DK155541B - Fremgangsmaade til reduktion af partikelformet forurening i udstoedningsgas fra dieselmotorer og dieselmotor til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 155541 B

Opfindelsen angår reduktion af skadelige partikelformede forureninger, der findes i udstødningsgasser fra dieselmotorer .

5 Gasser fra dieselmotorer indeholder ofte findelte partikler af carbonhydrider og/eller carbon eller andre faste materialer, der fremkommer i form af røg. Røgen fra en dieselmotor består af faste/flydende partikler (nemlig faste partikler med et flydende ydre dæklag), faste kædeaggregater, hvori 10 sfæriske partikler med en diameter på mellem 100 og 800 Å er sammenbundet, flydende sulfater, flydende carbonhydrider og gasformige carbonhydrider. De faste/flydende partikler med adsorberede, flydende carbonhydrider og de faste kædeaggregater består sædvanligvis af højmolekylære, organiske forbindelser 15 og/eller uorganiske sulfater.

Der frembringes hvid røg, når motoren først starter, hvilket er et resultat af kondensationen af vanddamp på partikler, der foreligger i udstødningsgassen, således at 20 der dannes en fin tåge. Der dannes sort røg af dieselmotorer, når motoren er varmet op og indeholder en relativt høj andel af carbonpartikler. I blå røg foreligger der noget carbon, men også en relativt høj andel af gasformige, organiske forbindelser, såsom aldehyder. Ca. 90% af disse 25 røgdannende partikler har maximale dimensioner på under 1 μ, hvilket ligger inden for den indåndelige partikelstørrelse, og den maximale dimension af de resterende 10% af disse røgdannende partikler er under 4 ja. 1 2 3 4 5 6 Når dieselmotoren først er varmet op og står under fuld 2 belastning, kan driftstemperaturen være så høj, at af 3 brænding af de partikelformede forureninger finder sted 4 selv uden katalysator, nemlig ved ca. 600 °C eller der 5 over. Problemerne med de partikelformede forureninger 6 fremkommer derimod ved start og ved lave belastninger, hvor der er behov for en sænkning af afbrændingstempera-turen, således at de partikelformede forureninger kan af-

DK 155541 B

2 brændes, hvorved en tilstopning af katalysatormassen undgås.

Det er således opfindelsens formål at tilvejebringe en fremgangsmåde af den i indledningen til krav 1 angivne art, ved hvis hjælp man sættes i stand til på simpel og effektiv måde at afbrænde partikelformede forureninger i udstødningsgassen under alle driftsbetingelser af en dieselmotor, herunder også ved start og lave belastninger 10 deraf.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er af den i indledningen til krav 1 angivne art, er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne. De røgdannende 15 partikler eller partikelformede forureninger vil ved fremgangsmåden indtræde i katalysatorkammeret, hvori de bringes i kontakt med katalysatoren, således at hele mængden af de partikelformede forureninger eller en væsentlig del deraf også under start eller lave belastnin-20 ger af dieselmotorer vil blive afbrændt, fordi det har vist sig, at katalysatoren nedsætter afbrændingstemperaturen fra den ikke-katalytiske værdi af ca. 600 °C til en temperatur omkring 200-210 °C. Herved undgås tilstopning af katalysatoren, katalysatorens nyttige driftsperio-25 de er betydeligt længere, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen er derfor betydeligt mere økonomisk end kendte fremgangsmåder af denne art. Ved jo lavere temperaturer de partikelformede forureninger oxideres og dermed bortskaffes fra katalysatoren, desto hurtigere bliver denne rege-30 nereret, og desto lavere bliver modtrykket, hvilket forbedrer driftsøkonomien.

Man kender fra GB patentskrift nr. 1.471.138 katalytiske systemer til behandling af udstødningsgasser i biler. For 35 det første focuserer den foreliggende opfindelse udelukkende på dieselmotorer, og dernæst focuserer den forelig- 3

DK 155541B

gende opfindelse på de partikelformede kontaminanter i udstødningsgassen, altså sod, hvorimod de kendte katalytiske systemer udelukkende er rettet på behandling af udstødningsgasser fra eksplosionsmotorer. Dette stemmer også overens med, at de ved 5 opfindelsen anvendte behandlingsorganer er beskrevet som filtre, hvilket ikke er tilfældet ved de kendte behandlingsorganer. Det specifikke problem, som den foreliggende opfindelse løser, er således ikke beskrevet i GB patentskrift nr. 1.471.138, og ej heller beskrives løsningen dertil i GB patentskrift nr. 1.471.138.

10

En foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 2 angivne. Herved opnås en særlig lav afbrændingstempera-tur af sod.

15

Dieselmotoren ifølge opfindelsen, der er af den i indledningen til krav 3 angivne art, er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 3 angivne. På grund af katalysatorens særlige konstruktion og sammensætning opnås, at hele mængden af 20 de partikelformede forureninger eller en væsentlig del deraf også under start eller lave belastninger af dieselmotoren vil blive afbrændt, fordi katalysatoren som anført nedsætter afbrændingstemperaturen fra den ikke-katalyserede værdi af ca.

600 °C til en temperatur omkring 200-210 °C. Herved undgås 25 tilstopning af katalysatoren, hvilket er ensbetydende med et lavt modtryk og en god driftsøkonomi.

Særligt foretrukne udførelsesformer for dieselmotoren ifølge opfindelsen er ejendommelige ved det i den kendet-eg-30 nende del af krav 3-10 angivne.

Det er ganske vist fra USA patentskrift nr. 3 911 676 kendt, at man kan føre udstødningsgasser fra en motor direkte ind i et kammer med et katalysatorlag, ligesom 35 midler til at øge turbulensen er kendt derfra. Det fremgår endvidere af patentets spalte 2, linie 1-11, 4

DK 155541B

at udstødningsgassernes temperatur ligger over 800°F, fortrinsvis mellem 1000 og 1200°F (over 427°C7 fortrinsvis mellem 538 og 649 °C). Det særlige sodproblem, der optræder ved dieselmotorer under start og ved lave 5 belastninger, er dog ikke en del af denne kendte teknik.

