JP2015127672A

JP2015127672A - 触媒評価装置

Info

Publication number: JP2015127672A
Application number: JP2013273215A
Authority: JP
Inventors: 陽一岡田; Yoichi Okada
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP6215050B2

Abstract

【課題】試験ガスの圧力変動を再現することができ、実際の内燃機関に則した正確な触媒評価ができる触媒評価装置を提供する。【解決手段】試験ガスが流れるメイン流路２と、メイン流路２を流れる試験ガスを加熱する加熱部３と、メイン流路２の下流に接続され、メイン流路２を流れる試験ガスを排出する排出路５と、排出路５の抵抗を変化させる抵抗変化機構６と、抵抗変化機構６を制御して、メイン流路２を流れる試験ガスの圧力を変動させる制御部７とを備える触媒評価装置１。【選択図】図１

Description

この発明は、排ガスの浄化等に用いられる触媒評価装置に関する。

従来、この種の触媒を評価する場合、内燃機関から排出される排ガスを模した試験ガスが用いられている。試験ガスとは、排ガスを構成する成分、例えばＮ_２、ＣＯ_２、ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘ等が含まれるものである。

この試験ガスを用いて触媒を評価したものとして、例えば特許文献１に記載された装置がある。この触媒評価装置は、試験ガスが流れる流路と、流路を流れる試験ガスを加熱する加熱部と、加熱部を経た試験ガスに含まれる特定成分を除去する触媒と、流路に接続されて触媒を経た試験ガスを排出する排出路とを備えるものである。

特開２００７−３３８２号公報

しかしながら、上述したような従来の触媒評価装置では、エンジンの脈動等によって触媒に作用する圧力の変動を再現することができず、実際の内燃機関に則した触媒評価を行うことができないという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、触媒に作用する圧力を変動させることができ、実際の内燃機関に則した触媒評価ができる触媒評価装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる触媒評価装置は、試験ガスが流れるとともに、触媒を配置する触媒配置領域が設けられたメイン流路と、前記触媒配置領域の上流に設けられ、前記メイン流路を流れる前記試験ガスを加熱する加熱部と、前記触媒配置領域の上流又は下流に接続されるとともに、前記メイン流路を流れる前記試験ガスを排出する排出路と、前記排出路の抵抗を変化させる抵抗変化機構と、前記抵抗変化機構を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させる制御部とを備える。

上述の構成によれば、制御部が抵抗変化機構を制御して排出路の抵抗を変化させるので、触媒配置領域の圧力を変動させることができ、触媒配置領域に配置される触媒に作用する圧力を変動させて実際の内燃機関に則した触媒評価を行うことができる。

具体的な一態様としては、前記排出路が、並列に設けられ、それぞれ所定の抵抗を有した複数の分岐排出路を具備したものであり、前記抵抗変化機構が、前記各分岐排出路の路内を開閉する開閉弁を備えたものであり、前記制御部が、前記各開閉弁の開閉を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させるものを挙げることができる。

このように構成すれば、制御部が高速に開閉する開閉弁を制御して排出路の抵抗を変化させるので、触媒配置領域の圧力を高速で変動させることができる。

別の具体的な一体様としては、前記抵抗変化機構が、前記排出路の開度を調整して抵抗を変化させる抵抗調整弁を備えるものであり、前記制御部が、前記抵抗調整弁の開度を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させるものを挙げることができる。

このように構成すれば、制御部が無段階に開度が変わる抵抗調整弁を制御して排出路の抵抗を変化させるので、触媒配置領域の圧力を無段階に変動させることができる。

さらに別の具体的な一態様として、前記排出路が、並列に設けられ、それぞれ所定の抵抗を有した複数の分岐排出路と、前記複数の分岐排出路が合流した合流排出路とを具備したものであり、前記抵抗変化機構が、前記各分岐排出路の路内を開閉する開閉弁と、前記合流排出路の開度を調整して抵抗を変化させる抵抗調整弁とを備えたものであり、前記制御部が、前記各開閉弁の開閉を制御するとともに、前記抵抗調整弁の開度を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させるものを挙げることができる。

このように構成すれば、抵抗調整弁による無段階に変化する圧力の上に、開閉弁による高速な圧力変化を重畳させることができるので、触媒に作用する圧力変化のバリエーションを増やすことができ、より実際の内燃機関の状態に近づけて触媒評価を行うことができる。

