tabellen 1A–1B gezeigt, in denen „Erste Schicht", „Zweite Schicht", Dritte Schicht" bzw. „Vierte Schicht" die auf dem monolithischen Träger ausgebildeten Sonderbeschichtungen, wie aus den 10 und 13 ersichtlich, bezeichnen. Der Sonderbeschichtungsaufbau des Katalysators SRH1 ist in 9 gezeigt.
  • [Herstellung eines NOx verarbeitenden Katalysators]
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-(Pd)Nitrat imprägniert. Das imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid wurde getrocknet dann in Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver C) zu bilden. Dieses Pulver hatte eine Pd-Konzentration von 5,0 Gew.%.
  • Außerdem wurde aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-(Rh)Nitrat imprägniert. Das imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid wurde getrocknet und dann in Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver D) zu bilden. Dieses Pulver hatte eine Rh-Konzentration von 3,0 Gew.%.
  • Eine Porzellankugel-Mühle wurde mit 347 g des Pulvers C, 58 g des Pulvers D, 496 g Aluminiumoxid-Pulver und 900 g Wasser gefüllt. Der Inhalt der Kugelmühle wurde eine Stunde lang gemischt und pulverisiert, um dadurch einen Brei zu bilden. Dieser Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt eines monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Trägers mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke (die jede Zelle umgrenzt) von 6 mm aufgetragen, indem die Zellwände mit dem Brei beschichtet wurden. Danach wurde der monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen unter Einwirkung des Luftstrahls zu entfernen. Dann wurde der monolithische Träger bei 130°C getrocknet und 1 Stunde lang bei 400°C gebrannt, um dadurch einen Katalysator (NR0) auszubilden, der mit einer katalytischen Beschichtungsschicht mit einem Gewicht von 200g pro einem Liter des monolithischen Trägers versehen ist.
  • Danach wurde der Katalysator NR0 mit einer wässrigen Lösung aus Barium-Acetat imprägniert, um dadurch einen Katalysator NR1 auszubilden, der 35g BaO pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt. Der Sonderbeschichtungs- Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) des Katalysators NR1 ist in 14 gezeigt. Die Zusammensetzung (aufgenommene Menge „g/l" an Edelmetallen) und der Aufbau des hergestellten Katalysators sind in den Tabellen 1A–1B gezeigt.
  • [Aufbau des Abgasreinigungssystems]
  • BEISPIEL 7/1
  • Wie in 2 gezeigt, wurde eine Ausführungsform des Abgasreinigungssystems aufgebaut, indem ein Wasserstoffanreicherungskatalysator 1 (Katalysator SRH1) vorgesehen wurde, der in einem Abgas-Durchgang 10a eines Verbrennungsmotors 10 eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der Wasserstoffanreicherungskatalysator 1 wurde eingerichtet, um selektiv unverbranntes HC und CO im vom Motor 10 ausgestoßenen Abgas zu oxidieren und zu reduzieren, um dadurch die Rate (das Verhältnis) des H2-Bestandteils im Abgas zu erhöhen. Zudem wurde ein NOx verarbeitender Katalysator 2 (Katalysator NR1) im Abgas-Durchgang 10a stromabwärts des Wasserstoffanreicherungskatalysators 1 angeordnet. Auf diese Weise wurde das Abgasreinigungssystem des Beispiels 1-1 aufgebaut.
  • Zudem wurde im Abgasreinigungssystem des Beispiels 1-1 die Wasserstoffanreicherungseinrichtung (Wasserstoffzuführungseinrichtung) des Verbrennungssystems zusätzlich auch zur Wasserstoffanreicherungseinrichtung 1 des Katalysatorsystems verwendet. Die Wasserstoffanreicherungseinrichtung des Verbrennungssystems umfasste ein Kraftstoff-Einspritzsystem 11 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor 10, einen Sauerstoff-(O2)Sensor 12 zur Erfassung einer O2-Konzentration im Abgas und eine ECU 13 (elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit) zur Steuerung/Regulierung des Verbrennungszustandes des Motors gemäß einer Mehrzahl von Motor-Betriebsparametern. Das Abgasreinigungssystem umfasste ferner einen Abgas-Temperatursensor (nicht gezeigt) zur Erfassung einer Temperatur des Abgases, einen Luftmengemesser (nicht gezeigt) zur Erfassung einer Antragluftmenge, die in den Motor eingesaugt wird und Gaskonzentration-Sensoren (nicht gezeigt) zur Erfassung einer Konzentration von Gasbestandteilen im Verbrennungsgas und/oder Abgas.
  • Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 1-1 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • [Wasserstoffanreicherungseinrichtung des Verbrennungssystems]
  • Wie in 2 gezeigt, wurde die elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit (ECU) 13 eingerichtet, um den Verbrennungszustand des Motors 10 durch das Kraftstoff-Einspritzsystem 11 entsprechend dem vom Sauerstoffsensor 12 und den anderen Sensoren eingespeisten Datensignalen derart zu steuern/zu regeln, dass die Zusammensetzung (die H2-Rate: [H2/TR]d) eines Einleitungsgases (oder Gas, das in den NOx verarbeitenden Katalysator 2 eingeleitet wird), des NOx verarbeitenden Katalysators 2 auf einen gewünschten Wert gesteuert/geregelt wird. Bei einer solchen Steuerung/Regelung der Einleitungsgas-Zusammensetzung arbeiten das Kraftstoff-Einspritzsystem 11, der Sauerstoffsensor 12 und andere Sensoren, wie nachfolgend beschrieben, als Wasserstoffzuführungseinrichtung.
  • Wie in 3 dargestellt, werden zuerst HC und O2 im Verbrennungsgas (im Innern jedes Brennraums des Motors) zur Reaktion gebracht, um teilweise oxidierte Bestandteile zu bilden. Danach werden, wie in 4 dargestellt, CO und H2O in Verbrennungsgas zur Reaktion gebracht, um H2 zu bilden. Eine solche Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung des Verbrennungsgases wird wegen der Denaturierung von HC und CO durch eine Steuerung/Regelung der Konzentration der Gasbestandteile im Verbrennungsgas und/oder Abgas und durch eine Steuerung/Regelung der Temperatur und des Drucks des Verbrennungsgases zu Stande gebracht. Insbesondere wird die Steuerung/Regelung der Zusammensetzung (Gaszusammensetzung) des Verbrennungsgases und/oder Abgases durch eine Steuerung/Regelung der Kraftstoff-Einspitzmenge, des Kraftstoff-Einspritzeitpunkts, des Zündzeitpunkts und den Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- bzw. Auslassventile mit geeigneten Werten ausgeführt.
  • [Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung]
  • Eine Art und Weise einer Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung (der H2-Rate) im Abgasreinigungssystem von Beispiel 1-1 ist in einem Ablaufdiagramm von 5 grob dargestellt. Eine solche Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung ist detailliert in einem Ablaufdiagramm von 6 dargestellt. Nachfolgend wird die Steuerung/Regelung der Gaszusammensetzung im Beispiel 1-1 mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 6 erläutert.
  • Zuerst wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F) bei einem Schritt P1 erfasst. Eine Ansaugluftmenge, die in den Verbrennungsmotor eingesaugt wird, wird bei einem Schritt P2 erfasst. Eine Temperatur des vom Motor ausgestoßenen Abgases wird an einem Schritt P3 erfasst. Danach wird eine Menge (hii) an H2, das im Motor produziert wird, aus einer Kennfeldverknüpfung zwischen Daten (A/F, der Ansaugluftmenge und der Abgastemperatur), die in der ECU gespeichert sind, und der H2-Produktionmenge (hii), die vom Motor ausgestoßen wird, bei einem Schritt P4 herausgesucht. Im Kennfeld ist die Ansaugluftmenge als Raumgeschwindigkeit (SV) der Ansaugluft dargestellt. Danach wird die H2-Produktionsmenge (hii) aus dem Ergebnis der oben erwähnten Kennfeldsuche bei einem Schritt P5 berechnet.
  • Nachfolgend wird die Abgas-Zusammensetzung (HC-Konzentration, CO-Konzentration, O2-Konzentration und NOx-Konzentration) an einem Schritt P6 erfasst. Aus der am Schritt P5 berechneten H2-Produktionsmenge (hii) wird beim Schritt P5 eine Rate oder ein Verhältnis (Kh) der H2-Menge (oder eine Konzentration)/die TR-Menge (Menge der gesamten reduzierenden Bestandteile) oder eine Konzentration berechnet und eine Bewertung am Schritt P7 darüber durchgeführt, ob die Rate (Kh) nicht niedriger als ein vorgegebener Wert (0,3) ist. Wenn die Rate (Kh) niedriger als der vorgegebene Wert ist, wird eine Berechnung der Kraftstoff-Einspritzmenge, des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, des Zündzeitpunkts und der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile an einem Schritt P8 durchgeführt, um die Rate (Kh) nicht niedriger als den vorgegebenen Wert zu machen. Aus dem Ergebnis dieser Berechnung werden die notwendigen Werte der Kraftstoff-Einspritzmenge, des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, des Zündzeitpunkts und der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile festgelegt, um so entsprechende Steuerungen/Regelungen an einem Schritt P9 vorzunehmen.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Festlegung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts bei einem Wert, bei dem die Rate (Kh) der [H2-Menge(Konzentration[H2]d)/TR-Menge (Konzentration [TR]d)] nicht niedriger als der vorgegebene Wert wird. In 7 wird an einem Schritt P200 ein Basis-Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt aus einem auf der rechten Seite und dem oberen Teil gezeigten Kennfeld berechnet.
  • An einem Schritt P201 erfolgt eine Bewertung, ob der aktuelle Kh nicht höher als der vorgegebene Wert ist, oder nicht. Wenn der aktuelle Kh höher als der vorgegebene Wert ist, z. B. die H2-Rate in der Abgaszusammensetzung hoch ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P202.
  • Am Schritt P202 wird ein Korrektur-Koeffizient K berechnet. Der Korrektur-Koeffizient wird eine Funktion der Temperatur des Motor-Kühlmittels des Motors während der Warmlaufphase des Motors. Wenn die Motor-Kühlmitteltemperatur innerhalb einem Bereich von K ≥ 1,0 angestiegen ist, wird K dementsprechend klein. Während einem Volllastbetrieb des Motors wird der Korrektur-Koeffizient K > 1,0.
  • Bei einem Schritt P203 wird der Korrektur-Koeffizient auf Kt festgelegt.
  • Bei einem Schritt P204 wird der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt = Basis-Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt × Kt berechnet. Dadurch ist ein Verhältnis von H2 zur Abgaszusammensetzung nicht niedriger als 0,3.
  • Wenn das Bewertungsergebnis erstellt wird, sodass der aktuelle Kh nicht höher als der vorgegebene Wert ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P205.
  • Beim Schritt P205 wird der Korrektur-Koeffizient auf K < 1,0 festgelegt. An einem Schritt P206 wird der Korrektur-Koeffizient K auf Kt festgelegt, worauf der Ablauf zu einem Schritt P207 geht.
  • Beim Schritt P207 erfolgt eine Bewertung, ob ein Wasserstoffzufuhr-Flag gesetzt ist, oder nicht. Wenn das Wasserstoffzufuhr-Flag nicht gesetzt ist, geht der Ablauf zum Schritt P204. Folglich wird die H2-Rate in der Abgas-Zusammensetzung nicht höher als 0,3 aufrechterhalten.