Det er ganske vist også fra USA patentskrift nr. 4 087 966 kendt, at udstødningsgas fra motorcylindre direkte kan tilføres til en katalysator. Det fremgår endvidere af pa-10 tentets spalte 11, linie 27-32, at en normal temperatur af udstødningsgassen er ca. 600 °C. Man gør her brug af afbrænding af sodpartiklerne ved hjælp af høje temperatu rer. Det er et alternativ til denne kendte teknik, som opfindelsen frembringer, idet opfindelsen tilbyder en af- · 15 brænding af sod ved lave temperaturer, således at afbrændingen også kan foregå ved start og lave belastninger.

Endeligt er det ganske vist også fra britisk patentskrift nr. 1 446 856 kendt, at man kan opbygge et katalysator-20 lag af en bærer, der kan være af et metallisk ma teriale, et primært lag af et oxid og et sekundært lag af blandt andet platin, palladium eller rhodium.

Af patentets side 6, linie 18-29 fremgår det, at de foretrukne temperaturer for udstødningsgasserne ved 25 den katalytiske oxidation er mellem ca. 500 og 850°C.

Denne kendte teknik angår ikke afbrænding af sod, og langt mindre anvendelsen af lave temperaturer for at regenerere filtreringssystemerne, der er blevet tilstoppet med sod.

I forbindelsen med den kendte teknik, der svarer til de 30 tre før angivne patentér, hvilke kan siges at illustrere den teknik, der er anført i indledningen til hovedkravet, gælder det således, at katalysatorsystemet udnyttes ved relativt høj temperatur. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der iøvrigt udelukkende relaterer til 35 dieselmotorer i modsætning til de ovenfor anførte tre patenter, som alle relaterer til forbrændingsmotorer i al-

DK 155541 B

5 mindelighed, er katalysatoren aktiv ved en betydeligt lavere temperatur, nemlig svarende til en afbrænding af partikelformede forureninger mellem ca. 207 og ca. 265 °C, hvilket repræsenterer en betydeligt teknisk fordel, idet 5 den ønskede sodafbrænding også finder sted under start og ved lave belastninger.

Sædvanligvis finder den katalytiske oxidation af car-bonpartikler sted ved ca. 400°C, hvorimod de normale 10 temperaturer for forbrændingen af sådanne partikler er 700-800°C. For carbonhydridpartikler vil katalytisk oxidation finde sted ved temperaturer på ca.

200°C. Virkningen af en katalysator i forbindelse med den temperatur, ved hvilken katalytisk oxidation af 15 partikler, der er medrevet i udstødningsgasstf.ømmen ved en diesenmotor, fandt sted, blev studeret. Der fremstilledes et antal prøvekatalysatorer. Katalysatorerne omfattede et substrat, der var fremstillet på basis af tråde af rustfrit stål af type 310 og med en 20 diameter på 0,025 cm, valset ned til et bånd,· hvis· tykkelse er 0,01 cm, et lag af alumina og et lag af et eller flere metaller af platingruppen i en mængde af 2,46 mg/g alumina. En portion af overtrukket tråd blev afskåret fra en katalysator og opvarmet gradvist, 25 idet man hævede temperaturen sammen med partikelformet materiale, opsamlet fra udstødningsgasstrømmen i en dieselmotor, i prøveskålen af et differentialt skanderende colorimeter (et DSC) i en atmosfære af 1% oxygen i argon. Prøver af atmosfæren over prøveskålen blev via et opvarmet 30 kapillarrør ført til et massespektrometer. Der blev sporet fire massetal: carbonmonoxid (44), dobbeltiladet argon (20), oxygen (32) og vand (18) eller nitrogen og carbonmonoxid (28). Den temperatur, ved hvilken den differentiale afbildning af DSC havde sin top, antoges at være den temperatur, ved 35 hvilken forbrændingen af de partikelformede materialer fandt sted. Denne temperatur kan betegnes ”afbrændingstemperaturenM.

DK 155541B

« ' - 6

Resultaterne er angivet i den følgende tabel:

Aluminaindhold Katalytiske Afbrændings- 5 (g/g tråd) metaller temperatur (°c) 0,33 5,7% Rti 94,3% Pt 235 0,28 67% Pt 33% Pd 207 0,30 Pd 265 0,28 Pt 220 10

Afbrændingstemperaturen af partikelformet materiale fra udstødningsgasstrømmen af en dieselmotor, 207 til 265 °C, er betydeligt lavere end den temperatur, ved hvilken forbrændingen finder sted, når der ikke er nogen katalysator 15 tilstede.

Da tilstedeværelsen af en katalysator muliggør, at oxidation af de røgdannende partikler i en gas finder sted ved lavere temperatur end den normale temperatur, ved 20 hvilken der finder forbrænding sted, når man ønsker at gennemføre den katalytiske oxidation af eventuelle røgdannende partikler i udstødningsgassen fra en dieselmotor, er som 'følge deraf kun liden eller ingen opvarmning nødvendig. Dette skyldes, at temperaturen af 25 en dieselmotors udstødningsgas er ca. 400°C, når den drives under middelhøje eller fulde omdrejninger, således at der ikke kræves nogen forvarmning af de udstødningsgasser, der udgår fra motoren, før man fører udstødningsgassen over en katalysator.

30

Det filamentagtige, metalliske substrat kan foreligge i form af en tråd, og det er anordnet sådan, at det tilvejebringer maximal kontakt mellem det katalytiske metal og udstødningsgasserne. Fortrinsvis foreligger tråden i en flad form, der 35 sædvanligvis fremkommer ved nedvalsning før udfældningen af udvaskningsovertræk og katalytisk metal. Under driften af en

DK 155541 B

7 dieselmotor eller en lignende motor, hvori der foreligger et overskud af luft eller oxygen i forhrændingskammeret, sikrer en sådan kontakt, at en væsentlig andel af de forurenende materialer, som beskrevet i det foregående, undergår ka-5 talytisk oxidation.

En foretrukken udførelsesform for dieselmotoren ifølge opfindelsen omfatter, at huset omfatter et antal indgange svarende til antallet af udstødningsåbninger i 10 motoren, og at apparatet er anbragt i umiddelbar nærhed af motorens udstødningsåbninger.