加えて別の具体的な一態様として、前記触媒配置領域の上流と前記加熱部の下流との間に設けられて、前記メイン流路から分岐する分岐路と、前記分岐路を流れる前記試験ガスの流量を変化させる流量変化機構とをさらに備えるものであり、
前記制御部が、前記流量変化機構も制御するものを挙げることができる。

このように構成すれば、触媒配置領域の圧力に加えて、触媒配置領域を流れる試験ガスの流量を変化させることができる。

本発明によれば、触媒に作用する圧力を変動させることができ、実際の内燃機関に則した触媒評価ができる触媒評価装置を提供することを目的とする。

本発明の第１実施形態にかかる触媒評価装置の概略図。本発明の第２実施形態にかかる触媒評価装置の概略図。本発明の第３実施形態にかかる触媒評価装置の概略図。本発明の第４実施形態にかかる触媒評価装置の概略図。

本発明の触媒評価装置は、自動車等の内燃機関に搭載され、内燃機関から排出される排ガスに含まれる特性成分を除去する触媒の性能を評価するためのものである。

そして、本発明の第１実施形態にかかる触媒評価装置１は、図１に示すように、試験ガスが流れるとともに、触媒４を配置する触媒配置領域Ｘが設けられたメイン流路２と、触媒配置領域Ｘの上流に設けられ、メイン流路２を流れる試験ガスを加熱する加熱部３と、触媒配置領域Ｘの下流に接続されるとともに、メイン流路２を流れる試験ガスを排出する排出路５と、排出路５の抵抗を変化させる抵抗変化機構６と、抵抗変化機構６を制御して、触媒配置領域Ｘの圧力を変動させる制御部７とを備える。

メイン流路２は試験ガスが流れるものであって、上流に図示しない試験ガス供給管が接続され、該試験ガス供給管から試験ガスをメイン流路に供給する試験ガス供給口２ａが設けられるとともに、下流に排出路５が接続されて、試験ガスをメイン流路２から排出する試験ガス排出口２ｂが設けられている。この試験ガス供給管からメイン流路に供給される試験ガスの流量は一定となるように構成されている。また、触媒配置領域の下流に排出路５が設けられているので、触媒配置領域Ｘを流れる試験ガスの流量は一定となる。

加熱部３は、メイン流路２を囲むように設けられたヒータ等から構成されるものであって、メイン流路２を加熱することにより、メイン流路２を流れる試験ガスを加熱するものである。

また、メイン流路２の加熱部３が配置する下流には触媒配置領域Ｘが設けられ、触媒配置領域Ｘには本装置の評価対象となる触媒４が充填されている。この触媒４は、試験ガスに含まれる特定成分を除去するものである。また触媒配置領域Ｘの上流の圧力を測定するための圧力センサ８ａが設けられている。

排出路５は、触媒配置領域Ｘの下流に設けられるとともに、メイン流路２の試験ガス排出口２ｂに接続されるものである。また、本実施形態では、排出路５は途中から並列に設けられ、それぞれ所定の抵抗を有した複数の分岐排出路（第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ、第３分岐排出路５ｃ）に分岐する。

この分岐排出路（第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ、第３分岐排出路５ｃ）は、抵抗が互いに異なるものであって、管径や長さが異なるキャピラリー管等で構成されている。

しかして、第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ及び第３分岐排出路５ｃには、それぞれ抵抗変化機構６が設けられている。

この抵抗変化機構６は、第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ及び第３分岐排出路５ｃの路内を開閉する第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ、第３開閉弁６ｃを備える。この開閉弁は例えばパルス間隔で開閉が切り替わる電磁弁等であって、図示しないが、分岐排出路内を塞ぐように配置される弁体と、分岐排出路に接続され、弁体を収容する弁座と、弁体を駆動させる駆動部とを備える。

制御部７は、第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ、第３開閉弁６ｃの開閉を制御して、メイン流路２を流れる試験ガスの圧力を変動させるものであって、構造的には、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。そして、内部メモリの所定領域に格納した制御プログラムに従って動作することでＣＰＵ及び周辺機器が協働動作して、制御部７としての機能を発揮する。

