本發(fā)明涉及內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機產(chǎn)生含有包括烴、一氧化碳、氮氧化合物(nox)、硫氧化合物和顆粒物在內(nèi)多種污染物的廢氣.越來越嚴格的全國性和地區(qū)性法規(guī)已經(jīng)降低了柴油機或汽油機可以排放的污染物量。已經(jīng)開發(fā)出含有多種催化劑部件的排氣系統(tǒng)來達到這些低排放標(biāo)準.

催化劑部件通過化學(xué)地改變由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣組成來減少排放到大氣的污染物量.例如，“三元催化劑”(twc)組分有三種作用：(1)氧化廢氣中的co以形成co2；(2)氧化未燃燒的烴以形成co2和h2o；和(3)將nox還原為n2.催化劑部件一般在催化劑的溫度維持在某個規(guī)定范圍內(nèi)時以峰值效率操作.在比規(guī)定溫度范圍穩(wěn)定高的溫度連續(xù)操作催化劑部件，一般會導(dǎo)致催化劑物質(zhì)降解.該降解會導(dǎo)致性能降低或催化劑失效。

由于對于性能降低或失效(例如催化劑中毒等)還有其他可能的解釋，重要的是研發(fā)一種裝置來確定催化劑是否暴露于極高溫度。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種新的診斷系統(tǒng)，其能夠檢測催化劑部件是否經(jīng)歷了會導(dǎo)致失活或可能的失效的高老化溫度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)。該診斷系統(tǒng)包含催化劑部件和在高于其轉(zhuǎn)變溫度經(jīng)歷物理轉(zhuǎn)變的標(biāo)記物。本發(fā)明還包括一種用于確定內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑部件是否暴露于失活溫度的方法.該方法包括目視檢查位于該催化劑部件的緊密鄰近處的標(biāo)記物；并確定該標(biāo)記物是否經(jīng)歷物理轉(zhuǎn)變，該物理轉(zhuǎn)變指示暴露于高于該標(biāo)記物的轉(zhuǎn)變溫度的溫度.

具體實施方式

本發(fā)明的診斷系統(tǒng)包含催化劑部件.這些催化劑部件是本領(lǐng)域公知的.催化劑部件一般是催化劑涂覆的基底，其包含覆蓋在基底上的催化劑涂層.優(yōu)選地，催化劑部件包含容納催化劑涂覆的基底的罐或殼。

基底優(yōu)選是陶瓷基底或金屬基底.陶瓷基底可以由任何合適的難熔材料制成，例如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鎂、沸石、氮化硅、碳化硅、硅酸鋯、硅酸鎂、鋁硅酸鹽和金屬硅鋁酸鹽(例如堇青石和鋰輝石)或者其任意兩種或更多種的混合物或混合氧化物.特別優(yōu)選堇青石、硅鋁酸鎂和碳化硅.

金屬基底可以由任何合適的金屬制成，特別是耐熱金屬和金屬合金，例如鈦和不銹鋼以及含有鐵、鎳、鉻和/或鋁以及其他痕量金屬的鐵素體合金。

取決于應(yīng)用，基底可以是過濾器基底或流通式基底.如果基底是流通式基底，則優(yōu)選是蜂窩體整料?；淄ǔ＝?jīng)設(shè)計以提供車輛廢氣通過的多個通道。通道的表面載有催化劑涂層.

三元催化劑(twc)一般在化學(xué)計量條件下用于汽油機中，用來在單一設(shè)備上將nox轉(zhuǎn)化成n2，將一氧化碳轉(zhuǎn)化成co2，將烴轉(zhuǎn)化成co2和h2o.twc優(yōu)選包含兩種或更多種鉑族金屬(pgms)的組合，通常是pt/rh、pd/rh或pt/pd/rh.所用的pgm和任何催化劑促進劑例如基于鋇的化合物通常由以下的之一或二者來負載：儲氧組成(osc)例如ce-zr混合或復(fù)合氧化物，和高表面積無機氧化物例如氧化鋁.

柴油氧化催化劑(doc)經(jīng)設(shè)計以將co氧化成co2，和將氣相烴(hc)和柴油顆粒的有機部分(可溶有機部分)氧化成co2和h2o.典型的doc組分包含在高表面積無機氧化物載體如氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁和沸石上的鉑和任選地鈀.

