JPH02310453A - 触媒の劣化検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、排ガス中の有害成分を除去する触媒の劣化を
検知するのに利用される触媒の劣化検知方法に関するも
のである。 （従来の技術） 従来、例えば、自動車の排ガス中に含まれる有害成分を
除去するために、排ガス流路の途中に三元触媒を設けて
いる。この三元触媒の排ガスに対する浄化能力は経時的
に劣化していくため、適切な時期に交換する必要がある
。 このような触媒の劣化を検知する従来の方法としては、
例えば、触媒の貫通孔内に挿入することができる棒状基
材と、前記棒状基材上に設けられた触媒薄膜と、前記触
媒ＦＭ膜の両端に設けた電極端子と、前記電極端子間の
抵抗値を測定する手段とを備えたもの（特開昭６３−１
６５７４４号公報）や、触媒の上流側および下流側に各
々酸素センサを配設し、前記酸素センサの各出力電圧の
極大値の差が所定値を下回った時点で前記触媒の劣化時
期を検知する方法（特開昭６３−２３１２５２号公報）
があった。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の触媒の劣化検知方法で
は、触媒の劣化時期を定量的に正確に判断することがで
きにくいため、触媒の劣化時期を正確に検知することが
困難であるので、例えば、触媒の交換時期が早められる
ことにより経済的な不利益を生じたり、反対に触媒の交
換時期が遅れることにより排ガスの浄化効率の低下を生
じたりすることがあるという課題があった。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題に着目してなされたも
ので、触媒の酸素ストレージ（貯蔵）効果をパラメータ
とし、触媒の排ガス上流側および排ガス下流側に設けた
空燃比検出手段の応答遅れ時間から前記触媒の劣化を正
確に判断することができるようにした触媒の劣化検知方
法を提供することを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係る触媒の劣化検知方法は、排ガス中の有害成
分を浄化する触媒の排ガス上流側および排ガス下流側に
各々空燃比検出手段を°設け、前記空燃比検出手段の応
答遅れ時間により、例えば前記応答遅れ時間が所定の値
以下となったときに、前記触媒の劣化を検知する構成と
したことを特徴としており、このような触媒の劣化検知
方法を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。 また、本発明に係る触媒の劣化検知方法の実施に使用さ
れる触媒の劣化検知装置は、排ガス中の有害成分を浄化
する触媒の排ガス上流側に設けた排ガス上流側空燃比検
出手段と、前記触媒の排カス下流側に設けた排ガス下流
側空燃比検出手段と、前記雨空燃比検出手段における応
答遅れ時間により、例えば前記応答遅れ時間が所定の値
以下となったときに、前記触媒の劣化を検知する触媒劣
化検知手段とをそなえた構成としたことを特徴としてい
る。 本発明に係る触媒の劣化検知方法では、排ガス中の有害
成分を浄化する触媒の排ガス上流側および排ガス下流側
に各々空燃比検出手段が設けられるが、この空燃比検出
手段としては、酸素イオン伝導性固体電解質を用い、前
記酸素イオン伝導性固体電解質の酸素イオン伝導度の変
化による酸素濃淡電池の原理を応用した酸素センサから
なるものや、酸素濃度に応じて抵抗値が変化するＴｉＯ
２等の酸化物半導体を用いた酸素センサからなるものな
どが用いられ、その他この種の酸素センサと同様に空燃
比を広範囲に検出できる空燃比センサを使用することが
可能である。 また、前記触媒の排ガス上流側および排ガス下流側に設
けた空燃比検出手段における応答遅れ時間により、例え
ば前記応答遅れ時間が所定の値以下となったときに、前
記触媒の劣化を検知する触媒劣化検知手段としては、例
えば、適宜のエンジン回転数検出回路、エンジンへの吸
入空気量測定回路、エンジンの定常運転判定回路、空燃
比検出出力制御回路、応答遅れ時間検出回路、基準とな
る応答遅れ時間設定回路、実際の応答遅れ時間と前記基
準となる応答遅れ時間との比較回路、触媒劣化検知出力
発生回路などの制御回路を組み合わせたものが用いられ
る。 （発明の作用） 本発明に係る触媒の劣化検知方法は、前述した構成を有
しているものであるから、触媒の転換率と応答遅れ時間