  • Wenn bei einem Schritt P207 das Wasserstoffzufuhr-Flag gesetzt ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P208, bei dem der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt Kt auf einen vorher festgelegten Wert Kta eingestellt wird, sodass die Rate an Wasserstoff in der Abgaszusammensetzung erhöht wird.
  • 8 zeigt eine Unterbrechungsroutine zur Bewertung des Beginns und Abschlusses der Zuführung von H2 im Zuge der NOx-Reduzierung, die jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt wird.
  • Im Ablaufdiagramm von 8 wird bei einem Schritt P100 zuerst eine Bewertung darüber durchgeführt, ob die Rate oder das Verhältnis (Kh) der [H2-Menge (der Konzentration[H2]d)/gesamten Menge der reduzierenden Bestandteile (der Konzentration [TR]d)] geringer als der vorgegebene Wert (0,3) ist, oder nicht, d. h. die Reduzierung von NOx durch H2 erfolgt ist, oder nicht. Wenn Kh nicht größer als der vorgegebene Wert ist, d. h. dass H2 bei einer solchen Rate liegt, dass die Reduzierung von NOx durch H2 schwierig durchzuführen ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P101, die augenblickliche Drehzahl NE wird zu einem aufsummierten Wert ΣNE der Drehzahl addiert, um dadurch einen neuen aufsummierten Wert ΣNE der Drehzahl zu erhalten.
  • Danach geht der Ablauf zu einem Schritt P102, bei dem eine Bewertung darüber durchgeführt wird, ob der aufsummierte Wert ΣNE größer als der voreingestellte Wert SNE ist, oder nicht. Der voreingestellte Wert SNE wurde zuvor experimentell erhalten und stellt einen aufsummierten Wert einer Motordrehzahl dar, bei dem die Reduzierung von NOx durch H2 nicht erfolgt ist. Wenn ΣNE ≤ SNE ist, wird der Zyklus dieser Unterbrechungsroutine beendet. Wenn ΣNE > SNE ist, d. h. es angenommen wird, dass die Reduzierung von NOx durch H2 nicht erfolgt ist, sodass NOx in die Umgebungsluft freigesetzt wird, geht der Ablauf zu einem Schritt P103.
  • Am Schritt P103 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob eine Temperatur T des Inneren des Katalysators geringer als eine voreingestellte Temperatur T1 ist, oder nicht. Wenn T ≤ T1 ist, wird der Zyklus der Unterbrechungsroutine beendet. Wenn T > T1 ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P104.
  • Am Schritt P104 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob eine Ansaugluftmenge Q des Verbrennungsmotors (d. h. eine Ansaugluftmenge, die in den Motor eingesaugt wird) größer als ein voreingestellter Wert Q1 ist. Wenn Q < Q1 ist, wird der Zyklus der Unterbrechungsroutine beendet. Wenn Q ≥ Q1 ist, wird das Wasserstoffzufuhr-Flag an einem Schritt P105 gesetzt, bei dem Wasserstoff von der Wasserstoff-(H2)Zufuhr oder Anreicherungseinrichtung zugeführt wird, sodass die NOx-Reduzierung unter Verwendung von Wasserstoff als reduzierenden Bestandteil, wie in 3 und 4 gezeigt, ausgeführt wird.
  • An einem Schritt P106 erfolgt eine Erhöhung bei einem Zählwert C von lediglich 1. Bei einem Schritt P107 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob der Zählwert C einen voreingestellten Wert C0 überschreitet, oder nicht. Wenn C ≤ C0 ist, wird die Unterbrechungsroutine beendet. Wenn C > C0 ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P108, das Wasserstoffzufuhr-Flag wird zurückgesetzt. Wenn das Wasserstoffzufuhr-Flag zurückgesetzt ist, wird der Betrieb der Wasserstoffzufuhr-Einrichtung beendet, sodass die Abgaszusammensetzung auf ihren Zustand zu einem Zeitpunkt vor dem Betrieb der Wasserstoffzufuhr-Einrichtung zurückgesetzt wird. Danach geht der Ablauf zu einem Schritt P109, bei dem die aufsummierte Motordrehzahl ΣNE und der Zählwert C auf Null gesetzt werden.
  • Der Zählwert C dient zum Zählen der Computer-Berechnungszyklen oder der Anzahl dieser Routine, um dadurch einen Zeitpunkt zu erhalten. Diesbezüglich wird der erste vorgegebene Zeitpunkt oder Zählwert festgelegt. Wenn der vorgegebene Zeitpunkt erreicht wurde, wird die Wasserstoffzufuhr beendet. Dies verhindert die Wasserstoffzufuhr nach dem vorgegebenen Zeitpunkt, ungeachtet anderer Bedingungen. Diese Steuerung/Regelung ist hinzugefügt, um einen schädlichen Einfluss vom Gesichtspunkt des Fahrverhaltens des Motors, neben dem Gesichtspunkt der Abgasreinigung, zu verhindern. Wenn der Wert C0 unendlich eingestellt ist, kann im Wesentlichen keine Begrenzung durch diese Steuerung/Regelung erfolgen.
  • Wenn die Bewertung so erfolgt ist, dass Kh größer als der vorgegebene Wert ist, d. h. die Abgaszusammensetzung in einem Stadium ist, bei dem die NOx-Reduzierung durch H2 erfolgt ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P110. Beim Schritt P110 erfolgt eine Bewertung darüber, ob ein Zustand, bei dem Kh nicht kleiner als der voreingestellte Wert ist, für eine vorgestellte Zeitdauer andauert, oder nicht. Wenn der Zustand für die vorgestellte Zeitdauer nicht andauert, wird der Zyklus der Unterbrechungsroutine beendet. Wenn der Zustand für die vorgestellte Zeit andauert, geht der Ablauf zu einem Schritt P111, bei dem die aufsummierte Motordrehzahl ΣNE zu 0 gemacht wird.
  • Wie aus dem obigen verständlich ist, wurde eine verbesserte Verbrennung im Motor als Resultat der in den 3 bis 8 gezeigten Steuerungen/Regelungen hergestellt, sodass die in den 3 bis 8 gezeigten Steuerungen/Regelungen als „Verbesserte Verbrennung im Motor", wie in der Spalte „Steuerungs-/Regelungsart des Motors" in den Tabellen 2A–2D gezeigt, bezeichnet werden.
  • BEISPIEL 1-2
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge von Palladium enthält, imprägniert und danach bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet. Danach wurde das so imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid-Pulver bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver R) zu bilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 17,0 Gew.% betrug.
  • Ferner wurde aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver, das Cerium und Zirkonium enthält, mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Rhodium enthält, imprägniert und danach bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet. Danach wurde das so imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid-Pulver bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver O) zu bilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 3,0 Gew.% betrug.
  • Zudem wurde aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver mit einer wässrigen Lösung von Platin-Nitrat, die eine bestimmte Menge von Platin enthält, imprägniert und danach bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet. Danach wurde das so imprägnierte aktivierte Aluminiumoxid-Pulver bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver S) zu bilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pt 1,0 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 377,6 g des Pulvers R, 107,6 g des Pulvers O, 64,9 g des Pulvers S, 49 g Ceriumoxid-Pulver, 200,9 g aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver und 1000 g Aluminiumoxid-Sol befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen Brei zu erhalten. Der Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt eines monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Trägers mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratszoll und mit einer Dicke der Wände (die jede Zelle umgrenzen) von 2 mm aufgetragen, sodass die Zellwände mit den Brei beschichtet waren. Der stromaufwärtsseitige Abschnitt umfasste ein Einlassende, durch das Abgas einströmen würde. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen, und getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Auf diese Weise wurde der beschichtete monolithische Träger mit einer katalytischen Beschichtungsschicht versehen, die auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 140 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Zudem wurde der beschichtete monolithische Träger mit einer wässrigen Lösung aus Barium-Azetat imprägniert und danach bei 120°C getrocknet. Danach wurde der getrocknete beschichtete monolithische Träger bei 400°C gebrannt, um dadurch einen stromaufwärtsseitigen Katalysator SRH29 herzustellen, dessen Konzentration an aufgenommenen Edelmetallen 14 g pro einem Liter des monolithischen Trägers betrug, bei dem ein Gewichtsverhältnis (berechnet wie Metall) von Pt/Pd/Rh gleich 1/10/5 vorlag.
  • BEISPIEL 7-2
  • Der Katalysator SRH28 wies eine Zusammensetzung (aufgenommene Menge an Edelmetallen) und einen Aufbau, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt, auf. Darüber hinaus ist ein Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) des Katalysators in 14 gezeigt. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems von Beispiel 7-2 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt. Das Abgasreinigungssystem von Beispiel 1-2 wurde genauso aufgebaut wie das des Beispiels 7-1, mit Ausnahme, dass der hergestellte Katalysator SRH28 an Stelle des Katalysators SRH1 verwendet wurde.
  • BEISPIEL 8-1
  • Wie in 2 gezeigt wurde der Wasserstoffanreicherungskatalysator 1 (Katalysator SRH1) im Abgas-Durchgang 10a des Verbrennungsmotors angeordnet. Der Wasserstoffanreicherungskatalysator 1 wurde eingerichtet, um selektiv unverbranntes HC und CO im vom Motor 10 ausgestoßenen Abgas zu oxidieren und zu entfernen, um dadurch die Rate (das Verhältnis) des H2-Anteils im Abgas zu erhöhen. Ferner wurde der NOx verarbeitende Katalysator 2 (Katalysator NR1) im Abgas-Durchgang 10a stromabwärts des Wasserstoffanreicherungskatalysators 1 angeordnet. Auf diese Weise wurde das Abgasreinigungssystem von Beispiel 2-1 aufgebaut.
  • Zudem wurde der mit dem Abgasreinigungssystem von Beispiel 2-1 versehene Motor 10 betrieben, wobei ein Fahrzyklus wiederholt wurde, der einen Normalbetrieb bei einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F = 20) für 20 Sekunden und einen fetten Betrieb (atmosphärischer Austausch) bei einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F = 11) für 2 Sekunden umfasste. Der Normalbetrieb erzeugte eine Sauerstoff-Überschuss-Atmosphäre oder magere Abgas-Atmosphäre, die ein magereres Kraftstoff-Luft-Verhältnis (im Kraftstoff) als ein stochiometrisches Niveau aufwies. Diese Motor-Betriebsart wurde anstelle der in den 3 bis 8 im Beispiel 1-1 gezeigten Motor-Steuerungen/Regelungen ausgeführt. Der Katalysator SRH1 hatte eine Zusammensetzung (aufgenommene Menge an Edelmetallen) und einen Aufbau wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt. Darüber hinaus ist ein Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) in 9 gezeigt. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems von Beispiel 2-1 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIELE 2-6 bis 2-26
  • Die Katalysatoren SRH2 bis SRH27 wurden ebenso wie der Katalysator SRH1 im Beispiel 1-1 hergestellt.
