DE69430329T2

DE69430329T2 - Abgasreinigung

Info

Publication number: DE69430329T2
Application number: DE69430329T
Authority: DE
Inventors: Fumio Abe; Takashi Harada; Masato Ogawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: JP3526084B2; EP0661098B1; DE69418168T2; CA2139089C; DE69430329D1; DE69418168D1; EP0661098A3; EP0820810B1; US5538697A; JPH07232084A; CA2139089A1; EP0661098A2; EP0820810A1

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Adsorbens und auf ein System zur Reinigung von Abgasen sowie ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen, die beide dazu verwendet werden, schädliche Substanzen in den Abgasen effektiv zu reinigen, im Speziellen Kohlenwasserstoffe (KW) und dergleichen, welche in großen Mengen während des Kaltstarts eines Motors erzeugt werden.
Im FTP-Test (LA-4 Modus), der in Zusammenhang mit den verschärften Abgasvorschriften der Vereinigten Staaten durchgeführt wurde, werden 70 bis 80% der gesamten KW-Emission während des Kaltstartens eines Motors innerhalb von 140 Sekunden (innerhalb der ersten Steigung von Bag 1) nach seinem Anlassen emittiert. Es braucht eine beträchtliche Zeitspanne, bis ein konventioneller Drei-Weg-Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht, weswegen die größte Menge an KW ohne Reinigung ausgestoßen wird.
Um dieses Problem zu lösen, wurden Techniken vorgeschlagen, bei welchen ein elektrisch erhitzter Katalysator (hierin als EHC bezeichnet) und/oder ein Adsorbens, das Zeolith als Hauptkomponente umfasst, in einem Auspuffangeordnet werden.
So offenbaren z. B. die japanische Patentoffenlegungsschrift 31359/1993 und ihr Familienmitglied EP-A-0485179 einen Katalysator für die Reinigung von Autoabgasen, in welchem drei Elemente eines EHC, ein Adsorbens und ein Hauptkatalysator seriell in jeder gewünschten Reihenfolge in einem Abgas-Strömungsweg angeordnet sind.
Die SAE-Publikation Nr. 920847 schlägt ein Bypass-System vor, in welchem ein Ventil an der stromaufwärts gelegenen Seite des Adsorbens vorgesehen ist, um so den auf dem Adsorbens adsorbierten KW zu desorbieren, nachdem ein Katalysator in einer ausreichenden Weise aktiviert worden ist.
Jedoch wird in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 31359/1993 die optimale Anordnung der oben angeführten drei Elemente zur Senkung der Emission während des Kaltstarts nicht erwähnt, und weiters wurden auch keinerlei Überlegungen zur Minimierung der elektrischen Leistung, die dem EHC zugeführt wird, angestellt.
Die Technik, die ein solches Bypass-System, wie es im SAE Paper Nr. 920847 erwähnt wird, verwendet, ist zwar hinsichtlich des Reinigungverhaltens zufriedenstellend, stößt jedoch in der praktischen Anwendung auf viele Probleme. So ist dieses System beispielsweise kompliziert, und das Ventil im Auspuff ist nur gering wärmebeständig.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme der konventionellen Techniken entwickelt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Adsorbens zur Abgasreinigung, ein System zur Abgasreinigung und ein Verfahren zur Abgasreinigung bereitzustellen, wobei alle dazu verwendet werden, auf wirksame Weise schädliche Substanzen in Abgasen, im Speziellen KW und dergleichen, die in großer Menge während des Kaltstarts eines Motors erzeugt werden, zu reinigen, vorzugsweise ohne Anwendung eines komplizierten Systems wie des eben erwähnten Bypass-Systems oder dergleichen.
Die gegenständliche Erfindung sieht ein Adsorbens zur Abgasreinigung gemäß Anspruch 1 vor.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters ein System zur Abgasreinigung, vorgesehen in einem Auspuff, bereit, umfassend:
zumindest ein oben erwähntes Adsorbens und
einen Katalysator, umfassend eine Wabenstruktur und eine darauf aufgetragene Katalysatorschicht, die auf der stromabwärts liegenden Seite des Adsorbens in der Strömungsrichtung der zu reinigenden Abgase eines Auspuffs vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung stellt weiters ein Verfahren zur Abgasreinigung unter Verwendung des oben erwähnten Systems bereit, umfassend das Zulassen des Adsorbierens des Abgases durch die Adsorbensschicht des Adsorbens des Systems, im Speziellen der Kohlenwasserstoff-Komponenten, etc., die während des Kaltstarts eines Verbrennungsmotors erzeugt werden; das Desorbieren der adsorbierten Komponenten aus der Adsorbensschicht, wenn die Temperatur der Adsorbensschicht durch die Abgase erhöht wird; für eine Zeitspanne im obengenannten Vorgang von der Adsorption zur Desorption die Zugabe eines Oxidationsgases zum Abgas oder dem Einstellen des Verhältnisses der Mengen der Luft für die Verbrennung und der Treibstoffzufuhr, um dem Abgas einen Sauerstoffüberschuss zu geben und die desorbierten Kohlenwasserstoffe zu verbrennen, etc. auf der Katalysatorschicht des Katalysators des Systems.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Wabenstruktur auf eine Struktur mit einer großen Anzahl paralleler Durchgänge, welche durch Trennwände unterteilt sind, und umfasst sogar einen flachen scheibenartigen Typ.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 bis Fig. 7 sind jeweils Ansichten, die ein Beispiel eines Adsorbens-Katalysators zeigen.
Fig. 8 bis Fig. 10 sind jeweils Ansichten, die ein Beispiel des Adsorbens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 11 und 12 zeigen Systeme zur Abgasreinigung, welche nur Vergleichsbeispiele darstellen.
Fig. 13 bis Fig. 15 sind jeweils Ansichten eines Beispiels des Systems zur Abgasreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der in der vorliegenden Erfindung verwendeten elektrischen Heizeinrichtung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es wird das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Im Allgemeinen, wenn ein Adsorbens und ein Katalysator in einem Auspuffbereitgestellt werden, wobei das Adsorbens an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in der Strömungsrichtung eines Abgases angeordnet wird, wird zuerst das Adsorbens durch das Abgas und danach der Katalysator während des Kaltstarts eines Motors erhitzt; somit steigt die Temperatur des Adsorbens früher als die Temperatur des Katalysators.
Adsorbiert die Adsorbensschicht des Adsorbens in zufriedenstellender Weise KW und beginnt danach, den adsorbierten KW (die Adsorptionstemperatur zu diesem Zeitpunkt beträgt etwa 80-100ºC) zu desorbieren, so hat als Resultat davon der Katalysator, der stromabwärts des Adsorbens angeordnet ist, seine Zündtemperatur (niedriger als 100ºC) noch nicht erreicht, und der vom Adsorbens desorbierte KW wird ohne Reinigung aus dem Auspuffausgestoßen. Selbst wenn die Adsorbensschicht des Adsorbens eine Katalysator-Komponente enthält, ist die Effizienz der KW-Reinigung unzureichend.
In der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein bestimmtes Adsorbens verwendet, wodurch der auf der stromabwärts gelegenen Seite des Adsorbens angeordnete Katalysator schnell erhitzt werden kann und der vom Adsorbens desorbierte KW effizient gereinigt werden kann.
Es wird nun ein Adsorbens-Katalysator, der wahlweise Teil eines Systems gemäß der Erfindung ist, beschrieben.
Während sich der Motor beim Start im Leerlauf befindet, wenn KW in der größten Menge erzeugt wird, so ist die Strömungsmenge an Abgas klein, und das Abgas strömt relativ einheitlich in die Vorderfläche des Adsorbens-Katalysators; als Konsequenz davon wird ein großer Teil des im Abgas vorhandenen KW auf dem Adsorbensschicht- Abschnitt (hierin nachfolgend als Adsorbensabschnitt bezeichnet) des Adsorbens adsorbiert. Während der darauf folgenden Beschleunigungsphase ist die Menge des erzeugten Abgases groß. Um einem großen Teil des Abgases während dieser Beschleunigungsphase den Durchtritt durch den Katalysatorschicht-Abschnitt (hierin nachfolgend als Katalysatorabschnitt bezeichnet) zu ermöglichen, ist es vorzuziehen, eine geeignete Rohrstruktur zu verwenden oder eine geeignete Führung für den Abgasstrom unmittelbar vor oder nach dem Adsorbens-Katalysator vorzusehen.
Ein Schritt in diese Richtung ist ein Ansatz, in welchem die Länge von zumindest eines Teils des Katalysatorabschnitts in Strömungsrichtung des Abgases kleiner ausgeführt ist als die des Adsorbensabschnittes in dieselbe Richtung. Weiters gibt es auch einen Ansatz, in welchem die offene Vorderfläche von zumindest eines Teils des Katalysatorabschnitts größer als jene des Adsorbensabschnitts ausgeführt ist. Hierin bezieht sich die offene Vorderfläche auf das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der Durchgänge, die durch Trennwände unterteilt sind, d. h. die Gesamt-Fläche, durch welche ein Durchgang des Gases möglich ist, zur Querschnittsfläche der Wabenstruktur. Um den Temperaturanstieg der Adsorbensschicht zu verlangsamen (Verzögern des Starts der KW-Desorption), kann es einen Ansatz geben, in welchem die Wärmekapazität des Adsorbensabschnitts größer als jene des Katalysatorabschnitts durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet ist.
Indem zumindest einer dieser Ansätze seine Verwendung findet, ist der Adsorbensabschnitt des Adsorbens-Katalysators weniger der Erhitzung durch das Abgas unterworfen, oder er weist eine Struktur auf, die weniger für einen Temperaturanstieg empfänglich ist, selbst in der Beschleunigungsphase des Motors; demgemäß kann der Adsorbensabschnitt die Adsorption von KW für eine gewisse Zeitspanne fortsetzen, bis die Desorption des adsorbierten KW einsetzt.
In der Zwischenzeit wird der Katalysatorabschnitt des Adsorbens-Katalysators schnell durch den/die oben erwähnten Ansatz/Ansätze erhitzt, wird zu einem frühen Zeitpunkt gezündet und erzeugt eine große Menge Reaktionswärme; und diese Reaktionswärme zündet durch Konvektion und Wärmeleitung verlässlich den an der stromabwärts gelegenen Seite des Adsorbens-Katalysators bereitgestellten Katalysator. D. h. der Temperaturanstieg des Adsorbensabschnitts des Adsorbens-Katalysators wird minimiert, und die Temperaturanstiege des Katalysatorabschnitts und des stromabwärts gelegenen Katalysators erfolgen schnell, während der vom Adsorbensabschnitt desorbierte KW zumindest vom stromabwärts gelegenen Katalysator, der sich bereits in einem Zustand der Zündung befindet, gereinigt wird.
Es ist erwünscht, dass sich die Temperatur des stromabwärts gelegenen Katalysators im Speziellen auf 150ºC oder mehr, vorzugsweise auf 250ºC oder mehr beläuft, wenn die Desorption des KW einsetzt.
Herrscht für die Reinigung des desorbierten KW ein Sauerstoffmangel, ist anzuraten, Sekundärluft zuzuführen oder das Verhältnis der Mengen der Luft für die Verbrennung sowie die Mengen der Treibstoffzufuhr einzustellen.
Das Material für die Wabenstruktur kann ein Metall sein. Aber das Material ist vorzugsweise eine Keramik, im Speziellen ein poröses Cordierit, weil es eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und nur eine geringfügige Wärmeleitung vom Katalysatorabschnitt zum Adsorbensabschnitt zuläßt, was einen schnellen Temperaturanstieg des Adsorbensabschnitts verhindert und das Einsetzen der Desorption des adsorbierten KW verzögert.
Wird ein System verwendet, in welchem ein Adsorbens (welches eine solche Struktur aufweist, so dass ein Teil des zu reinigenden Abgases hindurchströmen kann) und ein Katalysator in einem Abgas-Strömungsweg so angeordnet sind, dass sich der Katalysator an der stromabwärtigen Seite des Adsorbens befindet, durchströmt ein Teil des Abgases den Adsorbens und erhitzt den stromabwärts gelegenen Katalysator direkt, wodurch ein frühes Zünden des Katalysator möglich wird.
In der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise Adsorbens-Katalysator, Adsorbens und System wie folgt verwendet.