との関係をあらかじめ把握しておくことによって、雨空
燃比検出手段の応答遅れ時間により触媒の性能が正確に
推定されるようになり、触媒の劣化が精度良く検知され
るようになるという作用がもたらされる。 （実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、燃焼型エンジ
ン１の図示しない吸気バルブ側には吸気管２が接続しで
あると共に同じく図示しない排気バルブ側には排気管３
が接続してあり、排気管３の途中には、触媒４を備えた
触媒コンバータ５が取りつけである。また、エンジン１
の燃焼室には燃料噴射弁６が取り付けであると共に触媒
４すなわち触媒コンバータ５の排ガス上流側および排ガ
ス下流側にそれぞれ排ガス上流側空燃比検出手段（上流
側酸素センサ）７および排ガス下流側空燃比検出手段（
下流側酸素センサ）８が取り付けてあり、前記燃料噴射
弁６および空燃比検出手段７．８は触媒劣化検知手段を
兼ねる電子制御回路９に接続しである。 空燃比検出手段（＃素センサ）７．８は、第２図に示す
ように、酸素イオン伝導性固体電解質（例えば、イツト
リア等で安定化させたジルコニア等よりなるもの）１１
の両側に測定側電極（例えば、白金よりなるもの）１２
と基準側電極（例えば、白金よりなるもの）１３を設け
、排ガスと接触する測定側電極１２の表面に多孔質保護
層（例えば、スピネルよりなるもの）１４を形成した構
造をなしている。 そして、排ガス上流側空燃比検出手段７は、排ガス中の
酸素濃度変化に従って空燃比変化を検出し、この空燃比
検出信号を電子制御回路９に伝達する。この電子制御回
路９では、空燃比検出手段７の出力値の変化の方向およ
び変化の時点からの経過時間に応じて、燃料噴射弁６に
よる燃料供給量の増減をコントロールすることによって
、空燃比を理論空燃比の近傍に制御する。 一方、触媒コンバータ５に設けている触媒４には酸素を
ストレージするセリアが含有されている。また、貴金属
にも酸素を吸着する作用がある。 したがって、空燃比がリーン側からリッチ側へと変化し
たときに、第３図に示すように、排ガス上流側空燃比検
出手段７における空燃比検出出力変化（第３図の曲１１
２Ｆ）と排ガス下流側空燃比検出手段８における空燃比
検出出力変化（第３図の曲線Ｒ）とは、ある応答遅れ時
間Ｔｏを伴って変化するようになる。この応答遅れ時間
Ｔ０は、排ガスの移動時間ＴＩと、リーン側で前記セリ
アにストレージされた酸素や前記貴金属に吸着したＮｏ
がＨＣ、Ｃｏと反応して雰囲気を緩和しているために生
じる緩和時間Ｔ２どの和である。すなわち。 Ｔ、＝Ｔ、＋Ｔ２　　　　　　　　・・・（１）である
。 このような触媒コンバータ５において用いる触媒４は、
熱や被毒物質によって性能（転換率）が低下する６例え
ば、触媒担体に担持されている貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐ
ｄなど）は、高温に長時間さらされるとシンタリング（
再溶融）が起こり、比表面積が低下して触媒活性が悪化
する。 また、＃素をストレージするセリアも同様に熟による劣
化を起こす。そして、これらの結果として、触媒４にス
トレージされる酸素量が低下してくる。 そのため、触媒４の経時劣化が進行した後においては、
空燃比がリーン側からリッチ側へと変化したときに、第
４図に示すように、排ガス上流側空燃比検出手段７にお
ける出力変化（第４図の曲線Ｆ）と排ガス下流側空燃比
検出手段８における出力変化（第４図の曲線Ｒ’）との
間では、応答遅れ時間Ｔｏから応答遅れ時間Ｔ３へと短
くなる。これは、触媒４の酸素吸着量が減少し、雰囲気
を緩和する能力が低下して、前記（１）式における緩和
時間Ｔ２が短くなったために生じる現象であるや そこで、触媒４の転換率と応答遅れ時間Ｔ６との関係を
第５図に例示するようにあらかじめ把握しておくことに
よって、現在の応答遅れ時間から触媒４の転換率すなわ
ち性能を正確に推定することが可能となる。 例えば、ある一定条件（吸入空気量、排ガス温度）にお
いて第５図に示すように触媒４の転換率が５０％となる
応答遅れ時間をＴｎとすれば、触媒４の転換率が５０％
となった時点で触媒４の交換を行うこととした場合に、
測定した応答遅れ時間がＴｎ以下となった時点で運転者
に注意を喚起すれば良い、この場合、転換率５０％に対
応する応答遅れ時間Ｔｎは空燃比検出手段７，８の起電
力変化（例えば酸素ｅ淡電池の原理を応用した酸素セン