  • BEISPIELE 8-2 bis 8-27
  • Danach wurden die Abgasreinigungssysteme der Beispiele 2-2 bis 2-27 in gleicher Weise wie im Beispiel 2-1 unter Verwendung der erhaltenen Katalysatoren SRH2 bzw. SRH27 aufgebaut. Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 ebenso wie im Beispiel 2-1 betrieben, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Katalysatoren SRH2 bis SRH27 haben entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt. Darüber hinaus sind Sonderbeschichtungs-Schichtaufbauten (katalytische Beschichtung) der Katalysatoren in den 11 bis 13 gezeigt. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems von Beispiel 2-1 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIEL 3-1
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Palladium enthält, imprägniert und getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver E) zu bilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 8,0 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 750 Gewichtsanteilen des Pulvers E, 1250 Gewichtsanteilen (20% als festen Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, wobei das Pulverisieren 1 Stunde lang erfolgte. Auf diese Weise wurde ein Brei erhalten und auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Waben-Träger mit einem Volumen von 0,8 Liter und 900 Zellen pro Quadratzoll und einer Dicke der Wände, die jede Zelle umgrenzen) von 2 mm aufgetragen, sodass die Zellwände mit den Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und bei einer 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator SX1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht an der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 100 q pro einem Liter des monolithischen Trägers. Der Sonderbeschichtungs-Beschichtungsaufbau (katalytische Beschichtung) des Katalysators ist in 14 gezeigt.
  • BEISPIEL 3-2
  • Zirkoniumaxid-(ZrO2)Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Rhodium enthält, imprägniert und getrocknet und danach bei 400°C eine Stunde lang in Luft getrocknet, um dadurch Rh-aufgenommenes Zirkoniumoxid-Pulver (Pulver F) zu bilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 6,0 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 1000 Gewichtsanteilen des Pulvers F, 1250 Gewichtsanteilen (20%, als fester Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, bei dem das Pulverisieren eine Stunde lang erfolgte. Dadurch wurde ein Brei erhalten und auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 0,8 Liter und 900 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke (die jede Zelle umgrenzt) von 2 mm aufgetragen, sodass Zellwände mit den Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator SR1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 125 g pro einem Liter des monolithischen Trägers. Der Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (die katalytische Beschichtung) des Katalysators ist in 14 gezeigt.
  • BEISPIEL 9-1
  • Ein Abgasreinigungssystem des Beispiels 3-2 wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 2-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SR1 in einem vorgeschalteten Katalysator 1-2 verwendet wurde, während der Katalysator SR1 in einem nachgeschalteten Katalysator 1-2 verwendet wurde. Der vorgeschaltete Katalysator 1-1 wurde hinsichtlich der Strömung des Abgases, wie in 2 dargestellt, stromaufwärts des nachgeschalteten Katalysators 1-2 angeordnet.
  • Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 ebenso wie im Beispiel 2-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das dem Motor, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, zugeführt wurde, gesteuert/geregelt wurde.
  • Die Katalysatoren SX1 und SR1 weisen entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt, auf. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 2-1 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIELE 3-3 BIS 3-6
  • Die Katalysatoren SX2 und SX5 wurden auf die gleiche Weise wie der Katalysator SX1 im Beispiel 3-1 erhalten. Die Sonderbeschichtungs-Schichtaufbauten (die katalytische Beschichtung) der Katalysatoren sind in 14 gezeigt.
  • BEISPIELE 9-13 bis 9-16
  • Ein Abgasreinigungssystem der Beispiele 9-13 bis zum 9-16 wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SX2 bis SX5 in einem vorgeschalteten Katalysator 1-1 verwendet wurde, während der Katalysator SR6 in einem nachgeschalteten Katalysator 1-2 verwendet wurde. Der vorgeschaltete Katalysator 1-1 wurde, hinsichtlich der Strömung des Abgases, wie in 2 dargestellt, stromaufwärts des nachgeschalteten Katalysators 1-2 angeordnet.
  • Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 ebenso wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde.
  • Die Katalysatoren SX2 bis SX5 weisen entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt, auf.
  • BEISPIEL 3-18
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge von Palladium enthält, imprägniert und danach getrocknet und bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxidpulver (Pulver G) zu erhalten, dessen Konzentration von aufgenommenem Pd 20 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 500 Gewichtsanteilen des Pulvers G, 500 Gewichtsanteilen (20% des Gewichts, als fester Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und einstündigem Pulverisieren, um dadurch einen Brei zu erhalten. Der Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt eines monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Trägers mit einem Volumen von 1,3 Litern und 900 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke (die jede Zelle umgrenzt) von 2 mm aufgetragen, sodass die Zellwände mit den Brei beschichtet waren. Der stromaufwärtsseitigen Abschnitt hatte eine Länge von 1/3 der Gesamtlänge des Trägers und wies ein Einlassende auf, durch das Abgas einströmen würde. Danach wurde der monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und danach bei 130°C getrocknet und bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Dieser stromaufwärtsseitige Abschnitt wurde als katalytische Schicht 1a bezeichnet.
  • Pulver aus Ceriumoxid (CeO2) wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Cerium enthält, imprägniert und danach getrocknet und in Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Ceriumoxid-Pulver (Pulver B) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 20 Gew.% betrug.
  • Eine Porzellankugel-Mühle wurde mit 500 Gewichtsanteilen des Pulvers H, 500 Gewichtsanteilen (20% des Gewichts, wie als festen Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und einstündigem Pulverisieren des Inhalts der Kugelmühle, um dadurch einen Brei zu erhalten. Der Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt des monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Der stromaufwärtsseitige Abschnitt hatte eine Länge von 2/3 der Gesamtlänge des Trägers und umfasste ein Auslassende, durch das Abgas ausgestoßen werden würde. Danach wurde der monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und danach bei 130°C getrocknet und bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Der stromaufwärtsseitigen Abschnitt wurde als katalytische Schicht 1b bezeichnet.
  • Nachfolgend wurde Pulver aus Zirkoniumoxid (ZrO2) mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Rhodium enthält, imprägniert und danach getrocknet und in Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes Zirkoniumoxid-Pulver (Pulver I) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 20 Gew% betrug.
  • Eine Porzellankugel-Mühle wurde mit 500 Gewichtsanteilen des Pulvers I, 500 Gewichtsanteilen (20% des Gewichts, als festen Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und einstündigem Pulverisieren des Inhalts der Kugelmühle, wodurch ein Brei erhalten wurde. Der Brei wurde auf den stromaufwärtsseitigen Abschnitt des monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger (oder Katalysator SR123) aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Der stromaufwärtsseitige Abschnitt hatte eine Länge von 2/3 der Gesamtlänge des Trägers und umfasste ein Auslassende, durch das Abgas ausgestoßen werden würde. Danach wurde der monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und danach bei 130°C getrocknet und bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Der stromaufwärtsseitige Abschnitt wurde als katalytische Schicht 1b' bezeichnet. Auf diese Weise wurde ein Katalysator SXR1 hergestellt und wies einen in 10 gezeigten Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (eine katalytische Beschichtung) auf.
  • BEISPIELE 3-19 BIS 3-22
  • Jeder der Katalysatoren SXR1 bis SRX5 wurde ebenso wie der Katalysator SRX1 des Beispiels 3-18 hergestellt. Ein Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (eine katalytische Beschichtung) des Katalysators ist in 10 gezeigt.
  • Beispiele 9-17 bis 9-21
  • Ein Abgasreinigungssystem der Beispiele 9-17 bis 9-21 wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SRX1 bis SRX5 in einem vorgeschalteten Katalysator 1-1 verwendet wurde. Der vorgeschaltete Katalysator 1-1 wurde bezüglich der Strömung des Abgases stromaufwärts des nachgeschalteten Katalysators 1-2, wie in 2 dargestellt, angeordnet.
  • Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 ebenso wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde.
  • Die Katalysatoren SX2 bis SX5 weisen entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt, auf. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems der Beispiele ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIEL 4-1
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung von Dinitrodiamime-Platin, die eine bestimmte Menge an Platin enthält, imprägniert und getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver J) auszubilden, dessen Konzentration aufgenommenem Pt 5,0 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit einem 1000 Gewichtsanteilen des Pulvers F, 1250 Gewichtsanteilen (20%, wie als fester Inhalt berechnet) salpetersäurehaltigem Aluminiumoxid-Sol und 500 Gewichtsanteilen reinem Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, bei dem das Pulverisieren 1 Stunde lang durchgeführt wurde. Dieser Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 0,5 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke (die jede Zelle umgrenzt) von 6 mm aufgetragen, sodass die Zellwände mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und bei einer 130°C getrocknet und danach bei 400°C eine Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator J hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 125 g pro einem Liter des monolithischen Trägers. Zudem wurde der Katalysator J mit einer wässrigen Lösung aus Barium-Azetat imprägniert, um dadurch einen Katalysator NO1 zu erhalten, der 35 g an BaO pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt. Der Katalysator wies einen in 14 gezeigten Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) auf.
  • BEISPIEL 10-1
  • Ein Abgasreinigungssystem des Beispiels 10-1 wurde ebenso wie das des Beispiels 8-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SXR3 als der stromaufwärtsseitige Katalysator 1-1 verwendet wurde, während der Katalysator NO1 als der nachgeschaltete Katalysator 1-2 verwendet wurde. Der vorgeschaltete Katalysator 1-1 wurde hinsichtlich der Strömung des Abgases, wie in 2 dargestellt, stromaufwärts des nachgeschalteten Katalysators 1-2 angeordnet. Zudem wurde in diesem Beispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Katalysatoren SXR3 und NO1 weisen entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten, wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt, auf. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 10-1 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIEL 4-2
  • Ein Katalysator NO2 wurde auf die gleiche Weise wie der Katalysator NO1 des Beispiels 4-1 hergestellt. Ein Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (eine katalytische Beschichtung) des Katalysators NO2 ist in 14 gezeigt.
  • BEISPIEL 10-2
  • Ein Abgasreinigungssystem des Beispiels 10-2 wurde auf die gleiche Weise wie die des Beispiels 10-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SXR4 als der vorgeschaltete Katalysator 1-1 verwendet wurde, während der Katalysator NO2 als der nachgeschaltete Katalysator 1-2 verwendet wurde. Der vorgeschaltete Katalysator 1-1 wurde, bezüglich der Strömung des Abgases, wie in 2 dargestellt, stromaufwärts des nachgeschalteten Katalysators 1-2 angeordnet. Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 10-1 betrieben, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Katalysatoren SXR4 und NO2 haben entsprechende Zusammensetzungen (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und Aufbauten wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 10-2 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIEL 5-1
  • [Herstellung eines weiteren NOx verarbeitenden Katalysators]
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Platin-Nitrat, die eine bestimmte Menge von Platin enthält, imprägniert und getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver Q) auszubilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pt 5,0 Gew.% betrug. Zitronensäure wurde zu einer Mischung von Lanthanum-Karbonat, Barium-Karbonat und Cobalt-Karbonat hinzugefügt. Die Mischung wurde getrocknet und danach bei 700°C gebrannt, um dadurch ein Pulver (Pulver M) zu erhalten, das ein Gewichtsverhältnis (im metallischen Zustand) von La/Ba/Co = 2/7/10 aufwies.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 347 g des Pulvers Q, 58 g des Pulvers D, 360 g des Pulvers M, 136 g Aluminiumoxid-Pulver und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen Brei zu erhalten, wobei das Pulverisieren 1 Stunde lang durchgeführt wurde. Der Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Dicke der Wände (die jede Zelle umgrenzen) von 6 mm aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um den überschüssigem Brei in den Zellen zu entfernen und bei einer 130°C getrocknet und danach bei einer 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysator K hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet wurde. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 200 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Zudem wurde der Katalysator K mit einer wässrigen Lösung aus Barium-Azetat imprägniert, um dadurch einen Katalysator NR2 zu erhalten, der 35 g an BaO pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt.