Den katalysator, der anvendes i dieselmotoren, omfatter: 15 a) et delt substrat, der er anordnet i gasstrømmens bane, således at der skabes turbulens i udstødningsgasstrømmen; b) et adhærerende ildfast lag af metaloxid, der er anord-20 net på overfladen af substratet; og c) et katalytisk metal, der kan være Ru, Rh, Pd, Ir,

Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce, legeringer deraf og intermetalliske forbindelser, der indeholder mindst 25 20 vægt-% af et eller flere af de angivne metaller, der er anordnet på overfladen eller gennem hele det af metaloxid bestående, ildfaste lag.

Det ildfaste, af metaloxid bestående lag indeholder for-30 trinsvis i form af oxider et eller flere medlemmer af den gruppe, der består af Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthani-derne, Ti, Zr, Hf, Th, Ta, V, Cr, Mn, Co, Ni, B, Al, Si eller Sn. 1

Et foretrukket ildfast materiale er og alumina-hy- drater, men stabiliserende oxider, såsom BaO og oxider, 8

DK 155541B

der fremmer katalytisk aktivitet, såsom Ti02, Zr02,

HfC>2, ThC>2, Cr2°3 °9 N:*-0' kan være tilstede.

En foretrukken form for katalysatorsubstratet omfatter en 5 struktur, der er fremstillet af vævet eller strikket tråd og en endog mere foretrukken form er vævet eller strikket tråd, der er blevet valset ned før tildannelsen til vævet eller strikket form. Passende legeringer, der kan anvendes ved fremstillingen af tråden, er korrosionsresistente, og 10 især oxidationsresistente basismetallegeringer.

Eksempler på sådanne basismetallegeringer er nikkel- og chromlegeringer med et samlet indhold af Ni plus Cr, der er over 20 vægt-%, og legeringer af jern, der også indehol-15 der mindst et af grundstofferne chrpm (3-40 vægt-%), aluminium (1-10 vægt-%), cobalt (spor-5 vægt-%), nikkel (spor-72 vægt-%) og carbon (spor-0,5 vægt-%). Sådanne substrater er beskrevet i tysk offentliggørelsesskrift nr. 2 450 664.

20 Andre eksempler på basismetallegeringer, der er i stand til at modstå de extreme betingelser, der 'kræves, er jern-aluminium-chrom-legeringer, der også kan indeholde yttrium. Denne sidst angivne legering kan indeholde 0,5-12 vægt-%

Al, 0,1-3,0 vægt-% Y, 0-20 vægt-% Cr og resten Fe. Disse 25 er beskrevet i USA patentskrift nr. 3 298 826. Et andet sortiment af Fe-Cr-Al-Y legeringer indeholder 0,5-4 vægt-%

Al, 0,5-3,0 vægt-% Y, 20,0-95 vægt-% Cr og resten Fe, og disse er beskrevet i USA patentskrift nr. 3 027 252.

30 Som et alternativ kan basismetallegeringerne have mindre korrosionsresistens, f.eks. blødt stål, men med et beskyttende overtræk, der dækker overfladen af substratet som beskrevet i vor samtidigt verserende engelske ansøgning nr. 7 903 817, dateret 2. februar 1979.

Når man anvender tråd som substrat, ligger tykkelsen der- 35

DK 155541 B

9 af fortrinsvis mellem 0,0025 og 0,051 cm, især mellem 0,0025 og 0,030 cm.

5 På tegning viser: fig. 1, 2 og 2A forskellige udførelsesformer for apparatet til reduktion af forurenende stoffer i dieselmotoren ifølge opfindelsen, 10 •fig. 3 og 4 forskellige alternativer til det organ i apparatet, som muliggør gaspassage til udstødningsrøret, og rig. 5-14 grafiske afbildninger af resultatet af de senere 15 angivne køreprøver, hvor de punkterede linier svarer til de senere angivne basislinietal og de fuldt optrukne linier ;varer til tallene med den senere angivne modificerede motor.

Ved en udførelsesform for opfindelsen foreligger katalysa-20 toren i et reaktionsrør, der er anordnet i det væsentlige centralt i udstødningskammeret. Udførelsesformen vil blive beskrevet under henvisning til fig. 1. Den ydre væg, 1, af udstødningskammeret har åbninger 7, 8, 9 og 10, der ;tøder op til og ér kontinuerte i forhold til udstødningsåb-25 ningerne af cylinderne/ Cg en udgang 12, i umiddelbar nærhed af udstødningsrøret 11. Reaktionsrøret 2, der er understøttet i kammeret ved stivere 5 og 6, indeholder den understøttede katalysator 3. Reaktionsrøret er anordnet sådan, at udstødningsgassen på det stadium, hvor den træder 30 ind i udstødningskammeret, skal passere gennem reaktionsrøret og dermed komme i tæt og kontinuerlig kontakt med katalysatoren, før den forlader udstødningskammeret og træder ind i udstødningsrøret. Udstødningsgasstrømmen gennem udstødningskammeret betegnes generelt ved de mærkede 35 pile F^, F2, F^, F^, F^ og Fg. Forbrændt gas strømmer ind fra cylinderåbningerne gennem åbningerne 7, 8, 9 og 10 og strømmer langs reaktionsrøret 2, og ud i udstødningsrøret 11. En tilbageholdende stang 4 er anordnet på tværs

DK 155541 B

10 af udgangen af reaktionsrøret for at sikre, at katalysatoren forbliver i position.

5 Katalysatorunderstøtningen er fortrinsvis af strikket tråd net. Dette kan tildannes til en enkelt monolith, eller : det kan være fremstillet, så der foreligger flere ringformede sektioner.

10 Laget af ildfast materiale og det katalytiske lag kan påføres separat på hver sektion eller efter, at sektionerne er blevet sammenknyttet. Som et alternativ kan man på bæreren, i sektioner eller sammenknyttet, påføre det ildfaste materiale og det katalytiske lag efter, at den er 15 blevet indført i reaktionsrøret.

