NL8003699A

NL8003699A - Verbrandingsmotor met inrichting voor het verminderen van de in de uitlaatgassen aanwezige hoeveelheid schadelijke bestanddelen.

Info

Publication number: NL8003699A
Application number: NL8003699A
Authority: NL
Original assignee: Johnson Matthey Co Ltd
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1980-12-31
Also published as: GB2054402A; SE8004632L; LU82550A1; IT8012584A0; DK155541C; GB2054402B; DE3024491A1; IT1136188B; FR2460388B1; CA1165247A; DK279280A; DK155541B; IE801344L; FR2460388A1; IE49846B1

Description

Ν

. € X

* «Λ JC. ΤΟδΑ -1-

Verbrandingsmotor met inrichting voor het verminderen van de in de uitlaatgassen aanwezige hoeveelheid schadelijke bestanddelen

De uitvinding heeft betrekking op het verminderen van de hoeveelheid rook en andere schadelijke componenten die in gassen en in het bijzonder in uitlaatgassen aanwezig zijn.

Gassen afkomstig uit stoomketels en verbrandingsmotoren bevatten 5 dikwijls fijnverdeelde deeltjes van koolwaterstoffen en/of kool of ander vast materiaal dat in de vorm van rook te voorschijn komt. De rook uit een dieselmotor is samengesteld uit vaste/vloeibare deeltjes (d.w.z. vaste deeltjes waarop een vloeibare buitenlaag is bekleed), vaste ketenvormige aggregaten bestaande uit gekoppelde bolvormige deeltjes met een diameter 10 tussen 10 en 80 nanometer, vloeibare sulfaten, vloeibare koolwaterstoffen en gasvormige koolwaterstoffen. De vaste/vloeibare deeltjes omvatten in het algemeen kooldeeltjes waarop vloeibare koolwaterstoffen zijn geadsorbeerd terwijl de vaste ketenvormige aggregaten in het algemeen zijn samengesteld uit hoogmoleculaire organische verbindingen en/of a 15 anorganische sulfaten.- ; . . .. ...

Wanneer de motor voor de eerste maal wordt gestart ontstaat witte rook door de condensatie van waterdamp op de fijne deeltjes die in het uitlaatgas aanwezig zijn, zodat een fijne nevel wordt gevormd. De zwarte rook die door dieselmotoren wordt geproduceerd ontstaat wanneer de motor 20 is opgewarmd en een betrekkelijk grote hoeveelheid kooldeeltjes aanwezig zijn. Bij blauwe rook is er enig kool aanwezig maar tevens een betrekkelijk grote hoeveelheid gasvormige organische verbindingen, zoals aldehyden. Ongeveer 90% van deze rook-vormende deeltjes heeft een maximale afmeting kleiner dan een micrometer hetgeen binnen de inadembare deeltjes-25 afmeting ligt, terwijl de maximale afmeting van de resterende 10% van deze rook-vormende deeltjes kleiner is dan vier micrometer.

Het is een hoofddoel van de uitvinding tenminste de hoeveelheid in afvalgassen aanwezige rook te verminderen door de rook-vormende deeltjes in deze gassen aan een katalytische oxydatie te onderwerpen.

30 Het is een tweede doel van de uitvinding de hoeveelheid schade lijke gassen en fijne deeltjes aanwezig in een uitlaatgas van een verbrandingsmotor te verminderen.

Het is een volgend doel van de uitvinding te voorzien in een zodanig gemodificeerde diesel- of door benzine aangedreven verbrandings- 800 3 6 99 -2- motor dat een aanzienlijk verminderde hoeveelheid schadelijke gassen en fijne deeltjes wordt gevormd.

In de beschrijving heeft de uitdrukking schadelijke stoffen of milieusvervuilende middelen betrekking op koolwaterstoffen, koolmonoxyde 5 en stikstofoxyden die door de verbrandingsmotor worden gevormd alsmede op de als boven beschreven rook-vormende deeltjes.

In een eerste aspect van de uitvinding omvat de verbrandingsmotor een inrichting voor het verminderen van de hoeveelheid schadelijke stoffen in een uitlaatgas dat wordt afgegeven door de motor die tenminste 10 een afvoerpoort heeft, welke inrichting een huis omvat dat een kamer afbakent die een katalysator bevat, welke katalysator een substraat van draadvormig metallisch materiaal in gebreide, geweven of geplette vorm, een eerste laag van een op het substraat aangebracht vuurvast metaal-oxyde en een op de eerste laag aangebrachte tweede laag van eenkataly-15 tisch materiaal omvat, welke kamer een inlaat heeft die in verbinding staat met de genoemde uitlaatpoort, via welke door de motor af gegeven uitlaatgas in de kamer wordt geleid en alvorens deze via een uitlaatsysteem aan de atmosfeer wordt afgegeven door de katalysator wordt gepasseerd." 20 Gewoonlijk vindt de katalytische oxydatie van kooldeeltjes plaats bij ongeveer U00°C terwijl de normale verbrandingstemperaturen van dergelijke fijne deeltjes 700-Ö00°C bedragen. Voor koolwaterstofdeeltjes zal de katalytische oxydatie plaatsvinden bij temperaturen van omstreeks 200°C. Het effect van een katalysator op de temperatuur waarbij de kata-25 lytisch oxydatie van in de uitlaatgasstroom van een dieselmotor meegevoerde fijne deeltjes plaatsvond werd bestudeerd. Er werd een aantal katalysatormonsters bereid,- De katalysatoren omvatten een substraat vervaardigt van een 310 roestvrij stalen draad met een diameter van 0,025 cm, samengewonden tot een lint met een dikte van 0,010 cm, een 30 laag van alumina en een laag van een of meer metalen van de platinagroep in een lading van 2,k6 mg/g alumina. Een deel van de beklede draad werd van een katalysator afgesneden en tezamen met fijnverdeeld materiaal, verzameld uit de uitlaatgasstroom van een dieselmotor, onder geleidelijke opvoering van de temperatuur verhit in het monstervak van een differen-35 tiële aftasteolorimeter (een DSC) in een atmosfeer van zuurstof in argon. Monsters van de atmosfeer boven het monstervak werden via een verhitte capillaire buis naar een massaspectrameter gevoerd. Er werden 800 3 6 99 4 ί -3- vier massagetallen gevonden: kooldioxyde (Wj·), dubbel geladen argon (20), zuurstof (32) en -water (18) of stikstof en koolmonoxyde (28). De temperatuur -waardij de differentiële grafiek van de DSC een piek vertoonde werd als de temperatuur "beschouwd waardij de verdranding van de fijne 5 deeltjes plaatsvond. Deze temperatuur kan worden aangeduid als de "aansteek" temperatuur ("light-off"). De resultaten worden hieronder aangegeven:

Alumina lading Katalytische metaal(en) "Light-off" (g/g van draad) temperatuur (°C) 10 0,33 5,7% Rh 9^,3% Pt 235 0,28 67% Pt 33% Pd 207 0,30 Pd 265 0,28 Pt 220

De aansteektemperatuur van fijne deeltjes van de uitlaatgasstroom 15 van een dieselmotor, 207-265°C, is aanzienlijk lager dan de temperatuur van de verbranding die plaatsvindt wanneer geen katalysator aanwezig is. Aangezien door de aanwezigheid van een katalysator de oxydatie van de rook-vormende deeltjes in een gas dij een lagere temperatuur dan de .... ... - - normaleverbrandingstemperatuur kan plaatsvinden, is bijgevolg weinig 20 of geen verhitting nodig wanneer men de katalytische oxydatie van de rook-vormende deeltjes in het uitlaatgas van een verbrandingsmotor wenst uit te voeren. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat wanneer een dieselmotor met gemiddeld tot volledig vermogen in bedrijf is de temperatuur daarvan ongeveer h00°C is, zodat geen voorver hitting van het uit de motor 25 afkomstige uitlaatgas nodig is voordat dit uitlaatgas over een katalysator wordt gepasseerd.

Het vezelachtige metallische substraat kan de vorm van een draad hebben en zodanig zijn opgesteld dat een maximaal contact van het katalytische metaal met de uitlaatgassen wordt verkregen. Bij voorkeur heeft 30 de draad een plat gemaakte vorm, die gewoonlijk wordt verkregen door de draad samen te wikkelen alvorens de bekleding en het katalytische metaal worden opgebracht. Bij bedrijf van een diesel- of soortgelijke motor waarbij een overmaat lucht of zuurstof in de verbrandingskamer aanwezig is verzekert, een dergelijk contact dat een aanzienlijk deel van de ver-35 vullende stoffen als boven beschreven katalytisch worden geoxydeerd.

Het metallische draadsubstraat wordt bij voorkeur zodanig binnen de kamer opgesteld dat in de uittredende gassen turbulentie wordt opgewekt.

800 3 6 99 -k-

De uitvinding cmvat in een tweede aspect een werkwijze voor het verminderen van de vervuiling door uitlaatgassen van verbrandingsmotoren waarbij het uitlaatgas uit de cilinders van de motor wordt geleid in een kamer die een katalysator bevat aanwezig op een zodanig 5 ontworpen drager dat turbulentie wordt opgewekt en de in het uitlaatgas aanwezige schadelijke stoffen in aanraking komen met de katalysator waarbij tenminste een deel van deze schadelijke componenten en fijne vaste deeltjes katalytisch worden geoxydeerd. De motor is bij voorkeur een dieselmotor.

10 Een verbrandingsmotor volgens de uitvinding cmvat de volgende bij zonderheden: i) een kamer met een buitenwand met een veelvoud van inlaatpoctrten grenzend aan de uitlaatkleppen van de motor en een uitlaat- poort grenzend aan de uitlaatpijp;' en 15 ii) een ondersteunde katalysator die zodanig is opgesteld dat het uitlaatgas dat uit de uitlaatpoorten in de kamer stroomt door de katalysator moet passeren, die zodanig is opgesteld dat de uitlaatgasstrocm tenminste gedurende de tijd dat het gas in • ' - - -· "· --- - .....- contact is met de katalysator turbulent is.

20

Bij voorkeur cmvat de m de genoemde verbrandingsmotoren toegepaste katalysator: a) een fijnverdeeld substraat dat in de baan van de gasstroom zodanig is opgesteld dat in de uitlaatgasstrocm turbulentie wordt opgewekt; 25 b) een aanhechtende vuurvaste metaaloxydebekledingslaag aangebracht op het oppervlak van het substraat; en c) een katalytisch metaal gekozen uit de groep bestaande uit Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce, legeringen daarvan alsmede intermetallische verbindingen die tenminste 30 20 gew.% van een of meer van de genoemde metalen bevatten aangebracht op het oppervlak of in de vuurvaste metaaloxydebekle-dingslaag.

De vuurvaste metaaloxydebekledingslaag bevat bij voorkeur in de vorm van een axyde een of meer metalen van de groep bestaande uit Mg, 35 Ca, Sr, Ba, Sc, I, de lanthaniden, Ti, Zr, Hf, Th, Ta, V, Cr, Mn, Co,

Ni, B, Al, Si, Sn.

Een voorkeursbekledingsmateriaal is Al^ en aluminahydr at en waar- 800 3 6 99 -5- bij stabiliserende oxyden zoals BaO en oxyden die de katalytische activiteit bevorderen zoals TiO^, ZrO^, HfO^, ThO^, Cren liO tevens aanwezig kunnen zijn.

Een voorkeursvorm van een katalysatorsubstraat cmvat een struc-5 tuur samengesteld uit geweven of gebreide draad waarbij een vorm die nog meer voorkeur heeft bestaat uit geweven of gebreide draad, nu voor de vervaardiging daarvan is samengewikkeld of plat gevouwen. Geschikte legeringen die voor de vervaardiging van de draad kunnen worden toegepast zijn corrosievaste en in het bijzonder oxydatiebestendige legeringen 10 van onedele metalen.

