СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
SYSTEM OF TREATMENT OF EXHAUST GASES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF USING A CATALYTIC NEUTRALIZER OF EXHAUST GASES

Предпосылки изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе очистки выхлопных газов, выполненной с возможностью очищать выхлопной газ, выпускаемый из двигателя внутреннего сгорания, способу использования каталитического нейтрализатора выхлопных газов и способу управления воздушно-топливным соотношением.
2. Описание предшествующего уровня техники
2
[0002] В выхлопном газе, выпускаемом из двигателя внутреннего сгорания, к примеру, двигателя транспортного средства, содержатся компоненты выхлопных газов, такие как HC, CO и NOx. Чтобы удалять такие компоненты выхлопных газов, в некотором положении вдоль канала выхлопной трубы присоединяется каталитический нейтрализатор выхлопных газов. В публикации не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2013-136032 (JP 2013-136032 А) описывается технология каталитического нейтрализатора выхлопных газов в виде катализатора на основе благородного металла, в котором Rh и Pd наносятся на OSC-материал, содержащий CeO в качестве носителя.
Сущность изобретения
[0003] Когда температура вводимого выхлопного газа низка, каталитический нейтрализатор выхлопных газов обладает активностью по окислению HC и CO, которая является недостаточной в бедной атмосфере (в атмосфере избытка кислорода). Технология по JP 2013-136032 А используется для очистки при стехиометрическом воздушно-топливном соотношении бензинового двигателя, и эффективность очистки в условиях бедной смеси при низкой температуре является низкой.
[0004] Настоящее изобретение предоставляет систему очистки выхлопных газов, выполненную с возможностью повышать активность при низких температурах для эффективности очистки посредством окисления с помощью каталитического нейтрализатора выхлопных газов, способ использования каталитического нейтрализатора выхлопных газов и способ управления воздушно-топливным соотношением.
2
[0005] Первый аспект настоящего изобретения относится к системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с использованием каталитического нейтрализатора выхлопных газов, в котором по меньшей мере один из Rh, Pd и Pt нанесен на CeO-содержащий носитель, которая включает в себя блок включения флага, выполненный с возможностью включать флаг необходимости восстановительной обработки (т.е. устанавливать флаг в положение «ВКЛЮЧЕНО»), когда входная температура газа, которая является температурой выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор выхлопных газов, выше опорной температуры; блок определения соблюдения условий, выполненный с возможностью определять, соблюдаются ли условия выполнения восстановительной обработки, при которых флаг необходимости восстановительной обработки включен блоком включения флага, а входная температура газа снизилась и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры или ниже; блок осуществления восстановительной обработки, выполненный с возможностью осуществлять восстановительную обработку, при которой воздушно-топливное соотношение впускного газа, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, регулируют так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, когда блок определения соблюдения условий определяет, что условия выполнения восстановительной обработки соблюдаются; и блок выключения флага, выполненный с возможностью выключать флаг необходимости восстановительной обработки (т.е. устанавливать флаг в положение «ВЫКЛЮЧЕНО»), когда восстановительная обработка осуществляется блоком осуществления восстановительной обработки.
2
[0006] Помимо этого, второй аспект настоящего изобретения относится к способу использования каталитического нейтрализатора выхлопных газов, в котором по меньшей мере один из Rh, Pd и Pt нанесен на CeO-содержащий носитель, который включает в себя процесс включения флага необходимости восстановительной обработки, когда входная температура газа, которая является температурой выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор выхлопных газов, выше опорной температуры, процесс осуществления восстановительной обработки, при котором воздушно-топливное соотношение впускного газа, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, регулируют так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, когда флаг необходимости восстановительной обработки включен и входная температура газа снижается и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры или ниже, и процесс выключения флага необходимости восстановительной обработки после того, как восстановительная обработка осуществлена.
