ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ПРИ ПОНИЖЕННОМ СОДЕРЖАНИИ РОДИЯ Российский патент 2011 года по МПК B01D53/94 B01J23/44 B01J23/46 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству из области дополнительной обработки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Уже известны каталитические системы для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, с которыми вредные вещества в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания можно превратить в неопасные или менее вредные компоненты. Такие каталитические системы обычно содержат катализатор, часто рядом с двигателем, с каталитически эффективным наполнением благородными металлами из группы платины, в частности элементами платины, палладия и родия. Так как платина имеет пониженную термостабильность, предпочтительно наполнение благородными металлами с элементами палладий и родий, причем родий благодаря его восстанавливающему действию используется для конверсии окислов азота (NOx), а палладий благодаря его окисляющему действию используется для конверсии углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO).

Наполнение катализаторов благородными металлами означает значительный фактор издержек, но его нельзя произвольно снижать, если должны достигаться законодательные нормы касательно отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, соответственно автомобилей. В частности, для достижения европейской нормы для отработавших газов Евро-4 в настоящее время для фракции благородных металлов требуется весовое отношение элементов палладий и родий 5:1 и удельное содержание родия 6,66 г/фт³ (0,0236 г/л) в расчете на объем катализатора Vк. Указанные значения для удельного содержания родия соответствуют абсолютному содержанию родия 0,0296 г для катализатора объемом 1,258 л и абсолютному содержанию 0,0236 г для катализатора объемом 1 л, причем были приняты соответственно плотность ячеек 600 cpsi (ячеек на квадратный дюйм) (93 ячейки на см²) и толщина стенок каналов, через которые протекает отработавший газ, 4,3 мил (0,11 мм) (один мил = 0,0254 мм). Так как цена за грамм родия примерно в 10 раз выше, чем за грамм палладия, понятно, что уменьшение относительного и абсолютного содержания родия в катализаторах для отработавших газов является желательным как из соображений затрат, так и для постоянного управления сырьем.

Существенным фактором, который до сих пор препятствовал сокращению уровня родия, было то, что специфическая для каждого катализатора точка начала температурного скачка, или Light-Off-температура, после холодного пуска, по меньшей мере, в Новом европейском ездовом цикле при пониженном содержании родия в катализаторе не могла достигаться достаточно быстро, чтобы удовлетворить законодательным предельным значениям по выбросам отработавших газов.

Поэтому в основе настоящего изобретения стоит задача, очистить отработавший газ двигателя внутреннего сгорания с уменьшенными затратами и с пониженным расходом родия при соблюдении низких предельно допустимых выбросов.

Задача согласно изобретению решена, как описано в независимых пунктах формулы.

В соответствующем изобретению способе дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, в котором отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания каталитическую систему с по меньшей мере одним катализатором и катализатор содержит фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, элементы палладий и родий во фракции благородных металлов находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд температура катализатора T_κ превышает 300°C, 450°C, 550°C, 600°C. Выбор согласно изобретению весового отношения палладия к родию в комбинации с повышением температуры катализатора до указанных значений в течение периода времени 30 секунд позволяет при низких расходах и при пониженном использовании родия достичь низких выбросов из выхлопной трубы при холодном пуске. В качестве температуры катализатора T_к здесь определяется температура каталитического покрытия катализатора примерно в 10 мм ниже поверхности катализатора, куда входит отработавший газ, причем по меньшей мере 50 процентов сечения катализатора в этой области имеют названную температуру. Особенно предпочтительно, когда температуры T_к превышаются уже через 20 секунд или 10 секунд после пуска двигателя.

Далее, согласно изобретению дополнительно или альтернативно предусматривается, чтобы после пуска двигателя внутреннего сгорания с катализатором при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышал 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышал 0,04г/км, предпочтительно 0,02 г/км. Согласно изобретению значения необработанных выбросов за указанные промежутки времени в комбинации с наполнением, согласно изобретению, катализатора благородными металлами позволяют без больших затрат достичь после холодного пуска низких выбросов из выхлопной трубы (Tile-pipe emissions).

Кроме того, согласно изобретению дополнительно или альтернативно предусматривается, чтобы двигатель внутреннего сгорания с каталитической системой по Новому европейскому ездовому циклу достигал предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно даже нормы Евро-5. Выбор согласно изобретению весового отношения палладия к родию в комбинации с относительно низкими необработанными выбросами окислов азота и углеводородов позволяет при низких расходах и при пониженном использовании родия добиться предписанных законодательством выбросов из выхлопной трубы.