触媒配置領域Ｘの圧力を変動させる方法について詳述する。

制御部７が、例えば、第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ及び第３開閉弁６ｃを予め開けた状態で、第１開閉弁６ａを閉める。第１開閉弁６ａが閉まると、第２分岐排出路５ｂ及び第３分岐排出路５ｃに試験ガスが流れることになり、排出路５の抵抗は増大する。その後、第１開閉弁６ａを開けると、第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ及び第３分岐排出路５ｃを試験ガスが流れることとなり、排出路５の抵抗は減少する。

ここで、試験ガス供給管からメイン流路２に供給される試験ガスの流量が一定の場合、排出路５の抵抗が増大すると、排出路５の上流に接続された触媒配置領域Ｘの圧力も増大する。また、排出路５の抵抗が減少すると、排出路の上流に接続された触媒配置領域Ｘの圧力も減少する。

また、第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ及び第３開閉弁６ｃの開閉はパルス間隔で切り替わるので、排出路５の抵抗が高速で変動することになり、触媒配置領域Ｘの圧力も高速で変動することになる。このとき、制御部７は、圧力センサ８ａで測定した触媒配置領域Ｘの圧力を受信しながら、第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ及び第３開閉弁６ｃを制御する。

上述したように構成した第１実施形態の触媒評価装置１によれば、制御部７が抵抗変化機構６を制御して排出路５の抵抗を変動させるので、触媒配置領域Ｘの圧力を変動させることができ、触媒配置領域Ｘに配置される触媒４に作用する圧力を変動させて実際の内燃機関に則した触媒評価を行うことができる。

また、制御部７が高速に開閉する開閉弁を制御して排出路５の抵抗を変化させるので、触媒配置領域Ｘの圧力を高速で変動させることができる。

次に、本発明の第２実施形態における触媒評価装置１について説明する。
なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態における触媒評価装置１は、メイン流路２を流れる試験ガスの圧力を変動させる構成がさらに追加されたものであって、図２に示すように、第１分岐排出路５ａ、第２分岐排出路５ｂ及び第３分岐排出路５ｃが合流した合流排出路１２に抵抗変化機構１０を設けるとともに、抵抗変化機構１０よりも上流に水分除去部１１を設ける。

水分除去部１１は、試験ガスに含まれる水分を分離・除去するものであって、試験ガスに含まれる水分を分離するドレインセパレータ１１ａと、ドレインセパレータ１１ａが分離した水分を貯蔵するドレインポット１１ｂとを備える。水分除去部１１を通過した試験ガスは、水分が除去された状態となる。

抵抗変化機構１０は、合流排出路１２に設けられ、開度を調整して排出路５の抵抗を変化させる抵抗調整弁１０ａを備える。なお、この抵抗調整弁１０ａは、例えば排出路５を塞ぐように配置される調整弁本体（図示しない）と、排出路５に外付けされて、制御部７からの制御信号に応じて調整弁本体を移動させて路内の開度を調整させる調整弁駆動部（図示しない）とを備える。なお、水分除去部１１を設けたことで、抵抗調整弁１０ａを流れる試験ガスは水分が除去された状態となっている。

制御部７は、第１実施形態で述べたように第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ、第３開閉弁６ｃを制御するとともに、抵抗調整弁１０ａの開度を制御する。

つまり、制御部７が、抵抗調整部１０ａの開度を大きくすると、排出路５の抵抗は減少して触媒配置領域Ｘの圧力も減少する。一方、抵抗調整弁１０ａの開度を小さくすると、排出路５の抵抗は増大して触媒配置領域Ｘの圧力も増大する。

ここで、抵抗調整弁１０ａの開度は開閉弁のように瞬時に開閉できるものではなく、開閉弁と比べると低速で開閉するものであるので、制御部７が、抵抗調整弁１０ａを制御してメイン流路２を流れる試験ガスの圧力を変動させた場合、開閉弁に比べてメイン流路２を流れる試験ガスの圧力がゆっくりと変動する。

第２実施形態における触媒評価装置１では、抵抗調整弁１０ａによる無段階に変化する圧力の上に、開閉弁による高速な圧力変化を重畳させることができるので、触媒４に作用する圧力変化のバリエーションを増やすことができ、より実際の内燃機関の状態に近づけて触媒評価を行うことができる。