En yderligere udførelsesform vil blive beskrevet under henvisning til fig. 2. Den ydre væg, 21, af det katalytiske kammer har åbninger 27, 28, 29 og 30, i umiddelbar 20 nærhed af og i kontinuitet med udstødningsåbningerne af cylinderne, og en udgang 32, i umiddelbar nærhed af udstødningsrøret 31· Katalysatoren 23/ der omfatter en understøtning, et lag af udvaskningsovertræk og et katalytisk metal, er anordnet på en sådan måde, at udstødningsgassen 25 i det stadium, hvor den træder ind i katalysatorkammeret, er tvunget til at passere gennem mellemrummene af den angivne katalysator, før den forlader kammeret og træder ind i udstødningsrøret. Udstødningsgassen strømmer gennem katalysatorkammeret, som angivet ved de mærkede pile , 30 F42» F43» f44 °S f45* Gassen strømmer ind fra udstødnings åbningerne som vist ved F^, F^, F^ og F^ og derpå gennem katalysatoren og ud i udgangsrøret 22 som vist ved F45* 35 I denne udførelsesform er bæreren for katalysatoren fortrinsvis af strikket tråd, der kan foreligge i sektioner eller som en enhed, men hvis den foreligger i sektioner, f.eks. af munkeringskonfiguration, er disse normalt sammenknyttet, før bæreren anbringes i kammeret.

DK 155541 B

11

En ende af bæreren er aflukket ved fastgøring, f.eks. ved svejsning, af en skive 26 dertil, og en ringformet skive 25 ved den anden ende holder bæreren i 5 position. Den understøttede katalysator er anordnet i kata lysatorkammeret som vist på fig. 2 ved at fastgøre enderne dækket med skiverne 25 og 26 til den ydre væg af .kammeret. For at sikre, at bæreren ikke kollaberer indad, muliggør et cylindrisk og perforeret udgangsrør 22, 10 der er anordnet i katalysatorkammeret, at gas kan passere derigennem og fortsætte til udstødningsrøret 31. Røret 22 kan være konstrueret af trådnet, eller det kan være et perforeret metalrør med huller eller spalter.

15 Fig. 3 viser en alternativ udførelsesf om, hvori man i stedet for et perforeret udgangsrør i katalysatorkammeret anvender en serie af fem stive stænger, 100-500, der løber langs længden af kammeret. Disse holdes i et indbyrdes fixeret rumligt forhold, idet man derved holder den under-20 støttede katalysator stift på plads indeni kammeret, un der anvendelse af afstandsplader 600. Afstandspladerne i par forbinder tre af de fem stænger, og de foreligger sædvanligvis i rette vinkler i forhold til hinanden, idet de er anordnet langs en diameter af det centrale, cylindriske 25 udgangsrør. To eller flere par af afstandsplader kan an vendes, og de er sædvanligvis anordnet med regelmæssige intervaller i kammerets længderetning. Som et alternativ kan afstandspladerne anvendes i stedet for stave, hvor de ville være kontinuerlige over længden af kammeret, som 30 vist på fig.. 4. Stave og afstandsplader behøver blot at være konstrueret af et materiale, der er resistent overfor oxidation op til mindst 800°C.

En yderligere udførelsesform vil blive beskrevet under 35 henvisning til fig. 2A, hvor for nemheds skyld kun to ud stødningsåbninger er vist. Den ydre væg 100 af katalysatorkammeret har åbninger 101 og 102 i umiddelbar nærhed af Og i kontinuitet med udstødningsåbningerne af cylinderne,

DK 155541 B

12 og en udgang 103 i umiddelbar nærhed af udstødningsroret. Katalysatoren 104, omfattende en bærer, et ildfast materiale og et katalytisk metal, er anordnet så-5 dan, at udstødningsgassen skal passere gennem katalysatoren før den forlader kammeret. Katalysatoren er anordnet i kammeret under anvendelse af afstandsplader 105, som beskrevet i det foregående. En ende af afstandspladerne 109 er fixeret til kammervæggen 100, og en skive eller metal-10 plade,108, er fastgjort til den anden ende af afstandspladerne for at sikre, at ingen udstødningsgas kan forlade kammeret uden at passere gennem katalysatoren. Udstødningsgassen strømmer ind i kammeret gennem åbningerne 101 og 102, og ned gennem bøsningerne 106 og 107, ind i det indre 15 rum 110, der er tilvejebragt ved hjælp af afstandspladerne 105· Udstødningsgassen strømmer derpå gennem katalysatoren i udadgående retning og derpå gennem udgangen 103. Strømmen af udstødningsgassen er angivet ved de mærkede

Pile F9q “ F109' 20

Understøtningen for katalysatoren er fortrinsvis af strikket tråd, der kan foreligge i fire sektioner eller i tre enheder. Hvis understøtningen foreligger i sektioner, f. eks. af munkeringskonfiguration, er de normalt sammenknyt-25 tet, før understøtningen indføres i kammeret.

EKSEMPEL 1

Z

Multicylindermotoren med volumenkapacitet 2000 cmr i en på 30 markedet foreliggende bil, der drives ved dieselkraft, blev modificeret for at påvise de resultater, der er opnået under drift i henhold til opfindelsen.

Man forsynede motoren med et katalysatorkammer, som beskre-35 vet i den første udførelsesform (fig. 1) ifølge opfindelsen, som beskrevet i det foregående. Der fremstilledes en strikket katalysatorunderstøtning af nettypen ud fra tråd med følgende sammensætning:

DK 155541 B

13 Vægt-^ 3 Cr 15 Ål 4 Y 0,3

Fe rest På denne bærer var der udfældet et ildfast materiale .be- 1 o stående af gamma-alumina stabiliseret med 5 vægt-$ BaO og et katalytisk metallag bestående af platin og palladium.

Pt/Pd indholdet var 2,5 g totalt (Pt:Pd forhold 1:1) på 3 et totalt katalysatorvolumen af 84 cm . Resultaterne 1, fremkom ved at køre motoren ved hjælp af diesel-cyklussen LA4, jævnfør forklaringen efter tabel 11. Carbonhydrid-erne, carbonmonoxidet, nitrogenoxiderne og de partikelformede materialer, der forelå i udstødningsgasserne, blev målt i g/1,6 km. Basisliniemålinger blev først ud-20 ført uden nogen katalysator i kammeret, men med modtryk indstillet på den samme værdi som med den coreliggende katalysator. Resultaterne er angivet i tabel 1: 25 TABEL 1

Partikelfor- HC, g/1,6 km GO, g/1,6 km N0„f g/1,6 km met materiale _ _ _ g/1,6 km

Basis- linie- 1,54 1,93 1,53 0,85 30 tal

Modifi- ceret 0,214 1,892 0,979 0,44 motor

Det viste sig, at modtrykket var højt.