Согласно следующему аспекту изобретения указанная задача решена способом компоновки двигателя внутреннего сгорания согласно пункту 2 формулы изобретения.

Далее, задача согласно изобретению решена устройством для дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания для автомобиля с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем предусматривается, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 12:1 или 18:1 и что после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд катализатор имеет температуру T_к по меньшей мере 300°C, 450°C, 550°C, 600°C, и/или после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, предпочтительно 0,02 г/км, и/или двигатель внутреннего сгорания в Новом европейском ездовом цикле достигает по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.

Далее задача согласно изобретению решена автомобилем с двигателем внутреннего сгорания и устройством дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем предусматривается, чтобы во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находились в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и

после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 10 секунд катализатор имел температуру T_к по меньшей мере 300°C, 450°C, 550°C, 600°C, и/или

после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 секунд, предпочтительно 20 секунд, особенно предпочтительно 30 секунд совокупный выброс необработанных углеводородов не превышал 0,05 г/км, предпочтительно 0,03 г/км, и/или выброс окислов азота не превышал 0,04 г/км, предпочтительно 0,02 г/км,

и/или чтобы двигатель внутреннего сгорания в Новом европейском ездовом цикле достигал по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.

Кроме того, согласно изобретению предусматривается, чтобы в качестве нижней границы удельного содержания родия в катализаторе выбиралось заданное значение, при котором степень однородности распределения родия не опускалась бы ниже заданной, так как иначе не будет обеспечиваться механическая или термическая стабильность каталитического покрытия. Предпочтительно содержание родия, больше или равное 1 г/фт³, которое на практике позволяет получить достаточную однородность.

Согласно изобретению предусматривается двигатель внутреннего сгорания предпочтительно с принудительным поджигом рабочей смеси и/или с прямым впрыском топлива, с которым можно достичь разогрева катализатора согласно изобретению после пуска двигателя и/или достичь предельно допустимых выбросов согласно изобретению.

Предпочтительные формы осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах.

Если температура T_к в остальном интервале измерения Нового европейского ездового цикла после фазы пуска 30 секунд не опускается ниже 300°C или опускается для части интервала максимум 2 секунды, предпочтительно 1 секунда, обеспечивается, что и в переходном режиме езды катализатор будет иметь достаточно высокую рабочую температуру, чтобы избежать пиков выбросов, которые могли бы ускорить старение катализатора.

В следующих формах осуществления способа предусмотрено, что период пуска составляет 20 секунд или 10 секунд.

Целесообразно, если катализатор имеет содержание родия B_Rh от 0,221 г до 0,106 г; для катализатора с объемом V_к 1,0 л B_Rh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с V_к=1,258 л B_Rh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.

Далее, целесообразно, если катализатор имеет удельное содержание благородных металлов палладий и родий самое большее 100 г/фт³ (3,53 г/л), 80 г/фт³ (2,82 г/л), 60 г/фт³ (2,12 г/л), 40 г/фт³ (1,41 г/л) или 20 г/фт³ (0,705 г/л) в расчете на объем катализатора V_к, чтобы с надежностью удовлетворять норме Евро-4 или даже норме Евро-5.

Катализатор предпочтительно имеет объем V_к от 0,9 л до 1,4 л. Предпочтительно катализатор имеет подложку в виде сот с поверхностями, выполненными как покрытие Washcoat, и имеет геометрическую поверхность GSA от 3,0 кв.м до 4,0 кв.м. Геометрической поверхностью, GSA, здесь называется поверхность сотовой подложки без Washcoat.

Идея газотурбинного нагнетателя важна, в первую очередь, для маленьких и ориентированных на крутящий момент двигателей внутреннего сгорания, у которых повышается удельная мощность при равном рабочем объеме цилиндра, достигается повышение крутящего момента и, кроме того, можно осуществить уменьшение размеров более крупных двигателей. Поэтому в следующей форме осуществления изобретения предусмотрен наддув двигателя внутреннего сгорания газотурбинным нагнетателем, который содержит компрессор и турбину, причем каталитическая система находится до газотурбинного нагнетателя. Хотя такой газотурбинный нагнетатель ведет к уменьшению температуры отработавшего газа типично на 50°C-150°C, двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению позволяет быстро нагреть каталитическую систему до рабочей температуры.