本発明の第３実施形態における触媒評価装置１について説明する。
なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第３実施形態における触媒評価装置１は、触媒配置領域Ｘの下流の圧力に加えて、触媒配置領域Ｘの上流の圧力を変動させるものであって、図３に示すように、触媒配置領域Ｘの上流と加熱部３の下流との間に設けられて、メイン流路２から分岐する分岐路２０と、分岐路２０を流れる試験ガスの流量を変化させる流量変化機構２１とを備える。

分岐路２０は、複数のサブ分岐路（第１サブ分岐路２０ａ、第２サブ分岐路２０ｂ、第３サブ分岐路２０ｃ）を具備する。第１サブ分岐路２０ａ、第２サブ分岐路２０ｂ、第３サブ分岐路２０ｃが合流した合流分岐路２２は、合流排出路１２に接続されており、分岐路２０から分岐した試験ガスは合流分岐路２２から排出される。

第１サブ分岐路２０ａ、第２サブ分岐路２０ｂ、第３サブ分岐路２０ｃは、路内を流れる試験ガスの抵抗が互いに異なるものであって、例えば、互いに管径や長さが異なるキャピラリー管等で構成されている。

流量変化機構２１は、第１サブ分岐路２０ａ、第２サブ分岐路２０ｂ、第３サブ分岐路２０ｃにそれぞれ設けられて、路内を開閉する第１分岐路用開閉弁２１ａ、第２分岐路用開閉弁２１ｂ、第３分岐路用開閉弁２１ｃを備える。分岐路用開閉弁２１は電磁弁等で構成されており、図示しないが、サブ分岐路内を塞ぐように配置される弁体と、サブ分岐路に接続され、弁体を収容する弁座と、弁体を駆動させる駆動部とを備える。

また、第３実施形態においては、加熱部３の下流であって触媒配置領域Ｘの上流に、触媒配置領域Ｘの上流の圧力を測定する圧力センサ８ａが設けられるとともに、触媒配置領域Ｘの下流の圧力を測定する圧力センサ８ｂが設けられている。

制御部７は、触媒配置領域Ｘの下流の圧力に加えて、触媒配置領域Ｘの上流の圧力をも変動させるものである。

制御部７は、触媒配置領域Ｘを流れる試験ガスの流量を変動させる場合、予め第１サブ分岐路２０ａ、第２サブ分岐路２０ｂ及び第３サブ分岐路２０ｃを閉めた状態で、いずれか一つを選択して、そのサブ分岐路に設けられた分岐路用開閉弁２１を開くように電気信号を送る。駆動部は制御部７からの電気信号を受けて弁体を駆動させてサブ分岐路を開く。

すると、メイン流路２を流れる試験ガスの一部が分岐路２０に流れ込むので、メイン流路２を流れる試験ガスの流量が減り、触媒配置領域Ｘを流れる試験ガスの流量を減るのでメイン流路２の圧力を低下させることができる。

このように、分岐路用開閉弁２１を制御部７で制御してサブ分岐路の開閉を行うと、メイン流路２を流れる試験ガスの一部が分岐路２０に流れ込み、メイン流路２を流れる試験ガスの流量が変わるので、触媒配置領域Ｘの上流を流れる試験ガスの圧力を変動させることができる。このとき、制御部は、圧力センサ８ａが測定した圧力を受信しながら分岐路用開閉弁２１の制御を行うとともに、圧力センサ８ｂが測定した圧力を受信しながら第１開閉弁６ａ、第２開閉弁６ｂ、第３開閉弁６ｃの制御を行う。

第３実施形態における触媒評価装置１においては、触媒配置領域Ｘの上流及び下流の圧力を制御することができるので、触媒配置領域の圧力に勾配を設けることができ、より実際の内燃機関に則して圧力制御を行うことができる。

加えて、メイン流路を流れる試験ガスの流の一部が分岐路に流れるので、触媒配置領域Ｘを流れる試験ガスの流量も変動させることができ、流量変化機構２１を制御することで、触媒配置領域Ｘを流れる試験ガスの流量を制御することができる。

本発明の第４実施形態における触媒評価装置１について説明する。
なお、第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第４実施形態の触媒評価装置１は、触媒配置領域Ｘの上流の圧力を制御するとともに、触媒配置領域Ｘの下流の圧力を制御する別の構成であって、図４に示すように、第３実施形態の触媒配置領域Ｘの上流と加熱部３の下流との間に設けられて、メイン流路２から分岐する分岐路２０と、分岐路２０を流れる試験ガスの流量を変化させる流量変化機構２１に加えて、分岐路２０に水分除去部１１と、水分除去部１１よりも下流に設けられた流量変化機構３１とを備える。

