JPH11190709A - 触媒の機能性監視方法 - Google Patents
触媒の機能性監視方法Info
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- JPH11190709A JPH11190709A JP10289354A JP28935498A JPH11190709A JP H11190709 A JPH11190709 A JP H11190709A JP 10289354 A JP10289354 A JP 10289354A JP 28935498 A JP28935498 A JP 28935498A JP H11190709 A JPH11190709 A JP H11190709A
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- Catalysts (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒活性積層を有する反応熱センサを用いて
の温度測定によって、ラムダセンサ制御の燃焼設備の排
ガス精製用触媒の機能性を監視するための方法を提供す
る。 【解決手段】 本方法は、個々の非変換排ガス構成要素
の含有量および触媒の実際の熱負荷に関する解明を与え
る。反応熱センサの測定値は、ラムダ−センサの通常の
制御周波数に対応する時間間隔で検出される。その際方
形関数が生じ、振幅の高さが個々の非変換排ガス成分の
含有量に対する尺度となる。方形関数の整流により、触
媒の平均温度に結びつけることが出来る。
の温度測定によって、ラムダセンサ制御の燃焼設備の排
ガス精製用触媒の機能性を監視するための方法を提供す
る。 【解決手段】 本方法は、個々の非変換排ガス構成要素
の含有量および触媒の実際の熱負荷に関する解明を与え
る。反応熱センサの測定値は、ラムダ−センサの通常の
制御周波数に対応する時間間隔で検出される。その際方
形関数が生じ、振幅の高さが個々の非変換排ガス成分の
含有量に対する尺度となる。方形関数の整流により、触
媒の平均温度に結びつけることが出来る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒活性積層を有
する反応熱センサであって排ガスが触媒活性積層で発熱
変換を受ける反応熱センサでの温度測定によって、ラム
ダ−センサ制御の燃焼設備の排ガス精製用触媒の機能性
を監視する方法に関する。
する反応熱センサであって排ガスが触媒活性積層で発熱
変換を受ける反応熱センサでの温度測定によって、ラム
ダ−センサ制御の燃焼設備の排ガス精製用触媒の機能性
を監視する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】DE 37 20 684 A1 からこの種の方法が周
知であるが、この方法にあっては、原料ガス内の未燃焼
燃料成分の後燃焼の際に発生する燃焼エンタルピーが測
定される。ラムダ−センサが被加熱触媒ユニットの背後
に配置され、触媒の加熱調整機構と結合される。空気の
貫流の際の基準−熱出力が、触媒ユニットにおける燃焼
可能な排ガス成分の変換の際に対応する反応熱により低
減される熱出力に関係付けられる。この方法により、一
方において排ガス内における未燃焼成分に関する総含有
量が確定され、他方において熱出力を介して間接的に触
媒の温度が推論され得るにすぎない。さらに、ラムダ−
センサを使って、空気−燃料比が決定される。この方法
により、機関の燃焼特性ないし挙動が特徴付けられる。
知であるが、この方法にあっては、原料ガス内の未燃焼
燃料成分の後燃焼の際に発生する燃焼エンタルピーが測
定される。ラムダ−センサが被加熱触媒ユニットの背後
に配置され、触媒の加熱調整機構と結合される。空気の
貫流の際の基準−熱出力が、触媒ユニットにおける燃焼
可能な排ガス成分の変換の際に対応する反応熱により低
