催化剂劣化判断系统及催化剂劣化判断方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种能够以良好的精度进行氧化催化剂的劣化判断的方法。一种用于对设置在内燃机的排气路径上，并对包含排气中的HC及CO中的至少一者的对象气体进行氧化或吸附的催化剂的劣化程度进行判断的系统，其具备：温度传感器，其用于在排气路径的催化剂的上游侧测量排气的温度；气体传感器，其用于在排气路径的下游侧检测对象气体，并输出与浓度相对应的输出值；及控制单元，其用于判断催化剂的劣化，根据催化剂的温度记录着用于催化剂的劣化判断的阈值的阈值数据在被预先确定之后，保存在规定的存储部中，控制单元至少基于气体传感器中的输出值、根据温度传感器中的测量值而确定的催化剂的温度、以及阈值数据所记述的该催化剂的温度下的阈值，对催化剂中的劣化程度进行判断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于判断催化剂的劣化程度的系统，其中所述催化剂用于对未燃烧的烃气体进行氧化或吸附。
技术介绍
在现有技术中，关于汽车用的尾气净化系统的OBD(功能判断)，即关于在该系统中用于判断催化剂是否在正常工作的功能，以汽车厂商为核心，申请了数量众多的专利，其大部分采用尾气温度传感器、氧传感器、宽域氧浓度传感器(λ传感器)、NOx传感器、PM传感器，判断对象为三效催化剂、氧化催化剂、NOx储存催化剂、NOx选择性还原催化剂、柴油烟灰捕集过滤器(DPF)(例如，参照专利文献1至专利文献5)。另一方面，作为汽车尾气检测用的烃气体传感器(HC传感器)，研究开发了各种各样原理、类型的产品。例如，能够选择性地检测出可以适用于沸石催化剂中NOx的净化控制的大分子量的HC(烃)的半导体型的HC传感器已经被人们所公知(例如，参照专利文献6)。作为HC传感器，其他的接触燃烧型、氧浓度差检测型、极限电流型、混合电位型的产品等被广泛所知，数量众多的专利被申请，并在公历2000年前后达到顶峰。但却是设想将这些HC传感器主要用在搭载于理论当量比(空气过剩率λ＝1)燃烧或稀薄燃烧(稀燃模式，λ>1)的汽油机的尾气净化装置(TWC：三效催化剂，NSC：NOx储存催化剂)的净化性能检查或柴油发动机中未燃烧的烃喷射量的控制等中。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-263048号公报专利文献2：日本特开2005-240716号公报专利文献3：日本特开2012-036860号公报专利文献4：日本特开2012-241594号公报专利文献5：日本特开平7-103039号公报专利文献6：日本特许第2876793号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题进入公历2010年代，在北美加强了对尾气的限制，在其中，针对柴油发动机车辆的氧化催化剂的OBD在将来会义务化。具体来说，相对于柴油发动机用的氧化催化剂，在作为柴油发动机的排气气氛的O2(氧)过剩气氛下，有必要实施以NMHC(NomMethaneHydroCarbon：非甲烷烃)为对象的OBD。但是，如专利文献1至专利文献5所公开的在使用现有技术中公知的传感器方法的情况下，存在无法应对这种OBD，或者仅仅能够间接地进行判断的问题。例如，专利文献1中公开了利用如下关系性的方法，在氧化催化剂中未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能降低的情况下，发热能量也降低。简单来说，在配置于排气路径中的氧化催化剂前后(上游侧及下游侧)的尾气温度传感器上，测量燃料喷射时产生的温度差△T，根据该值来间接判断氧化催化剂中未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能的劣化程度。但是，在这种方法的情况下，存在实际使用时的尾气温度及尾气流量的变化导致误差因子过大的问题、或用于促进发热的燃料喷射量较大，从而无法避免燃料效率差的问题。另外，专利文献2中公开了利用如下情况的方法，在氧化催化剂中未燃烧的烃的变换性能降低的情况下，氧化燃烧时的氧的消耗量会发生变化。简单来说，基于配置在排气路径中的氧化催化剂前后的两个宽域氧浓度传感器(λ传感器)的输出值λF、λR的差△λ或者两个氧传感器的输出值(电动势值)的差，测量氧化催化剂中氧的消耗量，根据该值的变化来间接判断氧化催化剂上未燃烧的烃的变换性能的劣化程度。但是，相对于O2过剩气氛的柴油排气中的氧浓度为10％(＝100000ppm)的情况，氧化催化剂所变换的(使其氧化燃烧)烃的量(浓度)通常为数百ppm，使这种微量的烃燃烧的情况下所消耗的氧的量(浓度)只不过最多数百ppm。这种情况即意味着为了利用空燃比传感器或氧传感器判断氧化催化剂的劣化，需要精确地算出相当于ppm级的氧的消耗量变化的△λ或电动势差，但原本在空燃比传感器及氧传感器上，无法获得达到此程度的测量精度。