2
[0007] Третий аспект настоящего изобретения относится к способу управления воздушно-топливным соотношением в системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающей в себя каталитический нейтрализатор выхлопных газов, в котором по меньшей мере один из Rh, Pd и Pt нанесен на CeO-содержащий носитель. Способ включает в себя включение флага необходимости восстановительной обработки, когда входная температура газа, которая является температурой выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор выхлопных газов, выше опорной температуры; осуществление восстановительной обработки, при которой воздушно-топливное соотношение впускного газа, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, регулируют так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, когда флаг необходимости восстановительной обработки включен и входная температура газа снижается и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры или ниже; и выключение флага необходимости восстановительной обработки после того, как восстановительная обработка осуществлена.
[0008] Согласно настоящему изобретению, по сравнению со случаем, в котором восстановительная обработка не осуществляется, возможно повысить окислительную активность каталитического нейтрализатора выхлопных газов в температурном состоянии, в котором входная температура газа равна или меньше опорной температуры.
Краткое описание чертежей
[0009] Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов реализации изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы и на которых:
Фиг. 1 является концептуальной схемой системы очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2 является блок-схемой управления, описывающей способ использования каталитического нейтрализатора выхлопных газов;
Фиг. 3 является блок-схемой, описывающей способ определения необходимости восстановительной обработки;
Фиг. 4 является блок-схемой, описывающей подробности восстановительной обработки;
Фиг. 5 является графиком, показывающим взаимосвязь между температурой, при которой осуществляется восстановительная обработка, и температурой окисления;
Фиг. 6 является графиком, показывающим изменение входной температуры газа и времени восстановительной обработки в примере 1;
Фиг. 7 является графиком, показывающим взаимосвязь между продолжительностью по времени восстановительной обработки и степенью окисления;
Фиг. 8 является графиком, показывающим изменение входной температуры газа и времени восстановительной обработки в примере 2;
Фиг. 9 является графиком, показывающим степени окисления из примера 3 и сравнительного примера 5;
Фиг. 10 является графиком, показывающим степени окисления из примера 4 и сравнительного примера 6; и
Фиг. 11 является графиком, показывающим степени окисления примеров 5-7 и сравнительных примеров 7-9.
Подробное описание вариантов реализации
[0010] Далее описываются варианты реализации настоящего изобретения. Фиг. 1 является концептуальной схемой системы очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Система 1 очистки выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания в данном варианте реализации смонтирована в транспортном средстве и очищает выхлопной газ, выпускаемый из двигателя 2, который представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Система 1 очистки выхлопных газов включает в себя двигатель 2, каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, датчик 4 входной температуры газа, A/F-датчик 5 и электронный блок управления (ЭБУ) 6.
IN
[0011] В качестве двигателя 2 может использоваться работающий на бедной смеси двигатель или дизельный двигатель. Каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов присоединен в положении вдоль выхлопной трубы 7. Датчик 4 входной температуры газа, выполненный с возможностью измерять входную температуру T газа, которая является температурой выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, и A/F-датчик 5, выполненный с возможностью измерять воздушно-топливное (A/F) соотношение выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, присоединены в положениях между двигателем 2 с выхлопной трубой 7 и каталитическим нейтрализатором 3 выхлопных газов.
2
[0012] ЭБУ 6 управляет воздушно-топливным соотношением впускного газа, всасываемого в двигатель 2, с использованием сигналов обнаружения от датчика 4 входной температуры газа и A/F-датчика 5. Воздушно-топливным соотношением управляют таким образом, что оно находится, например, на бедной стороне с избытком кислорода или на богатой стороне с избытком топлива относительно стехиометрического воздушно-топливного соотношения. При этом A/F может быть определено с использованием датчика O вместо A/F-датчика 5, или же A/F может вычисляться с использованием количества всасываемого воздуха и количества впрыскиваемого топлива без A/F-датчика 5.
2
[0013] Каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов представляет собой катализатор с функцией окисления, такой как трехфункциональный катализатор и катализатор окисления, и имеет строение, при котором металлы платиновой группы (МПГ) нанесены на CeO-содержащий носитель. МПГ включают в себя по меньшей мере один из Rh, Pd и Pt. Например, каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов может включать в себя подложку и сформированный на поверхности подложки слой каталитического покрытия. Слой каталитического покрытия образован в многослойной структуре с верхним и нижним подслоями, включающей в себя нижний подслой, который ближе к поверхности подложки, и верхний подслой, который находится относительно дальше от поверхности подложки. Слой каталитического покрытия включает в себя Rh и Pd в качестве благороднометалльного катализатора и включает в себя материал, обладающий способностью к накоплению кислорода (OSC-материал), в качестве носителя. Rh располагается на верхнем подслое слоя каталитического покрытия, а Pd располагается как на верхнем подслое, так и на нижнем подслое слоя каталитического покрытия. На верхнем подслое и нижнем подслое по меньшей мере часть Pd нанесена на OSC-материал.
