JPH09166015A - 排気ガス浄化触媒の劣化検知方法 - Google Patents
排気ガス浄化触媒の劣化検知方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 長時間の定速走行を行わなくとも、触媒の劣
化を精度良く検知することができるとともに、炭化水素
排出量と相関性の高い排気ガス浄化触媒の劣化検知方法
を提供する。 【解決手段】 触媒が促進する反応によって、排気ガス
から発生する熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における
累積値の減少により排気ガス浄化触媒の劣化を判断す
る。
化を精度良く検知することができるとともに、炭化水素
排出量と相関性の高い排気ガス浄化触媒の劣化検知方法
を提供する。 【解決手段】 触媒が促進する反応によって、排気ガス
から発生する熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における
累積値の減少により排気ガス浄化触媒の劣化を判断す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、自動車等の排気
ガス浄化触媒の劣化を検知する方法に関する。
ガス浄化触媒の劣化を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 排気ガスは、例えば、重油、軽油、ガ
ソリン、天然ガス等を燃料とする内燃機関、外燃機関、
燃焼炉等から排出されるが、未燃焼の可燃成分（炭化水
素、一酸化炭素、水素等）、窒素酸化物等を含有する。
排気ガス浄化触媒は、これらの可燃成分を酸化するとと
もに、窒素酸化物を還元することにより、排気ガス中の
可燃成分濃度及び窒素酸化物濃度を低下させる作用を有
するものであり、特に自動車のエンジン等に広く使用さ
れている。排気ガス浄化触媒としては、例えば白金、パ
ラジウム、ロジウム等の貴金属を含有するものが一般的
に知られている。
ソリン、天然ガス等を燃料とする内燃機関、外燃機関、
燃焼炉等から排出されるが、未燃焼の可燃成分（炭化水
素、一酸化炭素、水素等）、窒素酸化物等を含有する。
排気ガス浄化触媒は、これらの可燃成分を酸化するとと
もに、窒素酸化物を還元することにより、排気ガス中の
可燃成分濃度及び窒素酸化物濃度を低下させる作用を有
するものであり、特に自動車のエンジン等に広く使用さ
れている。排気ガス浄化触媒としては、例えば白金、パ
ラジウム、ロジウム等の貴金属を含有するものが一般的
に知られている。
【０００３】 ところで、上記の排気ガス浄化触媒は、
長期間使用すると、高温度による貴金属の飛散又は酸化
によって劣化を生じ、可燃成分を十分に酸化しなくなる
ので、触媒から流出する排気ガス中に含まれる可燃成分
が増加する。
長期間使用すると、高温度による貴金属の飛散又は酸化
によって劣化を生じ、可燃成分を十分に酸化しなくなる
ので、触媒から流出する排気ガス中に含まれる可燃成分
が増加する。
【０００４】 又、近年の環境保護に対する国際的認識
の高まりから、自動車の排気ガスに対する規制は年々厳
しくなっており、例えば、米国カルフォルニア州ではＬ
ＥＶ（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、
ＵＬＥＶ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖ
ｅｈｉｃｌｅ）に対し、使用過程で、炭化水素排出量
が、新車時の連邦テスト手続（ＦＴＰ：Ｆｅｄｅｒａｌ
ＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅ）走行での炭化水素規制
値の１．５倍になった場合には、誤作動表示ランプ（Ｍ
ＩＬ：Ｍｕｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ
Ｌａｍｐ）を点灯させることを義務付けている。
の高まりから、自動車の排気ガスに対する規制は年々厳
しくなっており、例えば、米国カルフォルニア州ではＬ
ＥＶ（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、
ＵＬＥＶ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖ
ｅｈｉｃｌｅ）に対し、使用過程で、炭化水素排出量
が、新車時の連邦テスト手続（ＦＴＰ：Ｆｅｄｅｒａｌ
ＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅ）走行での炭化水素規制
値の１．５倍になった場合には、誤作動表示ランプ（Ｍ
ＩＬ：Ｍｕｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ
Ｌａｍｐ）を点灯させることを義務付けている。
【０００５】 従って、排気ガス浄化触媒の劣化を検知
できる方法、特に炭化水素排出量と相関性の高い劣化情
報を鋭敏に検知できる方法が必要であり、触媒の劣化検
知方法について種々の研究がなされている。
できる方法、特に炭化水素排出量と相関性の高い劣化情
報を鋭敏に検知できる方法が必要であり、触媒の劣化検
知方法について種々の研究がなされている。
【０００６】 例えば、実開昭６２−６１９１９号公報
には、触媒の上流側及び下流側にそれぞれ温度センサを
取り付けて、触媒の上流側及び下流側の排気ガスの温度
を比較することにより触媒の劣化を検知する方法が開示
されている。これは、可燃成分を酸化する反応が発熱反
応であるため、触媒が劣化した場合は、触媒の下流側の
排気ガスの温度が低下することを利用したものである。
には、触媒の上流側及び下流側にそれぞれ温度センサを
取り付けて、触媒の上流側及び下流側の排気ガスの温度
を比較することにより触媒の劣化を検知する方法が開示
されている。これは、可燃成分を酸化する反応が発熱反
応であるため、触媒が劣化した場合は、触媒の下流側の
排気ガスの温度が低下することを利用したものである。
【０００７】 又、実開昭６３−８３４１５号公報に
は、触媒の下流に酸素センサを設け、酸素センサの信号
波形により触媒の劣化を検知する方法が開示されてい
る。この方法は、触媒の劣化に伴い、触媒の酸素吸着能
力が低下する傾向があることを利用したものである。
は、触媒の下流に酸素センサを設け、酸素センサの信号
波形により触媒の劣化を検知する方法が開示されてい
る。この方法は、触媒の劣化に伴い、触媒の酸素吸着能
力が低下する傾向があることを利用したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、触媒
の反応による発熱を検知する方法では、触媒の熱容量が
大きいために、自動車を４０〜６０ｋｍ／ｈｒで数分
間、定速で走行させ、排気系を熱的に安定させた後でな
ければ、発熱反応による温度差を検知できない。又、触
媒劣化検知の精度をさらに向上させるためには、より長
時間の定速走行を要する。しかし、実走行のような加
速、減速が繰り返される条件下では、このような条件を
満たすことは困難であり、精度良く触媒の劣化を検知す
ることが困難であるという問題があった。
の反応による発熱を検知する方法では、触媒の熱容量が
大きいために、自動車を４０〜６０ｋｍ／ｈｒで数分
間、定速で走行させ、排気系を熱的に安定させた後でな
ければ、発熱反応による温度差を検知できない。又、触
媒劣化検知の精度をさらに向上させるためには、より長
時間の定速走行を要する。しかし、実走行のような加
速、減速が繰り返される条件下では、このような条件を
満たすことは困難であり、精度良く触媒の劣化を検知す
ることが困難であるという問題があった。
【０００９】 又、触媒の酸素吸着能力を検知する方法
では、酸素吸着能力が低下傾向を示さない場合もあり、
検知方法としては精度に問題があった。
では、酸素吸着能力が低下傾向を示さない場合もあり、
検知方法としては精度に問題があった。
【００１０】 本発明はこのような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、長時間の定速
走行を行わなくとも、触媒の劣化を精度良く検知するこ
とができるとともに、炭化水素排出量と相関性の高い排
気ガス浄化触媒の劣化検知方法を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、長時間の定速
走行を行わなくとも、触媒の劣化を精度良く検知するこ
とができるとともに、炭化水素排出量と相関性の高い排
気ガス浄化触媒の劣化検知方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、排気ガス中の可燃成分濃度、又は、可燃成分濃度及
び窒素酸化物濃度を低下させる排気ガス浄化触媒の劣化
検知方法であって、上記触媒が促進する反応によって単
位量の排気ガスから単位時間に発生する熱量Ｅgの減少
を検知する排気ガス浄化触媒の劣化検知方法が提供され
る。
ば、排気ガス中の可燃成分濃度、又は、可燃成分濃度及
び窒素酸化物濃度を低下させる排気ガス浄化触媒の劣化
検知方法であって、上記触媒が促進する反応によって単
位量の排気ガスから単位時間に発生する熱量Ｅgの減少
を検知する排気ガス浄化触媒の劣化検知方法が提供され
る。
【００１２】 又、本発明によれば、排気ガス中の可燃
成分濃度、又は、可燃成分濃度及び窒素酸化物濃度を低
下させる排気ガス浄化触媒の劣化検知方法であって、上
記触媒の温度が所定の範囲を上昇する間に、上記触媒が
促進する反応によって、上記所定の温度範囲を構成する
適宜な温度区分において、単位量の排気ガスから単位時
間に発生する熱量Ｅgの、上記所定の温度範囲における
累積値の減少を検知する排気ガス浄化触媒の劣化検知方
法が提供される。
成分濃度、又は、可燃成分濃度及び窒素酸化物濃度を低
下させる排気ガス浄化触媒の劣化検知方法であって、上
記触媒の温度が所定の範囲を上昇する間に、上記触媒が
促進する反応によって、上記所定の温度範囲を構成する
適宜な温度区分において、単位量の排気ガスから単位時
間に発生する熱量Ｅgの、上記所定の温度範囲における
累積値の減少を検知する排気ガス浄化触媒の劣化検知方
法が提供される。
【００１３】 上記の触媒劣化検知方法において、所定
の温度範囲の下限は１００〜２５０℃、上限は２００〜
４００℃であることが好ましい。
の温度範囲の下限は１００〜２５０℃、上限は２００〜
４００℃であることが好ましい。
【００１４】 又、上記２つの触媒劣化検知方法におい
て、前記熱量Ｅgは、前記の単位時間当たりに触媒に流
入する排気ガスが保持する熱量Ｅin、前記の単位時間当
たりに触媒から流出する排気ガスが保持する熱量
Ｅout、前記の単位時間当たりに触媒が放出する熱量
Ｅr、及び上記触媒の温度を変化せしめるのに要する熱
量Ｅcから、式Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅrによって算
出してもよい。
て、前記熱量Ｅgは、前記の単位時間当たりに触媒に流
入する排気ガスが保持する熱量Ｅin、前記の単位時間当
たりに触媒から流出する排気ガスが保持する熱量
Ｅout、前記の単位時間当たりに触媒が放出する熱量
Ｅr、及び上記触媒の温度を変化せしめるのに要する熱