流量変化機構３１は、流量調整弁３１を具備する。この流量調整弁３１は、例えば分岐路２０を塞ぐように配置される調整弁本体（図示しない）と、分岐路２０に外付けされて、制御部７からの制御信号に応じて調整弁本体を移動させて路内の開度を調整させる調整弁駆動部（図示しない）とを備える。

制御部７が、流量調整弁３１の抵抗調整部１０ａの開度を大きくすると、排出路５の抵抗は減少して触媒配置領域Ｘの圧力も減少する。一方、流量調整弁３１の開度を小さくすると、排出路５の抵抗は増大して触媒配置領域Ｘの圧力も増大する。

ここで、流量調整弁３１の開度は流量変化機構２１のように瞬時に開閉できるものではなく、流量変化機構２１と比べると低速で開閉するものであるので、制御部７が、流量調整弁３１を制御してメイン流路２を流れる試験ガスの圧力を変動させた場合、流量変化機構２１に比べてメイン流路２を流れる試験ガスの圧力がゆっくりと変動する。

第４実施形態における触媒評価装置１では、触媒配置領域Ｘの上流においても、流量調整弁３１による無段階に変化する圧力の上に、流量変化機構２１による高速な圧力変化を重畳させることができるとともに、触媒配置領域Ｘの圧力に勾配を設けることができるので、触媒４に作用する圧力変化のバリエーションをさらに増やすことができ、より実際の内燃機関の状態に近づけて触媒評価を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではない。

例えば、第２実施形態では、排出路に、水分除去部、流量調整弁及び流量調整部のみを設けておき、複数の排出路や開閉弁を設けていなくてもよい。この構成であれば、制御部が無段階に開度が変わる抵抗調整弁を制御して排出路の抵抗を変化させるので、触媒配置領域の圧力を無段階に変動させることができる。

また、流量測定部には、例えば差圧式のものを用いても構わない。

本発明は、その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。

１・・・触媒評価装置
２・・・メイン流路
３・・・加熱部
５・・・排出路
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・分岐排出路
６、１０・・・抵抗変化機構
７・・・制御部
Ｘ・・・触媒配置領域

Claims

試験ガスが流れるとともに、触媒を配置する触媒配置領域が設けられたメイン流路と、
前記触媒配置領域の上流に設けられ、前記メイン流路を流れる前記試験ガスを加熱する加熱部と、
前記触媒配置領域の上流又は下流に接続されるとともに、前記メイン流路を流れる前記試験ガスを排出する排出路と、
前記排出路の抵抗を変化させる抵抗変化機構と、
前記抵抗変化機構を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させる制御部とを備えることを特徴とする触媒評価装置。
前記排出路が、並列に設けられ、それぞれ所定の抵抗を有した複数の分岐排出路を具備したものであり、
前記抵抗変化機構が、前記各分岐排出路の路内を開閉する開閉弁を備え、
前記制御部が、前記各開閉弁の開閉を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させることを特徴とする請求項１記載の触媒評価装置。
前記抵抗変化機構が、前記排出路の開度を調整して抵抗を変化させる抵抗調整弁を備え、
前記制御部が、前記抵抗調整弁の開度を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させることを特徴とする請求項１記載の触媒評価装置。
前記排出路が、並列に設けられ、それぞれ所定の抵抗を有した複数の分岐排出路と、前記複数の分岐排出路が合流した合流排出路とを具備したものであり、
前記抵抗変化機構が、前記各分岐排出路の路内を開閉する開閉弁と、前記合流排出路の開度を調整して抵抗を変化させる抵抗調整弁とを備え、
前記制御部が、前記各開閉弁の開閉を制御するとともに、前記抵抗調整弁の開度を制御して、前記触媒配置領域の圧力を変動させることを特徴とする請求項１記載の触媒評価装置。
前記触媒配置領域の上流と前記加熱部の下流との間に設けられて、前記メイン流路から分岐する分岐路と、
前記分岐路を流れる前記試験ガスの流量を変化させる流量変化機構とをさらに備えるものであり、
前記制御部が、前記流量変化機構も制御するものであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の触媒評価装置。