DE102014102023B4

DE102014102023B4 - Fahrzeug mit Dieselmotor und Oxidationskatalysator umfassendem Abgassystem

Info

Publication number: DE102014102023B4
Application number: DE102014102023.5A
Authority: DE
Inventors: Paul Richard Phillips; David Bergeal; Andrew Francis Chiffey; John Benjamin Goodwin
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: GB2516133B; RU2688674C2; CN105073250B; WO2014132034A1; GB201402802D0; DE102014102023A1; JP6483625B2; EP2961526B1; DE102014019995B4; BR112015020505B1; EP2961526A1; JP2016513014A; CN105073250A; RU2015140750A; US20140241964A1; KR102275358B1; GB2516133A; KR20150122219A; US9138724B2; GB201303396D0

Abstract

Fahrzeug, das einen Dieselmotor und ein Abgassystem für den Dieselmotor umfasst, wobei das Abgassystem einen Oxidationskatalysator zum Behandeln eines durch den Dieselmotor produzierten Abgases und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst, wobei der Oxidationskatalysator ein Substrat und eine Katalysatorschicht umfasst, wobei die Katalysatorschicht umfasst:
ein erstes Trägermaterial;
ein erstes Edelmetall, bei dem es sich um Palladium handelt, und
ein zweites Edelmetall, bei dem es sich um Platin oder Gold handelt;
wobei die Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist und die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats aufweist, wobei die Menge des ersten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin abnimmt und wobei der Oxidationskatalysator lediglich zwei Edelmetalle umfasst, bei denen es sich um das erste Edelmetall und das zweite Edelmetall handelt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das einen Dieselmotor und ein Abgassystem umfasst, wobei das Abgassystem einen Oxidationskatalysator zur Behandlung eines Abgases aus dem Dieselmotor und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verbrennungsmotoren produzieren Abgase, die Schadstoffe enthalten, wie Kohlenmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs), Stickstoffoxide (NO_x) und Feinstaub (PM). Emissionsstandards für Schadstoffe in einem durch einen Verbrennungsmotor produziertem Abgas, insbesondere bei Fahrzeugmotoren werden zunehmend strikter. Es gibt einen Bedarf, bessere Katalysatoren und Abgassysteme zur Behandlung und Entfernung der Schmutzstoffe in derartigen Abgasen bereitzustellen, die in der Lage sind, diese Standards zu erfüllen und die kosteneffektiv sind.
Das Abgas aus Benzin- und Dieselmotoren wird allgemein mit einem Katalysator behandelt, der in der Lage ist, (i) Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO₂) und (ii) Kohlenwasserstoffe (HCs) zu Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu oxidieren. Dreiwegekatalysatoren (TWCs) werden typischerweise verwendet, um das Abgas aus einem Benzinmotor zu behandeln, wobei die Dreiwegekatalysatoren neben der Durchführung der Oxidationsreaktionen (i) und (ii) in der Lage sind, Stickstoffoxide (NO_x) zu Stickstoff (N₂), Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu reduzieren. Das Abgas aus einem Kompressionszündungsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor, wird typischerweise mit einem Oxidationskatalysator (üblicherweise als Dieseloxidationskatalysator (DOC) bezeichnet) behandelt, der die Oxidationsreaktionen (i) und (ii) durchführt. Einige Dieseloxidationskatalysatoren sind auch in der Lage, Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO₂) zu oxidieren, was eine Entfernung von NO_x durch eine zusätzliche, stromab gelegene Emissionssteuerungsvorrichtung unterstützen kann.
Oxidationskatalysatoren für Verbrennungsmotoren enthalten typischerweise ein oder mehrere Edelmetalle. Das (die) spezielle(n) Edelmetall(e), das bzw. die für eine Einarbeitung in einen Oxidationskatalysator ausgewählt wird bzw. werden, hängt bzw. hängen von verschiedenen Faktoren wie der Reaktivität gegenüber speziellen Schadstoffen und unter wechselnden Abgasbedingungen, den Kosten, der Haltbarkeit bei hohen Temperaturen, der chemischen Verträglichkeit mit dem Trägermaterial und beliebigen weiteren Komponenten des Katalysators sowie der Empfänglichkeit gegenüber einer Vergiftung durch Verunreinigungen ab. Beispielsweise sind Platin (Pt) und Palladium (Pd) jeweils in der Lage, Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HCs) in einem Abgas aus einem Kompressionszündungsmotor zu oxidieren. Palladium ist gegenüber einer Vergiftung durch Schwefel in Kraftstoff im Vergleich zu Platin empfänglicher, es ist jedoch allgemein billiger als Platin und besitzt eine größere thermische Haltbarkeit.
Aufgrund des Unterschieds in den Eigenschaften zwischen Edelmetallen wurden Dieseloxidationskatalysatoren entwickelt, die Schichtanordnungen unterschiedlicher Edelmetalle enthalten. In derartigen Anordnungen wurden die Edelmetalle angeordnet, um ihre kombinierte Reaktivität zu optimieren und um einen Abbau zu minimieren. Beispielsweise beschreibt die WO 2006/056811 A1 einen Dieseloxidationskatalysator, bei dem die Deckschicht Palladium enthält und die Bodenschicht in Kontakt mit dem Substrat Platin enthält. Palladium weist eine geringere CO-„Anspring“-Temperatur auf als Platin. Eine derartige Anordnung erleichtert einen Kontakt zwischen Palladium und CO in dem Abgas und die Wärme, die erzeugt wird, kann das Platin in der Bodenschicht auf seine „Anspring“-Temperatur bringen.
Ein alternativer Ansatz besteht darin, die Verteilung des Edelmetalls in den Kanälen des Substrats zu variieren. Die US 5 043 311 A beschreibt einen monolithischen oder Wabenkatalysator aus einem inerten keramischen oder metallischen Substrat, das mit parallelen Strömungskanälen durchzogen ist, einer darauf angeordneten Schicht aus einem die Katalyse fördernden Metalloxid und einer auf das Metalloxid geträgerten, katalytisch aktiven Komponente, wobei die Konzentration des die Katalyse fördernden Metalloxids oder der katalytisch aktiven Komponente von der Peripherie zur zentralen Achse des Substrats zunimmt. Die Schicht aus dem die Katalyse fördernden Metalloxid und der katalytisch aktiven Komponente, die in jedem Kanal angeordnet ist, besitzt eine gleichförmige Zusammensetzung. Die Zusammensetzung einer jeden Schicht variiert jedoch von Kanal zu Kanal.
Verfahren zur Herstellung von Oxidationskatalysatoren mit Schichtanordnungen oder zur Herstellung von Katalysatoren, wie den in der US 5 043 311 A beschriebenen, weisen erhöhte Produktionskosten auf, insbesondere bei Vergleich mit Oxidationskatalysatoren mit einer einzelnen Schicht, wobei die Zusammensetzung einer jeden Schicht über alle Kanäle des Substrats hinweg die gleiche ist. Ferner ist das zur Herstellung der Mehrschichtoxidationskatalysatoren verwendete Verfahren notwendigerweise komplizierter und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei der Herstellung.
DE 42 04 421 A1 betrifft eine Beschichtungsdispersion für Abgaskatalysatoren zur Herstellung von katalysefördernden Überzügen auf einem inerten, strukturverstärkenden Körper. WO 98/09726 A1 offenbart eine Katalysatorzusammensetzung für einen Dreiwegekatalysator, welche ein erstes und zweites Trägermaterial unterschiedlicher Teilchengröße und eine erste und zweite Edelmetallkomponente umfasst, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. GB 2 000 985 A betrifft einen Schichtkatalysator, bestehend aus einem Aluminiumoxidträger mit einer ersten Schicht aus Platin, wobei das Platin an der Oberfläche des Trägers angeordnet ist und in dessen Körper eindringt, und einer zweiten inneren Schicht aus Rhodium oder Palladium, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt und in den Körper des Trägers bis zu einer Tiefe, die jenseits derjenigen der ersten Schicht liegt, eindringt.
Es ist folglich wünschenswert, ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor und einem Abgassystem bereitzustellen, welches eine Oxidationskatalysatoranordnung umfasst, die die Vorteile einer Mehrschichtkatalysatoranordnung bietet, jedoch ohne die erhöhten Produktionskosten oder Schwierigkeiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 1 bereit, welches einen Dieselmotor und ein Abgassystem für den Dieselmotor umfasst, wobei das Abgassystem einen Oxidationskatalysator zum Behandeln des durch den Dieselmotor produzierten Abgases und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschenderweise festgestellt, dass viele oder alle der mit Mehrschichtkatalysatoren, insbesondere Mehrschichtdieseloxidationskatalysatoren verbundenen Vorteile mit einem Oxidationskatalysator erhalten werden können, der eine nicht gleichförmige Verteilung mindestens eines Edelmetalls in einer vertikalen Richtung durch die Katalysator enthaltende Schicht hindurch aufweist.
Die Verteilung des Edelmetalls in jeder Schicht derartiger Mehrschichtkatalysatoren ist im Allgemeinen gleichförmig. Mehrschichtkatalysatoren weisen jeweils eine Vielzahl von Schichten auf, wobei die Konzentration des Edelmetalls in einer Schicht von der Konzentration des Edelmetalls in einer anderen Schicht verschieden ist. Dies gewährleistet, dass man eine Schwankung in der Konzentration des Edelmetalls mit Durchlaufen der Schichten in ihrer Dickerichtung erhält. Ein derartiger Katalysator muss jedoch durch ein Verfahren hergestellt werden, das mehrere Beschichtungsstufen zur Bildung einer jeden Schicht umfasst.
Der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator kann in vorteilhafter Weise unter Verwendung der gleichen Methodik, die bei der Herstellung von Katalysatoren mit einer einzelnen Schicht verwendet wird, hergestellt werden, wobei gleichzeitig viele oder alle der Vorteile hinsichtlich Aktivität, die von einem Mehrschichtkatalysator bereitgestellt wird, beibehalten werden. Insbesondere kann der Oxidationskatalysator eine gute oder bessere Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und optional auch bei der Umwandlung von Stickstoffoxiden (NO_x) entweder durch Reduktion oder Oxidation liefern. Der Oxidationskatalysator kann eine überraschend niedrige CO-T₅₀ besitzen.
Der Oxidationskatalysator umfasst ein Substrat und eine Katalysatorschicht, wobei die Katalysatorschicht ein erstes Trägermaterial; ein erstes Edelmetall und ein zweites Edelmetall umfasst, wobei die Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist und (das heißt die Katalysatorschicht) eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer senkrecht zur Oberfläche des Substrats verlaufenden Richtung aufweist.
Das Fahrzeug der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgassystem für einen Dieselmotor, das den Oxidationskatalysator und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Dieselmotor und ein Abgassystem umfasst, welches den Oxidationskatalysator umfasst.
Hierin beschrieben wird ferner ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Behandlung eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor produziert wird, wobei das Verfahren ein Inberührungbringen des Abgases mit einem Oxidationskatalysator umfasst, wobei der Oxidationskatalysator ein Substrat und eine Katalysatorschicht umfasst, wobei die Katalysatorschicht ein erstes Trägermaterial; ein erstes Edelmetall und ein zweites Edelmetall umfasst, wobei die Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist und (das heißt die Katalysatorschicht) eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats aufweist. Das Verfahren ist allgemein ein Verfahren zur Behandlung von Kohlenmonoxid (CO), vorzugsweise zur Behandlung von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und optional Stickstoffoxiden (NO_x), wie Stickstoffmonoxid (NO), in einem Abgas aus einem Verbrennungsmotor.
Hierin beschrieben wird ferner die nicht beanspruchte Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines von einem Verbrennungsmotor produzierten Abgases, allgemein die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) in einem Abgas aus einem Verbrennungsmotor, insbesondere zum Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und optional Stickstoffoxiden (NO_x), wie beispielsweise Stickstoffmonoxid (NO), in einem Abgas aus einem Verbrennungsmotor.
Weiterhin wird hierin ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Herstellung eines Oxidationskatalysators beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:

(a) Bereitstellen einer wässrigen Aufschlämmung, die einen ersten Trägermaterialvorläufer, eine erste Edelmetallkomponente und eine zweite Edelmetallkomponente umfasst:
(b) Applizieren der wässrigen Aufschlämmung auf ein Substrat zur Bildung eines Überzugs und
(c) Trocknen und Calcinieren des Überzugs unter Verwendung von Bedingungen, die erlauben, dass mindestens die erste Edelmetallkomponente in Richtung auf das Substrat hin oder von dem Substrat weg fließt.

Figurenliste

1 ist EPMA-WDX-Bild (Elektronenmikrosondenanalyse-wellenlängendispersive Röntgenanalyse), das die Zusammensetzung der Schichten des Katalysators von Beispiel 3 zeigt. Das Bild zeigt, dass es eine homogene oder gleichförmige Verteilung der Platin- und Palladiumteilchen in der Schicht oberhalb der schwarzen Linie gibt (die Schicht, die zuerst direkt auf das Substrat aufgetragen wurde). Eine nicht gleichförmige Verteilung der Palladiumteilchen wurde in der Schicht unter der schwarzen Linie erhalten. Die schwarzen Pfeile in dem Bild zeigen, dass eine hohe Konzentration von Palladiumteilchen nahe der freigelegten Oberfläche der Schicht erhalten wurde.
2 ist eine schematische Veranschaulichung einer Schicht, die eine gleichförmige oder homogene Verteilung eines ersten Edelmetalls (beispielsweise Edelmetall 1, das durch Δ dargestellt ist) und eine nicht gleichförmige (d.h. nicht homogene) Verteilung eines zweiten Edelmetalls (beispielsweise Edelmetall 2, das durch O dargestellt ist) aufweist.
3 ist eine schematische Darstellung, die die gleichförmige Verteilung der zwei Edelmetalle (d.h. Edelmetall 1, das durch Δ dargestellt ist, und Edelmetall 2, das durch O dargestellt ist) in herkömmlichen Oxidationskatalysatoren zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zur Vermeidung von Zweifeln wird der hier beschriebene Katalysator als „Oxidationskatalysator“ bezeichnet, da er Schadstoffe in einem Abgas oxidieren kann. Die Aktivität des Oxidationskatalysators ist nicht auf Oxidationsreaktionen beschränkt, obwohl der Oxidationskatalysator in der Lage sein sollte, einen oder mehrere Schadstoffe in einem Abgas während der normalen Verwendung zu oxidieren. Beispielsweise kann der Oxidationskatalysator zusätzlich in der Lage sein, eine Reduktionsreaktion durchzuführen, und/oder kann er in der Lage sein, zeitweise einen oder mehrere Schadstoffe aus dem Abgas zu speichern. Es ist selbstverständlich, dass der Ausdruck „Oxidationskatalysator“ einen „Dreiwegekatalysator“, beispielsweise einen Dreiwegekatalysator, der typischerweise für Benzinmotoren verwendet wird, umfasst. Erfindungsgemäß werden die Oxidationskatalysatoren bei Kompressionszündungsmotoren, die Dieselmotoren sind, verwendet. So dient der Oxidationskatalysator zur Verwendung bei der Behandlung eines Abgases, das durch einen Dieselmotor produziert wird, oder ist ein Dieseloxidationskatalysator (DOC).
Es wurde festgestellt, dass eine nicht gleichförmige vertikale Verteilung eines Edelmetalls in einer einzelnen Schicht erreicht werden kann. So können die mit einer Schichtbildung zum Erreichen einer nicht gleichförmigen vertikalen Verteilung eines Edelmetalls durch die Schichten des Katalysators hindurch verbundenen Vorteile unter Verwendung einer einzelnen Schicht oder weniger Schichten erreicht werden.
In dem erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator weist die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats auf. Zur Vermeidung von Zweifeln ist die Katalysatorschicht eine einzelne Schicht (d.h. die Katalysatorschicht umfasst nicht eine Vielzahl von Schichten).
Im Allgemeinen weist die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls durch seine Dicke hindurch auf (d.h. die Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats stellt die Dicke der Katalysatorschicht dar).
Typischerweise weist die Katalysatorschicht eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf. Im Allgemeinen ist die erste Oberfläche parallel (beispielsweise im Wesentlichen parallel) zu der zweiten Oberfläche (d.h. die die erste Oberfläche enthaltende Ebene ist parallel zu der die zweite Oberfläche enthaltenden Ebene). Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind typischerweise parallel zu der Oberfläche des Substrats. So ist die Richtung, die senkrecht zur Oberfläche des Substrats verläuft, auch senkrecht zur ersten Oberfläche und/oder zur zweiten Oberfläche.
Der Abstand in senkrechter Richtung zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ist allgemein die Dicke der Katalysatorschicht.
Die erste Oberfläche kann eine freiliegende Oberfläche der Katalysatorschicht sein oder eine weitere Schicht (beispielsweise eine zweite Schicht) kann auf der ersten Oberfläche angeordnet oder auf der ersten Oberfläche geträgert sein. Die erste Oberfläche befindet sich allgemein auf der oberen Seite (d.h. sie ist die Deckfläche) der Katalysatorschicht. Unter „freiliegend“ wird verstanden, dass die erste Oberfläche nicht vollständig oder wesentlich durch ein anderes Material bedeckt ist und typischerweise ein durch den Katalysator hindurchtretendes Abgas mit der ersten Oberfläche vor der zweiten Oberfläche in Kontakt gelangt.
Die zweite Oberfläche ist keine freiliegende Oberfläche der Katalysatorschicht. Allgemein ist die zweite Oberfläche in direktem Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats und/oder einer Oberfläche einer weiteren Schicht. Somit ist die zweite Oberfläche allgemein die Unterseite (d.h. sie ist die Bodenfläche oder unterste Fläche) der Katalysatorschicht.
Die Menge des ersten Edelmetalls nimmt in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin ab (d.h. die Menge des ersten Edelmetalls nimmt von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ab). Die Menge des ersten Edelmetalls kann in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin kontinuierlich abnehmen oder diskontinuierlich abnehmen, vorzugsweise kontinuierlich abnehmen. Wenn beispielsweise der Oxidationskatalysator eine einzelne Schicht umfasst, die die Katalysatorschicht ist, nimmt somit die Menge des ersten Edelmetalls von einer freiliegenden Oberfläche der Katalysatorschicht hin zur Oberfläche des Substrats ab.
Die Katalysatorschicht kann eine lineare oder nicht lineare Abnahmerate der Menge des ersten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin aufweisen (d.h. eine lineare oder nicht lineare Abnahmerate der Menge des ersten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche).
Typischerweise sind mindestens 60 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt, der bzw. die auf halbem Weg zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt (beispielsweise bei 50 % des Abstands in senkrechter Richtung zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche). Die Ebene ist typischerweise parallel zu der ersten Oberfläche. Die Bezugnahme auf „auf halbem Weg zwischen“ in diesem Kontext bezeichnet allgemein den mittleren halben Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche. Es ist bevorzugt, dass mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt sind, die auf halbem Weg zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt.
Allgemein sind mindestens 60 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt, der bzw. die bei 25 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt. Die Ebene ist typischerweise parallel zur ersten Oberfläche. Es ist bevorzugt, dass mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt sind, die bei 25 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt.
Mindestens 60 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) können zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt sein, der bzw. die bei 10 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt. Die Ebene ist typischerweise parallel zur ersten Oberfläche. Es ist bevorzugt, dass mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht verteilt sind, der bzw. die bei 10 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt.
Die nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats kann im Allgemeinen eine abgestufte Verteilung des ersten Edelmetalls sein. Alternativ kann die nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine schrittweise Verteilung des ersten Edelmetalls sein.
Die Katalysatorschicht kann eine gleichförmige horizontale Verteilung oder eine nicht gleichförmige horizontale Verteilung des ersten Edelmetalls aufweisen.
Typischerweise ist die Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats (d.h. einer längs verlaufenden Ebene) und senkrecht zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats (d.h. einer Richtung parallel zu der Einlassendfläche und/oder der Auslassendfläche des Substrats) gleichförmig oder nicht gleichförmig. Es ist bevorzugt, dass die Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats gleichförmig ist.
Allgemein kann die Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats (d.h. einer längs verlaufenden Ebene) und parallel zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats (d.h. einer Richtung senkrecht zu der Einlassendfläche und/oder der Auslassendfläche des Substrats) gleichförmig oder nicht gleichförmig sein. Es ist bevorzugt, dass die Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats und parallel zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats gleichförmig ist.
Das erste Edelmetall ist Palladium.
Allgemein umfasst die Katalysatorschicht eine Gesamtmenge des ersten Edelmetalls von 0,5 bis 15 Gew.-% (beispielsweise 11,5 bis 14 Gew.-% oder 12 bis 15 Gew.-%), vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt 2 bis 9 Gew.-% (beispielsweise 3 bis 8 Gew.-%), beispielsweise 4 bis 7 Gew.-% (z.B. 5 bis 6 Gew.-%).
Das erste Edelmetall liegt typischerweise in Partikelform vor. So umfasst die Katalysatorschicht Teilchen eines ersten Edelmetalls, wobei die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung der Teilchen des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats aufweist.
Wenn das erste Edelmetall in Partikelform vorliegt, weisen die Teilchen des ersten Edelmetalls typischerweise eine D₉₀ von ≤40 nm, stärker bevorzugt ≤30 nm und noch stärker bevorzugt ≤20 nm auf.
Typischerweise umfasst die Katalysatorschicht ein erstes Edelmetall in einer Menge von 5 bis 300 g/ft³, stärker bevorzugt von 10 bis 250 g/ft³, beispielsweise 25 bis 200 g/ft³, noch stärker bevorzugt 35 bis 175 g/ft³ und noch stärker bevorzugt 50 bis 150 g/ft³ (beispielsweise 75 bis 125 g/ft3). Beispielsweise kann die Katalysatorschicht das erste Edelmetall in einer Menge von 110 bis 300 g/ft³, vorzugsweise von 125 bis 275 g/ft³, beispielsweise von 150 bis 250 g/ft³, stärker bevorzugt von 175 bis 200 g/ft³ umfassen. In einigen Fällen ist eine relativ hohe Beladung des ersten Edelmetalls, das Palladium ist, günstig (beispielsweise für eine CO-Oxidationsaktivität).
