JPH03267517A - 触媒劣化検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（友例え（ｉ、内燃機関の排ガスの浄化用触媒コ
ンバータ（三元触媒）の下流に取り付けられて、三元触
媒の機能状態（劣化状態）を検知する触媒劣化検知セン
サに関する。

［従来の技術］ 従来より、燃焼反応ガスの反応を促進するために、三元
触媒等の触媒が使用されており、この触媒の活性能力の
変化を検出するセンサとして触媒劣化検知センサが知ら
れている。

上記三元触媒（良内燃機関の下流側に取り付けられて排
ガスの浄化を行うものであり、また触媒劣化検知センサ
（よ　三元触媒の下流側に配置されて、三元触媒の活性
能力の劣化の程度を測定するものである。この触媒劣化
検知センサとして１友例えばガスが接触した場合に電気
抵抗が変化する感ガス性の金属酸化物を用いた空燃比セ
ンサが使用されている。

つまり、三元触媒が正常な場合に１飄内燃機関から排出
された未燃ガス等が触媒で十分に平衡化されるが、触媒
が劣化している場合に１よ排ガスが三元触媒で十分に平
衡化されずそのまま排出されるので、排ガスの空燃比が
理論空燃比点からずれてしまう。従って、この空燃比の
ずれを上記空燃比センサを用いて検出し、それに基づい
て、触媒の劣化の程度を検出するものが提案されていた
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この様に触媒の劣化を検知するために（
よ複雑な構造の空燃比センサを使用しなければならず、
コストが高く故障が発生する可能性が高いという問題が
あり、従来より簡単な機構で、好適に触媒の状態のチエ
ツクを行うことができる手段の開発が望まれていた。

本発明（よ三元触媒等の触媒の劣化を好適に検出できる
触媒劣化検知センサを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するための本発明は第１図に例示する
様に、 燃焼反応ガスの反応を促進する触媒の下流側に配置され
て、該触媒の劣化を検知する触媒劣化検知センサであっ
て、 上記ガス中の成分の反応を促進する触媒層を備えた第１
の温度検出部Ｍ］と、 上記触媒層を備えない或は上記第１の温度検出部より触
媒能力の低い触媒層を備えた第２の温度検出部Ｍ２と、 上記第１の温度検出部と第２の温度検出部との出力の差
を検出する出力差検出部Ｍ３と、を備えたことを特徴と
する触媒劣化検知センサを要旨とする。

ここで、上記第１の温度検出部や第２の温度検出部とし
て（よ周知のサーミスタや熱電対等を使用することが望
ましいが、他の温度センサを使用してもよい。。

また、上記触媒層に担持する触媒として］表　白金、ロ
ジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、色銀等
の貴金属触媒のいずれか、或はそれらの合金等を使用で
きる。更に第１の温度検出部の触媒層に担持する触媒の
量（よ　］００〜２０重量が好適である。また、触媒を
担持する層の素材として法　アルミ九　ムライト　スピ
ネル等のセラミックスを使用することができる。

尚、第１の温度検出部の触媒層と第２の温度検出部の触
媒層との触媒の能力に差を持たせる手段としては、各々
の触媒層に触媒能力の異なる種類の違う触媒を使用して
もよく、或は担持する触媒量を違えてもよい。

［作用］ 本発明の触媒劣化検知センサは、燃焼反応ガスの反応を
促進する触媒（例えば三元触媒）の下流側に配置されて
、この三元触媒等の劣化を検知する触媒劣化検知センサ
である。

そして、例えば第１図に示すように、第１の温度検出部
Ｍ１の触媒層によって、ガス中の成分の反応を促進し、
その時の温度を第１の温度検出部Ｍ１により検出して出
力する。一方、第２の温度検出部Ｍ２ｍ　触媒層を備え
ていないか、或は触媒層を備えていたとしても第１の温
度検出部Ｍ１の触媒層より触媒能力は低いので、第１の
温度検出部Ｍ１より低い温度を出力する。そして、出力
差検出手段Ｍ３によって、第１の温度検出手段Ｍ１の出
力と第２の温度検出手段Ｍ３との出力との差を比較する
。よって、この出力の差に基づいて、ガス反応の度合を
検知し、それによって、三元触媒等の劣化を検知するこ
とが可能となる。