Voorbeelden van dergelijke legeringen van onedele metalen zijn nikkel- en chroomlegeringen met een verzamelt Ni plus Cr gehalte groter dan 20 gew.% en legeringen van ijzer waarin tenminste een van de elementen chroom (3-4-0) gew.%, aluminium (1—10) gew.%, kobalt (spoor-5) gew.%, 15 nikkel (spoor-72) gew.% en koolstof (spoor-0,5) gew.% aanwezig is. Dergelijke substraten worden beschreven in het Duitse offenlegungs-schrift 245066¼.

Andere voQrbeelden van dergelijke legeringen die bestendig zijn tegen de strenge reactie-omstandigheden zijn ijzer-aluminium-chroam-20 legeringen die tevens yttrium kunnen bevatten. De laatste legeringen kunnen 0,5-12 gew.% Al, 0,1-3,0 gew.% Y, 0-20 gew.% Cr met als rest Fe bevatten. Deze werden beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3298826. Een andere reeks van Fe-Cr-Al-Y legeringen bevatten 0,5-4 gew.% Al, 0,5-3,0 gew.% Y, 20,0-95 gew.% Cr met als rest Fe, die worden beschreven 25 in het Amerikaanse octrooischrift 3027252.

Naar keuze kunnen de onedele metaallegeringen minder corrosie-bestendig zijn, bij voorbeeld zacht staal, maar voorzien van een beschermende bekledingssamenstelling die het oppervlak van het substraat bedekt, zoals beschreven in de Britse octrooiaanvrage 7903817.

30 Wanneer draad als substraat wordt toegepast is de dikte daarvan bij voorkeur gelegen tussen 0,0025 en 0,050 cm, met de meeste voorkeur tussen 0,0025 en 0,030 cm.

In een bepaalde uitvoeringsvorm van de uitvinding is de katalysator in een reactiebuis aanwezig die vrijwel centraal in de uitlaatkamer 35 is opgesteld. De uitvoeringsvorm wordt beschreven aan de hand van fig. 1. De buitenwand, 1, van de uitlaatkamer bezit openingen 7» 8, 9 en 10 die grenzend aan en doorlopend zijn met de uitlaatpoorten van de cilinders 800 3 6 99 -6- en een uitlaat, 12,grenzend aan de uitlaatpijp, 11. De reactiebuis, 2, die in de kamer wordt gesteund door stutten 5 en 6 bevat de ondersteunde katalysator 3. De reactiebuis is zodanig opgesteld dat het uitlaatgas bij intreden in de uitlaatkamer door de reactiebuis moet passeren en 5 aldus in nauw en doorlopend contact komt met de katalysator alvorens dit de uitlaatkamer verlaat en de uitlaatpijp binnentreedt. De uitlaatgas stroom door de uitlaatkamer wordt in het algemeen aangeduid door de pijlen F^, F^, F^, F^, F en Fg. Verbrand gas stroomt naar binnen uit de cilinderpoorten via de openingen 7, 8, 9 en 10 en stroomt langs de 10 reactiebuis, 2, en daarna in de uitlaatpijp, 11. Een klemstaaf, U, is over de uitgang van de reactiebuis geplaatst cm te verzekeren dat de katalysator op zijn plaats blijft.

De katalysatordrager bestaat bij voorkeur uit gebreid draadgaas. Dit kan worden gefabriceerd tot een enkel samenhangend stuk of het kan 15 uit verschillende ringvormige secties bestaan.

De bekledingslaag en de katalysatorlaag kunnen afzonderlijk op elke sectie worden aangebracht of nadat de secties met elkaar zijn verbonden .tNaar keuze kan op de drager, in secties of aan elkaar gebonden, ' de bekleding en de katalytische laag worden aangebracht nadat deze in 20 de reactiebuis is geplaatst.

Een verdere uitvoeringsvorm wordt beschreven in fig. 2. De buitenwand, 21, van de katalysatorkamer heeft openingen 27, 28, 29 en 30, grenzend aan en doorlopend met de uitlaatpoorten van de cilinders en een uitlaat, 32, grenzend aan de uitlaatpijp, 31. De katalysator, 23, 25 bestaande uit een drager, een bekledingslaag en een katalytisch metaal, is zodanig opgesteld dat het uitlaatgas bij intreden in de katalysator-kamer wordt gedwongen door de tussenruimten van de katalysator te passeren alvorens het de kamer verlaat en de uitlaatpijp binnentreedt.

Het uitlaatgas stroomt door de katalysatorkamer als aangeduid door de 30 pijlen, F^ , F^, F^, F^ en F^,_. Het gas stroomt binnen uit de uitlaatpoorten als weergegeven door F^, F^, F^ en F^ en dan door de katalysator naar de uitlaatbuis 22 als weergegeven door F^.

In deze uitvoeringsvorm bestaat de drager voor de katalysator bij voorkeur uit gebreid draad, dat is samengesteld uit secties of uit een 35 eenheid bestaat, maar indien het uit secties bestaat, bij voorbeeld als een doughnut configuratie, worden deze normaal aan elkaar gekoppeld alvorens de drager in de kamer wordt geplaatst. Een uiteinde van de drager 800 3 6 99 • *- -7- wordt afgesloten, door tij voor "beeld door lassen een schijf, 26, daarmee te verbinden terwijl een ringvormige schijf, 25, aan het andere uiteinde de drager op zijn plaats houdt. De ondersteunde katalysator wordt in de katalysatorkamer als weergegeven in fig. 2 opgesteld door de uit-5 einden daarvan die bedekt zijn met de schijven, 25 en 26, vast te maken aan de buitenwanden van de kamer. Om er zeker van te zijn dat de drager niet naar binnen inzakt is een cilindrische en geperforeerde uitlaatbuis, 22, in de katalysatorkamer opgesteld waardoor heen gas kan passeren naar de uitlaatpijp, 31. De buis, 22, kan zijn opgebouwd uit draadgas of 10 kan bestaan uit een geperforeerde metalen buis met openingen of sleuven.

