将催化剂设备人工老化的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于人工老化催化转化器（６）的方法，该方法用于在实验台上转化包含至少一种得自含Ｃ、含ＨＣ和含ＮＯｘ组分的成分的废气。根据所述方法，包含至少一种得自含Ｃ、含ＨＣ和含ＮＯｘ组分的成分的热的老化气体通过催化转化器（６）。本发明专利技术也涉及相应的设备。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分用于人工老化催化剂设备的方法，并涉及一种适合实施该方法的装置。在过去，美国加利福尼亚州由于通过对汽车施行了早先且严格的排放量法规而名声大噪。该法规意味着必须开发使用寿命超过100 000英里的废气后处理系统。在欧盟，立法机关采用排气分类(exhaust classification)Euro 3，规定使用寿命为80 000km，并且之后通过引入排气分类Euro 4，从2005年起，车辆标准(vehicle models)的使用寿命为100 000km。为了减少交通产生的空气污染，在1998年，加利福尼亚大气资源委员会(CARB(the California Air Resources Board))对于加利福尼亚中具有OBD(车载诊断(On-Board Diagnosis))的所有汽车提出了更严格的排放量限制。除了这些更严格的规定之外，与废气相关的所有部件必须通过有效的电子控制器进行连续监控。从标准年度(model year)2001年起，欧盟对于所有汽车提出了类似的规定。排气分类区别于排放量的极限值和车载诊断的极限值之间。OBD的极限值由CARB提供固定的破坏系数(deterioration factor)并用来反映老化部件的性能。因此当超过该排放量极限时，通过视觉系统驾驶员可以知道与排放物相关的部件出现了故障。为了显示故障检测，所有车载诊断的监控必须在使用相应的老化部件之前、在立法机关批准(认同)期间认证。另外，必须提供这样的证明根据预定的寿命满足由立法机构规定的排放量指标。除了类型认证之外，该领域中尤其是加利福尼亚和美国的立法机构正在监控汽车制造商以确定所规定的规则是否被遵守及法定的规则是否可以进一步扩展。例如，从注明2004年起实行的标准中应用的LEVII法规主要提供了NOx排放量的更严格的规定。该规定特别应用于OBD，因为目前仅仅规定了烃(HC)排放量，这意味着汽车制造商也只能使用诊断(diagnosis)技术以监控废气中烃转化的劣化。由于近年来的经验和实地测试已经确定氮氧化物排放物不具有与烃排放物相比的老化性能，因此从注明2004年起实行的标准中，除了烃排放物之外还必须监控过量的NOx排放物。例如，依照在美国提出的LEVII法规，对于不含甲烷的烃排放物或氮氧化物排放物，来自欲监控的催化剂中的排放物必须不超过要采用的排气极限的1.75倍以上，并且对于不含甲烷的烃排放物或对于氮氧化物排放物，老化的催化剂的转化速率不能下降到50％以下。另外，对于不提供汽缸(在所检测到的熄火水平高于破坏催化剂的熄火水平的情况下该气缸将被关闭)的制造商，LEVII法规要求老化整个排气系统。由立法机构施加的不断增加的要求需要汽车制造商对与废气排放相关的部件的老化过程投入更多的研究。老化的部件表示在每一辆车辆的使用期间在与废气相关的研究中的重要部件。例如，一方面必须确定老化的部件对排放物有什么影响，另一方面必须确定相对于新的部件性能改变到什么程度。必须在使用期间在软件中相应地处理该信息。在此上下文中，催化剂排气系统的老化性能和老化状态的模拟是极其重要的。目前，主要有三种不同的人工老化方法用于老化机动车辆的催化剂。方法之一是在汽车中模拟熄火。未燃烧的空气和燃料的混合物在催化剂中后燃烧(afterburnt)并且产生相当高的催化剂温度。然而，在过去已证明该老化方法是不可再现的，因为不可能确定用于老化不同的催化剂体系的相同的循环。而且，在恒定的操作点期间难以将催化剂中的温度保持在同一水平。另外，由于不能控制催化剂中未燃烧燃料的燃烧和相关的温度峰值，该部件受到削弱，甚至达到在视觉上催化剂被破坏的程度。此外，该老化方法是相对消耗时间的且成本昂贵，因为它通常需要许多催化剂用于不同的测试，并且还因为使用昂贵的发动机实验台及其实用性。另一种催化剂老化的方法是熔炉或真空熔炉老化法。在该方法中，在熔炉中1000-1350℃温度下仅仅老化整块的催化剂。老化后，该催化剂块必须通过相应的供给装置(supplier)以置于催化剂室中。然后，为了稳定排气，相应的老化部件必须安装在车辆中并且运行几百公里。如果在一个废气测试后没有实现排气目的，则必须重复该老化过程。通常，为了获得转化速率所要求的劣化，需要多次重复老化步骤。该方法可导致在OBD应用过程中相当长的时间延迟。除了消耗时间之外，拆除和安装催化剂的工作以及在每一次老化步骤之后必须经过的稳定化程序也包括使用昂贵的资源。此外，该老化方法不能用于老化整个排气体系，因为不能使用该方法模拟因车辆中催化剂位置的不同而引起的部件的不同负载。除了上述方法之外，也采用在发动机实验台上人工老化催化剂的方法。在一个特定的长期运转周期内，催化剂经受极高的温度峰值和极端的操作状态以加速老化。另外，通过λ控制器干扰(lambda controller interventions)设定“富”或“贫”的混合物可以加速老化。由于使用发动机实验台，该方法相对昂贵并且不能转换至不同的排气体系。在此上下文中，为了后燃烧更有效，还可以使用富含废气的混合物和另外的富含氧气的废气的组合。然而，已发现由于出现了温度峰值，在催化剂中可能出现部分熔化或者甚至整块完全腐蚀。因此，列出的所有方法都是需要相对较高的资源成本例如发动机实验台，或者需要有未知数目的测试载体(test carriers)为必要条件的反复老化的方法。另一个问题在于现有催化剂是为了单个汽车制造商而定制的，例如具有不同的单元密度(cell density)和/或不同水平的贵金属，因此这些催化剂之间的老化特性不同。所以，目前不可能采用使废气劣化达到可比较的程度的相同的老化循环。因此，本专利技术的目的是提供一种根据权利要求1的前序部分，人工老化催化剂设备的方法和一种适合该方法的装置，该方法和装置可以使得人工老化标准化。根据权利要求1和28的特征的组合可以分别实现该目的。因此，通过使包括含C、含HC和/或含NOx组分的热的老化气体通过催化剂设备而进行人工老化，该催化剂设备用于在催化剂实验台上使用并且适合转化包括含C、含HC和/或含NOx组分的废气。通过用燃烧空气燃烧含C燃料，优选通过在燃烧器或燃气轮机中燃烧而方便地产生老化气体。另外，通过混合其它组分，特别是含C、含HC和/或含NOx的组分而改变老化气体的成分。然而，也可以通过合成产生老化气体，即通过加热或通过燃烧氢气和其它组分特别是含C、含HC和/或含NOx组分的混合物并从汽缸中移出而产生老化气体。使用＞250℃，优选＞700℃，特别是约1000℃至约1250℃温度的老化气体是有利的。如果将从含C液体或气体燃料的燃烧操作得到的热废气作为老化气体，则优选采用＞1、优选＞1.5的λ设定(settings)。可以通过独立于λ设定的冷却来改变将要送入催化剂设备的老化气体的温度。可以以各种方式进行冷却，例如可以相应地冷却用于燃烧的输入气体，或者可以使用具有非常高的蒸发焓的燃料例如甲醇，或者可以在燃烧操作期间注入水，还可以将从催化剂设备中排出的冷空气或冷却气体混合到热的老化气体中。后者可以例如通过热交换器、通过注入水、通过加入冷空气等冷却再循环的气体。可以通过独立于λ设定的冷却来改变将要送入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于人工老化催化剂设备的方法，在催化剂实验台上使用该催化剂设备以转化包括至少一种得自含Ｃ、含ＨＣ和含ＮＯｘ组分的成分的废气，其特征在于：使包括至少一种得自含Ｃ、含ＨＣ和含ＮＯｘ组分的成分的热的老化气体流过该催化剂设备。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫韦诺夫斯基，萨夏沃纳，克里斯托弗谢努斯，
申请(专利权)人：FEV发动机技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]