特許 6556588 排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6556588

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 15/10 20060101AFI20190729BHJP

   G01M 3/00 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   G01M15/10

   G01M3/00 G

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-208737(P2015-208737)

(22)【出願日】2015年10月23日

(65)【公開番号】特開2017-83193(P2017-83193A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年8月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】594207610

【氏名又は名称】株式会社ベスト測器

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高宮 明豊

(72)【発明者】

【氏名】高橋 幸太郎

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１２６６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２３３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９２０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２８０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１７００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００５４２８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０２０３３１９２（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １５／１０

Ｇ０１Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能を評価する装置であって、
試験ガス供給部と、
内部に被評価物が収容され、前記試験ガス供給部から試験ガスの供給を受ける被評価物収容部と、
前記試験ガス供給部および前記被評価物収容部間にのびる試験ガス供給管路と、
前記試験ガス供給管路の途中に設けられ、試験ガスを加熱する加熱部と、
前記試験ガス供給管路における前記加熱部の下流側に設けられ、試験ガスから放熱させる熱交換部と、
前記熱交換部に冷却用流体を供給する冷却用流体供給部と、
前記熱交換部に前記冷却用流体よりも温度が高い高温流体を供給する高温流体供給部と、
前記被評価物収容部内に配置され、前記被評価物を通過する前の試験ガスの温度を測定する温度センサと、
前記被評価物の性能評価のための試験ガスの温度変化設定値の入力を受ける試験ガス温度設定部と、
前記温度センサの測定値に基づき、前記被評価物を通過する前の試験ガスの温度変化が前記温度変化設定値に一致するように、前記冷却用流体供給部の冷却用流体供給流量と前記高温流体供給部の高温流体供給流量を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とする装置。

【請求項2】

前記加熱部による試験ガスの加熱温度が、前記温度変化設定値のうちの最高値よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等のエンジンの排気系に備えられる排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能を評価する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車等のエンジンの排気系には、排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置が搭載されており、年々厳しさを増す排出ガス規制をクリアするためには、排ガス浄化触媒の性能の向上が不可欠とされ、そのため、排ガス浄化触媒の研究・開発が盛んに行われている。

【0003】

また、エンジンの排気系には、エンジンの動作制御や排ガス浄化装置の状態の監視を目的として排ガスセンサが配置されており、排ガス浄化触媒と同様、排出ガス規制の強化に伴い、排ガスセンサの性能をさらに向上させるべく、研究・開発が日々進められている。

【0004】

排ガス浄化触媒および排ガスセンサの研究・開発には、性能評価装置が用いられる。
そして、性能評価装置のガスセル内に排ガス浄化触媒または排ガスセンサが収容されるとともに、試験ガスが、試験モード（自動車排出ガス規制で定められる）で走行する間の実車に備えられた排ガス浄化触媒または排ガスセンサに供給される排ガスと同様の温度状態にされて、ガスセル内に導入され、性能評価が行われるようになっている。

【0005】

従来の性能評価装置として、例えば、ガス導入管およびガスセルを赤外線加熱部によって加熱するとともに、ガスセルの試験ガス入口の近傍を冷却部によって常時冷却するようにし、排ガス浄化触媒の直前に温度センサを配置し、温度センサの検出値に基づいて赤外線加熱部の加熱出力を制御しつつ温度センサの位置の試験ガス温度設定値に従って冷却部の冷却出力を制御し、試験ガス温度設定値が低温領域にあるときは、冷却部の冷却出力を高出力にし、高温領域にあるときは冷却部の冷却出力を低出力にし、それによって、試験ガスの温度を昇降させるようにした性能評価装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

ところで、実車においては、一般に、排ガス浄化触媒や排ガスセンサはエンジンのエキゾーストマニホールドの近傍に配置されており、排ガス浄化触媒等にはエンジンからの排ガスが直接的に供給される。
そのため、性能評価の精度を上げるには、ガスセル内の排ガス浄化触媒等に供給される試験ガスにおいて、試験モードで走行中の実車に備えられた排ガス浄化触媒等に供給される排ガスの温度および流量の変化が正確に再現されるようにすることが重要である。

【0007】

そして、実車においては、エンジンの高速回転時には、エンジンから大流量の高温の排ガスが排出される一方、エンジンの低速回転時には、エンジンから小流量の低温の排ガスが排出される。すなわち、実車のエンジンからの排ガスは、大流量・高温の状態と、小流量・低温の状態との間で過渡的に変化するという特性を有している。

