本发明涉及内燃机排气系统的诊断系统。
背景技术：
内燃机产生含有包括烃、一氧化碳、氮氧化合物(nox)、硫氧化合物和颗粒物在内多种污染物的废气.越来越严格的全国性和地区性法规已经降低了柴油机或汽油机可以排放的污染物量。已经开发出含有多种催化剂部件的排气系统来达到这些低排放标准.
催化剂部件通过化学地改变由发动机产生的废气组成来减少排放到大气的污染物量.例如，“三元催化剂”(twc)组分有三种作用：(1)氧化废气中的co以形成co2；(2)氧化未燃烧的烃以形成co2和h2o；和(3)将nox还原为n2.催化剂部件一般在催化剂的温度维持在某个规定范围内时以峰值效率操作.在比规定温度范围稳定高的温度连续操作催化剂部件，一般会导致催化剂物质降解.该降解会导致性能降低或催化剂失效。
由于对于性能降低或失效(例如催化剂中毒等)还有其他可能的解释，重要的是研发一种装置来确定催化剂是否暴露于极高温度。
已经发现一种新的诊断系统，其能够检测催化剂部件是否经历了会导致失活或可能的失效的高老化温度。
技术实现要素：
本发明是内燃机排气系统的诊断系统。该诊断系统包含催化剂部件和在高于其转变温度经历物理转变的标记物。本发明还包括一种用于确定内燃发动机的排气系统中的催化剂部件是否暴露于失活温度的方法.该方法包括目视检查位于该催化剂部件的紧密邻近处的标记物；并确定该标记物是否经历物理转变，该物理转变指示暴露于高于该标记物的转变温度的温度.
具体实施方式
本发明的诊断系统包含催化剂部件.这些催化剂部件是本领域公知的.催化剂部件一般是催化剂涂覆的基底，其包含覆盖在基底上的催化剂涂层.优选地，催化剂部件包含容纳催化剂涂覆的基底的罐或壳。
基底优选是陶瓷基底或金属基底.陶瓷基底可以由任何合适的难熔材料制成，例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、氧化镁、沸石、氮化硅、碳化硅、硅酸锆、硅酸镁、铝硅酸盐和金属硅铝酸盐(例如堇青石和锂辉石)或者其任意两种或更多种的混合物或混合氧化物.特别优选堇青石、硅铝酸镁和碳化硅.
金属基底可以由任何合适的金属制成，特别是耐热金属和金属合金，例如钛和不锈钢以及含有铁、镍、铬和/或铝以及其他痕量金属的铁素体合金。
取决于应用，基底可以是过滤器基底或流通式基底.如果基底是流通式基底，则优选是蜂窝体整料。基底通常经设计以提供车辆废气通过的多个通道。通道的表面载有催化剂涂层.
三元催化剂(twc)一般在化学计量条件下用于汽油机中，用来在单一设备上将nox转化成n2，将一氧化碳转化成co2，将烃转化成co2和h2o.twc优选包含两种或更多种铂族金属(pgms)的组合，通常是pt/rh、pd/rh或pt/pd/rh.所用的pgm和任何催化剂促进剂例如基于钡的化合物通常由以下的之一或二者来负载：储氧组成(osc)例如ce-zr混合或复合氧化物，和高表面积无机氧化物例如氧化铝.
柴油氧化催化剂(doc)经设计以将co氧化成co2，和将气相烃(hc)和柴油颗粒的有机部分(可溶有机部分)氧化成co2和h2o.典型的doc组分包含在高表面积无机氧化物载体如氧化铝、二氧化硅-氧化铝和沸石上的铂和任选地钯.
催化烟灰过滤器(csf)是用与doc类似的组成和功能的催化剂涂覆的过滤器基底。它还可以帮助柴油颗粒物燃烧。典型的csf催化剂部件包含铂、钯和高表面积无机氧化物。
选择性催化还原(scr)催化剂是通过与氮化合物(例如氨或尿素)或烃(贫nox还原)反应将nox还原为n2的催化剂.典型的scr催化剂包含氧化钒-二氧化钛催化剂、钒-钨-二氧化钛催化剂或金属/沸石催化剂如铁/β沸石、铜/β沸石、铜/ssz-13、铜/sapo-34、fe/zsm-5或铜/zsm-5.scr催化剂通常涂覆在流通式基底上。
选择性催化还原过滤器(scrf)是结合了scr和微粒过滤器的功能的单基底装置。它们用于减少内燃机的nox和颗粒物排放.当scr催化剂涂覆在过滤器基底上时，形成scrf。
贫nox捕集阱(或nox吸附剂催化剂)是在贫排气条件下吸附nox，在富燃条件下释放吸附的nox，并还原释放的nox以形成n2的催化剂.nox捕集阱通常包含nox储存组分(例如ba、ca、sr、mg、k、na、li、cs、la、y、pr和nd)、氧化组分(优选pt)和还原组分(优选rh)。这些组分包含在一种或多种无机氧化物载体上.