Fig. 3 stelt een andere uitvoeringsvorm voor waarbij in plaats van een geperforeerde uitlaatbuis in de katalysatorkamer een reeks van 5 starre staven, 100-500, worden toegepast die over de gehele lengte van de kamer lopen. Deze worden in een vaste ruimtelijke opstelling ten 15 opzichte van elkaar gehandhaafd, waardoor de ondersteunde katalysator binnen de kamer stijf op zijn plaats wordt gehouden, door de toepassing van de afstandplaten, 600. De afstandplaten verbinden in paren drie van . - de vijf staven en zijn gewoonlijk in rechte hoeken ten opzichte van el kaar opgesteld langs een diameter van de centrale cilindrische uitlaat-20 buis. Men kan twee of meer paren van de af standplaten toepassen en zij worden gewoonlijk op regelmatige afstanden in de lengte van de kamer opgesteld. laar keuze kunnen de afstandplaten in plaats van staven worden toegepast wanneer zij over de gehele lengte van de kamer continu verlopen, zoals weergegeven in fig. 1)·. De staven en af standplaten moeten 25 worden geconstrueerd van een materiaal dat tot tenminste 800°C oxydatie-bestendig is.

Een verdere uitvoeringsvorm wordt nu beschreven aan de hand van fig. 2A waarin gemakshalve slechts twee uitlaatpoorten worden weergegeven. De buitenwand 100 van de katalysatorkamer bevat openingen, 101 en 30 102, grenzend aan en doorlopend met de uitlaatpoorten van de cilinders en een uitlaat, 103, grenzend aan de uitlaatpijp. De katalysator, 10^, die een drager, een bekledingslaag en een katalytische metaal omvat is zodanig opgesteld dat het uitlaatgas door de katalysator moet passeren alvorens het de kamer verlaat. De katalysator is in de kamer opgesteld 35 onder toepassing van afstandsplaten, 105, als boven beschreven. Een uiteinde van de afstandsplaten, 109, is vast gemaakt aan de kamerwand, 100, terwijl een schijf of metalen plaat, 108, is vast gemaakt aan het andere 800 3 6 99 -8- einde van de afstandsplaten cm er zeker van te zijn dat geen uitlaatgas de kamer kan verlaten zonder door de katalysator te zijn gepasseerd.

Het uitlaatgas stroomt in de kamer via de openingen, 101 en 102, en naar beneden door de mantels, 106 en 107, in de inwendige ruimte 110 5 voorzien door de af standsplaten, 105. Het uitlaatgas stroomt dan door de katalysator naar buiten en daarna door de uitlaat, 103. De stroom van het uitlaatgas wordt aangegeven door de pijlen

De drager van de katalysator bestaat bij voorkeur uit gebreid draad dat samengesteld kan zijn uit vier secties of drie eenheden. Indien 10 de drager uit secties bestaat, bij voorbeeld een doughnut configuratie, worden deze normaal aan elkaar gekoppeld alvorens de drager in de kamer wordt geplaatst.

Voorbeeld I

De 200 cc motor met meerdere cilinders van een in de handel ver-15 krijgbare met een dieselmotor aangedreven auto werd gewijzigd om de resultaten verkregen bij het uitvoeren van de uitvinding te demonstreren.

Een katalysatorkamer als aangegeven in de eerste uitvoeringsvorm (fig. 1) van de uitvinding, als boven beschreven, werd aan de motor gemonteerd. Een katalysator van gebreid gaas werd gemaakt van draad met de 20 volgende samenstelling:

Qew.%

Cr 15

Al h Y 0,3 25 Fe Rest

Op deze drager werd de bekleding aangebracht bestaande uit gamma- alumina gestabiliseerd met 5 gew.$ BaO en een katalytische metaallaag samengesteld uit platina en palladium. De Pt/Fd lading was 2,5 g in totaal (Pt:Pd verhouding 1:1) op een totaal katalysatorvolume van 3 30 1370 cm . De resultaten werden verkregen door de auto te laten rijden in de LAh dieseltest. De koolwaterstoffen, het koolmonoxyde, de stik-stofoxyden en de fijne deeltjes die in de uitlaatgas emissies aanwezig waren werden gemeten in g/km. Er werden eerst basismetingen uitgevoerd zonder katalysator in de kamer waar met een tegendruk die was ingesteld 35 op dezelfde waarde als bij aanwezigheid van de katalysator. De resultaten warden in tabel A aangegeven.

«00 3 6 99 • * -9-

TABEL· A

Fi,jne vaste deeltjes HC g/km CQ g/km HOx g/km g/km

Basiscijfers 0,962 1,21 0,956 0,53 5 Gewijzigde motor 0,13^ 1.183 0,612 0,30

A

Het bleek dat de tegendruk hoog was.

Voorbeeld IA

Er werden verdere experimenten uitgevoerd met dezelfde katalysator als in voorbeeld I. Met hetzelfde voertuig werden in vier proeven uit-10 gedrukt in g/km cijfers de basisemissies van fijnverdeelde stoffen bepaald. Deze werden uitgebreid tot thermogravimetrische bepalingen van het percentage koolstof en vluchtige stof aanwezig in de fijne deeltjes en het g/km sulfaat aanwezig in de fijne deeltjes. De resultaten zijn als volgt: 15 Basiscijfers

Eroef nr. Fijne vaste deeltjes % kool % vluchtige stoffen Sulfaten g/km g/km 1 0,363 62,5 37,5 0,009^ 2 0,320 58,0 ^2,0 0,0068 20 3 0,318 59,6 U0,1| 0,0075 k 0,301 61,8 38,2 0,0075

Opmerking: alle bovenstaande metingen werden voltooid met een hete LAU rijtest.