[Adsorbens-Katalysator]

Im Adsorbens-Katalysator weist die Wabenstruktur vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf (senkrecht auf die Strömungsrichtung eines zu reinigenden Abgases) und ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, die sich parallel zur Strömungsrichtung erstreckt, und die Katalysatorschicht wird vorzugsweise auf einem zylindrischen Innenabschnitt der zylindrischen Wabenstruktur getragen, die dieselbe Achse wie die Wabenstruktur aufweist, und die Adsorbensschicht wird auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur, die den zylindrischen Innenabschnitt umgibt, getragen. Für die frühe Zündung des auf der stromabwärts gelegenen Seite des Adsorbens- Katalysators vorgesehenen Katalysators beträgt auch die Querschnittsfläche des Katalysatorabschnitts bevorzugt 5-80% der Querschnittsfläche der Wabenstruktur. Diese Querschnittsfläche (5-80%) des Katalysatorabschnitts ist auch dann vorzuziehen, wenn die Querschnittsformen der Wabenstruktur und des Katalysatorabschnitts nicht kreisförmig sind. Ist die Querschnittsfläche des Katalysatorabschnitts kleiner als 5% der Querschnittsfläche der Wabenstruktur, erzeugt der Katalysatorabschnitt bei früher Zündung nur eine geringe Menge an Reaktionswärme, und der Temperaturanstieg des stromabwärts gelegenen Katalysators wird unzureichend. Überschreitet die Querschnittsfläche des Katalysatorabschnitts 80%, verfügt der Adsorbensabschnitt nur über eine geringe Adsorptionsfähigkeit.
Um den Temperaturunterschied zwischen dem Adsorbensabschnitt und dem Katalysatorabschnitt groß zu machen, wird der Adsorbensabschnitt mittels verschiedener Methoden vorzugsweise mit einer größeren Wärmekapazität als der Katalysatorabschnitt ausgestattet, so etwa (1) durch Vergrößerung der Wandstärke der Wabenstruktur am Adsorbensabschnitt, (2) durch Erhöhung der Zelldichte der Wabenstruktur am Adsorbensabschnitt, (3) durch Reduzierung der Porosität der Wabenstruktur am Adsorbensabschnitt, (4) durch Verwendung eines Materials (z. B. eines Metalls) mit größerer Wärmekapazität für den Adsorbensabschnitt der Wabenstruktur, und (5) durch Tragen einer größeren Menge der Adsorbensschicht auf dem Adsorbensabschnitt. Das Gegenteil davon ist für den Katalysatorabschnitt gültig, und verschiedene Methoden werden angewendet, um den Katalysatorabschnitt mit einer geringeren Wärmekapazität auszustatten als der Adsorbensabschnitt. Besonders bevorzugt sind Methoden wie (1) das Verringern der Wandstärke der Wabenstruktur am Katalysatorabschnitt, (2) das Verringern der Zelldichte der Wabenstruktur am Katalysatorabschnitt und (3) das Tragen einer kleineren Menge einer Katalysatorschicht auf dem Katalysatorabschnitt, da diese Methoden es zulassen, dass der Katalysatorabschnitt eine größere offene Vorderfläche aufweist, und folglich der Katalysatorabschnitt mit einer geringeren Wärmekapazität und einem niedrigeren Druckverlust ausgestattet wird.
Es ist auch vorzuziehen, die Länge von zumindest einem Teil des Katalysatorabschnitts in der Strömungsrichtung des zu reinigenden Abgases kleiner als die Länge des Adsorbensabschnitts in derselben Richtung auszuführen. Dadurch verringert sich die Wärmekapazität des Katalysatorabschnitts; der Druckverlust des Katalysatorabschnitts wird geringer; eine größere Menge eines Abgases strömt durch den Katalysatorabschnitt während der Motorbeschleunigung, und der Katalysatorabschnitt wird zu einem frühen Zeitpunkt gezündet. Eine solche Struktur, deren Katalysatorabschnitt eine geringere Länge aufweist, kann erhalten werden, indem eine Katalysatorschicht nur auf einem Teil des Abschnitts der Wabenstruktur aufgetragen ist, der verschieden vom Adsorbensabschnitt ist, der sich entlang der Strömungsrichtung des Abgases erstreckt. Eine solche Struktur kann besonders bevorzugt auch erreicht werden, indem, wie in Fig. 3(a) (Perspektive) und Fig. 3(b) (Querschnitt) gezeigt, ein Teil der Wabenstruktur 15 entfernt und ausgehöhlt wird, um die Länge des Katalysatorabschnitts 16 in Strömungsrichtung des Abgases geringer als die Länge des Adsorbensabschnitt 17 in derselben Strömungsrichtung auszubilden.
Der Adsorbensabschnitt kann einen Katalysator umfassen, z. B. einen Katalysator, vorausgesetzt, ein nicht-absorbierender Katalysatorabschnitt ist vorhanden.
Im Adsorbens-Katalysator können der Katalysatorabschnitt und der Adsorbensabschnitt so bereitgestellt sein, dass keiner der beiden vom anderen umgeben ist, oder dass einer oder beide des Katalysator- und Adsorbensabschnitts an zwei oder mehreren Stellen vorgesehen sein können. Es ist auch möglich, dass das Vorderende (Gaseinlass) oder Hinterende (Gasauslass) des Adsorbens-Katalysators oder ein Teil der Querschnitte des Adsorbens-Katalysators, die senkrecht auf die Strömungsrichtung des Abgases stehen, zur Gänze oder teilweise ein Adsorbensabschnitt oder ein Katalysatorabschnitt ist, und dass der Adsorbens- oder Katalysatorabschnitt in Strömungsrichtung des Abgases vom Vorderende (Gaseinlass) zum Hinterende (Gasauslass) des Adsorbens-Katalysators nicht kontinuierlich sind.

[Adsorbens]

Das Adsorbens der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallelen Durchgängen, die durch Trennwände geteilt sind, und
eine Adsorbensschicht mit Kohlenwasserstoff-Adsorptionsfähigkeit, die auf der Wabenstruktur getragen wird,
worin ein Durchblasabschnitt in der Wabenstruktur so ausgebildet ist, dass dieser das Blasen eines Abgases durch den Abschnitt zulässt.
Der Durchblasabschnitt kann ein nicht-tragender Abschnitt der Wabenstruktur sein (d. h. nicht-tragender Adsorbens oder Katalysator), der sich vom Gaseinlass zum Gasauslass parallel zur Strömungsrichtung erstreckt, oder er kann ein hohler Abschnitt sein, der in der Wabenstruktur ausgebildet ist, und sich parallel zur Strömungsrichtung des Abgases erstreckt. Der Hohlabschnitt oder der nicht-tragende Abschnitt können an zwei oder mehreren Stellen vorhanden sein. Die Querschnittsfläche des Hohlabschnitts oder des nicht-tragenden Abschnitts ist vorzugsweise geringer als 50% der Querschnittsfläche der Wabenstruktur. Der Durchblasabschnitt kann parallel zu den Durchgängen der Wabenstruktur ausgebildet sein, oder er kann mit einer bestimmten Neigung zu den Durchgängen so ausgebildet sein, dass ein Teil des Abgases durch den Durchblasabschnitt durchströmt und das restliche Abgas in den Adsorbensabschnitt zur Adsorption und Desorption des KW strömt.