  • BEISPIEL 9-22
  • Ein Abgasreinigungssystem des Beispiels 9-22 wurde auf die gleiche Weise wie das des Beispiels 8-1 aufgebaut, bei dem der Katalysator NR2 als der Katalysator 2 verwendet wurde, während der Katalysator SXR1 und SXR2 entsprechend als die Katalysatoren 1-1 und 1-2 verwendet wurden. Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A und 2B gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 9-22 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt. Der Katalysator NR2 hat eine Zusammensetzung (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und einen Aufbau wie in den Tabellen 1A bis 1B gezeigt. Der Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) des Katalysators NR2 ist in 14 dargestellt.
  • BEISPIEL 6-1
  • Zinkoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Palladium enthält, imprägniert und getrocknet und dann bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Zinkoxid-Pulver (Pulver P) zu bilden, dessen Konzentration von aufgenommenem Pt 5,0 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 800 g des Pulvers P, 1000 g Aluminiumoxid-Sol, und 900 g Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen Brei zu erhalten, wobei die Pulverisierung eine Stunde lang erfolgte. Der Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Katalysator mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll und einer Dicke der Wände (die jede Zelle umgrenzen) von 6 mm aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Auf diese Weise wurde ein Katalysator SR13 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 200 g pro einem Liter des monolithischen Trägers, bei dem die Menge an aufgenommenem Pd 8 g pro einem Liter des monolithischen Trägers betrug. Der Katalysator hatte einen in 14 gezeigten Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (eine katalytische Beschichtung).
  • BEISPIEL 6-2
  • Ein Katalysator SR14 wurde auf die gleiche Weise wie der SR13 im Beispiel 6-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass die auf dem monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger ausgebildete katalytische Beschichtungsschicht ein Cu-Zn-Oxid (Cu0,2Zno0,8O) in einer Menge von 200 g pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt.
  • Beispiel 9-23
  • Ein Abgasreinigungssystem des Beispiels 9-23 wurde auf die gleiche Weise wie das des Beispiels 9-23 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Katalysatoren SXR2 und SXR6 entsprechend als die Katalysatoren 1-1 und 1-2 verwendet wurden. Darüber hinaus wurde in diesem Beispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Beispiels 9-23 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • BEISPIEL 11-1 und 11-2
  • Ein Abgasreinigungssystem der Beispiele 11-1 und 11-2 wurde auf die gleiche Weise wie das des Beispiels 9-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SR13 oder SR14 an Stelle des Katalysators SR1 verwendet wurde. Ferner wurde in diesem Beispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems der Beispiele 11-1 und 11-2 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 3
  • Ein Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 3 wurde auf die gleiche Weise wie das des Beispiels 7-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass nur der NOx verarbeitende Katalysator NR1 als der Katalysator 2 (in 2) im Abgas-Durchgang angeordnet wurde, sodass der Katalysator 1 nicht verwendet wurde.
  • In diesem Vergleichsbeispiel wurde der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 7-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde, bei dem eine Steuerung/Regelung für eine H2-Zuführung durch die Wasserstoffanreicherungseinrichtung nicht erfolgte. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Vergleichsbeispiels 3 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 4
  • [Herstellung eines Drei-Wege-Katalysators]
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver, dass Cerium und Zirkonium enthält, wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat, die eine bestimmte Menge an Palladium enthält, imprägniert und bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver N) auszubilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Pt 17,0 Gew.% betrug. Zudem wurde aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver, das Zirkonium enthält, mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat imprägniert und bei 150°C 12 Stunden lang getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch RH-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver O) auszubilden, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 3,0 Gew.% betrug.
  • Sodann wurde eine Porzellankugel-Mühle mit einer 190,7 g des Pulvers N, 54,0 g des Pulvers O, 49 g Ceriumoxid-Pulver, 506,3 g aktiviertem Aluminiumoxid-Pulver und 1000 g Aluminiumoxid-Sol befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen Brei zu erhalten. Der Brei wurde auf einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt eines monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Trägers mit einem Volumen von 1,3 Liter und 400 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Dicke der Wände (die der Zelle umgrenzen) von 6 mm aufgetragen, sodass die Wände der Zellen an dem stromaufwärtsseitigen Abschnitt mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und getrocknet und danach bei 500°C 1 Stunde lang gebrannt. Der gebrannte beschichtete monolithische Träger wurde dann mit einer wässrigen Lösung aus Barium-Azetat beschichtet und imprägniert und bei einer 120°C 2 Stunden lang getrocknet, gefolgt von einem einstündigen Brennen bei 400°C, wodurch ein Drei-Wege-Katalysator TWC1 hergestellt wurde. Der Katalysator TWC1 hatte ein Gewichtsverhältnis (berechnet als Metall) von Pd/Rh, das 20/1 betrug und hatte eine Gesamtmenge an aufgenommenen Edelmetallen, die 7 g pro einem Liter des monolithischen Katalysators betrug.
  • Ein Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie das des Beispiels 7-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Drei-Wege-Katalysator TWC1 als der Katalysator 1 verwendet wurde. Ferner wurde in diesem Vergleichsbeispiel der Motor auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde, sodass die Steuerung/Regelung der H2-Zuführung durch die Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung ausgeführt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Vergleichsbeispiels 4 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt. Der Katalysator TWC1 hatte eine Zusammensetzung (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und einen Aufbau wie in den Tabellen 1A bis 1B gezeigt. Der Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (katalytische Beschichtung) des Katalysators TWC1 ist in 14 gezeigt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 5
  • Auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 4 wurde sowohl Platin als auch Palladium und Rhodium auf dem aktivierten Aluminiumoxid aufgenommen, um Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver, Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver und Rh-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver auszubilden. Die drei Pulver wurden gemischt, um einen Brei zu bilden. Der Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 1,3 Liter beschichtet, um dadurch einen Drei-Wege-Katalysator TWC2 herzustellen. Der Katalysator TWC2 hatte ein Gewichtsverhältnis (als Metall berechnet) von Pt/Pd/Rh, das 6/11/1 betrug und eine Gesamtmenge an aufgenommenen Edelmetallen, die 8,48 g pro einem Liter des monolithischen Trägers betrug.
  • Ein Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 5 wurde auf die gleiche Weise aufgebaut wie das des Vergleichsbeispiels 4 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Drei-Wege-Katalysator TWC2 als der Katalysator 1 verwendet wurde. Ferner wurde in diesem Vergleichsbeispiel der Motor 10 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft- Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems des Vergleichsbeispiels 5 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt. Der Katalysator TWC2 hatte eine Zusammensetzung (aufgenommene Mengen an Edelmetallen) und einen Aufbau wie in den Tabellen 1A–1B gezeigt. Der Sonderbeschichtungs-Schichtaufbau (die katalytische Beschichtung) des Katalysators TWC1 ist in 14 gezeigt.
  • EVALUIERUNG DER LEISTUNG DES ABGASREINIGUNGSSYSTEMS
  • Ein Leistungstest (für das Emissionsverhalten) wurde beim Abgasreinigungssystem der Beispiele und Vergleichsbeispiele unter Verwendung eines in 2 gezeigten Evaluierungs-Motorsystems durchgeführt. Für den Leistungstest wurde jedes Abgasreinigungssystem in das Evaluierungs-Motorsystem eingebaut, das den Motor 10 umfasst, der ein Direkt-Einspritz-Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von 1,8 Litern war und von Nissan Motor Co., Ltd hergestellt wurde.
  • Vor dem Leistungstest wurden die Katalysatoren (entsprechend dem Katalysator 1 in 2) der Beispiele und Vergleichsbeispiele einer Haltbarkeitsprüfung unterzogen, bei der jeder Katalysator mit einem von Nissan Motor Co., Ltd. hergestellten Verbrennungsmotor verbunden wurde. In der Haltbarkeitsprüfung wurde der Motor unter folgenden Testbedingungen betrieben:
    Hubraum des Motors: 3000 ccm
    Kraftstoff: „Nisseki Dasshu Gasoline" hergestellt von Nippon Oil., Ltd. und mit einem Pb-Gehalt von 0 mg/usg (US-Gallone) und einem S-Gehalt von nicht mehr als 30 ppm;
    Temperatur des dem Katalysator zugeführten Gases: 650°C; und
    Betriebsdauer des Motors: 50 Stunden.
  • Danach wurde der der Haltbarkeitsprüfung unterzogene Katalysator 1 dem Emissionsverhalten-Leistungstest unterworfen, der unter einem Test-Verfahren „LA-4CH" durchgeführt wurde, das in den Vereinigten Staaten von Amerika angewendet wird. In diesem Test wurde das Abgasreinigungssystem, in das Evaluierungs-Motorsystem von 2 eingebaut, in dem der Katalysator 1 an seiner, in 2 gezeigten, vorgegebenen Position eingebaut war. Der Motor wurde so eingerichtet, dass Kraftstoff direkt in jeden Zylinder eingespritzt wurde. Im Emissionsverhalten-Leistungstest hatten der Katalysator 1 (einschließlich des Katalysators 1-1 und/oder des Katalysators 1-2) und der Katalysator 2 die folgenden Volumina:
    • Katalysator 1: 1,3 Liter (Katalysator 1-1) 1,3 Liter (Katalysator 1-1) + 1,3 Liter (Katalysator 1-2)
    • Katalysator 2: 1,3 Liter
  • Im Emissionsverhalten-Leistungstest wurde der Motor 10 derart betrieben, um die Steuerungen/Regelungen von 3 bis 8 („verbesserte Verbrennung im Motor") durchzuführen, oder derart betrieben, um einen Betriebszyklus zu wiederholen, der einen Normalbetrieb bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis (A/F = 20 bis 30) für 30 bis 60 Sekunden und einen fetten Betrieb (atmosphärischen Austausch) bei einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F = 10 bis 13) für 2 bis 4 Sekunden umfasst. Der Normalbetrieb erzeugte eine Sauerstoff-Überschuss-Atmosphäre oder magere Abgas-Atmosphäre, die ein magereres Kraftstoff-Luft-Verhältnis als ein stochiometrisches Niveau aufwies. Im Emissionsverhalten-Leistungstest wurde eine Konzentration A von Gasbestandteilen (HC, CO und NOx) im Abgas vom Motor in einem Zustand gemessen, bei dem kein Abgasreinigungssystem vorgesehen war und eine Konzentration B im ausgestoßenen Abgas vom Katalysator 2 in 2 (NOx verarbeitender Katalysator) gemessen wurde, um dadurch eine „Restrate (%)" der in den Tabellen 2A–2D gezeigten Gasbestandteile zu erhalten. Die Restrate (%) wurde durch [die Konzentration B des Gasbestandteils/die Konzentration A des Gasbestandteils) × 100] berechnet, wobei die Konzentrationen in „ppm" gemessen wurden. Die Tabellen 2A–2D zeigen auch Werte von [H2/TR]u im Abgas (E.O.E. = Motor-Auslass-Emission), das vom Motor ausgestoßen wurde, ohne durch das Abgasreinigungssystem hindurchgeführt worden zu sein, oder im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des Katalysators 1 und Werte von [H2/TR]d im Abgas im Abgas-Durchgang unmittelbar stromaufwärts des Katalysators 2 (und stromabwärts des Katalysators 1). Mit anderen Worten waren die Werte von [H2/TR]u die Verhältnisse im Abgas in einem Zustand, bevor die Wasserstoffanreicherung durch die Wasserstoffanreicherungseinrichtung unterzogen wurde. Die Tabellen 2A–2D zeigen ferner Werte von [H2/CO]d, das ein Verhältnis zwischen einer Konzentration von Wasserstoff [H2]d und einer Konzentration von Kohlenmonoxid (CO)[CO]d im Abgas im Abgas-Durchgang 10a unmittelbar stromaufwärts des Katalysators 2 ist. Das oben genannte, in den Tabellen 2A–2D gezeigte Verhältnis [H2/TR]u, [H2/TR]d und [H2/CO]d ist ein Durchschnitt von tatsächlich gemessenen und berechneten Werten (Verhältnissen) in Motor-Betriebsbereichen, bei dem das dem Motor zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch gesteuert/geregelt wurde, um ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F) von 10 bis 13 aufzuweisen.