De volledige basismissies voor HC, CO en HOx werden tevens be-25 paald, waarvan de resultaten als volgt zijn:

Eroef nr. HC g/km CO g/km NOx g/km 1 0,219 0,978 1,109 2 0,212 0,956 1,127 3 0,221 0,976 1,116 30 Er werd een katalysator ontworpen binnen de door het voertuig gestelde beperkingen zonder dat een wijziging werd aangebracht aan de opstelling van het motorccmpartiment. Dit leidde tot een katalysator-volume van 0,9 liter waarvan verwacht werd dat dit onvoldoende was, maar waarmede volledige proeven werden uitgevoerd. De resultaten hiervan 35 zijn als volgt: 800 3 6 99 -10-

Proef nr. Fijne vaste deeltjes % kool % vluchtige stoffen Sulfaten g/km g/km 1 0,309 T9 Λ 20,6 0,023 2 0,276 76,4 23,6 0,023 5 3 0,278 75,3 24,7 0,023 1* 0,322 67,3 32,7 0,034 5 0,291 63,k 36,6 0,o4o 6 0,308 76,1 23,9 0,032

Opmerking: Het voertuig had 800 km gereden voor de eerste proef en de 10 gehele proefperiode -werd voltooid hij nagebootste stadsrij- omstandigheden onder'toepassing van de LA4 cyclus.

De proefresultaten die voor de HC, CO en HOx emissies werden verkregen waren als volgt:

Broef nr. HC g/km CO g/km NOx g/km 15 1 0,140 0,612 1,183 2 0,149 0,671 1 ,171 3 0,134 0,613 1,259

Voorbeeld II

Een tweede katalysatorkamer als beschreven in de tweede uitvoerings-20 vorm (fig. 2) werd aan de motor gemonteerd. Een drager van gebreid maas gemaakt van dezelfde draad als in voorbeeld I werd opnieuw toegepast met een bekleding van gamma alumina. De katalytische metaallaag omvatte 7 1/2 gew.% rhodium en 92 1/2 gew.% platina. Het totale katalysatorvolume 3 was 1800 cm . Het gewicht van de toegepaste drager was bij benadering 25 1,6 kg, terwijl 5 g aluminabekleding en 2,9g van de katalytische metalen

Eh en Pt in de voornoemde verhouding op de drager werden aangebracht. Basismetingen werden uitgevoerd zonder katalysator in de aan de motor bevestigde kamer. De resultaten worden in tabel B aangegeven waarbij de auto werd gereden in de LA4 cyclus met een hete start.

30 800 3 6 99 -11-

TABEL B

Fijne raste deeltjes HC g/km CO g/km HCK g/km g/km .Basiscijfers 0,22 0,97 1,13 0,36 5 Gewijzigde motor 0,13 0,31 1,31 0,19

De tegendruk zonder katalysator in de kamer was 6 cm kwik en met katalysator in de kamer 9,9 cm kwik. De C/H atocrnv er houding van de in het uitlaatgas aanwezige fijne deeltjes voor en na passage door de katalysatorkamer werd gemeten en wordt in tahel C aangegeven hij een 10 hete start van de motor.

TABEL C

C/H verhouding van in het uitlaatgas aanwezige vaste deeltjes

Voor katalysator Ha katalysator C 63 80 15 H 37 20

Dit is een maat voor de vermindering van het gehalte aan organische verbindingen van de uitlaatgassen. De concentratie van het in de uitlaatgassen aanwezige sulfaat voor en na de katalysator werd gemeten en bleek ongewijzigd te zijn.

20 De verdere resultaten die werden verkregen worden aangegeven in tabel D voor een koude start van de motor.

TABEL D

Fijne vaste deeltjes HC g/km CO g/km HOx g/km g/km 25 Basiscijfers 0,26 0,81 1,2 0,39

Gewijzigde motor 0,151 0,171 1316 0,26

Gewijzigde motor 0,136 0,158 1,16 0,25

De samenstelling van de in het uitlaatgas aanwezige fijne deeltjes wordt in tabel E aangegeven voor een koude start van de motor.

30 TABEL E

Geadsorbeerde HC*s

Sulfaten g/km Kool g/km g/km

Basiscijfers 0,069 0,21 0,103

Gewijzigde motor 0,069 0,18 0,016 35 De resultaten in tabellen B, C, D en E werden verkregen onder toe passing van een in de handel verkrijgbare met dieselmotor aangedreven . auto. De motor was gewijzigd en een katalysatorkamer aangebracht als 800 36 99 -12- e er der beschreven. De auto had 800 Ion in een proef circuit af gelegd alvorens deze werd gereden onder taxi-cmstandigheden met de maximale snelheid van UO km per uur.

Er werden verdere proeven uitgevoerd met een in de handel ver-5 krijgbare met dieselmotor voorziene auto. Een katalysatorkamer als beschreven in de tweede uitvoeringsvorm, weergegeven in fig. 2, werd aan de motor gemonteerd. Er werd een drager gemaakt van 310 roestvrij staaldraad met een diameter van 0,025 cm dat was vlak gemaakt tot een dwars-afmeting van 0,010 cm alvorens het werd gebreid. De drager werd bekleed 10 met een gamma-aluminalaag. De katalytische metaallaag cmvatte 5S7# 3 rhodium en 9^,3! platina in een lading van 0,88 g/dm . Het gewicht van de gebruikte draad was 3.200 g met 1.200 g bekleding. Het totale volume

O

van de toegepaste katalysator was 3,56 dm .