[System]

Es kann ein System entworfen werden, in welchem das Adsorbens der vorliegenden Erfindung und der oben beschriebene Adsorbens-Katalysator seriell in einem Abgasstrom so bereitgestellt sind, dass sie als einzelner Adsorbens-Katalysator arbeiten. In diesem Fall muss an der stromabwärts gelegenen Seite der Kombination aus Adsorbens und Adsorbens-Katalysator ein Katalysator zur Reinigung des vom Adsorbens desorbierten KW angeordnet werden, und vorzugsweise ist ein Katalysator auch auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Adsorbens vorgesehen.
Das Adsorbens mit einem Durchblasabschnitt weist eine Wabenstruktur auf und verfügt über ein Adsorbens für den auf der Wabenstruktur getragenen Kohlenwasserstoff. Ein Durchblasabschnitt in der Wabe ermöglicht den Durchgang von Abgas ohne Kontakt mit dem Adsorbens (oder Katalysator). Dieser Durchblasabschnitt erstreckt sich über die gesamte Länge der Wabe in Strömungsrichtung und kann Teil der Wabe sein, die weder ein Adsorbens noch einen Katalysator trägt, aber vorzugsweise eine Öffnung, die durch die Wabe parallel zur Strömungsrichtung des Gases geformt ist. Es können zwei oder mehrere solcher Durchblasabschnitte in verschiedenen Bereichen des Querschnitts der Wabe vorhanden sein. Vorzugsweise belegt der Durchblasabschnitt weniger als 50% der Querschnittsfläche der Wabe.
In jedem System können mehr als ein Adsorbens-Katalysator oder Adsorbens mit einem Durchblasabschnitt bereitgestellt werden.
Um das Reinigungsverhalten im FTP-Test als Ganzes zu verbessern, ist es vorzuziehen, einen Katalysator mit einer gewissen Kapazität bezogen auf den Motorhubraum bereitzustellen, stromabwärts oder stromaufwärts des oben erwähnten Systems, das einen Adsorbens-Katalysator verwendet.
Die Stelle, an welcher das den Adsorbens-Katalysator umfassende System vorgesehen ist, liegt zum Zwecke der frühen Zündung der Katalysatorschicht des Adsorbens- Katalysators oder des Katalysators vorzugsweise in der Nachbarschaft eines Motors. Der Abstand zwischen dem Adsorbens-Katalysator und/oder dem Adsorbens und dem/n Katalysatoren, der/die stromaufwärts und/oder stromabwärts davon vorgesehen ist/sind, ist vorzugsweise gering (aneinander angrenzend), so dass die in der Katalysatorschicht der stromaufwärtigen Seite erzeugte Reaktionswärme schnell zur Katalysatorschicht der stromabwärtigen Seite geleitet wird, um somit die Zündung der Katalysatorschicht der stromabwärtigen Seite zu beschleunigen.
Um den während des Kaltstarts erzeugten KW günstigerweise zu verringern, ist es notwendig, dass zumindest der Katalysator oder der Katalysatorabschnitt des Adsorbens- Katalysators früh zünden. In einem treibstoffreichen Bereich, der während des Kaltstarts gebildet wird, tritt die Verbrennungsreaktion durch den Katalysator oder den Katalysatorabschnitt des Adsorbens-Katalysators gewöhnlich nur selten auf, noch wird erwartet, dass die Reaktionswärme den Katalysator oder den Katalysatorabschnitt ausreichend erhitzen kann. Aus diesem Grund ist es erwünscht, dass ein Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas (z. B. als ein Zufuhrmittel für Sekundärluft) zur Zufuhr eines Oxidationsgases (z. B. Sekundärluft) von der stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators (am nächsten zum Motor gelegen) oder vom Adsorbens-Katalysator, oder ein Einstellmittel für die Treibstoff-Verbrennungsluft (ein A/F-Einstellmittel) zur Einstellung der Menge an Treibstoff und der Menge an Verbrennungsluft anzuordnen, wodurch die Abgaszusammensetzung während des Kaltstarts einen Sauerstoffüberschuss aufweist.
Hierin bezieht sich die Abgaszusammensetzung mit dem Sauerstoffüberschuss auf eine Zusammensetzung, die einen Sauerstoffüberschuss aufweist, im Vergleich zur Abgaszusammensetzung, die während des Kaltstarts eines gewöhnlichen Verbrennungsmotors ohne spezifische Steuermittel gebildet wird. Speziell im Fall eines benzin-betriebenen Fahrzeuges wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis auf 14,0 (eine schwache Reduktionsseite) oder mehr verschoben, vorzugsweise eine magere Seite von 14,6-19,0 (ein stöchiometrischer Punkt zu einer Oxidationsseite). Wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis auf diese Weise auf die magere Seite verschoben, kann die Oxidationsaktivität des Katalysators (oder des Katalysatorabschnitts des Adsorbens-Katalysators) beträchtlich verbessert werden. Für den Fall, dass reformiertes Benzin, Methanol oder dergleichen als Treibstoff verwendet wird, unterscheidet sich das theoretische Luft-Treibstoff-Verhältnis, und das oben erwähnte Luft-Treibstoff-Verhältnis wird daher in einem solchen Fall durch Verwendung eines Äquivalentverhältnisses λ umgewandelt, und das Luft-Treibstoff- Verhältnis des reformierten Benzins, Methanols oder dergleichen wird vorzugsweise auf die magere Seite des somit umgewandelten Wertes verschoben.
Wenn der vom Adsorbensabschnitt (des Adsorbens-Katalysators) oder vom Adsorbens adsorbierte KW anfängt, vom Adsorbensabschnitt oder vom Adsorbens desorbiert zu werden, verlagert sich die Abgaszusammensetzung vorübergehend auf eine Reduktionsseite. Aus diesem Grund ist, selbst wenn der Katalysatorabschnitt (des Adsorbens- Katalysators) oder der stromabwärts gelegene Katalysator seine Zündungstemperatur erreicht haben, in manchen Fällen die Verbrennungsreaktion des desorbierten KW unzureichend. Es ist deshalb erwünscht, zumindest ein Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas und/oder ein Mittel zur Einstellung von Treibstoff-Verbrennungsluft vor (auf der stromaufwärts gelegenen Seite) dem Adsorbens-Katalysator oder vor dem stromabwärts gelegenen Katalysator anzuordnen, um die Abgaszusammensetzung mit einem Sauerstoffüberschuss zu versehen und den desorbierten KW mit Hilfe des Katalysatorabschnitts oder des Katalysators wirksam zu verbrennen.
D. h. für die zwei Zwecke des frühen Zündens des Katalysatorabschnitts oder des Katalysators sowie des vorteilhaften Entfernens des vom Adsorbensabschnitt oder dem Adsorbens adsorbierten KW mit Hilfe des Katalysatorabschnitts oder des stromabwärts gelegenen Katalysators, sind die Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas und/oder Mittel zur Einstellung von Treibstoff-Verbrennungsluft erwünscht.
Ein Detektionsmittel, das in der Lage ist nachzuweisen, dass der vom Adsorbensabschnitt oder dem Adsorbens adsorbierte KW angefangen hat, von diesem zu desorbieren, z. B. ein O&sub2;-Sensor oder ein KW-Sensor, wird vorzugsweise zumindest zwischen dem Adsorbensabschnitt oder dem Adsorbens und dem stromabwärts gelegenen Katalysator angeordnet, wodurch die Desorption des KW von diesem Detektionsmittel nachgewiesen werden kann, und in Übereinstimmung mit einem Signal von diesem werden das Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas oder das Einstellmittel von Treibstoff-Verbrennungsluft betrieben.
Um den Katalysatorabschnitt oder den Katalysator früh zu zünden, werden das Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas oder das Einstellmittel von Treibstoff-Verbrennungsluft gewöhnlich in Übereinstimmung mit einem Signal vom O&sub2;-Sensor zur A/F-Anpassung betrieben, der in einer vordersten Position des Adsorbens-Katalysators oder des Katalysators angeordnet ist, oder in Übereinstimmung mit einem vorher hergestellten externen Programm zur Verhinderung des reichen Bereichs, welcher während des Kaltstartens ausgebildet wird. In diesem Fall können sowohl das Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas als auch das Einstellmittel von Treibstoff-Verbrennungsluft angeordnet werden.
Um den vom Adsorbensabschnitt oder vom Adsorbens desorbierten KW mit Hilfe des stromabwärts gelegenen Katalysators zu verbrennen, wird das Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas zumindest in irgendeiner erwünschten Position vor (auf der stromaufwärts gelegenen Seite) dem stromabwärts gelegenen Katalysator angeordnet. Dieses Mittel kann auch als Mittel zur Zufuhr von Oxidationsgas dienen, welches vor dem Katalysator oder Adsorbens-Katalysator in nächster Nähe zum Motor für die frühe Zündung des Katalysators oder des Adsorbens-Katalysators vorgesehen ist, oder das erstere Mittel kann getrennt vom letzteren installiert werden. Für den Fall, dass eine Vielzahl von Mitteln zur Zufuhr von Oxidationsgas angeordnet sind, können diese getrennt oder im Verbund betrieben werden.
Um schädliche Komponenten wie KW, CO, NOx und dergleichen, die vom Verbrennungsmotor abgegeben werden, vorteilhaft zu entfernen, umfassen der Katalysatorabschnitt (des Adsorbens-Katalysators) und der Katalysator vorzugsweise eine Wabenstruktur eines wärmebeständigen anorganischen Materials, das mit einer Katalysatorschicht aus einem wärmebeständigen Oxid beschichtet ist, das zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall enthält. In Hinblick auf Wärmebeständigkeit und thermische Schockbeständigkeit ist das Material der Wabenstruktur vorzugsweise Edelstahl auf Cordierit- oder Ferritbasis.
Jedes dieser Edelmetalle wird verwendet, indem es auf ein wärmebeständiges Oxid wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, TiO&sub2; oder ZrO&sub2; oder seinem Verbundoxid aufgebracht wird. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Al&sub2;O&sub3;, das eine spezifische Oberfläche von 100 m²/g oder mehr aufweist, als wärmebeständiges Oxid, da das Oxid das Edelmetall in einem hochdispergierten Zustand tragen kann, und die daraus resultierende Katalysatorschicht der Wabenstruktur verbesserte Eigenschaften der Zündung bei niedriger Temperatur und der Wärmebeständigkeit aufweisen kann.
Es ist besonders bevorzugt, 5-30 Gew.-% eines Oxids mit einer Speicherfähigkeit für Sauerstoff, so etwa CeO&sub2;, La&sub2;O&sub3; oder CeO&sub2;-ZrO&sub2;, zum oben erwähnten wärmebeständigen Oxid hinzuzufügen, da die Katalysatorschicht der Wabenstruktur somit über eine verbesserte Gleichgewichtszustands-Aktivität verfügen kann.
Die Gesamtmenge des/der getragenen Edelmetalls/e im Katalysatorabschnitt oder dem Katalysator liegt vorzugsweise im Bereich von 0,71-4,6 g/l (20-130 g/ft³), und die Menge des getragenen Rh liegt vorzugsweise im Bereich von 0,071-1,1 g/l, (2-30 g/ft³). Das Tragen von Pd allein wird in einem Bereich von 1,4-11 g/l, (40-300 g/ft³) bevorzugt, da es eine Zündung bei niedriger Temperatur zulässt.
Der Adsorbensabschnitt oder das Adsorbens sind vorzugsweise in einer Wabenstruktur aus dem oben erwähnten wärmebeständigen anorganischen Material ausgeführt, das mit einer Adsorbensschicht, die Zeolith als Hauptkomponente enthält, beschichtet ist.
Materialien, die zur Adsorption von schädlichen Komponenten wie KW und dergleichen fähig sind, umfassen Zeolith, aktiven Kohlenstoff, etc. Die Verwendung von Zeolith in der Adsorbensschicht wird bevorzugt, weil das Adsorbens, das in einem Strömungsweg des Abgases ohne Verwendung eines Bypass-Systems angeordnet ist, eine Wärmebeständigkeit von mindestens 500ºC aufweisen muss.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Zeolith kann ein natürliches oder ein synthetisches Produkt sein, hinsichtlich der Art des Zeoliths ist keine bestimmte Beschränkung gegeben. Hinsichtlich Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Hydrophobie ist die Verwendung eines Zeoliths mit einem Si/Al-Molverhältnis von 40 oder mehr besser geeignet. Typische Beispiele des bevorzugten Zeoliths sind ZSM-5, USY, β- Zeolith, Silicalit und Metallisilicat.
Diese Zeolithen können allein oder in Kombination verwendet werden. So ist z. B. der Zeolith ZSM-5 mit relativ kleinen Mikroporen von etwa 0,55 nm für die Adsorption von Propen, etc., das ein kleines Molekül aufweist, vorteilhaft, für die Adsorption von Toluol, Xylen, etc., die ein großes Molekül aufweisen, ist er aber nachteilig. Im Gegensatz dazu ist der Zeolith USY mit relativ großen Mikroporen von etwa 0,74 nm für die Adsorption von Propen etc., das ein kleines Molekül aufweist, nachteilig, für die Adsorption von Toluol, Xylen, etc., die ein großes Molekül aufweisen, hingegen vorteilhaft. Aus diesem Grund wird ein Verfahren bevorzugt, in welchem eine Wabenstruktur mit einem Gemisch aus ZSM-5 und USY aufgetragen wird. Alternativ dazu können ZSM-5 und USY voneinander getrennt auf der Wabenstruktur in Strömungsrichtung des zu reinigenden Abgases getragen werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, den ZSM-5 stromaufwärts der Wabenstruktur aufzutragen, da ZSM-5 KW adsorbieren und auf einer relativ hohen Temperatur von 150ºC halten kann.