另外，专利文献3中公开了如下方法，关于对NO进行氧化制成NO2的氧化催化剂，在排气路径上将NOx传感器配置在该氧化催化剂的下游侧，基于其输出值(电动势值)与预先规定的图，对氧化催化剂的劣化程度进行判定。但是，通过这种方法即使能够判断氧化催化剂的NO氧化性能，但无法将这样的判断结果适用于未燃烧的烃的变换(氧化燃烧)性能的判断上。其原因在于，由于相对于各种气体(例如，HC、CO、NO等)，贵金属催化剂及吸藏材料的功能不同，因此各气体中的尾气温度与变换率(氧化性能)的关系也不相同，在它们之间不存在明确的相关性。此外，由于将推断值用于发动机刚排出的尾气中的NOx值或者在设定这种推断值时，没有考虑发动机转速及发动机负载之外的要素等，因此可以知晓根据使用状况也有推断精度显著降低的可能性。另外，专利文献4中公开了如下方法，将尾气温度传感器与λ传感器一并配置在氧化催化剂的前后，基于从氧化催化剂在正常时的HC吸藏能量的推断值得到的必要氧量与基于传感器的输出值而计算的氧化催化剂实际消耗的氧的量即实际氧消耗量的推断值，判断氧化催化剂的劣化程度。但是，这种方法仅仅不过是基于推断值进行判断，存在无法避免来自各传感器的信号的误差的影响，判断精度低的问题。另外，专利文献5中公开了以汽油机的TWC或NSC为判断对象的系统。在专利文献5中，对于O2过剩状态下柴油排气中的氧化催化剂判断没有做任何公开。本专利技术是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够精确地对氧化催化剂的劣化程度进行判断的方法。用于解决课题的技术方案为解决上述课题，第一方案是一种如下的对催化剂的劣化程度进行判断的催化剂劣化判断系统，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断系统的特征在于，具备：温度传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的上游侧，且在所述上游侧测量含有所述对象气体的所述排气的温度；第一气体传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的下游侧，且在所述下游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值；以及控制单元，其用于判断所述催化剂的劣化，规定的存储部中保存有预先确定的阈值数据，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值，所述控制单元至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对催化剂的劣化程度进行判断的催化剂劣化判断系统，该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中所含的烃气体及一氧化碳气体的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所述催化剂劣化判断系统的特征在于，具备：温度传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的上游侧，且在所述上游侧测量含有所述对象气体的所述排气的温度；第一气体传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的下游侧，且在所述下游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输出值；以及控制单元，其用于判断所述催化剂的劣化，所述控制单元具备存储部，规定的存储部中保存有预先确定的阈值数据，所述阈值数据由对应于催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值，所述控制单元至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，对所述催化剂的劣化程度进行判断。

【技术特征摘要】
2014.12.03 JP 2014-2449951.一种用于对催化剂的劣化程度进行判断的催化剂劣化判断系统，
该催化剂设置在内燃机的排气路径上，对含有来自于所述内燃机的排气中
所含的烃气体及一氧化碳气体的至少一者的对象气体进行氧化或吸附，所
述催化剂劣化判断系统的特征在于，具备：
温度传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的上游侧，且在所
述上游侧测量含有所述对象气体的所述排气的温度；
第一气体传感器，其设置在所述排气路径中所述催化剂的下游侧，且
在所述下游侧检测所述对象气体，并输出与所述对象气体的浓度相应的输
出值；以及
控制单元，其用于判断所述催化剂的劣化，
所述控制单元具备存储部，
规定的存储部中保存有预先确定的阈值数据，所述阈值数据由对应于
