JP2010053702A - 選択的触媒還元制御システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン用の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒制御システム及び方法を提供する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒への尿素の噴射をＳＣＲ触媒モデルに基づいて決定する。ＳＣＲ触媒モデルは、ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＨ_３の値を、ＮＯｘエンジンエミッション値、ＳＣＲ触媒温度、ＳＣＲ触媒への尿素供給量、及びＮＯｘガスの所定の変換効率に基づいて決定する。次いで、貯蔵ＮＨ_３のターゲット値及びＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＨ_３の値を使用し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルを決定する。その後、これを使用して尿素噴射量を計算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒の制御に関し、更に詳細には、車輛のエンジンのＳＣＲ触媒の制御に関する。

選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒は、排気ガスのうちで最も量が多く且つ汚染をもたらす窒素酸化物（ＮＯｘ）を、排気ガスと還元剤と触媒との間の化学反応によって除去する。

選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒の制御は、代表的には尿素である所定量の還元剤を噴射することによって行われる。尿素は、カルバミド（（ＮＨ２）２ＣＯ）としても周知であり、これは、水、酸素、及び熱が存在する状態でアンモニア（ＮＨ_３）及び二酸化炭素に分解する。次いで、アンモニアがＮＯｘガスと反応し、窒素及び水を発生する。噴射した還元剤の量は、ＮＯｘ変換効率を最大にすると同時にＮＨ_３スリップとしても周知の過剰のＮＨ_３を低い値に保持することを必要とする。ＳＣＲ触媒は、主として、重車両に導入されてきた。重車両では、高レベルのＮＯｘが存在し、定常状態が主たる作動条件と考えられる。これらの状態では、ＳＣＲ制御は、ＮＨ_３をＮＯｘに対して所定の比で供給することを行う。これは、通常は、速度及び負荷の関数としてマッピングされる。

この種の制御を、過渡的状態が現れる頻度が高い乗用車に適用する場合には、通常は、特定の過渡的補正を必要とする。更に、多くの場合において、重車両では、バナジウムをベースとした触媒が使用され、この技術は、バッファ効果（ＮＨ_３を一時的に貯蔵する）が、乗用車（軽車両）の用途で使用されるゼオライトをベースとした触媒（Ｆｅ、Ｃｕ）よりも低い。

ＳＣＲ触媒を制御するための別の可能な方法は、触媒の化学的挙動をモデル化し、このモデルをエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）で実行することである。この方法は、化学的モデルで考慮する必要がある全てのパラメータを確認するために大量の較正仕事を必要とする。更に、この方法で必要とされる計算負荷は、触媒をその長さに沿ってスライスした場所で生じる多数の複雑な化学反応を計算するのに必要とされるのと同様に非常に高い。触媒での化学反応は、触媒の温度や様々な化合物の濃度で決まる。触媒の温度や化合物の濃度は、特に過渡的状態中、触媒の長さに沿って変化する。そのため、触媒での全ての反応の正確なモデルを得るには、幾つかの一連のスライスをモデル化するのに計算が必要とされる。通常は、ＮＯｘセンサをＳＣＲ触媒の前後に置いて、このようなシステムの閉ループ制御を行う。これらのセンサは、ＮＨ_３にも反応し、そのため、閉ループ制御によって考慮する必要がある追加の困難を発生する。

ドイツ国特許第ＤＥ１０２００５０１２５６８号には、内燃エンジンの排気から窒素酸化物を除去するためのデバイス及び方法が開示されている。還元剤を含む凝集体を、エンジン負荷、空燃比、及びエンジンの回転数等の変数に応じて、排気に加える。
ドイツ国特許第ＤＥ１０２００５０１２５６８号

本発明の目的は、本発明は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒の制御システム及び方法に関し、更に詳細には、車輛のエミッションのＳＣＲ触媒の制御システム及び方法に関する。

