(57)【要約】【課題】内燃機関の触媒装置における触媒の温度をより正確に計測できる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気管５に設けられた触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａの温度を計測するために、熱電対の先端部分に三元触媒１０ａと同一の触媒を塗布した触媒付き温度センサ１５を、三元触媒１０ａの直上流に配置することとした。すなわち、三元触媒１０ａと同一の触媒で覆われた熱電対を触媒コンバータ１０に導入される排気に曝すことにより、熱電対を覆った触媒に三元触媒１０ａと同様の温度上昇を生じさせ、この温度を熱電対によって検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検出素子によって内燃機関の排気通路に設けられた触媒装置の触媒温度を計測する内燃機関の触媒温度計測装置であって、
前記温度検出素子を、前記触媒装置における触媒と同一の触媒で覆ったことを特徴とする内燃機関の触媒温度計測装置。
【請求項２】
前記温度検出素子に前記触媒を塗布することにより、前記温度検出素子を、前記触媒装置における触媒と同一の触媒で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒温度計測装置。
【請求項３】
前記触媒で覆われた温度検出素子は、前記排気通路における前記触媒装置の直上流に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気通路に設けられた触媒装置における触媒温度を計測する内燃機関の触媒温度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関から排出される排気中の有害成分（例えば、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）の規制が強化されるに伴い、排気中の有害成分を排気浄化触媒によって浄化する技術が提案されている。また、排気浄化触媒の浄化性能を担保するために、排気浄化触媒の劣化を検出する技術も種々提案されている。
【０００３】
ここで、排気浄化触媒など、内燃機関の排気通路に配置される触媒の劣化を検出する技術としては、一般的に、熱電対やサーミスタなどの温度検出素子を排気通路内に備えて排気の温度や触媒近傍の温度を計測し、この温度に基づいて触媒の劣化の判定を行うことが多かった。
【０００４】
これに関連して、温度センサの温度検出部を触媒担体の外周面に接触させて装着し、間接的に触媒担体の内部温度を検出する技術（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。また、排気浄化触媒の下流側の排気温度や排気浄化触媒の上流側端部から１０〜５０ｍｍの部分の温度を検出し、温度変化に基づいて劣化を検出する技術（例えば、特許文献２参照。）もある。さらに、触媒担体の下流側端面中央部の温度を測定し、運転状態から推定された推定触媒温度の変化に対する測定された触媒担体の温度の変化量から触媒の異常劣化状態を判断する技術（例えば、特許文献３参照。）も公知である。
【０００５】
しかし、上記の従来技術におけるように、温度検出素子で触媒装置からの排気温度を検出したり、触媒装置の表面や近傍の温度を検出した場合は、触媒装置における触媒自体の温度を正確に検出しているとは言えなかった。また、上記の従来技術では、触媒装置の所定部分（例えば、上記従来技術では上流側端部から１０〜５０ｍｍの部分）の温度を検出する際の具体的な態様が充分に開示されているとは言えなかった。
【特許文献１】特許平０５−２８８０４３号公報
【特許文献２】特開２００６−７７７３８号公報
【特許文献３】特開平０９−３２５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的とするところは、内燃機関の触媒装置における触媒の温度をより正確に計測できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、温度検出素子によって内燃機関の排気通路に設けられた触媒装置の触媒温度を計測する内燃機関の触媒温度計測装置であって、前記温度検出素子を、前記触媒装置における触媒と同一の触媒で覆ったことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、温度検出素子を触媒装置の触媒と同一の触媒で覆い、この状態の温度検出素子を触媒装置に導入される排気に曝すことにより、温度検出素子を覆った触媒に触媒装置の触媒と同様の温度上昇を生じさせる。そして、温度検出素子を覆った触媒の温度を検出する。
【０００９】
これによれば、触媒装置における触媒と同じ状態下に置かれた、触媒装置における触媒と同一の触媒の温度を直接検出するので、より精度良く、触媒装置における触媒の温度を計測することができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記温度検出素子に前記触媒を塗布することにより、前記温度検出素子を、前記触媒装置における触媒と同一の触媒で覆うようにしてもよい。そうすれば、より簡単な製法で、触媒装置における触媒と同一の触媒で覆われた温度検出素子を構成することができる。また、温度検出素子に前記触媒を塗布することにより、温度検出素子と触媒とを一体化させることができ、温度検出素子に該温度検出素子を覆った触媒の温度をより確実に伝達することができる。従って、より正確に触媒の温度を計測することが可能となる。
【００１１】
また、本発明においては、前記触媒で覆われた温度検出素子は、前記排気通路における前記触媒装置の直上流に配置されてもよい。
【００１２】
そうすれば、触媒装置に導入される排気を、そのまま、触媒に覆われた温度検出素子にも供給することができる。その結果、触媒で覆われた温度検出素子を、より確実に触媒装置と同等の状態下に置くことができ、触媒装置における触媒の温度をより精度よく計測することができる。