催化剂温度的阈值构成，所述阈值为用于催化剂劣化判断的值，
所述控制单元至少基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所
述温度传感器中的测量值而确定的所述催化剂的温度、及所述阈值数据中
对应于该催化剂温度的所述阈值，对所述催化剂的劣化程度进行判断。
2.根据权利要求1所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
将所述催化剂的上游侧的所述对象气体的浓度表示为Nu，将所述催
化剂的下游侧的所述对象气体的浓度表示为Nl时，将使用由变换率(％)
＝100×(Nu-Nl)/Nu的计算式定义的变换率作为指标值，来表示所述催
化剂中发生的氧化或吸附的程度，
所述阈值是基于所述计算式而确定的。
3.根据权利要求2所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先
根据所述催化剂可取的温度而确定的，并且，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下
所述容许变换率范围的下限值与进行所述催化剂的劣化判断时所述催化
剂的上游侧所述对象气体可取的浓度范围即上游侧气体浓度范围的上限

\t值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为所述阈值，
在基于所述第一气体传感器中的所述输出值所确定的所述催化剂的
下游侧的所述对象气体的浓度为小于等于所述阈值的情况下，判断为所述
催化剂中没有发生超过容许的程度的劣化，
在基于所述第一气体传感器中的所述输出值所确定的所述催化剂的
下游侧的所述对象气体的浓度大于所述阈值的情况下，判断为所述催化剂
中发生了超过容许程度的劣化。
4.根据权利要求2所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述内燃机响应来自所述控制单元的喷射指示，能有意地生成含有浓
度比所述内燃机处于稳定运转状态时所述对象气体的浓度更高的对象气
体的判断用气体气氛，
所述催化剂中所容许的所述变换率的范围即容许变换率范围，是预先
根据所述催化剂可取的温度及劣化判断时所述催化剂的上游侧所述对象
气体可取的浓度范围而确定的，并且，
在所述阈值数据中，针对所述催化剂的可取温度，将通过把该温度下
所述容许变换率范围的下限值与所述内燃机处于稳定运转状态时所述催
化剂的所述上游侧所述对象气体可取的浓度范围即稳定时上游侧气体浓
度范围的上限值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第一所述
阈值，并且，
将通过把该温度下所述容许变换率范围的下限值与所述判断用气体
气氛在所述上游侧可取的浓度范围即判断时上游侧气体浓度范围的上限
值代入所述计算式中所算出的所述Nl的值规定为第二所述阈值，
可选择性地实施如下的第一劣化判断和第二劣化判断中的一方或双
方：
所述第一劣化判断，在所述内燃机处于稳定运转状态下的任意时点可
实施，基于所述第一气体传感器中的所述输出值、根据所述温度传感器中
的测量值所确定的该时点上所述催化剂的温度、及所述阈值数据所记录的
该催化剂的温度下的所述第一所述阈值，来判断所述催化剂中的劣化程
度；
所述第二劣化判断，在使所述判断用气体气氛导入至所述催化剂之后

\t实施，基于所述判断用气体从所述催化剂排出的时点上所述第一气体传感
器中的所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述判断用
气体气氛在导入时点上所述催化剂的温度、及与该时点上所述催化剂的温
度相对应的所述第二所述阈值，判断所述催化剂的劣化程度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的催化剂劣化判断系统，其
特征在于，
所述第一气体传感器是混合电位型烃气体传感器，
所述混合电位型烃气体传感器的检测电极为Pt-Au合金电极，且所述
检测电极中的催化活性被失效。
6.根据权利要求1所述的催化剂劣化判断系统，其特征在于，
所述催化剂劣化判断系统还具备第二气体传感器，该第二气体传感器
设置在所述排气路径上所述催化剂的上游侧，用于在所述上游侧检测所述
对象气体，并输出与所述对象气体的浓度对应的输出值，
所述控制单元基于所述第一气体传感器及所述第二气体传感器中的
所述输出值、根据所述温度传感器中的测量值所确定的所述催化剂的温
度、及所述阈值数据中对应于该催化剂温度的所述阈值，判断所述催化剂
的劣化程度。
7.根据权利要求6所述的催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：中曾根修，平田纪子，中山裕葵，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP