JPH11159386A - 触媒のエージング方法 - Google Patents
触媒のエージング方法Info
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- JPH11159386A JPH11159386A JP10275619A JP27561998A JPH11159386A JP H11159386 A JPH11159386 A JP H11159386A JP 10275619 A JP10275619 A JP 10275619A JP 27561998 A JP27561998 A JP 27561998A JP H11159386 A JPH11159386 A JP H11159386A
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- catalyst
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
- F01N2550/20—Monitoring artificially aged exhaust systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】触媒システムのオーブンによる正しいエージン
グ条件を特定する正確で時間的効率に優れた手段を提供
する。 【解決手段】触媒をエージングする方法及び装置であっ
て、時間及び温度のような触媒の初期コンディショニン
グ・パラメーターの選択５２と、選択された時間及び温
度パラメーターに基づいて、触媒によるＣＯ及びＨＣの
酸化触媒作用に対しての動的パラメーターの選択５４と
を含む。車両テールパイプでの排出レベルが、選択され
た動的パラメーターに基づいて予測６４される。予測さ
れたレベルは、目標レベル６６と比較され、選択された
特定のパラメーターが触媒をエージングするのに適切で
あるか否かが判断される。そして、選択された所望のパ
ラメーターに基づいて触媒がエージング６８される。
グ条件を特定する正確で時間的効率に優れた手段を提供
する。 【解決手段】触媒をエージングする方法及び装置であっ
て、時間及び温度のような触媒の初期コンディショニン
グ・パラメーターの選択５２と、選択された時間及び温
度パラメーターに基づいて、触媒によるＣＯ及びＨＣの
酸化触媒作用に対しての動的パラメーターの選択５４と
を含む。車両テールパイプでの排出レベルが、選択され
た動的パラメーターに基づいて予測６４される。予測さ
れたレベルは、目標レベル６６と比較され、選択された
特定のパラメーターが触媒をエージングするのに適切で
あるか否かが判断される。そして、選択された所望のパ
ラメーターに基づいて触媒がエージング６８される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の排気システ
ム用触媒をエージングする方法及び装置に関し、特に排
出システムの校正用に適切な触媒をエージングする方法
と装置とに関する。
ム用触媒をエージングする方法及び装置に関し、特に排
出システムの校正用に適切な触媒をエージングする方法
と装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】１９９４モデル・イヤーを最初として、
自動車製造業者は、車両に搭載された排出関連部品の故
障を診断する様に設計されたシステムの組み込みを開始
した。これらの車載故障診断能力を要求する規制は、一
般的には、カリフォルニア州についてはＯＢＤ―ＩＩ
（On-Board Diagnostics-II）、残りの米国４９州につ
いてはＯＢＤ（On-Board Diagnostics）と呼ばれてい
る。車載故障診断システムが診断しなければならない部
品の一つが触媒コンバーターである。触媒コンバーター
の効率に対する米国連邦ＯＢＤ規制は、連邦試験手順
（Federal Test Procedure略してＦＴＰ）でのテールパ
イプにおける炭化水素の排出量が、基準排出レベルに比
較して０．４０グラム／マイル以上増加したか、又はテ
ールパイプ前の炭化水素の排出量が０．６０グラム／マ
イルを越えるレベルまで、触媒性能が劣化した時には、
故障表示ライト（Malfunction Indicator Light略して
ＭＩＬ）を点灯することが、求められている。低排出車
両（つまりＴＬＥＶ、ＬＥＶ及びＵＬＥＶ）に対するカ
リフォルニアの規制は、以下のいずれの状態が起こった
場合には、触媒故障と判断すべきことを規定している。
つまり１）テールパイプにおける炭化水素排出量が適用
可能な非メタン有機物質（non-methane organic matter
略してＮＭＯＧ）の基準値の１．７５倍を越える、又は
２）触媒システムの監視部位の非メタン炭化水素（non-
methane hydrocarbons略してＮＭＨＧ）の変換効率が５
０％レベルより下に下がる、ことである。
自動車製造業者は、車両に搭載された排出関連部品の故
障を診断する様に設計されたシステムの組み込みを開始
した。これらの車載故障診断能力を要求する規制は、一
般的には、カリフォルニア州についてはＯＢＤ―ＩＩ
（On-Board Diagnostics-II）、残りの米国４９州につ
いてはＯＢＤ（On-Board Diagnostics）と呼ばれてい
る。車載故障診断システムが診断しなければならない部
品の一つが触媒コンバーターである。触媒コンバーター
の効率に対する米国連邦ＯＢＤ規制は、連邦試験手順
（Federal Test Procedure略してＦＴＰ）でのテールパ
イプにおける炭化水素の排出量が、基準排出レベルに比
較して０．４０グラム／マイル以上増加したか、又はテ
ールパイプ前の炭化水素の排出量が０．６０グラム／マ
イルを越えるレベルまで、触媒性能が劣化した時には、
故障表示ライト（Malfunction Indicator Light略して
ＭＩＬ）を点灯することが、求められている。低排出車
両（つまりＴＬＥＶ、ＬＥＶ及びＵＬＥＶ）に対するカ