[0014] Далее описывается способ очистки выхлопного газа с использованием каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов системы 1 очистки выхлопных газов. Фиг. 2 является блок-схемой управления, описывающей способ использования каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Фиг. 3 является блок-схемой, описывающей способ определения необходимости восстановительной обработки. Фиг. 4 является блок-схемой, описывающей подробности восстановительной обработки.
IN
IN
IN
[0015] В способе очистки выхлопного газа в данном варианте реализации, когда входная температура T газа снижается с температуры выше опорной температуры T3, при которой определяется необходимость восстановительной обработки, и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры T3 или ниже, восстановительную обработку осуществляют лишь в течение времени, заранее заданного для каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов. При осуществлении восстановительной обработки повышается окислительная активность каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов в температурном состоянии, в котором входная температура T газа равна или меньше опорной температуры T3, и достигается низкотемпературная активация. Таким образом, например, если восстановительная обработка выполняется тогда, когда входная температура T газа во время движения снижается, можно способствовать активности при следующем повышении температуры и можно получить высокую эффективность очистки с небольшим количеством МПГ.
IN
IN
IN
IN
[0016] В данном способе, во-первых, измеряют (S101) входную температуру T выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов и определяют, выше ли входная температура T газа нижней предельной температуры T1 (T>T1) (S102). Нижняя предельная температура T1 является пороговым значением, предварительно установленным в качестве нижнего предела температуры, при которой получается эффект восстановления при осуществлении восстановительной обработки. Когда входная температура T газа равна или меньше нижней предельной температуры T1 ("Нет" на S102), поскольку эффект восстановления (эффект низкотемпературной активации каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов) не получается, восстановительную обработку не осуществляют.
IN
IN
IN
IN
[0017] С другой стороны, когда входная температура T газа выше нижней предельной температуры T1 ("Да" на S102), выполняют (S103) процесс определения необходимости восстановительной обработки. Как показано в блок-схеме определения необходимости восстановительной обработки на фиг. 3, при определении необходимости восстановительной обработки на S103 определяют входную температуру T газа (S201) и определяют, выше ли входная температура T газа опорной температуры T3 (T>T3) (S202). Опорная температура T3 является температурой, при которой CO и HC в качестве компонентов выхлопных газов могут в достаточной степени сжигаться и удаляться, и задается в качестве температуры, при которой степень окислительной активности каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов составляет 50% или более в данном варианте реализации.
IN
IN
IN
IN
[0018] Тогда, когда входная температура T газа выше опорной температуры T3 ("Да" на S202), включают флаг необходимости восстановительной обработки (F=1) (S203). Тогда, когда входная температура T газа равна или меньше опорной температуры T3 ("Нет" на S202), флаг необходимости восстановительной обработки не включается и остается выключенным. Процесс S203 может рассматриваться в качестве процесса включения флага необходимости восстановительной обработки, когда входная температура T выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, выше опорной температуры T3. Помимо этого, процессы S201-S203 могут рассматриваться в качестве процессов, выполняемых блоком включения флага, в котором включается флаг необходимости восстановительной обработки, когда входная температура T выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, выше опорной температуры T3.