【0008】

しかしながら、上記従来の性能評価装置では、温度センサの検出値に基づいて赤外線加熱部の加熱出力を制御することでガスセルに供給する試験ガスの温度制御を行い、しかも赤外線加熱部の加熱出力を瞬時に上昇させることができないので、ガスセルへの小流量・低温の試験ガスの供給状態から大流量・高温の試験ガスの供給状態に切り替えようとした場合に、試験ガスの流量が５０Ｌ／ｍｉｎを超えると、もはや試験ガスを高速で昇温させることができなかった。
つまり、上記従来の性能評価装置は、試験モードの限られた範囲内での実車の排ガスの温度および流量の変化を再現できるに過ぎなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第４８１３６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

したがって、本発明の課題は、試験モードで走行する実車の排ガスの温度および流量の変化を正確に再現できる排ガス浄化触媒または排ガスセンサの性能評価装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明によれば、排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能を評価する装置であって、試験ガス供給部と、内部に被評価物が収容され、前記試験ガス供給部から試験ガスの供給を受ける被評価物収容部と、前記試験ガス供給部および前記被評価物収容部間にのびる試験ガス供給管路と、前記試験ガス供給管路の途中に設けられ、試験ガスを加熱する加熱部と、前記試験ガス供給管路における前記加熱部の下流側に設けられ、試験ガスから放熱させる熱交換部と、前記熱交換部に冷却用流体を供給する冷却用流体供給部と、前記熱交換部に前記冷却用流体よりも温度が高い高温流体を供給する高温流体供給部と、前記被評価物収容部内に配置され、前記被評価物を通過する前の試験ガスの温度を測定する温度センサと、前記被評価物の性能評価のための試験ガスの温度変化設定値の入力を受ける試験ガス温度設定部と、前記温度センサの測定値に基づき、前記被評価物を通過する前の試験ガスの温度変化が前記温度変化設定値に一致するように、前記冷却用流体供給部の冷却用流体供給流量と前記高温流体供給部の高温流体供給流量を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とする装置が提供される。
この場合、前記被評価物は、少なくとも１つの排ガス浄化触媒、または少なくとも１つの排ガスセンサ、または排ガス浄化触媒と排ガスセンサとの任意の組み合わせからなっている。

【0012】

本発明の好ましい実施例によれば、前記加熱部による試験ガスの加熱温度が、前記温度変化設定値のうちの最高値よりも高くなっている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、加熱部による試験ガスの加熱を温度センサの測定値とは無関係に行うとともに、加熱部の下流側に設けた熱交換部への冷却用流体および高温流体の供給流量を当該温度センサの測定値に基づいて制御することで、被評価物に供給される試験ガスの温度変化を温度変化設定値に一致させるようにしている。

【0014】

そして、例えば、試験ガスを加熱部によって一定の高温に加熱した状態で、試験ガス供給部の試験ガス供給流量を小さくし、かつ熱交換部への高温流体の供給は行わずに熱交換部への冷却用流体の供給流量を大きくしたとき、試験ガスは熱交換部を低速で通過して試験ガスからの放熱が多くなるので、被評価物収容部に小流量の低温の試験ガスを供給することができ、そこから、試験ガス供給部の試験ガス供給流量を大きくするだけで、試験ガスは熱交換部を高速で通過して試験ガスからの放熱が少なくなり、それによって被評価物収容部に大流量の高温の試験ガスを供給することができる。

【0015】

また、例えば、試験ガスを加熱部によって一定の高温に加熱した状態で、試験ガス供給部の試験ガス供給流量を大きくし、かつ熱交換部への高温流体の供給は行わずに熱交換部への冷却用流体の供給流量を小さくしたとき、試験ガスは熱交換部を高速で通過して試験ガスからの放熱が少なくなるので、被評価物収容部に大流量の高温の試験ガスを供給することができ、そこから、試験ガス供給部の試験ガス供給流量を小さくするだけで、試験ガスは熱交換部を低速で通過して試験ガスからの放熱が多くなり、それによって被評価物収容部に小流量の低温の試験ガスを供給することができる。