リフォルニアの規制は、以下のいずれの状態が起こった
場合には、触媒故障と判断すべきことを規定している。
つまり１）テールパイプにおける炭化水素排出量が適用
可能な非メタン有機物質（non-methane organic matter
略してＮＭＯＧ）の基準値の１．７５倍を越える、又は
２）触媒システムの監視部位の非メタン炭化水素（non-
methane hydrocarbons略してＮＭＨＧ）の変換効率が５
０％レベルより下に下がる、ことである。
【０００３】過去５から８年にわたって、自動車産業は
ＯＢＤ（連邦の規制）及びＯＢＤ−ＩＩ（カリフォルニ
ア州の規制）に伴なう種々の監視機器の開発及び組み込
みに対して莫大な資源を投入してきた。これらの大投資
に加えて、全ての自動車製造業者は、特定の車両用エン
ジン・ファミリーの各々に用いる監視装置の校正のため
に、エンジン製作及び試験用資源の中から、かなりの支
出を講じ続けなければならない。例えば、ベースとなる
エンジンのハードウェア、エンジン制御ソフト又は排出
に影響するエンジン校正に対するいかなる修正も、その
車両用の触媒監視装置の再校正を必要とすると考えるの
が一般的である。また、排気システム構成、触媒位置又
は触媒のウォッシュコートの組成に対しての変更には、
監視装置の再校正が要求される。大抵の場合において、
ベースとなるエンジンのハードウェアや排気及び触媒シ
ステムの校正に対する、開発最終段階や量産途中での変
更は、有効であるとされたＯＢＤ監視装置の再校正を必
要とする禁止機略要件があることで、避けられるのが一
般的である。
ＯＢＤ（連邦の規制）及びＯＢＤ−ＩＩ（カリフォルニ
ア州の規制）に伴なう種々の監視機器の開発及び組み込
みに対して莫大な資源を投入してきた。これらの大投資
に加えて、全ての自動車製造業者は、特定の車両用エン
ジン・ファミリーの各々に用いる監視装置の校正のため
に、エンジン製作及び試験用資源の中から、かなりの支
出を講じ続けなければならない。例えば、ベースとなる
エンジンのハードウェア、エンジン制御ソフト又は排出
に影響するエンジン校正に対するいかなる修正も、その
車両用の触媒監視装置の再校正を必要とすると考えるの
が一般的である。また、排気システム構成、触媒位置又
は触媒のウォッシュコートの組成に対しての変更には、
監視装置の再校正が要求される。大抵の場合において、
ベースとなるエンジンのハードウェアや排気及び触媒シ
ステムの校正に対する、開発最終段階や量産途中での変
更は、有効であるとされたＯＢＤ監視装置の再校正を必
要とする禁止機略要件があることで、避けられるのが一
般的である。
【０００４】触媒監視装置の校正は、限界触媒又はコン
バーターのハードウェアを用いることを必要とする。こ
こで用いられている様に、「コンバーター」又は「触
媒」という用語は交換可能に用いられる。限界コンバー
ター又は触媒は、ＦＴＰによるテールパイプにおける炭
化水素排出量をＭＩＬが作動すべきレベルに等しいか又
はかなり近くにしてしまう所まで、その性能又は活性度
が劣化したものである。
バーターのハードウェアを用いることを必要とする。こ
こで用いられている様に、「コンバーター」又は「触
媒」という用語は交換可能に用いられる。限界コンバー
ター又は触媒は、ＦＴＰによるテールパイプにおける炭
化水素排出量をＭＩＬが作動すべきレベルに等しいか又
はかなり近くにしてしまう所まで、その性能又は活性度
が劣化したものである。
【０００５】本発明の発明者らは、触媒監視装置の校正
をする限界コンバーターつまり触媒の適用可能性は問題
であるということに、気が付いた。限界コンバーターと
いうのは車両全体の中の非常に小さな割合の車両に起こ
ると期待された突発故障を代表するものであるので、限
界ハードウェアとしての必要性を満足する実地に古くな
ったコンバーターを用いるのは、その様な使用中のコン
バーターが非常に少ないために、適当ではない。加え
て、触媒ウォッシュコートの技術は、近年かなりの速度
で進歩した。現在使用中である前の世代の触媒技術は、
大抵の製造業者が非常に近い将来用いることを計画して
いる触媒技術に比較して、かなり異なっており、それ
で、触媒監視装置の校正目的には不適切である。
をする限界コンバーターつまり触媒の適用可能性は問題
であるということに、気が付いた。限界コンバーターと
いうのは車両全体の中の非常に小さな割合の車両に起こ
ると期待された突発故障を代表するものであるので、限
界ハードウェアとしての必要性を満足する実地に古くな
ったコンバーターを用いるのは、その様な使用中のコン
バーターが非常に少ないために、適当ではない。加え
て、触媒ウォッシュコートの技術は、近年かなりの速度
で進歩した。現在使用中である前の世代の触媒技術は、
大抵の製造業者が非常に近い将来用いることを計画して
いる触媒技術に比較して、かなり異なっており、それ
で、触媒監視装置の校正目的には不適切である。
【０００６】実地に古くなった触媒をシミュレートする
ために、従来の方法は、触媒をエンジン動力計に配置す
る工程及び、触媒性能を所要の限界レベルまで劣化させ
るために種々のレベルの失火を起こさせる工程とを含
む。本発明の発明者らは、この取り組みについての種々
の問題点に気が付いた。例えば、定常状態においては、
合理的な期間内で所望の効率レベルまで触媒を劣化する
のに必要な中間部温度を得るのは困難である。また、限
界触媒ハードウェアに対する需要を失火により満たすた
めに要求されるエンジン動力計及び他の資源の適用可能
性についての考慮は限られたものとなり得る。
ために、従来の方法は、触媒をエンジン動力計に配置す
る工程及び、触媒性能を所要の限界レベルまで劣化させ
るために種々のレベルの失火を起こさせる工程とを含
む。本発明の発明者らは、この取り組みについての種々
の問題点に気が付いた。例えば、定常状態においては、
合理的な期間内で所望の効率レベルまで触媒を劣化する
のに必要な中間部温度を得るのは困難である。また、限
界触媒ハードウェアに対する需要を失火により満たすた
めに要求されるエンジン動力計及び他の資源の適用可能