各种催化剂体系可以通过任何已知的方法添加到到基底。例如，在三元催化剂中，可以将复合氧化物或含pgm的复合氧化物催化剂施加并结合到基底作为载体涂层(washcoat)，一种结合到基底表面的多孔的高表面积层.载体涂层通常从水基浆料施加到基底，然后干燥并在高温煅烧.如果仅将复合氧化物载体涂覆在基底上，则可将pgm金属负载到干燥的载体涂层支撑层上(通过浸渍、离子交换等)，然后干燥和煅烧以产生涂覆有催化剂的基底.
本发明的诊断系统包含在暴露于转变温度后经历物理转变的标记物.转变温度是标记物经历物理转变的温度，优选为其熔点。优选地，标记物是陶瓷材料，其包含选自硼化合物、钛化合物、锌化合物、钠化合物、硅化合物、钾化合物、钙化合物、铝化合物、铬化合物、钴化合物、铁化合物、镍化合物、铜化合物、锰化合物，钒化合物和镁化合物的一种或多种化合物。更优选地，陶瓷材料是金属碳酸盐，例如镍碳酸盐(如nico3)、钴碳酸盐(如coco3)、铬碳酸盐(如crco3)、锰碳酸盐(如mn(co3)2或mn2(co3)3)或其混合物.
可选地，标记物可包含一种或多种混合金属氧化物，其包含镁、钙、钠、钒、钼、镍、钴和镧.更优选地，混合金属氧化物是mg3(vo4)2、ni2(vo4)2、na3(vo4)或其混合物。mg3(vo4)2的熔点为1210℃；ni2(vo4)2的熔点＞900℃；na3(vo4)的熔点为850℃.
优选地，标记物包含一系列标记物。在一个优选的实施方案中，标记物由一系列包含陶瓷釉料的条带组成，该陶瓷釉料在多种温度下形成有色玻璃.例如，每个条可以由在特定温度(～600℃、～815℃和1200℃)熔融的单个釉料组成。或者优选地，标记物可以包含在限定的温度熔融的一系列混合金属氧化物条带.例如，条带可以由白色或米色的混合金属氧化物组成，该混合氧化物在高于其熔化温度时熔融并变为有色。或者另一个优选是，标记物可以包含在限定的温度分解并改变颜色的金属碳酸盐.
本发明的诊断系统优选用于检测位于排气系统中的催化剂部件的潜在热劣化.当用于检测催化剂部件的热劣化时，标记物优选位于催化剂部件的紧密邻近处，使得该标记物暴露于与催化剂部件相同的温度.优选地，标记物位于催化剂部件12英寸(30.5cm)之内，更优选位于6英寸(15.25cm)之内，并且最优选位于催化剂部件本身之内或之上。
例如，标记物可以位于涂覆有催化剂的基底的基底上.例如，标记物可以位于催化剂部件的通道内.更优选地，标记物位于催化剂部件的罐或壳上.通过将标记物置于催化剂部件的外部上(即在罐或壳的表皮上，或者在催化剂部件的出口面上)，可以容易地看到，而不必打开排气系统的罐/壳.此外，标记物可以施用在催化剂部件的出口之上或附近。
本发明的诊断系统还优选地包含排气管.排气管通常通过催化剂部件将废气从发动机携带到大气，使得废气在离开到大气之前与催化剂部件接触。当诊断系统还包含排气管时，标记物还可以施用到排气系统的排气管的内部或外部。例如，标记物可以在位于排气管内的独立探头上.它也可以位于与催化剂部件紧密相邻的独立探头上，优选在催化剂部件的12英寸(30.5cm)之内，更优选在6英寸(15.25cm)之内.当位于催化剂部件的紧密邻近处时，独立探头优选位于催化剂部件的下游，使得废气先接触催化剂部件，后接触独立探头.
本发明还包括一种用于诊断内燃机排气系统中的催化剂部件的方法.该方法包括目视检查位于催化剂部件的紧密邻近处的标记物，和确定该标记物是否经历了物理转变，该物理转变指示暴露于高于该标记物的转变温度的温度.例如，由于混合金属氧化物或金属碳酸盐标记物的分解，标记物可以从白色(或米色)变为有色。
以下实施例仅说明本发明.本领域技术人员将认识到在本发明的主旨和权利要求书的范围内的许多变化。
本发明的实施例
诊断系统可以通过用陶瓷标记物涂覆二元催化剂(twc)部件来生产.twc部件包含容纳用twc组合物涂覆的流通堇青石基底的罐(金属外壳)。陶瓷标记物可以通过施用一个或多个混合金属氧化物(例如，mg3(vo4)2，熔点1210℃；ni2(vo4)2，mp＞900℃和na3(vo4)，mp850℃)来涂覆在罐上.包含twc部件和陶瓷标记物的诊断系统然后可以通过将诊断系统连接到排气系统的排气管而放置到测试车辆的排气系统中.
可以通过在正常操作条件下运行测试车辆延长的时间段来测试诊断系统.在测试期之后，可以目视检查陶瓷标记物的颜色变化，以确定twc是否暴露于高温失活温度。例如，na3(vo4)陶瓷标记物的变色表明twc暴露于高于850℃的温度。mg3(vo4)2陶瓷标记物的变色表明twc暴露于高于1210℃的温度。