Das erste Trägermaterial umfasst typischerweise ein feuerfestes Oxid oder besteht im Wesentlichen daraus, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Ceroxid und einem Verbundoxid oder einem Mischoxid von zwei oder mehr hiervon besteht. Im Prinzip kann jedes beliebige geeignete Trägermaterial als das erste Trägermaterial verwendet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann das erste Trägermaterial ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel, beispielsweise ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel gemäß nachfolgender Beschreibung umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
Es ist bevorzugt, dass das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Verbundoxid oder einem Mischoxid von zwei oder mehr hiervon besteht. Bevorzugte Mischoxide oder Verbundoxide umfassen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Ceroxid-Zirconiumoxid. Stärker bevorzugt ist das feuerfeste Oxid aus der Gruppe ausgewählt, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Ceroxid-Zirconiumoxid besteht. Das feuerfeste Oxid kann Aluminiumoxid sein. Das feuerfeste Oxid kann Siliciumdioxid sein. Das feuerfeste Oxid kann Ceroxid sein. Das feuerfeste Oxid kann Siliciumdioxid-Aluminiumoxid sein. Das feuerfeste Oxid kann Ceroxid-Zirconiumoxid sein.
Wenn das feuerfeste Oxid Siliciumdioxid-Aluminiumoxid ist, besteht allgemein das feuerfeste Oxid im Wesentlichen aus 20 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 bis 80 Gew.-% Siliciumdioxid (beispielsweise 50 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 bis 50 Gew.-% Siliciumdioxid), vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-% Aluminiumoxid und 20 bis 65 Gew.-% Siliciumdioxid (beispielsweise 55 bis 80 Gew.-% Aluminiumoxid und 20 bis 45 Gew.-% Siliciumdioxid), noch stärker bevorzugt 45 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid und 25 bis 55 Gew.-% Siliciumdioxid.
Wenn das feuerfeste Oxid Ceroxid-Zirconiumoxid ist, besteht allgemein das feuerfeste Oxid im Wesentlichen aus 20 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (beispielsweise 50 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (beispielsweise 55 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid.
Das feuerfeste Oxid kann mit einem Dotiermittel dotiert sein. Das Einarbeiten eines Dotiermittels kann das feuerfeste Oxid oder Trägermaterial stabilisieren. Typischerweise kann das Dotiermittel aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Zirconium (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Yttrium (Y), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Neodym (Nd), Barium (Ba) und einem Oxid hiervon besteht. Im Allgemeinen unterscheidet sich das Dotiermittel von dem feuerfesten Oxid (d.h. dem Kation des feuerfesten Oxids). Wenn das feuerfeste Oxid Titanoxid ist, ist somit beispielsweise das Dotiermittel nicht Titan oder ein Oxid hiervon.
Wenn das feuerfeste Oxid mit einem Dotiermittel dotiert ist, umfasst typischerweise das feuerfeste Oxid eine Gesamtmenge an Dotiermittel von 0,1 bis 10 Gew.-%. Es ist bevorzugt, dass die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 bis 5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-% (beispielsweise etwa 1 Gew.-%) beträgt.
Typischerweise umfasst die Katalysatorschicht eine Menge des ersten Trägermaterials von 0,1 bis 3,5 g/Zoll3 (beispielsweise 0,25 bis 3,0 g/Zoll3), vorzugsweise 0,3 bis 2,5 g/Zoll3, noch stärker bevorzugt 0,5 bis 2,0 g/Zoll³ und noch stärker bevorzugt 0,6 bis 1,75 g/Zoll3 (beispielsweise 0,75 bis 1,5 g/Zoll³).
Im Allgemeinen liegt das erste Trägermaterial in Partikelform vor. Das erste Trägermaterial kann eine D₉₀-Teilchengröße von ≤50 µm, vorzugsweise ≤30 µm und stärker bevorzugt ≤20 µm aufweisen (gemäß Bestimmung durch herkömmliche Laserbeugungstechniken). Die Teilchengrößenverteilung des Trägermaterials ist so gewählt, um die Haftung an dem Substrat zu unterstützen. Die Teilchen werden im Allgemeinen durch Vermahlen erhalten.
Das erste Edelmetall kann auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder darauf geträgert sein. So kann das erste Edelmetall auf dem ersten Trägermaterial dispergiert sein und/oder kann das erste Trägermaterial mit dem ersten Edelmetall durchtränkt sein.
Das zweite Edelmetall ist ein unterschiedliches Metall zu dem ersten Edelmetall.
Das zweite Edelmetall ist Platin oder Gold.
Wenn das erste Edelmetall Palladium ist und das zweite Edelmetall Gold ist, kann das Palladium und das Gold eine Palladium-Gold-Legierung bilden.
Die Katalysatorschicht kann eine gleichförmige oder eine nicht gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats aufweisen. Es ist bevorzugt, dass die Katalysatorschicht eine gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats aufweist.
Wenn die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats aufweist, kann die Menge des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin zunehmen oder abnehmen (d.h. die Menge des zweiten Edelmetalls kann in einer senkrechten Richtung von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche hin zunehmen oder abnehmen). Es ist bevorzugt, dass die Menge des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin zunimmt und die Menge des ersten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin abnimmt.
Die Menge des zweiten Edelmetalls kann in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin kontinuierlich zunehmen, kontinuierlich abnehmen, diskontinuierlich zunehmen oder diskontinuierlich abnehmen, vorzugsweise kontinuierlich zunehmen oder kontinuierlich abnehmen.
Die Katalysatorschicht kann eine lineare oder nicht lineare Zunahme- oder Abnahmerate der Menge des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin aufweisen (d.h. eine lineare oder nicht lineare Zunahme- oder Abnahmerate der Menge des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche).
Typischerweise sind mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des zweiten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) entweder zwischen (a) der zweiten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die auf halbem Weg zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt (beispielsweise bei 50 % des senkrechten Abstands zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche) oder (b) der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die auf halbem Weg zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt (beispielsweise bei 50 % des senkrechten Abstands zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche) verteilt. Die Ebene ist typischerweise parallel zu der ersten und/oder zweiten Oberfläche. Die Bezugnahme auf „auf halbem Weg zwischen“ in diesem Kontext bezeichnet allgemein den mittleren halben Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche.
Allgemein sind mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des zweiten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) zwischen entweder (a) der zweiten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die bei 25 % des senkrechten Abstands von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche liegt, oder (b) der ersten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die bei 25 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt, verteilt. Die Ebene ist typischerweise parallel zu der ersten Oberfläche und/oder zweiten Oberfläche.
Mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, stärker bevorzugt mindestens 75 %, beispielsweise mindestens 80 %, noch stärker bevorzugt mindestens 90 % der Gesamtmenge des zweiten Edelmetalls (beispielsweise der Katalysatorschicht) können zwischen entweder (a) der zweiten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die bei 10 % des senkrechten Abstands von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche liegt, oder (b) der zweiten Oberfläche und einem Punkt oder einer Ebene in der Katalysatorschicht, der bzw. die bei 10 % des senkrechten Abstands von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche liegt, verteilt sein. Die Ebene ist typischerweise parallel zu der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche.
Die nicht gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats kann im Allgemeinen eine abgestufte Verteilung des zweiten Edelmetalls sein. Alternativ kann die nicht gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine schrittweise Verteilung des zweiten Edelmetalls sein.
Die Katalysatorschicht kann eine gleichförmige horizontale Verteilung oder eine nicht gleichförmige horizontale Verteilung des zweiten Edelmetalls aufweisen.
Typischerweise ist die Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats (d.h. einer längs verlaufenden Ebene) und senkrecht zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats (d.h. einer Richtung parallel zu der Einlassendfläche und/oder der Auslassendfläche des Substrats) gleichförmig oder nicht gleichförmig. Es ist bevorzugt, dass die Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats gleichförmig ist.
Allgemein kann die Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats (d.h. einer längs verlaufenden Ebene) und parallel zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats (d.h. einer Richtung senkrecht zu der Einlassendfläche und/oder der Auslassendfläche des Substrats) gleichförmig oder nicht gleichförmig sein. Es ist bevorzugt, dass die Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats und parallel zu einer zentralen längs verlaufenden Achse des Substrats gleichförmig ist.
Die Katalysatorschicht umfasst typischerweise eine Gesamtmenge des zweiten Edelmetalls von 0,5 bis 15 Gew.-% (beispielsweise 11,5 bis 14 Gew.-% oder 12 bis 15 Gew.-%), vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt 2 bis 9 Gew.-% (beispielsweise 3 bis 8 Gew.-%), beispielsweise 4 bis 7 Gew.-% (z.B. 5 bis 6 Gew.-%).
Das zweite Edelmetall liegt typischerweise in Partikelform vor. Wenn das zweite Edelmetall in Partikelform vorliegt, weisen die Teilchen des zweiten Edelmetalls typischerweise eine D₉₀ von ≤40 nm, stärker bevorzugt ≤30 nm und noch stärker bevorzugt ≤20 nm auf.
Das zweite Edelmetall kann auf dem ersten Trägermaterial angeordnet sein oder darauf geträgert sein. Das zweite Edelmetall kann auf dem ersten Trägermaterial dispergiert sein und/oder das erste Trägermaterial kann mit dem zweiten Edelmetall durchtränkt sein.
Sowohl das erste Edelmetall als auch das zweite Edelmetall können auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert sein. Es ist möglich, ein Edelmetall auf einem Trägermaterial vor Herstellen eines Washcoats zum Beschichten eines Substrats zu fixieren. Es ist bevorzugt, dass lediglich das erste Edelmetall auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist.