IN
IN
IN
IN
IN
[0019] Затем, возвращаясь к блок-схеме управления на фиг. 2, определяют, включен ли флаг необходимости восстановительной обработки (S104), и когда определено, что флаг необходимости восстановительной обработки включен, определяют, что необходимо осущестить восстановительную обработку ("Да" на S104), и процесс переходит к S105 и к последующим процессам. Затем определяют, произошло ли снижение входной температуры T газа (S105), и определяют, снизилась ли входная температура T газа и достигла ли она температуры более низкой, чем верхняя предельная температура T2 (T<T2) (S106). Верхняя предельная температура T2 является пороговым значением температуры восстановления, предварительно установленным в качестве верхнего предела температуры, при которой получается эффект восстановления при осуществлении восстановительной обработки. Процессы S104-S106 могут рассматриваться в качестве процессов, выполняемых блоком определения соблюдения условий, выполненного с возможностью определять, соблюдаются ли условия выполнения восстановительной обработки, при которых флаг необходимости восстановительной обработки включен, а входная температура T газа снизилась и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры T3 или ниже (T1<T<T2).
IN
IN
IN
IN
[0020] Тогда, когда входная температура T газа является более низкой температурой, чем верхняя предельная температура (T<T2) ("Да" на S106), осуществляют восстановительную обработку (S107). То есть, когда флаг необходимости восстановительной обработки включен (F=1) и входная температура T газа находится между нижней предельной температурой T1 и верхней предельной температурой T2, осуществляют восстановительную обработку. Процесс S107 может рассматриваться в качестве процесса, выполняемого блоком осуществления восстановительной обработки, в котором, когда блоком определения соблюдения условий определено, что условия выполнения восстановительной обработки соблюдаются, осуществляют восстановительную обработку, при которой воздушно-топливное соотношение подаваемого в двигатель 2 впускного газа регулируют так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение. Тогда процессы S104-S107 могут рассматриваться в качестве процесса осуществления восстановительной обработки, в котором, когда флаг необходимости восстановительной обработки включен и входная температура T газа снизилась и попадает в предварительно установленный диапазон температур вплоть до опорной температуры T3 или ниже, воздушно-топливное соотношение подаваемого в двигатель 2 впускного газа регулируют так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение.
Rich
Rich
Rich
[0021] При восстановительной обработке S107 осуществляют процесс регулирования воздушно-топливного соотношения так, чтобы оно было более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение. Например, как показано в блок-схеме управления восстановительной обработкой на фиг. 4, задают дополнительное количество топлива на основе количества впускаемого в двигатель 2 газа и целевого A/F (S301). Затем проводят сгорание впускного газа согласно работе двигателя на богатой смеси (S302). Затем определяют, превышает ли длительность t сгорания богатой смеси предварительно установленное фиксированное значение t (t>t) (S303). Когда длительность t превышает фиксированное значение t, длительность t сгорания богатой смеси является достаточной, и флаг необходимости восстановительной обработки выключают (F=0) (S304). Процесс S304 может рассматриваться как блок выключения флага, в котором, когда восстановительная обработка осуществлена блоком осуществления восстановительной обработки, флаг необходимости восстановительной обработки выключается.
IN
IN
[0022] Описанный выше способ очистки выхлопного газа с использованием каталитического нейтрализатора 3 выхлопных газов включает в себя процесс включения флага необходимости восстановительной обработки (F=1), когда входная температура T выхлопного газа, вводимого в каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов, выше опорной температуры T3, процесс осуществления восстановительной обработки, в котором, когда флаг необходимости восстановительной обработки включен (F=1) и входная температура T газа попадает в предварительно установленный диапазон температур (между нижней предельной температурой T1 и верхней предельной температурой T2) ниже опорной температуры T3, воздушно-топливное соотношение впускного газа, подаваемого в двигатель 2, регулируется так, чтобы оно было богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, и процесс выключения флага необходимости восстановительной обработки (F=0) после того, как восстановительная обработка осуществлена.
IN
IN
[0023] Согласно такому способу очистки выхлопного газа, когда восстановительная обработка выполняется после того, как входная температура T газа становится ниже опорной температуры T3, по сравнению с тем, когда восстановительная обработка не выполняется, можно повысить степень окислительной активности, когда входная температура T газа находится в низкотемпературном состоянии, равном или меньшем опорной температуры T3, и может достигаться низкотемпературная активация.