  • Wie aus den Tabellen 2A–2D ersichtlich, wurde bestätigt, dass die Katalysatoren des Abgasreinigungssystems der Beispiele, die bestimmte Effekte der vorliegenden Erfindung bereitstellen, eine hohe katalytische Wirkung verglichen mit denen des Abgasreinigungssystems der Vergleichsbeispiele aufweisen. Von den Abgasreinigungssystemen der Beispiele weist Beispiel 3-14 einen besonders hohen Effekt der Verringerung einer gesundheitsschädlichen Gasemission im Abgas auf, das durch ein End-(Abgas-)Rohr eines Kraftfahrzeugs ausgestoßen wird.
  • 16 veranschaulicht experimentelle Daten des Wasserstofferzeugungsverhaltens der Wasserstofferzeugungseinrichtung des Abgasreinigungssystems des Vergleichsbeispiels 2 und das von Beispiel 3-1 in einer Motor-Betriebsart gemäß dem Testverfahren „LA-4CH". Das Testverfahren umfasste einen so genannten „A-Bag"-Abschnitt, „B-Bag"-Abschnitt und „C-Bag"-Abschnitt. Die experimentellen Daten der A- bis C-Bag-Abschnitte wurden jeweils aufgenommen, wobei die Konzentration an H2 im Abgas-Durchgang 10a zwischen dem Katalysator 1 und dem Katalysator 2 in 2 gemessen wurde. Der A-Bag-Abschnitt umfasste ferner einen ersten Bereich oder eine Zeitdauer vom Motorstart bis zu einem Zeitpunkt von 250 abgelaufenen Sekunden und einen zweiten Bereich oder eine Dauer vom Zeitpunkt der 250 abgelaufenen Sekunden bis zu einem Zeitpunkt von 505 abgelaufenen Sekunden. Es ist ersichtlich, dass die Wasserstofferzeugungseinrichtung des Abgasreinigungssystems von Beispiel 3-1 im Vergleich zum Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 2 einen hohen Wasserstofferzeugungseffekt aufweist.
  • BEISPIEL 7
  • 17 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein Zuführungssystem von wasserstoffhaltigem Gas vorgesehen, um dem Abgas-Durchgang 10a wasserstoffhaltiges Gas zuzuführen, und weist einen Reformierungskatalysator 20 auf, um wasserstoffhaltiges Gas aus Kohlenwasserstoff-Kraftstoff F und Luft A zu erzeugen. Der Reformierungskatalysator 20 ist fluidmäßig mit einer Wasserstoff-Speichervorrichtung 21 (wie z. B. einem Wasserstoff-Speicherbehälter) verbunden, um zeitweise wasserstoffhaltiges Gas zu speichern, das durch den Reformierungskatalysator 20 erzeugt wurde, und durch eine Gas-Zuführungsvorrichtung 24, die ein Strömungsmengen-Steuerungs-/Regelungsventil 24a umfasst, in den Abgas-Durchgang 10a stromaufwärts des NOx verarbeiteten Katalysators 2 zugeführt wird. Ein so genannter motornaher Katalysator 1A ist geschlossen und gekoppelt an einem Abgaskrümmer des Motors angeordnet und liegt daher stromaufwärts des Katalysators 2. Das Ventil 24a der Gaszuführungsvorrichtung 24 ist im Abgas-Durchgang 10a zwischen dem Katalysator 1A und dem Katalysator 2 angeordnet, sodass wasserstoffhaltiges Gas in den Abgas-Durchgang 10a stromaufwärts des Katalysators 2 eingeleitet wird. Dementsprechend wird die Zusammensetzung (die Rate an H2: [H2/TR]d) des Zuführungsgases des NOx verarbeitenden Katalysators 2 (oder Gas, das in den NOx verarbeitenden Katalysator 2 eingeleitet wird) gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen gewünschten Wert gesteuert/geregelt.
  • Darüber hinaus ist ein Sauerstoffsensor 22 stromaufwärts des Reformierungskatalysators 20 angeordnet. Ein Temperatursensor 23 ist stromabwärts des Reformierungskatalysators 20 angeordnet. Die Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas im Reformierungskatalysator 20 wird gemäß Reformierungsreaktionen, wie z. B. einer Dampf-Reformierungsreaktion, teilweisen Oxidationsreaktion und einer CO-Wasser-Reaktion ausgeführt. In dieser Ausführungsform wird die dem Reformierungskatalysator 20 zugeführte Menge an Luft A relativ zu der dem Reformierungskatalysator 20 zugeführten Menge des Kraftstoffs F, in Übereinstimmung mit einer vom Sauerstoffsensor 22 erfassten Sauerstoffkonzentration entsprechend gesteuert/geregelt. Darüber hinaus kann die Temperatur des oder bezüglich des Reformierungskatalysators 20 vom Temperatursensor 23 erfasst werden. Wenn dementsprechend die Temperatur des Reformierungskatalysators 20 geringer als ein bestimmtes Niveau ist, bei dem der Reformierungskatalysator 20 nicht aktiviert wurde, wird die Menge an zugeführtem Kraftstoff F verringert, während die Menge an Luft A erhöht wird, um dadurch die Konzentration an Sauerstoff zu erhöhen, wodurch eine angemessene atmosphärische Steuerung/Regelung durchgeführt wird, die zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas geeignet ist.
  • Wasserstoffhaltiges Gas, das vom Reformierungskatalysator 20 erzeugt wurde, wird durch die Wasserstoff-Speichervorrichtung 21 befördert und durch das Strömungsmengen-Steuerungs-/Regelungsventil 24a zugeführt, das eingerichtet ist, um den Zeitpunkt der Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas in den Abgas-Durchgang 10a zu steuern/zu regeln. Zum Beispiel ist in dieser Ausführungsform eine (A/F) Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung 30 im Abgas-Durchgang 10a stromabwärts des motornahen Katalysators 1A angeordnet. Dementsprechend kann die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas durch Das Ventil 24a an geeigneten Zeitpunkten für die NOx-Reduzierung im Katalysator 2, z. B. entsprechend dem überwachten A/F-Wert des Abgases stromabwärts des Katalysators 1A, der dem Motor 10 zugeführten Ansaugluftmenge, dem A/F-Wert des Abgases im Abgaskrümmer und der Temperatur des Abgases unmittelbar stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators 2 effektiv ausgeführt werden.
  • Es ist ausreichend, dass der motornahe Katalysator 1A aus gebräuchlichen Katalysatoren zur Abgasreinigung ausgewählt wird, sodass ist unnötig ist, dass der motornahe Katalysator 1A die Wasserstoffanreicherungsvorrichtung des Katalysatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung (z. B. der Wasserstoffanreicherungskatalysator, wie z. B. der Wasserstofferzeugungskatalysator, der selektive CO- und HC-Oxidationskatalysator und der Wasserstoffverbrauch-Unterdrückungskatalysator oder Kombinationen davon) ist. Es sei bemerkt, dass die Verwendung eines solchen Wasserstoffanreicherungskatalysators, der als der motornahe Katalysator 1A verwendet wird, sehr effektiv ist, um die Zuführungsgas-Zusammensetzung des NOx verarbeiteten Katalysators 2 zu steuern/zu regeln.
  • Als Nächstes erfolgt die Erläuterung über die Zuführungs-Steuerung/-Regelung des wasserstoffhaltigen Gases, die Betriebsart des Abgasreinigungssystems und dergleichen von 17 bei dieser Ausführungsform.
  • Ein Beispiel der Zuführungs-Steuerung/-Regelung des wasserstoffhaltigen Gases in dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm von 20 erläutert, das eine Unterbrechungsroutine ist, die bei bestimmten Zeitpunkten im Abgasreinigungssystem dieser Ausführungsform ausgeführt wird. Die Unterbrechungsroutine wird durch Betätigungen einer elektronischen Steuerungs-/Regelungseinheit (wie die ECU in 2), in Übereinstimmung mit Daten vom Temperatursensor, einem Motor-Drehzahlsensor (nicht gezeigt) und einem Luftstrom-Sensor (nicht gezeigt) ausgeführt.
  • In einer Routine des Ablaufdiagramm des von 20 wird zuerst an einem Schritt P300 eine Bewertung darüber durchgeführt, ob ein Korrekturkoeffizient K für einen Basis-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt TP kleiner als 1,0 ist, oder nicht, z. B. darüber ob ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs mager wird oder nicht. Wenn K < 1,0 (z. B. ein mageres Kraftstoff-Luft-Verhältnis) ist, geht ein Ablauf zu einem Schritt P301, bei dem die augenblickliche Drehzahl NE zu einem aufsummierten Wert ΣNE der Motordrehzahl addiert wird, um dadurch einen neuen aufsummierten Wert ΣNE an einem Schritt P301 zu bilden. Der Korrekturkoeffizient K entspricht dem so genannten Äquivalenzverhältnis (= stochiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis/tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnis). Danach geht der Ablauf zu einem Schritt P301A, bei dem eine Bewertung darüber durchgeführt wird, ob ΣNE größer als ein Wert SNE ist, der zuvor ermittelt wurde.
  • Dieser Wert SNE wurde experimentell ermittelt und stellt einen aufsummierten Wert der Drehzahl entsprechend einem speziellen Wert (oder einer halb gesättigten NOx-Auffangmenge) dar, der kleiner als eine NOx-Sättigungs-Auffangmenge eines NOx-Auffangmittels A im NOx verarbeitenden Katalysator 2 ist. Bei der NOx-Sättigungs-Auffangmenge ist die Menge an NOx, die im NOx-Auffangmittel eingefangen wurde, gesättigt. Die NOx-Sättigungs-Auffangmenge verändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur, sodass dieser Wert SNE unter Berücksichtigung der Temperaturbedingungen ermittelt wird. Es ist ausreichend, dass die oben genannte halb gesättigte NOx-Auffangmenge kleiner als die NOx-Sättigungs-Auffangmenge ist; jedoch wird die halb gesättigte NOx-Auffangmenge vorzugsweise auf einen Wert von 50 bis 80 Gew.% der NOx-Sättigungs-Auffangmenge festgelegt, um sicher zu verhindern, dass NOx an die Umgebungsluft freigesetzt wird.