減される熱出力に関係付けられる。この方法により、一
方において排ガス内における未燃焼成分に関する総含有
量が確定され、他方において熱出力を介して間接的に触
媒の温度が推論され得るにすぎない。さらに、ラムダ−
センサを使って、空気−燃料比が決定される。この方法
により、機関の燃焼特性ないし挙動が特徴付けられる。
【０００３】さらに、DE 4020 383 A1から、排ガス精製
用触媒の保護方法が周知であるが、この方法にあっては
反応熱センサが利用され、この反応センサが触媒の前の
排ガス流中に配置される。反応センサは、触媒活性積層
を有する抵抗性温度フィーラーより成る。この反応熱セ
ンサに、後切替えされる触媒と同じ発熱反応が起こり、
その結果それから未燃焼の排ガス成分の含有量が推論さ
れ得る。触媒活性積層をもたない第２の温度フィーラー
を介して、排ガスまたは触媒の温度を検出することがで
きる。個々の排ガス成分の選択的な検出は、DE 40 20 3
83 A1 に従う方法では可能ではない。
用触媒の保護方法が周知であるが、この方法にあっては
反応熱センサが利用され、この反応センサが触媒の前の
排ガス流中に配置される。反応センサは、触媒活性積層
を有する抵抗性温度フィーラーより成る。この反応熱セ
ンサに、後切替えされる触媒と同じ発熱反応が起こり、
その結果それから未燃焼の排ガス成分の含有量が推論さ
れ得る。触媒活性積層をもたない第２の温度フィーラー
を介して、排ガスまたは触媒の温度を検出することがで
きる。個々の排ガス成分の選択的な検出は、DE 40 20 3
83 A1 に従う方法では可能ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、個々の非変
換の排ガス成分の含有量と触媒の実際の熱的負荷につい
ての解明を与える、触媒の機能性を監視する方法を提供
することをその課題とする。
換の排ガス成分の含有量と触媒の実際の熱的負荷につい
ての解明を与える、触媒の機能性を監視する方法を提供
することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のに従うと、上述
の課題は、交番的に、まず、触媒ユニットの流入範囲に
おいて排ガス流内に配置されかつ触媒ユニットと同じ触
媒活性積層を有する反応熱センサの測定値を、ラムダセ
ンサの制御周波数に対応する時間間隔で採取し、それに
より時間軸に関して振幅を有する長方形関数を生じさ
せ、振幅の高さを排ガス中の未変換炭化水素、一酸化炭
素および水素の含有量に対する尺度とし、そしてついで
この測定値を再度整流し、それにより反応熱を含め触媒
ユニットの平均温度に対する値を得ることにより解決さ
れる。
の課題は、交番的に、まず、触媒ユニットの流入範囲に
おいて排ガス流内に配置されかつ触媒ユニットと同じ触
媒活性積層を有する反応熱センサの測定値を、ラムダセ
ンサの制御周波数に対応する時間間隔で採取し、それに
より時間軸に関して振幅を有する長方形関数を生じさ
せ、振幅の高さを排ガス中の未変換炭化水素、一酸化炭
素および水素の含有量に対する尺度とし、そしてついで
この測定値を再度整流し、それにより反応熱を含め触媒
ユニットの平均温度に対する値を得ることにより解決さ
れる。
【０００６】ラムダ−センサ制御燃焼設備は、混合物組
成が可能な限り狭い範囲で最適化されることをその特徴
とする。ラムダ−センサは、空気−燃料比がほぼラムダ
0.98ないしラムダ1.02の範囲にあることが配慮される。
これにより、燃焼が最適化されるが、この燃焼設備の排
ガス流内に、炭化水素、一酸化炭素、水素および酸化窒
素のような有害物質がなお包含されており、これらが触
媒での処理により変換可能な物質に変換されねばならな
い。例えば自動車両の車両運転中における排ガス精製設
備内のこの種の触媒の機能性の簡単な監視が、触媒ユニ
ットそれ自体と同じ触媒活性積層を備える反応熱センサ
を、触媒ユニットの直ぐ前の排気ガス管内にあるいは触
