JP2001012233A - Catalyst deterioration prediction device - Google Patents

Catalyst deterioration prediction device

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JP2001012233A
JP2001012233A JP11185894A JP18589499A JP2001012233A JP 2001012233 A JP2001012233 A JP 2001012233A JP 11185894 A JP11185894 A JP 11185894A JP 18589499 A JP18589499 A JP 18589499A JP 2001012233 A JP2001012233 A JP 2001012233A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deterioration prediction method of a catalyst free to use for selection of an optimum catalyst suitable for various using environments. SOLUTION: A deteriorating state of a catalyst is predicted by computing a catalyst temperature distribution (n+1) and an oxygen density distribution (n+1) in accordance with a catalyst precious metal grain diameter distribution (n) and a reaction rate distribution (n), computing the catalyst precious metal particle size distribution (n+1) in accordance with them and a poisoning quantity distribution (n+1), computing a frequency factor distribution (n+1) in accordance with this and the poisoning quantity distribution (n+1) and computing the reaction rate distribution (n+1) in accordance with this.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,車載エンジンの排気系に設置
し,排ガス浄化等に利用される触媒の劣化予測方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting deterioration of a catalyst installed in an exhaust system of a vehicle-mounted engine and used for purifying exhaust gas.

【0002】[0002]

【従来技術】車載エンジン等の内燃機関の排気系には,
排ガス浄化用の触媒が設置されている。この触媒は担体
とこれを保護する耐熱カバー等とよりなる。担体には白
金,ロジウム,パラジウム等の微細な粒子状の触媒貴金
属が担持されている。経時変化等で触媒が劣化すれば排
ガスの浄化作用が低下するため,内燃機関の開発,設計
に当たっては触媒の劣化耐久試験を行い,各内燃機関に
ふさわしい触媒を選択するのである。
2. Description of the Related Art The exhaust system of an internal combustion engine such as an on-vehicle engine includes
A catalyst for exhaust gas purification is installed. The catalyst comprises a carrier and a heat-resistant cover for protecting the carrier. A fine noble catalytic noble metal such as platinum, rhodium or palladium is supported on the carrier. If the catalyst deteriorates due to aging or the like, the purifying action of the exhaust gas decreases. Therefore, when developing and designing an internal combustion engine, a deterioration durability test of the catalyst is performed, and a catalyst suitable for each internal combustion engine is selected.

【0003】[0003]

【解決しようとする課題】しかしながら,触媒の劣化耐
久試験には通常数ヶ月から半年くらいの時間がかかる
上,これに伴う莫大なコストが必要となる。従って,限
られた開発期間,開発コストの中で充分な試験を行なう
ことは難しい。このため,実際の劣化耐久試験で最適な
触媒を見いだすことは難しく,現在の厳しい排ガス規制
をクリアするためには,しばしばオーバースペックとな
る触媒を搭載せざるをえなかった。
However, the deterioration and durability test of the catalyst usually takes several months to half a year, and requires enormous costs. Therefore, it is difficult to perform sufficient tests within a limited development period and development cost. For this reason, it was difficult to find the optimum catalyst in actual deterioration durability tests, and in order to meet the current strict exhaust gas regulations, it was often necessary to mount a catalyst that overspecified.

【0004】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,個々の使用環境にふさわしい最適な触媒
を選択するために利用可能な触媒の劣化予測方法を提供
しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for predicting catalyst deterioration that can be used to select an optimum catalyst suitable for each use environment. .

【0005】[0005]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,触媒の劣化段階
nより時間tn経過後の劣化段階n+1における反応速
度分布(n+1)を求めるに当り,劣化段階nにおける
触媒貴金属粒径分布(n)と反応速度分布(n)を基
に,触媒温度と酸素濃度とを予測する方法を用いて,劣
化段階n+1における触媒温度分布(n+1)と酸素濃
度分布(n+1)を予測し,該触媒温度分布(n+
1),酸素濃度分布(n+1)と劣化段階n+1におけ
る被毒量分布(n+1)とを基に,触媒貴金属粒径を予
測する方法を用いて,劣化段階n+1における触媒貴金
属粒径分布(n+1)を予測し,該触媒貴金属粒径分布
(n+1)と被毒量分布(n+1)とを基に,反応速度
の頻度因子を予測する方法を用いて,反応速度の頻度因
子分布(n+1)を予測し,触媒の劣化状態を予測する
ことを特徴とする触媒劣化予測方法にある。
According to the first aspect of the present invention, a catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) in a deterioration stage n is obtained in obtaining a reaction rate distribution (n + 1) in a deterioration stage n + 1 after a lapse of a time tn from a catalyst deterioration stage n. ) And the reaction rate distribution (n), the catalyst temperature distribution (n + 1) and the oxygen concentration distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1 are predicted by using a method for predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration. Distribution (n +
1) The catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1 using a method of predicting the catalyst noble metal particle size based on the oxygen concentration distribution (n + 1) and the poisoning amount distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1. And the frequency factor distribution of the reaction rate (n + 1) is predicted using the method of predicting the frequency factor of the reaction rate based on the catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) and the poisoning amount distribution (n + 1). In addition, there is provided a catalyst deterioration prediction method characterized by predicting a deterioration state of a catalyst.

【0006】本発明の予測方法の対象となるのは,適当
な形状の担体に触媒貴金属が担持されて構成される触媒
である。この担体に対し排ガスを導入することで,該排
ガス中に含まれる汚染物質が触媒により促進される化学
反応を経て無害な物質に変換される。これにより排ガス
の浄化が行われる。
The object of the prediction method of the present invention is a catalyst constituted by supporting a catalyst precious metal on a carrier having an appropriate shape. By introducing exhaust gas into the carrier, pollutants contained in the exhaust gas are converted into harmless substances through a chemical reaction promoted by a catalyst. This purifies the exhaust gas.

【0007】実施形態例1に示されるごとき触媒は,円
柱形状の担体に担持されて,自動車エンジンの排気系の
排ガス流れ中に配置され,排ガスの浄化を行なうよう構
成されている。本発明によれば,例えば,このような触
媒の劣化を予測することができる。
The catalyst as shown in the first embodiment is supported on a columnar carrier, arranged in the exhaust gas flow of the exhaust system of an automobile engine, and configured to purify the exhaust gas. According to the present invention, for example, such catalyst deterioration can be predicted.

【0008】「劣化段階」について説明する。新品で未
使用の触媒の劣化段階は0である。劣化段階0の触媒に
排ガスが触れることで,触媒による排ガス浄化が始ま
る。時間の経過に伴い触媒が徐々に劣化する。触媒によ
る浄化開始から時間t0が経過した時点の劣化段階を1
とする。劣化段階1の状態から時間t1が経過した後は
劣化段階2である。つまり劣化段階nから時間tnが経
過した後が劣化段階n+1である。なお,各劣化段階の
時間間隔t0,t1,...tn,...が均等である
必要はない。また,後述するごとく自動車用エンジンの
排気系に搭載される触媒の場合,各劣化段階を走行距離
を基準に定めることもできる(実施形態例3参照)。
The "deterioration stage" will be described. The degradation stage of a new and unused catalyst is zero. When the exhaust gas comes into contact with the catalyst in the deterioration stage 0, exhaust gas purification by the catalyst starts. The catalyst gradually degrades over time. The deterioration stage at the time when the time t0 has elapsed since the start of purification by the catalyst is 1
And After a lapse of time t1 from the state of the degradation stage 1, the stage is the degradation stage 2. That is, after the time tn has elapsed from the degradation stage n, the degradation stage is n + 1. Note that time intervals t0, t1,. . . tn,. . . Need not be equal. Further, as described later, in the case of a catalyst mounted in an exhaust system of an automobile engine, each deterioration stage can be determined based on a traveling distance (see Embodiment 3).

【0009】「触媒貴金属粒径分布」とは担体の任意の
場所,任意の劣化段階における担体に担持された触媒貴
金属の粒径分布である。未使用時の触媒貴金属粒径は触
媒貴金属の原子径に等しいが,時間経過と共に高温かつ
酸素過剰雰囲気に曝されることによって触媒貴金属が凝
集し,粒径が肥大する。この状態での粒径の分布が各劣
化段階における「触媒貴金属粒径分布」である。劣化段
階0における触媒貴金属粒径分布(0)は本発明におい
て「触媒貴金属粒径分布」の初期値として与える必要が
ある。この値は触媒貴金属の種類や担体に対する担持状
態に対応した定まった値を持つ。
The "catalyst noble metal particle size distribution" refers to the particle size distribution of the catalytic noble metal supported on the carrier at an arbitrary position and at an arbitrary deterioration stage of the carrier. The catalyst noble metal particle diameter when not used is equal to the atomic diameter of the catalyst noble metal, but the catalyst noble metal is aggregated due to exposure to a high temperature and an oxygen-excess atmosphere over time, and the particle diameter increases. The particle size distribution in this state is the “catalyst noble metal particle size distribution” at each deterioration stage. The catalyst noble metal particle size distribution (0) in the deterioration stage 0 needs to be given as an initial value of the “catalyst noble metal particle size distribution” in the present invention. This value has a fixed value corresponding to the type of the catalytic noble metal and the state of being supported on the carrier.

【0010】「反応速度分布」とは担体の任意の場所,
任意の劣化段階における排ガスが浄化される際の各種化
学反応の速度である。劣化段階0における反応速度分布
(0)の値は新品,未使用の触媒に対する実測から得る
ことができる。本発明においては,この値を「反応速度
分布」の初期値として与える必要がある。
[0010] "Reaction rate distribution" refers to any location on the carrier,
It is the speed of various chemical reactions when exhaust gas is purified at any stage of degradation. The value of the reaction rate distribution (0) at the deterioration stage 0 can be obtained from actual measurement of a new and unused catalyst. In the present invention, this value needs to be given as an initial value of the “reaction rate distribution”.