つまり、第２図（Ａ）に示すように、例えば内燃機関の
三元触媒からの排ガス中に、未燃ガスが含まれていない
場合、つまり三元触媒が正常な場合には、第１の温度検
出部Ｍ１の触媒層の触媒能力が高くても、排ガス中に触
媒によって反応するガスがないので、第１の温度検出部
で検出される温度は排ガスの温度となる。また、第２の
温度検出部Ｍ２で検出される温度も、同様に排ガスの温
度となり両温度検出部で検出される温度にはそれほど差
はないことになる。

それに対して、第２図（Ｂ）に示す様に、内燃機関の三
元触媒からの排ガス中に、未燃ガスが多く含まれている
場合、つまり三元触媒が劣化している場合に（よ第１の
温度検出部Ｍ１の触媒層の触媒能力が高いので、この触
媒層によって平衡化反応が促進されて第１の温度検出部
で検出される温度は高くなるが、第２の温度検出部Ｍ２
で検出される温度は、反応があまり進まないのでそれは
ど高くはなく、それによって温度差Δ丁が生ずる。

従って、この温度差Δ丁を検出することによって、三元
触媒の劣化の程度を検出することが可能となる。

［実施例］ 以下本発明の触媒劣化検知センサの各実施例を図面を用
いて説明する。

まず、本発明の第１実施例の触媒劣化検知センサ１を、
第３図及び第４図に基づいて説明するが、本実施例では
第１及び第２の温度検呂部として、サーミスタを使用し
ている。尚、第４図（Ａ）は触媒劣化検知センサ１の一
方の面を示し、第４図（Ｂ）はその反対側の面（裏面）
を示している。

第３図に示すよう１：、触媒劣化検知センサ１（よ内燃
機関２の三元触媒４の下流側の排気管６に取り付けられ
たものであり、その出力は電子制御装置（ＥＣＵ）８に
入力されて処理される。

上記触媒劣化検知センサ１（表第４図に示すように、厚
さ０．　４ｍｍの２枚のセラミックス基板１０．１２上
１：、各々第１のサーミスタ１４と第２のサーミスタ１
６とが、各基板１０．１２の外側に形成さね両基板１０
．１２の間に厚さ０．３ｍｍのアルミナからなる中間断
熱層１８が形成されている。

上記第１のサーミスタ（第４図（Ａ））１４１よ周囲温
度によって素子の温度抵抗が変化するものであり、本実
施例で［表Ｎｉ、　　Ｍｎ、　　Ｃｏ、　　Ｆｅ等の遷
移金属の酸化物からなる温度が上昇すると抵抗が減少す
る周知のＮＴＣサーミスタを採用したそして、この第１
のサーミスタ１４の表面に１よ触媒として白金を１５重
量％担持した厚さ２０μｍの触媒層２０が形成さね　ま
た第１のサーミスタ１４からは一対の第１及び第２の電
極線２２．２３が伸び、更にこの両型極線２２．２３を
覆って絶縁層２５が形成されている。

一方、上記第１のサーミスタ１４と反対側に形成された
第２のサーミスタ（第４図（Ｂ））１６（よ第１のサー
ミスタ１４と同様なＮＴＣサーミスタであるが、その表
面に触媒層２０が形成されていない点が大きく異なる。