媒ユニットの流入範囲に配置することによって可能とな
る。反応熱センサの測定値は、ラムダ−センサの通常の
制御周波数に対応する時間間隔で検出される。通常、ラ
ムダ−制御周波数は１ないし３ヘルツにある。ラムダ１
辺りの調整は、炭化水素、一酸化炭素、水素（ＨＣ、Ｃ
Ｏ、Ｈ2 ）または窒素酸化物（ＮＯX ）の同時の酸化ま
たは還元を可能にする。還元反応も酸化反応も発熱的に
起こる。酸化反応（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 の）の際の発熱は
もちろん還元反応（ＮＯX の）の際の発熱よりも相当に
大きい。この著しく異なる反応熱は、当該触媒活性層に
触媒自体におけるのと同様の反応が起こる反応熱センサ
の測定信号が、対応的に短い間隔で採取されると検出で
きる。この決定された温度測定値は、時間軸上に置く
と、理想的には方形関数を表わす。実際の測定に際して
は、実際の温度センサの熱的時間特性により、すなわ
ち、その応答時間がたいていラムダ−制御周波数よりも
非常に速くはないという熱的時間特性により、実際の方
形関数は常に鋭くは表されず、持続的な曲線に「削られ
る」。ラムダ−制御周波数よりも実質的に長い応答時間
をもつセンサの際には、方形信号は直線に平坦化され
る。ここで、方形関数の振幅の高さは、排ガス中の非変
換有害物質に関する含有量に対する尺度である。触媒が
完全に機能していると、反応熱は９８％程度ＨＣ、Ｃ
Ｏ、Ｈ2の酸化に基づき、８％程度のＮＯXの還元に基づ
く。適合した評価方法を用いると、振幅の高さは、各有
害物質群の含有量に直接結びつけられる。かくして、触
媒積層の触媒活性についての固有値が得られる。
成が可能な限り狭い範囲で最適化されることをその特徴
とする。ラムダ−センサは、空気−燃料比がほぼラムダ
0.98ないしラムダ1.02の範囲にあることが配慮される。
これにより、燃焼が最適化されるが、この燃焼設備の排
ガス流内に、炭化水素、一酸化炭素、水素および酸化窒
素のような有害物質がなお包含されており、これらが触
媒での処理により変換可能な物質に変換されねばならな
い。例えば自動車両の車両運転中における排ガス精製設
備内のこの種の触媒の機能性の簡単な監視が、触媒ユニ
ットそれ自体と同じ触媒活性積層を備える反応熱センサ
を、触媒ユニットの直ぐ前の排気ガス管内にあるいは触
媒ユニットの流入範囲に配置することによって可能とな
る。反応熱センサの測定値は、ラムダ−センサの通常の
制御周波数に対応する時間間隔で検出される。通常、ラ
ムダ−制御周波数は１ないし３ヘルツにある。ラムダ１
辺りの調整は、炭化水素、一酸化炭素、水素（ＨＣ、Ｃ
Ｏ、Ｈ2 ）または窒素酸化物（ＮＯX ）の同時の酸化ま
たは還元を可能にする。還元反応も酸化反応も発熱的に
起こる。酸化反応（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 の）の際の発熱は
もちろん還元反応（ＮＯX の）の際の発熱よりも相当に
大きい。この著しく異なる反応熱は、当該触媒活性層に
触媒自体におけるのと同様の反応が起こる反応熱センサ
の測定信号が、対応的に短い間隔で採取されると検出で
きる。この決定された温度測定値は、時間軸上に置く
と、理想的には方形関数を表わす。実際の測定に際して
は、実際の温度センサの熱的時間特性により、すなわ
ち、その応答時間がたいていラムダ−制御周波数よりも
非常に速くはないという熱的時間特性により、実際の方
形関数は常に鋭くは表されず、持続的な曲線に「削られ
る」。ラムダ−制御周波数よりも実質的に長い応答時間
をもつセンサの際には、方形信号は直線に平坦化され
る。ここで、方形関数の振幅の高さは、排ガス中の非変
換有害物質に関する含有量に対する尺度である。触媒が
完全に機能していると、反応熱は９８％程度ＨＣ、Ｃ
Ｏ、Ｈ2の酸化に基づき、８％程度のＮＯXの還元に基づ
く。適合した評価方法を用いると、振幅の高さは、各有