本発明の第１の特徴によれば、ＳＣＲ触媒を持つエンジン用の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒制御システムであって、
ＮＯｘエンジンエミッション値を決定するための窒素酸化物（ＮＯｘ）エンジンエミッション決定手段と、
ＳＣＲ触媒に所定量の尿素を供給できる尿素制御手段と、
ＳＣＲ触媒での貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）のターゲット値を、要求ＮＯｘ効率及びＳＣＲ触媒温度決定手段によって決定されたＳＣＲ触媒温度に基づいて決定するＮＯｘ効率ターゲット手段と、
ＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３値を、ＮＯｘエンジンエミッション値、ＳＣＲ触媒温度、ＳＣＲ触媒に供給された尿素の量、及びＮＯｘガスの所定の変換効率に基づいて決定するＳＣＲ触媒モデルとを含み、
貯蔵ＮＨ_３ターゲット値とＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３値とを比較し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルを決定するディファレンシャル決定手段を更に含み、
尿素制御手段は、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルに基づいてＳＣＲ触媒に供給する必要がある尿素量を決定する、システムが提供される。

好ましくは、ＮＯｘ比計算手段は、第１温度センサから第１温度値を受け取り、ＮＯｘ比を第１温度値に従って計算する。

好ましくは、第１温度センサは、酸化触媒温度を計測する。

別の態様では、第１温度センサは、粒状物フィルタ温度を計測する。

別の態様では、第１温度センサは、粒状物フィルタと酸化触媒との間の第１温度値を計測する。

好ましくは、ＮＯｘエンジンエミッション決定手段は、エンジンから流出するＮＯｘのモデルである。

好ましくは、エンジン流出ＮＯｘモデルは、エンジンに噴射した燃料の量、エンジン負荷、排気ガス再循環（ＥＧＲ）率、及び周囲温度に基づいてＮＯｘエンジンエミッション値を計算する。

別の態様では、ＮＯｘエンジンエミッション決定手段は、ＳＣＲ力の上流に位置決めされたＮＯｘセンサであり、ＮＯｘエンジンエミッション値を提供する。

好ましくは、ＮＯｘ効率ターゲット手段は、更に、エンジン速度、エンジン負荷、空気温度、クーラント温度、又はディーゼル粒状物フィルタ（ＤＰＦ）再生モード等のパラメータのうちの一つ又はそれ以上のパラメータを計測するセンサからの値を使用し、ＳＣＲ触媒の貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）のターゲット値を決定する。

好ましくは、ＳＣＲモデルは、ＳＣＲ触媒の物理的特性及びＳＣＲ触媒温度に基づいてＳＣＲ触媒容量を計算し、、ＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３の値を考慮することによって、ＳＣＲ触媒を出るＮＨ_３の量を表すＮＨ_３スリップ値を決定する。

好ましくは、ＮＨ_３スリップ制御手段及びＮＯｘエンジンエミッション増大手段を含み、
ＮＨ_３スリップ値が所定値よりも高いことが決定された場合又はＮＨ_３スリップ値が所定値以上に上昇することが予想される場合、ＮＯｘエンジンエミッション増大手段を、ＮＯｘエンジンエミッションを増大する方向に作動し、これによってＮＨ_３スリップを減少する。

好ましくは、ＮＯｘエンジンエミッション増大手段は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）手段であり、エンジンへのＥＧＲの量を減少するか或いは停止することによって、ＮＯｘエンジンエミッションを増大する。

好ましくは、システムは、ＳＣＲモデル変更手段を含む。

好ましくは、ＳＣＲモデル変更手段は、ＳＣＲ触媒から実際のＮＨ_３スリップを計測できるＮＨ_３センサと、実際のＮＨ_３スリップを平均する手段と、ＳＣＲモデルのＮＨ_３スリップ値を平均する手段と、実際ＮＨ_３スリップ平均手段及びＳＣＲモデルＮＨ_３スリップ値平均手段からの出力を比較し、ＮＨ_３スリップ概算値エラーを決定する比較手段とを含み、ＳＣＲモデルをＳＣＲモデル変更手段によって、ＮＨ_３スリップ概算値エラーに従って変更する。

好ましくは、ＳＣＲモデル変更手段は、ＮＯｘガスの所定の変換効率を、ＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、ＳＣＲモデルを変更できる。

別の態様では、ＳＣＲモデル変更手段は、ＳＣＲ触媒容量を、ＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、ＳＣＲモデルを変更できる。

好ましくは、ＳＣＲモデル変更手段は、ＳＣＲ触媒が所定の最小量のＮＨ_３で所定時間に亘って満たされている場合、ＳＣＲ触媒容量を変化することによってＳＣＲモデルを変更する。