  • Wenn ΣNE ≤ SNE (z. B. die augenblickliche berechnete NOx-Auffangmenge kleiner als die halbgesättigte NOx-Menge) an einem Schritt P301 ist, wird die Ablaufbearbeitung beendet.
  • Wenn ΣNE > SNE (z. B. die augenblickliche berechnete NOx-Auffangmenge die halbgesättigte NOx-Menge übersteigt), geht der Ablauf zu einem Schritt P302.
  • Beim Schritt P302 wird ein Steuerungs-/Regelungsflag des Motor-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gesetzt. Wenn dieses Flag gesetzt ist, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge derart gesteuert/geregelt, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs gemäß einer Kraftstoffeinspritz-Steuerungs-/Regelungsroutine (nicht gezeigt), die von der elektronischen Steuerungs- /Regelungseinheit (wie der in 2 gezeigten) ausgeführt wird, fett wird. Dementsprechend wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases, das zum NOx-Auffangmittel im Katalysator 2 strömt, auf eine fette Seite (fetter als der stochiometrische Wert) verändert.
  • An einem Schritt P303 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des NOx-Auffangmittels auf die fette Seite verändert wurde, oder nicht. Wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf die fette Seite verändert wurde, geht der Ablauf zu einem Schritt P304, ein NOx-Verarbeitungs-Flag wird gesetzt, um die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas durchzuführen. Nach Setzen des NOx-Verarbeitungs-Flag wird das Steuerungs-/Regelungsventil 24a geöffnet, um den Abgas-Durchgang 10a stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators 2 wasserstoffhaltiges Gas zuzuführen. Es ist so zu verstehen, dass die Erfassung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses z. B. durch einen Sauerstoffsensor durchgeführt werden kann, der eingerichtet ist, um Spannungen (proportional zum Kraftstoff-Luft-Verhältnis) in einer gewöhnlichen EIN-AUS-Methode auszugeben.
  • An einem Schritt P305 wird an einem Zählwert C eine Erhöhung um 1 durchgeführt, um das NOx-Verarbeitungs-Flag zu setzen. An einem Schritt P306 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob der Zählwert C größer als ein bestimmter Wert C0 wird. Wenn C ≤ C0 ist, wird die Ablaufroutine beendet. Wenn C > C0 ist, geht der Ablauf zu einem Schritt P307, bei dem das NOx-Verarbeitungs-Flag zurückgesetzt wird. Wenn das NOx-Verarbeitungs-Flag zurückgesetzt ist, wird die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas beendet, sodass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases, das in den NOx verarbeitenden Katalysator 2 strömt, auf den mageren Zustand (der der gleiche ist, wie vor dem Setzen des NOx-Verarbeitungs-Flag) zurückgesetzt wird, wodurch diese Routine beendet wird.
  • Als Nächstes werden die Betriebsbedingungen des Motors erläutert, der mit dem Abgasreinigungssystemen dieser Ausführungsform versehen ist.
  • Eine Berechnungsroutine des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts Tk (bei dem Kraftstoff vom Kraftstoff-Einspritzventil eingespritzt wird) ist bezüglich eines Ablaufdiagramms von 21 im Falle des Motors 10 ein benzingetriebener Motor.
  • Zuerst wird der Basis-Einspritzzeitpunkt TP an einem Schritt P400 berechnet. Danach wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob der Motor an einem Schritt P401 in einen mageren Verbrennungsbetrieb (ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis) ausführt. Wenn das Bewertungsergebnis so erfolgt ist, dass der magere Verbrennungsbetrieb erfolgen wird, wird der Korrekturkoeffizient K an einem Schritt P401 auf K < 1 gesetzt. Danach wird der Korrekturkoeffizient an einem Schritt P406 auf Kt gesetzt. Danach geht der Ablauf zu einem Schritt P407, bei dem eine Bewertung darüber durchgeführt wird, ob das NOx-Verarbeitungs-Flag gesetzt wurde, oder nicht. Wenn das Bewertungsergebnis so erfolgt ist, dass das Flag gesetzt wurde, geht der Ablauf zu einem Schritt P408, bei dem der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt Kt auf den zuvor festgesetzten Wert Kta festgesetzt wird, sodass der magere Verbrennungsbetrieb an einem Schritt P408 auf einen fetten Verbrennungsbetrieb (auf ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis) umgeschaltet wird. Danach wird an einem Schritt P404 der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt durch Multiplizieren von TP mit Kt berechnet.
  • Wenn am Schritt P401 das Bewertungsergebnis so ist, dass der Motor den mageren Verbrennungsbetrieb nicht durchführt, geht der Ablauf zu einem Schritt P402, bei dem der Korrekturkoeffizient K berechnet wird. An einem Schritt P403 wird der Korrekturkoeffizient K auf Kt gesetzt.
  • 22 zeigt eine Berechnungsroutine des Kraftstoff-Einspritzeitpunkts Tk (bei dem Kraftstoff vom Kraftstoff-Injektor eingespritzt wird), mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm von 21, falls der Motor 10 ein Dieselmotor ist. Im Ablaufdiagramm entsprechen die Schritte P500, P501, P502, P503, P504, P505, P506 bzw. P507 den Schritten P400, P401, P402, P403, P404, P405, P406 bzw, P407 in 21.
  • Wenn in dieser Routine die Bewertung so erfolgt ist, dass das NOx-Verarbeitungs-Flag am Schritt P507 gesetzt wurde, wird die dem Motor zugeführte Ansaugluftmenge reduziert und der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt wird vorgeschoben, um dadurch das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases an einem Schritt P508 auf die fette Seite zu verändern. Es ist so zu verstehen, dass die Funktionen an den anderen Schritten, mit Ausnahme des Schrittes P508, auf die gleiche Weise wie die in 21 ausgeführt werden.
  • Nachfolgend wird eine Methode der Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas mit einem Ablaufdiagramm von 23 erläutert.
  • An einem Schritt P601 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob das NOx-Verarbeitungs-Flag gesetzt ist, oder nicht. Wenn das Bewertungsergebnis so ist, dass das NOx-Verarbeitungs-Flag gesetzt wurde, geht ein Ablauf zu einem Schritt P602, bei dem das Steuerungs-/Regelungsventil 24a der Zuführungsvorrichtung 24 des wasserstoffhaltigen Gases geöffnet wird, um wasserstoffhaltiges Gas in den Abgas- Durchgang 10a stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators 2 zuzuführen.
  • An einem Schritt P603 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases fett oder mager ist. Wenn das Bewertung Ergebnis so ist, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist, wird die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas fortgesetzt. Wenn das Bewertung Ergebnis so ist, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis mager ist, wird die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas an einem Schritt P604 angehalten.
  • Eine weitere Methode der Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas wird mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm von 24 erläutert.
  • An einem Schritt P701 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob das NOx-Verarbeitungs-Flag gesetzt ist, oder nicht. Wenn das Bewertungsergebnis so ist, dass das NOx-Verarbeitungs-Flag gesetzt ist, wird das Steuerungs-/Regelungsventil 24a der Zuführungsvorrichtung 24 für wasserstoffhaltiges Gas geöffnet, um dadurch an einem Schritt P702 wasserstoffhaltiges Gas zuzuführen.
  • Danach wird die Konzentration H2C von Wasserstoff im Abgas an einem Schritt P703 erfasst. Eine Bewertung wird an einem Schritt P704 darüber durchgeführt, ob die Konzentration H2C höher als ein bestimmter Wert H2C0 ist. Wenn die Konzentration nicht höher als H2C0 ist, wird eine Menge H2Q an wasserstoffhaltigem Gas das von der Zuführungsvorrichtung 24 für wasserstoffhaltiges Gas zugeführt wird, an den Schritten P705 und P706 auf einen Wert H2Qt erhöht.
  • An einem Schritt P707 wird eine Bewertung darüber durchgeführt, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases fett oder mager ist. Wenn das Bewertungsergebnis so ist, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist, wird die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas fortgesetzt. Wenn das Bewertungsergebnis so ist, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis mager ist, wird die Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas an einem Schritt P708 eingestellt.
  • Nachfolgend wird eine Methode der Betriebs-Steuerung/-Regelung für eine Kohlenwasserstoff-Kraftstoff-Reformierungsvorrichtung, die den Reformierungskatalysator 20 umfasst, mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm von 25 erläutert. In dieser Ausführungsform von 17 ist das Abgasreinigungssystem mit einer Kraftstoff-Zuführungsvorrichtung (nicht gezeigt) zur Zuführung von Kraftstoff F zum Reformierungskatalysator 20 und einer Luft-Zuführungsvorrichtung (nicht gezeigt) zur Zuführung von Luft A zum Reformierungskatalysator 20 vorgesehen. Darüber hinaus ist der Sauerstoffsensor 22 im Abgas-Durchgang 10a stromaufwärts des Reformierungskatalysators 20 versehen, sodass die Menge der zugeführten Luft A gemäß einer vom Sauerstoffsensor 22 erfassten Sauerstoffkonzentration gesteuert/geregelt wird. Der Temperatursensor 23 ist im Abgas-Durchgang strombwärts des Reformierungskatalysators 20 vorgesehen, um einen betriebsbedingten (Temperatur-)Zustand des Reformierungskatalysators 20 zu erfassen. Der Temperatursensor 23 kann vorgesehen werden, um eine Temperatur an einem Abschnitt des Reformierungskatalysators zu erfassen, bei dem die Temperatur im Reformierungskatalysator im Allgemeinen am höchsten ist.
  • Im Ablaufdiagramm von 25 wird an einem Schritt P801 zuerst die Menge QF des zugeführten Kraftstoffs F auf einen Wert QF0 gesetzt, während die Menge QA der zugeführten Luft A auf einen Wert QA0 gesetzt wird. Danach wird die Temperatur T1 des Reformierungskatalysators 20 vom Temperatursensor 23 erfasst. Eine Bewertung wird an einem Schritt P802 darüber durchgeführt, ob die erfasste Temperatur T1 höher als eine bestimmte Temperatur T ist. Wenn die erfasste Temperatur T1 nicht höher als T ist, wird die Luftzuführungsmenge QA an den Schritten P803 und P804 erhöht bis T1 > T erreicht ist (QA0 wird zu QA1). Die Luftzuführungsmenge QA1 stellt Sauerstoff in einer größeren Menge zur Verfügung als dies erforderlich ist, um Kohlenwasserstoff-Kraftstoff F bei teilweiser Oxidation zu reformieren. Dadurch wird Kohlenwasserstoff-Kraftstoff F oxidiert und verbrannt, wodurch sich die Temperatur des Reformierungskatalysators 20 rasch erhöht, wobei der Reformierungskatalysator 20 so augenblicklich in einen Zustand versetzt wird, um den Reformierungsvorgang durchzuführen.
  • Wenn am Schritt P802 T1 > T ist, wird die Luftzuführungsmenge QA gesteuert/geregelt, um zu einem Wert QAS zu werden, der Sauerstoff in einer Menge bereitstellt, die benötigt wird, um Kohlenwasserstoff-Kraftstoff F bei teilweiser Oxidation an einem Schritt P805 zu reformieren.