害物質群の含有量に直接結びつけられる。かくして、触
媒積層の触媒活性についての固有値が得られる。
【０００７】触媒の機能性の他の特徴は、過熱による触
媒の破壊のため、この構成要素の熱的負荷である。その
ため、触媒の絶対温度の検出は、同様に重要である。本
発明の方法により決定された発熱センサの測定値の簡単
な電子的な整流により、その値から生じた反応熱を含む
触媒の平均の温度が検出できる。現在の技術状態から周
知であるような第２の温度フィーラーはここでは必要と
しない。
媒の破壊のため、この構成要素の熱的負荷である。その
ため、触媒の絶対温度の検出は、同様に重要である。本
発明の方法により決定された発熱センサの測定値の簡単
な電子的な整流により、その値から生じた反応熱を含む
触媒の平均の温度が検出できる。現在の技術状態から周
知であるような第２の温度フィーラーはここでは必要と
しない。
【０００８】特許請求の範囲請求項２以下は、請求項１
に従う発明の好ましい進んだ実施形態に関する。
に従う発明の好ましい進んだ実施形態に関する。
【０００９】例えばラムダ−センサの後調整のため方形
関数の振幅関数に調整されたトリガ結線をラムダの決定
に付加的に利用するのが目的に適っていることが分かっ
た。
関数の振幅関数に調整されたトリガ結線をラムダの決定
に付加的に利用するのが目的に適っていることが分かっ
た。
【００１０】本発明の方法に適合した反応熱センサは、
好ましくは抵抗センサまたは熱電対であるが、この場
合、触媒自体と同じ触媒活性積層が感知性層上に被着さ
れる。負の温度係数を有する抵抗センサならびに正の温
度係数を有する抵抗センサも適当である。
好ましくは抵抗センサまたは熱電対であるが、この場
合、触媒自体と同じ触媒活性積層が感知性層上に被着さ
れる。負の温度係数を有する抵抗センサならびに正の温
度係数を有する抵抗センサも適当である。
【００１１】特に短い応答時間に関しては、抵抗センサ
を特に小さくかつ僅かの熱質量をもって構成するのが有
利であることが分かった。そのため、反応熱センサの感
知性層は、薄い支持体上に薄膜技術で被着されるのが好
ましい。抵抗センサの場合、感知性層は例えば白金から
構成される。さらに、白金層が薄い耐高温度性の膜上に
被着される場合、抵抗センサは極度に僅かな熱質量をも
って、そのため非常に短い応答時間をもって構成され
る。他の実施形態においては、白金より成る極細線から
構成してもよい。同様に、反応熱センサは、薄膜熱電対
として構成してもよいし、２本の非常に細い熱線により
形成してもよい。
を特に小さくかつ僅かの熱質量をもって構成するのが有
利であることが分かった。そのため、反応熱センサの感
知性層は、薄い支持体上に薄膜技術で被着されるのが好
ましい。抵抗センサの場合、感知性層は例えば白金から
構成される。さらに、白金層が薄い耐高温度性の膜上に
被着される場合、抵抗センサは極度に僅かな熱質量をも
って、そのため非常に短い応答時間をもって構成され
る。他の実施形態においては、白金より成る極細線から
構成してもよい。同様に、反応熱センサは、薄膜熱電対
として構成してもよいし、２本の非常に細い熱線により
形成してもよい。
【００１２】好ましくは、発熱センサ上の触媒活性積層
は、例えば白金、ロジウムまたはパラジウムまたはその
化合物のような白金群金属を包含するのがよい。
は、例えば白金、ロジウムまたはパラジウムまたはその
化合物のような白金群金属を包含するのがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を好ま
しい具体例について説明する。図１に従うと、反応熱セ
ンサは、酸化アルミニウムより成る電気絶縁性基板２を
有する。この支持体上には、蛇行型に構成された白金層
３がリード線および接触フィールド４とともに被着され
ており、そしてこの白金層は、正の温度係数を有する電
気抵抗として機能する。白金層３上には、接触フィール
ド４を除き耐高温度性ガラスまたは酸化物被覆より成る