2
[0024] В частности, в последние годы внедрен не только более холодный запуск двигателя, но и дополнительные ситуации, в которых двигатель останавливается согласно управлению работой электромотора или управлению глушением двигателя на холостом ходу гибридного транспортного средства, и температура выхлопных газов снижается. Помимо этого, чтобы уменьшать количество выбросов CO в целях защиты окружающей среды, уменьшено количество топлива, уменьшены потери энергии вследствие тепла выхлопа, и продолжается дальнейшее снижение температуры выхлопных газов.
[0025] В ответ на такие проблемы, согласно системе очистки выхлопных газов по данному варианту реализации, когда температура выхлопного газа снижается, в течение короткого времени применяется восстановительная обработка. Следовательно, можно предотвратить снижение окислительной активности, можно способствовать активации при следующем повышении температуры, и можно получить высокую эффективность очистки с небольшим количеством МПГ.
2
[0026] Способ очистки выхлопного газа использует явление, согласно которому при осуществлении восстановительной обработки катализатора, в котором МПГ нанесен на CeO-содержащий носитель, в предварительно заданных температурных условиях окислительная активность в условиях бедной смеси при низкой температуре повышается.
2
[0027] При использовании в окислительной атмосфере (при выполнении окисления) с температурой выше опорной температуры T3 после восстановительной обработки, согласно истекшему времени, эффект улучшения активации при низких температурах вследствие восстановительной обработки исчезает. Помимо этого, также если восстановительная обработка выполняется при значении, равном или меньшем нижней предельной температуры T1, эффект улучшения активации при низких температурах не может быть получен. Таким образом, принцип этого явления предположительно заключается в том, что происходит взаимодействие между МПГ и CeO, вызывая некоторые изменения в состоянии МПГ.
2
2
[0028] Помимо этого, также когда окислительная обработка выполняется в условиях моделирующего атмосферу газа с 600°C при A/F=25, или же когда окислительная обработка выполняется в атмосфере, содержащей 7% O (остаток составляет N), было подтверждено, что эффект улучшения активации при низких температурах вследствие восстановительной обработки исчезает, и считается, что этот эффект исчезает тогда, когда кислород находится в избытке при высоких температурах. Кроме того, когда восстановительная обработка выполняется после этого, было подтверждено, что такой же эффект улучшения активации при низких температурах получается независимо от различий в окислительной предварительной обработке.
[0029] Далее описываются экспериментальные результаты данного варианта реализации.
Эксперимент 1
Пример 1
2
2
3
2
2
3
3
[0030] Здесь 9,85 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата динитродиаммина Pt, содержащий Pt в количестве 0,3 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов. Здесь в этот порошок подмешивали 9,85 г порошка AlO с использованием ступки и получали порошок Pt/CeO+AlO с концентрацией Pt в 1,5 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
IN
3
6
[0031] Фиг. 6 является графиком, показывающим изменение входной температуры газа и времени восстановительной обработки в примере 1. В условиях моделирующего окислительную атмосферу газа, когда работающий на бедной смеси двигатель эксплуатировали при A/F=25, при 200°C в ходе процесса понижения температуры (T1 (100°C)<T (200°C)<T2 (400°C)) после того, как была осуществлена окислительная обработка при 600°C, восстановительную обработку (условия моделирующего газа при A/F=13,5) осуществляли в течение 20 секунд и оценивали активность по окислению моноксида углерода (CO) и пропилена (CH), когда температуру повышали до 400°C со 100°C или менее при 50°C/мин. В данном примере опорная температура T3 и верхняя предельная температура T2 были установлены на 400°C, а нижняя предельная температура T1 была установлена на 100°C.
[0032] Для проведения оценки выполняли оценку на основе модельного газа. В качестве составов газов для оценки использовали составы газов, показанные в таблице 1, а количество образца для оценки составляет 3 г.
[0033] Таблица 1 показывает составы газов восстановительной атмосферы и окислительной атмосферы.
Таблица 1
(Остальной N<sub>2</sub>)
O<sub>2</sub>,%
NO,млн<sup>-1</sup>
CO,%
C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>,млн<sup>-1</sup> C
H<sub>2</sub>,%
CO<sub>2</sub>,%
H<sub>2</sub>O,%
Восстановление
0
0
3
600
1
10
3
Окисление
7
100
0,08
4000
0
10
3
Сравнительный пример 1
[0034] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 1. В последующем процессе понижения температуры восстановительную обработку не выполняли, и после того, как температура достигла 100°C или менее, проводили такую же оценку, как и в примере 1.