性についての考慮は限られたものとなり得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】限界触媒を生成する方
法で好ましいのは、オーブンによるエージングである。
触媒塊が触媒シェル組立体から取り外されて、摂氏１０
００から１３５０度の温度で、２から３２時間、焼かれ
る。エージングの後で、塊は再詰めされて車両に組み込
まれる。そして車両は数百マイル通常の運転がされ、排
出物試験に先立っての安定化つまり慣らし期間とされ
る。この方法に伴なう欠点の一つは、触媒性能をある車
両に対して特定されたレベルまで劣化させるのに要する
適切なエージング時間及び温度を決定するのが困難であ
るということである。結果として、所望の触媒性能レベ
ルを得るために、何回かの反復作業が必要とされること
が、しばしばある。あるエージングに対しての排出量結
果が得られると、それに従って、テールパイプにおける
排出量を所望の限界レベルに近づけるために、エージン
グ時間又は温度が調整される。限界触媒システムを得る
ためには、２から５回の繰り返しが必要とされるのが一
般的である。この種の試行錯誤は、ＯＢＤ校正手順にお
ける大きな時間遅れと非効率性を招くことになる。加え
て、触媒の活性度を安定化させるため、所定の運転サイ
クルの間、車両に触媒を配置する必要があるので、監視
装置の校正に必要とされる時間と資源を更に増加するこ
とになる。
法で好ましいのは、オーブンによるエージングである。
触媒塊が触媒シェル組立体から取り外されて、摂氏１０
００から１３５０度の温度で、２から３２時間、焼かれ
る。エージングの後で、塊は再詰めされて車両に組み込
まれる。そして車両は数百マイル通常の運転がされ、排
出物試験に先立っての安定化つまり慣らし期間とされ
る。この方法に伴なう欠点の一つは、触媒性能をある車
両に対して特定されたレベルまで劣化させるのに要する
適切なエージング時間及び温度を決定するのが困難であ
るということである。結果として、所望の触媒性能レベ
ルを得るために、何回かの反復作業が必要とされること
が、しばしばある。あるエージングに対しての排出量結
果が得られると、それに従って、テールパイプにおける
排出量を所望の限界レベルに近づけるために、エージン
グ時間又は温度が調整される。限界触媒システムを得る
ためには、２から５回の繰り返しが必要とされるのが一
般的である。この種の試行錯誤は、ＯＢＤ校正手順にお
ける大きな時間遅れと非効率性を招くことになる。加え
て、触媒の活性度を安定化させるため、所定の運転サイ
クルの間、車両に触媒を配置する必要があるので、監視
装置の校正に必要とされる時間と資源を更に増加するこ
とになる。
【０００８】従って、本発明の目的は、与えられた車両
に関して、触媒システムのオーブンによる正しいエージ
ング条件を特定する正確で時間的効率に優れた手段を提
供することである。
に関して、触媒システムのオーブンによる正しいエージ
ング条件を特定する正確で時間的効率に優れた手段を提
供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】触媒をコンディショニン
グする新規の方法を提供することにより、この目的が達
成され、従来技術の取り組みにおける欠点が解消され
る。本出願のある発明によれば、この方法は、触媒エー
ジングにおける、時間や温度の様な初期コンディショニ
ング・パラメーターを選択する工程と、選択された時間
及び温度に基づいて、一酸化炭素及び炭化水素の触媒酸
化作用に対しての、対応する動的パラメーターを選択す
る工程を含む。この方法は更に、選択された動的パラメ
ーターに基づいて、車両のテールパイプにおける排出量
を予測する工程を含む。そして、予測された排出量は、
選択されたコンディショニング・パラメーターが触媒を
エージングするのに適当であるか否かを判断するため
に、目標レベルと比較される。
グする新規の方法を提供することにより、この目的が達
成され、従来技術の取り組みにおける欠点が解消され
る。本出願のある発明によれば、この方法は、触媒エー
ジングにおける、時間や温度の様な初期コンディショニ
ング・パラメーターを選択する工程と、選択された時間
及び温度に基づいて、一酸化炭素及び炭化水素の触媒酸
化作用に対しての、対応する動的パラメーターを選択す
る工程を含む。この方法は更に、選択された動的パラメ
ーターに基づいて、車両のテールパイプにおける排出量
を予測する工程を含む。そして、予測された排出量は、
選択されたコンディショニング・パラメーターが触媒を
エージングするのに適当であるか否かを判断するため
に、目標レベルと比較される。
【００１０】本出願の別の発明によれば、この方法がコ
ンディショニングされた触媒を安定化させる工程を含
む。より具体的には、コンディショニングされた触媒
は、所定のコンディショニング・パラメーターに基づい
て更にコンディショニングされ、そして反応器と反応さ
れる。
ンディショニングされた触媒を安定化させる工程を含
む。より具体的には、コンディショニングされた触媒
は、所定のコンディショニング・パラメーターに基づい
て更にコンディショニングされ、そして反応器と反応さ
れる。
【００１１】
【発明の効果】本発明の効果は、正確でコスト面で効率
的なＯＢＤ限界触媒をエージングする方法が提供される
ことである。
的なＯＢＤ限界触媒をエージングする方法が提供される
ことである。
【００１２】更に、より具体的な本発明の効果は、オー
ブンによる従来のエージング方法による試行錯誤を減ら
し得るということである。
ブンによる従来のエージング方法による試行錯誤を減ら
し得るということである。
【００１３】本発明の更に別の効果は、限界触媒を所定
の運転サイクルの間、車両に配置する必要性を無くし得
るということである。
の運転サイクルの間、車両に配置する必要性を無くし得
るということである。
【００１４】本発明の他の目的、特徴及び効果について
は、この明細書を読むことによって容易に理解できるも
のと思われる。