Для улучшения мощностных характеристик двигателя внутреннего сгорания предусматривается, кроме того, дополнительный наддув двигателя компрессором, установленным в воздушном впускном канале до компрессора газотурбинного нагнетателя.

Для снижения необработанных выбросов NOx при одновременном повышении степени эффективности путем снятия дросселирования двигателя внутреннего сгорания является обычным, в частности в режиме частичной нагрузки, эксплуатировать двигатели внутреннего сгорания с внешней системой рециркуляции отработавшего газа, чтобы не превышать установленные законодательством предельные значения для NOx в отработавшем газе. Напротив, согласно изобретению в одной предпочтительной форме осуществления предусматривается, что двигатель внутреннего сгорания работает или может работать без внешней системы рециркуляции отработавшего газа, так как достигаемые с двигателем необработанные выбросы NOx являются низкими, и предельные значения для отработавшего газа могут быть достигнуты и без внешней рециркуляции отработавших газов, благодаря чему можно достичь конструктивного упрощения и соответствующих преимуществ в издержках.

Способ предпочтительно применяется для двигателя внутреннего сгорания с рабочим объемом цилиндра от 0,9 л до 2 л, предпочтительно 1,2 л или 1,4 л. Двигатель внутреннего сгорания может развивать удельную мощность от 50 до 80 кВт/л и/или удельный момент от 120 до 170 Нм/л.

Для обеспечения быстрого прогрева после пуска двигателя вводится операция нагревания катализатора, которая включает в себя позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10°KW (угол поворота коленвала) после верхней мертвой точки зажигания (ZOT) и/или многократное впрыскивание.

Кроме того, в качестве операции нагревания катализатора может использоваться позднее впрыскивание топлива, предпочтительно с окончанием впрыскивания с углом расширения струи от 80° до 10°KW (угол поворота коленвала) перед ZOT.

В следующей форме осуществления изобретения операция нагревания включает дожигание отработавших газов и/или дополнительный впрыск топлива.

Благоприятных показателей мощности при одновременно низких выбросах вредных веществ можно достичь, если двигатель внутреннего сгорания имеет, в зависимости от режима работы, удельный расход топлива менее 580 г/кВт∙ч или менее 550-510 г/кВт∙ч при числе оборотов 1200 мин^-1 и эффективном среднем давлении 1 бар, и/или 410 г/кВт∙ч, предпочтительно 390-375 г/кВт∙ч при 2000 мин^-1 и эффективном среднем давлении 2 бар, и/или 300 г/кВт∙ч, предпочтительно 290-280 г/кВт∙ч при 3500 мин^-1 и эффективном среднем давлении 6 бар.

Другие аспекты и преимущества изобретения можно найти также, независимо от обобщения отличительных признаков в формуле изобретения, в следующем описании вместе с относящимися к нему чертежами.

Показано:

Фиг.1 - форма осуществления двигателя внутреннего сгорания по изобретению,

Фиг.2 - изменение со временем температуры катализатора T_к за промежуток времени от 0 до 100 сек,

Фиг.3 - изменение со временем температуры катализатора T_к за промежуток времени от 0 до 1200 сек,

Фиг.4 - выбросы из выхлопной трубы и необработанные выбросы из двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению.

Показанный схематически на фиг.1 двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива задуман для автомобиля среднего класса как двигатель с искровым зажиганием с мощностью от 100 кВт до 170 кВт и имеет объем 1,4 литра. Подразумевается, что изобретение относится также к двигателям внутреннего сгорания с другими показателями мощности, а также к другому газотурбинному наддуву или без газотурбинного наддува.

Двигатель внутреннего сгорания 10 содержит систему непосредственного впрыска с инжекторами 17 и канал впуска воздуха с всасывающей трубой 12. В канале впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания 10 расположены, кроме того, воздушный фильтр 15, компрессор 3, перекинутая через компрессор 3 обводная линия 4 с дроссельной заслонкой 5, компрессор газотурбинного нагнетателя 2, охладитель наддувочного воздуха 14, EGR-клапан 27 в остальном непоказанной внешней системы рециркуляции выхлопных газов (EGR=Exhaust Gas Recirculation) и электронная дроссельная заслонка 13. В следующей форме осуществления изобретения EGR-система, а также EGR-клапан 27 отсутствуют.