本発明の第２の特徴によれば、ＳＣＲ触媒を持つエンジンの選択的触媒還元（ＳＣＲ）の制御方法において、
（ｉ）窒素酸化物（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を決定する工程と、
（ｉｉ）ＳＣＲ触媒への尿素供給量を制御する工程と、
（ｉｉｉ）ＳＣＲ触媒からＳＣＲ触媒温度を計測する工程と、
（ｉｖ）ＳＣＲ触媒の貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）ターゲット値を、ターゲットＮＯｘ変換効率及びＳＣＲ触媒温度に基づいて決定する工程と、
（ｖ）ＮＯｘエンジンエミッション値における二酸化窒素の比であるＮＯｘ比を計算する工程と、
（ｖｉ）ＳＣＲ触媒モデルを使用し、ＮＯｘエンジンエミッション値、ＳＣＲ触媒温度、ＳＣＲ触媒への尿素供給量、ＮＯｘ比、及びＮＯｘガスの所定の変換効率に基づいてＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３値を計算する工程と、
（ｖｉｉ）貯蔵ＮＨ_３のターゲット値とＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３の値とを比較し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルを決定する工程とを含み、
工程（ｉｉ）は、ＳＣＲ触媒への必要な尿素供給量を貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルに基づいて制御する、方法が提供される。

好ましくは、ＮＯｘ比を計算する工程は、第１温度センサから第１温度値を計測する工程と、この第１温度値に従ってＮＯｘ比を計算する工程とを含む。

好ましくは、第１温度値は、酸化触媒温度値である。

別の態様では、第１温度値は、粒状物フィルタ温度である。

更に別の態様では、第１温度値は、粒状物フィルタと酸化触媒との間で計測される。

好ましくは、工程（ｉ）は、エンジン流出ＮＯｘモデルに基づいて（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を計算する工程を含む。

好ましくは、（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を計算する工程は、エンジン流出ＮＯｘモデルで、エンジンへの噴射燃料流、エンジン負荷、排気ガス再循環（ＥＧＲ）率、及び周囲温度を考慮する。

別の態様では、工程（ｉ）は、ＳＣＲ触媒の上流に位置決めされたＮＯｘセンサからＮＯｘエンジンエミッション値を計測する工程を含む。

好ましくは、工程（ｉｖ）は、更に、ＳＣＲ触媒での貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）のターゲット値を決定するため、エンジン速度、エンジン負荷、空気温度、クーラント温度、又はディーゼル粒状物フィルタ（ＤＰＦ）再生モード等のパラメータのうちの一つ又はそれ以上を計測する工程を含む。

好ましくは、工程（ｖｉ）は、更に、ＳＣＲ触媒容量を、ＳＣＲモデル内で、ＳＣＲ触媒の物理的特性及びＳＣＲ触媒温度に基づいて計算し、ＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３の値を考慮することによって、ＳＣＲ触媒を出るＮＨ_３の量を表すＮＨ_３スリップ値を決定する工程を含む。

好ましくは、本方法は、ＮＨ_３スリップを制御する工程及びＮＯｘエンジンエミッションを増大する工程を含み、
ＮＨ_３スリップ値が所定値よりも高いか或いは所定値よりも高くなることが予想される場合、ＮＯｘエンジンエミッションを増大し、これによってＮＨ_３スリップを減少する。

好ましくは、ＮＯｘエンジンエミッションを増大する工程は、エンジンに対する排気ガス再循環（ＥＧＲ）の量を減少する工程又は停止する工程を含む。

好ましくは、工程（ｖｉ）で使用されたＳＣＲモデルを変更する工程を含む。

好ましくは、ＳＣＲモデルを変更する工程は、ＳＣＲ触媒からＮＨ_３センサを使用して実際のＮＨ_３スリップを計測する工程と、ＳＣＲモデルからＳＣＲモデルＮＨ_３スリップを計算する工程と、実際のＮＨ_３スリップを所定時間に亘って平均する工程と、ＳＣＲモデルＮＨ_３スリップを同じ所定時間に亘って平均する工程と、平均した実際のＮＨ_３スリップと、平均したＳＣＲモデルＮＨ_３スリップとを比較する工程と、ＮＨ_３スリップ概算値エラーを決定する工程とを含み、ＮＨ_３スリップ概算値エラーに従ってＳＣＲモデルを大幅に変更する。

好ましくは、ＳＣＲモデルを変更する工程は、ＮＯｘガスの所定の変換効率をＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、ＳＣＲモデルを変更する。