そして、第２のサーミスタ］６から一対の第３及び第４
の電極線２６゜２７が伸び、この両型極線２６．２７を
覆って絶縁層２８が形成されている。

上述した触媒劣化検知センサ１の第１及び第２のサーミ
スタ１４．１６の出力が入力されるＥＣＬＪ　８　Ｆ　
第３図に示すように、周知のＣＰＵ８ａ。

ＲＡＭ８ｂ、ＲＯＭ８ｃを中心に論理演算回路として構
成されう　コモンバス８ｄを介して入出力ホト８ｅに接
続されている。上記第１及び第２のサーミスタ１４．１
６［よ　Ａ／Ｄ変換器８ｆを介して入出力ポート８ｅに
接続さ札　更にこの入出力ポート８　ｅ　ｌ：Ｌｔ、駆
動回路８ｇを介して、三元触媒４の劣化を報知するチエ
ツクランプ２９が接続されている。

次に、上記触媒劣化検知センサ１の製造方法を説明する
。

■　アルミナ９０重量％からなる材料を、スラリーとし
、ドクターブレード法により基板用グリーンシートを形
成し、またアルミナ８０重量％からなる材料を用いて、
断熱層用グリーンシートをドクターブレード法により形
成する。

■　更に、Ｎｉｐ、Ｆｅ２Ｏ３等遷移金属酸化物粉末及
びＡＱ２０３等からなる酸化物粉末９０重量％からなる
材料を用いて、第１及び第２のサーミスタ１４．１６と
なる素子用ペーストを製造し、また白金粉末８５重量％
からなる材料を用いて、電極用ペーストを製造する。

■　次に、上記■で調製した電極用ペーストを用い、各
々の基板用グリーンシート上に、厚膜印刷により一対の
平行な電極パターンを形成する。

■　更に、上記素子用ペーストを用い、この−対の電極
パターンの一方の端部同志をつなぐ様に、厚膜印刷によ
り画電極パターンの端部を覆って、サーミスタのパター
ンを形成する。

■　そして、上記パターンを形成した基板用グリーンシ
ート及び断熱層用グリーンシートを積層熱圧着して積層
体し、この積層体を１４５０℃で大気とほぼ同一雰囲気
にて１時間焼成する。

■　また、アルミナ８０重量％からなる材料を用いて、
触媒を担持するベースとなる触媒層用ぺ−スト調製し、
この触媒層用ペーストを、第１のサーミスタ１４の表面
全体にわたって４０μｍの厚さで厚膜塗布する。続いて
、これを大気中で１２００℃で１時間焼成する。

■　次１：、この触媒層２０のベースに、貴金属触媒を
担持するが、まず、触媒層２０のベース１ミｌｃｃ中に
白金２００ｍｇ、　　ロジウム２０ｍｇを含有する塩化
白金酸及びロジウム酸水溶液を、２．０μＱ（ベースに
対して約５ｍｏｌ）滴下含浸させる。そして、大気中で
２００℃にて２時間乾燥させた後１：、水素炉中で７０
０”Ｃで２時間に渡り熱分解し、触媒層２０表面に白金
及びロジウムを析出させ、触媒層２０への触媒担持を終
了する。

尚、上記触媒担持の工程（よ上述した以外に、触媒層の
ベースとなるアルミナ粉末と貴金属触媒とを混練しても
良いし、また、アルミナ粉末に触媒水溶液を含浸させ、
熱処理しても良く、方法は特に限定しない。

また、上記触媒層２０に、Ａｇ２Ｏ３からなる保護層を
形成してもよい。

以上の■〜■の工程を経て本実施例の触媒劣化検知セン
サ１が完成する。

尚、上述した■〜■の製造工程以外にも、次のような製
造工程を採用してもよい。

各基板用グリーンシート上に上記一対の電極パターンを
印刷し、乾燥してから１４５０°Ｃ〜１５００℃にて１
時間大気中で焼成する。この焼成後、一対の電極パター
ンの端部にサーミスタのパターンを印刷し、乾燥した後
に、１３００℃〜１３５０℃にて大気中で１時間焼成す
る。