Zeolith kann per se als Adsorbens verwendet werden, aber um die Verkokung zu überwachen, die gleichzeitig mit der Adsorption von KW, etc. auftritt, wird bevorzugt, dass zumindest ein aus Pt, Pd und Rh ausgewähltes Edelmetall auf Zeolith aufgetragen wird, wodurch das Adsorptionsverhalten von Zeolith ohne jegliche Verschlechterung regeneriert werden kann.
Als das Edelmetall, das auf Zeolith aufgetragen werden kann, wird Pd bevorzugt, weil es am kostengünstigsten ist und eine hohe Regenerationsfähigkeit von Zeolith aufweist. Um das Edelmetall auf Zeolith aufzutragen, wird unter Berücksichtigung der thermischen Stabilität vorzugsweise ein Ionen-Austausch-Verfahren verwendet. Was das Kosten und das Vermögen zur Regeneration von Zeolith betrifft, liegt die Menge an aufzutragendem Edelmetall vorzugsweise im Bereich von 0,18-1,4 g/l (5-40 g/ft³) (Wabenvolumen). Wird Zeolith auf die Wabenstruktur aufgebracht, kann der Zeolith, falls erforderlich, 5-20 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels wie Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2; beinhalten, wodurch der Zeolith stark aufgetragen werden kann, ohne die Adsorptionsfähigkeit von KW, etc. zu beeinträchtigen.
Wird ein Edelmetall auf Zeolith aufgebracht, weist das Edelmetall nicht nur die Fähigkeit zur Zeolithregeneration, sondern auch eine katalytische Aktivität auf. Dennoch neigt das Edelmetall dazu, im Zeolith zu sintern, und es weist eine schlechte katalytische Beständigkeit auf. Aus diesem Grund kann eine Adsorbensschicht Zeolith und dieselbe Katalysatorkomponente enthalten, die in der Katalysatorschicht des Katalysators enthalten ist, oder sie kann eine Zeolith-hältige Adsorbensschicht sein, auf welcher eine Katalysatorschicht mit einer Katalysatorkomponente ausgebildet ist.
Daraus ergibt sich, dass der Adsorbensabschnitt oder das Adsorbens eine dauerhafte Katalysatorkomponente enthält und dass er aus diesem Grund selbst während des stationären Betriebs nach dem Kaltstart das günstige Reinigungsvermögen gewährleisten kann. Die Zugabe der Katalysatorkomponente ist auch für die Unterdrückung der Zeolith-Verkokung von Vorteil, und aus diesem Grund ist es nicht immer erforderlich, das Edelmetall dem Zeolith zuzusetzen.
Es wird auch bevorzugt, dass Zeolith zumindest ein Ion enthält, das aus den Ionen der Elemente der IB-Gruppe (Cu, Ag und Au) des Periodensystems ausgewählt ist, da der sich ergebende Zeolith eine verbesserte KW-Adsorptionsfähigkeit aufweisen kann. Der Gehalt des Ions im Zeolith liegt vorzugsweise bei 20% oder mehr, vorzugsweise 40% oder mehr, basierend auf dem Al-Atom im Zeolith, da ein niedriger Gehalt des Ions die Adsorptionsfähigkeit von KW nur geringfügig verbessert. Das Ion kann im Zeolith in jeder erwünschten Kombination mit dem oben erwähnten Edelmetall enthalten sein.
Vorzugsweise enthält Zeolith zusätzlich zu mindestens einem Ion der Elemente der IB- Gruppe zumindest ein Ion, das aus den Ionen von Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ti, Ce, Mn, Fe, Cr, Ni und Zn ausgewählt worden ist, vorzugsweise zumindest eines das aus den Ionen von Mg, Ca, Fe und Cr ausgewählt ist, da der sich ergebende Zeolith über eine verbesserte Wärmebeständigkeit verfügt.
Als bevorzugtes Beispiel des Adsorbens-Katalysators oder Adsorbens, in welchem die Oberfläche des Adsorbensabschnittes mit einer Katalysatorschicht belegt ist, ist ein Mehrschicht-Katalysator-Adsorbens oder Adsorbens zu nennen, in welchem die Oberfläche der Wabenstruktur mit einer ersten Schicht, z. B. einem Hoch-Silika-Zeolith wie ZSM-5, USY oder β-Zeolith mit einem darauf getragenen Edelmetall, beschichtet ist, und weiters die Oberfläche der ersten Schicht mit einer zweiten Schicht, z. B. einem Al&sub2;O&sub3;-CeO&sub2;-Verbundoxid mit einem darauf getragenen Edelmetall, bedeckt ist.
In einem solchen Mehrschicht-Katalysator-Adsorbens oder Adsorbens wirkt Al&sub2;O&sub3;, welches die Hauptkomponente der zweiten Schicht ist, als Vortrockner für die selektive Adsorption des H&sub2;O, das im während des Kaltstarts erzeugten Abgas enthalten ist, und steigert die KW-Adsorptionsfähigkeit der ersten Schicht. Zusätzlich wird mit dem Temperaturanstieg des Abgases die zweite Schicht (die Oberflächenschicht), die die Katalysatorkomponente enthält, zuerst erwärmt, und zu einem Zeitpunkt, wenn die Zeolithkomponente in der ersten Schicht den adsorbierten KW desorbiert, etc., wirkt die Katalysatorkomponente in der zweiten Schicht vorteilhaft. Es ist erwünscht, dass zur Zeit der Desorption von KW, etc., dem Abgas durch die Zugabe eines Oxidationsgases oder durch die Einstellung des Verhältnisses der Menge an Verbrennungsluft und jener der Treibstoffzufuhr ein Sauerstoffüberschuss verliehen wird. Indem das Abgas einen Sauerstoffüberschuss aufweist, kann die katalytische Aktivität der zweiten Schicht in bemerkenswerter Weise verbessert werden.
Selbst wenn kein Mehrschicht-Typ verwendet wird, und die Katalysatorkomponente mit einem darauf aufgebrachten Edelmetall und die Zeolithkomponente auf der Wabenstruktur in einem gemischten Zustand aufgetragen werden, kann der sich daraus ergebende Adsorbens-Katalysator oder das Adsorbens relativ gut funktionieren.
Das Gewichtsverhältnis der Zeolithkomponente zur Katalysatorkomponente beträgt 50- 85: 15-50, und es ist vorzugsweise eine größere Menge der Zeolithkomponente vorhanden. Mit Bezug auf die auf der Wabenstruktur aufzutragenden Mengen liegt die Menge der Zeolithkomponente vorzugsweise im Bereich von 0,05-0,40 g/cm³, jene der Katalysatorkomponente vorzugsweise im Bereich von 0,02-0,20 g/cm³.
In der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass zumindest eine elektrische Heizeinrichtung (hierin nachfolgend mit "EH" bezeichnet) im Abgassystem zum Zweck einer frühen Zündung des Katalysatorabschnitts (des Adsorbens-Katalysators) oder des Katalysators angeordnet ist.
Die EH setzt sich vorzugsweise aus Elektroden zusammen, die unter dem Gesichtspunkt des Druckverlustes und der Wärmebeständigkeit zur Elektrifizierung einer Wabenstruktur, welche ein wärmebeständiges Metall wie Ferrit oder dergleichen enthält, angebracht werden. Vorzugsweise ist diese EH mit einer Katalysatorschicht bedeckt, welche ein wärmebeständiges anorganisches Oxid umfasst, das zumindest ein Edelmetall enthält, um einen EHC (d. h. einen elektrisch-erhitzten Katalysator) auszubilden, da mit diesem EHC die Wärme der katalytischen Reaktion von KW, etc. die elektrische Leistung, die nötig ist, um die Heizeinrichtung zu erhitzen, reduzieren kann.
Im Verfahren zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung kann die Aktivierung des Katalysatorabschnitts (des Adsorbens-Katalysators) oder des Katalysators im Reinigungssystem dadurch erzielt werden, dass ein Oxidationsgas in das System zugeführt wird. Als Oxidationsgas können Ozon, O&sub2;&supmin;, Sekundärluft, etc. verwendet werden, und davon wird Sekundärluft am meisten bevorzugt, da es über eine einfache Vorrichtung wie etwa eine Luftpumpe oder dergleichen zugeführt werden kann.
Die Zufuhr des Oxidationsgases kann im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Motorstart eingeleitet werden, wenn der Adsorbens-Katalysator oder Katalysator in der Nähe des Motors angeordnet ist, da der Adsorbens-Katalysator oder Katalysator schnell durch die Wärme des im Motor erzeugten Abgases erwärmt wird. Die Zufuhr des Oxidationsgases wird gewöhnlich zu einem Zeitpunkt unterbrochen, wenn ein O&sub2;-Sensor für die A/F- Einstellung mit dem Warmlaufen des Motors wirkt und der Betrieb in einem äquivalenten Verhältnis ausgeführt wird. Im Fall der Verwendung eines O&sub2;-Sensors mit einer Heizeinrichtung, wird die Zufuhr des Oxidationsgases zu einem Zeitpunkt 20-50 Sekunden nach dem Anlassen des Motors unterbrochen, und im Fall der Verwendung eines O&sub2;-Sensors ohne Heizeinrichtung erfolgt diese Unterbrechung zu einem Zeitpunkt 40 bis 140 Sekunden nach dem Anlassen des Motors.
Andererseits wird das Zufuhr-Timing des Oxidationsgases, welches zugeführt wird, um den vom Adsorbensabschnitt oder dem Adsorbens desorbierten KW mit dem Katalysatorabschnitt oder dem stromabwärts gelegenen Katalysator effektiv zu verbrennen, vorzugsweise durch die Verwendung eines Detektionsmittels (z. B. ein O&sub2;-Sensor oder ein KW-Sensor) detektiert, das auf der stromabwärtsgelegenen Seite des Adsorbens- Katalysators oder des Adsorbens vorgesehen ist. Die Menge des zuzuführenden Oxidationsgases ist eine solche, dass die Abgaszusammensetzung beim Adsorbens- Katalysator oder sein stromabwärts gelegener Katalysator sich in einem Sauerstoffüberschuss-Zustand befindet, und diese Menge kann z. B. durch das Ausgangssignal des Detektionsmittels geregelt werden. Im Allgemeinen beginnt die KW-Adsorption, wenn die Temperatur des Adsorbensabschnitts oder des Adsorbens 80-100ºC übersteigt. Deshalb wird die Zufuhr des Oxidationsgases innerhalb von 50 Sekunden nach dem Anlassen des Motors eingeleitet, obwohl dies, in Abhängigkeit von der Position des Adsorbens-Katalysators oder des Adsorbens variiert, und diese Zufuhr wird etwa 40- 140 Sekunden nach Anlassen des Motors wieder unterbrochen.
Die Verwendung eines EH oder eines EHC wird bevorzugt, weil durch das Anlegen einer Spannung auf die EH oder den EHC gleichzeitig mit der Zufuhr eines Oxidationsgases der vom Adsorbensabschnitt desorbierte KW wirksam am Katalysatorabschnitt oder am stromabwärts gelegenen Katalysator gereinigt werden kann.
Die Menge des zuzuführenden Oxidationsgases liegt im Bereich von etwa 50-300 I/min. obwohl dies vom Hubraum eines Motors abhängt. Gibt es einen Überschuss an Oxidationsgas, werden der Katalysatorabschnitt oder der stromabwärts gelegene Katalysator gekühlt. Aus diesem Grund ist es insbesondere vorzuziehen, dass das Oxidationsgas in einer solchen Menge zugeführt wird, dass das Verhältnis Luft-Treibstoff sich in der Nähe eines stöchiometrischen Punktes befindet. Die Menge des zuzuführenden Oxidationsgases kann konstant sein oder passend geändert werden.
Die Abgaszusammensetzung mit dem Sauerstoffüberschuss kann nicht nur durch die Zufuhr eines Oxidationsgases erhalten werden, sondern auch durch den Betrieb des Motors in einem bestimmten Modus, d. h. durch die Einstellung der Menge an Verbrennungsluft und an Treibstoffzufuhr, und ein ähnlicher Effekt kann auch durch letzteres Verfahren erzielt werden. Beispiele des letzteren Verfahren umfassen ein Verfahren, welches die Treibstoffzufuhr in einer Menge umfasst, die geringer ist als eine theoretische Menge bezogen auf die Luftmenge, die durch einen Luftströmungssensor oder dergleichen in einem offenen Regelkreis (es wird kein O&sub2;-Sensor verwendet) nach der Motorzündung nachgewiesen wird; ein Verfahren, welches die Regelung des Luft- Treibstoff-Verhältnisses durch die Verwendung eines O&sub2;-Sensors und eines Computers umfasst, so dass dieses Verhältnis z. B. für eine gewisse Zeitspanne mager ist, und ein Verfahren, das die Regelung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses durch Verwendung, z. B. eines PEGO-Sensors umfasst (Proportional Exhaust Gas Oxygen Sensor) (dessen Ausgang sich in Übereinstimmung mit dem Luft-Treibstoff-Verhältnis linear ändert), sodass das Verhältnis z. B. für eine gewisse Zeitspanne mager ist.
Zum Zeitpunkt der Motorzündung wird ein treibstoffreicher Zustand für den Motorbetrieb verwendet. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass zusätzlich zu einem gewöhnlichen System eine Vorrichtung vorhanden ist, die zur Regelung der Abgaszusammensetzung durch das oben angeführte Verfahren in der Lage ist. Das Verfahren zur Regelung der Abgaszusammensetzung durch die Verwendung eines Sensors gewährleistet exzellente Genauigkeit, aber für die Erwärmung des Sensors selbst ist eine lange Zeit erforderlich. Dieser Nachteil kann durch die Verwendung, z. B. eines Sensors mit einer Heissvorrichtung in seinen Auswirkungen gering gehalten werden. Um jedoch eine Abgaszusammensetzung mit einem Sauerstoffüberschuss relativ schnell zu erhalten, wird vorzugsweise ein Oxidationsgas zugeführt oder eine andere Vorrichtung als der Sensor verwendet. Die gleichzeitige Verwendung (1) der Zufuhr eines Oxidationsgases und (2) der Einstellung der Menge an Verbrennungsluft und Treibstoffmenge wird ebenfalls bevorzugt, um eine Abgaszusammensetzung mit einem Sauerstoffüberschuss zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend durch Beispiele detaillierter veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Herstellung von Adsorbens-Katalysatoren