Сравнительный пример 2
[0035] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C с использованием катализатора из примера 1, при 100°C (нижней предельной температуре T1) в ходе процесса понижения температуры выполняли восстановительную обработку в течение 20 секунд, а после этого проводили такую же оценку, как в примере 1.
Сравнительный пример 3
[0036] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C с использованием катализатора из примера 1, при 400°C (верхней предельной температуре T2) в ходе процесса понижения температуры выполняли восстановительную обработку в течение 20 секунд, и проводили такую же оценку, как в примере 1, после достижения температуры 100°C или менее.
[0037] Фиг. 5 является графиком, показывающим взаимосвязь между температурой, при которой выполняли восстановительную обработку, и температурой окисления, и показывает отложенные на графике результаты эксперимента 1, показанного в таблице 2.
[0038] В дополнение к примеру 1 и сравнительным примерам 1-3, выполняли дополнительные эксперименты, в которых оценивали активности при осуществлении восстановительных обработок в течение 20 секунд при 80°C, 150°C, 250°C, 300°C, 350°C и 450°C. Фиг. 5 и таблица 2 показывают результаты всех экспериментов.
Таблица 2
Температура восстановления (°C)
Температура 50%-го окисления (°C)
CO
C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>
80
257
288
100
252,2
282,7
Сравнительный пример 2
150
189,6
250,3
200
179
231,7
Пример 1
250
190
235,2
300
204,2
249,9
350
225,1
269,9
400
252,8
287,3
Сравнительный пример 3
450
257,9
287,8
Без восстановительной обработки
257,8
287,1
Сравнительный пример 1
3
6
3
6
3
6
[0039] В сравнительном примере 1, в котором восстановительную обработку не выполняли, температура 50%-го окисления, указывающая степень активности, составляла 257,8°C для моноксида углерода (CO) и 287,1°C для пропилена (CH). В сравнительном примере 2, в котором восстановительную обработку выполняли при 100°C (нижней предельной температуре T1), температура 50%-го окисления составляла 252,2°C для моноксида углерода (CO) и 282,7°C для пропилена (CH). В сравнительном примере 3, в котором восстановительную обработку выполняли при 400°C (верхней предельной температуре T2), температура 50%-го окисления составляла 252,8°C для моноксида углерода (CO) и 287,3°C для пропилена (CH).
3
6
[0040] С другой стороны, в примере 1, в котором восстановительную обработку выполняли при 200°C, та же температура 50%-го окисления составляла 179°C для моноксида углерода (CO) и 231,7°C для пропилена (CH). Поэтому можно видеть, что в примере 1 наблюдалась меньшая температура, при которой катализатор имел окислительную активность, и активировался при меньшей температуре, чем сравнительные примеры 1-3.
[0041] Таким образом, как показано на фиг. 5, можно видеть, что когда восстановительную обработку выполняли в диапазоне температур восстановления (между нижней предельной температурой T1 и верхней предельной температурой T2), каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов обладал окислительной активностью при меньшей температуре по сравнению с тем, когда восстановительную обработку выполняли при нижней предельной температуре T1 или менее и когда восстановительную обработку выполняли при верхней предельной температуре T2 или более. Когда же восстановительную обработку выполняли между 100°C (нижней предельной температурой T1) и 400°C (верхней предельной температурой T2), каталитический нейтрализатор 3 выхлопных газов имел окислительную активность, которая была значительно улучшена по сравнению с традиционным катализатором, в котором не выполнена восстановительная обработка.
Эксперимент 2
Пример 2
2
2
3
[0042] Здесь 19,7 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата динитродиаммина Pt, содержащий Pt в количестве 0,3 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов и получали порошок Pt/CeO с концентрацией Pt в 1,5 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
[0043] Фиг. 8 является графиком, показывающим изменение входной температуры газа и времени восстановительной обработки в примере 2. В условиях моделирующего окислительную атмосферу газа, когда работающий на бедной смеси двигатель эксплуатировали при A/F=25, выполняли окислительную обработку при 600°C и затем понижали температуру до 300°C. Оценивали стабилизированную окислительную активность после того, как выполнили восстановительную обработку в течение 20 секунд.