【0011】「触媒温度分布」とは担体の任意の場所,
任意の劣化段階における温度の分布である。「酸素濃度
分布」とは担体の任意の場所,任意の劣化段階における
酸素ガスの濃度の分布である。これらの予測方法の詳細
については後述する。
"Catalyst temperature distribution" refers to any location on the carrier,
It is a temperature distribution at an arbitrary deterioration stage. The “oxygen concentration distribution” is a distribution of the concentration of oxygen gas at an arbitrary position on the carrier and at an arbitrary deterioration stage. Details of these prediction methods will be described later.

【0012】「被毒量分布」とは,担体の任意の場所,
任意の劣化段階における被毒物質の触媒に対する付着量
の分布である。この被毒物質は排ガス中に含まれる物質
で,触媒に付着し,触媒による排ガスの浄化を阻害する
物質である。例えば,後述する実施形態例1では排ガス
中に含まれる燐が被毒物質となる。
The "poisoning amount distribution" means any location on the carrier,
It is a distribution of the attached amount of the poisoning substance to the catalyst at an arbitrary deterioration stage. This poisoning substance is a substance contained in the exhaust gas and is a substance that adheres to the catalyst and inhibits purification of the exhaust gas by the catalyst. For example, in Embodiment 1 described below, phosphorus contained in exhaust gas is a poisoning substance.

【0013】被毒物質の付着量は触媒の使用時間と共に
増大するため,被毒量分布は劣化段階と共に増大する。
そして,被毒量分布の空間的なプロファイルは劣化触媒
に対する実測から見積もることができる。従って,本発
明の予測方法において,被毒量分布は劣化段階に対応し
た特定の値として与える。
Since the amount of the poisoning substance increases with the use time of the catalyst, the poisoning amount distribution increases with the deterioration stage.
The spatial profile of the poisoning amount distribution can be estimated from actual measurement of the deteriorated catalyst. Therefore, in the prediction method of the present invention, the poisoning amount distribution is given as a specific value corresponding to the deterioration stage.

【0014】また,各劣化段階に対応した値は実測によ
り求めることもできるが,例えば自動車エンジンの排ガ
ス浄化に用いる触媒については,自動車エンジンのエン
ジンオイル消費量に比例することから,エンジンオイル
消費量から定めることができる(実施形態例1参照)。
The value corresponding to each deterioration stage can be obtained by actual measurement. For example, a catalyst used for purifying exhaust gas of an automobile engine is proportional to the engine oil consumption of the automobile engine. (See Embodiment 1).

【0015】そして,「触媒温度分布」「酸素濃度分
布」「被毒量分布」から「触媒貴金属粒径」を予測する
方法についての詳細は後述する。
The details of a method for predicting the "catalyst noble metal particle size" from the "catalyst temperature distribution", "oxygen concentration distribution" and "poisoning amount distribution" will be described later.

【0016】「反応速度の頻度因子分布」とは担体の任
意の場所,任意の劣化段階における頻度因子の分布であ
る。劣化段階n+1における頻度因子分布(n+1)
は,触媒貴金属粒径分布(n+1)と被毒量分布(n+
1)とから求めることができ,詳細な方法については後
述する。
The "frequency factor distribution of the reaction rate" is the distribution of the frequency factor at an arbitrary position on a carrier and at an arbitrary deterioration stage. Frequency factor distribution at degradation stage n + 1 (n + 1)
Are the catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) and the poisoning amount distribution (n +
1), and the detailed method will be described later.

【0017】また,一般に,反応速度定数kは,アレニ
ウス型で与えられ,頻度因子A,活性化エネルギーE,
ガス定数R,温度Tを用いて,次式で与えられる。 k=A×exp(−E/RT) 従って,頻度因子分布(n+1)から劣化段階n+1に
おける反応速度分布(n+1)を求めることができる。
In general, a reaction rate constant k is given by an Arrhenius type, and a frequency factor A, an activation energy E,
Using the gas constant R and the temperature T, it is given by the following equation. k = A × exp (−E / RT) Accordingly, the reaction rate distribution (n + 1) at the deterioration stage n + 1 can be obtained from the frequency factor distribution (n + 1).

【0018】本発明において最も注目すべきことは,劣
化段階nにおける触媒貴金属粒径分布(n)と反応速度
分布(n)を基に,触媒の劣化段階nより時間tn経過
後の劣化段階n+1における反応速度分布(n+1)を
求めることにある。n=0である場合を考えると,劣化
段階1における触媒貴金属粒径分布(1)と反応速度分
布(1)とを求めるために,劣化段階0の触媒貴金属粒
径分布(0),反応速度分布(0)を利用する。
The most remarkable point in the present invention is that, based on the catalyst noble metal particle size distribution (n) and the reaction rate distribution (n) at the deterioration stage n, the deterioration stage n + 1 after the lapse of time tn from the catalyst deterioration stage n To find the reaction rate distribution (n + 1) at Considering the case where n = 0, in order to obtain the catalyst noble metal particle size distribution (1) and the reaction rate distribution (1) in the degradation stage 1, the catalyst noble metal particle size distribution (0) and the reaction rate in the degradation stage 0 The distribution (0) is used.

【0019】劣化段階0における触媒貴金属粒径分布
(0),反応速度分布(0)は初期値として与えられ
る。これらの値を基に,時間t0経過後の劣化段階1に
おける触媒温度分布(1)と酸素濃度分布(1)とが得
られる。
The catalyst noble metal particle size distribution (0) and the reaction rate distribution (0) at the deterioration stage 0 are given as initial values. Based on these values, the catalyst temperature distribution (1) and the oxygen concentration distribution (1) in the deterioration stage 1 after the lapse of time t0 are obtained.

【0020】次に,見積もられた被毒量分布(1)と上
記結果とを利用し,触媒貴金属粒径分布(1)を得る。
以上の過程で得た触媒貴金属粒径分布(1)と被毒量分
布(1)とを基に,反応速度の頻度因子分布(1)を得
る。この頻度因子分布(1)を基に反応速度分布(1)
を得る。
Next, using the estimated poisoning amount distribution (1) and the above results, a catalyst noble metal particle size distribution (1) is obtained.
The frequency factor distribution (1) of the reaction rate is obtained based on the catalyst noble metal particle size distribution (1) and the poisoning amount distribution (1) obtained in the above process. Reaction rate distribution (1) based on this frequency factor distribution (1)
Get.

【0021】そして,上述の過程から得られた反応速度
分布(1)や触媒貴金属粒径分布(1)を用いて,同様
に,劣化段階2における触媒貴金属粒径分布(2)や反
応速度分布(2)を求めることができる。以降,このよ
うな処理を繰り返すことで時間t0...tn...の
間隔で離れた各劣化段階における反応速度分布を得るこ
とができる。
Then, using the reaction rate distribution (1) and the catalyst noble metal particle size distribution (1) obtained from the above process, the catalyst noble metal particle size distribution (2) and the reaction rate distribution in the degradation stage 2 are similarly calculated. (2) can be obtained. Thereafter, by repeating such processing, the time t0. . . tn. . . The reaction rate distribution at each degradation stage separated by an interval can be obtained.

【0022】そして,担体中の各位置における反応速度
(反応速度分布)が小さくなると,触媒による反応の進
行が遅くなる。つまり,触媒による浄化率が低下し,触
媒が劣化したと考えられる。よって触媒による浄化率が
適当な基準値よりも低下した時点でもって,この触媒は
劣化した,と判断することができる。なお,この反応速
度分布であるが,触媒や浄化すべき排ガスの種類によっ
ては,複数の化学反応の反応速度分布を求める必要があ
る(例えば実施形態例1参照)。
When the reaction rate (reaction rate distribution) at each position in the carrier decreases, the progress of the reaction by the catalyst slows down. That is, it is considered that the purification rate by the catalyst decreased and the catalyst deteriorated. Therefore, it can be determined that the catalyst has deteriorated at the time when the purification rate by the catalyst falls below an appropriate reference value. It is necessary to determine the reaction rate distribution of a plurality of chemical reactions depending on the type of the catalyst and the type of exhaust gas to be purified (for example, see Embodiment 1).

【0023】次に,本発明の作用につき説明する。本発
明にかかる方法を利用することで,長期に渡る触媒の劣
化耐久試験を実際に行なうことなく,限られた状態での
触媒の性能測定だけで,実使用環境の任意の劣化段階,
任意の場所での触媒の劣化状態を推定することができ
る。このため,限られた開発期間,開発コストの中で充
分なシミュレーション試験を重ねることができ,オーバ
ースペックになり難い,各使用環境に最適な触媒の選択
が可能となる。
Next, the operation of the present invention will be described. By utilizing the method according to the present invention, it is possible to measure the performance of a catalyst in a limited condition without actually performing a long-term degradation durability test of the catalyst by measuring the performance of the catalyst in a limited state.
It is possible to estimate the state of deterioration of the catalyst at any location. For this reason, a sufficient simulation test can be repeated within a limited development period and development cost, and it is difficult to over-specify, and it is possible to select an optimal catalyst for each use environment.

【0024】以上,本発明によれば,個々の使用環境に
ふさわしい最適な触媒を選択するために利用可能な触媒
の劣化予測方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a catalyst deterioration prediction method which can be used to select an optimum catalyst suitable for each use environment.