催化煙灰過濾器(csf)是用與doc類似的組成和功能的催化劑涂覆的過濾器基底。它還可以幫助柴油顆粒物燃燒。典型的csf催化劑部件包含鉑、鈀和高表面積無機氧化物。

選擇性催化還原(scr)催化劑是通過與氮化合物(例如氨或尿素)或烴(貧nox還原)反應(yīng)將nox還原為n2的催化劑.典型的scr催化劑包含氧化釩-二氧化鈦催化劑、釩-鎢-二氧化鈦催化劑或金屬/沸石催化劑如鐵/β沸石、銅/β沸石、銅/ssz-13、銅/sapo-34、fe/zsm-5或銅/zsm-5.scr催化劑通常涂覆在流通式基底上。

選擇性催化還原過濾器(scrf)是結(jié)合了scr和微粒過濾器的功能的單基底裝置。它們用于減少內(nèi)燃機的nox和顆粒物排放.當(dāng)scr催化劑涂覆在過濾器基底上時，形成scrf。

貧nox捕集阱(或nox吸附劑催化劑)是在貧排氣條件下吸附nox，在富燃條件下釋放吸附的nox，并還原釋放的nox以形成n2的催化劑.nox捕集阱通常包含nox儲存組分(例如ba、ca、sr、mg、k、na、li、cs、la、y、pr和nd)、氧化組分(優(yōu)選pt)和還原組分(優(yōu)選rh)。這些組分包含在一種或多種無機氧化物載體上.

各種催化劑體系可以通過任何已知的方法添加到到基底。例如，在三元催化劑中，可以將復(fù)合氧化物或含pgm的復(fù)合氧化物催化劑施加并結(jié)合到基底作為載體涂層(washcoat)，一種結(jié)合到基底表面的多孔的高表面積層.載體涂層通常從水基漿料施加到基底，然后干燥并在高溫煅燒.如果僅將復(fù)合氧化物載體涂覆在基底上，則可將pgm金屬負載到干燥的載體涂層支撐層上(通過浸漬、離子交換等)，然后干燥和煅燒以產(chǎn)生涂覆有催化劑的基底.

本發(fā)明的診斷系統(tǒng)包含在暴露于轉(zhuǎn)變溫度后經(jīng)歷物理轉(zhuǎn)變的標(biāo)記物.轉(zhuǎn)變溫度是標(biāo)記物經(jīng)歷物理轉(zhuǎn)變的溫度，優(yōu)選為其熔點。優(yōu)選地，標(biāo)記物是陶瓷材料，其包含選自硼化合物、鈦化合物、鋅化合物、鈉化合物、硅化合物、鉀化合物、鈣化合物、鋁化合物、鉻化合物、鈷化合物、鐵化合物、鎳化合物、銅化合物、錳化合物，釩化合物和鎂化合物的一種或多種化合物。更優(yōu)選地，陶瓷材料是金屬碳酸鹽，例如鎳碳酸鹽(如nico3)、鈷碳酸鹽(如coco3)、鉻碳酸鹽(如crco3)、錳碳酸鹽(如mn(co3)2或mn2(co3)3)或其混合物.

可選地，標(biāo)記物可包含一種或多種混合金屬氧化物，其包含鎂、鈣、鈉、釩、鉬、鎳、鈷和鑭.更優(yōu)選地，混合金屬氧化物是mg3(vo4)2、ni2(vo4)2、na3(vo4)或其混合物。mg3(vo4)2的熔點為1210℃；ni2(vo4)2的熔點＞900℃；na3(vo4)的熔點為850℃.

優(yōu)選地，標(biāo)記物包含一系列標(biāo)記物。在一個優(yōu)選的實施方案中，標(biāo)記物由一系列包含陶瓷釉料的條帶組成，該陶瓷釉料在多種溫度下形成有色玻璃.例如，每個條可以由在特定溫度(～600℃、～815℃和1200℃)熔融的單個釉料組成?；蛘邇?yōu)選地，標(biāo)記物可以包含在限定的溫度熔融的一系列混合金屬氧化物條帶.例如，條帶可以由白色或米色的混合金屬氧化物組成，該混合氧化物在高于其熔化溫度時熔融并變?yōu)橛猩?。或者另一個優(yōu)選是，標(biāo)記物可以包含在限定的溫度分解并改變顏色的金屬碳酸鹽.