Typischerweise umfasst die Katalysatorschicht ein zweites Edelmetall in einer Menge von 5 bis 300 g/ft³, stärker bevorzugt von 10 bis 250 g/ft³, beispielsweise 25 bis 200 g/ft³, noch stärker bevorzugt 35 bis 175 g/ft³ und noch stärker bevorzugt 50 bis 150 g/ft³ (beispielsweise 75 bis 125 g/ft³). Beispielsweise kann die Katalysatorschicht das zweite Edelmetall in einer Menge von 110 bis 300 g/ft³, vorzugsweise von 125 bis 275 g/ft³, beispielsweise von 150 bis 250 g/ft³, stärker bevorzugt von 175 bis 200 g/ft³ umfassen.
Allgemein umfasst der Oxidationskatalysator, vorzugsweise die Katalysatorschicht, eine Gesamtmenge des ersten Edelmetalls und eine Gesamtmenge des zweiten Edelmetalls in einem Verhältnis (bezogen auf die Masse) von 20:1 bis 1:20. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 10:1 bis 1:10 (beispielsweise 8:1 bis 1:2,5), stärker bevorzugt beträgt das Verhältnis 7,5:1 bis 1:7,5, beispielsweise 5:1 bis 1:5, noch stärker bevorzugt beträgt das Verhältnis 4:1 bis 1:4 (beispielsweise 3:1 bis 1:3), beispielsweise 2,5:1 bis 1:2,5 (z.B. 2:1 bis 1:2 oder 1,5:1 bis 1:1,5).
Der Oxidationskatalysator umfasst typischerweise das erste Edelmetall und das zweite Edelmetall in einer Gesamtmenge von 5 bis 500 g/ft³. Vorzugsweise beträgt die Gesamtmenge 10 bis 400 g/ft³, stärker bevorzugt 20 bis 300 g/ft³, noch stärker bevorzugt 25 bis 250 g/ft³, und noch stärker bevorzugt 35 bis 200 g/ft³.
Bevorzugte Kombinationen des ersten Edelmetalls und des zweiten Edelmetalls umfassen Pd und Au. Wenn das zweite Edelmetall Platin ist und das erste Edelmetall Palladium ist, beträgt das Verhältnis der Gesamtmasse von Platin (Pt) zur Gesamtmasse von Palladium (Pd) vorzugsweise 3:1 bis 1:3, beispielsweise 2:1 bis 1:2 und stärker bevorzugt 1,5:1 bis 1:1,5.
Der Oxidationskatalysator umfasst lediglich zwei Edelmetalle (d.h. das erste Edelmetall und das zweite Edelmetall).
Die Katalysatorschicht umfasst typischerweise eine Gesamtmenge an Edelmetall von 0,5 bis 15 Gew.-% (beispielsweise 11,5 bis 14 Gew.-% oder 12 bis 15 Gew.-%), vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt 2 bis 9 Gew.-% (z.B. 3 bis 8 Gew.-%), beispielsweise 4 bis 7 Gew.-% (z.B. 5 bis 6 Gew.-%).
Wenn der Oxidationskatalysator als Dieseloxidationskatalysator verwendet wird, beträgt allgemein die Gesamtmenge an Edelmetall (beispielsweise des ersten Edelmetalls, und des zweiten Edelmetalls) 25 bis 200 g/ft³, stärker bevorzugt 40 bis 160 g/ft³. Wenn der Oxidationskatalysator als katalysiertes Rußfilter verwendet wird, beträgt die Gesamtmenge des Edelmetalls (beispielsweise des ersten Edelmetalls, und des zweiten Edelmetalls) 5 bis 100 g/ft³, stärker bevorzugt 10 bis 40 g/ft³.
Der Oxidationskatalysator oder die Katalysatorschicht kann ferner ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfassen. Das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel kann in einer getrennten Schicht zu der Katalysatorschicht vorhanden sein.
Typischerweise ist das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Zeolith, Aktivkohle, porösem Graphit und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel ein Zeolith ist. Stärker bevorzugt ist der Zeolith ein Zeolith mit mittleren Poren (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen) oder ein Zeolith mit großen Poren (beispielsweise ein Zeolith mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen). Beispiele für geeignete Zeolithe oder Typen von Zeolithen umfassen Faujasit, Clinoptilolit, Mordenit, Silicalit, Ferrierit, Zeolith X, Zeolith Y, ultrastabiler Zeolith Y, AEI-Zeolith, ZSM-5-Zeolith, ZSM-12-Zeolith, ZSM-20-Zeolith, ZSM-34-Zeolith, CHA-Zeolith, SSZ-3-Zeolith, SAPO-5-Zeolith, Offretit, einen beta-Zeolith oder einen Kupfer-CHA-Zeolith. Der Zeolith ist vorzugsweise ZSM-5, ein beta-Zeolith oder ein Y-Zeolith.
Typischerweise weist der Zeolith ein Siliciumdioxid zu Aluminiumoxid-Molverhältnis von mindestens 25:11, vorzugsweise von mindestens 25:1 auf, wobei geeignete Bereiche von 25:1 bis 1000:1, 50:1 bis 500:1 sowie 25:1 bis 100:1, 25:1 bis 300:1, 100:1 bis 250:1 reichen. Zeolithe mit einem hohen Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Aluminiumoxid zeigen eine verbesserte hydrothermale Stabilität.
Wenn der Oxidationskatalysator ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst, beträgt die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel typischerweise 0,05 bis 3,00 g/Zoll³, speziell 0,10 bis 2,0 g/Zoll3, stärker bevorzugt 0,2 bis 0,8 g/Zoll³.
Der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator kann ferner ein Sauerstoffspeichermaterial umfassen. Derartige Materialien sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Das Sauerstoffspeichermaterial kann aus Ceroxid (CeO₂) und Ceroxid-Zirconiumoxid (CeO₂-ZrO₂) ausgewählt sein, beispielsweise eine feste Lösung aus Ceroxid-Zirconiumoxid sein. Es ist bevorzugt, dass das Sauerstoffspeichermaterial sich von dem feuerfesten Oxid des ersten Trägermaterials unterscheidet.
Wenn das Sauerstoffspeichermaterial aus Ceroxid und Ceroxid-Zirconiumoxid ausgewählt ist, ist das Sauerstoffspeichermaterial vorzugsweise entweder (a) Ceroxid, wenn das erste Trägermaterial Ceroxid-Zirconiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, oder (b) Ceroxid-Zirconiumoxid, wenn das erste Trägermaterial Ceroxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
Der Oxidationskatalysator, die Katalysatorschicht oder das erste Trägermaterial kann ferner ein reduzierbares Oxid umfassen. Das reduzierbare Oxid kann ein Verbundoxid oder ein Mischoxid mit dem feuerfesten Oxid bilden.
Typischerweise kann das reduzierbare Oxid aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Oxid von Mangan (z.B. MnO₂ und/oder Mn₂O₃), einem Oxid von Eisen (z.B. Fe₂O₃), einem Oxid von Zinn (z.B. SnO₂), einem Oxid von Kupfer (z.B. CuO), einem Oxid von Cobalt (z.B. CoO und/oder Co₂O₃), einem Oxid von Titan (z.B. TiO₂) und einem Oxid von Cer (z.B. CeO₂) besteht. Das reduzierbare Oxid ist vorzugsweise von dem feuerfesten Oxid verschieden (d.h. verschieden hinsichtlich Zusammensetzung). Vorzugsweise ist das reduzierbare Oxid ein Oxid von Eisen oder ein Oxid von Cer, stärker bevorzugt ist das reduzierbare Oxid ein Oxid von Eisen.
Wenn das reduzierbare Oxid vorhanden ist, weist der Oxidationskatalysator typischerweise ein Massenverhältnis des reduzierbaren Oxids zu dem feuerfesten Oxid von 10:1 bis 1:10, vorzugsweise 5:1 bis 1:5 (beispielsweise 1:1 bis 1:5), noch stärker bevorzugt 1:1 bis 1:2,5 auf.
Der Oxidationskatalysator oder die Katalysatorschicht kann ferner einen Promotor in Form eines unedlen Metalls umfassen. Der Promotor in Form eines unedlen Metalls kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, einem Lanthanidenmetall und einem Oxid hiervon besteht. Es ist bevorzugt, dass der Promotor in Form eines unedten Metalls ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder ein Oxid hiervon ist. Stärker bevorzugt ist der Promotor in Form eines unedlen Metalls ein Erdalkalimetall (z.B. Ca, Mg, Sr oder Ba, vorzugsweise Ba) oder ein Oxid hiervon.
Der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator kann eine zweite Schicht umfassen. Die zweite Schicht kann ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel und/oder ein drittes Edelmetall (z.B. ein drittes Edelmetall gemäß obiger Definition) und/oder ein feuerfestes Oxid (beispielsweise einen Zeolith) und/oder ein reduzierbares Oxid und/oder ein Sauerstoffspeichermaterial und/oder einen Promotor in Form eines unedlen Metalls umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst die zweite Schicht ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel und/oder ein drittes Edelmetall und/oder ein feuerfestes Oxid oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst die zweite Schicht ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel und/oder ein feuerfestes Oxid oder besteht im Wesentlichen daraus.
Wenn die zweite Schicht ein drittes Edelmetall umfasst, umfasst die zweite Schicht vorzugsweise Platin und/oder Palladium. Es ist ferner bevorzugt, dass die zweite Schicht ein Massenverhältnis von Platin (Pt) zu Palladium (Pd) von 10:1 bis 1:10, stärker bevorzugt 5:1 bis 1:5, noch stärker bevorzugt 2,5:1 bis 1:2,5, beispielsweise 2:1 bis 1:2 (z.B. 1:1 bis 1:1,5) aufweist. Weitere bevorzugte Verhältnisse für das Massenverhältnis von Platin (Pt) zu Palladium (Pd) in der zweiten Schicht umfassen 8,5:1 bis 1:2,5, beispielsweise 7,5:1 bis 1:2 (z.B. 6:1 bis 1:1,5), noch stärker bevorzugt 5:1 bis 1:1,25 (z.B. 5:1 bis 1:1).
Die Katalysatorschicht kann auf der zweiten Schicht angeordnet oder darauf geträgert sein. Die zweite Schicht kann direkt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein (d.h. die zweite Schicht ist in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats). So kann die zweite Schicht zwischen der Katalysatorschicht und einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein (d.h. die Katalysatorschicht ist auf einer zweiten Schicht angeordnet und optional ist die zweite Schicht direkt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet).
Alternativ kann die zweite Schicht auf der Katalysatorschicht angeordnet sein oder darauf geträgert sein. Die Katalysatorschicht kann direkt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein (d.h. die Katalysatorschicht befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats). So kann die Katalysatorschicht zwischen der zweiten Schicht und einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein (d.h. die zweite Schicht ist auf der Katalysatorschicht angeordnet und optional ist die Katalysatorschicht direkt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet).
Der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator umfasst typischerweise eine einzelne Schicht, wobei die einzelne Schicht die Katalysatorschicht ist. Im Allgemeinen ist die Katalysatorschicht direkt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet (d.h. die Katalysatorschicht befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats).
Allgemein umfasst der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator ein einzelnes Substrat (d.h. lediglich ein Substrat).
Substrate zum Trägern von Oxidationskatalysatoren zur Behandlung des Abgases aus einem Verbrennungsmotor sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Allgemein ist das Substrat ein keramisches Material oder ein metallisches Material.
Es ist bevorzugt, dass das Substrat aus Cordierit (SiO₂-Al₂O₃-MgO), Siliciumcarbid (SiC), einer Fe-Cr-Al-Legierung, Ni-Cr-Al-Legierung oder einer Legierung eines nichtrostenden Stahls hergestellt ist oder besteht.
Typischerweise ist das Substrat ein Monolith. Es ist bevorzugt, dass der Monolith ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith ist.