Adsorbens-Katalysator I

0,23 g/cm³ γ-Al&sub2;O&sub3;.CeO&sub2; (Gewichtsverhältnis = 70 : 30) wurden auf einem zentralen Zylinderabschnitt einer zylindrischen Wabenstruktur auf Cordierit-Basis (ein Produkt von NGK Insulators, Ltd.) (Durchmesser des Querschnitts = 144 mm, Länge = 100 mm, Wandstärke = 150 um, Zellendichte = 62 Zellen/cm² (400 Zellen/cm²)) aufgetragen, d. h. ein zylindrischer Abschnitt mit derselben Mittelachse wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur und mit einem Querschnittsdurchmesser von 88 mm und derselben Länge (100 mm) wie die Wabenstruktur. Darauf wurden weiterhin Pd, Pt und Rh in einem Verhältnis von 6 : 5 : 1 in einer Gesamtmenge von 2,8 g/l, (80 g/ft³) aufgetragen. Es erfolgte das Brennen bei einer Temperatur von 550ºC, um eine Katalysatorschicht auszubilden. Auf dem Abschnitt der Wabenstruktur, die den Wabenabschnitt, auf welchem die Katalysatorschicht aufgebracht ist, umgibt, wurden 0,15 g/cm³ eines ZSM-5 (ein Produkt der The PQ Corporation) mit einem Si/Al- Molverhältnis von 280 aufgetragen. Das Brennen erfolgte bei 550ºC, um eine Adsorbensschicht auszubilden. Auf diese Weise erhielt man einen Adsorbens-Katalysator I, wie er in Fig. 1 beschrieben ist, bestehend aus (1) einem zentralen zylindrischen Katalysatorabschnitt 16, der durch Aufbringen einer ersten Schicht auf einem zentralen zylindrischen Abschnitt einer zylindrischen Wabenstruktur 15 ausgebildet wird, und (2) einem äußeren Adsorbensabschnitt 17, der durch Aufbringen einer Adsorbensschicht auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur ausgebildet wird.

Adsorbens-Katalysator II

In der gleichen Weise wie im Adsorbens-Katalysator I, wurde derselbe ZSM-5, wie er im oben ausgeführten Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, auf einen zentralen zylindrischen Abschnitt derselben zylindrischen Wabenstruktur wie im Adsorbens- Katalysator I aufgetragen, d. h. ein zylindrischer Abschnitt mit derselben Mittelachse wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur und mit einem Querschnittsdurchmesser von 104 mm und derselben Länge (100 mm) wie die Wabenstruktur. Das Brennen erfolgte auf dieselbe Weise wie für den Adsorbens-Katalysator I, um eine Adsorbensschicht auszubilden. In derselben Weise wie für den Adsorbens- Katalysator I wurde ein Katalysator auf den Abschnitt der Wabenstruktur, die den Wabenabschnitt, auf welchem das ZSM-5 aufgebracht wurde, umgibt, aufgetragen, im Anschluss daran wurde wieder gebrannt, um eine Katalysatorschicht auszuformen. Auf diese Weise erhielt man einen Adsorbens-Katalysator, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, bestehend aus (1) einem zentralen zylindrischen Adsorbensabschnitt 17, der durch Aufbringen einer Adsorptionsschicht auf einen zentralen zylindrischen Abschnitt einer zylindrischen Wabenstruktur 15 ausgebildet wird, und (2) einem äußeren Katalysatorabschnitt 1, der durch Aufbringen einer Katalysatorschicht auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur ausgebildet wird.