【0016】

しかも、このような小流量で低温の試験ガスの供給状態と大流量で高温の試験ガスの供給状態を瞬時に切り替えることができる。
この試験ガスの供給の切り替えは、実車のエンジンからの排ガスの過渡変化の特性に一致する。すなわち、本発明によれば、試験モードで走行中の実車の排ガスの温度および流量の変化を正確に再現することができる。
また、熱交換部に冷却用流体と高温流体を混合したものを供給し、または熱交換部に高温流体のみを供給することで、試験ガスの放熱を抑制することができ、それによって、大流量の試験ガスをより高速で昇温させることが可能になる。

【0017】

さらには、試験ガスを加熱部によって一定の高温状態に加熱し、かつ試験ガスの供給流量を一定にした状態で、熱交換部への冷却用流体および高温流体の供給流量のみを変化させると、濃度が一定で、温度が異なる試験ガスを被評価物収容部に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の１実施による排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能評価装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の別の実施例による排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能評価装置の概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、本発明の１実施例による排ガス浄化触媒または排ガスセンサの性能評価装置の概略構成を示すブロック図である。
図１を参照して、本発明による性能評価装置は、試験ガス供給部１と、内部に被評価物３が収容され、試験ガス供給部１から試験ガスの供給を受ける被評価物収容部２と、試験ガス供給部１および被評価物収容部２間にのびる試験ガス供給管路４とを備えている。

【0020】

試験ガス供給部１は、試験ガスとして模擬排ガスが使用される場合は、模擬排ガスの成分ガスを供給する１本または複数本のガスボンベと１つまたは複数の流量調整バルブとの組み合わせからなっており、また試験ガスとして実車の排ガスが使用される場合には、実車のエンジンからなっている。
被評価物収容部２は、例えば、公知のガスセルからなっている。
また、被評価物３は、少なくとも１つの排ガス浄化触媒、または少なくとも１つの排ガスセンサ、または排ガス浄化触媒と排ガスセンサの任意の組み合わせからなっている。

【0021】

試験ガス供給管路４の途中に、試験ガスを加熱する加熱部５が設けられている。加熱部５は、例えば、赤外線炉または電気加熱炉またはバーナー加熱器からなっている。
さらに、試験ガス供給管路４における加熱部５の下流側に、試験ガスから放熱させる熱交換部６が設けられている。
熱交換部６は、図示はしないが、試験ガス供給管路４の外周に公知の適当な空冷用の放熱手段（例えば、多数の放熱板等）を設けたものから構成されている。

【0022】

熱交換部６には、冷却用流体を供給する冷却用流体供給部７が備えられる。
この実施例では、冷却用流体として空気（外気）が使用され、冷却用流体供給部７は送風ファンからなっている。そして、送風ファンの回転数の制御によって、空気（冷却用流体）の供給流量が制御されるようになっている。

【0023】

なお、冷却用流体はこの実施例に限定されず、冷却用流体として、公知の適当な気体または液体が使用され得る。また、冷却用流体供給部７もまたこの実施例に限定されず、冷却用流体の供給流量が調節可能な公知の適当な流体供給手段が備えられる。

【0024】

また、被評価物収容部２の内部には、被評価物３を通過する前の試験ガスの温度を測定する温度センサ８が配置されている。

【0025】

本発明の性能評価装置は、さらに、被評価物３の性能評価のための試験ガスの温度変化設定値の入力を受ける試験ガス温度設定部９と、温度センサ８の測定値に基づき、被評価物３を通過する前の試験ガスの温度変化が温度変化設定値に一致するように、冷却用流体供給部（送風ファン）７の冷却用流体供給流量（送風ファンの回転数）を制御する制御部１０とを備えている。

【0026】

こうして、本発明の性能評価装置においては、加熱部５による試験ガスの加熱が温度センサ８の測定値とは無関係に行われるとともに、加熱部５の下流側に設けられた熱交換部６への冷却用流体の供給流量が温度センサ８の測定値に基づいて制御されることで、被評価物３に供給される試験ガスの温度変化が温度変化設定値に一致せしめられる。

【0027】

そして、例えば、試験ガスが加熱部５によって一定の高温（好ましくは、温度変化設定値のうちの最高値よりも高い温度）に加熱された状態で、試験ガス供給部１の試験ガス供給流量が小さく、かつ熱交換部６への冷却用流体の供給流量が大きいと、試験ガスは熱交換部６を低速で通過して試験ガスからの放熱が多くなるので、被評価物収容部２に小流量の低温の試験ガスが供給され、そこから、試験ガス供給部１の試験ガス供給流量が増大せしめられると、試験ガスは熱交換部６を高速で通過して試験ガスからの放熱が少なくなり、それによって被評価物収容部２に大流量の高温の試験ガスが供給される。