別の態様では、ＳＣＲモデルを変更する工程は、ＳＣＲ触媒容量をＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、ＳＣＲモデルを変更する。

好ましくは、ＳＣＲモデルを変更する工程は、ＳＣＲ触媒が所定時間に亘って所定の最小量のＮＨ_３で充填されている場合に、ＳＣＲ触媒容量を変化することによって、ＳＣＲモデルを変更する。

本発明の第３の特徴によれば、本発明の第１の特徴による選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒制御システムを組み込んだディーゼルエンジンが提供される。

次に、本発明の実施例を単なる例として添付図面を参照して説明する。

上文中に説明したように、正確な量の尿素を噴射するため、エンジンから流出するＮＯｘ流を知る必要がある。尿素が少な過ぎると効率が低下し、多過ぎるとＮＨ_３スリップが発生する。従来技術のシステムは、ＳＣＲ触媒の上流に配置されたＮＯｘセンサを使用する。

本発明は、簡略化したモデルを使用してＳＣＲ触媒のＮＯｘ変換効率を計算し、この効率を所定レベルに維持するのに必要な尿素の噴射量を決定する。このモデルは、以下に列挙する幾つかの重要なパラメータを考慮することができる。これらのパラメータには、
ＳＣＲ触媒に進入する総ＮＯｘ流量及びＮＯ２／ＮＯｘ比；
ＳＣＲ触媒の温度；及び
ＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３が含まれる。

総ＮＯｘ流量は、ＳＣＲの前方に配置されたＮＯｘセンサによって計測できる。

別の態様では、本発明の好ましい実施例で使用されているように、ＮＯｘセンサの代りにＮＯｘモデルを使用できる。ＮＯｘ流は、噴射された燃料流の数分の一とモデル化される。この量は、不活性ＥＧＲ（排気ガス再循環）率及び周囲温度について補正したエンジンの負荷（ＩＭＥＰ（指示平均有効圧力））の関数としてマッピングされる。図１は、ＦＴＰ７５又はＥＰＡＩＩＩと呼ばれる乗用車用米国都市サイクルを使用して、モデル化したＮＯｘと計測したＮＯｘとの間の比較を示す。

次に図２を参照すると、エンジンの排気システムの選択的触媒還元制御装置１０用の開ループモデルは、エンジン流出ＮＯｘモデル１２と、ＮＯ２／ＮＯｘ比モデル１４と、ＮＨ_３の貯蔵及びＮＯｘ変換効率をモデル化するＳＣＲモデル１６と、ＮＯｘ効率ターゲットモデル１８と、尿素噴射制御装置２０とを含む。

エンジン流出ＮＯｘモデル１２は、上文中に説明したように、噴射した燃料流を使用し、エンジン負荷、ＥＧＲ率、及び周囲温度を考慮してＮＯｘエミッションを計算する。

ＮＯ２／ＮＯｘ比モデル１４は、排気システムの酸化触媒からの温度の計測値に基づいてＮＯ２／ＮＯｘ比を計算する。しかしながら、温度の計測値は、排気システムの別の場所で計測した値であってもよい。詳細には、温度は、酸化触媒と粒状物フィルタとの間で計測してもよく、場合によっては粒状物フィルタの後方で計測してもよい。更に、粒状物フィルタは、ＮＯ２／ＮＯｘ比に影響を及ぼし、及び従って、ＮＯ２／ＮＯｘ比モデル１４で考慮に入れることができる。

ＳＣＲモデル１６は、ＳＣＲの貯蔵ＮＨ_３、尿素噴射制御装置２０からの尿素噴射量、及び温度の関数に基づいて、排気システムでのＳＣＲのＮＯｘ変換効率を計算する。次いで、この効率を、ＮＯｘ比モデル１４から得られたＮＯ２／ＮＯｘ比について補正する。ＮＯｘ変換効率がわかっている場合には、ＮＯｘの還元に使用されるＮＨ_３の量を、所定量のＮＯｘの還元に必要な所定のＮＨ_３量に基づいて計算できる。このように、貯蔵ＮＨ_３の量を計算するとともに余分のＮＨ_３（ＮＨ_３スリップ）又はＮＯｘガスの出力を計算する。ＳＣＲ触媒の貯蔵容量が温度に従って減少するため、ＳＣＲの温度上昇が速過ぎる場合には、所定量の貯蔵ＮＨ_３が放出される。ＳＣＲ触媒のＮＨ_３の最大貯蔵容量は、ＳＣＲ温度の関数として計算される。従って、ＳＣＲを離れるＮＨ_３（ＮＨ_３スリップ）もまた、ＳＣＲモデル１６の出力である。これは、ＳＣＲモデル１６をＳＣＲ触媒の下流に配置されたＮＨ_３センサと比較するための手段を提供する（閉ループ制御に関して以下に更に詳細に論じる）。