Adsorbens-Katalysator III

Von derselben zylindrischen Wabenstruktur, wie sie im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, wurde ein zylindrischer Abschnitt von 88 mm (Durchmesser des Querschnitts) und 50 mm (Länge) mit derselben Mittelachse wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur und ein Ende der Wabenstruktur umfassend entfernt, und die daraus resultierende Wabenstruktur mit einem zylindrischen Hohlraum wurde als Träger für die Herstellung des Adsorbens-Katalysators verwendet. Getrennt davon wurde γ-Al&sub2;O&sub3;.CeO&sub2; (Gewichtsverhältnis = 70 : 30) mit Pd unter Verwendung einer wässrigen Pd(NO&sub3;)&sub3;-Lösung imprägniert, danach wurde getrocknet und mit 550ºC gebrannt, um ein γ-Al&sub2;O&sub3;.CeO&sub2;-Verbundoxid auf Pd zu erhalten. 0,1 g/cm³ dieses Verbundoxids wurden auf einem zentralen Zylinderabschnitt der oben erwähnten Wabenstruktur aufgetragen, der sich vom Hohlraum zum anderen Ende der Wabenstruktur erstreckte und einen Querschnittsdurchmesser von 88 mm und eine Länge von 50 mm in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur aufwies. Das Brennen erfolgte bei 550ºC, um eine Katalysatorschicht auszubilden. Die Menge an Pd, das in der Katalysatorschicht aufgetragen wurde, lag bei 5,3 g/l, (150 g/ft³). Getrennt davon wurde derselbe ZSM-S. wie er im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, mit (NH&sub3;)&sub2;Pt(No&sub2;)&sub2; bei 90ºC vier Stunden lang für einen Ionenaustausch mit Pt behandelt, nachfolgend wurde er getrocknet und mit 550ºC gebrannt, um ein Zeolith-Pulver mit Pt-Ionen-Austausch zu erhalten. Dieses Pulver wurde auf einen Abschnitt der oben ausgeführten Wabenstruktur, die den Abschnitt umgibt, auf dem die Katalysatorschicht aufgebracht ist, aufgetragen. Das Brennen erfolgte bei 550ºC, um eine erste Schicht auszubilden. Die Menge der ersten aufgetragenen Schicht betrug 0,15 g/cm³, und die Menge von Pt in der ersten Schicht betrug 1,18 g/l, (33,3 g/ft³). In derselben Weise wurde ein Rh-vordotiertes γ- Al&sub2;O&sub3;-Pulver auf einer ersten Schicht aufgetragen und danach gebrannt, um eine zweite Schicht auszubilden. Die Menge der zweiten aufgetragenen Schicht betrug 0,05 g/cm³, und die Menge von Rh in der zweiten Schicht betrug 0,24 g/l (6,7 g/ft³). Ein Pd- vordotiertes γ-Al&sub2;O&sub3;-Pulver wurde auf einer zweiten Schicht aufgetragen und danach gebrannt, um eine dritte Schicht auszubilden. Die Menge der dritten aufgetragenen Schicht betrug 0,03 g/cm³, und die Menge von Pd in der dritten Schicht betrug 0,16 g/l, (40 g/ft³). Auf diese Weise erhielt man einen Adsorbens-Katalysator III, wie er in Fig. 3(a) in der Perspektive und in Fig. 3(b) im Aufriss gezeigt ist, bestehend aus (1) einem zentralen zylindrischen Katalysatorabschnitt 16, der durch Aufbringen einer Katalysatorschicht auf den zentralen zylindrischen Abschnitt einer zylindrischen Wabenstruktur 15 (mit einem zylindrischen Hohlkörper), die eine kürzere Länge als der verbleibende Abschnitt der Wabenstruktur in der axialen (Durchgangs-) Richtung der Wabenstruktur aufweist, ausgebildet wird, und (2) einem Adsorbensabschnitt 17, der den Katalysatorabschnitt 16 umgibt, ausgebildet durch das Auftragen einer Adsorbensschicht, die eine Vielzahl von Schichten, die jeweils eine Katalysatorkomponente enthalten, umfasst, auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur, der seinen zentralen Zylinderabschnitt umgibt.

Adsorbens-Katalysator IV

In der gleichen Weise wie im Fall des Adsorbens-Katalysators I, wurde eine Katalysatorschicht auf vier parallelen zylindrischen Innenabschnitten (derselben Größe) auf derselben Wabenstruktur wie im Adsorbens-Katalysator I aufgetragen. [Jeder der vier parallelen Zylinderabschnitte wies einen Querschnittsdurchmesser von 50 mm und dieselbe Länge (100 mm) wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung zur Achse der Wabenstruktur auf, sowie eine Achse, die sich parallel zur Achse der Wabenstruktur erstreckte und durch einen der vier Punkte ging, die einen Kreis (80 mm Durchmesser) vierteilen, welcher sich auf dem Querschnitt der Wabenstruktur (senkrecht zur Durchgangsrichtung) befand und welcher denselben Mittelpunkt wie der Querschnitt aufwies.] Daraufhin erfolgte das Brennen wie im Fall des Adsorbens-Katalysators I. Auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur wurde derselbe ZSM-5, wie er im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, aufgetragen und danach gebrannt, ebenfalls in der selben Weise wie im Fall des Adsorbens-Katalysators I. Der auf diese Weise erhaltene Adsorbens-Katalysator IV, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, besteht aus (1) vier Katalysatorabschnitten 16, die durch Auftragen einer Katalysatorschicht auf vier parallelen zylindrischen Innenabschnitten einer zylindrischen Wabenstruktur 15 ausgebildet wurden, und (2) einem Adsorbensabschnitt 17, der durch Aufbringen einer Adsorbensschicht auf dem verbleibenden Abschnitt der Wabenstruktur gebildet wird.

Adsorbens-Katalysator V

Eine Katalysatorschicht wurde auf einem Abschnitt einer kleinen Querschnittsfläche derselben zylindrischen Wabenstruktur, wie sie im Adsorbens-Katalysator 1 verwendet wurde, aufgetragen und danach in derselben Weise wie im Adsorbens-Katalysator I gebrannt. Auf dem verbleibenden Abschnitt der großen Querschnittsfläche der Wabenstruktur wurde derselbe ZSM-5, wie er im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, aufgetragen, und danach erfolgte wie für den Adsorbens-Katalysator I das Brennen. [Der Abschnitt der kleinen Querschnittsfläche der Wabenstruktur war ein Abschnitt kleiner Querschnittsfläche der Wabenstruktur, die vorhanden war, wenn die Wabenstruktur in zwei Abschnitte geteilt wurde, durch eine Ebene, die orthogonal einen Durchmesser des Querschnitts der Wabenstruktur bei seinem 64 mm : 80 mm- Punkt schnitt und die parallel zur Achse der Wabenstruktur, die sich in ihre Durchgangsrichtung erstreckte, lag; und der Abschnitt der großen Querschnittsfläche war der verbleibende Abschnitt der großen Querschnittsfläche der Wabenstruktur.] Der auf diese Weise erhaltene Adsorbens-Katalysator V, wie er in Fig. 5 abgebildet ist, besteht aus (1) einem Katalysatorabschnitt 16, der durch Auftragen einer Katalysatorschicht auf einen kleinen Abschnitt einer zylindrischen Wabenstruktur 15, die vorhanden ist, wenn die Wabenstruktur in zwei Abschnitte verschiedener Größen geteilt wurde, ausgebildet wird und (2) einem Adsorbensabschnitt 17, der durch Auftragen einer Adsorbensschicht auf den verbleibenden großen Abschnitt der Wabenstruktur entsteht.

Adsorbens-Katalysator VI

Auf die gleiche Weise wie im Fall des Adsorbens-Katalysator I, wurde eine Katalysatorschicht auf zwei der vier gleichmäßig geteilten Abschnitte derselben zylindrischen Wabenstruktur, wie sie im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, aufgetragen. [Die vier gleichmäßig geteilten Abschnitte der Wabenstruktur waren vier gleiche Abschnitte der Wabenstruktur, die vorhanden sind, wenn die Wabenstruktur von zwei orthogonalen Ebenen geviertelt wurde, umfassend die Mittelachse der Wabenstruktur, die sich parallel zum Durchgang der Wabenstruktur befand, und die zwei Abschnitte lagen einander gegenüber und berührten sich nur an der Mittelachse der Wabenstruktur.] Im Anschluss daran erfolgte das Brennen in derselben Weise, wie dies beim Adsorbens-Katalysator I der Fall war. Auf den verbleibenden zwei Abschnitten der Wabenstruktur wurde derselbe ZSM-5 wie im Adsorbens-Katalysator I aufgetragen, gefolgt vom Brennen, wie dies im Fall des Adsorbens-Katalysators I erfolgt ist. Auf diese Weise erhielt man einen Adsorbens-Katalysator VI, wie in Fig. 6 gezeigt, bestehend aus (1) einem Katalysatorabschnitt 16, der durch das Aufbringen einer Katalysatorschicht auf zwei der vier gleichmäßig geteilten Abschnitte einer zylindrischen Wabenstruktur 15 (die vier Abschnitte und die zwei Abschnitte wurden oben erklärt) ausgebildet wird, und (2) einem Adsorbensabschnitt 17, der durch Auftragen einer Adsorbensschicht auf die verbleibenden zwei Abschnitte der Wabenstruktur gebildet wird.