В следующей форме осуществления двигатель внутреннего сгорания способен к послойному смесеобразованию и имеет, например, так называемую тумблерную заслонку в канале впуска воздуха. Топливо в режиме с послойным смесеобразованием типично впрыскивается очень поздно, только во время фазы сжатия. В этом случае оно поступает сразу в воздух в камере сгорания, который положением клапана во впускном канале, с одной стороны, и особой формой днища поршня, с другой стороны, был смещен в поршневое движение наддува (тумблер). Подразумевается, что изобретение может применяться также с другими способами послойного смесеобразования.

Дроссельная заслонка 5 компрессора регулирует сжатие в компрессоре 3 и снабжает компрессор газотурбинного нагнетателя 2 достаточным количеством воздуха, если мощности подачи компрессора 3 больше не хватает или если давление в компрессоре 3 сбрасывается при достаточном высоком числе оборотов. Клапан 6 подачи дополнительного воздуха в режиме принудительного холостого хода служит для защиты газотурбинного нагнетателя 2 от превышения допустимой частоты вращения в режиме принудительного холостого хода. Компрессор 3 приводится в действие через ремень 9 коленчатого вала 7 двигателя внутреннего сгорания. При этом привод компрессора 3 можно отъединить от коленчатого вала 7 посредством муфты сцепления 8, например муфты электромагнитного сцепления.

В области низкого числа оборотов, до 1700 об/мин, происходит двойной наддув через компрессор 3. При более высоком числе оборотов давление в компрессоре 3 сбрасывается, и двигатель внутреннего сгорания работает с простым наддувом через газотурбинный нагнетатель 2. Тем самым реализуется более полный ход изменения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания в широком диапазоне числа оборотов.

В канале отработавших газов двигателя внутреннего сгорания расположены выпускной коллектор 11, турбина газотурбинного нагнетателя 2, перепускной клапан 26 отработавших газов, а также катализатор 30 согласно изобретению. В следующей форме осуществления изобретения в канале отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 10 располагается еще один или несколько дополнительных катализаторов.

Для управления или регулирования двигателя внутреннего сгорания 10 предусмотрен блок управления 16 двигателем, который, как обычно, соединен с различными датчиками, а также с исполнительными средствами. Регулирование воздушно-топливного отношения при подаче в двигатель внутреннего сгорания 10 проводится посредством измерения концентрации кислорода в отработавшем газе с помощью непоказанного лямбда-зонда. Кроме того, в области катализатора 30 может быть помещен также непоказанный температурный датчик, с которым можно провести измерение температуры отработавшего газа для определения температуры катализатора T_к. В качестве температуры катализатора T_κ определяется температура каталитического слоя катализатора примерно в 10 мм ниже поверхности катализатора, куда входит отработавший газ, причем по меньшей мере 50% сечения катализатора в этой области имеет эту температуру.

Блок управления двигателем управляет или регулирует двигатель внутреннего сгорания 10 в зависимости от сигналов упомянутых датчиков, а также от различных рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания 10.

Катализатор 30 содержит подложку, имеющую покрытие Washcoat, и, согласно изобретению, выполнен с наполнением благородными металлами с по меньшей мере элементами палладий и родий, причем во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1. Washcoat представляет собой пористый слой оксида металла, который нанесен на подложку и содержит, например, оксид алюминия или оксид кремния, оксид церия, оксид титана или оксид циркония. В качестве подложки используются экструдированные керамические сотовые монолиты с ячейками в виде сот. Плотность ячеек предпочтительно лежит в диапазоне от 500 до 800 cpsi (от 78 до 124 ячеек на см²), в частности, 600 cpsi (93 ячейки на см²). Стенки ячеек предпочтительно имеют толщину на краях от 2,5 мил до 4,5 мил (от 6,35∙10^-3 до 11,4∙10^-3 см), в частности, 4,3 мил (10,9∙10^-3 см).

Удельное содержание палладия и родия в катализаторе в расчете на объем катализатора V_к составляет самое большее 100 г/фт³ (3,53 г/л), 80 г/фт³ (2,82 г/л), 60 г/фт³ (2,12 г/л) или 20 г/фт³ (0,705 г/л).

Предпочтительно, геометрическая поверхность GSA составляет от 3,0 кв.м до 4,0 кв.м, причем геометрической поверхностью GSA называется поверхность сотовой подложки без Washcoat.

Предпочтительно, если катализатор имеет содержание родия B_Rh от 0,221 г до 0,106 г, для катализатора объемом V_к 1,0 л B_Rh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с V_к=1,258 л B_Rh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.

Согласно изобретению удельное содержание катализатора выбирается так, чтобы обеспечить достаточно равномерное распределение родия. Предпочтительным содержанием родия является значение >=1 г/фт³ (0,035 г/л).