Het gewicht van de fijne deeltjes in het uitlaatgas werd gemeten 15 door een bekend uitlaatvolume door een verdunningstunnel te leiden, waar dit werd verdund met een gegevenvolume lucht cm te voorkomen dat de vaste stoffen zouden bezinken alvorens de gassen door een filterkussen waren geleid. Uit het gewicht van de fijnverdeelde stoffen kan men een waarde voor de fijnverdeelde stoffen in g/uur berekenen. De in het uit-20 laatgas aanwezige fijnverdeelde stoffen werden verder geanalyseerd waarbij het thermogravimetrische gewicht werd gegeven, alsmede het gewicht van vluchtige componenten, koolwaterstoffen, koolstof en sulfaat. Met de voornoemde methode werd een aantal filterkussens voor de analyse toegepast. Het gewicht van het sulfaat in fijnverdeelde stoffen werd ge-25 meten door een natte chemische analyse van de fijnverdeelde stoffen.

Een ander monster werd in een thermogravimetrische balans geplaatst waar het monster in een inerte atmosfeer werd verhit tot een temperatuur van 780°C tot het gewicht constant was. Het gewichtsverlies tussen het begingewicht en het eindgewicht levert het gewicht van de aanwezige 30 vluchtige componenten. lucht werd ingeleid en de verhitting voortgezet tot het gewicht opnieuw constant bleef. Het verschil in dit gewicht en de waarde van het voorafgaande constante gewicht geeft de hoeveelheid aanwezige koolstofccmponenten aan. De rest bestond uit as en niet-brand-bare materialen zoals ijzer.

35 Basismetingen werden uitgevoerd waarbij een spruitstuk aan de motor werd vast genaakt in plaats van de kamer die de katalysator bevatte. Metingen werden uitgevoerd waarbij de auto werd gereden in de LA.U koude start dieseltest, zie tabel F de, LA.4 hete start dieseltest, zie tabel G, 800 3 6 99 -13- en de verkeersweg-orijproef, zie tabel H. De verkeer swegrijproef betrof de standaardproefcyclus die in de U.S.A. wordt toegepast voor brandstof-verbruiksproeven.

De resultaten van tabellen F en G worden weergegeven in grafische 5 vorm in fig. 5-9» EAU cyclus koude start en in fig. 10—1U voor de LAA cyclus hete start (basiscijfers stippellijn en gewijzigde motor getrokken lijn).

De verlaging van de concentratie aan fijnverdeelde stoffen (gone-ten in g/km) in een I C motor volgens de uitvinding wordt weergegeven 10 in kolom 3. De verlaging van de hoeveelheid geadsorbeerde koolwaterstoffen en koolstof aanwezig in de fijnverdeelde stoffen werd resp. weergegeven in kolommen 7 en 9. Sulfaatcijfers tonen in sommige gevallen een toename maar het absolute niveau van de onissie blijft laag.

Er werden tegendrukmetingen uitgevoerd. Dit betreft het verschil 15 in druk van de gassen bij het verlaten van de uitlaatpoorten en bij het verlaten van de kamer. De resultaten worden weergegeven in tabel J voor de auto die in de MA cyclus werd gereden en in tabel K voor de verkeers-wegproef.

8003699 -1 ro iv) —1 vo cd oo -1 ον ui f w j‘O o o Km

Ο Ο ω —3 oo-^oo—I Ί CD 03 Ό ON

οοσνσν ocj\rwovoaiDO

0000 oooooooo ο ο o

p- Ο tu piQbd P-Q

CD ID {D CD CD P> (DID

< W έ VI < g p. μ. B W· Η· @ W· o c-i. m o o. to O <vj.

c+ N C+ N c+ N

η μ. OW· OW· R on R OU ^ to

1 I I

0 oooo oooooooo o o Totale vas— VJ J J VJ V» UU<#<jW|J»JU « « , Ί T , ·

4r- —i —v —)· jr-—iporO—i—*·Γ0—1 1 U) te (Ιθβ-LtjeS

vo ονονοσν Lo-^roovvow-1-^ -4 'o , U) (J\ -1 05 VI U 4r (D -1 ON CD LO -4 VO 00 g/j£m 1 ill ί ί ί I ί I ί ί Percentage U1 VnvrtON Wl^roovnov-pr'vnvn .

ίο vd r -> o\ id ¢- o vi on vi vn verschil

V* j VJ VJ J VJ VJ »J *J U VJ VJ

-1=- CO U) vo —‘ CO U) CT\ U) VJ1 VJ1 o o oooo oooooooo o ó Sulfaat u » I> Vt » n»»'»·*'»'*'» ·· i· / o oooo oooooooo o o g/km —‘ —1 O IV) O —‘O—‘4="—*00—1 o o oi IN) 4=N0WC0 ONONW-'-PON'I-1 VI ON Wl 0 r vi r on iv 4=- on ro νπ o vo vo —· σ\ > ω

1 i+i + + + + + + ++ Percentage H

σν 4=- σ\ -· w u vn o f vi 4=- verschil tr*

Vj J VJ VJ VJ (jO CO v* ** vo cococo _i >» „ * 4=- vn on -· U) NO ^ i? o

E

o oooo oooooooo o o Geadsorheer-(D

o ->ooo -oooooooo o -‘ae koolwa- ω co rorop-u) iDUMCor-ipui rq vn , £r 0 on -4 ro o -qivicoroovovnu) -4 o ter stoffen g -4] ruic ρ-!θ34ΐαο->σΝ -1 g/im. c+ £ 4=- 1 ill ί ί ί ί ί ί ί ί Percentage -4 S ON Ή —4 CO 4=" —1 03 ON -1 CO .