Adsorbens-Katalysator VII

Ein Träger für den Adsorbens-Katalysator wurde mittels Bindung hergestellt, mit einem keramischen Bindemittel von geringer Ausdehnung, zwei zylindrischen Wabenstrukturen, d. h. (1) einer hohlen zylindrischen Wabenstruktur auf Cordierit-Basis (Außendurchmesser = 144 mm, Innendurchmesser = 45 mm, I = 100 mm, Wandstärke = 300 um, Zelldichte = 46,5 Zellen/cm² (300 Zellen/in²)) und (2) einer zylindrischen Wabenstruktur auf Cordierit-Basis (Durchmesser = 44 mm, I = 100 mm, Wandstärke = 100 um, Zelldichte = 62 Zellen/cm² (400 Zellen/in²)). Auf dieselbe Weise wie in Adsorbens-Katalysator I, wurde eine Katalysatorschicht auf der Wabenstruktur von 46,5 Zellen/cm² (300 Zellen/in²), die den Außenabschnitt des obigen Trägers ausmacht, aufgetragen, und es erfolgte das Brennen. Auf dieselbe Weise wie im Fall des Adsorbens-Katalysator I wurde derselbe ZSM-5, der auch im Adsorbens- Katalysator I verwendet wurde, auf die Wabenstruktur von 62 Zellen/cm² (400 Zellen/in²), die den Innenabschnitt des obigen Trägers ausmacht, aufgetragen, und es erfolgte das Brennen. So wurde ein Adsorbens-Katalysator VII, wie in Fig. 7 gezeigt, erhalten, bestehend aus (1) einem Adsorbensabschnitt 17, der durch Auftragen einer Adsorbensschicht auf dem zylindrischen Innenabschnitt mit hoher Zelldichte einer zylindrischen Wabenstruktur 15 ausgebildet wird, und (2) einem Katalysatorabschnitt 16, der durch Aufbringen einer Katalysatorschicht auf den Außenabschnitt mit niedriger Dichte der Wabenstruktur gebildet wird.

Herstellung von Adsorbens

Adsorbens I

Ein hohler zylindrischer Träger für das Adsorbens wurde hergestellt, indem ein zylindrischer Innenabschnitt aus einer zylindrischen Wabenstruktur auf Cordierit-Basis (Ein Produkt von NGK Insulators, Ltd.) (Durchmesser = 144 mm, I = 100 mm, Wandstärke = 150 um, Zelldichte = 62 Zellen/cm² (400 Zellen/in²)) entfernt wurde. [Der entfernte zylindrische Innenabschnitt der zylindrischen Wabenstruktur (d. h. der Hohlabschnitt des erhaltenen Keramikelements) wies dieselbe Mittelachse wie die Wabenstruktur parallel zu den Durchgängen der Wabenstruktur auf und verfügte über einen Querschnittsdurchmesser von 88 mm und über dieselbe Länge (100 mm) wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur]. Derselbe ZSM-5, wie in Adsorbens-Katalysator I verwendet, wurde auf dem Träger aufgetragen und danach gebrannt, wie dies auch im Adsorbens-Katalysator I der Fall war. Das auf diese Weise erhaltene Adsorbens I, wie in Fig. 8 gezeigt, umfassend (1) eine hohle zylindrische Wabenstruktur 15 mit einem zylindrischen Durchblasabschnitt 18, parallel zur Durchgangsrichtung der Wabenstruktur am Mittelabschnitt und (2) eine Adsorbensschicht, die darauf aufgetragen wurde, d. h. das Adsorbens I ist aus demselben Material, das man erhält, wenn man den Katalysatorabschnitt aus dem Adsorbens-Katalysator I entfernt.

Adsorbens II

Ein zylindrischer Träger für das Adsorbens mit vier parallelen zylindrischen offenen Löchern derselben Größe wurde hergestellt, indem vier parallele zylindrische Abschnitte derselben Größe aus derselben zylindrischen Wabenstruktur, wie sie im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, entfernt wurden. [Jeder der vier parallelen zylindrischen Abschnitte wies einen Querschnittsdurchmesser von 50 mm und dieselbe Länge (100 mm) wie die Wabenstruktur in der Durchgangsrichtung der Wabenstruktur auf und verfügte über eine Achse, die sich parallel zur Achse der Wabenstruktur erstreckte und durch einen der vier Punkte ging, die einen Kreis (80 mm Durchmesser) vierteilen, welcher auf dem Querschnitt der Wabenstruktur (senkrecht zur Durchgangsrichtung) lag und welcher denselben Mittelpunkt wie der Querschnitt aufwies.) Auf den Träger wurde derselbe ZSM-5, wie er im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, aufgetragen und danach gebrannt, wie dies bereits im Fall des Adsorbens-Katalysator I der Fall war. Das auf diese Weise erhaltene Adsorbens II, wie in Fig. 9 gezeigt, umfasste (1) eine zylindrische Wabenstruktur 15 mit vier parallelen zylindrischen Durchblasabschnitten 18 derselben Größe und (2) eine Adsorbensschicht, die darauf aufgetragen ist, d. h. das Adsorbens II ist aus demselben Material das man erhält, wenn man den Katalysatorabschnitt aus dem Adsorbens-Katalysator IV entfernt, um darin vier parallele zylindrische Durchblasabschnitte auszubilden.

Adsorbens III

Ein kubischer Träger für das Adsorbens mit zwei parallelen offenen Löchern derselben Größe wurde hergestellt, indem von einer kubischen Wabenstruktur auf Cordierit-Basis mit einer Größe von 100 mm · 100 mm · 100 mm zwei parallele Abschnitte mit jeweils 50 mm · 20 mm · 100 mm (Länge) entfernt wurden, deren Längenrichtungen jeweils senkrecht zur Axialrichtung der Durchgänge der Wabenstruktur lagen und welche voneinander jeweils 20 mm beabstandet waren. Auf dem Träger wurde derselbe ZSM-5, wie er im Adsorbens-Katalysator I verwendet wurde, aufgebracht, und es erfolgte ein Brennen wie im Fall des Adsorbens-Katalysators I. Das somit erhaltene Adsorbens II, wie in Fig. 10 gezeigt, umfasst (1) eine kubische Wabenstruktur 15 mit zwei parallelen Durchblasabschnitten 18 derselben Größe, die senkrecht auf die axiale Richtung der Durchgänge der Wabenstruktur stehen, und (2) eine Adsorbensschicht, die darauf aufgebracht ist.

Herstellung der Katalysatoren

Katalysatoren I, II, III und IV

0,23 g/cm³ γ-Al&sub2;O&sub3;.CeO&sub2; (Gewichtsverhältnis = 70 : 30) wurden auf jede der vier zylindrischen Wabenstrukturen auf Cordierit-Basis (Produkte von NGK Insulators, Ltd.) aufgetragen. [Wandstärke = 150 um; Zelldichte = 62 Zellen/cm² (400 Zellen/in²), Durchmesser und Länge = 93 mm und 33 mm (Katalysator I), 99 mm und 99 mm (Katalysator II), 144 mm und 100 mm (Katalysator III) und 76 mm und 88 mm (Katalysator IV)]. Danach wurden Pd, Pt und Rh in einem Verhältnis 6 : 5 : 1 in einer Gesamtmenge von 2,8 g/l (80 g/ft³) aufgetragen, weiters folgte das Brennen mit 550ºC, um die Katalysatoren, I, II, III und IV zu erhalten.

Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung

Ein Fe-Pulver, ein Cr-30 Al-Pulver (Gew.-%), ein Fe-50 Al-Pulver (Gew.-%), ein Fe-20 B- Pulver (Gew.-%) und ein Y&sub2;O&sub3;-Pulver mit jeweils einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 44 um oder weniger wurden so vermischt, dass eine Zusammensetzung aus Fe-18 Cr-8 Al-0,05 B-0,5 Y&sub2;O&sub3; erhalten wurde. Im nächsten Schritt wurden Methylcellulose als organisches Bindemittel und Oleinsäure als Antioxidans zur Zusammensetzung in einem Verhältnis von 4 g und 1 g pro 100 g der Zusammensetzung zugesetzt, im Anschluss daran wurde vermischt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch (Kugeln) extrudiert, um einen zylindrischen Wabenartikel auszubilden, und der Wabenartikel wurde bei 90ºC 16 h lang in der Atmosphäre getrocknet, 2 h bei 1.325ºC in einer Wasserstoffatmosphäre gebrannt (gesintert) und schließlich 30 min in der Luft einer Wärmebehandlung bei 1.150ºC unterzogen, um auf diese Weise eine Wabenstruktur zu erhalten. Die Wabenstruktur wies eine Porosität von 3% auf.
Die oben angeführte Wabenstruktur, die hexagonale Zellen umfasste und einen Durchmesser von 93 mm, eine Dicke von 25 mm, eine Wandstärke von 0,1 mm und eine Zellendichte von 70 Zellen/cm² (450 Zellen/in²) aufwies, wurde einer Mahlbehandlung unter Verwendung einer Bandsäge unterzogen, wobei sechs Schlitze 12 in der Wabenstruktur in einer Richtung, die parallel zur Achse jedes Durchgangs der Wabenstruktur verläuft, ausgeformt wurden, so dass die Anzahl der Zellen zwischen den benachbarten Schlitzen 7 wurde, und so dass der Widerstand der sich ergebenden Heizeinrichtung 50 mΩ betrug, wie dies in Fig. 16 ausgeführt ist.
Danach wurde die Heizeinrichtung mit derselben Katalysatorschicht beschichtet, wie dies im Katalysator I der Fall war, und mit einem Paar Elektroden 11 ausgerüstet. Daraufhin wurde die Heizeinrichtung in ein Gehäuse aus Edelstahl eingesetzt, so dass die Heizeinrichtung vom Gehäuse isoliert wurde. Das effektive Volumen der schlussendlich erhaltenen Heizeinrichtung betrug 0,13 l.

[Anordnen der Systeme zur Abgasreinigung]

Die folgenden Systeme zur Abgasreinigung wurden angeordnet, indem die oben erwähnten Adsorbens-Katalysatoren, Adsorbens, Katalysatoren und elektrischen Heizeinrichtungen verwendet wurden. Um die römischen Ziffern, die die Arten der Adsorbens-Katalysatoren, Adsorbens und Katalysatoren bezeichnen, von den arabischen Ziffern, die in den Fig. 11 bis 24 verwendet wurden, zu unterscheiden, wurden die arabischen Ziffern nachfolgend in Klammern gestellt.

System A

Wie in Fig. 11 gezeigt wurde der Adsorbens-Katalysator I in den Abgas-Strömungsweg eines Motors (1) an einer stromaufwärts gelegenen Stelle und der Katalysator II (42) stromabwärts des Adsorbens-Katalysators I (21) angeordnet. Zwischen dem Motor (1) und dem Adsorbens-Katalysator 1 (21) wurde ein O&sub2;-Sensor (2) zur A/F-Einstellung an einer stromabwärts gelegenen Stelle vorgesehen, und es wurde ein Loch (3) für die Zufuhr von Sekundärluft zur Zündungsbeschleunigung stromabwärts des O&sub2;-Sensors (2) vorgesehen. Die Distanz vom Motorverteilerauslass zum Adsorbens-Katalysator I (21) betrug 600 mm, und der Zwischenraum zwischen dem Adsorbens-Katalysator I (21) und dem Katalysator 11 (42) belief sich auf 30 mm. Weiters wurde der Katalysator III (in Fig. 11 nicht gezeigt) an einer Stelle, die sich 1.200 mm vom Motorverteilerauslass entfernt befindet, angeordnet.