量Ｅcから、式Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅrによって算
出してもよい。
【００１５】 又、本発明によれば、１又は２以上の排
気ガス浄化触媒を連結して成る排気系の排気ガス浄化機
能劣化検知方法であって、最上流に位置する排気ガス浄
化触媒の劣化を、前記のいずれかに記載の排気ガス浄化
触媒の劣化検知方法にて検知する排気ガス浄化機能劣化
検知方法が提供される。
気ガス浄化触媒を連結して成る排気系の排気ガス浄化機
能劣化検知方法であって、最上流に位置する排気ガス浄
化触媒の劣化を、前記のいずれかに記載の排気ガス浄化
触媒の劣化検知方法にて検知する排気ガス浄化機能劣化
検知方法が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】 本発明においては、触媒が促進
する反応によって、単位量の排気ガスから単位時間に発
生する熱量Ｅgの減少を検知することにより、排気ガス
浄化触媒の劣化を検知する。排気ガス浄化触媒が可燃成
分を酸化する反応は発熱反応であるため、触媒が劣化し
た場合は、上記の反応が効率的に促進されなくなる結
果、発生熱量Ｅgが減少する。従って、発生熱量Ｅgの減
少を検知することにより、触媒の劣化を検知することが
できるのである。
する反応によって、単位量の排気ガスから単位時間に発
生する熱量Ｅgの減少を検知することにより、排気ガス
浄化触媒の劣化を検知する。排気ガス浄化触媒が可燃成
分を酸化する反応は発熱反応であるため、触媒が劣化し
た場合は、上記の反応が効率的に促進されなくなる結
果、発生熱量Ｅgが減少する。従って、発生熱量Ｅgの減
少を検知することにより、触媒の劣化を検知することが
できるのである。
【００１７】 劣化による発生熱量Ｅgの減少を図１に
示す。図１において、２本のラインのうち、上側のもの
が新品の触媒であり下側のものが劣化した触媒である。
又、横軸及び縦軸は、それぞれ右方又は上方にいくに従
って数値が大きくなる。図１からわかるように、劣化に
よる発生熱量Ｅgの減少は、触媒の温度が低温の場合
程、高温の場合に比してより顕著に表れる。従って、エ
ンジン等の始動後、触媒の温度が所定の範囲を上昇する
間に、その温度範囲を構成する適宜な温度区分におい
て、触媒が促進する反応によって単位量の排気ガスから
単位時間に発生する熱量Ｅgの、上記の温度範囲におけ
る累積値の減少を検知することにより、触媒の劣化をよ
り精度よく検知することができる。
示す。図１において、２本のラインのうち、上側のもの
が新品の触媒であり下側のものが劣化した触媒である。
又、横軸及び縦軸は、それぞれ右方又は上方にいくに従
って数値が大きくなる。図１からわかるように、劣化に
よる発生熱量Ｅgの減少は、触媒の温度が低温の場合
程、高温の場合に比してより顕著に表れる。従って、エ
ンジン等の始動後、触媒の温度が所定の範囲を上昇する
間に、その温度範囲を構成する適宜な温度区分におい
て、触媒が促進する反応によって単位量の排気ガスから
単位時間に発生する熱量Ｅgの、上記の温度範囲におけ
る累積値の減少を検知することにより、触媒の劣化をよ
り精度よく検知することができる。
【００１８】 上記の所定の温度範囲の下限は１００〜
２５０℃、上限は２００〜４００℃であることが好まし
いが、それぞれ１５０〜２５０℃、２５０〜４００℃で
あることがより好ましく、１５０〜２００℃、２５０〜
３５０℃であることがさらに好ましい。触媒の温度が２
００℃未満の場合は、触媒が十分に活性化していないた
め劣化を精度よく検知することができず、触媒の温度が
３００℃より高い場合は、劣化した触媒とそうでない触
媒との発生熱量Ｅgに大きな差がないからである。さら
に、排気ガス中の炭化水素濃度が高いのはエンジン始動
後の初期、つまり触媒温度が上記の範囲にあるときであ
るため、この温度範囲における触媒の効率が最も重要と
なるからである。
２５０℃、上限は２００〜４００℃であることが好まし
いが、それぞれ１５０〜２５０℃、２５０〜４００℃で
あることがより好ましく、１５０〜２００℃、２５０〜
３５０℃であることがさらに好ましい。触媒の温度が２
００℃未満の場合は、触媒が十分に活性化していないた
め劣化を精度よく検知することができず、触媒の温度が
３００℃より高い場合は、劣化した触媒とそうでない触
媒との発生熱量Ｅgに大きな差がないからである。さら
に、排気ガス中の炭化水素濃度が高いのはエンジン始動
後の初期、つまり触媒温度が上記の範囲にあるときであ
るため、この温度範囲における触媒の効率が最も重要と
なるからである。
【００１９】 具体的には、触媒から流出する排気ガス
について許容される炭化水素濃度の上限に相当する発生
熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における累積値を予め
調べておき、これらの値がその値に達した時点で触媒が
劣化したと判断する。
について許容される炭化水素濃度の上限に相当する発生
熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における累積値を予め
調べておき、これらの値がその値に達した時点で触媒が
劣化したと判断する。
【００２０】 本発明の触媒劣化検知方法において、発
生熱量Ｅgは、例えば、以下のように求められる。図２
に触媒における熱の出入りを表す模式図を示す。Ｅinは
単位時間当たりに触媒に流入する排気ガスが保持する熱
量である。Ｅoutは単位時間当たりに触媒から流出する
排気ガスが保持する熱量である。Ｅrは単位時間当たり
に触媒から放出される熱量である。Ｅcは触媒の温度を
変化せしめるのに必要な熱量である。又、これらの間に