は、この明細書を読むことによって容易に理解できるも
のと思われる。
【００１５】本発明を以下に、例を用い、添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に示される様に、自動車の排
気システム１０は、Ｖ型エンジン１２に接続される。シ
ステム１０は、エンジン１２に接続された排気マニフォ
ールド１４及びマニフォールド１４に接続された第１排
気パイプ１６を含む。明確化のために、Ｖ型エンジン１
２について単一の排気システム１０が示されている。触
媒１８が第１排気パイプ１６及び第２排気パイプ２０に
接続される。望ましいならば、第２触媒２２が第２排気
パイプ及び第３排気パイプ２４に接続される。消音器２
６が第３排気パイプ２４に接続され、テールパイプ２８
が消音器２６に接続される。図１に示されたシステム１
０は例である。従って、多数の排気システム構成を用い
得る。
気システム１０は、Ｖ型エンジン１２に接続される。シ
ステム１０は、エンジン１２に接続された排気マニフォ
ールド１４及びマニフォールド１４に接続された第１排
気パイプ１６を含む。明確化のために、Ｖ型エンジン１
２について単一の排気システム１０が示されている。触
媒１８が第１排気パイプ１６及び第２排気パイプ２０に
接続される。望ましいならば、第２触媒２２が第２排気
パイプ及び第３排気パイプ２４に接続される。消音器２
６が第３排気パイプ２４に接続され、テールパイプ２８
が消音器２６に接続される。図１に示されたシステム１
０は例である。従って、多数の排気システム構成を用い
得る。
【００１７】本発明によれば、図１に示すエンジン制御
器３０により実行される車載故障診断を校正するのに触
媒が用いられ得る様に、触媒をオーブンによりエージン
グするのに必要な所望の触媒時間及び温度を予測するか
得るために、図２のフローチャートに示された触媒エー
ジング予測プロセス５０が用いられる。ステップ５２及
び５４において、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）の酸化のための一組の動的パラメーターが、与えら
れ選択されたオーブンによるエージング時間及び温度に
対して、選択される。ここで、与えられ選択されたオー
ブンによるエージング時間及び温度は、触媒のウォッシ
ュコート技術により大いに変わってくるため、触媒組成
は特定されていると仮定する。この情報が引き出されて
動的データ・ベース５５に格納される。
器３０により実行される車載故障診断を校正するのに触
媒が用いられ得る様に、触媒をオーブンによりエージン
グするのに必要な所望の触媒時間及び温度を予測するか
得るために、図２のフローチャートに示された触媒エー
ジング予測プロセス５０が用いられる。ステップ５２及
び５４において、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）の酸化のための一組の動的パラメーターが、与えら
れ選択されたオーブンによるエージング時間及び温度に
対して、選択される。ここで、与えられ選択されたオー
ブンによるエージング時間及び温度は、触媒のウォッシ
ュコート技術により大いに変わってくるため、触媒組成
は特定されていると仮定する。この情報が引き出されて
動的データ・ベース５５に格納される。
【００１８】各触媒塊の容積及び前部面積と塊構成など
の、車両の触媒システムについての情報が、ステップ５
６において示される様に、プロセス５０に入力される。
ＦＴＰ試験用の実際の車両の供給ガス・パラメーター又
はエンジンからの排出物パラメーターも、ステップ５８
においてプロセス５０に入力される。限定するものでは
ないが、パラメーターとして典型的なものとして、Ｈ
Ｃ，ＣＯの供給ガスにおける濃度、排気の空燃比、触媒
塊の前部に向いての排気入口温度及び時間関数としての
排気の容積流量が挙げられる。
の、車両の触媒システムについての情報が、ステップ５
６において示される様に、プロセス５０に入力される。
ＦＴＰ試験用の実際の車両の供給ガス・パラメーター又
はエンジンからの排出物パラメーターも、ステップ５８
においてプロセス５０に入力される。限定するものでは
ないが、パラメーターとして典型的なものとして、Ｈ
Ｃ，ＣＯの供給ガスにおける濃度、排気の空燃比、触媒
塊の前部に向いての排気入口温度及び時間関数としての
排気の容積流量が挙げられる。
【００１９】本発明によれば、この情報により、ステッ
プ６０において、触媒モデル６２が用いられて、ステッ
プ５２及びステップ５４において用いられたオーブンに
よるエージング時間及び温度に対応するＦＴＰのＨＣテ
ールパイプ排出量を推定又は予測する。この予測はステ
ップ６４において出力される。予測されたオーブンにお
けるエージングの結果としてステップ６４で予測された
テールパイプにおける排出量が、ステップ６６におい
て、所望の限界排出量レベルと比較される。予測された
レールパイプにおける排出量が閾値に比較的近い（つま
り、例えば約１０％の範囲内）ならば、ステップ６８に
おいて、エージングされるべき触媒を保持したオーブン
をユーザーがプログラム出来る様に、プロセス５０によ
り導かれた特定の時間及び温度が出力される場として
の、オーブンによるエージング・ルーチンにプロセス５
０は入る。その代わりとして、図３を参照して更に説明
される通り、特定された時間及び温度はオーブンに対し
て直接出力されても良く、その場合、ステップ７０にお
いて所望のオーブン温度が設定され、ステップ７２にお
いて所望の時間が設定される。しかしながら、ステップ
６６において、予測されたテールパイプにおける排出量
と所望の閾値との間の一致度が低い場合には、このプロ
セスのループはステップ５４に戻り、オーブンによる異
なったエージング時間及び温度に対応する動的な定数が
選択されて２回目の反復動作が実行される。このシーケ
ンスは、モデルにより推定されたテールパイプにおける
排出量と所望の限界排出量レベルとの間の一致度が高く
なるまで、実行される。
プ６０において、触媒モデル６２が用いられて、ステッ