次に、上記の様にして製造された触媒劣化検知センサ］
の動作を、第３図及び第５図に基づいて説明する。

まず、内燃機関２が作動すると、排ガスは三元触媒４に
送ら札　二の三元触媒４で未燃ガスの平衡化が行わ札　
排ガスが浄化される。

そして、三元触媒４が劣化している場合に（表排ガスは
浄化が十分に行われないまま三元触媒４から排出さ札触
媒劣化検知センサ１に到達する。

ここで、触媒劣化検知センサ１の第１のサーミスタ１４
には触媒層２０が形成されているので、この触媒層２０
によって未燃ガスの平衡化が促進さね　それにともなう
反応熱によって温度が上昇する。従って、その温度を示
す第１のサーミスタ１４の出力信号がＥＣＵ３に入力さ
れる（ステップ１００）。一方、第２のサーミスタ１６
に（よ触媒層２０が形成されていないので平衡化が促進
されない。よって、温度は排ガスの温度以上に上昇しな
いので、第１のサーミスタ１４より低い温度を示す出力
信号がＥＣＵ３に入力される（ステップ１１０）。

そして、上記両サーミスタ１４．１６の出力信号が入力
されたＥＣＵ３で（友上記両出力信号の墓　つまり温度
差へＴを求め（ステップ１２０）、第１のサーミスタ１
４の示す温度が、第２のサーミスタ１６の示す温度より
所定値△ＴＯ（例えば５０℃）以上であるか否か、即ち
温度差へＴが所定値へＴＯ以上であるか否かを判定する
（ステップ１３０）。

ここで、温度差へＴが所定値へＴＯ以上であると判定さ
れると、三元触媒４が劣化しているとみなされて、三元
触媒４の劣化を報知するチエツクランプ２９を点灯しく
ステップ１４０）、一方、温度差△Ｔが所定値へＴＯ未
満であると判定されると、三元触媒４は正常であると判
断されて一旦本処理を終了する。

この様に本実施例で（よ触媒層２０を設けた第１のサー
ミスタ１４と、触媒層２０を設けない第２のサーミスタ
］６を用い、その両サーミスタ］４、］６の出力信号に
基づいて求められる温度差△Ｔに応じて、簡単な構成で
的確に三元触媒４の劣化を検出することができるという
顕著な効果を奏する。

尚、上記第１の実施例において、第２のサーミスタ１６
の表面１：、第１のサーミスタ１４の触媒層２０よりも
触媒能力が低い、即ち極わずかの触媒を担持した触媒層
（図示せず）を形成したものを製造しん　この場合にも
、第１実施例とほぼ同様に温度差へＴ′が検出でき、三
元触媒４の劣化を検出することができる。

次に、第２実施例の触媒劣化検知センサ３０について、
第６図に基づいて説明する。

図に示すように、第２実施例の触媒劣化検知センサ３０
［ｉ　セラミックスからなる中間断熱層を用いるのでは
なく、セラミックス基板３１．　３２の間に空間３３を
設ける点が、第１実施例と大きく異なる点である。

即ち、触媒層３４を備えた第１のサーミスタ３５を形成
したセラミックス基板３１と、触媒層を備えない第２の
サーミスタ３６を形成したセラミックス基板３２との間
隔を０．１〜０．　２ｍｍあけた以外（よ上述した第１
実施例の触媒劣化検知センサ１とほぼ同様である。尚、
電極線３７〜４０の表面にはそれぞれ絶縁層４１．４２
が形成しである。

この第２の実施例においても、第１実施例と同様１：、
好適に三元触媒４の劣化を検出することができる。尚、
第２実施例の触媒劣化検知センサ３０を製造する場合に
は、上述した第１実施例の製造方法を適用できる。