νπ o on on co p p m on no η γο verschil I# u VI I «I VI VI M W V « σ> v-π oo* -a U) ro \o co cjn vo o\ —1 0 oooo 000000 0 o o Koolstof VJ J J VJ U v <* .

ro ro -1, ^ -*· -+. ro g/km ui on v ω w οοωνονο·ρ·-·-·ΐΛ) 4=- 4=- _i v/i 4w —1 vji covn-j· —4 —1· ro on ro σν co co NO V0WiL04^Or0OU) 0 1 ill ί ί ί ί ί ί ί ί Percentage 4= 4r vn VJl 4=- Γ0 4=- *P" VT1 CO 4=" CO .

u> on -p- σ\ =-Λω-·ωΡΜΐ ό verschil

v J VJ VJ II NI VI Μ VI « Ί U

ro ON P P _1—»U)VO—4—»4=-—4 800 3 6 99 -15- IO M J \fl 03 CO —3 ON U1 -P" Γ0 —1 Ό oo Em Ο O U> -3 Ο3-··Ο3-<ΙΌ0000ΌσΝ ο o on on οον-ρ-γοονοοογοο 0000 oooooooo ο ο o

Qbj ΡΌ td g1 W

(Dja Φ Φ P

3 w M 3 ra ads μ. μ. 3 μ· Η· 3 Η· Η· L,. m ο ο. ca Ο C-.. μ

¢3 c+ tsa ? S

μ. Ο Η· Ο Η· Μ 4 TO 4 0¾ ρ. I 1 οοοοο οοοοοοοοο ο Totale vas- L ω L. 1χ Ίχ ω - Ί ^ - - - - - ω te deeltjes -j ro -j σ\ -tr- i-o\^\o\oMruiP ui h md on -p- on ro u>4^—3o-i="CoM3Ïr\ji co g/km 1 lil i i i i i i i ι· Percentage jr- iruivn uiVJlCftTiUlCi^ ,· ·, ui 'S-^co ropyif-cowui verschil

j ^ 'Λ 'Λ UV\*\*VVv*V

-x CO ui ON OVlO(J>IVIPfO

οοοοο οοοοοοοοο o Sulf aat 4 t« u v» v vJvvvVV^u » ƒ οοοοο οοοοοοοοο o g/km

0 —1 —1 i\D —1 —χο—‘ΓΟΓΟΟΟΟΟ O

Co O —1 00 —1 ΜΌ-ΤΡΓΟνί'ΤΡ-Ρ· VI

j U) Γ MD —x —x L0 MD ΜΠ —3 —1 O

ω o on -1 ^ !> 1 i+i + + + + + 11Γ Percentage Γ0 UI Ό CO —1 P" CO —i MD o\ —i „ , ·η ω ik u —x v> w co -> w h » » -i verschil ..

u _3 V» O J -\J1 —X σ\ w —X \J1 « IHl ΓΟ -¾ o » ^ ·» —3 —3 ui ra f t-1 o οοοοο οοοοοοοοο o Geadsorbeer- ω ο-^οοο -xoooooooq -q.de koolwa- <d rou)—i—1-4 ind —1 —1 f w ra ra ra ra 4=" -χ -j· oo on md raw-ircDOiora-3 -p- terstoffen ra

00 -« w o k>oo-*ovjicoos g/·^ I

d- £ 1 iii i i i i i i i Γ Percentage ^ OO CD CO ® CO COCA—3COCOCOCO .

00 .pr-ON-p- o\®\owuiprj verschil j tl tl V) 00 —3 —3 ΜΠ ΟΟΓΟϋύΟΝ—3-^000) οοοοο οοοοοοοοο o Koolstof J J J 1> U VKOUKUO'*» * ,, _X —X —X —X —X |^_x_x_x-x-x-x-x-xx ro g/km frospra-* .ouipiouoioqu) o °

MD ΜΠ —3 -J. —3 ON ON O -P" —* —1 3 -P" MD

O ON -P" UI 03 P" —1 800 3 6 99 lil i i i i i i i i’ Percentage —x oooop- οοοορ-οον-πρ-ρ-ιλ) , .° md omdon '-p- o ra ui _x _x co ui verschil

* # V U U^M«J V V V

ON VOO—4 H »: U) 0\ X MD -*3 vo -16- roro _ι_ι \ονο rooKm O O CO CO —4 —3 co o o on on ON ON oo o o o o o o o o o o o pj o ω p· o ω P· o w p· o ω PP ppp POP P P P P έ m sj co s; co s; ca Βη· μ· B η· η· Βη· η· B η· h· O c-i· co o t-ι. co o h. co o <v. co

c+n C+N et N C+N

OH· OH· OH· O H·

hl CK) I-SOQ hl OQ hi OQ

1111 o oo oo o o o Totale vas- re co co co vi co ro co te deeltjes

COVO-C-COONOfOCO

co -» on vi -» co ro co g/km ii+i Percentage o o ιό co verschil

V V V V

L0 -· -· CO

o oo oo ooo Sulfaat V V V V V V V * i o oo oo ooo g/Jsm ΙΌ —1 ΙΌ -· 03 -· U) -»

CΛ Ό _» -40 -» 4=" O

\o CO on O CO ON

H3 + + + + Percentage ^ co ιό on ro ω ν_π oo co ro verschil _ v« v (jO vo P3 \J1 Γ0 w « O CJ\ f o oo oo ooo Geadsorbeer-p v v v v v v v u H> 0 —1 o -* o -*o-*&e koolwa- !v

on -p- on co-· o 4=r ro , , P

-·. co ro vo-p-vioovo terstoffen o CO Co ΓΟ ON ΓΌ CO Ό ,, 4 g/km m p

M

P

i-S

„ , O

1 I i i, Percentage p V V 00 ON , . n Hj —4 vi on ιό verschil ^ VVV'··

4r- VI ON O

0 oo oo ooo Koolstof V VV VV V'*'» , ro ro ro 4=- -* -* -1 g/km 4=- ΙΌΟΝ ΓΌΟΝ Ό CO Ό d'

VI —4 ΓΌ —4 ON —* CO CO

tr ON

800 3 6 99 + + i Percentage co -1 —1 ro , .1° on vi -pH co verschil v v LO v (jJ —··* v \-Π

OO

-17- TABEL J Tegendruk in cm kwik

Afgelegde km* s Basis Ba katalysator kamer

Max. Gem. Max. Gm.