【００１３】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、内燃機関の触媒装置における触媒の温度をより正確に計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、図１を用いて、従来の内燃機関における排気系及び制御系の概略構成について説明する。図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００１７】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気通路としての排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する触媒装置としての触媒コンバータ１０が配置されている。
【００１８】
本実施例における触媒コンバータ１０には、所謂三元触媒１０ａが内蔵されており、この三元触媒１０ａは、内燃機関１からの排気中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を浄化する。担体としては、アルミナ，シリカ，ジルコニア，チタニア，セリアなどの多孔質酸化物あるいはこれらから選ばれる複合酸化物を用いることができる。これらの担体に担持される貴金属としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕなどから選択される少なくとも一種を用いることができる。
【００１９】
また、排気管５における、触媒コンバータ１０の下流側には、触媒コンバータ１０から排出される排気の温度を検出する排気温センサ１７が備えられている。
【００２０】
さらに、内燃機関１及びその排気系には、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者
の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１の触媒コンバータ１０に係る制御を行うユニットである。
【００２１】
ＥＣＵ２０には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサ、吸入空気量を検出するエアフローメータなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類の他、上記の排気温センサ１７などが電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００２２】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。
【００２３】
ここで、上記の触媒コンバータ１０は、過熱や長期の使用などにより排気中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物に対する浄化能力が劣化する場合がある。この触媒コンバータ１０の浄化能力の劣化がある程度以上になると、内燃機関１からの排気を充分に浄化することができず、エミッションの悪化を招くおそれがある。従って、触媒コンバータ１０がある程度以上に劣化した場合には、運転者にそのことを報知する必要がある。
【００２４】
ここで、触媒コンバータ１０の劣化検出の方法としては、例えば、触媒コンバータ１０の前後における図示しない排気センサの出力と、三元触媒１０ａの温度とから、触媒コンバータ１０の排気浄化率特性を求め、この排気浄化率特性の立ち上がり特性を、予め記憶した基準の排気浄化率特性の立ち上がり特性と比較する方法などが考えられる。
【００２５】
これに関し、上記の従来の内燃機関１の排気系においては、三元触媒１０ａの温度は排気温センサ１７によって検出することとしている。この場合、排気温センサ１７により検出された、触媒コンバータ１０から排出される排気の温度が、触媒コンバータ１０内の三元触媒１０ａの温度と同一であるという推定が働いている。
【００２６】
従って、従来の内燃機関の排気系においては、三元触媒１０ａの温度の検出精度が充分に高いとは言えなかった。その結果、三元触媒１０ａの正確な劣化検出が困難となるおそれがあった。
【００２７】
そこで、本実施例においては、触媒コンバータ１０からの排気の温度を検出して、当該排気温度をもって三元触媒１０ａの温度と推定するのではなく、触媒コンバータ１０内の三元触媒１０ａと同じ触媒を塗布した触媒付き温度センサを用いて三元触媒１０ａの温度を計測することとした。
【００２８】
図２には、本実施例における触媒付き温度センサ１５について示す。この触媒付き温度センサ１５は、温度検出素子としての熱電対１５ｃの先端部分１５ｂに、触媒コンバータ１０の三元触媒１０ｂと同じ触媒１５ａを塗布し、乾燥させたものである。
【００２９】
図３には、本実施例における内燃機関１と、その排気系及び制御系の概略構成を示す。図１に示した従来例との相違点は排気温センサ１７の代わりに触媒付き温度センサ１５が、触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａの直上流に設置されていることである。
【００３０】
本実施例によれば、触媒付き温度センサ１５に塗布された触媒１５ａは、排気中の炭化
水素、一酸化炭素、水素、窒素酸化物、酸素等と接触することで反応する。この反応は、触媒１５ａ内に伝わり発熱する。この反応熱が熱電対１５ｃの先端部分１５ｂに伝達されることで、排気の温度ではなく反応熱によって上昇した触媒１５ａの温度を検出することができる。
【００３１】
また、本実施例においては、触媒付き温度センサ１５は触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａの直上流に配置されているので、触媒コンバータ１０に導入される排気をそのまま触媒１５ａにも接触させることができる。従って、触媒１５ａを三元触媒１０ａと同じ状態下に置くことができ、触媒１５ａの温度を三元触媒１０ａと同等にすることができる。従って、触媒付き温度センサ１５により三元触媒１０ａの温度をより正確に計測することができる。
【００３２】
また、仮に温度センサを三元触媒１０ａの内部に設置する場合には、三元触媒１０ａのセルより小さい温度センサが必要となり、温度センサの選定に対する制限が多くなる。またその場合には、温度センサが設置されたセルには排気が導入されづらくなり、その部分の温度が他の部分と異なってしまうおそれがある。これに対し本実施例においては、温度センサに対する制限も少なく、三元触媒１０ａに流入する排気に与える影響も少ない。