【0025】次に,請求項2記載の発明のように,上記
触媒温度と酸素濃度とを予測する方法は,熱と物質の輸
送方程式に基づいて算出する方法であり,また,上記触
媒貴金属粒径を予測する方法は,酸素濃度,温度及び被
毒量を含む数式に基づいて算出する方法であり,更に,
反応速度の頻度因子を予測する方法は,触媒貴金属の粒
子径と被毒量を含む数式に基づいて算出する方法である
ことが好ましい。
Next, as in the second aspect of the present invention, the method of predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration is a method of calculating based on a heat-mass transport equation. The method of predicting the diameter is a method of calculating based on mathematical expressions including oxygen concentration, temperature and poisoning amount.
The method of estimating the frequency factor of the reaction rate is preferably a method of calculating based on a mathematical expression including the particle size and poisoning amount of the catalytic noble metal.

【0026】これにより,任意の劣化段階における触媒
内部の劣化状態を詳細かつ正確に予測することが可能に
なり,それによって任意の劣化段階における触媒の浄化
性能及び温度特性を予測することが可能となる。その結
果,実際の耐久試験を行なわずして劣化した触媒の性能
を把握することが可能になり,実験に要する莫大なコス
トと時間を削減することができる。
This makes it possible to precisely and accurately predict the state of deterioration inside the catalyst at any stage of deterioration, thereby making it possible to predict the purification performance and temperature characteristics of the catalyst at any stage of deterioration. Become. As a result, the performance of the deteriorated catalyst can be grasped without performing an actual durability test, and the enormous cost and time required for the experiment can be reduced.

【0027】熱と物質の輸送方程式の詳細は後述する。
また,触媒貴金属粒径を算出する数式についても詳細は
後述するが,基本的には図6に示すごとき数式から算出
できる。同式においてh(Pwt)を具体的な関数形を与
えることで,図8(a)にかかる式を得ることができ
る。また,h(P wt)として他の図8(a)以外の関数
形を用いることができる。更に,反応速度の頻度因子を
算出する数式についても詳細は後述するが,その他,図
7に示すごとき数式から算出することもできる。q(P
wt)に対して具体的な関数形を与えることで図8(b)
にかかる式を得ることができる。
The details of the heat and mass transport equations will be described later.
For details on the formula for calculating the catalyst noble metal particle size, see
As will be described later, it is basically calculated from a mathematical expression as shown in FIG.
it can. In the equation, h (Pwt) Gives a concrete function form
Thus, the equation shown in FIG. 8A can be obtained.
You. Also, h (P wt) As other functions other than FIG.
Shapes can be used. Furthermore, the frequency factor of the reaction rate
The details of the formulas to be calculated will be described later.
7, it can be calculated from a mathematical expression. q (P
wtFIG. 8 (b)
Can be obtained.

【0028】次に,請求項3記載の発明のように,上記
触媒温度と酸素濃度とを予測する方法は,熱と物質の図
2〜図5にかかる輸送方程式に基づいて算出する方法で
あり,また,上記触媒貴金属粒径を予測する方法は,酸
素濃度,温度及び被毒量を含む図8(a)の数式に基づ
いて算出する方法であり,更に,反応速度の頻度因子を
予測する方法は,触媒貴金属の粒子径と被毒量を含む図
8(b)の数式に基づいて算出する方法であることが好
ましい。
Next, as in the third aspect of the present invention, the method of predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration is a method of calculating based on the transport equations of heat and substances shown in FIGS. The method of predicting the catalyst noble metal particle size is a method of calculating based on the mathematical expression of FIG. 8A including the oxygen concentration, the temperature, and the poisoning amount, and further predicts the frequency factor of the reaction rate. The method is preferably a method of calculating based on the mathematical formula of FIG. 8B including the particle size and poisoning amount of the catalytic noble metal.

【0029】これにより,任意の劣化段階における触媒
内部の劣化状態を詳細かつ正確に予測することが可能に
なり,それによって任意の劣化段階における触媒の浄化
性能及び温度特性を予測することが可能となる。その結
果,実際の耐久試験を行なわずして劣化した触媒の性能
を把握することが可能になり,実験に要する莫大なコス
トと時間を削減することができる。
This makes it possible to precisely and accurately predict the state of deterioration inside the catalyst at any stage of deterioration, thereby making it possible to predict the purification performance and temperature characteristics of the catalyst at any stage of deterioration. Become. As a result, the performance of the deteriorated catalyst can be grasped without performing an actual durability test, and the enormous cost and time required for the experiment can be reduced.

【0030】次に,図2〜図8にかかる支配方程式につ
いて説明する。図2(a)にかかる式は,触媒を通過す
る排ガス相における熱収支を示す。左辺は流速Vgの排
ガスによって輸送される熱量を示し,右辺は排ガスから
担体への熱伝達量を示す。また,図2(a)にかかる式
に代えて,左辺に非定常項を付加した図2(b)にかか
る式を用いることもできる。
Next, the governing equations according to FIGS. 2 to 8 will be described. The equation according to FIG. 2 (a) shows the heat balance in the exhaust gas phase passing through the catalyst. Left side indicates the amount of heat transported by the exhaust gas flow velocity V g, the right side indicates the amount of heat transferred from the exhaust gas to the carrier. Also, instead of the equation according to FIG. 2A, an equation according to FIG. 2B with an unsteady term added to the left side can be used.

【0031】図3(a)にかかる式は,担体における熱
収支を示す。右辺第1項は半径方向熱伝導量(熱伝導率
λw,r)を示す。右辺第2項は軸方向熱伝導量(熱伝導
率λw,z)を示す。右辺第3項は排ガスから担体への熱
伝達量を示す。右辺第4項QC,rは発熱量を示す。左辺
は右辺各項の熱量の過不足による触媒温度の単位時間当
りの変化量を示す非定常項である。また,図3(a)は
円柱座標系(r,θ,z)による支配方程式であるが,
直行座標系(x,y,z)で表現された図3(b)の支
配方程式でもかまわない。
The equation shown in FIG. 3A shows the heat balance in the carrier. The first term on the right side indicates the amount of heat conduction in the radial direction (heat conductivity λ w, r ). The second term on the right side indicates the amount of heat conduction in the axial direction (thermal conductivity λ w, z ). The third term on the right side shows the amount of heat transfer from the exhaust gas to the carrier. The fourth term QC , r on the right side indicates the amount of heat generated. The left side is an unsteady term indicating the amount of change in the catalyst temperature per unit time due to excess or deficiency of the calorific value of each term on the right side. FIG. 3A shows a governing equation in a cylindrical coordinate system (r, θ, z).
The governing equation of FIG. 3B expressed in the orthogonal coordinate system (x, y, z) may be used.

【0032】図4(a)にかかる式は,触媒を通過する
排ガス相における物質収支を示す。左辺は流速vgの排
ガスによって輸送される化学種iの量を示す。右辺は排
ガスから担体表面への化学種iの物質伝達量を示す。な
お,図4(b)に示す式は左辺に非定常項を付加したも
ので,この式を図4(a)の代わりに使用することもで
きる。
The equation according to FIG. 4 (a) shows the mass balance in the exhaust gas phase passing through the catalyst. Left side shows the amount of the chemical species i transported by the exhaust gas flow velocity v g. The right side shows the amount of chemical species i transferred from the exhaust gas to the carrier surface. The equation shown in FIG. 4B is obtained by adding a non-stationary term to the left side, and this equation can be used instead of FIG. 4A.

【0033】図5にかかる式は,担体表面における物質
収支を示す。左辺は化学種iの触媒反応による消費量を
示す。右辺は排ガスから担体表面への化学種iの物質伝
達量を示す。
The equation according to FIG. 5 shows the material balance on the carrier surface. The left side shows the consumption of the species i by the catalytic reaction. The right side shows the amount of chemical species i transferred from the exhaust gas to the carrier surface.

【0034】担体の比熱Cpw,半径方向熱伝導率
λw,r,軸方向熱伝導率λw,z,幾何的表面積Sgeoは,
担体の種類や形状に依存した固有の値である。排ガス密
度ρg,排ガス比熱Cpg,排ガス流速vg,熱伝達率
z,物質伝達率hD,iは,排ガス温度や化学種濃度から
理論的に見積もられる量である。発熱量QC,rは触媒反
応による化学種iの消費量Riにエンタルピーをかけあ
わせて求められる。
The specific heat C pw , the radial thermal conductivity λ w, r , the axial thermal conductivity λ w, z , and the geometric surface area S geo of the carrier are as follows:
This is a unique value depending on the type and shape of the carrier. The exhaust gas density ρ g , the exhaust gas specific heat C pg , the exhaust gas flow rate v g , the heat transfer coefficient h z , and the mass transfer coefficient h D, i are quantities that are theoretically estimated from the exhaust gas temperature and the chemical species concentration. The calorific value Q C, r is determined by multiplying the consumption R i of the chemical species i by the catalytic reaction by the enthalpy.

【0035】また,図8(a)は触媒貴金属粒径の成長
速度を示す式である。図8(a)にかかる式により,担
体中の任意の一点における劣化段階nの触媒貴金属粒径
nが既知であるとき,劣化段階nから時間tn経過し
て劣化段階n+1に至る過程における酸素濃度
[O2],触媒温度Twから,劣化段階n+1における触
媒貴金属粒径Dn+1を求めることができる。
FIG. 8A is an equation showing the growth rate of the catalyst noble metal particle size. When the catalyst noble metal particle diameter D n in the degradation stage n at any one point in the carrier is known from the equation according to FIG. 8A, the oxygen in the process of lapse of time tn from the degradation stage n to the degradation stage n + 1 is obtained. From the concentration [O 2 ] and the catalyst temperature Tw , the catalyst noble metal particle diameter D n + 1 in the deterioration stage n + 1 can be obtained.