[0044] Для проведения оценки выполняли оценку на основе модельного газа. В качестве составов газов для оценки использовали составы газов, показанные в таблице 3, а количество образца для оценки составляло 1 г.
[0045] Таблица 3 показывает составы газов восстановительной атмосферы и окислительной атмосферы.
Таблица 3
(Остальной N<sub>2</sub>)
O<sub>2</sub>,%
NO, млн<sup>-1</sup>
CO,%
C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>, млн<sup>-1</sup> C
C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>, млн<sup>-1</sup> C
H<sub>2</sub>,%
CO<sub>2</sub>,%
H<sub>2</sub>O,%
Восстановление
0
0
3
600
0
1
10
3
Окисление
7
100
0,08
0
4000
0
10
3
Сравнительный пример 4
[0046] Окислительную обработку при 600°C выполняли с использованием катализатора из примера 1. После того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без выполнения восстановительной обработки. Помимо этого, оценивали активности при осуществлении восстановительных обработок в течение 5, 10, 20 и 60 секунд. Фиг. 7 и таблица 4 показывают результаты всех экспериментов.
Таблица 4
Время восстановления (сек)
Степень окисления C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> (%)
0
13,9
Сравнительный пример 4
5
19
10
20
Пример 2
20
20,5
60
20,4
3
8
3
8
3
8
[0047] В сравнительном примере 4 степень окисления пропана (CH) составляла 13,9%. С другой стороны, в примере 2 степень окисления пропана (CH) составляла 20%. Поэтому можно видеть, что пример 2, в котором выполняли восстановительную обработку, имел более высокую степень окисления пропана (CH) и более выгодную окислительную активность, чем сравнительный пример 4, в котором восстановительную обработку не выполняли.
Эксперимент 3
Пример 3
2
2
3
[0048] Здесь 19,7 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата Pd, содержащий Pd в количестве 0,3 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов. Тогда получили порошок Pd/CeO с концентрацией Pd в 1,5 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
[0049] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C, температура понизили до 300°C и оценивали окислительную активность после выполнения восстановительной обработки в течение 20 секунд.
Пример 4
2
2
3
[0050] Здесь 19,7 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата Rh, содержащий Rh в количестве 0,3 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов и получили порошок Rh/CeO с концентрацией Rh в 1,5 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
[0051] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C, температура понизили до 300°C и оценивали окислительную активность после выполнения восстановительной обработки в течение 20 секунд.
Пример 5
[0052] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C с использованием катализатора из примера 2, температура понижали до 300°C и оценивали окислительную активность после выполнения восстановительной обработки в течение 20 секунд.
Пример 6
2
2
3
[0053] Здесь 19,4 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата Pt, содержащий Pt в количестве 0,6 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов и получили порошок Pt/CeO с концентрацией Pt в 3,0 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
[0054] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C, температура понижали до 300°C и оценивали окислительную активность после выполнения восстановительной обработки в течение 20 секунд.
Пример 7
2
2
3
[0055] Здесь 19,0 г порошка CeO диспергировали в 300 см дистиллированной воды и к ним примешивали раствор нитрата Pt, содержащий Rh в количестве 1,0 г, с перемешиванием. Затем выполняли нагрев с перемешиванием и осуществляли испарение до тех пор, пока не исчезла влага. Полученный порошок прокаливали в электропечи при 500°C в течение 2 часов и получили порошок Pt/CeO с концентрацией Pt в 5,0 мас.%. Этот порошок уплотняли и формовали, приготовив катализатор в виде гранул с размером от 0,5 мм до 1,7 мм.
[0056] После того, как выполнили окислительную обработку при 600°C, температура понижали до 300°C и оценивали окислительную активность после выполнения восстановительной обработки в течение 20 секунд.
Сравнительный пример 5
[0057] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 3, и после того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без восстановительной обработки.
Сравнительный пример 6
[0058] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 4, и после того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без восстановительной обработки.