プ５２及びステップ５４において用いられたオーブンに
よるエージング時間及び温度に対応するＦＴＰのＨＣテ
ールパイプ排出量を推定又は予測する。この予測はステ
ップ６４において出力される。予測されたオーブンにお
けるエージングの結果としてステップ６４で予測された
テールパイプにおける排出量が、ステップ６６におい
て、所望の限界排出量レベルと比較される。予測された
レールパイプにおける排出量が閾値に比較的近い（つま
り、例えば約１０％の範囲内）ならば、ステップ６８に
おいて、エージングされるべき触媒を保持したオーブン
をユーザーがプログラム出来る様に、プロセス５０によ
り導かれた特定の時間及び温度が出力される場として
の、オーブンによるエージング・ルーチンにプロセス５
０は入る。その代わりとして、図３を参照して更に説明
される通り、特定された時間及び温度はオーブンに対し
て直接出力されても良く、その場合、ステップ７０にお
いて所望のオーブン温度が設定され、ステップ７２にお
いて所望の時間が設定される。しかしながら、ステップ
６６において、予測されたテールパイプにおける排出量
と所望の閾値との間の一致度が低い場合には、このプロ
セスのループはステップ５４に戻り、オーブンによる異
なったエージング時間及び温度に対応する動的な定数が
選択されて２回目の反復動作が実行される。このシーケ
ンスは、モデルにより推定されたテールパイプにおける
排出量と所望の限界排出量レベルとの間の一致度が高く
なるまで、実行される。
【００２０】図３に最も良く示されている様に、好まし
い実施例においては、マイクロプロセッサー・ユニット
１０２、入出力ポート１０４、この特定の例においては
読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）チップ１０６として示
される実行可能なプログラムを格納する電子格納媒体、
ランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）１０８、キー
プ・アライブ・メモリー（ＫＡＭ）１１０及び一般的な
データ・バスを有するコンピューター１００により、プ
ロセス５０の実行がなされ、このコンピューターは代替
案においてはオーブン１２０を制御するのに用いても良
い。具体的には、コンピューター１００はプロセス５０
を実行しオーブン１２０を制御して、その中に置かれた
触媒１２２を所定の予測された時間及び温度でエージン
グする。
い実施例においては、マイクロプロセッサー・ユニット
１０２、入出力ポート１０４、この特定の例においては
読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）チップ１０６として示
される実行可能なプログラムを格納する電子格納媒体、
ランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）１０８、キー
プ・アライブ・メモリー（ＫＡＭ）１１０及び一般的な
データ・バスを有するコンピューター１００により、プ
ロセス５０の実行がなされ、このコンピューターは代替
案においてはオーブン１２０を制御するのに用いても良
い。具体的には、コンピューター１００はプロセス５０
を実行しオーブン１２０を制御して、その中に置かれた
触媒１２２を所定の予測された時間及び温度でエージン
グする。
【００２１】本発明によれば、触媒モデル６２は、以下
の組の偏微分方程式により示される。モノリス触媒担体
の気相及び固相において起こる一次元のエネルギー平衡
は以下の様に与えられる。
の組の偏微分方程式により示される。モノリス触媒担体
の気相及び固相において起こる一次元のエネルギー平衡
は以下の様に与えられる。
【数１】 ここで、
【数２】
【数３】 ここで
【数４】
【００２２】ここで気相の熱伝導率は無視される。流れ
に対して直角な方向において触媒担体の温度は均一であ
り、外界に対しての熱損失は全体の熱伝達率ｈｏにより
決まるものと仮定する。また、触媒の前面を通る流れの
分布も均一であると仮定される。加えて数１及び数２
は、以下の境界条件に支配される。
に対して直角な方向において触媒担体の温度は均一であ
り、外界に対しての熱損失は全体の熱伝達率ｈｏにより
決まるものと仮定する。また、触媒の前面を通る流れの
分布も均一であると仮定される。加えて数１及び数２
は、以下の境界条件に支配される。
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【００２３】同様に質量平衡も、ガス塊及び触媒ウォッ
シュコート相の中の種々の成分に対して与えられる。
シュコート相の中の種々の成分に対して与えられる。
【数１０】 ここで
【数１１】
【数１２】 数１０及び数１２は以下の境界条件に支配される。
【数１３】
【数１４】 ここで
【数１５】
【数１６】
【００２４】この解析において、気相の拡散は考慮され
ていない。触媒反応率は以下の動的表示により近似され
る。
ていない。触媒反応率は以下の動的表示により近似され
る。
【数１７】 ここで
【数１８】
【数１９】 ここで
【数２０】
【数２１】
【００２５】ここで、動的パラメーターＫO i 及びＥa
i は、触媒ウォッシュコート組成及びオーブンによるエ
ージング手法の関数であり、ここから後でより詳細に述
べられる動的データ・ベースに保持される。炭化水素の
試料一つだけが考慮される。ＨＣ，ＣＯ及びＨ２とＮＯ
ｘの種々の反応もまた考慮されない。また、排気中のＨ
２濃度はＣＯ濃度の３分の１に略等しいと仮定される。
つまり
i は、触媒ウォッシュコート組成及びオーブンによるエ
ージング手法の関数であり、ここから後でより詳細に述
べられる動的データ・ベースに保持される。炭化水素の
試料一つだけが考慮される。ＨＣ，ＣＯ及びＨ２とＮＯ
ｘの種々の反応もまた考慮されない。また、排気中のＨ
２濃度はＣＯ濃度の３分の１に略等しいと仮定される。
つまり
【数２２】 加えてＣＯ及びＨ２の酸化作用についての動特性は等し
いと仮定される。つまり
いと仮定される。つまり