【0036】また,図8(b)は,劣化段階n+1にお
ける担体中の任意の一点における反応速度の頻度因子を
求める式である。図8(a)にかかる式により,担体中
の任意の一点における劣化段階n+1の触媒貴金属粒径
n+1を求めた後,図8(b)にかかる式により,劣化
段階n+1における反応速度の頻度因子An+1を求める
ことができる。
FIG. 8B is an equation for obtaining a frequency factor of the reaction rate at an arbitrary point in the carrier at the deterioration stage n + 1. After obtaining the catalyst noble metal particle diameter D n + 1 at the degradation point n + 1 at an arbitrary point in the support by the equation according to FIG. 8A, the reaction rate at the degradation step n + 1 is determined by the equation according to FIG. 8B. it is possible to obtain the frequency factor a n + 1 of the.

【発明の実施の形態】実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる触媒劣化予測方法につき,
図1〜図14を用いて説明する。本例の触媒劣化予測方
法について簡単に説明すると,触媒の劣化段階nより時
間tn経過後の劣化段階n+1における反応速度分布
(n+1)を求めるに当り,劣化段階nにおける触媒貴
金属粒径分布(n)と反応速度分布(n)を基に,図2
〜図5にかかる支配方程式を用いて,劣化段階n+1に
おける触媒温度分布(n+1)と酸素濃度分布(n+
1)を算出する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 A catalyst deterioration prediction method according to an embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. Briefly describing the catalyst deterioration prediction method of this example, when calculating the reaction rate distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1 after the elapse of the time tn from the catalyst deterioration stage n, the catalyst noble metal particle size distribution (n ) And the reaction rate distribution (n),
5 to the catalyst temperature distribution (n + 1) and the oxygen concentration distribution (n +
1) is calculated.

【0037】次いで,触媒温度分布(n+1),酸素濃
度分布(n+1)と劣化段階n+1における被毒量分布
(n+1)とを基に,図8(a)の数式を用いて,劣化
段階n+1における触媒貴金属粒径分布(n+1)を算
出する。次いで,触媒貴金属粒径分布(n+1)と被毒
量分布(n+1)とを基に,図8(b)の数式を用い
て,反応速度の頻度因子分布(n+1)を算出する。次
いで,反応速度の頻度因子分布(n+1)を基に,反応
速度分布(n+1)を算出する。これにより,触媒の劣
化状態を予測することができる。
Next, based on the catalyst temperature distribution (n + 1), the oxygen concentration distribution (n + 1), and the poisoning amount distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1, the equation in FIG. The catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) is calculated. Next, based on the catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) and the poisoning amount distribution (n + 1), the frequency factor distribution (n + 1) of the reaction rate is calculated using the equation of FIG. 8B. Next, a reaction rate distribution (n + 1) is calculated based on the reaction rate frequency factor distribution (n + 1). This makes it possible to predict the state of deterioration of the catalyst.

【0038】以下,具体的に説明する。自動車エンジン
の排気系には,エンジンからの排ガス中に含まれるNO
x,THC(CH4,C36等),CO等を後述する化
学反応により分解することができる触媒が設置されてい
る。この触媒は,図9,図10に示すごとき,中心軸C
と直角な方向の断面形状が円,中心軸と平行な方向の断
面形状が長方形である円柱形状を有し,内部がハニカム
状に構成されたメタルよりなる担体10と,該担体10
を保護する耐熱カバーとよりなる(図示略)。
Hereinafter, a specific description will be given. In the exhaust system of an automobile engine, NO contained in exhaust gas from the engine
A catalyst capable of decomposing x, THC (CH 4 , C 3 H 6, etc.), CO, and the like by a chemical reaction described below is provided. This catalyst has a central axis C as shown in FIGS.
A carrier 10 made of a metal having a cylindrical shape with a cross section in a direction perpendicular to the cylinder and a rectangular cross section in a direction parallel to the central axis, the inside of which is formed in a honeycomb shape;
(Not shown).

【0039】本例は,このような触媒中における担体に
担持して使用されるPt−Rh系三元触媒の劣化予測に
ついて説明する。また,本例の劣化予測方法はソフトウ
エアとして実現されている。上記三元触媒は平均粒径が
5Åの貴金属粒子が担体10のハニカム状の内部を構成
する壁面全体に均一に担持されている。また,上記担体
10は,図9に示すごとく,直径Rが86mm,長さL
が120mmである。
In this example, a description will be given of prediction of deterioration of a Pt-Rh three-way catalyst used by being supported on a carrier in such a catalyst. Further, the deterioration prediction method of this example is realized as software. In the three-way catalyst, noble metal particles having an average particle size of 5 ° are uniformly supported on the entire wall surface constituting the honeycomb-shaped interior of the carrier 10. The carrier 10 has a diameter R of 86 mm and a length L as shown in FIG.
Is 120 mm.

【0040】また,図10に示すごとく,本例では触媒
に対し排ガスが円形である担体10の側面から均一に導
入された場合についてシミュレーションする。このた
め,後述する反応速度分布,触媒貴金属粒径分布等の各
分布は担体10の中心軸Cに対し同心円状となると考え
られる。よって,後述する図2〜図8にかかる支配方程
式,数式における各分布はrとzのみに依存して定まる
として,本例の予測を行う。
Further, as shown in FIG. 10, in this example, a simulation is performed for a case where exhaust gas is uniformly introduced into the catalyst from the side surface of the carrier 10 having a circular shape. Therefore, it is considered that distributions such as a reaction rate distribution and a catalyst noble metal particle size distribution described later are concentric with the center axis C of the carrier 10. Therefore, the prediction in this example is performed on the assumption that the distributions in the governing equations and mathematical expressions according to FIGS. 2 to 8 described later are determined only by r and z.

【0041】ここにrとは,図9に示すごとく,担体1
0の側面の中心Oから担体10の外周に向かう半径方向
の長さ,zは担体10の中心Oを基準とした軸方向の長
さで担体中の位置を表現した数値である。また,r及び
zは中心Oを原点とし,中心軸Cを基準とした円柱座標
による位置表示であるとも言える。
Here, r is the carrier 1 as shown in FIG.
The length in the radial direction from the center O of the 0 side to the outer periphery of the carrier 10, and z is a numerical value expressing the position in the carrier by the axial length with respect to the center O of the carrier 10. In addition, it can be said that r and z are positions indicated by cylindrical coordinates with the center O as the origin and the center axis C as a reference.

【0042】排ガスが本例の三元触媒に触れることで,
次のような反応が発生する。 (化学反応1) CO+0.5O2→CO2...反応速度R1, (化学反応2) C36+4.5O2→3CO2+3H2O...反応速度R2 , (化学反応3) CH4+2O2→CO2+2H2O...反応速度R3, (化学反応4) CO+NO→CO2+N2...反応速度R4, (化学反応5) H2+0.5O2→H2O...反応速度R5,
When the exhaust gas touches the three-way catalyst of this example,
The following reaction occurs. (Chemical reaction 1) CO + 0.5O 2 → CO 2 . . . Reaction rate R1, (Chemical reaction 2) C 3 H 6 + 4.5O 2 → 3CO 2 + 3H 2 O. . . Reaction rate R2, (Chemical reaction 3) CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O. . . Reaction rate R3, (Chemical reaction 4) CO + NO → CO 2 + N 2 . . . Reaction rate R4, (chemical reaction 5) H 2 + 0.5O 2 → H 2 O. . . Reaction rate R5

【0043】よって,CO等の消費速度は, RCO=R1+R4, RO2=0.5R1+4.5R2+2.0R3+0.5R
5, RTHC=RC3H6+RCH4=R2+R3, RNO=R4, RH2=R5, となる。
[0043] Thus, the rate of consumption of CO, etc., RCO = R1 + R4, RO 2 = 0.5R1 + 4.5R2 + 2.0R3 + 0.5R
5, RTHC = RC 3 H 6 + RCH 4 = R2 + R3, R N O = R4, RH 2 = R5, become.

【0044】また,反応速度R1〜R5は, Rj=Aj×exp(−E/RTw)×[X]m[Y]n... となる。なお,Rj;R1〜R5のいずれか,Aj;反応
1〜5のそれぞれにかかる頻度因子,E:活性化エネル
ギー,R:ガス定数,Tw:触媒温度,[X],
[Y]...;化学反応に関与する化学種の触媒表面に
おける濃度(Cw,i)である。例えば(化学反応1)の
時には,CO(Cw,CO)とO2(Cw,O2)との濃度が該
当する。
[0044] Further, the reaction rate R1~R5 is, Rj = Aj × exp (-E / RT w) × [X] m [Y] n. . . Becomes Incidentally, Rj; one of R1 to R5, Aj; according to each frequency factor of the reaction 1 to 5, E: activation energy, R: gas constant, T w: the catalyst temperature, [X],
[Y]. . . The concentration (C w , i ) of the chemical species involved in the chemical reaction at the catalyst surface. For example, in the case of (chemical reaction 1), the concentrations of CO (C w , CO) and O 2 (C w , O 2 ) correspond.

【0045】これらの反応速度が大きいほど触媒による
排ガスの浄化効率が高い。よって,上記各反応速度の担
体中における分布を時系列で追うことで触媒劣化を判断
することができる。
The higher the reaction rate, the higher the efficiency of exhaust gas purification by the catalyst. Therefore, catalyst degradation can be determined by following the distribution of the above reaction rates in the carrier in time series.