35

EKSEMPEL 1A

Der blev gennemført yderligere forsøg under anvendelse af den samme katalysator som i det ovenstående eksempel 1. Emissioner svarende til partikelformet materiale i basis-

DK 155541B

14 linien under anvendelse af det samme køretøj blev bestemt i fire prøver som tal med benævnelsen g/1,6 km. Disse for-5 søg blev udvidet, så de omfattede termogravimetriske be-.stemmelser af procentdelen af carbon og flygtige materialer, der forelå inden i det partikelformede materiale, og af værdien af størrelsen målt i enheden g sulfat/1,6 km, som forelå inden i det partikelformede materiale. De op-10 nåede resultater fremgår af den følgende tabel:

Basislinietal

Forsøg Partikelfor- % flygtige nr. met materiale, % carbon stoffer Sulfater, 15__g/1,6 km____ g/1,6 km 1 0,582 62,5 37,5 0,015 2 0,512 58,0 42,0 0,011 3 0,509 59,6 40,4 0,012 4 0,482 61,8 38,2 0,012 20 NB: Alle de ovenfor angivne målinger blev fuldført på en varm kørselcyklus af typen LA4, jævnfør forklaringen efter tabel 11.

25

De fulde basislinie-emissioner bestemt for HC, CO og NO

X

blev også bestemt, idet resultaterne er som følger:

Forsøg nr. HC,g/1,6 km CO, g/1,6 km NO^.g/l^ km 30 1 0,350 1,564 1,775 2 0,339 1,529 1,803 3 0,354 1,561 1,786

Et katalysatorkammer blev konstrueret indenfor de begræns-35 ninger, der forelå i køretøjet, uden at man udførte nogen modifikationer i konstruktionen af motorens indretning.

Dette resulterende i et katalysatorvolumen på 0,9 liter, hvilket man antog var uhensigtsmæssigt, men i forbindelse med hvilket man fuldførte fuldstændige prøver. Resultaterne af disse er som følger:

DK 155541 B

15

Forsøg met^materiale , Sulfater, nr. \/i;6 km °/o carbon stoffer g/1,6 km 1 0,494 79,4 20,6 0,036 2 0,441 76,4 23,6 0,037 5 3 0,444 75,3 24,7 0,035 4 0,515 67,3 32,7 0,055 5 0,466 63,4 36,6 0,064 6 0,492 76,1 23,9 0,051 NB: Køretøjet havde kørt 805 vej-kilometer før den første ^ prøve, og hele forsøgsperioden blev fuldført, men man simulerede bykørselsbetingelser under anvendelse af LA4 cyklussen, jævnfør forklaringen efter tabel 11.

Resultaterne opnået for HC, CO og N0X emissioner var som I5 følger:

Forsøg nr. HC, g/1,6 km CO.g/1,6 km N0vr g/1,6 km 1 0,224 0,979 1,892 20 2 0,238 1,073 1,874 3 0,215 0,981 2,014 EKSEMPEL 2 25 Et andet katalysatorkammer, som beskrevet i den anden ud førelsesform (fig. 2) blev monteret på motoren. Man gjorde brug af en strikket bærer fremstillet af den samme tråd som den i eksempel 1 anvendte, igen med et ildfast materiale af gamma-alumina. Laget af katalytisk metal 30 omfatter 7,5 vægt-% rhodium og 92,3 vægt-% platin. Det to tale katalysatorvolumen var 1803 cnr\ Vægten af anvendt bærer v?.r ca. 1,6 kg, 5 g ildfast materiale, nemlig alumina,og 2,9 g af de katalytiske metaller Rh og Pt i det ovenfor angivne forhold blev påført på bære-35 ren. Man foretog basisliniemålinger uden, at der var nogen katalysator tilstede i det kammer, der var tilknyttet til

DK 155541B

16 motoren. Resultaterne er angivet i tabel 2, idet bilen er drevet gennem LA4 cyclus med en varm start.

TABEL 2

Partikelfor- 5 met materiale, HC,g/l,6 km CO, g/1.6 km N0::,g/1,6 km g/1,6 km

Basislinietal 0,35 1,55 1,8 0,57

Modificeret motor 0,2 0,5 2,1 0,31 10

Modtrykket uden at der er nogen katalysator tilstede i kammeret var 6,10 cm Hg og 8,89 cm Hg, når katalysatoren er tilstede i kammeret. Atomforholdet C/H i de partikel-formede materialer, der er tilstede i udstødningsgassen 15 før og efter passage gennem katalysatorkammeret, blev målt og det er angivet i det følgende i tabel 3 med en varm start for motoren.

20 TABEL 3 C/H forhold i partikelformet materiale i udstødningsgas Før katalysator Efter katalysator 25 C 63 80 H 37 20

Dette er et mål for reduktionen af indholdet af organiske forbindelser i udstødningsgasserne. Den koncentration af 30 sulfat, der er tilstede i udstødningsgasserne før og efter katalysatoren, blev målt, og det viste sig, at den var u-ændret.

Yderligere opnåede resultater er angivet i det følgende i 35 tabel 4 med en koldstart for motoren.

DK 155541 B

17 TABEL 4

Partikel- HC,g/l,6 km CO, g/1,6 km N0X,g/1,6 km te^ale?®' __ _ _ g/1,6 km 5 Basislinietal 0,41 1,3 1,9 0,62

Modificeret motor 0,242 0,274 1,86 0,42

Modificeret motor 0,218 0,252 1,86 0,4 10 Sammensætningen af det foreliggende partikelformede mate riale i udstødningsgassen er angivet i det følgende i tabel 5 med en koldstart for motoren.

tabel 5 15

Sulfater, Carbon, Adsorberede HC'er, g/1,6 km g/1,6 km _g/1,6 km

Basislinietal 0,11 0,34 0,165

Modificeret

Motor 0,11 0,28 0,025 20

Resultaterne i tabel 2, 3, 4 og 5 blev opnået under anvendelse af en kommercielt tilgængelig automobil, der blev fremdrevet ved hjælp af en dieselmotor. Motoren var blevet modificeret med et katalysatorkam-25 mer, der var sat på plads som tidligere beskrevet.