  • BEISPIEL 8
  • 18 stellt, ähnlich wie die Ausführungsform von 17, eine weitere Ausführungsform des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung dar, mit der Ausnahme, dass dem Reformierungskatalysator Abgas E zugeführt wird, das vom Motor 10 anstelle von Luft A ausgestoßen wird, wobei das Abgas E durch die Abgas-Zuführungsvorrichtung zugeführt wird.
  • Bei Verwendung des vom Motor 10 ausgestoßenen Abgases E, das als Luftquelle dem Reformierungskatalysator 20 zugeführt wird, kann die Wärme des Abgases effektiv genutzt werden, um die Temperatur des Reformierungskatalysators rasch anzuheben, um den Reformierungskatalysator 20 dadurch augenblicklich in einen Zustand zu versetzen, um den Reformierungsvorgang durchzuführen. Darüber hinaus wird unter der Wirkung von Wasserdampf im Abgas E eine Dampf-Reformierungsreaktion in Kombination mit der teilweisen Oxidationsreaktion des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs F verwendet, um dadurch eine Wasserstoffkonzentration im wasserstoffhaltigen Gas zu erhöhen, während der Verbrauch von verwendetem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff unterdrückt wird.
  • BEISPIEL 9
  • 19 stellt, ähnlich wie die Ausführungsform von 17, eine weitere Ausführungsform des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung dar, mit der Ausnahme, dass eine Wasserstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung 40 im Abgas-Durchgang 10a unmittelbar stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators 2 angeordnet ist. Durch die Wasserstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung 40 kann die Zusammensetzung (die Rate an H2:[H2/TR]d) des Zuführungsgases (oder des Gases das in den NOx verarbeitenden Katalysator 2 eingeleitet wird) des NOx verarbeitenden Katalysators 2 noch präziser erkannt werden. Ein Beispiel einer solchen Wasserstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung 40 ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-117 5 (vom 19. April 2000) offenbart, wobei die Wasserstoffkonzentration aus einer Veränderung bei der Methankonzentration berechnet wird.
  • BEISPIEL 12-1
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver, Cerium-Nitrat, Zirconyl-Nitrat und Lanthanum-Nitrat wurden miteinander gemischt und bei 150°C 3 Stunden lang getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Ce-Zre-La-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver zu erhalten, dass ein Verhältnis in Gew.% von Ce/Zr/La = 2/7/7 aufwies.
  • Das Aluminiumoxid-Pulver, das Ce, Zr und La enthält, wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat imprägniert und getrocknet und an Luft bei 400°C 1 Stunde lang getrocknet, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver A1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 4 Gew.% betrug.
  • Das Aluminiumoxid-Pulver, das Ce, Zr und La enthält, wurde mit einer wässrigen Lösung des Dinitroammin-Platins imprägniert und getrocknet und danach an Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver B1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 4,0 Gew.% betrug.
  • Aktiviertes Aluminiumspulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat imprägniert und getrocknet und danach an Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver C1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 4 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 30 g Pulver A1, 70 g Pulver B1, 100 g Aluminiumoxid, und 200 g Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um somit einen pulverhaltigen Brei auszubilden, dessen durchschnittliche Partikelgröße 3,2 μm betrug. Dieser Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator-Träger A1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 200 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Darüber hinaus wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 30 Gramm Pulver A1, 11 g Pulver B1, 10 g Pulver C1 und 110 g Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen pulverhaltigen Brei zu bilden, dessen durchschnittliche Partikelgröße 3,2 μm betrug. Dieser Brei wurde auf den Katalysator-Träger A1 aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete Katalysator-Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator-Träger B1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Schlichtungsschicht betrug 310 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Der Katalysator-Träger B1 wurde mit einer wässrigen Lösung aus Magnesium-Azetat imprägniert und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch einen Katalysator NR3 zu erhalten, der 30 g Mg (als Oxid berechnet) pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt.
  • BEISPIEL 12-2
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Palladium-Nitrat imprägniert und getrocknet und an Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pd-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver D1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 4 Gew.% betrug.
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Dinitroammin-Platin imprägniert und getrocknet und danach an Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Pt-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver E1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Pd 4 Gew.% betrug.
  • Aktiviertes Aluminiumoxid-Pulver wurde mit einer wässrigen Lösung aus Rhodium-Nitrat imprägniert und getrocknet und danach an Luft bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch Rh-aufgenommenes Aluminiumoxid-Pulver (Pulver F1) zu erhalten, dessen Konzentration an aufgenommenem Rh 4 Gew.% betrug.
  • Danach wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 30 g Pulver D1, 70 g Pulver E1, 100 g Aluminiumoxid und 200 Gramm Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen pulverhaltigen Brei zu bilden, dessen durchschnittliche Partikelgröße 3,2 μm betrug. Dieser Brei wurde auf einen monolithischen Cordierit-Keramik-Wabentyp-Träger mit einem Volumen von 1,3 Litern und 400 Zellen pro Quadratzoll aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt. Demzufolge wurde ein Katalysator-Träger C1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 200 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Darüber hinaus wurde eine Porzellankugel-Mühle mit 30 g Pulver D1, 70 g Pulver E1, 10 g Pulver F1 und 110 g Wasser befüllt, gefolgt von einem Mischen und Pulverisieren, um dadurch einen pulverhaltigen Brei zu bilden, dessen durchschnittliche Partikelgröße 3,2 μm betrug. Dieser Brei wurde auf einen Katalysator-Träger C1 aufgetragen, sodass die Wände der Zellen mit dem Brei beschichtet waren. Danach wurde der beschichtete monolithische Träger mit einem Luftstrahl geblasen, um überschüssigen Brei in den Zellen zu entfernen und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt.
  • Demzufolge wurde ein Katalysator-Träger D1 hergestellt, bei dem eine katalytische Beschichtungsschicht auf der Wand der Zellen des monolithischen Trägers ausgebildet war. Das Gewicht der katalytischen Beschichtungsschicht betrug 310 g pro einem Liter des monolithischen Trägers.
  • Der Katalysator-Träger D1 wurde mit einer wässrigen Lösung aus Magnesium-Azetat imprägniert und bei 130°C getrocknet und danach bei 400°C 1 Stunde lang gebrannt, um dadurch einen Katalysator NR4 zu erhalten, der 5 g Mg (als Oxid berechnet) pro einem Liter des monolithischen Trägers enthielt.
  • BEISPIELE 13-1 und 13-2
  • Ein Abgasreinigungssystem der Beispiele 13-1 und 13-2 wurde ähnlich zu dem des Beispiels 9-1 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Katalysator SR3 oder SR4 anstelle des Katalysators SR1 verwendet wurde, während der Katalysator NR3 oder NR4 anstelle des Katalysators NR1 verwendet wurde. Zudem wurde in diesem Beispiel der Motor 10 ähnlich wie im Beispiel 8-1 betrieben, wobei ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie in den Tabellen 2A–2D gezeigt, gesteuert/geregelt wurde. Die Gliederung des Abgasreinigungssystems der Beispiele 13-1 und 13-2 ist in den Tabellen 2A–2D gezeigt. Die Sonderbeschichtungsschicht (katalytische Beschichtung) des Katalysators SR3 oder SR4 ist in 14 gezeigt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 3
  • Ein Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 3 wurde ähnlich wie in der Ausführungsform von 17 aufgebaut, mit der Ausnahme, das nur der NOx verarbeitende Katalysator 2 im Abgas-Durchgang 10a angeordnet ist, der mit dem Motor 10 (der mit keiner Wasserstoffanreicherungs-Vorrichtung oder -Einrichtung versehen ist) verbunden ist, während das Zuführungssystem von wasserstoffhaltigem Gas, das den Reformierungskatalysator 20 und die Speichervorrichtung 21 für wasserstoffhaltiges Gas umfasst, weggelassen wurde. Es ist selbstverständlich, dass kein motornaher Katalysator vorgesehen wurde. Der NOx verarbeitende Katalysator 2 (NR1) wurde auf die gleiche Weise wie der im Beispiel 1-1 hergestellt. Es wurde demonstriert, dass das Abgasreinigungssystem unzureichend effizient war, um NOx, verglichen mit denen der Beispiele im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, zu reduzieren.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 4
  • Ein Abgasreinigungssystem des Vergleichsbeispiels 4 wurde ähnlich wie die Ausführungsform von 17 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der motornahe Katalysator (Drei-Wege-Katalysator) stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators 2 im Abgas-Durchgang 10a angeordnet war, der mit dem Motor 10 verbunden ist (der ohne Wasserstoffanreicherungs-Vorrichtung oder -Einrichtung versehen ist), während das Zuführungssystem für wasserstoffhaltiges Gas, das den Reformierungskatalysator 20 und die Speichervorrichtung 21 für wasserstoffhaltiges Gas umfasst, weggelassen wurde. Der NOx verarbeitende Katalysator 2 (NR1) wurde ähnlich wie der im Beispiel 1-1 hergestellt. Es wurde demonstriert, dass dieses Abgasreinigungssystem unzureichend effizient war, um NOx, verglichen mit denen der Beispiele innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, zu reduzieren.
  • Wie aus dem oben Gesagten gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wird die besondere Wasserstoffanreicherungs-Einrichtung oder -Vorrichtung im Abgasreinigungssystem verwendet, um so die Zusammensetzung der reduzierenden Bestandteile im zum NOx verarbeitenden Katalysator strömenden Abgas, insbesondere das Zusammensetzungsverhältnis von Wasserstoff in den reduzierenden Komponenten und/oder das Verhältnis von CO/H2 zu steuern/zu regeln und zu bewirken, dass das so gesteuerte/geregelte Abgas in den NOx verarbeitenden Katalysator strömt. Demzufolge können die folgenden besonderen Effekte der vorliegenden Erfindung erreicht werden: das Abgasreinigungssystemen kann NOx im Abgas mit hoher Effizienz über alle Motorbetriebsbereiche, von einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Motorstart bis zu einem Zeitpunkt mit einem Motorbetrieb in gleichmäßigem Zustand beseitigen und HC und CO effektiv insbesondere während einem Motorbetrieb bei niedriger Temperatur unmittelbar nach dem Motorstart beseitigen, während ein hoher Kraftstoff-Verbrauchsverbesserungseffekt nach Herstellung eines mageren Verbrennungsbetriebs des Motors erreicht wird.
  • Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt. Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einleuchten. Der Schutzumfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.