Es ist bevorzugt, dass der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator (DOC) oder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) dient. In der Praxis sind die in DOCs und CSFs verwendeten Katalysatorformulierungen ähnlich. Ein prinzipieller Unterschied zwischen einem DOC und einem CSF ist allgemein jedoch das Substrat, auf das die Katalysatorformulierung aufgetragen ist, und die Menge des Edelmetalls in dem Überzug.
Ein Durchflussmonolith umfasst typischerweise einen Wabenmonolith (beispielsweise einen metallischen oder keramischen Wabenmonolith) mit einer Vielzahl von Kanälen, die sich durch ihn hindurch erstrecken, wobei die Kanäle an beiden Enden offen sind. Wenn das Substrat ein Durchflussmonolith ist, ist der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator typischerweise ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) oder ist zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator (DOC) vorgesehen.
Ein Filtermonolith umfasst allgemein eine Vielzahl von Einlasskanälen und eine Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einem stromaufseitigen Ende (d.h. der Abgaseinlassseite) offen sind und an einem stromabseitigen Ende (d.h. der Abgasauslassseite) verstopft oder verschlossen sind, wobei die Auslasskanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft oder verschlossen sind und an einem stromabseitigen Ende offen sind, und wobei jeder Einlasskanal von einem Auslasskanal durch eine poröse Struktur getrennt ist. Wenn das Substrat ein Filtermonolith ist, ist der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator typischerweise ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ist zur Verwendung als katalysiertes Rußfilter (CSF) vorgesehen.
Wenn der Monolith ein Filtermonolith ist, ist es bevorzugt, dass der Filtermonolith ein Wandstromfilter ist. In einem Wandstromfilter ist jeder Einlasskanal alternierend von einem Auslasskanal durch eine Wand der porösen Struktur getrennt und umgekehrt. Es ist bevorzugt, dass die Einlasskanäle und die Auslasskanäle eine Wabenanordnung aufweisen. Wenn es eine Wabenanordnung gibt, ist es bevorzugt, dass die vertikal und lateral zu einem Einlasskanal benachbarten Kanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft sind und umgekehrt (d.h. die vertikal und lateral zu einem Auslasskanal benachbarten Kanäle sind an einem stromabseitigen Ende verstopft). Bei Betrachtung von einem Ende nehmen die alternierend verstopften und offenen Enden der Kanäle das Aussehen eines Schachbretts an.
Im Prinzip kann das Substrat eine beliebige Form oder Größe besitzen. Die Form und Größe des Substrats wird jedoch üblicherweise so gewählt, um die Exposition der katalytisch aktiven Materialien im Katalysator gegenüber Abgas zu optimieren. Das Substrat kann beispielsweise eine röhrenförmige, faserförmige oder partikuläre Form aufweisen. Beispiele für geeignete Trägersubstrate umfassen ein Substrat des monolithischen Wabencordierittyps, ein Substrat des monolithischen Waben-SiC-Typs, ein Substrat des Schichtfaser- oder -gewirketyps, ein Substrat des Schaumstofftyps, ein Substrat des Querströmungstyps, ein Substrat des Metalldrahtnetztyps, ein Substrat des porösen Metallkörpertyps und ein Substrat des keramischen Partikeltyps.
Das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgassystem für einen Dieselmotor, das den Oxidationskatalysator und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst. Allgemein ist die Emissionssteuerungsvorrichtung von dem Oxidationskatalysator getrennt (beispielsweise weist die Emissionssteuerungsvorrichtung ein getrenntes Substrat zu dem Substrat des Oxidationskatalysators auf), und vorzugsweise befindet sich der Oxidationskatalysator stromauf der Emissionssteuerungsvorrichtung.
Die Emissionssteuerungsvorrichtung kann aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem NO_x-Adsorberkatalysator (NAC), einem mageren NO_x-Katalysator (LNC), einem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Emissionssteuerungsvorrichtungen, die durch die Ausdrücke Dieselpartikelfilter (DPFs), NO_x-Adsorberkatalysatoren (NACs), magere NO_x-Katalysatoren (LNCs), selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysatoren, Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs), katalysierte Rußfilter (CSFs) und selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysatoren widergegeben werden, sind auf dem einschlägigen Fachgebiet alle gut bekannt.
Beispiele für Emissionssteuerungsvorrichtungen zur Verwendung mit dem Oxidationskatalysator oder zum Einbau in das Abgassystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden angegeben.
Ein Dieselpartikelfilter ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung mit einem Filtersubstrat. Das Dieselpartikelfilter umfasst vorzugsweise ein Substrat, wobei das Substrat ein Filtermonolith oder ein Durchflussmonolith gemäß obiger Definition, vorzugsweise ein Filtermonolith ist. Das Substrat kann mit einer Katalysatorformulierung beschichtet sein.
Die Katalysatorformulierung für den Dieselpartikelfilter kann zum Oxidieren von (i) Feinstaub (PM) und/oder (ii) Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HCs) geeignet sein. Wenn die Katalysatorformulierung zum Oxidieren von PM geeignet ist, ist die erhaltene Emissionssteuerungsvorrichtung als katalysiertes Rußfilter (CSF) bekannt. Typischerweise umfasst die Katalysatorformulierung eines CSF ein Edelmetall, beispielsweise ein erstes Edelmetall und/oder ein zweites Edelmetall gemäß obiger Definition.
Die Katalysatorformulierung des Dieselpartikelfilters kann eine NO_x-Adsorberzusammensetzung sein. Wenn die Katalysatorformulierung eine NO_x-Adsorberzusammensetzung ist, ist die Emissionssteuerungsvorrichtung ein Beispiel eines NO_x-Adsorberkatalysators (NAC). Emissionssteuerungsvorrichtungen, bei denen die Katalysatorformulierung eine NO_x-Adsorberzusammensetzung ist, wurden beschrieben (siehe beispielsweise EP 0 766 993 A ). NO_x-Adsorberzusammensetzungen sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt (siehe beispielsweise EP 0 766 993 A und US 5 473 887 A ). NO_x-Adsorberzusammensetzungen sind so ausgestaltet, dass sie NO_x aus magerem Abgas (lambda >1) adsorbieren und das NO_x desorbieren, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas abnimmt. Desorbiertes NO_x kann anschließend mit einem geeigneten Reduktionsmittel (beispielsweise Motorkraftstoff) und Förderung durch eine Katalysatorkomponente, wie Rhodium der NO_x-Adsorberzusammensetzung selbst oder eine Katalysatorkomponente, die stromab der NO_x-Adsorberzusammensetzung angeordnet ist, zu N₂ reduziert werden.
Allgemein umfasst die NO_x-Adsorberzusammensetzung eine Alkalimetallkomponente, eine Erdalkalimetallkomponente oder eine Seltenerdmetallkomponente oder eine Kombination von zwei oder mehr Komponenten hiervon, wobei die Seltenerdmetallkomponente Lanthan oder Yttrium umfasst. Es ist bevorzugt, dass die Alkalimetallkomponente Kalium oder Natrium, stärker bevorzugt Kalium umfasst. Es ist bevorzugt, dass die Erdalkalimetallkomponente Barium oder Strontium, stärker bevorzugt Barium umfasst.
Die NO_x-Adsorberzusammensetzung kann ferner ein Trägermaterial und/oder eine katalytische Metallkomponente umfassen. Das Trägermaterial kann aus Aluminiumoxid, Ceroxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Gemischen hiervon ausgewählt sein. Die katalytische Metallkomponente kann ein Metall umfassen, das aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon ausgewählt ist.
Magere NO_x-Katalysatoren (LNCs) sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Bevorzugte magere NO_x-Katalysatoren (LNC) umfassen entweder (a) Platin (Pt), das auf Aluminiumoxid geträgert ist, oder (b) einen kupferausgetauschten Zeolith, speziell kupferaustauschten ZSM-5.
SCR-Katalysatoren sind auch auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Wenn das erfindungsgemäß verwendete Abgassystem einen SCR-Katalysator umfasst, kann das Abgassystem ferner einen Injektor zum Injizieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie Ammoniak oder Harnstoff, in Abgas stromab des Katalysators zum Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HCs) und stromauf des SCR-Katalysators umfassen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Injektor kann das Abgassystem ferner ein Motormanagementmittel zum Anreichern des Abgases mit Kohlenwasserstoffen umfassen. Der SCR-Katalysator kann anschließend die Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel zum Reduzieren von NO_x verwenden. Wenn das Substrat des SCR-Katalysators ein Filtermonolith ist, ist der Katalysator ein SCRF-Katalysator. Ein SCRF-Katalysator ist eine Emissionssteuerungsvorrichtdung mit einem Filtersubstrat.
Allgemein sind SCR-Katalysatoren nicht in der Lage, wesentliche Mengen von NO_x in einem Abgas kurz nach Start eines Kompressionszündungsmotors zu reduzieren, da die Abgastemperatur (und somit die Temperatur des Katalysators) zu niedrig ist. Magere NO_x-Fallen-Katalysatoren (z.B. NO_x-Adsorberkatalysatoren) wurden beispielsweise stromauf der SCR-Katalysatoren verwendet, so dass NO_x gespeichert werden kann, bis der SCR-Katalysator bei höheren Abgastemperaturen aktiv wird. Magere NO_x-Fallen-Katalysatoren sind jedoch häufig nicht in der Lage, ausreichend NO_x zu speichern, wenn es einen großen Massenstrom an Abgas gibt (beispielsweise wenn der Motor in einem Hochgeschwindigkeitszyklus betrieben wird).
In einer ersten Abgassystemausführungsform umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise in Form eines DOC und einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator. Eine derartige Anordnung kann als DOC/SCR bezeichnet werden. Diese Ausführungsform betrifft auch die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, in Kombination mit einem selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator. Vorzugsweise ist der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator oder ist zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator vorgesehen. Dem erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem Oxidationskatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet), und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator folgen (beispielsweise ist der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet).