次に、第３実施例の触媒劣化検知センサ５０について、
第７図に基づいて説明する。

図に示すように　第３実施例の触媒劣化検知センサ５０
（表　４つ穴碍管５］に一対のペレット状サーミスタ５
２．５３を対向配置したものである。

即ち、４つ穴碍管５１の一対の貫通孔５４，５５をつな
ぐように溝部５６を形成し、その溝部５６にペレット状
サーミスタ５３を嵌め込んでセラミックペースト５８を
用いて固定する。それとともにサーミスタ５３から伸び
る電極線５９．６０を各々貫通孔５４．５５に通す。そ
して、もう−方のサーミスタ５２も同様にして溝部６２
に固定し、このサーミスタ５２の表面にのみ触媒層６３
を形成する。

この触媒劣化検知センサ５０１ｉ４つ穴碍管５１の溝部
５６，６２にサーミスタ５２．５３を差込み、触媒層６
３を形成するだけでよいので、製造が非常に簡単でしか
も頑丈であるという利点がある。

次に、第４実施例の触媒劣化検知センサ７０について、
第８図に基づいて説明する。

図に示すように、第４実施例の触媒劣化検知センサ７０
（Ｌ４つ穴碍管７］に、一対のサーモカップル７２．７
３を対向配置したものである。

即ち、４つ穴碍管７］の二対の貫通孔７４〜７７に、各
々サーモカップル７２．７３を差込み、一方のサーモカ
ップル７２には触媒を担持した触媒層７８を形成すると
ともに、他方のサーモカップル７９には触媒を担持しな
い絶縁層７９を形成したものである。

この様１ミサーモカップル７２．７３を使用した場合に
も、良好な触媒劣化検知センサ７０を製造できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこの
様な実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施でき
ることは勿論である。

例え１戴サーミスタやサーモカップル以外にも、白金温
度センサ等の各種の温度センサに適用できる。また、用
途も、触媒劣化検知センサ以外にもガス反応の程度を検
知する各種のガスセンサとして使用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の触媒劣化検知センサは、
触媒層を備えた第１の温度検出部と、触媒層を備えない
或は第１の温度検出部より触媒能力の低い触媒層を備え
た第２の温度検出部とを備え、第１の温度検出部と第２
の温度検出部との出力の差を検出するものである。従っ
て、その出力の差に基づいて、容易に未燃ガス等のガス
反応の程度を検知して、触媒の劣化を検出することがで
きる。また、その構造が単純であるので、製造が容易で
故障が少なく耐久性に富むものとなる；

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成の例示図、第２図は本発明
の詳細な説明するグラフ、第３図は触媒劣化検知センサ
周辺の装置構成を示す説明図、第４図（Ａ）は第１実施
例の触媒劣化検知センサを一部破断して示す斜視図、第
４図（Ｂ）はその裏面を一部破断して示す説明図、第５
図は触媒劣化検知センサの出力の処理を示すフローチャ
ート第６図（Ａ）は第２実施例の触媒劣化検知センサを
一部破断して示す斜視図、第６図（Ｂ）はその裏面を一
部破断して示す説明図、第７図（Ａ）は第３実施例の触
媒劣化検知センサの分解斜視図、第７図（Ｂ）はその断
面図、第８図は第４実施例の触媒劣化検知センサを示す
斜視図である。 Ｍ］・・・第１の温度検出部 Ｍ２・・・第２の温度検出部 Ｍ３・・・出力差検出部 １、　３０．　５０．　７０・・・触媒劣化検知センサ
４・・・三元触媒 １４、　１６．　３５．　３６．　５２．　５３・・・
サーミスタ ２０．３４，６３．７８・・・触媒層 ７２．７３・・・サーモカップル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼反応ガスの反応を促進する触媒の下流側に配置
   されて、該触媒の劣化を検知する触媒劣化検知センサで
   あつて、上記ガス中の成分の反応を促進する触媒層を備
   えた第１の温度検出部と、上記触媒層を備えない或は上
   記第１の温度検出部より触媒能力の低い触媒層を備えた
   第２の温度検出部と、上記第１の温度検出部と第２の温
   度検出部との出力の差を検出する出力差検出部と、 を備えたことを特徴とする触媒劣化検知センサ。