は、 （式１） Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅr で表される関係が成り立つ。
生熱量Ｅgは、例えば、以下のように求められる。図２
に触媒における熱の出入りを表す模式図を示す。Ｅinは
単位時間当たりに触媒に流入する排気ガスが保持する熱
量である。Ｅoutは単位時間当たりに触媒から流出する
排気ガスが保持する熱量である。Ｅrは単位時間当たり
に触媒から放出される熱量である。Ｅcは触媒の温度を
変化せしめるのに必要な熱量である。又、これらの間に
は、 （式１） Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅr で表される関係が成り立つ。
【００２１】 ここで、Ｅin及びＥoutは、排気ガスの
温度及び体積を測定すれば、それぞれ、 （式２） Ｅin（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・Ｔ１ （式３） Ｅout（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・Ｔ２ により算出することができる。ここで、Ｈｓは排気ガス
の比熱、Ｑは排気ガスの単位時間当たりの体積、Ｔ１は
触媒に流入する排気ガスの温度、Ｔ２は触媒から流出す
る排気ガスの温度を表す。
温度及び体積を測定すれば、それぞれ、 （式２） Ｅin（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・Ｔ１ （式３） Ｅout（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・Ｔ２ により算出することができる。ここで、Ｈｓは排気ガス
の比熱、Ｑは排気ガスの単位時間当たりの体積、Ｔ１は
触媒に流入する排気ガスの温度、Ｔ２は触媒から流出す
る排気ガスの温度を表す。
【００２２】 又、Ｅr及びＥcの値は触媒の劣化とは無
関係であるため、予め求めておくことができる。Ｅrに
ついては、触媒の温度と触媒から放出される熱量Ｅrと
の関係が分かれば、触媒の温度から算出することができ
る。具体的には、Ｅrの値は次のように算出される。
関係であるため、予め求めておくことができる。Ｅrに
ついては、触媒の温度と触媒から放出される熱量Ｅrと
の関係が分かれば、触媒の温度から算出することができ
る。具体的には、Ｅrの値は次のように算出される。
【００２３】 エンジン等を定常状態で作動している際
には、触媒の温度は一定であり、排気ガスの保持する熱
量が、触媒の温度を上昇させるために消費されることは
ない。従って、式 Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅrにおい
て、Ｅc＝０とみなすことができる。なお、定常状態と
は、排気ガス系の温度が安定し触媒の温度が一定になっ
た状態をいう。
には、触媒の温度は一定であり、排気ガスの保持する熱
量が、触媒の温度を上昇させるために消費されることは
ない。従って、式 Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅrにおい
て、Ｅc＝０とみなすことができる。なお、定常状態と
は、排気ガス系の温度が安定し触媒の温度が一定になっ
た状態をいう。
【００２４】 又、触媒に貴金属を担持させずに、エン
ジン等を定常状態で作動させれば、発生熱量Ｅgも０と
みなすことができる。従って、（式１）は、 （式４） Ｅr＝Ｅin−Ｅout と書き直すことができる。又、（式２）及び（式３）か
ら、（式４）は、さらに （式５） Ｅr（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・（Ｔ１−Ｔ２） と書き直すことができる。
ジン等を定常状態で作動させれば、発生熱量Ｅgも０と
みなすことができる。従って、（式１）は、 （式４） Ｅr＝Ｅin−Ｅout と書き直すことができる。又、（式２）及び（式３）か
ら、（式４）は、さらに （式５） Ｅr（ｃａｌ／秒）＝Ｑ・Ｈｓ・（Ｔ１−Ｔ２） と書き直すことができる。
【００２５】 従って、貴金属を担持させずに、エンジ
ン等を定常状態で作動させた際のＴ１、Ｔ２、及びＱの
値を測定することにより、Ｅrの値を算出することがで
きる。さらに、触媒の温度が異なる定常状態にて、複数
のＥrを求めることにより、触媒の温度とＥrとの関係を
割り出すことができる。
ン等を定常状態で作動させた際のＴ１、Ｔ２、及びＱの
値を測定することにより、Ｅrの値を算出することがで
きる。さらに、触媒の温度が異なる定常状態にて、複数
のＥrを求めることにより、触媒の温度とＥrとの関係を
割り出すことができる。
【００２６】 又、Ｅcの値は、具体的には次のように
算出される。触媒に貴金属を担持させること無くエンジ
ンを作動させた場合、エンジン始動後、定常状態に達す
る前の状態においては、発生熱量Ｅgのみを０とみなす
ことができる。そのため、（式１）は （式６） Ｅc＝Ｅin−Ｅout−Ｅｒ と書き直すことができる。（式６）は、さらに （式７） ΣＥc＝Σ（Ｅin−Ｅout−Ｅr） と書き直すことができる。
算出される。触媒に貴金属を担持させること無くエンジ
ンを作動させた場合、エンジン始動後、定常状態に達す
る前の状態においては、発生熱量Ｅgのみを０とみなす
ことができる。そのため、（式１）は （式６） Ｅc＝Ｅin−Ｅout−Ｅｒ と書き直すことができる。（式６）は、さらに （式７） ΣＥc＝Σ（Ｅin−Ｅout−Ｅr） と書き直すことができる。
【００２７】 従って、エンジン始動後、定常状態に達
する前のＴ１、Ｔ２、Ｑの値、及び触媒の温度を単位時