Eine zweite Abgassystemausführungsform umfasst den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator vorzugsweise in Form eines DOC und einen selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator. Eine derartige Anordnung kann als DOC/SCRF bezeichnet werden. Diese Ausführungsform betrifft auch die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, in Kombination mit einem selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator. Vorzugsweise ist der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator oder ist zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator vorgesehen. Dem erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysators angeordnet). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem Oxidationskatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet), und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysator folgen (beispielsweise ist der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF)-Katalysators angeordnet).
In einer dritten Abgassystemausführungsform umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise in Form eines DOC und entweder ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder ein katalysiertes Rußfilter (CSF). Eine derartige Anordnung kann als DOC/DPF oder als DOC/CSF bezeichnet werden. Diese Ausführungsform betrifft auch die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, in Kombination mit einem Dieselpartikelfilter oder einem katalysierten Rußfilter. Vorzugsweise ist der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator oder ist zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator vorgesehen. Dem Oxidationskatalysator folgt typischerweise das Dieselpartikelfilter oder das katalysierte Rußfilter (CSF) (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des Dieselpartikelfilters oder des katalysierten Rußfilters (CSF) angeordnet). Beispielsweise ist somit ein Auslass des Oxidationskatalysators mit einem Einlass des Dieselpartikelfilters oder des katalysierten Rußfilters verbunden.
In einer vierten Abgassystemausführungsform umfasst das Abgassystem einen Dieseloxidationskatalysator und den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise in Form eines katalysierten Rußfilters (CSF). Diese Anordnung kann auch als DOC/CSF-Anordnung bezeichnet werden. Die Ausführungsform betrifft des Weiteren die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor in Kombination mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), wobei vorzugsweise der Oxidationskatalysator ein katalysiertes Rußfilter ist oder zur Verwendung als katalysiertes Rußfilter vorgesehen ist. Typischerweise folgt dem Dieseloxidationskatalysator (DOC) der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator (beispielsweise befindet sich der Dieseloxidationskatalysator (DOC) stromauf des Oxidationskatalysators). So ist ein Auslass des Dieseloxidationskatalysators mit einem Einlass des erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysators verbunden.
Eine fünfte Abgassystemausführungsform betrifft ein Abgassystem, das den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise als DOC, ein Dieselpartikelfilter oder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator umfasst. Eine derartige Anordnung kann als DOC/DPF/SCR oder als DOC/CSF/SCR bezeichnet werden und ist ein bevorzugtes Abgassystem für ein Leichtlastdieselfahrzeug. Diese Ausführungsform betrifft auch die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, in Kombination mit entweder einem Dieselpartikelfilter oder einem katalysierten Rußfilter (CSF) und einem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, wobei vorzugsweise der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator ist oder zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator vorgesehen ist. Dem Oxidationskatalysator folgt typischerweise das Dieselpartikelfilter oder das katalysierte Rußfilter (CSF) (der Oxidationskatalysator ist beispielsweise stromauf des Dieselpartikelfilters oder des katalysierten Rußfilters (CSF) angeordnet). Dem DPF oder CSF folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator (beispielsweise ist das DPF oder CSF stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem DPF oder CSF und dem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem DPF oder CSF ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise ist das DPF oder CSF stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet), und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator folgen (beispielsweise ist der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet).
Eine sechste Abgassystemausführungsform betrifft ein Abgassystem, das einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise als katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator umfasst. Diese Anordnung wird auch als DOC/CSF/SCR-Anordnung bezeichnet. Ein weiterer Aspekt dieser Ausführungsform betrifft die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor in Kombination mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, wobei vorzugsweise der Oxidationskatalysator ein katalysiertes Rußfilter (CSF) ist oder zur Verwendung als katalysiertes Rußfilter (CSF) vorgesehen ist. Dem Dieseloxidationskatalysator (DOC) folgt typischerweise der erfindungsgemäß verwendete Oxidationskatalysator (beispielsweise ist der Dieseloxidationskatalysator (DOC) stromauf des Oxidationskatalysators angeordnet). Dem erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator (beispielsweise ist der Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator angeordnet sein. So kann dem Oxidationskatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise kann der Oxidationskatalysator stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels angeordnet sein), und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator folgen (beispielsweise ist der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet).
In einer siebten Abgassystemausführungsform umfasst das Abgassystem den erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator, vorzugsweise als DOC, einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator und entweder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ein Dieselpartikelfilter (DPF). Die Anordnung ist entweder eine DOC/SCR/CSF oder eine DOC/SCR/DPF. Diese Ausführungsform betrifft auch die Verwendung des Oxidationskatalysators zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, in Kombination mit einem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator und entweder einem katalysierten Rußfilter (CSF) oder einem Dieselpartikelfilter (DPF), wobei vorzugsweise der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator ist oder zur Verwendung als Dieseloxidationskatalysator vorgesehen ist.
In der siebten Abgassystemausführungsform folgt dem erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysator typischerweise der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator (beispielsweise befindet sich der Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators). Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator angeordnet sein. Dem Oxidationskatalysator kann somit ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (beispielsweise befindet sich der Oxidationskatalysator stromauf des Injektors des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels), und dem Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator folgen (beispielsweise befindet sich der Injektor des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators). Dem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator folgt das katalysierte Rußfilter (CSF) oder das Dieselpartikelfilter (DPF) (beispielsweise befindet sich der selektive katalytische Reduktions (SCR)-Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF) oder des Dieselpartikelfilters (DPF)).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das einen Dieselmotor und ein Abgassystem umfasst.
Der Motor wird in einer mobilen Anwendung, einem Fahrzeug, verwendet.
Der Verbrennungsmotor ist ein Kompressionszündungsmotor, der ein Dieselmotor ist. Der Dieselmotor kann ein Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor), ein vorgemischter Ladungskompressionszündungsmotor (PCCI) oder ein Niedrigtemperaturverbrennungs (LTC)-Motor sein. Es ist bevorzugt, dass der Dieselmotor ein herkömmlicher (d.h. traditioneller) Dieselmotor ist.
Das Fahrzeug kann ein Leichtlastdieselfahrzeug oder ein Schwerlastdieselfahrzeug sein.
Der Ausdruck „Leichtlastdieselfahrzeug (LDV)“ ist in der US- und EU-Gesetzgebung definiert. Ein Leichtlastdieselfahrzeug besitzt typischerweise ein Gewicht von <2840 kg, stärker bevorzugt ein Gewicht von <2610 kg.
In den USA bezeichnet ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von ≤8500 pounds (US Ibs). In Europa bezeichnet der Ausdruck Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) (i) Personenfahrzeuge mit nicht mehr als acht Sitzen zusätzlich zum Fahrersitz und mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 5 Tonnen und (ii) Fahrzeuge zum Transport von Gütern mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 12 Tonnen.
Im Allgemeinen ist ein Schwerlastdieselfahrzeug (HDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von >8500 pounds (US Ibs), beispielsweise gemäß Definition in der US-Gesetzgebung.
Ferner beschrieben ist hier ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Oxidationskatalysators. Allgemein umfasst das Verfahren die Verwendung mindestens einer Edelmetallkomponente (d.h. der ersten Edelmetallkomponente), die nicht rasch an das Substrat oder ein Trägermaterial fixiert wird und die in einem Überzug beweglich ist. Wenn ein eine derartige Edelmetallkomponente enthaltender Überzug auf ein Substrat appliziert wird, wird der Überzug getrocknet und unter Verwendung von Bedingungen, die eine Bewegung der Edelmetallkomponente in dem Überzug vor Fixieren derselben an einer Position erlauben, calciniert. Derartige Bedingungen sind auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt, insbesondere da Bedingungen im Stand der Technik normalerweise so gewählt werden, dass die Komponenten des Überzugs (d.h. des Washcoatüberzugs) rasch fixiert werden, um ihre Bewegung in dem Überzug zu verhindern.
Der Transfer der gelösten Stoffe zu oder weg von einer nassen Oberfläche während einer Verdampfung ist ein Effekt, der in anderen technischen Gebieten bekannt ist. Der Transfer des ersten Edelmetalls (d.h. eines Edelmetallsalzes, das das erste Edelmetall umfasst) in einem nassen Überzug kann durch die Richard-Gleichung wiedergegeben werden: $\frac{\partial θ}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial z} [K (θ) (\frac{\partial ψ}{\partial z}) + 1]$
worin t die Zeit ist (beispielsweise die Zeit vor einer merklichen oder vollständigen Verdampfung des Lösemittels (d.h. Wasser)); 6 der Lösemittelgehalt (d.h. Wasser) typischerweise des Überzugs ist; K die hydraulische Leitfähigkeit ist; z die Höhe ist und ψ die Druckhöhe ist. Die hydraulische Leitfähigkeit kann durch die hydraulische Leitfähigkeit des ersten Trägermaterials und/oder eines beliebigen weiteren Trägermaterials, das vorhanden sein kann, angenähert werden.
Das Verfahren umfasst folglich:

(a) Bereitstellen einer wässrigen Aufschlämmung, die einen ersten Trägermaterialvorläufer, eine erste Edelmetallkomponente und eine zweite Edelmetallkomponente umfasst:
(b) Applizieren der wässrigen Aufschlämmung auf ein Substrat unter Bildung eines Überzugs und
(c) Trocknen und Calcinieren des Überzugs, wobei die Trocknungsbedingungen erlauben, dass mindestens die erste Edelmetallkomponente in Richtung auf oder von dem Substrat weg ließt, derart, dass eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats erreicht wird.

Das Verfahren bezieht sich auf eine Aufschlämmung. Normalerweise ist mindestens eine Komponente aus dem ersten Trägermaterialvorläufer, der ersten Edelmetallkomponente und der zweiten Edelmetallkomponente unlöslich. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Aufschlämmung eine Lösung sein kann, beispielsweise wenn der erste Trägermaterialvorläufer, die erste Edelmetallkomponente und die zweite Edelmetallkomponente alle löslich sind (d.h. gelöst sind).
Typischerweise ist der erste Trägermaterialvorläufer eine Verbindung, die nach Trocknen und/oder Calcinieren des Überzugs eine Umwandlung in das erste Trägermaterial durchläuft. Derartige Trägermaterialvorläufer sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. In einigen Fällen kann der erste Trägermaterialvorläufer das erste Trägermaterial sein (d.h. es ist nicht notwendig, einen Vorläufer einzuarbeiten, der während des Verfahrens in das Trägermaterial umgewandelt wird).
Allgemein ist die erste Edelmetallkomponente ein Salz des ersten Edelmetalls oder ist das erste Edelmetall (d.h. es ist das erste Edelmetall selbst). Vorzugsweise ist die erste Edelmetallkomponente ein Salz des ersten Edelmetalls. Das Salz des ersten Edelmetalls kann ein Nitratsalz des ersten Edelmetalls, ein Acetatsalz des ersten Edelmetalls oder ein Carboxylatsalz (beispielsweise Citratsalz) des ersten Edelmetalls sein.
Die zweite Edelmetallkomponente ist typischerweise ein Salz des zweiten Edelmetalls oder ist das zweite Edelmetall selbst (d.h. es ist das zweite Edelmetall selbst). Es ist bevorzugt, dass die zweite Edelmetallkomponente ein Salz des zweiten Edelmetalls ist. Das Salz des zweiten Edelmetalls kann ein Nitratsalz des zweiten Edelmetalls, ein Acetatsalz des zweiten Edelmetalls oder ein Carboxylatsalz (beispielsweise Citratsalz) des zweiten Edelmetalls sein.
Wenn unterschiedliche Edelmetalle verwendet werden (beispielsweise unterscheidet sich das erste Edelmetall von dem zweiten Edelmetall) kann es einen Unterschied in der Beweglichkeit der ersten Edelmetallkomponente im Vergleich zu der zweiten Edelmetallkomponente geben, was aus Unterschieden in den Metallen, die vorhanden sind, herrührt. Es ist möglich, die Beweglichkeit und auch die bevorzugte Richtung des Fließens der Edelmetallkomponenten durch Wählen eines geeigneten Anions, wenn die Edelmetallkomponente ein Salz eines Edelmetalls ist, zu variieren. Die Edelmetallkomponenten können auch unterschiedlich mit dem Trägermaterial wechselwirken und können auf dieser Basis ausgewählt sein.
Es ist bevorzugt, dass ein Gegenion des Salzes des ersten Edelmetalls von einem Gegenion des Salzes des zweiten Edelmetalls verschieden ist. Beispielsweise kann die erste Edelmetallkomponente Palladiumnitrat sein und die zweite Edelmetallkomponente kann ein Platincarboxylatsalz sein. Das Nitratanion ist von dem Carboxylatanion verschieden.
Die Beweglichkeit der mindestens einen der Edelmetallkomponenten kann durch Trägern derselben auf ein Trägermaterial (d.h. Vorfixieren der Edelmetallkomponente) vor Mischen mit der anderen Edelmetallkomponente verändert werden.
Ein Weg, dass die erste Edelmetallkomponente auf dem ersten Trägermaterialvorläufer geträgert werden kann, besteht in den folgenden Schritten: (i) Mischen eines ersten Trägermaterialvorläufers und einer ersten Edelmetallkomponente in Lösung, um vorzugsweise den ersten Trägermaterialvorläufer zu durchtränken oder die Poren des ersten Trägermaterialvorläufers zu füllen und (ii) Trocknen und/oder Calcinieren der wässrigen Lösung, um eine auf dem ersten Trägermaterialvorläufer (beispielsweise dem ersten Trägermaterial) geträgerte, erste Edelmetallkomponente (beispielsweise ein erstes Edelmetall) bereitzustellen. Der Stufe (i) kann eine Stufe (i)(a) eines Zugebens eines Reduktionsmittels zum Reduzieren der ersten Edelmetallkomponente, um vorzugsweise den ersten Trägermaterialvorläufer zu durchtränken oder die Poren des ersten Trägermaterialvorläufers zu füllen, folgen. In Stufe (i) und/oder (i)(a) ist es bevorzugt, dass die alleinige vorhandene Edelmetallkomponente die erste Edelmetallkomponente ist.
Somit kann Stufe (a) des Verfahrens eine Stufe (a) eines Bereitstellens einer wässrigen Aufschlämmung sein, die eine zweite Edelmetallkomponente und eine erste Edelmetallkomponente, die auf einen ersten Trägermaterialvorläufer geträgert ist, umfasst.
Bezüglich Stufe (b) sind Verfahren zum Applizieren von Aufschlämmungen oder Washcoats auf ein Substrat auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt (siehe beispielsweise WO 99/47260 A der vorliegenden Anmelder).
In einer Ausführungsform umfasst die Stufe (c) ein Trocknen des Überzugs unter Verwendung von Trocknungsbedingungen, die erlauben, dass die erste Edelmetallkomponente und die zweite Edelmetallkomponente in entgegengesetzte Richtungen zueinander bezüglich des Substrats fließen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stufe (c) ein Trocknen des Überzugs unter Verwendung von Trocknungsbedingungen, die erlauben, dass lediglich die erste Edelmetallkomponente in Richtung auf oder von dem Substrat weg fließt.
Die Stufe (c) bestimmt den Punkt, an dem die Edelmetallkomponenten üblicherweise auf dem Substrat oder einem Trägermaterial fixiert werden. Die Trocknungsbedingungen, die verwendet werden, hängen von der Identität der Materialien (beispielsweise den Edelmetallkomponenten, dem Trägermaterialvorläufer usw.), die in dem Überzug vorhanden sind, und der Größe des Oxidationskatalysators (beispielsweise der Größe des Substrats, die in Abhängigkeit von der Anwendung des Katalysators schwankt) ab.
Typischerweise umfassen die Trocknungsbedingungen ein Trocknen des Überzugs während mindestens 15 min, vorzugsweise während mindestens 20 min. Eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls kann unter Verwendung derartiger Bedingungen erhalten werden. Gleichförmige Verteilungen können erhalten werden, wenn die Trocknungszeit etwa 5 Minuten oder weniger beträgt.
Der Überzug kann anschließend bei einer Temperatur von 400 bis 800 °C, vorzugsweise 450 bis 600 °C, stärker bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 500 °C calciniert werden.
DEFINITIONEN
Jede Bezugnahme auf eine Verteilung eines Edelmetalls (beispielsweise eines ersten Edelmetalls oder eines zweiten Edelmetalls) in einer Richtung (beispielsweise einer geraden Linie) senkrecht zur Oberfläche des Substrats bezeichnet allgemein eine Richtung senkrecht zu der gleichen Oberfläche des Substrats, auf dem die Katalysatorschicht angeordnet ist. Für Referenzzwecke liegt die Oberfläche des Substrats allgemein in der horizontalen (d.h. längs verlaufenden) Ebene. Die Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats ist typischerweise eine Richtung in einer Querschnittsebene durch die Katalysatorschicht (d.h. eine Querschnittsebene, die die Dicke der Katalysatorschicht zeigt) senkrecht zu der Oberfläche des Substrats. Die Querschnittsebene liegt allgemein in einer vertikalen (d.h. quer verlaufenden) Ebene. Die Querschnittsebene ist senkrecht zu der Oberfläche, auf der die Katalysatorschicht angeordnet ist. In stärker typischer Weise ist die Querschnittsebene im Wesentlichen parallel zu einer Einlassendfläche des Substrats und/oder der Auslassendfläche des Substrats (d.h. der Ebene, die die Einlassendfläche enthält, und/oder der Ebene, die die Auslassendfläche enthält). Jede Bezugnahme auf „im Wesentlichen parallel“ in diesem Kontext bezeichnet einen Winkel von weniger als 5°, vorzugsweise von weniger als 2,5°, stärker bevorzugt von weniger als 1° (beispielsweise von weniger als 0,5°) zwischen der Querschnittsebene und der Einlassendfläche oder der Auslassendfläche des Substrats.
Jede Bezugnahme auf eine „Oberfläche des Substrats“ bezeichnet allgemein die Oberfläche einer Wand eines Kanals durch das Substrat.
Der Ausdruck „Schicht“ (beispielsweise Katalysatorschicht), wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine Dicke eines über eine Oberfläche ausgebreiteten Materials, beispielsweise eine Oberfläche eines Substrats oder eine Oberfläche einer weiteren Schicht, die typischerweise klare Grenzen oder Kanten aufweist (d.h. es ist möglich, eine Schicht von einer weiteren Schicht unter Verwendung herkömmlicher analytischer Techniken (beispielsweise Transmissionselektronenmikroskopie) zu unterscheiden).
Der Ausdruck „gleichförmig“, wie er hier unter Bezugnahme auf die Verteilung eines Edelmetalls verwendet wird, bezeichnet allgemein eine Zusammensetzung (beispielsweise eine Schicht), wo die Menge an Edelmetall an einem beliebigen Punkt in der Zusammensetzung innerhalb von ±20 % der mittleren Menge des Edelmetalls in der gesamten Zusammensetzung (beispielsweise Schicht) liegt. Es ist bevorzugt, dass die Menge des Edelmetalls an einem beliebigen Punkt in der Zusammensetzung innerhalb von ±10%, stärker bevorzugt ±5 % und noch stärker bevorzugt ±1 % der mittleren Menge des Edelmetalls in der gesamten Zusammensetzung (beispielsweise Schicht) liegt. Die mittlere Menge des Edelmetalls sollte der Menge des Edelmetalls, die während der Herstellung der Zusammensetzung abgewogen wird, entsprechen. Die Menge an Edelmetall an einem beliebigen Punkt in einer Zusammensetzung kann unter Verwendung herkömmlicher analytischer Techniken wie mittels EDX-Analyse unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops bestimmt werden.
Der Ausdruck „Mischoxid“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet allgemein ein Gemisch von Oxiden in einer einzelnen Phase, wie es auf dem einschlägigen Fachgebiet üblicherweise bekannt ist.
Der Ausdruck „Verbundoxid“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet allgemein eine Zusammensetzung von Oxiden mit mehr als einer Phase, wie es auf dem einschlägigen Fachgebiet üblicherweise bekannt ist.
In Einheiten von g/ft³ oder g/Zoll3 angegebene Mengen beziehen sich allgemein auf das Volumen des Substrats, das verwendet wird.
Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“, wie er hier verwendet wird, beschränkt den Umfang eines Merkmals dahingehend, dass die speziellen Materialien oder Stufen und beliebige weitere Materialien oder Stufen, die die grundlegenden Eigenschaften dieses Merkmals nicht wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise geringfügige Verunreinigungen, enthalten sind. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ umfasst den Ausdruck „bestehend aus“.
Im Kontext des Ausdrucks „Edelmetall“ (beispielsweise das erste Edelmetall oder das zweite Edelmetall) ist zu bedenken, dass es häufig schwierig ist, die exakte katalytische Spezies in einem Katalysator zu charakterisieren, und das Edelmetall könnte nicht in elementarer metallischer Form vorhanden sein. Jegliche Bezugnahme auf „im Wesentlichen bestehend aus einem Edelmetall ...“ umfasst eine „Edelmetalleinheit“ in elementarer Form des Edelmetalls, eine Legierung, die das Edelmetall enthält, oder eine Verbindung, die das Edelmetall umfasst (beispielsweise ein Oxid des Edelmetalls). Vorzugsweise ist jede beliebige derartige „Edelmetalleinheit“ eine elementare Form des Edelmetalls oder eine Legierung, die das Edelmetall enthält, stärker bevorzugt eine elementare Form des Edelmetalls.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
Herstellung eines eine einzelne Schicht umfassenden nicht gleichförmigen Katalysators
Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver wurde in Wasser aufgeschlämmt und auf eine D₉₀ von kleiner als 20 µm vermahlen. Ein lösliches Platincarboxylatsalz und Palladiumnitrat wurden zu der Aufschlämmung zugegeben und das Gemisch wurde verrührt, um es zu homogenisieren. Der erhaltene Washcoat wurde anschließend unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken auf ein Substrat (ein Cordierit-Durchflussmonolilth mit 400 Zellen pro Quadratzoll) appliziert. Das erhaltene Teil wurde langsam unter einem Strom von erwärmter Luft getrocknet. Das Teil war nach 20-minütigem Betrieb vollständig trocken und wurde anschließend bei 500 °C calciniert. Die frische Katalysatorzusammensetzung, die das Substrat beschichtete, wurde anschließend durch 15-stündiges Erwärmen auf 750 °C unter hydrothermalen Bedingungen (10 % Wasser) gealtert. Langsame Trocknungsbedingungen wurden verwendet, um den Washcoat auf dem Substrat zu trocknen. Diese Bedingungen wurden gewählt, um eine Bewegung des Palladiumsalzes während des Trocknens (d.h. mit Verdampfen des Wassers im Washcoat) zu gewährleisten, bis das Palladium durch vollständiges Verdampfen der flüssigen Phase des Washcoats an einer Position fixiert wurde. Die Verteilung der Platin- und Palladiumkomponenten der Katalysatorschicht ist schematisch in 2 dargestellt (Platin = Edelmetall 1; Palladium = Edelmetall 2).
Vergleichsbeispiel 2
Herstellung eines eine einzelne Schicht umfassenden gleichförmigen Katalysators
Zu Vergleichszwecken wurde ein Katalysator unter Verwendung der Materialien, die in Beispiel 1 verwendet wurden, hergestellt und er wurde mittels des gleichen Verfahrens auf den gleichen Substrattyp aufgetragen. Das erhaltene Teil wurde unter einem eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Strom von erwärmter Luft rasch getrocknet. Das Teil war nach 5-minütigem Betrieb vollständig trocken und wurde anschließend bei 500 °C calciniert. Die frische Katalysatorzusammensetzung, die das Substrat beschichtete, wurde anschließend durch 15-stündiges Erwärmen auf 750 °C unter hydrothermalen Bedingungen (10 % Wasser) gealtert.
Herkömmliche rasche Trocknungsbedingungen wurden verwendet, um den Washcoat auf dem Substrat zu trocknen, um eine Katalysatorschicht mit gleichförmiger Zusammensetzung zu erhalten. Die Verteilung der Platin- und Palladiumkomponenten der Katalysatorschicht ist schematisch in 3 dargestellt (Platin = Edelmetall 1; Palladium = Edelmetall 2).
Beispiel 3
Herstellung und Analyse eines mehrschichtigen Katalysators mit einer nicht gleichförmigen Schicht
Ein Substratmonolith mit 400 Zellen pro Quadratzoll und einer Wanddicke von 6/1000 Zoll, der eine Zweischichtstruktur aufwies, wurde hergestellt. Die erste Schicht, die auf das Substrat aufgetragen wurde (d.h. die untere Schicht), enthielt Platin und Palladium auf einem Aluminiumoxidträger. Der Gewichtsgehalt an Platin war größer als der von Palladium. Die zweite Schicht (d.h. die obere Schicht) wies eine Zusammensetzung auf, die unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel 1 hergestellt wurde, um eine Schicht mit einer nicht gleichförmigen Verteilung von Palladium bereitzustellen.
Ein Abschnitt des Katalysators wurde mit Harz eingebettet, geschliffen und poliert, anschließend im Vakuum mit Kohlenstoff beschichtet. EPMA-WDX-Analysen zeigten, dass die erste Schicht (d.h. die Bodenschicht) eine gleichförmige Verteilung von Palladium- und Platinteilchen enthielt (siehe 1). Die zweite Schicht (d.h. obere Schicht) enthielt eine nicht gleichförmige Verteilung der Palladiumteilchen. Insbesondere enthielt die zweite Schicht eine hohe Konzentration an Palladium näher an der freiliegenden Oberfläche (wo Abgasemissionen zuerst mit der Schicht in Berührung gelangen) im Vergleich zu Regionen der Schicht, die näher an der ersten Schicht lagen.
Beispiel 4
Ergebnisse von Emissionstests
Kernproben wurden von jedem der Katalysatoren der Beispiele 1 und 2 unter Verwendung eines Kernbohrers einer Größe von 1 Zoll genommen. Die Katalysatorzusammensetzungen wurden in einem simulierten Katalysatoraktivitätstest (SCAT)-Gasrig unter Verwendung des in Tabelle 1 dargestellten Einlassgasgemisches bei einer Raumgeschwindigkeit von 55000/Stunde zur Nachahmung von Motoremissionen getestet. Tabelle 1