【００３３】
なお、触媒付き温度センサ１５における触媒１５ａと触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａとでは容量が異なっている。しかし、触媒反応における発熱量は、触媒の量と反応ガス量とで決定され、温度上昇は、上記発熱量を触媒の熱容量で除して求められる。従って、触媒反応による温度上昇自体は、触媒付き温度センサ１５における触媒１５ａと触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａとで同等であると考えられる。
【００３４】
また、上記において直上流とは、触媒付き温度センサ１５における触媒１５ａに接触する排気の状態と、三元触媒１０ａに導入される排気の状態との同一性が維持される範囲であって、さらに、触媒付き温度センサ１５によって、三元触媒１０ａに排気が導入されることが妨げられない範囲を示す。この範囲は予め実験などによって求めても良い。
【００３５】
図４には、温度センサにおける条件を変化させて三元触媒１０ａの温度計測を実施した場合の計測結果の相違についてのグラフを示す。このグラフは、排気管５を通過する排気の空燃比をリッチ（１４．０）とリーン（１５．０）で周期的に変化させた場合における、本実施例による温度計測結果と、触媒付きでない熱電対１５ｃを三元触媒１０ａの直上流に配置した場合における温度計測結果と、触媒付きでない熱電対１５ｃを三元触媒１０ａ前端面付近に挿入した場合における温度計測結果である。
【００３６】
図４において、触媒付きでない熱電対１５ｃを三元触媒１０ａの直上流に配置した場合の温度計測結果は破線で示されるが、この場合の温度計測結果は、熱電対１５ｃで計測された排気の温度変化そのものであるため、得られる温度変化は小さくなっている。また、触媒付きでない熱電対１５ｃを三元触媒１０ａに挿入した場合の温度計測結果は一点鎖線で示されるが、この場合は、熱電対１５ｃが挿入されたセルへの排気導入量が変化し、さらに三元触媒１０ａと熱電対１５ｃとが一体化していないため、やはり得られる温度変化は小さくなっている。
【００３７】
それに対し、触媒付き温度センサ１５を三元触媒１０ａの直上流に配置した場合の温度計測結果は実線で示されるが、上述の２つの場合と比較して、排気を充分に触媒１５ａに接触させることができ、触媒１５ａと熱電対１５ｃ（の先端部分１５ｂ）とが一体化しているので、感度も高くなっている。
【００３８】
以上、説明したように、本実施例においては、三元触媒１０ａの温度計測をする際に、
熱電対１５ｃの先端部分１５ｂに、触媒コンバータ１０における三元触媒１０ａと同一の触媒１５ａを塗布し、その温度を検出することとしたため、触媒温度を直接検出することができ、計測精度を高めることができる。
【００３９】
また、触媒付き温度センサ１５を、三元触媒１０ａの直上流に配置したため、熱電対１５ｃに塗布された触媒１５ａと、三元触媒１０ａとを同等の排気状態下に置くことができ、計測精度をより高めることができる。
【００４０】
なお、本実施例において、触媒付き温度センサ１５及びＥＣＵ２０は、触媒温度計測装置を構成する。また、本実施例においては、温度検出素子として熱電対１５ｃを例にとって説明したが、温度検出素子としては、サーミスタその他の温度センサを用いてもよい。
【００４１】
また、本実施例においては、触媒装置における触媒として三元触媒を例にとって説明したが、本発明における触媒は、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒などの他の排気浄化触媒でも
よい。また、排気の温度上昇などに用いられる酸化能を有する酸化触媒に対して本発明を適用してもよい。
【００４２】
また、本実施例においては、触媒付き温度センサ１５における触媒１５ａは、熱燃対１５ｃの先端部分１５ｂに塗布された例について説明したが、他の方法によって触媒で温度検出素子を覆ってもよい。但し、その際になるべく触媒と温度検出素子とが強固に結合し、一体化できるような構成とすることが望ましい。
【００４３】
さらに、温度検出素子を覆う触媒の熱容量は小さくした方が、温度に対する応答性の点で有利である。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、本発明における触媒付き温度センサ１５の配置のバリエーションについて説明する。
【００４５】
図５には、触媒付き温度センサ１５の配置の例について示す。図５（ａ）は、触媒付き温度センサ１５を触媒コンバータ１０の三元触媒１０ａの直下流に備えた例を示す。また、図５（ｂ）には、触媒コンバータ１０の三元触媒１０ａの側面に、触媒１５ａが接するように、触媒付き温度センサ１５を備えた例について示す。さらに、図５（ｃ）には、触媒コンバータ１０の三元触媒１０ａにおける、担体中のセル１０ｂ中に、触媒付き温度センサ１５を設置した例について示す。これらのような配置によっても、三元触媒１０ａの温度を充分な精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る触媒付き温度センサを示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る温度センサにおける触媒の有無と、温度センサの配置場所による、温度計測結果の相違について説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る触媒付き温度センサの、配置場所についてのバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
１０・・・触媒コンバータ
１０ａ・・・三元触媒
１０ｂ・・・セル
１５・・・触媒付き温度センサ
１５ａ・・・触媒
１５ｂ・・・熱電対先端部分
１５ｃ・・・熱電対
１７・・・排気温センサ
２０・・・ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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