Bilen havde fuldført en 805 km rundtur i et forsøgskredsløb, før den blev kørt gennem taxacyklus med en maximal hastighed af 40 km/time, jævnfør forklaringen efter tabel 11.

30

Der blev gennemført yderligere forsøg under anvendelse af en bil med en kommercielt tilgængelig dieselmotor. Et katalysatorkammer, som beskrevet i den anden udførelsesform, som vist på fig. 2, blev monteret på 35 motoren. Der blev fremstillet en understøtning af tråd af rustfrit stål af type 310 med tværsnit på

DK 155541B

18 0,010 cm før strikningen. Rustfrit stål af type 310 er austenitisk rustfrit stål med et carbonindhold på op til 0,25 og med et indhold af mangan, phosphor, svovl og silicium. Understøtningen blev overtrukket 5 med et udvasknings overtræk af gamma-alumina. Lagets.

af det katalytiske metal omfatter 5,7 % rhodium og 94,3 % platin med en belastning på 883 g/m . Vægten af anvendt tråd var 3,200 g med 1,200 g ildfast materiale. Det totale volumen af anvendt katalysator 3 10 var 3556 cm .

Vægten af tilstedeværende partikelformet materiale i udstødningsgassen blev målt ved at føre et kendt volumen af udstødning gennem en fortyndingstunnel, hvor den blev for-15 tyndet med et indstillet volumen af luft for at forhind re tørstofferne i at bundfælde, før man fører gasserne gennem en filterpude. Vægten af partikelformet materiale muliggør, at man kan beregne en værdi for det partikelformede materiale i g/time. Det partikelformede materiale, 20 der er tilstede i udstødningsgassen, blev analyseret yderligere til bestemmelse af den termogravimetriske vægt og vægten af flygtige komponenter, carbonhydrider, carbon og sulfat. Under anvendelse af den ovenfor angivne metode opnåede man et antal filterpuder til analyse.

25 Vægten af sulfat i det partikelformede materiale blev målt ved våd kemisk analyse af det partikelformede materiale. En anden prøve blev indført i en termogravime-trisk vægt, hvor prøven i en indifferent atmosfære blev opvarmet til en temperatur af 780°C, indtil vægten 30 blev konstant. Vægttabet mellem den initiale vægt og den nye vægt er lig vægten af flygtige, tilstedeværende komponenter. Man indførte luft, og opvarmningen fortsatte, indtil vægten igen blev konstant. Forskellen mellem denne vægt og værdien af den tidligere kon-35 stante vægt angiver vægten af tilstedeværende carbon- komponenter. Den resterende del var aske og ikke brænd-

DK 155541 B

19 bart materiale, såsom jern.

Basislinie-målinger blev taget med et grenrør, der var tilsluttet til motoren i stedet for det kammer, der 5 indeholder katalysatoren. Man tog målinger med bilen, mens den blev drevet gennem LA4 diesel-cyklus med koldstart, og disse er angivet i den følgende tabel 6. Resultaterne med LA4 diesel-cyklus med varmstart er angivet i tabel 7, og resultaterne i forbindelse med 10 køreprøven på hovedvej er angivet i den følgende ta bel 8. Den anvendte hovedvejsprøve var den standard-prøvecyklus, der er anvendt i USA til forsøg med brændstofkonsumption.

15 De resultater, der er angivet i tabel 6 og 7, er vist i grafisk form på fig. 5-9, LA4 cyklus med koldstart, og på fig. 10-14 for LA4 cyklus varmstart (basislinietal punkteret linie og modificeret motor fuldt optrukne linier). Indholdet af LA4 cyklus forklares umiddel-20 bart efter tabel 11.

Reduktionen af koncentrationen af partikelformet materiale (målt i g/1,6 km) i en dieselmotor i henhold til opfindelsen er vist i tabel 6, spalte 3. Rectuk-25 tionen af adsorberede carbonhydrider og carbon, der er tilstede i det partikelformede materiale, er vist i henholdsvis spalte 7 og 9. Sulfattal viser en forøgelse i visse tilfælde, men det absolutte niveau af emissionen forbliver lavt.

30

Man foretog målinger af modtryk. Dette er forskellen mellem trykket af gasserne, når de forlader udstødningsåbningerne, og når de forlader kammeret. Resultaterne er angivet i tabel 9, når bilen drives gen-35 nem LA4 cyklus og i tabel 10 for køreprøven på hoved vejen.

DK 155541 Β ΊΙ 20

IS^rtNChtOHH -4 -4 VO CM

Procentisk σ\ in ia ri ιό η <f \ο <Γ νο ια differens fA^i-iAiAsf-sfcMsi- >α ia -4 -4

I I I I i I I I III I

N is m in σ\ h co ia -4 oo cd <friincnino\iDio cm h o n <t h CO CAH1AIS-CMHOH VO O H -4 CM -4

Carbon, m cmcmcmhcmcmiacm <1· cm cm cm <4 cm g/±,o jon 0 OOOOOOOO o o o o o o

HiomcococncMin Hcom vo

Procentisk cm i> cn vo cm -4 -4 oo movoco ia differens <D^co<z>ts-4cDS- tj- vo is- ts-

CM SCMiOinnOcM ® NM3i H

, , , , o mmcMrimcMoocM ia ω ts· ia h cn

Adsorberede <j- ^t-msiAioiAiAin o -4 Ό -4 o -4 carbonhydride °„ ° ° °Λ ° Ί ° ° °i ° ° ° °i ° g/1,6 km o oooooooo o ooooo % σ\ ia η

,jj vd IA *4 » » - H IA CD IA OS

+, Procentisk 4 ό 4 o ® in w h uj <f h co” u differens -4c£iahhvdhh 'f'i'T 'i ca + + + + + + + + i + i i -p 02 'd h ;4 co h o\ m cn σ> σι m w h cm cn σι s η σι ia co σι ia ia sm ia σι „ „ „ , O OHCMOCMVOHH cm h ia h cm h