電気絶縁性被覆層５が配置されている。その上に、触媒
ユニットの触媒活性積層と同じ物質より構成された、例
えば白金−ロジウム混入物を有する酸化アルミニウム−
酸化セリウムを基材とする「ワッシュコウト」より成る
触媒活性積層６が存在する。反応熱センサ１の白金層３
の電気抵抗は温度とともに変わるから、センサ１の触媒
活性積層６上に（そして触媒の触媒活性層にも同様に）
進行する発熱反応が、高感度で記録される。
しい具体例について説明する。図１に従うと、反応熱セ
ンサは、酸化アルミニウムより成る電気絶縁性基板２を
有する。この支持体上には、蛇行型に構成された白金層
３がリード線および接触フィールド４とともに被着され
ており、そしてこの白金層は、正の温度係数を有する電
気抵抗として機能する。白金層３上には、接触フィール
ド４を除き耐高温度性ガラスまたは酸化物被覆より成る
電気絶縁性被覆層５が配置されている。その上に、触媒
ユニットの触媒活性積層と同じ物質より構成された、例
えば白金−ロジウム混入物を有する酸化アルミニウム−
酸化セリウムを基材とする「ワッシュコウト」より成る
触媒活性積層６が存在する。反応熱センサ１の白金層３
の電気抵抗は温度とともに変わるから、センサ１の触媒
活性積層６上に（そして触媒の触媒活性層にも同様に）
進行する発熱反応が、高感度で記録される。
【００１４】図２は、非常に早い応答時間を有する実施
形態を示すもので、この形態にあっては、対応する被覆
層５と触媒活性層６を有する機能的白金層３が、極薄の
（μｍ以下の）膜２１上に被着されている。図１および
図２に示される反応熱センサ１は、好ましい実施形態に
おいてはＳＭＤ−構成において支持体モジュール７上に
接合される（図３参照）。この支持体モジュール７それ
自体も、耐高温度性で膨張率の適合した物質（好ましく
はＡｌ2Ｏ3）から成り、供給導電路８を備えている。こ
の導電路は接続パッド９で終わるから、通常の標準ハウ
ジング内への接続および接合が可能である（図４参
照）。
形態を示すもので、この形態にあっては、対応する被覆
層５と触媒活性層６を有する機能的白金層３が、極薄の
（μｍ以下の）膜２１上に被着されている。図１および
図２に示される反応熱センサ１は、好ましい実施形態に
おいてはＳＭＤ−構成において支持体モジュール７上に
接合される（図３参照）。この支持体モジュール７それ
自体も、耐高温度性で膨張率の適合した物質（好ましく
はＡｌ2Ｏ3）から成り、供給導電路８を備えている。こ
の導電路は接続パッド９で終わるから、通常の標準ハウ
ジング内への接続および接合が可能である（図４参
照）。
【００１５】図４には、発熱反応センサ１を有する支持
モジュール７のハウジング１０中への組込みが図示され
ているが、このハウジングは燃焼設備の排気ガス導管中
へねじ込むことができる。ハウジング１０の保護管１１
は、尖端の開口１２と側方の穿孔１２’を有しているか
ら、反応熱センサ中へのガスの侵入が起こり得る。その
ように収納されたセンサは、ラムダ制御の混合調整機構
を具備する自動車両排ガス精製設備の触媒の流入範囲に
組み込まれる。ラムダは0.98 (含有量の多い）ないし1.
02（含有量の少ない）の範囲で変動し、それにより反応
熱センサ１の触媒活性積層６でＨＣ、ＣＯ、Ｈ2および
ＮＯXの触媒的変換が可能である。この際に生ずる反応
熱は、反応熱センサ１の温度上昇としてラムダ−制御周
波数の時間間隔で記録され、図５〜図７にその経緯を示
してある。
モジュール７のハウジング１０中への組込みが図示され
ているが、このハウジングは燃焼設備の排気ガス導管中
へねじ込むことができる。ハウジング１０の保護管１１
は、尖端の開口１２と側方の穿孔１２’を有しているか
ら、反応熱センサ中へのガスの侵入が起こり得る。その
ように収納されたセンサは、ラムダ制御の混合調整機構
を具備する自動車両排ガス精製設備の触媒の流入範囲に
組み込まれる。ラムダは0.98 (含有量の多い）ないし1.