5 Hete start 0 7,92 1,60 7,32 1,91 2880 8,69 2,5¾ 6720 9,7 2,1*9 781*0 9,32 2,31 10 8800 13,6 1*,8 9760 6,11* 1,65 11,6 3,63 13600 8,1*1 2,1*1* 20000 6,05 2,15

Koude start 15 0 6,70 1,22 8,99 2,18 2880 8,00 2,92 6720 1,7 2,1*1* 781*0 11,1* 2,1*3 8800 12,3 1+,19 20 9760 12,3* 1 ,55 11,7 3,51 13600 8,33 2,1*1* 20000 6,1* 2,11 Sïïoge cijfer vermoedelijk veroorzaakt door roetafzettingen 8003699 -18- TABEL· K Tegendruk in cm kwik

Afgelegde km's Basis Na katalysator kamer

Max. Gem. Max. Gem.

5 2880 Q,k8 5,03 9Τβ0 5,1 2,8 10,3 ΤΛ 13600 7,92 5,1 TABEL· L Tegendruk in cm kwik 10 Afgelegde ka1s Basis Na katalysator kamer

Max. Gem. Max. Gem.

0 7,32 1,1*2 8,13 2,03 13600 11,38 1,55 11,7 3,51

In de beschrijving zijn de volgende afkortingen toegepast die 15 ie volgende betekenissen hebben.

CVS - constante volume bemonstering.

LA.U - Los Angeles cyclus als voorgeschreven door het EPA (Environmental Protection Agency) en die een standaardproefcyclus betreft die is ontworpen cm een rit naar het werk onder verkeersomstandigheden 20 in Los Angeles na te bootsen. Dit betreft een proef waaraan verder alle nieuwe voertuigen worden onderworpen.

Taxi-cyclus - een proefcyclus van ongeveer 80 hm lang goedgekeurd door EPA en uitgevoerd bij lage snelheden tot ten hoogste U0 km per uur die perioden cmvat dat het voertuig stilstaat en de motor 25 stationair draait.

800 36 99

Claims

1. Verbrandingsmotor gekenmerkt door een inrichting voor het verminderen van de hoeveelheid schadelijke stoffen in uitlaatgassen afgegeven door de motor die tenminste een uitlaatpoort bevat, welke inrichting een huis omvat dat een kamer vastlegt die een katalysator bevat, 5 welke katalysator een substraat gemaakt van vezelachtig metallisch materiaal in gebreide, geweven of geplette vorm, een eerste laag van een vuurvast metaaloxyde aangebracht op het substraat en een tweede laag van een katalytisch materiaal aangebracht op de eerste laag omvat, welke kamer een inlaat heeft die in verbinding staat met de uitlaatpoort waar-10 door uit de motor afgegeven uitlaatgas in de kamer wordt geleid en door de katalysator wordt gepasseerd alvorens dit via een uitlaatsysteem in de atmosfeer wordt afgevoerd.

2. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het huis een aantal inlaten omvat die overeenkomen met het aantal uitlaatpoorten van de 15 motor.

3. Motor volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de inrichting grenzend aan de uitlaatpoorten van de motor is opgesteld.

4. Motor volgens conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het metallische substraat zódanig is opgesteld dat een maximum contact tussen het 20 katalytische materiaal en het uitlaatgas tot stand wordt gebracht.

5. Motor volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het katalytische materiaal bestaat uit een metaal of een metallische legering of een samenstelling die twee of meer metalen en/of oxyden daarvan bevat.

6. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metallische 25 substraat de vorm heeft van een lint met tenminste twee vrijwel vlakke tegenover elkaar liggende oppervlakken.

7· Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vezelachtige metallische materiaal de vorm heeft van een draad.

8. Motor volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het metallische 30 substraat turbulentie opwekt in de uitlaatgassen die de kamer verlaten.

9. Motor volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de vuurvaste metaaloxydelaag wordt gekozen uit: Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, de lanthaniden, Ti, Zr, Hf, Th, Ta, V, Cr, Mn, Co, Hi, B, Al, Si en Sn.

10. Motor volgens conclusie 9a met het kenmerk, dat de eerste laag 35 is gemaakt van Alo0 , aluminiumhydraten, BaO, Ti0o, ZrO , Hf0o, ThO_ of dj d 2 d d Cr2°3- 800 3 6 99 -20-

11. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat is gemaakt van een corrosiebestendige legering die een onedel metaal bevat.

12. Motor volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het substraat is gemaakt van een nikkel en chroambevattend legering, waarvan het ge- 5 mengde nikkel plus chroangehalte groter is dan 20 gew.%.

13. Motor volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het substraat is gemaakt v^flegering van ijzer die tenminste een van de volgende elementen omvat: chroom (3-^-0) gew.$, aluminium (1-10) gew.$, kobalt (spoor-5) gew.$, nikkel (spoor-72) gew.% en koolstof (spoor-0,5) gew.$. 10 1^. Motor volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de onedele metaallegering yttrium in een hoeveelheid van 0,1-3,0 gev.% omvat.

15. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat bestaat uit een metallisch materiaal met een dikte van 0,0025-0,050 cm.

16. Motor volgens conclusies 1-155 met het kenmerk, dat het katalysa-15 tormateriaal bestaat uit een metaal gekozen uit Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Hi, V, Cr, Mo, W, Y, Cey legeringen die tenminste een van deze metalen bevatten en intermetallische verbindingen die tenminste 20 gew.% van een of meer van deze metalen bevatten. '"17v" 'Verbrandingsmotor volgens een van de voorafgaande conclusies 20 bestaande uit een dieselmotor.

18. Werkwijze voor het verminderen van de vervuiling veroorzaakt door uitlaatgas van verbrandingsmotoren, met het kenmerk, dat het uitlaatgas van de cilinders van de motor wordt geleid in een kamer die een katalysator op een drager bevat van zodanig ontwerp dat turbulentie tot 25 stand wordt gebracht en de in het uitlaatgas aanwezige schadelijke stoffen in aanraking komen met de katalysator en tenminste een deel van de schadelijke componenten en fijnverdeelde materialen katalytisch worden geoxydeerd. 800 36 99