Sulfat, o oooooooo o ooooo g/i,o km ο oooooooo ο ooooo

OlAlAIAcDIACDrl σιΙΑΟΟ -4

Procentisk 0- ^ w* £ 4 4 4 4 differens ia ia 4 cn iaca-4-ia φ ia ia ia

I i I I I I I I III I

Totalt parti- ^ ιοίΑΟΗ^οο-ίσι cm 4 vd φ cn cn kelformet ia coco4cmhhcos cn vo h o -4· o materiale, * ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ g/1,6 km o oooooooo o ooooo u ti ti o o o

-p -P -P

o o o

S S H

-μ -P -P

ø øøøø f-ι ·Η fn ·Η Pi ø fj 0 S 0

Ο ·Η O ·Η O

•Η Η ·Η Η Ή

Ch 01 <Μ Μ «Ι-Η •Η ·Η Ή -ri Ή

Cl 03 Τ) 01 Ό ο do li ο

S pq S pq S

σι s s

Η N CO 4 01 CO CD H IS- IS- Η H

S cD IA Cn CM Cn IA CO O ΙΑ H CO Η H

5 CO σι 0 00 IS N 0 CM (D CD IA O O

O O(JlrlCM4lAC0S CO ω cn H CM CM

DK 155541 B

21 I

Procentisk σι is σι u) ιλ cy is s o σι j vo differens in æ η h in" w o -i ujcno σι -i (Λ ίΛ I ri I I I I I I I I 111 i

Carbon/ ^ ^ h 4 ® il n m ® n is a I co S co ¢/1.6 km κι γΙΜλιοη(ι\ιοη ιο s o κ) σι m

D/'L,U fc\ cMHHHCMHAICM fA H W CM W W

•V AftisivAfin«» *k o 00000000 o 000,010

tAlAHSVOtANO) A S IS A

Procentisk ««««*»«* * * .* | *

H44-ifinOiCOM) -ί Ό -tf A

differens oocooocoscocooo oo 00 00 co

I I I I I I I I lit I

cm in 03 æ in cm -ΐ ιλ -tf σι <5 y— ΔγΙ ccnrhprsd© O A MO VO CM O O S O A O Ό Oi 01 S’

Aasoroereae ^ <flAIAIAlONCMIA O A CM Al O A

<; carbonhydri- oj 00000000 h 000 cm o ^ der /g/l?6 km q 00000000 o 000 o o t :

d ! 1 I

-P ·ί CM IA . Λ, i

Kl IS s - - - o SI All s Procentisk » in h * co h ia * o~s ·* j

p, j · s - - IS A H CO (\l °* H Ci I H

cd differens ΗνσσΐΗΑ-tfHoo ri φ in cm > 111++ + + + § -s* 1 i 1

^ CM <01 -tf S

J O 10 in CM -i 01 U3 ΙΑ H CM I A I

M CO cosiscriAHCM-tf σι σι is co νσ IA

cq OOOOOA-tfCMHHHAH HjH

<* c,,-1 ?a+ O ΟΟΟΟΟΟΟΟ O OOO O O

c_i Obtxx« ·-» / ^ *»·**·*·»***>·» * λ ·» I <* I

g/1,6 km o 00000000 o 000 0 0

C044(MV00linO VO A A H

Procentisk (ncMcD-imcoo-i co h 01 a { differens V'fV^'f'TVV W t 1”

Totalt parti-

τ,ρΐ -fn-rmpt Al -tfACOAH-tfAA CO S VO CO H CO

Keiiormex ^ ^ηγαοηοοό -4- cm co ss cm co materiale» a cmcmcmcmaacmcm a cm cm cm a cm g/1,6 km o 00000000 o 000 o o u u u o 0 0 +3 -p -p 0 o o

S SS

+3 -P -P

φ (D CD (D CD CD

•ri Sn ’ri Pi -P k

Cj CD S CD £j <D

•3 O -PC -P O

Η -P Η ·Ρ H ;P

ca «Μ W ep oj Sh •P ·Ρ ·Η ·Ρ ·Ρ ·Ρ - DJ 'd DJ -d DJ Ti 1 Cd o ,5 5 5 5 pq g m s n s σι ts s

H S CO A σι Ό CO H tS CS Η H

c 10 ΙΛ (31 Al fll IA CD O ΙΛ ri CO H r-f

5 10 OUO CO N MB Al COCOA O O

O OOiHAl-tfAMOS CO CO A H CM CM

DK 155541 B

22 co

Procentisk ^ ^ 'Ί ^ differens æ ^ £ vo

I + + I

H CTv

Carbon, crvHvovo-cfcnfocM

«/l £ OCMO<fVOHM3fA

g/l,o Km fncMroc^ro-cfrocM

oooooooo O CO in <i-

Procentisk cm co m c·- differens “J' “J'

cm . m t>- <f- in Η H

0) = M3COO\CMfOCnOCO

;> Adsorberede oc'-cocMCMcrimcn s carbonhydri- cmohocmocmo p der,g/l,6 km oooooooo ω

Jj vo o 03 ^ * CM Lf\

Procentisk & R ro in > differens cm ιλ -p + + + + ω i> o g

'— (Τι N U) IA r—I

COintNCFiCOinHCM m HlAHCMCMfAiA^J-

„ , „ . OOOHOOOO

,j Sulfat, - .....

g g/1,6 km oooooooo 3

En i

fO Η Η fA

Procentisk to cm o- o differens V + ’l' "ί „ , cMinfncovo<t-inrn

Totalt parti- m in ck σι h m cm o- kelformet “i " i. “ “1 ^ "i materiale, oooooooo g/1,6 km u u u u o o o o +>+>+>+> o o o o S S S £

-P -P -P -P

φφφφφφφφ •r) p ·Η p ·Ρ p ·Η p

βφβΦΡΦΡΦ •P O ·Η O ·Π O ·Η O

i—I Ή Η ·Ρ i—I ·<Η Η Ή tQ^mSHtQ'HCQ'P •P Ή ·Ρ ·Η ·Η ·Η ·Ρ *Ρ ω Ό ω·ΰ ΜΤΐ 03 Ό cdoajocdoojo msmsmsms σ\ ο s Ν j ^ Η Η 0^ Η Η CO MD Η Η ε ooooæfAfAOo

X OCMOiCTiHHCMCM

23 DK 155541B

TABEL 9

Modtryk i cm Hg Kørte km Basislinie Efter katalysatorkammer

Max, Gnsn. Max. Gnsn.