  • TABELLE 1A
    Figure 00840001
  • TABELLE 1B
    Figure 00850001
  • Figure 00860001
  • Figure 00870001
  • Figure 00880001
  • Figure 00890001

Claims (23)

  1. Abgasreinigungssystem: mit einem NOx verarbeitenden Katalysator zur Reduzierung von NOx, der in einem Abgas-Durchgang einer Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist, um NOx in Gegenwart von reduzierenden Bestandteilen im Abgas zu reduzieren, und mit einer Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung, die bezüglich einer Abgasströmung von der Verbrennungsvorrichtung stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators angeordnet ist und eingerichtet ist, um einen Wasserstoffanteil bei allen reduzierenden Bestandteilen zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas zu erhöhen, um eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Beziehung zu erfüllen, wenn eine Reduzierung von NOx vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird: [H2/TR]d > [H2/TR]u (1)wobei [H2/TR)u ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]u von Wasserstoff und einer Konzentration [TR]u aller reduzierenden Bestandteile zumindest entweder im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung oder im Verbrennungsgas in einem Zustand ist, bevor das Wasserstoffverhältnis einer Erhöhung durch die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung unterzogen wird; und [H2/TR]d ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und einer Konzentration [TR]d aller reduzierenden Bestandteile im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung ist, wobei die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung zumindest eine aus der Gruppe ausgewählte ist, die aus einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff, entweder im Verbrennungsgas oder Abgas, einer Vorrichtung zur Verringerung der reduzierenden Bestandteile außer Wasserstoff, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas, einer Vorrichtung zur Unterdrückung eines Verbrauchs von Wasserstoff, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas, und einer Vorrichtung zur Zuführung von Wasserstoff, zumindest entweder ins Verbrennungsgas oder Abgas, besteht. wobei die Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas zumindest eine aus der Gruppe ausgewählte umfasst, die aus einem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, der zumindest ein Edelmetall und eine Verbrennungssteuerungs-/Regelungsvorrichtung zur Steuerung/Regelung zumindest eines aus der Gruppe ausgewählten enthält, die aus Betriebsparametern einer Verbrennungsmaschine und Kombinationen der Betriebsparameter besteht, wobei die Betriebsparameter, eine Einspritzmenge, einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt, einen Zündzeitpunkt, Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile der Verbrennungsmaschine umfassen, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Wasserstoff zu allen reduzierenden Bestandteilen durch die weitere Formel (2): [H2/TR]d ≥ 0,3dargestellt wird, und dass die Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in allen reduzierenden Bestandteilen im Abgas so zu erhöhen, um eine durch die folgende Formel [H2/CO]d > 1 dargestellte Beziehung zu erfüllen, wobei [H2/CO]d ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und einer Konzentration [CO]d von Kohlenmonoxid in allen reduzierenden Bestandteilen im Abgas im Abgas-Durchgang unmittelbar stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und stromabwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung ist, wenn eine Reduzierung von NOx vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird.
  2. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur Verringerung der reduzierenden Bestandteile, außer Wasserstoff, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas einen CO- und HC-selektiven Oxidationskatalysator umfasst, der Zirkonoxid enthält, um CO und HC selektiv zu oxidieren.
  3. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Vorrichtung zur Unterdrückung des Wasserstoffverbrauchs zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas ein Katalysator ist, der festes saures Zirkonoxid enthält.
  4. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung zur Einleitung von Wasserstoff zumindest entweder ins Verbrennungsgas oder Abgas eine Vorrichtung ist, um wasserstoffhaltiges Gas, das unter Verwendung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft erzeugt wird, von außerhalb des Abgas-Durchgangs zuzuführen.
  5. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zur Zuführung von wasserstoffhaltigem Gas einen wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysator umfasst, um eine Reaktion zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas aus dem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff zu fördern und eine Vorrichtung zur Zuführung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs und Luft an den wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysator umfasst.
  6. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 5, wobei die Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas ferner einen Sauerstoffkonzentrations-Sensor, der stromaufwärts des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators angeordnet ist, um so eine Sauerstoff-Konzentration zu erfassen und einen Temperatursensor umfasst, der stromabwärts des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators angeordnet ist, um so eine Temperatur des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators zu erfassen, wobei die Mengen an Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft, die dem wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysator zugeführt werden, gemäß der Temperatur des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators gesteuert/geregelt werden.
  7. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas eine Vorrichtung zur Verringerung der zugeführten Menge des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs und Erhöhung der zugeführten Menge von Luft umfasst, um so eine Sauerstoffkonzentration zu erhöhen, wenn die Temperatur des wasserstoffhaltiges Gas erzeugenden Katalysators niedriger als ein Pegel ist.
  8. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas eine Vorrichtung umfasst, um wasserstoffhaltiges Gas unter Verwendung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Abgas unter Wärme zu erzeugen.
  9. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Zuführungsvorrichtung von wasserstoffhaltigem Gas eine Vorrichtung umfasst, um wasserstoffhaltiges Gas, das erzeugt wurde, zeitweise zu speichern, bevor es dem NOx verarbeitenden Katalysator zugeführt wird.
  10. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der CO- und HC-selektive Oxidationskatalysator eine Funktion zur Erzeugung von Wasserstoff aufweist und Rhodium und Zirkonoxid enthält, wobei das Zirkonoxid Erdalkalimetall enthält und eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel (3) dargestellt wird: [X]aZrbOc (3)wobei X ein Erdalkalimetall ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Magnesium, Calcium, Strontium und Barium gewählt wird; a und b Anteile von Atomelementen sind; und c eine Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die zur Erfüllung der Valenzen von X und Zr benötigt werden, bei dem a in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt, b in einem Bereich von 0,5 bis 0,99 liegt und a + b = 1,0 ist.
  11. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 10 wobei der CO- und HC-selektive Katalysator darüber hinaus Palladium und Ceroxid enthält, wobei das Palladium in einer Menge übertragen wird, die von 20 bis 80 Gew.% des gesamten Palladiums auf Ceroxid reicht.
  12. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Katalysator festes saures Zirkonoxid enthält, das Platin enthält, wobei das feste saure Zirkonoxid zumindest ein Element enthält, das aus der Gruppe, die aus Titan, Aluminium, Wolfram, Molybdän und Zink besteht, gewählt ist, wobei das feste saure Zirkonoxid eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel (4) repräsentiert wird: [Y]dZreOf (4)wobei Y zumindest ein Element ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Aluminium, Wolfram, Molybdän und Zink, gewählt wird; d und e Verhältnisse von Atomelementen sind; und f eine Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die zur Erfüllung der Valenzen von Y und Zr benötigt werden, bei dem d in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt, e in einem Bereich von 0,5 bis 0,99 liegt und d + e = 1,0 ist.
  13. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Wasserstoff erzeugende Katalysator eine Funktion aufweist, um Wasserstoff aus HC und CO zumindest entweder aus Verbrennungsgas oder Abgas zu erzeugen.
  14. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 13, wobei der Wasserstoff erzeugende Katalysator einen ersten katalytischen Bestandteil zur Oxidation von HC und CO umfasst, um Sauerstoff zu verringern, wobei der erste katalytische Bestandteil in einem ersten Abschnitt des Wasserstoff erzeugenden Katalysators angeordnet ist und einen zweiten katalytischen Bestandteil umfasst, um Wasserstoff zu erzeugen, der in einem zweiten Abschnitt des Wasserstoff erzeugenden Katalysators angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt bezüglich dem Abgasstrom stromabwärts des ersten Abschnitts liegt, sodass eine Sauerstoffmenge, die mit dem zweiten katalytischen Bestandteil in Kontakt gerät, verringert wird.
  15. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 14, wobei der erste katalytische Bestandteil zumindest Palladium oder Platin oder Aluminiumoxid umfasst, wobei zumindest Palladium oder Platin in einer Menge enthalten ist, die von 0,1 bis 50 g pro Liter eines Trägers reicht.
  16. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei der zweite katalytische Bestandteil Rhodium und Zirkonoxid umfasst, Rhodium in einer Menge enthalten ist, die von 0,1 bis 50 g pro Liter eines Trägers reicht und Zirkonoxid in einer Menge enthalten ist, die von 10 bis 300 Gramm pro Liter des Trägers reicht.
  17. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 16, wobei das Zirkonoxid Erdalkalimetall enthält und eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel (3) dargestellt wird: [X]aZrbOc (3)wobei X ein Erdalkalimetall ist, das aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Calcium, Strontium und Barium gewählt wird; a und b Anteile von Atomelementen sind; und c eine Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die zur Erfüllung der Valenzen von X und Zr benötigt werden, bei dem a in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 liegt, b in einem Bereich von 0,5 bis 0,99 liegt und a + b = 1,0 ist.
  18. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, das ferner eine Vorrichtung zur Abgas-Steuerung/-Regelung in einer stromaufwärts liegenden Position des Wasserstoff erzeugenden Katalysators aufweist, um intermittierend eine Zusammensetzung aufzuweisen, bei der ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist, um so die Effizienz der Erzeugung von Wasserstoff durch den Wasserstoff erzeugenden Katalysator zu erhöhen.
  19. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der NOx verarbeitende Katalysator zumindest ein Edelmetall, das aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium und Rhodium gewählt wird und zumindest eine Substanz die aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Alkalimetall und Erdalkalimetall gewählt wird, enthält.
  20. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der NOx verarbeitende Katalysator zumindest Rhodium enthält und eingerichtet ist, um in der Lage zu sein, NOx im Abgas bei einer Temperatur, die von 260 bis 380°C reicht, zu reduzieren.
  21. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Verbrennungsvorrichtung ein Verbrennungsmotor ist.
  22. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 21, wobei der Verbrennungsmotor ein benzinbetriebener Motor für ein Kraftfahrzeug ist.
  23. Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungsvorrichtung, die mit einem Abgasreinigungssystem versehen ist, das einen NOx verarbeitenden Katalysator umfasst, der in einem Abgas-Durchgang der Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der NOx verarbeitende Katalysator NOx in Anwesenheit von reduzierenden Bestandteilen im Abgas verringert, wobei das Verfahren aufweist: Erhöhen eines Wasserstoff-Verhältnisses bei den gesamten reduzierenden Bestandteilen, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas, das dem NOx verarbeitenden Katalysator zugeführt wird, um so Beziehungen zu erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt werden, wenn eine Reduzierung von NOx vom NOx verarbeitenden Katalysator ausgeführt wird: [H2/TR]d > [H2/TR]u (1) [H2/TR]d ≥ 0,3 (2)wobei [H2/TR]u ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]u von Wasserstoff und einer Konzentration von [TR]u der gesamten reduzierenden Bestandteile zumindest entweder im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts der Wasserstoff-Anreicherungsvorrichtung oder im Verbrennungsgas in einem Zustand ist, bevor das Wasserstoff-Verhältnis einer Erhöhung unterzogen wurde; und [H2/TR]d ein Verhältnis zwischen einer Konzentration [H2]d von Wasserstoff und einer Konzentration [TR]d der gesamten reduzierenden Bestandteile im Abgas im Abgas-Durchgang stromaufwärts des NOx verarbeitenden Katalysators und in einem Zustand ist, nachdem das Wasserstoff-Verhältnis einer Erhöhung unterzogen wurde, wobei die Erhöhung des Wasserstoffverhältnisses zumindest entweder die Erzeugung von Wasserstoff zumindest im Verbrennungsgas oder Abgas, die Verringerung der reduzierenden Bestandteile, mit Ausnahme von Wasserstoff, zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas, die Unterdrückung des Wasserstoffverbrauchs zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas und die Zuführung von Wasserstoff zumindest entweder ins Verbrennungsgas oder Abgas umfasst, wobei die Wasserstofferzeugung zumindest entweder im Verbrennungsgas oder Abgas die Erzeugung von Wasserstoff unter Verwendung zumindest eines aus der Gruppe ausgewählten umfasst, die aus einem Wasserstoff erzeugenden Katalysator, der zumindest ein Edelmetall und eine Verbrennungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung zur Steuerung/Regelung zumindest eines aus der Gruppe ausgewählten enthält, die aus Betriebsparametern eines Verbrennungsmotors und Kombinationen der Betriebsparameter besteht, wobei die Betriebsparameter die Kraftstoff-Einspritzmenge, den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt, den Zündzeitpunkt, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors umfassen.
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