(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関又は外燃機関から排出される排気ガスの温度上昇に伴って温度上昇し、活性化に必要な温度（活性化温度）に達して活性化し、前記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排気ガス浄化触媒の劣化を検知する方法であって、
前記触媒に流入する前記排気ガス（流入排気ガス）の温度と、前記触媒から流出する前記排気ガスの温度とを測定し、その温度差が所定の値に達したときに、前記触媒が活性化した（前記活性化温度に達した）と判断するとともに、前記流入排気ガスの温度を前記活性化温度とみなして、前記流入排気ガスの温度（前記活性化温度）の上昇を検知することによって、前記排気ガス浄化触媒の劣化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】
前記所定の値が、−５０〜２００°Ｃである請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の劣化検知方法。
【請求項３】
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又は２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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関又は外燃機関から排出される排気ガスは、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、高温による貴金属の飛散又は酸化等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ＬＥＶ（Ｌｏｗ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＵＬＥＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｌｏｗ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）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  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）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（ＭＩＬ：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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、内燃機関又は外燃機関、例えば、自動車において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、内燃機関又は外燃機関から排出される排気ガスの温度上昇に伴って温度上昇し、活性化に必要な温度（活性化温度）に達して活性化し、前記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排気ガス浄化触媒の劣化を検知する方法であって、前記触媒に流入する前記排気ガス（流入排気ガス）の温度と、前記触媒から流出する前記排気ガスの温度とを測定し、その温度差が所定の値に達したときに、前記触媒が活性化した（前記活性化温度に達した）と判断するとともに、前記流入排気ガスの温度を前記活性化温度とみなして、前記流入排気ガスの温度（前記活性化温度）の上昇を検知することによって、前記排気ガス浄化触媒の劣化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が提供される。本発明においては、触媒に流入する排気ガスの温度と、触媒から流出する排気ガスの温度との差の所定の値が、−５０〜２００°Ｃであることが好ましい。
【００１２】
又、本発明によれば、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、上記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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、排気ガス浄化触媒の劣化を、その活性化に必要な温度（活性化温度）の上昇を検知することにより検知する。排気ガス浄化触媒を活性化するには触媒を一定の温度に加熱することが必要であり、触媒の温度がその温度より低い場合は、触媒は作用を示さない。この活性化温度は、触媒が劣化すると、担持貴金属の酸化触媒能力の低下により上昇する。従って、触媒の活性化温度の上昇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。
【００１４】
本発明においては、触媒に流入する排気ガス（流入排気ガス）Ｔinの温度と、触媒から流出する排気ガスの温度Ｔoutとを測定し、その温度差（Ｔout−Ｔin）が所定の値に達したときに、触媒が活性化した（活性化温度に達した）と判断するとともに、流入排気ガスＴinの温度を活性化温度としている。これは、触媒温度Ｔcを直接測定すると、触媒への温度センサ又は熱電対の取り付け位置等によるばらつきがでやすい一方、排気ガス温度の測定はばらつきにくく安定した値を得ることができることによる。
【００１５】
排気ガス浄化触媒は、通常、内燃機関又は外燃機関から流入する排気ガスの温度が上昇するのに伴い活性化される。従って、触媒が劣化すれば、活性化排気ガス温度が上昇することになり、活性化排気ガス温度の上昇を検知することにより、触媒の活性化温度の上昇、即ち触媒の劣化を間接的に検知することが可能である。
【００１６】
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活性化排気ガス温度を予め調べておき、活性化排気ガス温度がその値に達した時点で触媒が劣化したと判断する。
【００１７】
なお、触媒の熱容量が大きい場合は、触媒自体の温度変化に対して流入する排気ガスの温度変化が早く、特に減速時には、触媒が活性化していないにも拘らず、流入排気ガス温度が低下するため、Ｔc−Ｔinが見かけ上所定値 以上になる。このような場合は、流入する排気ガスの温度を、触媒の熱容量から実験的又は計算により定めた所定時間における平均値として表してもよい。又、触媒温度の上昇の時間的遅れを予め実験又は計算により求めておき、この所定の遅延時間帯に入る前の流入排気ガスの温度をＴinとしてもよい。
【００１８】