Предпочтительно, катализатор имеет объем V_к от 0,9 л до 1,4 л.

Согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания 10 рассчитан так, чтобы после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу температура катализатора T_к стала выше 300°C в пределах периода времени 30 сек.

На фиг.2 показано изменение температуры во времени за промежуток от 0 до 100 сек для одного способа согласно изобретению. Температура T_к обнаруживает сильное повышение в первые 10 секунд до значения около 600°C и при дальнейшей эволюции не опускается ниже 300°C.

На фиг.3 показано изменение со временем температуры катализатора T_к за период времени от 0 до 1200 сек для двигателя с рабочим объемом цилиндра 1,4 л и мощностью 88 кВт, с газотурбинным нагнетателем, без дополнительного компрессора и с расположенной за газотурбинным нагнетателем каталитической системой, причем видно, что температура T_к к концу временного интервала не опускается ниже 300°C. При измерениях согласно фиг. 2 и 3 использовался режим движения, соответствующий Новому европейскому ездовому циклу, как видно из временного хода v_Fzg. Исходной точкой каждый раз был запуск двигателя в стандартных условиях (температура среды и в автомобиле +20°C и относительная влажность воздуха в диапазоне 30%-70%).

Согласно изобретению предусматривается, чтобы после пуска двигателя температура катализатора T_к превысила 300°C, 450°C или 550°C в пределах 30 сек, предпочтительно в пределах периода времени 20 сек, особенно предпочтительно в пределах 10 сек после пуска двигателя.

Для достижения быстрого нагрева катализатора согласно изобретению при однородном режиме предусмотрено позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10° за ZOT. Кроме того, факультативно проводится позднее впрыскивание топлива, предпочтительно с окончанием впрыскивания при угле расширения струи в интервале от 80° до 10° перед ZOT для однородного режима или режима с послойным смесеобразованием.

Далее в качестве операции нагревания для однородного режима или режима с послойным смесеобразованием может проводиться многократное впрыскивание топлива. Многократное впрыскивание включает по меньшей мере первое, раннее впрыскивание топлива в такте всасывания и по меньшей мере одно второе, позднее впрыскивание в такте сжатия цилиндра. Предпочтительно, многократное впрыскивание осуществляется с окончанием позднего впрыскивания за 40° перед ZOT и с углом опережения зажигания 30° после ZOT. Кроме того, предусмотрено, чтобы конец позднего впрыскивания происходил при угле расширения струи от 80° до 10° перед ZOT, в частности, от 60° до 25° перед ZOT.

На фигуре 4 показаны накопленные выбросы из выхлопной трубы и необработанные выбросы для монооксида углерода Co, углеводородов HCG, а также для окислов азота NOx для способа согласно изобретению за первые 200 секунд Нового европейского ездового цикла.

Из фиг.4a видно, что накопленные необработанные выбросы NOx в первые 60 секунд составляют менее 0,05 г/км, выбросы необработанных HCG менее 0,075 г/км, и необработанные выбросы CO менее 0,15 г/км. При этом указанные необработанные выбросы для способа согласно изобретению в первые 60 секунд Нового европейского ездового цикла лежат ниже предельных значений нормы Евро-4.

На фиг.4b показаны выбросы из выхлопной трубы, то есть выбросы за каталитической системой, для способа согласно изобретению за первые 200 секунд Нового европейского ездового цикла. Видно, что выбросы NOx за весь период времени составляют менее 15 мг/сек, а выбросы углеводородов - менее 15 мг/сек. Выбросы монооксида углерода CO за весь период времени составляют менее 65 мг/сек.

При этом показанные выбросы были измерены на двигателе внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива с рабочим объемом цилиндра 1,4 л и мощностью 88 кВт и с газотурбинным нагнетателем без дополнительного компрессора, который с помощью операций нагревания согласно изобретению после пуска двигателя нагревает катализатор до температуры T_к 300°C в течение 10 секунд после пуска двигателя при стандартных условиях.

Со способом согласно изобретению можно достичь выбросов после каталитической системы (выхлопная труба), которые удовлетворяют в Новом европейском ездовом цикле по меньшей мере предельным значениям нормы Евро-4 или даже нормы Евро-5.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания 10 каталитическую систему 30 с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов палладия и родия. Во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении, большем чем 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1. После пуска двигателя внутреннего сгорания 10 при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 секунд температура катализатора Т_к превышает 300°С. Изобретение позволяет очистить отработавший газ двигателя внутреннего сгорания с уменьшенными затратами и с пониженным расходом родия при соблюдении низких предельно допустимых выбросов. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, где отработавший газ подают через расположенную за двигателем внутреннего сгорания каталитическую систему с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Т_к превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.