【0046】次に,触媒劣化予測方法の詳細について説
明する。本例では,図1に示すごとく,劣化段階0より
時間t0経過後の劣化段階1にかかる触媒の劣化を予測
する。ここにt0=50時間である。時間t0経過する
期間中に,本例の触媒に流入する排ガスの温度は900
℃であり,排ガス中にはCO,CH4やC36等のTH
C,NOx,O2,N2等が含まれており,COが0.5
25%,THCが800ppm,NOxが1700pp
m,O2が0.55%,他はN2等であるとする。これら
の値は時間t0経過する期間中は一定値であるとする。
これらの条件を,本例の劣化予測における劣化暴露条件
と呼ぶことにする。
Next, the details of the method for predicting catalyst deterioration will be described. In this example, as shown in FIG. 1, the deterioration of the catalyst in the deterioration stage 1 after the elapse of the time t0 from the deterioration stage 0 is predicted. Here, t0 = 50 hours. During the period of time t0, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst of this example is 900
° C, and the exhaust gas contains TH such as CO, CH 4 and C 3 H 6.
C, NOx, O 2 , N 2, etc.
25%, THC 800ppm, NOx 1700pp
It is assumed that m and O 2 are 0.55% and the others are N 2 and the like. These values are assumed to be constant during the period of time t0.
These conditions will be referred to as deterioration exposure conditions in the deterioration prediction of this example.

【0047】次に,劣化段階0での上記触媒の反応速度
分布(0)を,以下のように得た。本例の触媒を自動車
エンジンの排気系に設置し,エンジン運転条件(回転
数,トルク,空然比)を任意に設定し,各運転条件毎
に,排ガス量,排ガス温度,触媒温度,触媒に流入する
排ガス中の汚染物質濃度,触媒から流出する排ガス中の
汚染物質濃度を測定した。
Next, the reaction rate distribution (0) of the above catalyst at the deterioration stage 0 was obtained as follows. The catalyst of this example was installed in the exhaust system of an automobile engine, and the engine operating conditions (speed, torque, air ratio) were set arbitrarily, and the exhaust gas amount, exhaust gas temperature, catalyst temperature, and catalyst were set for each operating condition. The pollutant concentration in the exhaust gas flowing in and the pollutant concentration in the exhaust gas flowing out of the catalyst were measured.

【0048】こうして得られた実測結果から,考慮する
各化学反応の反応速度の温度依存性および濃度依存性を
特定した。各化学反応の反応速度定数kjは, kj=Aj×exp(−Ej/RTw) と表され,実測結果から求められた温度依存性および濃
度依存性より,頻度因子Aj,活性化エネルギEjを特定
した。すなわち,反応速度を求めることができた。
From the actual measurement results thus obtained, the temperature dependence and the concentration dependence of the reaction rate of each chemical reaction to be considered were specified. The reaction rate constant kj of each chemical reaction is expressed as kj = Aj × exp (−Ej / RT w ). From the temperature dependence and the concentration dependence obtained from the actual measurement results, the frequency factor Aj and the activation energy Ej are obtained. Identified. That is, the reaction rate could be determined.

【0049】また,劣化段階0における触媒は全くの新
品触媒であるので,触媒の活性すなわち反応速度は,担
体10中の各部で等しいとする。従って,各化学反応の
反応速度分布(0)は(r,z)に関わらず,上記の方
法で求めた一定の値となる。このように図1のステップ
101により,初期値である触媒貴金属粒径分布
(0),反応速度分布(0)を得た。
Since the catalyst in the deterioration stage 0 is a completely new catalyst, the activity of the catalyst, that is, the reaction rate is assumed to be equal in each part of the carrier 10. Therefore, the reaction rate distribution (0) of each chemical reaction is a constant value obtained by the above method regardless of (r, z). In this manner, the initial values of the catalyst noble metal particle size distribution (0) and the reaction rate distribution (0) were obtained by step 101 in FIG.

【0050】以上にかかる触媒貴金属粒径分布(0),
反応速度分布(0)を初期値として,図2〜図5にかか
る支配方程式に代入し,更に同図に記載した各種の値を
代入し,上述の劣化暴露条件の下に,図1のステップ1
02のように数値的に解いた。以上により,触媒温度分
布(1)と酸素濃度分布(1)を得た。ここに,図2〜
図5に代入した値は,本例において対象としている触媒
の場合には,σ=0.7,ρw=2767(kg/
3),Cpw=636(J/(kg・K)),λw,z
1.424(W/(m・K)),λw,r=0.359
(W/(m・K)),Sgeo=2822(m2/m3)で
ある。
The catalyst noble metal particle size distribution (0),
Assuming the reaction rate distribution (0) as an initial value, it is substituted into the governing equations according to FIGS. 2 to 5, and further, various values described in the same figure are substituted. 1
It was solved numerically like 02. Thus, catalyst temperature distribution (1) and oxygen concentration distribution (1) were obtained. Here, Figure 2
The values substituted in FIG. 5 are σ = 0.7 and ρ w = 2767 (kg / kg) in the case of the target catalyst in this example.
m 3 ), C pw = 636 (J / (kg · K)), λ w, z =
1.424 (W / (m · K)), λ w, r = 0.359
(W / (m · K)) and S geo = 2822 (m 2 / m 3 ).

【0051】得られた触媒温度分布(1)を図11に記
載した。同図では,図9に示すごとく,担体の側面の中
心点Oを原点として,軸方向にz軸を,半径方向にr軸
を取り,距離(r,z)に対する値として触媒温度分布
を記載した。これにより,例えば中心点Oより軸方向に
20mm,半径方向に20mmの位置での温度はおよそ
940℃であると予測された。また,同様に図1のステ
ップ102で求めた酸素濃度分布を図12に記載した。
同図より,例えば中心点Oより軸方向に20mm,半径
方向に20mmの位置での酸素濃度はおよそ0.325
%であると予測された。
FIG. 11 shows the catalyst temperature distribution (1) obtained. In FIG. 9, as shown in FIG. 9, the center temperature O on the side surface of the support is taken as the origin, the z axis is taken in the axial direction, the r axis is taken in the radial direction, and the catalyst temperature distribution is described as a value for the distance (r, z). did. Thus, for example, the temperature at a position 20 mm in the axial direction and 20 mm in the radial direction from the center point O was predicted to be approximately 940 ° C. Similarly, FIG. 12 shows the oxygen concentration distribution obtained in step 102 of FIG.
According to the figure, for example, the oxygen concentration at a position 20 mm in the axial direction and 20 mm in the radial direction from the center point O is about 0.325.
%.

【0052】続いて,図1のステップ103において,
劣化段階1における被毒量分布(1)を求める。本例の
触媒は上述したごとく自動車エンジンの排気系に設置さ
れ,エンジンより排出される排ガスを浄化する。この場
合の被毒物質はエンジンオイルに含まれる燐が大半を占
めている。そして,エンジンオイルの消費量はエンジン
の運転時間(自動車の走行距離)に比例するため,単純
に劣化段階に比例して被毒量が増大すると見なすことが
できる。
Subsequently, in step 103 of FIG.
The poisoning amount distribution (1) in the deterioration stage 1 is obtained. As described above, the catalyst of this embodiment is installed in the exhaust system of an automobile engine and purifies exhaust gas discharged from the engine. In this case, most of the poisoning substance is phosphorus contained in the engine oil. Since the consumption of the engine oil is proportional to the operation time of the engine (the traveling distance of the vehicle), it can be considered that the poisoning amount increases simply in proportion to the deterioration stage.

【0053】また,被毒物質が担体のどこに,どれほど
の量が到達するか,という空間的なプロファイルについ
ても,触媒を担持した担体を排気系に設置し,自動車エ
ンジンを一定時間運転させた後の被毒物質の付着状態を
実測することで,適当な被毒量分布を設定することがで
きる。
Regarding the spatial profile of where the poisonous substance reaches the carrier and how much, the carrier carrying the catalyst is installed in the exhaust system and the automobile engine is operated for a certain period of time. By measuring the state of adhesion of the poisoning substance, an appropriate poisoning amount distribution can be set.

【0054】以上の実測結果に基づいて,劣化段階1に
おける被毒量分布を推定したところ,軸方向距離z=5
mmにおいてPwt=0.83(wt%),z=15mm
においてPwt=0.55(wt%),z=30mmにお
いてPwt=0.39(wt%),z=50mmにおいて
wt=0.22(wt%),z=70mmにおいてP wt
=0.11(wt%),z=110mmにおいてPwt
0.037(wt%)という値となった。
Based on the above measured results, the deterioration stage 1
Of the poisoning amount distribution in the system, the axial distance z = 5
P in mmwt= 0.83 (wt%), z = 15 mm
At Pwt= 0.55 (wt%), z = 30mm
And Pwt= 0.39 (wt%), z = 50 mm
Pwt= 0.22 (wt%), z = 70mm wt
= 0.11 (wt%), z = 110 mmwt=
The value was 0.037 (wt%).

【0055】本例では,上記の被毒量推定値から,軸方
向距離zの関数式として,劣化段階1における被毒量分
布(1)を算出した。なお本例では被毒量は半径方向に
対しては一定値となった。
In this example, the poisoning amount distribution (1) in the deterioration stage 1 was calculated from the above poisoning amount estimated value as a function formula of the axial distance z. In this example, the poisoning amount was constant in the radial direction.