【0028】

また、例えば、試験ガスが加熱部５によって一定の高温（好ましくは、温度変化設定値のうちの最高値よりも高い温度）に加熱された状態で、試験ガス供給部１の試験ガス供給流量が大きく、かつ熱交換部６への冷却用流体の供給流量が小さいと、試験ガスは熱交換部６を高速で通過して試験ガスからの放熱が少なくなるので、被評価物収容部２に大流量の高温の試験ガスが供給され、そこから、試験ガス供給部１の試験ガス供給流量が減少せしめられると、試験ガスは熱交換部６を低速で通過して試験ガスからの放熱が多くなり、それによって被評価物収容部２に小流量の低温の試験ガスが供給される。

【0029】

しかも、このような小流量で低温の試験ガスの供給状態と大流量で高温の試験ガスの供給状態とが瞬時に切り替えるられる。
この試験ガスの供給の切り替えは、実車のエンジンからの排ガスの過渡変化の特性に一致する。すなわち、本発明によれば、試験モードで走行中の実車の排ガスの温度および流量の変化が正確に再現される。

【0030】

さらには、試験ガスが加熱部５によって一定の高温（好ましくは、温度変化設定値のうちの最高値よりも高い温度）状態に加熱され、かつ試験ガスの供給流量が一定にされた状態で、熱交換部６への冷却用流体の供給流量のみが変化せしめられると、濃度が一定で、温度が異なる試験ガスが被評価物収容部２に供給される。

【0031】

図２は、本発明の別の実施例による排ガス浄化触媒および排ガスセンサの性能評価装置の概略構成を示すブロック図である。
図２に示した実施例は、図１に示した実施例と、熱交換部および冷却用流体供給部の構成が異なる点と、熱交換部に高温流体を供給する高温流体供給部をさらに備えた点が異なるのみである。よって、図２中、図１に示した構成要素と同じものには同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。

【0032】

図２を参照して、この実施例では、熱交換部６’は、外管１１ａおよび内管１１ｂからなる二重管構造を有し、この二重管構造の内管１１ｂに試験ガス供給管路４が接続されている。また、外管１１ａの側壁に、高温流体供給口１２ａと、冷却用流体供給口１２ｂと、流体排出口１２ｃが設けられている。

【0033】

この実施例では、冷却用流体供給部７’は、熱交換部６’の冷却用流体供給口１２ｂに一端が接続された冷却用流体供給管路７ｃ’と、冷却用流体供給管路７ｃ’の他端に接続された冷却用流体ボンベ７ａ’と、冷却用流体供給管路７ｃ’の途中に配置された流量調節バルブ７ｂ’とから構成されている。そして、流量調節バルブ７ｂ’の開度が制御部１０によって制御される。冷却用流体としては、例えば窒素や空気、あるいは水分を含んだ窒素や空気を使用することができる。

【0034】

また、熱交換部６’の高温流体供給口１２ａに、高温流体供給管路１４を介して高温流体供給部１３が接続されている。高温流体供給部１３は加熱器を備えている。
高温流体としては、加熱した窒素や空気等を使用することができる。高温流体は冷却用流体よりも高い温度を有している。
さらに、熱交換部６’の流体排出口１２ｃには流体排出管路１５が接続されている。

【0035】

この実施例においては、図１の実施例と同様の効果が得られるうえに、熱交換部６’に冷却用流体と高温流体を混合したものを供給し、または熱交換部６’に高温流体のみを供給することで、試験ガスからの放熱を抑制することができる。それによって、大流量の試験ガスをより高速で昇温させることが可能になる。

【符号の説明】

【0036】

１ 試験ガス供給部
２ 被評価物収容部
３ 被評価物
４ 試験ガス供給管路
５ 加熱部
６、６’ 熱交換部
７、７’ 冷却用流体供給部
７ａ’ 冷却用流体供給ボンベ
７ｂ’ 流量調節バルブ
７ｃ’冷却用流体供給管路
８ 温度センサ
９ 試験ガス温度設定部
１０ 制御部
１１ａ 外管
１１ｂ 内管
１２ａ 高温流体供給口
１２ｂ 冷却用流体供給口
１２ｃ 流体排出口
１３ 高温流体供給部
１４ 高温流体供給管路
１５ 流体排出管路

【図1】

【図2】