Gas Konzentration

CO 1500 ppm

HC (in Form von C₁) 430 ppm

NO 100 ppm

CO₂ 4%

H₂O 4%

O₂ 14%
Die Ergebnisse für die gealterten Katalysatoren der Beispiele 1 und 2 sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 gibt die Temperaturen an, bei denen eine 50%ige Umwandlung von CO (T₅₀ CO) und eine 80%ige Umwandlung von HC (T₈₀ HC) erfolgte. Tabelle 2

Beispiel Nr. T₅₀ CO (°C) T₈₀ HC (°C)

1 141 154

2 147 160
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass, wenn das simulierte Abgas dem Katalysator von Beispiel 1 ausgesetzt wurde, der eine hohe Konzentration von Palladiumteilchen nahe der freiliegenden Oberfläche des Washcoatüberzugs aufwies, die Temperaturen für eine 50%ige Umwandlung von CO und eine 80%ige Umwandlung von HC niedriger waren als die, die bei Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurden.
Zur Vermeidung jeglicher Zweifel wird der gesamte Inhalt beliebiger und aller hier zitierten Dokumente durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.

Claims

Fahrzeug, das einen Dieselmotor und ein Abgassystem für den Dieselmotor umfasst, wobei das Abgassystem einen Oxidationskatalysator zum Behandeln eines durch den Dieselmotor produzierten Abgases und mindestens eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst, wobei der Oxidationskatalysator ein Substrat und eine Katalysatorschicht umfasst, wobei die Katalysatorschicht umfasst: ein erstes Trägermaterial; ein erstes Edelmetall, bei dem es sich um Palladium handelt, und ein zweites Edelmetall, bei dem es sich um Platin oder Gold handelt; wobei die Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist und die Katalysatorschicht eine nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats aufweist, wobei die Menge des ersten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats hin abnimmt und wobei der Oxidationskatalysator lediglich zwei Edelmetalle umfasst, bei denen es sich um das erste Edelmetall und das zweite Edelmetall handelt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine abgestufte Verteilung des ersten Edelmetalls ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die nicht gleichförmige Verteilung des ersten Edelmetalls in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine schrittweise Verteilung des ersten Edelmetalls ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Katalysatorschicht eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist und mindestens 60 % der Gesamtmenge des ersten Edelmetalls zwischen der zweiten Oberfläche und einer Ebene in der Katalysatorschicht, die auf halbem Weg zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt, verteilt sind.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Trägermaterial ein feuerfestes Oxid umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Ceroxid und einem Verbundoxid oder einem Mischoxid von zwei oder mehr hiervon besteht.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Edelmetall auf dem ersten Trägermaterial angeordnet oder geträgert ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Katalysatorschicht eine gleichförmige oder nicht gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Katalysatorschicht eine gleichförmige Verteilung des zweiten Edelmetalls in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche des Substrats aufweist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Oxidationskatalysator ferner ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Monolith ist, der ein Durchflussmonolith oder ein Filtermonolith ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem NO_x-Adsorberkatalysator (NAC), einem Mager-NO_x-Katalysator (LNC), einem selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktionsfilterkatalysator und einer Kombination von zwei oder mehr hiervon ausgewählt ist.