【0056】次に,ステップ104において,上記触媒
温度分布(1),酸素濃度分布(1)と被毒量分布
(1)とを基に,図8(a)の数式を用いて,劣化段階
1における触媒貴金属粒径分布(1)を算出した。ここ
に,図8(a)に代入した値は,本例において対象とし
ている触媒の場合には,a=1.2×109,b=0.
67,η=1.0,E=95600(J/mol)であ
る。
Next, in step 104, based on the catalyst temperature distribution (1), the oxygen concentration distribution (1), and the poisoning amount distribution (1), the deterioration stage is determined using the equation of FIG. The catalyst noble metal particle size distribution (1) in No. 1 was calculated. Here, the values substituted into FIG. 8A are a = 1.2 × 10 9 , b = 0.
67, η = 1.0, E = 95600 (J / mol).

【0057】得られた触媒貴金属粒径分布(1)を図1
3に記載した。同図より,例えば中心点Oより軸方向に
20mm,半径方向に20mmの位置での触媒貴金属粒
径は255〜260μmの範囲内にあることがわかっ
た。
FIG. 1 shows the obtained catalyst noble metal particle size distribution (1).
No. 3. From the figure, it was found that the catalyst noble metal particle diameter at a position 20 mm in the axial direction and 20 mm in the radial direction from the center point O is in the range of 255 to 260 μm.

【0058】そして,得られた触媒貴金属粒径分布
(1)と被毒量分布(1)とを基に,図8(b)の数式
を用いて,反応速度の頻度因子分布(1)を算出した。
ここに,図8(b)に代入した値は,本例において対象
としている触媒の場合にはξ=0.4,D0=5(Å)
である。
Then, based on the obtained catalyst noble metal particle size distribution (1) and poisoning amount distribution (1), the frequency factor distribution (1) of the reaction rate is calculated using the mathematical expression of FIG. 8 (b). Calculated.
Here, the values substituted in FIG. 8B are ξ = 0.4 and D 0 = 5 (Å) in the case of the target catalyst in this example.
It is.

【0059】このようにして得られた各化学反応の反応
速度の頻度因子分布(1)をもとに,上述した化学反応
速度との関係式 kj=Aj×exp(−Ej/RTw) から,各化学反応の反応速度分布(1)を算出した。
Based on the frequency factor distribution (1) of the reaction rate of each chemical reaction obtained in this way, the above-mentioned relational expression with the chemical reaction rate, kj = Aj × exp (−Ej / RT w ), is used. The reaction rate distribution (1) of each chemical reaction was calculated.

【0060】以上により,劣化段階0における触媒貴金
属粒径分布(0)と反応速度分布(0)より,劣化段階
1における触媒貴金属粒径分布(1)と反応速度分布
(1)を求めることができた。
As described above, the catalyst noble metal particle size distribution (1) and the reaction rate distribution (1) in the deterioration stage 1 can be obtained from the catalyst noble metal particle size distribution (0) and the reaction speed distribution (0) in the deterioration stage 0. did it.

【0061】そして,この反応速度分布(1)から,本
例で対象とした触媒の劣化段階1における浄化性能の予
測が可能となった。自動車の燃費および排気浄化性能を
評価するモード試験において,排気系に搭載された触媒
に流入する排ガス温度,排ガス量,排ガス中に含まれる
汚染物質の濃度などの時系列データ(本例では,モード
運転開始直後から120秒まで)を入力値として,上記
のように算出された反応速度分布(1)を考慮した図2
〜図5にかかる支配方程式を,時系列に数値的に解くこ
とにより,触媒から流出する排ガス中の汚染物質の濃度
を予測することができた。
From this reaction rate distribution (1), it was possible to predict the purification performance of the catalyst targeted in this example in the deterioration stage 1. In a mode test to evaluate the fuel efficiency and exhaust purification performance of an automobile, time-series data such as the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst installed in the exhaust system, the amount of exhaust gas, and the concentration of pollutants contained in the exhaust gas (in this example, the mode FIG. 2 in which the reaction rate distribution (1) calculated as described above is taken into consideration with the input value from immediately after the start of operation to 120 seconds).
By numerically solving the governing equations shown in FIG. 5 in a time series, the concentration of pollutants in the exhaust gas flowing out of the catalyst could be predicted.

【0062】このようにして予測された流出排ガス中の
CO及びTHCの時系列濃度データを積算することによ
って,劣化段階1すなわち50時間連続運転後のCO及
びTHCの積算エミッションを予測した。この予測結果
を図14に記載した。
By integrating the time-series concentration data of CO and THC in the outflow exhaust gas thus predicted, the integrated emission of CO and THC after the deterioration stage 1, that is, continuous operation for 50 hours was predicted. This prediction result is shown in FIG.

【0063】次に,本例で予測の対象とした触媒の劣化
段階0に相当する新品触媒を,実際に自動車エンジンの
排気系に搭載し,触媒に流入する排ガスの温度及び排ガ
ス中に含まれる汚染物質の濃度が,上述の劣化暴露条件
と同じになるようにエンジンの運転条件を設定し,50
時間連続運転を行って,劣化段階1に相当する劣化触媒
を得た。
Next, a new catalyst corresponding to catalyst deterioration stage 0, which is a target of prediction in this example, is actually mounted on the exhaust system of an automobile engine, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst and contained in the exhaust gas. The operating conditions of the engine were set so that the concentration of the pollutants would be the same as the above-mentioned degradation exposure condition, and 50
By performing continuous operation for a long time, a deteriorated catalyst corresponding to the deterioration stage 1 was obtained.

【0064】この劣化触媒を搭載してモード運転試験を
行い,触媒から流出する排ガス中の汚染物質の濃度を,
排ガス分析装置を用いて時系列的に測定した。このよう
にして実測された流出排ガス中のCO及びTHCの時系
列濃度データを積算することによって,50時間連続運
転後のCO及びTHCの積算エミッションの実測値を得
た。その結果を図14にプロットした。これにより,計
算による予測と実験結果がよく一致していることがわか
った。
A mode operation test is performed with the deteriorated catalyst mounted, and the concentration of pollutants in the exhaust gas flowing out of the catalyst is determined.
The measurement was performed in time series using an exhaust gas analyzer. By integrating the time-series concentration data of CO and THC in the effluent gas thus measured, actual measured values of the integrated emissions of CO and THC after continuous operation for 50 hours were obtained. The results are plotted in FIG. As a result, it was found that the calculated prediction and the experimental result agreed well.

【0065】本例の作用効果について説明する。図14
より明らかであるが,本例の方法を利用することで,触
媒の劣化耐久試験を実際に行なうことなく,限られた状
態での触媒の性能測定だけで,任意の劣化段階,担体中
の任意の場所での触媒の劣化状態を推定することができ
る。このため,限られた開発期間,開発コストの中で充
分なシミュレーション試験を重ねることができ,オーバ
ースペックになり難い,各使用環境に最適な触媒の選択
が可能となる。
The operation and effect of this embodiment will be described. FIG.
As is clearer, by using the method of this example, it is possible to measure the performance of the catalyst only in a limited state without actually performing the degradation durability test of the catalyst, and to determine the degradation stage and the arbitrary level in the carrier. The state of deterioration of the catalyst at the location can be estimated. For this reason, a sufficient simulation test can be repeated within a limited development period and development cost, and it is difficult to over-specify, and it is possible to select an optimal catalyst for each use environment.

【0066】以上,本例によれば,個々の使用環境にふ
さわしい最適な触媒を選択するために利用可能な触媒の
劣化予測方法を提供することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a catalyst deterioration prediction method that can be used to select an optimal catalyst suitable for each use environment.

【0067】また,本例では劣化段階1での触媒の状態
を予測したにとどまったが,更に時間が経過した後の劣
化の状態や,より細かい時間間隔での触媒劣化の状態を
予測することもできる。
Further, in this example, the state of the catalyst in the deterioration stage 1 is predicted only. However, the state of deterioration after further lapse of time or the state of deterioration of the catalyst at finer time intervals is predicted. Can also.

【0068】実施形態例2 本例は実施形態例1とは異なるセラミック担体に触媒金
属が担持されたもので,自動車の排気系に取り付けて使
用された触媒の10万マイル走行後の劣化状態を予測す
るものである。各劣化段階を1万マイル走行毎として,
実施形態例1と同様の方法で劣化予測した。
Embodiment 2 In this embodiment, a catalyst metal is supported on a ceramic carrier different from that of Embodiment 1, and the deterioration state of a catalyst attached to an exhaust system of an automobile after traveling 100,000 miles is shown. To predict. Each degradation stage is assumed to be every 10,000 miles,
The deterioration was predicted by the same method as in the first embodiment.

【0069】図1のステップ102にかかる触媒貴金属
粒径分布の予測を2万マイル(劣化段階2),5万マイ
ル,(劣化段階5),10万マイル(劣化段階10)に
ついて図15に記載する。なお,図15の触媒貴金属粒
径分布は軸方向距離との関係についてのみ記載した。
The prediction of the catalyst noble metal particle size distribution according to step 102 in FIG. 1 is shown in FIG. 15 for 20,000 miles (deterioration stage 2), 50,000 miles, (deterioration stage 5), and 100,000 miles (deterioration stage 10). I do. Note that the catalyst noble metal particle size distribution in FIG. 15 only describes the relationship with the axial distance.