【数２３】 触媒の塊が直列に配置されて別々のケースに実装された
多塊触媒システムにおいては、管内の流れに対して強制
された対流熱伝達モデルが用いられ、排気が塊の一つの
出口から別の入口へ通り抜ける際の排気の温度降下を予
測する。
多塊触媒システムにおいては、管内の流れに対して強制
された対流熱伝達モデルが用いられ、排気が塊の一つの
出口から別の入口へ通り抜ける際の排気の温度降下を予
測する。
【数２４】 ここで
【数２５】
【数２６】 ここで
【数２７】 これらの式の境界条件は以下の通りである。
【数２８】
【数２９】
【数３０】
【数３１】
【数３２】 ここで
【数３３】 更にもう一度、気体の熱伝導は無視され、管壁を通って
の熱分布は均一であると仮定される。
の熱分布は均一であると仮定される。
【００２６】偏微分方程式の上述の組み合わせは、行の
順番で、Ｘ次元の偏導関数に対する有限差分近似を用い
て、数値積分される。リバーモアの常微分方程式求解器
（Livermore Solver for Ordinary Differential Equat
ions略してＬＳＯＤＥ）の様な、硬い系に対しての常微
分方程式の積分パッケージを用いて、時間についての積
分をする。上記式に含まれていた種々の物理定数は、当
業者により容易に決定される。
順番で、Ｘ次元の偏導関数に対する有限差分近似を用い
て、数値積分される。リバーモアの常微分方程式求解器
（Livermore Solver for Ordinary Differential Equat
ions略してＬＳＯＤＥ）の様な、硬い系に対しての常微
分方程式の積分パッケージを用いて、時間についての積
分をする。上記式に含まれていた種々の物理定数は、当
業者により容易に決定される。
【００２７】本発明によれば、更に、オーブンでのエー
ジングにおけるコンディショニング・パラメーター（つ
まり時間と温度）に対応する動的な定数（動的データ・
ベースで用いられる）は、過渡ライト・オフ（light-of
f）実験により求められた。過渡ライト・オフ試験は図
４に概略的に示された実験室のフロー反応器１９０で実
行された。この実験のために、触媒試料２００（直径
０．７５インチで長さが１．０インチ）が管炉２０２の
加熱領域の下側に配置される。触媒試料は最初は略室温
である。矢印Ｆ１で示された合成排気が、流量約３リッ
トル／分でフロー管２０４を通って触媒試料２００をバ
イパスする。ＣＯの酸化作用の動特性を判断するのに、
合成排気は１．５％のＣＯ、０．５％のＨ２、１０００
ｐｐｍのＮＯｘ、１０％のＨ２Ｏ、化学量論値のＯ２及
び残量のＮ２からなる。ＨＣの酸化作用を判断するため
に、上記の混合物中のＣＯ及びＨ２は１５００ｐｐｍの
プロピレン（Ｃ３Ｈ６）に置き換えられ、Ｏ２濃度は適
切な化学量論値に調整される。開始時に、ソレノイド弁
２０５が作動して、合成排気が管２０６を通り炉２０２
と触媒試料２００へと流れ込む様にされる。対応する触
媒入口温度特性は、熱電対２０８により記録され、排気
解析器２１０によりＣＯ又はＨＣのいずれかの変換効率
が時間の関数として計測される。過渡ライト・オフ試験
を実行する前の触媒表面を安定化するために、触媒試料
２００は摂氏６００度で約１時間、合成排気中でコンデ
ィショニングされるのが一般的である。
ジングにおけるコンディショニング・パラメーター（つ
まり時間と温度）に対応する動的な定数（動的データ・
ベースで用いられる）は、過渡ライト・オフ（light-of
f）実験により求められた。過渡ライト・オフ試験は図
４に概略的に示された実験室のフロー反応器１９０で実
行された。この実験のために、触媒試料２００（直径
０．７５インチで長さが１．０インチ）が管炉２０２の
加熱領域の下側に配置される。触媒試料は最初は略室温
である。矢印Ｆ１で示された合成排気が、流量約３リッ
トル／分でフロー管２０４を通って触媒試料２００をバ
イパスする。ＣＯの酸化作用の動特性を判断するのに、
合成排気は１．５％のＣＯ、０．５％のＨ２、１０００
ｐｐｍのＮＯｘ、１０％のＨ２Ｏ、化学量論値のＯ２及
び残量のＮ２からなる。ＨＣの酸化作用を判断するため
に、上記の混合物中のＣＯ及びＨ２は１５００ｐｐｍの
プロピレン（Ｃ３Ｈ６）に置き換えられ、Ｏ２濃度は適
切な化学量論値に調整される。開始時に、ソレノイド弁
２０５が作動して、合成排気が管２０６を通り炉２０２
と触媒試料２００へと流れ込む様にされる。対応する触
媒入口温度特性は、熱電対２０８により記録され、排気
解析器２１０によりＣＯ又はＨＣのいずれかの変換効率
が時間の関数として計測される。過渡ライト・オフ試験
を実行する前の触媒表面を安定化するために、触媒試料
２００は摂氏６００度で約１時間、合成排気中でコンデ
ィショニングされるのが一般的である。
【００２８】ＣＯ及びＨＣの酸化作用の動特性は２つの
動的パラメーター（数１７、１９及び２１を参照）によ
り表されるので、ＫO i 及びＥa i の両方を決定するた
めには、２つの過渡ライト・オフ実験からのデータが必
要とされる。触媒への入口温度特性は、炉温により求め
られる。ＫO i 及びＥa i の決定における正確性を上げ
るためには、２回の実験の間でのライト・オフ時間の違
いを最大にする様に、触媒入口温度が調整される。ＫO
i 及びＥa i の決定には、数１から数２５を参照して前
述した過渡の触媒モデル６２の使用を含む。過渡的ライ
トオフ試験に伴う適切なパラメーター、例えば流量、触
媒の大きさ、流入空気密度及び吸入温度特定などが、モ
デル６２内部で考慮される。モデル６２の結果を実験デ
ータに合わせる事によって、ＫO i 及びＥa i が決定さ
れる。このプロセスは、高温特性（ＨＴＰ）及び低温特
性（ＬＴＰ）試験に対応する過渡ライトオフ結果に対し
て、以下の様に要約される。最初に、ＬＴＰ動作を開始
して、Ｅa i を一定に保ったままで実験データとモデル
予測値との間の最良の一致を得るためにＫO i が調整さ
れる。第２に、同じＫO i に対して求められた値と同じ
Ｅa i を用いて、ＨＴＰ動作に対する実験データとモデ