間毎に測定すれば、触媒温度とＥrとの関係に基づいて
求めたＥrの値より、（式７）に基づいて、一定の温度
範囲におけるΣＥcを算出することができる。さらに、
触媒温度とΣＥcとの関係を表すグラフを作成し、その
傾きの平均を求めることにより、Ｅcの値を求めること
ができる。
する前のＴ１、Ｔ２、Ｑの値、及び触媒の温度を単位時
間毎に測定すれば、触媒温度とＥrとの関係に基づいて
求めたＥrの値より、（式７）に基づいて、一定の温度
範囲におけるΣＥcを算出することができる。さらに、
触媒温度とΣＥcとの関係を表すグラフを作成し、その
傾きの平均を求めることにより、Ｅcの値を求めること
ができる。
【００２８】 以上のように、Ｅin、Ｅout、Ｅr、及び
Ｅcの値は測定値から算出できるため、Ｅgの値を得るこ
とができる。
Ｅcの値は測定値から算出できるため、Ｅgの値を得るこ
とができる。
【００２９】 所定の温度範囲におけるＥgの累積値
は、例えば、表１に示す手順で求められる。
は、例えば、表１に示す手順で求められる。
【００３０】
【表１】
【００３１】 まず、エンジン始動後、触媒が所定の温
度範囲を上昇する間のＴ１、Ｔ２、Ｑの値及び触媒の温
度を単位時間毎に測定する。次に、測定したＴ１、Ｔ
２、及びＱの値から、（式３）及び（式４）により、単
位時間毎のＥin及びＥoutの値を算出する。なお、表１
では、単位時間は１秒としてある。
度範囲を上昇する間のＴ１、Ｔ２、Ｑの値及び触媒の温
度を単位時間毎に測定する。次に、測定したＴ１、Ｔ
２、及びＱの値から、（式３）及び（式４）により、単
位時間毎のＥin及びＥoutの値を算出する。なお、表１
では、単位時間は１秒としてある。
【００３２】 次に、予め求めておいたＥr及びＥcの値
並びにＥin及びＥoutの値から、（式１）に基づいて、
単位時間毎のＥgの値（ｃａｌ／秒）を算出する。
並びにＥin及びＥoutの値から、（式１）に基づいて、
単位時間毎のＥgの値（ｃａｌ／秒）を算出する。
【００３３】 次に、測定したＱの値を用いて、排気ガ
スの単位体積当たりのＥgの値を、単位時間毎に算出す
る。なお、表１においては、単位体積は１ｌとしてあ
る。従って、この段階のＥgの単位はｃａｌ／秒・ｌと
なる。
スの単位体積当たりのＥgの値を、単位時間毎に算出す
る。なお、表１においては、単位体積は１ｌとしてあ
る。従って、この段階のＥgの単位はｃａｌ／秒・ｌと
なる。
【００３４】 次に、上記所定の温度範囲を、１０°Ｃ
毎、２０°Ｃ毎という具合に適宜に区分し、各区分にお
ける、単位時間、単位体積当たりの発生熱量Ｅgの平均
値（ｃａｌ／秒・ｌ）を算出する。
毎、２０°Ｃ毎という具合に適宜に区分し、各区分にお
ける、単位時間、単位体積当たりの発生熱量Ｅgの平均
値（ｃａｌ／秒・ｌ）を算出する。
【００３５】 最後に、上記所定の温度範囲における、
各区分における発生熱量Ｅgの平均値（ｃａｌ／秒・
ｌ）の総和を算出することにより、発生熱量Ｅgの累積
値（ｃａｌ／秒・ｌ）を算出する。
各区分における発生熱量Ｅgの平均値（ｃａｌ／秒・
ｌ）の総和を算出することにより、発生熱量Ｅgの累積
値（ｃａｌ／秒・ｌ）を算出する。
【００３６】 なお、本発明において、温度の測定は、
温度センサ、熱電対等により行われるが、温度センサに
よることが好ましい。温度センサとしては、例えば、図
３に示すようなものが使用される。図３において、温度
センサ８は、セラミック基体にて被覆され、正の抵抗温
度係数を有する金属を含有する抵抗体９、抵抗体９の一
端に接続された分圧抵抗１０、分圧抵抗１０とライン１
１とを連結するコネクタ１２、抵抗体９の一端、分圧抵
抗１０、コネクタ１２、及びライン１１の一端を収容す
るケーシング１３から成る。この温度センサ８は、温度
変化によって抵抗体９の抵抗値が変化することを利用し
て排気ガスの温度を測定するものであり、ケーシング１
３から露出した抵抗体９の端部を、排気管１４に設けた
挿入孔１５から排気管１４の内部に挿入して用いられ
る。抵抗体９の挿入孔１５への固定は、挿入孔１５と螺
合部を有するハウジング１６を介して行われる。この
際、ハウジング１６と抵抗体９の間には緩衝剤１７が設
けられる。又、排気管内に位置する抵抗体９の端部を、
保護カバーにて覆ってもよい。
温度センサ、熱電対等により行われるが、温度センサに
よることが好ましい。温度センサとしては、例えば、図
３に示すようなものが使用される。図３において、温度
センサ８は、セラミック基体にて被覆され、正の抵抗温
度係数を有する金属を含有する抵抗体９、抵抗体９の一
端に接続された分圧抵抗１０、分圧抵抗１０とライン１
１とを連結するコネクタ１２、抵抗体９の一端、分圧抵
抗１０、コネクタ１２、及びライン１１の一端を収容す
るケーシング１３から成る。この温度センサ８は、温度
変化によって抵抗体９の抵抗値が変化することを利用し
て排気ガスの温度を測定するものであり、ケーシング１
３から露出した抵抗体９の端部を、排気管１４に設けた
挿入孔１５から排気管１４の内部に挿入して用いられ
る。抵抗体９の挿入孔１５への固定は、挿入孔１５と螺
合部を有するハウジング１６を介して行われる。この
際、ハウジング１６と抵抗体９の間には緩衝剤１７が設
けられる。又、排気管内に位置する抵抗体９の端部を、
保護カバーにて覆ってもよい。
【００３７】 又、排気ガスの流量の測定は、吸気負圧
とエンジン回転数より計算又は実験により求めたり、燃
料噴射量及びＡ／Ｆより求めることができる。又、ＭＡ
Ｆ（Ｍａｓｓ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）センサから得られた
流入空気量に燃焼ガス化した値に換算した燃料量を加え
ることにより求めてもよく、流入空気量と燃料量はほぼ
一定の割合であることから、ＭＡＦセンサによる流入空
気量のみで代表させることもできる。
とエンジン回転数より計算又は実験により求めたり、燃
料噴射量及びＡ／Ｆより求めることができる。又、ＭＡ
Ｆ（Ｍａｓｓ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）センサから得られた
流入空気量に燃焼ガス化した値に換算した燃料量を加え
ることにより求めてもよく、流入空気量と燃料量はほぼ
一定の割合であることから、ＭＡＦセンサによる流入空
気量のみで代表させることもできる。
【００３８】 本発明の方法を用いれば、排気ガス浄化
触媒の劣化を、長時間の定速走行を行わなくても検知で
きるため、迅速かつ容易に、触媒の劣化を検知すること
ができる。又、発生熱量Ｅg又はその所定温度範囲にお
ける累積値の減少と排気ガス中の炭化水素濃度との間に
は高い相関関係があるため、本発明の方法は、触媒の劣
化を精度良く検知できるとともに、前述のＦＴＰ走行に
関する規制にも対応できるものである。
触媒の劣化を、長時間の定速走行を行わなくても検知で
きるため、迅速かつ容易に、触媒の劣化を検知すること
ができる。又、発生熱量Ｅg又はその所定温度範囲にお
ける累積値の減少と排気ガス中の炭化水素濃度との間に
は高い相関関係があるため、本発明の方法は、触媒の劣
化を精度良く検知できるとともに、前述のＦＴＰ走行に
関する規制にも対応できるものである。
【００３９】 排気系は、通常、内燃機関等に複数の排
気ガス浄化触媒を連結して構成される。このような排気
系自体の排気ガス浄化機能の劣化を検知する場合は、内
燃機関等の側を上流とした場合、最上流に位置する排気
ガス浄化触媒の劣化を検知すれば十分である。これは、
炭化水素が発生するのはエンジン始動の初期のみであ
り、又、触媒は上流に位置するものから順に活性化温度
に達するため、炭化水素の大部分は最上流に位置する排
気ガス浄化触媒により処理されることによる。
気ガス浄化触媒を連結して構成される。このような排気
系自体の排気ガス浄化機能の劣化を検知する場合は、内
燃機関等の側を上流とした場合、最上流に位置する排気
ガス浄化触媒の劣化を検知すれば十分である。これは、
炭化水素が発生するのはエンジン始動の初期のみであ
り、又、触媒は上流に位置するものから順に活性化温度
に達するため、炭化水素の大部分は最上流に位置する排
気ガス浄化触媒により処理されることによる。
【００４０】
【実施例】 以下、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。
【００４１】 上記に説明した本願発明の方法を用い
て、排気ガス浄化触媒の劣化を検知するとともに、触媒
から流出する排気ガス中の炭化水素濃度を調べた。
て、排気ガス浄化触媒の劣化を検知するとともに、触媒
から流出する排気ガス中の炭化水素濃度を調べた。
【００４２】 図４に本例で用いた排気系を示す。図４
の排気系１は、２．０Ｌの直列４気筒エンジン２に６０
０ｃｃのライトオフ触媒３及び１７００ｃｃのメイン触
媒４を連結して成る。ライトオフ触媒３はエンジン２の
排気口５から５００ｍｍの位置に配置され、メイン触媒
４はライトオフ触媒３の下端より４００ｍｍの位置に配
置されている。ライトオフ触媒３の上流及び下流には温
度センサ８が取り付けられている。又、ライトオフ触媒
３のさらに上流には、エンジン燃焼条件（Ａ／Ｆ）制御
用のＯ2センサ６が取り付けられている。温度センサ８
の出力は測定・制御・演算機構７に接続されている。
の排気系１は、２．０Ｌの直列４気筒エンジン２に６０
０ｃｃのライトオフ触媒３及び１７００ｃｃのメイン触
媒４を連結して成る。ライトオフ触媒３はエンジン２の
排気口５から５００ｍｍの位置に配置され、メイン触媒
４はライトオフ触媒３の下端より４００ｍｍの位置に配
置されている。ライトオフ触媒３の上流及び下流には温
度センサ８が取り付けられている。又、ライトオフ触媒
３のさらに上流には、エンジン燃焼条件（Ａ／Ｆ）制御
用のＯ2センサ６が取り付けられている。温度センサ８
の出力は測定・制御・演算機構７に接続されている。
【００４３】 エンジン２からの排気ガスは、ライトオ
フ触媒３を通過し排出される。測定・制御・演算機構７
は、温度センサ８からのシグナルを読み取るとともに、
発生熱量Ｅgの累積値を算出し、その値に応じてＭＩＬ
点灯等のシグナルを発する。
フ触媒３を通過し排出される。測定・制御・演算機構７
は、温度センサ８からのシグナルを読み取るとともに、
発生熱量Ｅgの累積値を算出し、その値に応じてＭＩＬ
点灯等のシグナルを発する。
【００４４】 触媒の劣化の検知を行う前に、Ｅr及び
Ｅcの値を求めた。 （Ｅrの値の算出） 図４に示す排気系に貴金属を担持
させること無く自動車に搭載し、自動車を時速２０ｋ
ｍ、４０ｋｍ、６０ｋｍ、及び８０ｋｍでそれぞれ３０
分間走行させた。各時速において、自動車が定常状態で
走行している時の触媒の上流及び下流の排気ガスの温度
（それぞれＴ１、Ｔ２）並びに排気ガスの流量（ｌ／
秒）（Ｑ）を測定した。
Ｅcの値を求めた。 （Ｅrの値の算出） 図４に示す排気系に貴金属を担持
させること無く自動車に搭載し、自動車を時速２０ｋ
ｍ、４０ｋｍ、６０ｋｍ、及び８０ｋｍでそれぞれ３０
分間走行させた。各時速において、自動車が定常状態で
走行している時の触媒の上流及び下流の排気ガスの温度
（それぞれＴ１、Ｔ２）並びに排気ガスの流量（ｌ／
秒）（Ｑ）を測定した。
【００４５】 測定したＴ１、Ｔ２、及びＱの値から、
（式５）により、各時速におけるＥrの値を算出した。