【0070】また,予測の対象となった触媒の劣化段階
0に相当する新品触媒を,実際に自動車エンジンの排気
系に搭載し,10万マイル走行試験を行い,劣化段階1
0(10万マイル)の劣化触媒を得た。この触媒を軸方
向にいくつかの部位に分解して,それぞれを破砕し,X
線回折法(XRD)によって触媒貴金属粒径を測定し
た。このようにして劣化段階10における触媒貴金属粒
径と軸方向距離の関係を測定し,図15にプロットし
た。図15より,予測結果と実測結果がよく一致するこ
とがわかった。
A new catalyst corresponding to the deterioration stage 0 of the predicted catalyst was actually mounted on the exhaust system of an automobile engine, and a 100,000 mile running test was performed.
0 (100,000 miles) of the deteriorated catalyst was obtained. The catalyst is decomposed into several parts in the axial direction, each of which is crushed, and X
The catalyst noble metal particle size was measured by X-ray diffraction (XRD). In this way, the relationship between the catalyst noble metal particle size and the axial distance in the deterioration stage 10 was measured and plotted in FIG. From FIG. 15, it was found that the predicted result and the measured result were in good agreement.

【0071】次に,常温雰囲気に置かれた新品触媒(劣
化段階0)及び同様に常温雰囲気に置かれた10万マイ
ル走行後の劣化触媒(劣化段階10)に,それぞれ同一
条件を有する(排ガスの温度,流量,含まれる汚染物質
の濃度)排ガスをステップ的に導入した場合の,触媒温
度の時系列変化および排ガス中に含まれる汚染物質の浄
化率の時系列変化を予測した。
Next, the new catalyst (deterioration stage 0) placed in the normal temperature atmosphere and the deteriorated catalyst (deterioration stage 10) after traveling 100,000 miles similarly placed in the normal temperature atmosphere have the same conditions (exhaust gas). Temperature, flow rate, concentration of pollutants contained) The time series change of catalyst temperature and the time series change of purification rate of pollutants contained in exhaust gas when the exhaust gas was introduced stepwise were predicted.

【0072】すなわち,新品触媒(劣化段階0)の浄化
性能の予測及び新品触媒からの劣化過程をシミュレート
して10万マイル走行後の劣化状態を予測した劣化触媒
(劣化段階10)の浄化性能の予測が可能であるかどう
かを調べたのである。
That is, the purification performance of the degraded catalyst (deterioration stage 10), which predicts the purification performance of the new catalyst (deterioration stage 0) and simulates the degradation process from the new catalyst and predicts the degradation state after traveling 100,000 miles. We examined whether it was possible to predict the future.

【0073】新品触媒(劣化段階0)の場合には,触媒
にステップ的に流入する排ガスの温度,流量,排ガス中
に含まれる汚染物質の濃度などの時系列データ(本例で
は,導入開始直後から180秒まで)を入力値として,
反応速度分布(0)を考慮した図2〜図5にかかる支配
方程式を,時系列に数値的に解くことにより,触媒温度
および触媒から流出する排ガス中に含まれる汚染物質の
浄化率の時系列変化を予測することができた。
In the case of a new catalyst (deterioration stage 0), time-series data such as the temperature and flow rate of exhaust gas flowing into the catalyst in a stepwise manner and the concentration of pollutants contained in the exhaust gas (in this example, immediately after the start of introduction) To 180 seconds) as input values,
The time series of the catalyst temperature and the purification rate of pollutants contained in the exhaust gas flowing out of the catalyst are obtained by numerically solving the governing equations shown in FIGS. 2 to 5 in consideration of the reaction rate distribution (0) in a time series. The change could be predicted.

【0074】劣化触媒(劣化段階10)の場合には,上
述と同一の流入排ガス条件の時系列データを入力値とし
て,図1のステップ101からステップ106の手順を
劣化段階1から劣化段階10に至るまで順次繰り返すこ
とによって算出された反応速度分布(10)を考慮した
図2〜図5にかかる支配方程式を,時系列に数値的に解
くことにより,触媒温度および触媒から流出する排ガス
中に含まれる汚染物質の浄化率の時系列変化を予測する
ことができた。
In the case of the deteriorated catalyst (deterioration stage 10), the procedure from step 101 to step 106 in FIG. By solving the governing equations shown in FIGS. 2 to 5 in consideration of the reaction rate distribution (10) calculated by sequentially repeating the above processes up to numerical values in time series, the catalyst temperature and the exhaust gas flowing out of the catalyst are included. The time series change of the purification rate of pollutants can be predicted.

【0075】また,新品触媒(劣化段階0)及び10万
マイル走行後の劣化触媒(劣化段階10)を,それぞれ
実際に自動車エンジンの排気系に搭載し,常温雰囲気に
置かれた状態に保った後,排ガスをステップ的に導入す
る試験を行い,触媒温度の時系列変化および排ガス中に
含まれる汚染物質の浄化率の時系列変化を実測した。
A new catalyst (deterioration stage 0) and a degraded catalyst after 100,000 miles (deterioration stage 10) were actually mounted on the exhaust system of an automobile engine, respectively, and kept in a room temperature atmosphere. After that, a test was conducted to introduce the exhaust gas in a stepwise manner, and the time series change of the catalyst temperature and the time series change of the purification rate of pollutants contained in the exhaust gas were measured.

【0076】10万マイル走行後の劣化触媒(劣化段階
10)内部のA〜D点における触媒温度の時系列変化に
ついて,予測結果と実測結果とを共に図16,図17に
記載した。ここにA点は前述の図10に示すごとく,
(r,z)=(20,10)(単位はmm)である。B
点は(r,z)=(30,10),C点は(r,z)=
(50,10),D点は(r,z)=(80,10)で
ある。また,図16,図17において,折線で記載され
た部分が予測結果,○,●,△,■でプロットされた部
分が実測結果である。図16,図17より,予測結果と
実測結果とがよく一致することが分かった。
FIG. 16 and FIG. 17 show both predicted results and measured results of the time-series changes in the catalyst temperature at points A to D inside the deteriorated catalyst (deterioration stage 10) after traveling 100,000 miles. Here, point A is as shown in FIG.
(R, z) = (20, 10) (unit is mm). B
The point is (r, z) = (30, 10), and the point C is (r, z) =
The points (50, 10) and D are (r, z) = (80, 10). In FIGS. 16 and 17, the portions indicated by broken lines are the prediction results, and the portions plotted with ○, ●, Δ, and Δ are the actual measurement results. From FIG. 16 and FIG. 17, it was found that the predicted result and the measured result are in good agreement.

【0077】また,新品触媒(劣化段階0)及び10万
マイル走行後の劣化触媒(劣化段階10)のCO,TH
C,NOxの浄化率とステップ的に排ガスを導入した時
刻からの経過時間との関係を図18〜図20に記載し
た。なお,図18〜図20において,折線で記載された
部分が予測結果,○でプロットされた部分が新品触媒
(劣化段階0)の実測結果,●でプロットされた部分が
劣化触媒(劣化段階10)の実測結果である。図18〜
図20より,予測結果と実測結果とがよく一致すること
が分かった。
The CO, TH of the new catalyst (deterioration stage 0) and the degraded catalyst after traveling 100,000 miles (deterioration stage 10) are calculated.
The relationship between the purification rates of C and NOx and the elapsed time from the time when the exhaust gas was introduced stepwise is described in FIGS. In FIGS. 18 to 20, the portion indicated by the broken line is the prediction result, the portion plotted by ○ is the actual measurement result of the new catalyst (deterioration stage 0), and the portion plotted by ● is the degraded catalyst (deterioration stage 10). ) Is the actual measurement result. FIG.
From FIG. 20, it was found that the predicted result and the measured result agree well.

【0078】次に,新品触媒(劣化段階0)及び10万
マイル走行後の劣化触媒(劣化段階10)を,それぞれ
自動車エンジンの排気系に搭載した場合を想定し,自動
車の燃費および排気浄化性能を評価するモード試験にお
いて,触媒に流入する排ガス温度,排ガス量,排ガス中
に含まれる汚染物質の濃度などの時系列データを入力値
として,反応速度分布(0)あるいは反応速度分布(1
0)を考慮した図2〜図5にかかる支配方程式を,時系
列に数値的に解くことにより,触媒から流出する排ガス
中の汚染物質の濃度を予測した。このようにして予測さ
れた流出排ガス中のCO,THC,NOxの時系列濃度
データを積算することによって,それぞれの触媒のモー
ド運転試験における積算エミッションを算出した。この
値を,新品触媒の場合を1として規格化して図21に記
載した。
Next, assuming that a new catalyst (deterioration stage 0) and a degraded catalyst after traveling 100,000 miles (deterioration stage 10) are installed in the exhaust system of an automobile engine, respectively, the fuel efficiency and exhaust purification performance of the automobile are assumed. In a mode test to evaluate the reaction rate distribution (0) or reaction rate distribution (1), time-series data such as the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, the amount of exhaust gas, and the concentration of pollutants contained in the exhaust gas are used as input values.
The concentration of pollutants in the exhaust gas flowing out of the catalyst was predicted by numerically solving the governing equations according to FIGS. By integrating the time-series concentration data of CO, THC, and NOx in the outflow exhaust gas thus predicted, the integrated emission in the mode operation test of each catalyst was calculated. This value is standardized as 1 for the case of a new catalyst and is shown in FIG.