Yarm start 0 7,92 1,60 7,32 1,91 2897 8,69 2,54 6759 9,65 2,49 7886 9,32 2,31 8851 15,56 4,83 - 9817 6,15 1,65 11,63 3,63 13679 8,41 2,44 .20117 6,05 2,16

Kold start 0 6,71 1,22 8,99 2,18 2897 8,00 2,92 6759 11,68 2,44 7886 11,43 2,41 8851 12,34 4,19 9817 12,291 1,55 11,73 3,51 13679 8,33 2,44 20117 6,35 2,11 Højt tal skyldes sandsynligvis opbygning af sodaflejringer

24 DK 155541 B

TABEL 10 Modtryk i cm Hg Kørte km Basislinie Efter katalvsatorkammer

Max. Gnsn. Max. Gnsn.

2897 8,48 5,03 9817 5,08 2,79 10,29 7,37 13679 7,92 5,08 TABEL 11 Modtryk i cm Hg Kørte km Basislinie Efter katalvsatorkammer

Max. Gnsn. Max. Gnsn.

0 7,32 1,42 8,13 2,03 13679 11,38 1,55 11,73 3,51 1 den foregående beskrivelse har man anvendt de følgende forkortelser, og betydningen deraf er angivet i det følgende .

CVS - prøveudtagning ved konstant volumen 5 LA4 - Los Angeles cyklus som bestemt af kontoret for miljøbeskyttelse (Enviromental Protection Agency, EPA) og USA er en standardiseret prøvecyklus, der er udarbejdet sådan, at den simulerer kørsel til arbejde under sådanne trafikomstændigheder, der hersker i Los Angelo les. Det er yderligere en prøve, som alle nye køretøjer udsættes for.

Taxa-cyklus - en prøvecyklus, der er ca. 80 km lang, godkendt af EPA og gennemført med lave hastigheder op til 40 km/time og omfattende perioder, hvor 15 bilen er stationær og maskinen går i tomgang.

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til reduktion af partikelformet for-5 urening hidrørende fra udstødningsgas fra dieselmotorer, hvor man fører udstødningsgassen fra cylindrene i motoren ind i et kammer, der indeholder en katalysator på en bærer med en sådan konstruktion, at der frembringes turbulens, og at de partikelformede forureninger, der foreligger i 10 udstødningsgassen, kommer i kontakt med katalysatoren og i det mindste en del af de partikelformede forureninger udsættes for katalytisk oxidation, kendetegnet ved, at katalysatoren, der har karakter af et filter, er et substrat fremstillet ud fra et filamenfcagtigt, metal-15 lisk materiale i strikket, vævet eller knust form, et primært lag af ildfast materiale, fortrinsvis et metaloxid, der er påført på substratet, og et sekundært lag af et katalytisk materiale, der er påført på det primære lag, og at det katalytiske materiale er valgt blandt Ru, Rh,

20 Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Cé', legeringer, der indeholder mindst et af de angivne metaller, og inter-metalliske forbindelser, der indeholder mindst 20 vægt-% af et eller flere af disse metaller.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det katalytiske materiale omfatter 5,7 - 7,5 vægt-% Rh og 94,3 - 92,5 vægt-% Pt.

3. Dieselmotor til brug ved fremgangsmåden ifølge krav 30 1 eller 2 og omfattende et apparat til reduktion af for urenende stoffer, der foreligger i den udstødningsgas, som udsendes fra motoren, der har i det mindste en udstødningsåbning, kendetegnet ved, at apparatet omfatter et hus, der afgrænser et kammer, der indeholder en kataly-35 sator, at katalysatoren omfatter et substrat, der er fremstillet ud fra et filmagtigt, metallisk materiale i strik- DK 155541 B ket, vævet eller knust form, et primært lag af ildfast materiale, fortrinsvis et metaloxid, der er påført på substratet, og et sekundært lag af et katalytisk materiale, der er påført det primære lag, og at det katalyti-5 ske materiale er valgt blandt Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce, legeringer, der indeholder mindst et af de angivne metaller og intermetalliske forbindelser, der indeholder mindst 20 vægt-% af et eller flere af disse metaller, og at kammeret har en indgang i kommunikation 10 med udstødningsåbningen, via hvilken udstødningsgas, der udsendes fra motoren, føres ind i kammeret og føres gennem katalysatoren før passagen gennem et udstødningssystem til atmosfæren.

4. Motor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at huset omfatter et antal indgange svarende til antallet af udstødningsåbninger i motoren, og at apparatet er anbragt i umiddelbar nærhed af motorens udstødningsåbninger.

5. Motor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det metalliske substrat foreligger i form af et bånd med mindst to i det væsentlige flade, modstående overflader, og at det filaméntagtige, metalliske materiale foreligger i form af en tråd. 25

6. Motor ifølge krav 3 til 5, kendetegnet ved, at laget af ildfaste metaloxider er valgt blandt Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthaniderne, Ti, Zr, Hf, Th, Ta, V, Cr, Mn, Co, Ni, B, Al, Si og Sn, og at det første lag 30 er fremstillet af Al203, alumina-hydrater, BaO, Ti02, Zr02/ Hf02, Ttl02 eller Cr2°3*

7. Motor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at substratet er fremstillet ud fra en korrosionsresistent 35 legering, der indeholder et basismetal, især en legering, der indeholder nikkel og chrom, og som har et totalt ind- .27 DK 155541 B hold af nikkel og chrom, der er større end 20 vægt-%.

8. Motor ifølge krav 7, kendetegnet véd/ at substratet er fremstillet ud fra en legering af 5 jern, herunder mindst et af grundstofferne chrom (3-40 vægt-%), aluminium (1-10 vægt-%), cobalt (spor til 5 vægt-%), nikkel (spori.til 72 vægt-%) og carbon (spor til 5 vægt-%).

9. Motor ifølge krav 8, kendetegnet ved, at basismetallegeringen omfatter yttrium i en mængde mellem 0,1 og 3,0 vægt-%.

10. Motor ifølge krav 3, kendetegnet ved, 15 at substratet er fremstillet ud fra et metallisk materiale med en tykkelse, der ligger indenfor intervallet mellem 0,0025 og 0,051 cm. , 20 25 1 35