本発明の方法を用いれば、排気ガス浄化触媒の劣化を、内燃機関又は外燃機関、例えば、自動車において、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、活性化温度の上昇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。
【００１９】
本発明において、触媒の活性化は、触媒に流入する排気ガスの温度と、触媒から流出する排気ガスの温度との差が所定の値に達したことにより判断することが好ましい。
【００２０】
上述のように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、触媒が活性化することにより、触媒から流出する排気ガスの温度は、流入する排気ガスの温度より高くなる。従って、流出する排気ガスと流入する排気ガスとの温度差を測定することにより、触媒が活性化したか否かを判断できるのである。
【００２１】
触媒が活性化したと判断するのに適当な温度差は、触媒の温度上昇により排気ガスが冷却される分を考慮し、−５０〜２００℃とすることが好ましく、０〜１００℃とすることがより好ましい。
【００２２】
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６に示すようなものが使用される。図６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１１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１３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。
【００２３】
内燃機関又は外燃機関の排気系は、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。このような内燃機関又は外燃機関の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内燃機関等の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。
【００２４】
【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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１に本例で用いた排気系を示す。図１の排気系１は、２．０Ｌの直列４気筒エンジン２の下流にライトオフ触媒３を配置し、さらにその下流に１７００ｃｃのメイン触媒４を配置して成る。ライトオフ触媒３は、さらに２００ｃｃの前方ライトオフ触媒５と１２００ｃｃの後方ライトオフ触媒６とに分かれる。前方ライトオフ触媒５の上流及び下流の排気管内には温度センサ８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。
【００２７】
エンジン２からの排気ガスは、ライトオフ触媒３、前方ライトオフ触媒５、及び後方ライトオフ触媒６を通過し排出される。測定・制御・演算機構７は、温度センサからのシグナルを読み取るとともに、活性化排気ガス温度を算出し、その値に応じてＭＩＬ点灯等のシグナルを発する。
【００２８】
前方ライトオフ触媒５については、新品（劣化無し）、７５０℃で１００時間エージングを行ったもの、８５０℃で１００時間エージングを行ったものの３種を用意した。後方ライトオフ触媒６については、新品（劣化無し）及び８５０℃で１００時間エージングを行ったものの２種を用意した。又、メイン触媒４については、新品（劣化無し）のものを用意した。
上記の各触媒を適宜に組合せ、表１に示す３種の排気系を用意した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示す３種の排気系を自動車に設置し、ＦＴＰ走行モードで走行する間に排出された炭化水素排出量を測定した。表２に結果を示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
又、温度センサにより、エンジン始動後、８０秒間における前方ライトオフ触媒５の上流及び下流における排気ガスの温度を、Ａ、Ｂ、及びＣについて測定した。図２に、前方ライトオフ触媒５の上流の排気ガス温度（Ｔ１）を経時的に示す。図３に、前方ライトオフ触媒５の下流の排気ガス温度（Ｔ２）から、上流の排気ガス温度（Ｔ１）を引いた値（Ｔ２−Ｔ１）を、経時的に示す。又、図４に、自動車の走行速度を経時的に示す。なお、図３において、Ｔ２−Ｔ１が負の値を示す部分は、触媒５下流の排気ガス温度が上流の排気ガス温度より低かったことを示す。Ｔ２−Ｔ１が正の値を示す部分は、触媒が活性化されたために、発熱反応が起こり、触媒５下流の排気ガス温度が上昇したことを示す。
【００３３】
図５に、Ｔ２−Ｔ１が５０°Ｃに達した時点で触媒が活性化したと判断した場合の、活性化排気ガス温度と炭化水素排出量との関係を示す。両者の相関係数Ｒ2は０．８６１であり、活性化排気ガス温度と炭化水素排出量は高 い相関関係を示した。
【００３４】
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５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活性化排気ガス温度の値を割り出すことができ、活性化排気ガス温度がその値に達した時にＭＩＬを点灯させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明において、排気ガス浄化触媒の劣化は、触媒の活性化に必要な流入排気ガスの温度により判断されるため、内燃機関又は外燃機関、例えば、自動車において、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】  自動車エンジンの排気系を示す説明図である。
【図２】  前方ライトオフ触媒の上流の温度（Ｔ１）の経時変化を示すグラフである。
【図３】  前方ライトオフ触媒の上流と下流の温度差（Ｔ２−Ｔ１）の経時変化を示すグラフである。
【図４】  自動車の走行速度の経時変化を示すグラフである。
【図５】  活性化排気ガス温度と炭化水素排出量との相関図である。
【図６】  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。
【符号の説明】
１・・・排気系、２・・・エンジン、３・・・ライトオフ触媒、４・・・メイン触媒、５・・・前方ライトオフ触媒、６・・・後方ライトオフ触媒、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。
【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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【図６】
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