02（含有量の少ない）の範囲で変動し、それにより反応
熱センサ１の触媒活性積層６でＨＣ、ＣＯ、Ｈ2および
ＮＯXの触媒的変換が可能である。この際に生ずる反応
熱は、反応熱センサ１の温度上昇としてラムダ−制御周
波数の時間間隔で記録され、図５〜図７にその経緯を示
してある。
【００１６】図５は、時間に関する測定値の理想的経緯
をしている。それに対して、図６は、迅速な温度センサ
で温度を実際に測定した際の測定値の経緯を示してい
る。
をしている。それに対して、図６は、迅速な温度センサ
で温度を実際に測定した際の測定値の経緯を示してい
る。
【００１７】触媒の機能性の他の固有値として触媒の絶
対的平均温度の決定のため、第６図の方形関数は電子的
に整流される。図７に示される関数が得られ、これから
触媒におけるその都度の絶対温度を読み取ることができ
る。
対的平均温度の決定のため、第６図の方形関数は電子的
に整流される。図７に示される関数が得られ、これから
触媒におけるその都度の絶対温度を読み取ることができ
る。
【００１８】以上、本発明を好ましい具体例について説
明したが、これらは単なる例示であり、当業者であれ
ば、ここに図示説明されたものから種々の変更を思いつ
くことができよう。本発明の技術思想は特許請求の範囲
によってのみ限定されるものであることを理解された
い。
明したが、これらは単なる例示であり、当業者であれ
ば、ここに図示説明されたものから種々の変更を思いつ
くことができよう。本発明の技術思想は特許請求の範囲
によってのみ限定されるものであることを理解された
い。
【図１】本発明の反応熱センサの構造を示す概略線図で
ある。
ある。
【図２】本発明の反応熱センサの構造を示す概略線図で
ある。
ある。
【図３】本発明の反応熱センサの構造を示す概略線図で
ある。
ある。
【図４】反応熱センサのハウジング中への組込みを示す
一部断面の概略図である。
一部断面の概略図である。
【図５】反応熱センサの測定値の時間軸に関する経緯を
示す線図である。
示す線図である。
【図６】反応熱センサの測定値の時間軸に関する経緯を
示す線図である。
示す線図である。
【図７】反応熱センサの測定値の時間軸に関する経緯お
よび関数の整流による温度の経緯を示す線図である。
よび関数の整流による温度の経緯を示す線図である。
１ 反応熱センサ ２ 基板 ３ 白金層 ４ 接触フィールド ５ 被覆層 ６ 触媒活性層ないし積層 ７ 支持体モジュール ８ 供給導電路 ９ 接続パッド １０ ハウジング １１ 保護管 １２ 開口 １２’ 穿孔 ２１ 膜
Claims (5)
- 【請求項１】 触媒活性積層を有する反応熱センサであ
って、排ガスがこの触媒活性積層で発熱を伴う変換を受
ける反応熱センサを用いての温度測定によって、ラムダ
センサ制御の燃焼設備の排ガス精製用触媒の機能性を監
視するための方法であって、交番的に、まず、排ガス流
内に触媒ユニットの流入領域に配置されかつ触媒ユニッ
トと同じ触媒活性積層を有する反応熱センサの測定値を
ラムダ−センサの制御周波数に対応する時間間隔で採取
し、その際振幅を有する方形関数を軸線に関して生じさ
せ、振幅の高さを排ガス中の非変換炭化水素、一酸化炭
素および水素の含有量に対する尺度とし、そしてついで
この測定値を整流し、反応熱を含め触媒の平均温度に対
する値を生じさせることを特徴とする排ガス精製用触媒
の機能性を監視するための方法。 - 【請求項２】 方形関数の振幅に調整されたトリガ接続
を使用して排ガス中のラムダ値の追加の監視を行う請求
項１記載の排ガス精製用触媒の機能性を監視するための
方法。 - 【請求項３】 反応熱センサが抵抗センサまたは熱電対
であり、この抵抗センサまたは熱電対を、触媒ユニット
に対応する触媒活性積層で覆う請求項１または２記載の
排ガス精製用触媒の機能性を監視するための方法を実施
するための反応熱センサ。 - 【請求項４】 反応熱センサが負または正の温度係数を
有する抵抗センサである請求項３記載の反応熱センサ。 - 【請求項５】 触媒活性積層が白金群金属を包含する請
求項３記載の反応熱センサ。
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