System B (Vergleichssystem)

Wie in Fig. 12 gezeigt wurden der Katalysator f (41), der Adsorbens-Katalysator III (23) und der Katalysator II (42) in dieser Reihenfolge von der Seite des Motors aus gesehen in dem Strömungsweg eines Abgases eines Motors (1) angeordnet. Zwischen dem Motor (1) und dem Katalysator I (41) wurde ein O&sub2;-Sensor (2) zur A/F-Einstellung an einer stromabwärts gelegenen Stelle bereitgestellt, und es wurde ein Loch (3) für die Zufuhr von Sekundärluft zur Zündungsbeschleunigung stromabwärts des O&sub2;-Sensors (2) vorgesehen. Die Distanz vom Motorverteilerauslass zum Katalysator I (41) betrug 600 mm, und die Zwischenräume zwischen dem Katalysator I (41) und dem Adsorbens- Katalysator III (23) sowie zwischen dem Adsorbens-Katalysator III (23) und dem Katalysator II (42) beliefen sich jeweils auf 30 mm. Weiters wurde der Katalysator III (in Fig. 12 nicht gezeigt) an einer Stelle, die sich 1.200 mm vom Motorverteilerauslass entfernt befindet, angeordnet.

System L

Wie in Fig. 13 gezeigt wurden der Katalysator I (41), das Adsorbens I (31), der Adsorbens-Katalysator I (21) und der Katalysator II (42) in dieser Reihenfolge von der Seite des Motors aus gesehen im Strömungsweg eines Abgases eines Motors (1) angeordnet. Zwischen dem Motor (1) und dem Katalysator 1 (41) wurde ein O&sub2;-Sensor (2) zur A/F-Einstellung an einer stromaufwärts gelegenen Stelle bereitgestellt, und es wurde ein Loch (3) für die Zufuhr von Sekundärluft zur Zündungsbeschleunigung stromabwärts des O&sub2;-Sensors (2) vorgesehen. Die Distanz vom Motorverteilerauslass zum Katalysator I (41) betrug 600 mm, und die Zwischenräume zwischen dem Katalysator I (41) und dem Adsorbens I (31), zwischen dem Adsorbens I (31) und dem Adsorbens-Katalysator I (21) und zwischen dem Adsorbens-Katalysator I (21) und dem Katalysator II (42) beliefen sich jeweils auf 30 mm. Weiters wurde der Katalysator III (in Fig. 13 nicht gezeigt) an einer Stelle, die sich 1.200 mm vom Motorverteilerauslass entfernt befindet, angeordnet.

System M

Dieses System wurde in derselben Weise wie das System B angeordnet, außer dass das Adsorbens I (31) mit einem Durchblasabschnitt (18) im Mittelabschnitt anstelle des Adsorbens-Katalysators III des Systems B verwendet wurde, wie dies in Fig. 14 dargestellt wird.

System N

Dieses System wurde in derselben Weise wie das System B angeordnet, außer dass das Adsorbens III (33) mit zwei parallelen Durchblasabschnitten, die senkrecht auf die axiale Richtung der Durchgänge der Wabenstruktur, die das Adsorbens III (33) ausbilden, anstelle des Adsorbens-Katalysator III des Systems B verwendet wurde, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Das Adsorbens III (33) wurde in einem Auspuff so angeordnet, dass die axiale Richtung jedes Durchblasabschnitts parallel zur Strömungsrichtung des Abgases wurde, und die beiden Enden jedes Durchgangs wurden geöffnet, so dass ein Teil des Abgases von den Durchblasabschnitten zu den Durchgängen strömen konnte.

[Evaluierung der Systeme zur Abgasreinigung]

Um das Verhalten der Systeme A, B und L bis N zur Abgasreinigung zu evaluieren, wurde ein FTP-Test (LA-4 Modus) unter Verwendung eines Testfahrzeuges durchgeführt, auf welches ein 4-Zylinder-Motor mit 2.000 cm³ Hubraum montiert wurde. In diesem Fall wurde Sekundärluft durch das Loch 3 jedes Systems in einer einfachen Weise unter Verwendung einer Luftpumpe in einer Geschwindigkeit von 100 I/min 90 Sekunden nach dem Anlassen des Motors zugeführt, um ein Abgas mit einem Sauerstoffüberschuss zu erhalten. In den Systemen mit einer elektrischen Heizeinrichtung wurde mittels einer 12-V-Batterie eine elektrische Leistung (2 KW) 30 Sekunden lang 30 Sekunden nach Anlassen des Motors aufgewendet.
Das erzeugte Abgas wurde durch ein CVS-Verfahren gesammelt und sein Emissionswert daraufhin berechnet. Die Testresultate sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
[* 1 g/Meile = 0,6 g/km]

Claims

1. Adsorbens zur Verwendung bei der Abgasreinigung, umfassend eine Wabenstruktur (15) mit einer großen Anzahl paralleler Durchgänge, die durch Trennwände voneinander getrennt sind, sowie eine Adsorbensschicht mit Kohlenwasserstoff- Adsorptionsvermögen, die auf zumindest einem Abschnitt der Wabenstruktur getragen wird, worin zumindest ein Durchblasabschnitt (18) in der Wabenstruktur ausgebildet ist, wodurch die Wabenstruktur das Hindurchblasen von Abgas durch den Durchblasabschnitt und durch den Abschnitt zulässt, der das Adsorbens trägt, wobei sich der Durchblasabschnitt (18) über die Länge der Wabenstruktur von ihrer offenen Vorderfläche aus in ihrer Abgas-Strömungsrichtung erstreckt und entweder ein Abschnitt, an dem die Trennwände kein Adsorbens oder keinen Katalysator tragen, oder eine Öffnung durch die Wabenstruktur ist, die weiter als die parallelen Durchgänge ist.

2. Adsorbens nach Anspruch 1, worin der Durchblasabschnitt (18) parallel zu den Durchgängen der Wabenstruktur ausgebildet ist.

3. Adsorbens nach Anspruch 1, worin der Durchblasabschnitt (18) in einem vorbestimmten Neigungswinkel zu den Durchgängen der Wabenstruktur ausgebildet ist.

4. Adsorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Adsorbensschicht eine Katalysatorkomponente enthält oder auf ihr eine Katalysatorkomponente enthaltende Schicht getragen wird.

5. Adsorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Adsorbensschicht Zeolith als Hauptkomponente umfasst.

6. Adsorbens nach Anspruch 5, worin der Zeolith ein Si/Al-Molverhältnis von 40 oder mehr aufweist.

7. Adsorbens nach Anspruch 5 oder 6, worin der Zeolith zumindest ein Edelmetall enthält, das aus Pt, Pd und Rh ausgewählt ist.

8. Adsorbens nach Anspruch 5 oder 6, worin der Zeolith zumindest ein Ion enthält, das aus den Ionen der Elemente der IB-Gruppe (Cu, Ag und Au) des Periodensystems ausgewählt ist.

9. Adsorbens nach Anspruch 8, worin der Gehalt an Ion des Elements der IB-Gruppe im Zeolith bezogen auf das Al-Atom im Zeolith 20% oder mehr beträgt.

10. Adsorbens nach Anspruch 8 oder 9, worin der Zeolith weiters zumindest ein Ion enthält, das aus den Ionen von Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ti, Ce, Mn, Fe, Cr, Ni und Zn ausgewählt ist.

11. System zur Abgasreinigung, das in einem Auspuffvorgesehen ist, welches umfasst: zumindest ein Adsorbens (31, 33) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und einen Katalysator (42), der eine Wabenstruktur und eine darauf getragene Katalysatorschicht umfasst und in Strömungsrichtung eines zu reinigenden Abgases auf der stromab gelegenen Seite des Adsorbens (31, 33) vorgesehen ist.

12. System nach Anspruch 11, das weiters umfasst: einen Katalysator (41), der eine Wabenstruktur und eine darauf getragene Katalysatorschicht umfasst und in Strömungsrichtung des Abgases auf der stromauf gelegenen Seite des Adsorbens (31, 33) vorgesehen ist.

13. System nach Anspruch 11, das weiters umfasst: eine elektrische Heizeinrichtung, die zwischen dem Adsorbens (31, 33) und dem Katalysator (42) vorgesehen ist.

14. System nach Anspruch 12, das weiters umfasst: eine elektrische Heizeinrichtung, die zwischen dem Adsorbens (31, 33) und dem Katalysator (42) und/oder an der weiter stromauf gelegenen Seite des Katalysators (41) vorgesehen ist, der in Strömungsrichtung des Abgases an der stromauf gelegenen Seite des Adsorbens angeordnet ist.

15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin das zu reinigende Abgas ungleichmäßig und auf solche Weise hindurchgeht, dass ein Teil des Abgasstroms durch den Durchblasabschnitt des Adsorbens hindurchgeleitet wird.

16. Verfahren zur Abgasreinigung unter Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das umfasst: das Zulassen des Adsorbierens des Abgases, insbesondere der Kohlenwasserstoffkomponenten, die während des Kaltstarts eines Verbrennungsmotors erzeugt werden, durch die Adsorbensschicht des Adsorbens (31); das Desorbieren der adsorbierten Komponenten aus der Adsorbensschicht, wenn die Temperatur der Adsorbensschicht durch das Abgas erhöht wird; für einen Zeitraum während der Adsorption und Desorption das Zugeben eines Oxidationsgases zum Abgas oder das Einstellen des Verhältnisses der Mengen der Luft für die Verbrennung und der Treibstoffzufuhr, um dem Abgas einen Sauerstoffüberschuss zu geben und die desorbierten Kohlenwasserstoffe zu verbrennen, auf der Katalysatorkomponente des Adsorbens (31, 33), wenn sie vorgesehen ist, und/oder der Katalysatorschicht des Katalysators (41, 42) des Systems.