なお、Ｈｓの値には、空気の比熱、０．３０６ｃａｌ／
ｌ・℃を用いた。又、Ｅrの値と、対応する触媒の温度
との関係を図５に示す。なお、触媒の温度にはＴ２の値
を使用した。
（式５）により、各時速におけるＥrの値を算出した。
なお、Ｈｓの値には、空気の比熱、０．３０６ｃａｌ／
ｌ・℃を用いた。又、Ｅrの値と、対応する触媒の温度
との関係を図５に示す。なお、触媒の温度にはＴ２の値
を使用した。
【００４６】（Ｅcの値の算出） 図４に示す排気系に
貴金属を担持させること無く自動車に搭載し、自動車を
ＦＴＰ走行モードで走行させた。エンジン始動後、１秒
毎に、Ｔ１及びＴ２並びにＱの値を測定した。
貴金属を担持させること無く自動車に搭載し、自動車を
ＦＴＰ走行モードで走行させた。エンジン始動後、１秒
毎に、Ｔ１及びＴ２並びにＱの値を測定した。
【００４７】 Ｔ１及びＴ２並びにＱの測定値、並びに
Ｔ２の値を触媒温度とみなして図４に基づいて求めたＥ
rの値より、（式７）に基づいて、室温から４００℃ま
でのΣＥcを算出した。図６に触媒温度とΣＥcとの関係
を示す。２５℃から３００℃までのグラフの傾きの平均
より、Ｅcの値は８３．６ｃａｌ／℃と決定した。
Ｔ２の値を触媒温度とみなして図４に基づいて求めたＥ
rの値より、（式７）に基づいて、室温から４００℃ま
でのΣＥcを算出した。図６に触媒温度とΣＥcとの関係
を示す。２５℃から３００℃までのグラフの傾きの平均
より、Ｅcの値は８３．６ｃａｌ／℃と決定した。
【００４８】（排気ガス中の炭化水素濃度の測定） 図
４に示す排気系をＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤと４つ用意し、そ
れぞれにエージングを施した。エージングの際には、メ
イン触媒４をライトオフ触媒３の下端より１５ｃｍの位
置に配置した。エージングは、排気ガスの温度をライト
オフ触媒３の上流側で７５０℃に維持しながら行った。
表２に、それぞれの排気系に対して行われたエージング
の条件を示す。なお、メイン触媒４についてのエージン
グ温度が、ライトオフ触媒３より高いのは、触媒の作用
による反応熱のためである。
４に示す排気系をＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤと４つ用意し、そ
れぞれにエージングを施した。エージングの際には、メ
イン触媒４をライトオフ触媒３の下端より１５ｃｍの位
置に配置した。エージングは、排気ガスの温度をライト
オフ触媒３の上流側で７５０℃に維持しながら行った。
表２に、それぞれの排気系に対して行われたエージング
の条件を示す。なお、メイン触媒４についてのエージン
グ温度が、ライトオフ触媒３より高いのは、触媒の作用
による反応熱のためである。
【００４９】
【表２】
【００５０】 表２に示すそれぞれの排気系を自動車に
設置し、ＦＴＰ走行モードでの炭化水素排出量を測定し
た。表３に結果を示す。
設置し、ＦＴＰ走行モードでの炭化水素排出量を測定し
た。表３に結果を示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】（排気ガス浄化触媒の劣化の検知） 表２
に示すそれぞれの排気系を自動車に設置し、ＦＴＰ走行
モードでのＴ１、Ｔ２、及びＱの値を、１秒毎に測定し
た。なお、ＬＥＶの多くは触媒の活性を高めるために、
空気を二次的に注入する装置を備えるが、本実施例にお
いても、条件をＬＥＶに近づけるために、エンジンの始
動後、１２０ｃｃ／分の空気を１００秒間、ライトオフ
触媒３の上流に配置した２次空気注入口１８から注入し
た。
に示すそれぞれの排気系を自動車に設置し、ＦＴＰ走行
モードでのＴ１、Ｔ２、及びＱの値を、１秒毎に測定し
た。なお、ＬＥＶの多くは触媒の活性を高めるために、
空気を二次的に注入する装置を備えるが、本実施例にお
いても、条件をＬＥＶに近づけるために、エンジンの始
動後、１２０ｃｃ／分の空気を１００秒間、ライトオフ
触媒３の上流に配置した２次空気注入口１８から注入し
た。
【００５３】 測定したＴ１、Ｔ２、及びＱの値から、
それぞれの排気系について、（式２）及び（式３）によ
り、それぞれＥin及びＥoutの１秒毎の値を算出した。
なお、Ｔ２を触媒温度とみなし、Ｔ２の値が１００℃か
ら３２０℃の範囲内にある場合について、Ｅin及びＥ
outを算出した。これらの値に基づいて、エンジン始動
後の排気ガス１ｌ当たりの発生熱量Ｅgを（式１）によ
り、１秒毎に算出した。
それぞれの排気系について、（式２）及び（式３）によ
り、それぞれＥin及びＥoutの１秒毎の値を算出した。
なお、Ｔ２を触媒温度とみなし、Ｔ２の値が１００℃か
ら３２０℃の範囲内にある場合について、Ｅin及びＥ
outを算出した。これらの値に基づいて、エンジン始動
後の排気ガス１ｌ当たりの発生熱量Ｅgを（式１）によ
り、１秒毎に算出した。
【００５４】 次に、１００℃から３２０℃の温度範囲
を、１００℃〜１２０℃、１２０℃〜１４０℃という具
合に２０°Ｃ毎に区分し、各区分における、排気ガス１
ｌ当たりの１秒毎の発生熱量Ｅgの平均値を算出した。
を、１００℃〜１２０℃、１２０℃〜１４０℃という具
合に２０°Ｃ毎に区分し、各区分における、排気ガス１
ｌ当たりの１秒毎の発生熱量Ｅgの平均値を算出した。
【００５５】 各区分における発生熱量Ｅgの平均値を
合計することにより、１００℃から３２０℃の温度範囲
における発生熱量Ｅgの累積値を、それぞれの排気系に
ついて算出した。
合計することにより、１００℃から３２０℃の温度範囲
における発生熱量Ｅgの累積値を、それぞれの排気系に
ついて算出した。
【００５６】 図７に、発生熱量Ｅgの累積値と炭化水
素排出量との関係を示す。両者の相関係数Ｒ2は０．９