【0079】また,新品触媒(劣化段階0)及び10万
マイル走行後の劣化触媒(劣化段階10)を,それぞれ
実際に自動車エンジンの排気系に搭載して,モード運転
試験を行い,それぞれの触媒から流出する排ガス中の汚
染物質の濃度を,排ガス分析装置を用いて時系列に測定
した。測定された流出排ガス中のCO,THC,NOx
の時系列濃度データを積算することによって,それぞれ
の触媒のモード運転試験における積算エミッションの実
測値を得た。この値を,新品触媒の場合を1として規格
化して,図21に実測値として記載した。
Further, a new catalyst (deterioration stage 0) and a degraded catalyst after traveling 100,000 miles (deterioration stage 10) were actually mounted on the exhaust system of an automobile engine, and a mode operation test was performed. The concentration of pollutants in the flue gas flowing out of the facility was measured in chronological order using a flue gas analyzer. Measured CO, THC, NOx in effluent exhaust gas
By integrating the time-series concentration data of the above, actual measured values of the integrated emission in the mode operation test of each catalyst were obtained. This value was standardized as 1 for a new catalyst, and is shown in FIG. 21 as an actually measured value.

【0080】以上,同図より知れるごとく,予測結果と
実測値が非常によく一致しており,実施形態例1の予測
方法を利用すれば,実機試験を触媒に対して行なわずと
も,エンジン連続運転後の触媒の性能を予測することが
でき,触媒の劣化予測が可能となることが分かった。
As can be seen from the figure, the predicted result and the actually measured value agree very well. If the prediction method of the first embodiment is used, the engine can be continuously operated without performing the actual machine test on the catalyst. It was found that the performance of the catalyst after operation could be predicted, and the deterioration of the catalyst could be predicted.

【0081】[0081]

【発明の効果】上述のごとく,本発明によれば,個々の
使用環境にふさわしい最適な触媒を選択するために利用
可能な触媒の劣化予測方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a catalyst deterioration prediction method which can be used to select an optimum catalyst suitable for each use environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例1における,予測方法の手順を示す
説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a procedure of a prediction method according to a first embodiment.

【図2】実施形態例1における,予測方法に利用する方
程式を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an equation used for a prediction method in the first embodiment.

【図3】実施形態例1における,予測方法に利用する方
程式を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an equation used for a prediction method in the first embodiment.

【図4】実施形態例1における,予測方法に利用する方
程式を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing equations used for a prediction method in the first embodiment.

【図5】実施形態例1における,予測方法に利用する式
を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an equation used for a prediction method in the first embodiment.

【図6】触媒貴金属粒径を算出する式を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an equation for calculating a catalyst noble metal particle size.

【図7】反応速度の頻度因子を算出する式を示す説明
図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an equation for calculating a frequency factor of a reaction rate.

【図8】実施形態例1における,予測方法に利用する式
を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an expression used for a prediction method in the first embodiment.

【図9】実施形態例1における,担体の斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a carrier according to the first embodiment.

【図10】実施形態例1における,担体の断面説明図。FIG. 10 is an explanatory sectional view of a carrier according to the first embodiment.

【図11】実施形態例1における,予測された触媒温度
分布を示す線図。
FIG. 11 is a diagram showing a predicted catalyst temperature distribution in the first embodiment.

【図12】実施形態例1における,予測された酸素濃度
分布を示す線図。
FIG. 12 is a diagram showing a predicted oxygen concentration distribution in the first embodiment.

【図13】実施形態例1における,予測された触媒貴金
属粒径分布を示す線図。
FIG. 13 is a diagram showing a predicted catalyst noble metal particle size distribution in the first embodiment.

【図14】実施形態例1における,積算エミッションの
予測による値と,実測による値とを示す線図。
FIG. 14 is a diagram showing a value obtained by predicting an integrated emission and a value obtained by actual measurement in the first embodiment.

【図15】実施形態例2における,予測による触媒貴金
属粒径分布と実測による値とを示す線図。
FIG. 15 is a diagram showing a predicted catalyst noble metal particle size distribution and a measured value in Embodiment 2;

【図16】実施形態例2における,点A,点Dにかかる
予測による触媒温度分布と実測による値とを示す線図。
FIG. 16 is a diagram showing a predicted catalyst temperature distribution and measured values at points A and D according to the second embodiment.

【図17】実施形態例2における,点B,点Cにかかる
予測による触媒温度分布と実測による値とを示す線図。
FIG. 17 is a diagram showing a predicted catalyst temperature distribution and actual measurement values for points B and C in the second embodiment.

【図18】実施形態例2における,予測によるCO浄化
率と実測による値とを示す線図。
FIG. 18 is a diagram showing a predicted CO purification rate and a measured value in the second embodiment.

【図19】実施形態例2における,予測によるHC浄化
率と実測による値とを示す線図。
FIG. 19 is a diagram showing a predicted HC purification rate and an actually measured value in the second embodiment.

【図20】実施形態例2における,予測によるNOx浄
化率と実測による値とを示す線図。
FIG. 20 is a diagram showing a predicted NOx purification rate and an actually measured value in the second embodiment.

【図21】実施形態例2における,予測による積算エミ
ッションの相対値と実測による値とを示す説明図。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a relative value of an integrated emission by prediction and a value by actual measurement in the second embodiment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 真一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小島 晋爾 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大澤 克幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 3G084 DA27 FA00 3G091 AA02 AA17 AB03 BA14 BA15 BA19 BA33 DB06 DB10 DB13 EA17 EA18 EA21 EA30 EA33 EA38 FB03 FC02 GA06 GB01X GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37 HA42 4G069 AA20 BA17 BB02A BB02B BC69A BC71B BC75B CA03 CA09 DA05 EA18 EB14Y EB19 EC27 ED05 ED07  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Matsunaga 41-cho, Yokomichi, Oku-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 41, Yokomichi, Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Katsuyuki Osawa, Inventor Katsuyuki Osawa, Nagakute-machi, Aichi, Aichi Prefecture, Japan 41-Yokomichi, Toyota Central Research Institute, Inc. F-term (reference) AA02 AA17 AB03 BA14 BA15 BA19 BA33 DB06 DB10 DB13 EA17 EA18 EA21 EA30 EA33 EA38 FB03 FC02 GA06 GB01X GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37 HA42 4G069 AA20 BA17 BB02A BB02B BC69A BC71B BC07BEB19 EB03 EB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒の劣化段階nより時間tn経過後の
劣化段階n+1における反応速度分布(n+1)を求め
るに当り,劣化段階nにおける触媒貴金属粒径分布
(n)と反応速度分布(n)を基に,触媒温度と酸素濃
度とを予測する方法を用いて,劣化段階n+1における
触媒温度分布(n+1)と酸素濃度分布(n+1)を予
測し,該触媒温度分布(n+1),酸素濃度分布(n+
1)と劣化段階n+1における被毒量分布(n+1)と
を基に,触媒貴金属粒径を予測する方法を用いて,劣化
段階n+1における触媒貴金属粒径分布(n+1)を予
測し,該触媒貴金属粒径分布(n+1)と被毒量分布
(n+1)とを基に,反応速度の頻度因子を予測する方
法を用いて,反応速度の頻度因子分布(n+1)を予測
し,触媒の劣化状態を予測することを特徴とする触媒劣
化予測方法。
When determining a reaction rate distribution (n + 1) in a deterioration stage n + 1 after a lapse of time tn from a catalyst deterioration stage n, a catalyst noble metal particle size distribution (n) and a reaction speed distribution (n) in a deterioration stage n The catalyst temperature distribution (n + 1) and the oxygen concentration distribution (n + 1) in the deterioration stage n + 1 are predicted using the method for predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration based on (N +
Based on 1) and the poisoning amount distribution (n + 1) at the deterioration stage n + 1, the method of predicting the catalyst noble metal particle size is used to predict the catalyst noble metal particle size distribution (n + 1) at the deterioration stage n + 1. Based on the particle size distribution (n + 1) and the poisoning amount distribution (n + 1), the method of predicting the reaction rate frequency factor is used to predict the reaction rate frequency factor distribution (n + 1), and to determine the deterioration state of the catalyst. A catalyst deterioration prediction method characterized by predicting.
【請求項2】 請求項1において,上記触媒温度と酸素
濃度とを予測する方法は,熱と物質の輸送方程式に基づ
いて算出する方法であり,また,上記触媒貴金属粒径を
予測する方法は,酸素濃度,温度及び被毒量を含む数式
に基づいて算出する方法であり,更に,反応速度の頻度
因子を予測する方法は,触媒貴金属の粒子径と被毒量を
含む数式に基づいて算出する方法であることを特徴とす
る触媒劣化予測方法。
2. The method according to claim 1, wherein the method of predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration is a method of calculating based on a heat and mass transport equation. This method is based on mathematical formulas including oxygen, oxygen concentration, temperature, and poisoning amount, and the method for predicting the frequency factor of the reaction rate is based on the mathematical formula including the particle size and poisoning amount of catalytic noble metal. A method for predicting catalyst deterioration.
【請求項3】 請求項1または2において,上記触媒温
度と酸素濃度とを予測する方法は,熱と物質の図2〜図
5にかかる輸送方程式に基づいて算出する方法であり,
また,上記触媒貴金属粒径を予測する方法は,酸素濃
度,温度及び被毒量を含む図8(a)の数式に基づいて
算出する方法であり,更に,反応速度の頻度因子を予測
する方法は,触媒貴金属の粒子径と被毒量を含む図8
(b)の数式に基づいて算出する方法であることを特徴
とする触媒劣化予測方法。
3. The method according to claim 1 or 2, wherein the method of predicting the catalyst temperature and the oxygen concentration is a method of calculating based on transport equations of heat and substances shown in FIGS.
The method of estimating the catalyst noble metal particle size is a method of calculating based on the mathematical expression of FIG. 8A including the oxygen concentration, the temperature and the poisoning amount, and further a method of estimating the frequency factor of the reaction rate. Fig. 8 contains the particle size and poisoning amount of catalytic noble metal.
A method for predicting catalyst deterioration, which is a method for calculating based on the mathematical expression of (b).
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