Сравнительный пример 7
[0059] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 2, и после того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без восстановительной обработки.
Сравнительный пример 8
[0060] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 6, и после того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без восстановительной обработки.
Сравнительный пример 9
[0061] Окислительную обработку выполняли при 600°C с использованием катализатора из примера 7, и после того, как температуру понизили до 300°C, оценивали окислительную активность без восстановительной обработки.
[0062] Для проведения оценки выполняли оценку на основе модельного газа. В качестве составов газов для оценки использовали составы газов, показанные в таблице 2, а количество образца для оценки составляло 3 г.
[0063] Фиг. 9 является графиком, показывающим степени окисления примера 3 и сравнительного примера 5, и показывает представленные в таблице 5 экспериментальные результаты в виде графика.
Таблица 5
Степень окисления C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> (%)
Пример 3
6,42
Сравнительный пример 5
0,48
3
8
3
8
3
8
[0064] Пример 3 и сравнительный пример 5 отличались тем, выполнялась ли восстановительная обработка. В примере 3 степень окисления пропана (CH) составляла 6,42%. С другой стороны, в сравнительном примере 5 степень окисления пропана (CH) составляла 0,48%. Поэтому можно видеть, что пример 3, в котором выполняли восстановительную обработку, имел более высокую степень окисления пропана (CH) и более выгодную окислительную активность, чем сравнительный пример 5, в котором восстановительную обработку не выполняли.
[0065] Фиг. 10 является графиком, показывающим степени окисления примера 4 и сравнительного примера 6, и показывает представленные в таблице 6 экспериментальные результаты в виде графика.
Таблица 6
Степень окисления C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> (%)
Пример 4
38,74
Сравнительный пример 6
22,96
3
8
3
8
3
8
[0066] Пример 4 и сравнительный пример 6 отличались тем, выполнялась ли восстановительная обработка. В примере 4 степень окисления пропана (CH) составляла 38,74%. С другой стороны, в сравнительном примере 6 степень окисления пропана (CH) составляла 22,96%. Поэтому можно видеть, что пример 4, в котором выполняли восстановительную обработку, имел более высокую степень окисления пропана (CH) и более выгодную окислительную активность, чем сравнительный пример 6, в котором восстановительную обработку не выполняли.
[0067] Фиг. 11 является графиком, показывающим степени окисления примеров 5-7 и сравнительных примеров 7-9, и показывает представленные в таблице 7 экспериментальные результаты в виде графика.
Таблица 7
Степень окисления C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> (%)
Пример 5
20,09
Пример 6
29,79
Пример 7
43,12
Сравнительный пример 7
4,13
Сравнительный пример 8
9,55
Сравнительный пример 9
13,64
3
8
3
8
3
8
3
8
3
8
3
8
[0068] Отличие между примером 5 и сравнительным примером 7, отличие между примером 6 и сравнительным примером 8 и отличие между примером 7 и сравнительным примером 9 заключались в том, выполнялась ли или нет восстановительная обработка. В примере 5 степень окисления пропана (CH) составляла 20,09%. С другой стороны, в сравнительном примере 7 степень окисления пропана (CH) составляла 4,13%. В примере 6 степень окисления пропана (CH) составляла 29,79%. С другой стороны, в сравнительном примере 8 степень окисления пропана (CH) составляла 9,55%. В примере 7 степень окисления пропана (CH) составляла 43,12%. С другой стороны, в сравнительном примере 9 степень окисления пропана (CH) составляла 13,64%.
3
8
[0069] Поэтому можно видеть, что примеры 5, 6 и 7, в которых выполняли восстановительную обработку, имели более высокую степень окисления пропана (CH) и более выгодную окислительную активность, чем сравнительные примеры 7, 8 и 9, в которых восстановительную обработку не выполняли.
[0070] Хотя выше были подробно описаны варианты реализации настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничено этими вариантами реализации, и могут вноситься различные конструктивные модификации. Например, хотя в описанных выше экспериментах был приведен пример, в котором опорная температура T3 и верхняя предельная температура T2 заданы равными идентичной температуре (400°C), опорная температура T3 может быть задана более высокой, чем верхняя предельная температура T2.