５６であり、発生熱量Ｅgの累積値と炭化水素排出量は
高い相関関係を示した。
素排出量との関係を示す。両者の相関係数Ｒ2は０．９
５６であり、発生熱量Ｅgの累積値と炭化水素排出量は
高い相関関係を示した。
【００５７】 従って、例えば、ＵＬＥＶに対する新車
時のＦＴＰ走行での炭化水素規制値は０．０４ｇ／マイ
ルであるが、図７から、炭化水素排出量がその１．５倍
である０．０６ｇ／マイルとなった場合の発生熱量Ｅg
の累積値を割り出すことができ、発生熱量Ｅgの累積値
がその値に達した時にＭＩＬを点灯させることができ
る。
時のＦＴＰ走行での炭化水素規制値は０．０４ｇ／マイ
ルであるが、図７から、炭化水素排出量がその１．５倍
である０．０６ｇ／マイルとなった場合の発生熱量Ｅg
の累積値を割り出すことができ、発生熱量Ｅgの累積値
がその値に達した時にＭＩＬを点灯させることができ
る。
【００５８】
【発明の効果】 本発明において、排気ガス浄化触媒の
劣化は、触媒が促進する反応によって、排気ガスから発
生する熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における累積値
の減少により判断されるため、長時間の定速走行を行わ
ずに、迅速かつ容易に、精度良く触媒の劣化を検知する
ことができる。又、本発明の排気ガス浄化触媒の劣化検
知方法は、炭化水素排出量と高い相関関係を示すため、
前述のＦＴＰ走行に関する規制にも対応できる。
劣化は、触媒が促進する反応によって、排気ガスから発
生する熱量Ｅg又はその所定の温度範囲における累積値
の減少により判断されるため、長時間の定速走行を行わ
ずに、迅速かつ容易に、精度良く触媒の劣化を検知する
ことができる。又、本発明の排気ガス浄化触媒の劣化検
知方法は、炭化水素排出量と高い相関関係を示すため、
前述のＦＴＰ走行に関する規制にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 排気ガス浄化触媒の劣化による発生熱量Ｅg
の減少を示すグラフである。
の減少を示すグラフである。
【図２】 排気ガス浄化触媒触媒における熱の出入りを
示す説明図である。
示す説明図である。
【図３】 本発明の方法に用いる温度センサの一例を示
す断面説明図である。
す断面説明図である。
【図４】 自動車エンジンの排気系を示す説明図であ
る。
る。
【図５】 単位時間当たりに触媒から放出される熱量Ｅ
rと排気ガス浄化触媒の温度との関係を示すグラフであ
る。
rと排気ガス浄化触媒の温度との関係を示すグラフであ
る。
【図６】 排気ガス浄化触媒の温度と排気ガス浄化触媒
の熱容量の所定温度範囲における累積値ΣＥcとの関係
を示すグラフである。
の熱容量の所定温度範囲における累積値ΣＥcとの関係
を示すグラフである。
【図７】 発生熱量Ｅgの累積値と炭化水素排出量との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
１・・・排気系、２・・・エンジン、３・・・ライトオフ触媒、
４・・・メイン触媒、５・・・排気口、６・・・Ｏ2センサ、７・・
・測定・制御・演算機構、８・・・温度センサ、９・・・抵抗
体、１０・・・分圧抵抗、１１・・・ライン、１２・・・コネク
タ、１３・・・ケーシング、１４・・・排気管、１５・・・挿入
孔、１６・・・ハウジング、１７・・・緩衝剤、１８・・・２次
空気注入口。
４・・・メイン触媒、５・・・排気口、６・・・Ｏ2センサ、７・・
・測定・制御・演算機構、８・・・温度センサ、９・・・抵抗
体、１０・・・分圧抵抗、１１・・・ライン、１２・・・コネク
タ、１３・・・ケーシング、１４・・・排気管、１５・・・挿入
孔、１６・・・ハウジング、１７・・・緩衝剤、１８・・・２次
空気注入口。
Claims (5)
- 【請求項１】 排気ガス中の可燃成分濃度、又は、可燃
成分濃度及び窒素酸化物濃度を低下させる排気ガス浄化
触媒の劣化検知方法であって、 当該触媒が促進する反応によって単位量の排気ガスから
単位時間に発生する熱量Ｅgの減少を検知することを特
徴とする排気ガス浄化触媒の劣化検知方法。 - 【請求項２】 排気ガス中の可燃成分濃度、又は、可燃
成分濃度及び窒素酸化物濃度を低下させる排気ガス浄化
触媒の劣化検知方法であって、 当該触媒の温度が所定の範囲を上昇する間に、 当該所定の温度範囲を構成する適宜な温度区分におい
て、当該触媒が促進する反応によって単位量の排気ガス
から単位時間に発生する平均熱量Ｅgの、 当該所定の温度範囲における累積値の減少を検知するこ
とを特徴とする排気ガス浄化触媒の劣化検知方法。 - 【請求項３】 当該所定の温度範囲の下限が１００〜２
５０℃、上限が２００〜４００℃である請求項２に記載
の排気ガス浄化触媒の劣化検知方法。 - 【請求項４】 当該単位時間当たりに当該触媒に流入す
る排気ガスが保持する熱量Ｅin、当該単位時間当たりに
当該触媒から流出する排気ガスが保持する熱量Ｅout、
当該単位時間当たりに当該触媒が放出する熱量Ｅr、及
び当該触媒の温度を変化せしめるのに必要な熱量Ｅcか
ら、当該熱量Ｅgを、式Ｅout＝Ｅin＋Ｅg−Ｅc−Ｅrに
よって算出する請求項１、２又は３に記載の排気ガス浄
化触媒の劣化検知方法。 - 【請求項５】 １又は２以上の排気ガス浄化触媒を連結
して成る排気系の排気ガス浄化機能劣化検知方法であっ
て、 最上流に位置する排気ガス浄化触媒の劣化を、請求項１
〜４のいずれかに記載の排気ガス浄化触媒の劣化検知方
法にて検知することを特徴とする排気系の排気ガス浄化
機能劣化検知方法。
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