サの場合）から求めることができるが、この際に用いる
起電力の変化点は、第４図に示す出力値Ｖｎのように、
起電力の変化開始直後と変化終了間際とを避けて用いる
方がよい、そして、前述の運転者に注意を喚起する手段
としては、運転席に設置したコンビネーションメータに
設けた警報ランプの点灯ないしは点滅などによるものを
用いることが可能である。 ところで、前述した排ガスの移動時間Ｔ、は、吸気管２
からの吸入空気量に依存して変化する。 第６図はその一例を示しており、吸入空気量が増加する
と排ガスの移動時間Ｔ、は短くなる。したがって、応答
遅れ時間を測定する運転条件に対応した応答遅れ時間Ｔ
ｏを考慮して緩和時間Ｔ２を計算する必要があり、吸入
空気量と排ガスの移動時間との関係を関数として近似し
ておけば排ガスの移動時間Ｔ１の補正が容易に行える。 第７図は運転中に触媒４の劣化を検知するのに用いるフ
ローチャートの一例を示すものであって、運転中におい
て応答遅れ時間Ｔ０を測定するには定常運転領域を使う
のが望ましい、そこで、ステップ５１においてエンジン
の回転数（Ｎ）。 吸入空気ｆｆｉ　（Ｑ）を測定し、ステップ５２におい
である時間内の変化量から定常運転であるか否かを判断
する。そして、定常運転でないとき（Ｎ。 のとき）には定常運転となるまでステップ５１゜５２に
よる判断を綴り返し、定常運転となったとき（Ｙｅｓの
とき）はステップ５３における通常のフィードバック制
御における燃料噴射量に対してリッチ側およびリーン側
とも数十％増減させることにより空燃比（Ａ／Ｆ）の振
幅をより大きく変化させ、ステップ５４においてこのと
きの排ガス上流側空燃比検出手段７の出力変化と排ガス
下流側空燃比検出手段８の出力変化とにおける応答遅れ
時間Ｔｏを検出し、ステップ５５において応答遅れ時間
Ｔ０が所定の転換率（例えば５０％）であるときに応答
遅れ時間Ｔｎよりも短くなったか（Ｙｅｓのとき）否か
（Ｎｏのとき）を判断し、短くなったとき（ｙｅｓのと
き）にステップ５６において警報ランプをＯＮとし、運
転者に対して触媒４の劣化による交換時期が来たことを
知らせる。

【発明の効果】

本発明に係る触媒の劣化検知方法は、排ガス中の有害成
分を浄化する触媒の排ガス上流側および排ガス下流側に
各々排ガス上流側および排ガス下流側空燃比検出手段を
設け、前記空燃比検出手段の応答遅れ時間により前記触
媒の劣化を検知する構成としたから、触媒の劣化を正確
に検知することが可能であり、触媒の交換を最適の時期
に行うことができるようになることから、従来のように
、触媒の交換時期が早められることによる経済的な不利
益を防止することができると共に、触媒の交換時期が遅
れることによる排ガスの浄化効率の低下を防止すること
ができる。また、運転者が車両の運転中に触媒の劣化を
検知することができるようになすことも可能であるため
、特別な検知装置や検知のための車両の移動ならびに検
知のための時間等を別途必要としなくなるという著しく
優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る触媒の劣化検知方法の要領を示す
概略説明図、第２図は本発明に係る触媒の劣化検知方法
に用いる空燃比検出手段の構造を例示する酸素センサの
断面図、第３図は空燃比がリーン側からリッチ側へ変化
したときに生ずる排ガス上流側空燃比検出手段の出力変
化と排ガス下流側空燃比検出手段の出力変化とにおける
応答遅れ時間Ｔｏを示す説明図、第４図は触媒が経時劣
化している場合において空燃比がリーン側からリッチ側
へと変化したときに生ずる排ガス上流側空燃比検出手段
の出力変化と排ガス下流側空燃比検出手段の出力変化と
におけるより短縮された応答遅れ時間Ｔ３を示す説明図
、第５図は触媒の転換率と応答遅れ時間との関係を例示
する説明図、第６図は吸入空気量による排ガスの移動時
間の変化を例示する説明図、第７図は触媒の劣化を検知
する際の制御要領を例示するフローチャートである。 ４・・・触媒、７・・・排ガス上流側空燃比検出手段、
８・・・排ガス下流側空燃比検出手段、９・・・電子制
御回路（触媒劣化検知手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガス中の有害成分を浄化する触媒の排ガス上流
   側および排ガス下流側に各々空燃比検出手段を設け、前
   記空燃比検出手段の応答遅れ時間により前記触媒の劣化
   を検知することを特徴とする触媒の劣化検知方法。