ル予測との比較がなされる。絶対偏差が正である場合
（つまり、モデルにより予測されたライトオフ値が実験
データよりも遅い場合）、Ｅa i が増加される。他方
で、絶対偏差が負である場合、Ｅa i は減少される。Ｅ
a i に対する新しい値を用いて、プロセスが繰り返され
る。
動的パラメーター（数１７、１９及び２１を参照）によ
り表されるので、ＫO i 及びＥa i の両方を決定するた
めには、２つの過渡ライト・オフ実験からのデータが必
要とされる。触媒への入口温度特性は、炉温により求め
られる。ＫO i 及びＥa i の決定における正確性を上げ
るためには、２回の実験の間でのライト・オフ時間の違
いを最大にする様に、触媒入口温度が調整される。ＫO
i 及びＥa i の決定には、数１から数２５を参照して前
述した過渡の触媒モデル６２の使用を含む。過渡的ライ
トオフ試験に伴う適切なパラメーター、例えば流量、触
媒の大きさ、流入空気密度及び吸入温度特定などが、モ
デル６２内部で考慮される。モデル６２の結果を実験デ
ータに合わせる事によって、ＫO i 及びＥa i が決定さ
れる。このプロセスは、高温特性（ＨＴＰ）及び低温特
性（ＬＴＰ）試験に対応する過渡ライトオフ結果に対し
て、以下の様に要約される。最初に、ＬＴＰ動作を開始
して、Ｅa i を一定に保ったままで実験データとモデル
予測値との間の最良の一致を得るためにＫO i が調整さ
れる。第２に、同じＫO i に対して求められた値と同じ
Ｅa i を用いて、ＨＴＰ動作に対する実験データとモデ
ル予測との比較がなされる。絶対偏差が正である場合
（つまり、モデルにより予測されたライトオフ値が実験
データよりも遅い場合）、Ｅa i が増加される。他方
で、絶対偏差が負である場合、Ｅa i は減少される。Ｅ
a i に対する新しい値を用いて、プロセスが繰り返され
る。
【００２９】モデル予測値と実験データとのアイだの偏
差が許容可能範囲に入るまで、繰り返しが続く。実験デ
ータは、簡易的にＫO i を調整することによって、与え
られたＥa i に対してかなり良く適合され得る。しかし
ながら、ＨＴＰ動作からの実験データとの間での比較的
良い一致を見るのは、ＫO i Ｅa i の組合せのうちただ
一つである。
差が許容可能範囲に入るまで、繰り返しが続く。実験デ
ータは、簡易的にＫO i を調整することによって、与え
られたＥa i に対してかなり良く適合され得る。しかし
ながら、ＨＴＰ動作からの実験データとの間での比較的
良い一致を見るのは、ＫO i Ｅa i の組合せのうちただ
一つである。
【００３０】ここで図３及び図５を参照すると、先述の
プロセスによりエージングされた触媒の活性度を安定化
させる方法が示される。ステップ３００において、オー
ブンでエージングされた触媒がオーブン１２０に置かれ
る。その代わりとして、当業者に公知である制御された
環境のレトルト室を用いても良い。そしてステップ３０
２において、オーブンが加熱され、所定の温度、好まし
くは摂氏約６００度にされる。ステップ３０４において
示される様に、触媒１２２はオーブン１２０の中に所定
時間残る。ステップ３０６において示される様に、理論
空燃比であるガスＦ２がオーブン１２０を通り、連続し
て流れる。理論空燃比である排気は、小型の内燃機関、
実験用パルス炎燃焼器又はバーナーにより生成されて
も、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、ＨＣ及びＯ２が窒素中に含
まれている混合気からなる合成混合物であっても良い。
当業者に公知の理論空燃比の排気を生成する他の方法を
用いることが出来る。
プロセスによりエージングされた触媒の活性度を安定化
させる方法が示される。ステップ３００において、オー
ブンでエージングされた触媒がオーブン１２０に置かれ
る。その代わりとして、当業者に公知である制御された
環境のレトルト室を用いても良い。そしてステップ３０
２において、オーブンが加熱され、所定の温度、好まし
くは摂氏約６００度にされる。ステップ３０４において
示される様に、触媒１２２はオーブン１２０の中に所定
時間残る。ステップ３０６において示される様に、理論
空燃比であるガスＦ２がオーブン１２０を通り、連続し
て流れる。理論空燃比である排気は、小型の内燃機関、
実験用パルス炎燃焼器又はバーナーにより生成されて
も、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、ＨＣ及びＯ２が窒素中に含
まれている混合気からなる合成混合物であっても良い。
当業者に公知の理論空燃比の排気を生成する他の方法を
用いることが出来る。
【００３１】本発明を実現する最良の態様について詳細
に説明したが、本発明が関連する分野の当業者であれ
ば、添付の特許請求の範囲により規定された発明を実施
するのに際して、上述のものを含めて、種々の代替案及
び変形例を想到すると思われる。
に説明したが、本発明が関連する分野の当業者であれ
ば、添付の特許請求の範囲により規定された発明を実施
するのに際して、上述のものを含めて、種々の代替案及
び変形例を想到すると思われる。
【図１】自動車用排気システムを表す概略図である。
【図２】本発明によるオーブンでの触媒のエージング・
プロセスのフローチャートである。
プロセスのフローチャートである。
【図３】本発明によるオーブン・エージング装置の概略
図である。
図である。
【図４】本発明による試験用オーブンを表す概略図であ
る。
る。
【図５】本発明による、オーブンによりエージングされ
た触媒を安定化させる安定化プロセスのフローチャート
である。
た触媒を安定化させる安定化プロセスのフローチャート
である。
５２ 初期コンディショニング・パラメーターの選択 ５４ 動的パラメーターの選択 ６４ 排出量の予測 ６６ コンディショニング・パラメータについての判断