2. Способ компоновки двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1 или 12:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора превышает Т_к 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу, в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с, совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает по меньшей мере предельно допустимых выбросов нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в течение остального интервала измерений Нового европейского ездового цикла после периода пуска 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с, температура Т_к не опускается ниже 300°С или опускается лишь для части интервала максимально 2 с.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет содержание родия B_Rh от 0,221 г до 0,106 г, для катализатора объемом V_к 1,0 л B_Rh предпочтительно составляет 0,177 г, 0,142 г или 0,106 г, или для катализатора с V_к=1,258 л В_Rh предпочтительно составляет 0,221 г, 0,178 г или 0,134 г.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет удельное содержание благородных металлов палладия и родия не более 100 г/фт³ (3,53 г/л), 80 г/фт³ (2,82 г/л), 60 г/фт³ (2,12 г/л), 40 г/фт³ (1,41 г/л) или 20 г/фт³ (0,705 г/л) в расчете на объем катализатора V_к.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет объем V_к от 0,9 л до 1,4 л.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что катализатор имеет подложку в форме сот с поверхностью, выполненной как покрытие из пористого оксида Washcoat, с геометрической площадью поверхности GSA от 3,0 м² до 4,0 м².

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что наддув в двигателе внутреннего сгорания осуществляют газотурбинным нагнетателем, содержащим компрессор и турбину.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что наддув двигателя внутреннего сгорания дополнительно проводят или могут проводить перед компрессором газотурбинного нагнетателя, компрессором, расположенном в воздухозаборном канале.

10. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания работает или может работать без внешней рециркуляции отработавших газов.

11. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий объем цилиндра от 0,9 л до 2 л, предпочтительно 1,2 л или 1,4 л.

12. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания развивает или может развивать удельную мощность от 50 до 80 кВт/л и/или удельный момент от 120 до 170 Нм/л.

13. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что после пуска двигателя начинается операция нагрева, которая включает позднее зажигание с углом опережения зажигания по меньшей мере 10° после верхней мертвой точки зажигания, позднее впрыскивание и/или многократное впрыскивание.

14. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что операция нагрева включает дожигание отработавших газов и/или дополнительный впрыск топлива.

15. Способ по пп.1, 2 или 9, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет, в зависимости от режима работы, удельный расход топлива менее 580 г/кВт·ч или менее 550-510 г/кВт·ч при числе оборотов 1200 мин^-1 и эффективном среднем давлении 1 бар, и/или 410 г/кВт·ч, предпочтительно 390-375 г/кВт·ч при 2000 мин^-1 и эффективном среднем давлении 2 бара, и/или 300 г/кВт·ч, предпочтительно 290-280 г/кВт·ч при 3500 мин^-1 и эффективном среднем давлении 6 бар.

16. Устройство для дополнительной обработки отработавшего газа автомобильного двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или принудительным поджигом рабочей смеси, с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с по меньшей мере одним катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с по меньшей мере элементами палладий и родий, отличающееся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1 или 18:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Т_к превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.

17. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, предпочтительно с прямым впрыском топлива и/или с принудительным поджигом рабочей смеси, и с устройством для дополнительной обработки отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания с расположенной за двигателем внутреннего сгорания каталитической системой с катализатором, содержащим фракцию благородных металлов с элементами палладий и родий, отличающийся тем, что во фракции благородных металлов элементы палладий и родий находятся в весовом соотношении >5:1, 6:1, 7:1,8:1,9:1, 10:1,11:1,12:1 или 18:1, и
после пуска двигателя внутреннего сгорания при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 30 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 10 с температура катализатора Т_к превышает 300°С, 450°С, 550°С, 600°С, и/или после пуска двигателя при работе по Новому европейскому ездовому циклу в пределах периода времени 10 с, предпочтительно 20 с, особенно предпочтительно 30 с, совокупный выброс необработанных углеводородов не превышает 0,05 г/км, и/или выброс окислов азота не превышает 0,04 г/км, и/или
двигатель внутреннего сгорания по Новому европейскому ездовому циклу достигает предельно допустимых выбросов по меньшей мере нормы Евро-4, предпочтительно нормы Евро-5.