本發(fā)明的診斷系統(tǒng)優(yōu)選用于檢測位于排氣系統(tǒng)中的催化劑部件的潛在熱劣化.當(dāng)用于檢測催化劑部件的熱劣化時，標(biāo)記物優(yōu)選位于催化劑部件的緊密鄰近處，使得該標(biāo)記物暴露于與催化劑部件相同的溫度.優(yōu)選地，標(biāo)記物位于催化劑部件12英寸(30.5cm)之內(nèi)，更優(yōu)選位于6英寸(15.25cm)之內(nèi)，并且最優(yōu)選位于催化劑部件本身之內(nèi)或之上。

例如，標(biāo)記物可以位于涂覆有催化劑的基底的基底上.例如，標(biāo)記物可以位于催化劑部件的通道內(nèi).更優(yōu)選地，標(biāo)記物位于催化劑部件的罐或殼上.通過將標(biāo)記物置于催化劑部件的外部上(即在罐或殼的表皮上，或者在催化劑部件的出口面上)，可以容易地看到，而不必打開排氣系統(tǒng)的罐/殼.此外，標(biāo)記物可以施用在催化劑部件的出口之上或附近。

本發(fā)明的診斷系統(tǒng)還優(yōu)選地包含排氣管.排氣管通常通過催化劑部件將廢氣從發(fā)動機攜帶到大氣，使得廢氣在離開到大氣之前與催化劑部件接觸。當(dāng)診斷系統(tǒng)還包含排氣管時，標(biāo)記物還可以施用到排氣系統(tǒng)的排氣管的內(nèi)部或外部。例如，標(biāo)記物可以在位于排氣管內(nèi)的獨立探頭上.它也可以位于與催化劑部件緊密相鄰的獨立探頭上，優(yōu)選在催化劑部件的12英寸(30.5cm)之內(nèi)，更優(yōu)選在6英寸(15.25cm)之內(nèi).當(dāng)位于催化劑部件的緊密鄰近處時，獨立探頭優(yōu)選位于催化劑部件的下游，使得廢氣先接觸催化劑部件，后接觸獨立探頭.

本發(fā)明還包括一種用于診斷內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)中的催化劑部件的方法.該方法包括目視檢查位于催化劑部件的緊密鄰近處的標(biāo)記物，和確定該標(biāo)記物是否經(jīng)歷了物理轉(zhuǎn)變，該物理轉(zhuǎn)變指示暴露于高于該標(biāo)記物的轉(zhuǎn)變溫度的溫度.例如，由于混合金屬氧化物或金屬碳酸鹽標(biāo)記物的分解，標(biāo)記物可以從白色(或米色)變?yōu)橛猩?/p>

以下實施例僅說明本發(fā)明.本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到在本發(fā)明的主旨和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的許多變化。

本發(fā)明的實施例

診斷系統(tǒng)可以通過用陶瓷標(biāo)記物涂覆二元催化劑(twc)部件來生產(chǎn).twc部件包含容納用twc組合物涂覆的流通堇青石基底的罐(金屬外殼)。陶瓷標(biāo)記物可以通過施用一個或多個混合金屬氧化物(例如，mg3(vo4)2，熔點1210℃；ni2(vo4)2，mp＞900℃和na3(vo4)，mp850℃)來涂覆在罐上.包含twc部件和陶瓷標(biāo)記物的診斷系統(tǒng)然后可以通過將診斷系統(tǒng)連接到排氣系統(tǒng)的排氣管而放置到測試車輛的排氣系統(tǒng)中.

可以通過在正常操作條件下運行測試車輛延長的時間段來測試診斷系統(tǒng).在測試期之后，可以目視檢查陶瓷標(biāo)記物的顏色變化，以確定twc是否暴露于高溫失活溫度。例如，na3(vo4)陶瓷標(biāo)記物的變色表明twc暴露于高于850℃的溫度。mg3(vo4)2陶瓷標(biāo)記物的變色表明twc暴露于高于1210℃的溫度。