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダグラス、エイ、ドブソン アメリカ合衆国ミシガン州プリムス、コロ ニー・ファーム・サークル、48092 (72)発明者 ロバート、ジョセフ、ジャーガー アメリカ合衆国ミシガン州リボニア、ロバ ート・ドライブ、29736
Claims (1)
- 【請求項１】触媒の初期コンディショニング・パラメー
ターを選択する工程と、該選択された触媒のコンディシ
ョニング・パラメーターに基づいて、上記触媒により触
媒反応されるべき供給ガスの触媒現象に対応する動的パ
ラメーターを選択する工程と、該選択された動的パラメ
ーターに基づいて、上記触媒から流出するガスの排出レ
ベルを予測して、それにより予測レベルを得る工程と、
上記予測レベルと目標レベルとを比較する工程と、上記
選択された触媒の初期コンディショニング・パラメータ
ーが、上記触媒をコンディショニングするのに充分であ
るか否かを判断する工程とを有することを特徴とする触
媒のコンディショニング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/942210 | 1997-10-01 | ||
| US08/942,210 US5998210A (en) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | Method and apparatus for aging a catalyst |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11159386A true JPH11159386A (ja) | 1999-06-15 |
Family
ID=25477726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10275619A Pending JPH11159386A (ja) | 1997-10-01 | 1998-09-29 | 触媒のエージング方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5998210A (ja) |
| JP (1) | JPH11159386A (ja) |
| DE (1) | DE19843461C2 (ja) |
| GB (1) | GB2329853B (ja) |
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| US7175422B2 (en) | 2001-08-06 | 2007-02-13 | Southwest Research Institute | Method for accelerated aging of catalytic converters incorporating injection of volatilized lubricant |
| US7212926B2 (en) | 2002-08-06 | 2007-05-01 | Southwest Research Institute | Testing using a non-engine based test system and exhaust product comprising alternative fuel exhaust |
| US7277801B2 (en) | 2001-08-06 | 2007-10-02 | Southwest Research Institute | Method for testing catalytic converter durability |
| US7299137B2 (en) | 2002-08-06 | 2007-11-20 | Southwest Research Institute | Method for drive cycle simulation using non-engine based test system |
| US7412335B2 (en) | 2002-08-06 | 2008-08-12 | Southwest Research Institute | Component evaluations using non-engine based test system |
| US7741127B2 (en) | 2001-08-06 | 2010-06-22 | Southwest Research Institute | Method for producing diesel exhaust with particulate material for testing diesel engine aftertreatment devices |
| KR100999612B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2010-12-08 | 기아자동차주식회사 | 차량의 촉매 컨버터 에이징 장치 및 방법 |
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| CN113670389A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-11-19 | 潍柴动力股份有限公司 | 三元催化器老化测试方法、装置、设备、存储介质及程序 |
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- 1998-09-22 DE DE19843461A patent/DE19843461C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-29 JP JP10275619A patent/JPH11159386A/ja active Pending
- 1998-10-01 GB GB9821233A patent/GB2329853B/en not_active Expired - Fee Related
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