ＮＯｘ効率ターゲットモデル１８は、貯蔵ＮＨ_３についてのターゲット値を発生する。ＮＯｘ変換効率は、要求ＮＯｘ効率及びＳＣＲ温度に基づいて、ＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３で決まる。次いで、システムにとって適当であれば、ターゲットＮＯｘ効率を、エンジン速度、エンジン負荷、空気温度、クーラント温度、及びディーゼル粒状物フィルタ（ＤＰＦ）再生モードを含む他の条件について補正する。貯蔵ＮＨ_３に関するＮＯｘ効率の一例を図３に示す。

次いで、ＮＯｘ効率ターゲットモデル１８からのターゲット貯蔵ＮＨ_３値を、計算した貯蔵ＮＨ_３値と比較し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャル(storedＮＨ_３differential) ２２を発生する。これは、現在の貯蔵ＮＨ_３と要求ＮＨ_３（ターゲット貯蔵ＮＨ_３）との間の差である。

尿素噴射制御装置２０は、その入力として、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャル２２及び排気ガスから直接計測した排気ガス温度値を有する。ＮＨ_３ディファレンシャル２２に基づき、比例ゲイン制御装置を使用して尿素噴射量を計算し、計算した貯蔵ＮＨ_３値をターゲット貯蔵ＮＨ_３値にする。高温でのＮＨ_３の酸化及び／又は低温での尿素が加水分解しないことを考慮し、尿素噴射量を排気ガス温度のマップ関数として変化させる。

ＮＨ_３スリップが発生した場合、ＳＣＲでのＮＨ_３消費率を上昇することによって、ＳＣＲを離れるＮＨ_３の量を減少できる。これを行うため、ＳＣＲのＮＯｘ流を増大する必要がある。これは、ＮＨ_３がＮＯｘと反応するためである。この例では、及び図４に示すように、ＮＯｘ流の増大は、ＥＧＲを消勢することによって行われる。ＳＣＲ温度３０は、約２００℃乃至約３００℃で上昇するように示してある。何ら作用を行わないと、即ちＥＧＲがノーマル状態のままである場合には、エンジンから流出するＮＯｘエミッションは、約４０ｐｐｍ（百万分率）にとどまるが、ＮＨ_３スリップ３４が１００ｐｐｍ以上に劇的に上昇する。これは、使用されたセンサを飽和させる。逆に、ＥＧＲを消勢すると、エンジンからのＮＯｘエミッション３６が約１００ｐｐｍまで上昇するが、ＮＨ_３スリップ３８が７０ｐｐｍでピークに達し、その後低下する。ＮＯｘエミッション３２、３６はエンジンからのエミッションであって、排気から出されたものではないということに着目すべきである。ＮＨ_３スリップは、ＳＣＲ触媒でＮＨ_３をＮＯｘに関して過剰にすることによって発生し、及び従って、ＮＯｘ変換効率ができるだけ高くなる。

更に、ＳＣＲ触媒でのＮＨ_３の量を低減するため、尿素噴射を遮断できる。これらの作用は、ＳＣＲモデル１６による計算又はＮＨ_３センサによる計測のいずれかによって求められたＮＨ_３スリップが所定閾値を越える場合に行われる。

上述のように、ＳＣＲモデル１６の重要なファクタは、貯蔵ＮＨ_３質量である。貯蔵ＮＨ_３の量のこの計算は、実際のシステムにおける実行中の多くの理由により、不正確であり、又は特に不正確になる。例えば、ＳＣＲ触媒は、経時劣化によりその容量及び効率が経時的に低下し、貯蔵ＮＨ_３の概算値にエラーをもたらす。更に、エンジン毎のばらつきやエンジンの経時劣化のため、エンジンがモデル化されたのと異なるレベルのＮＯｘを発生する場合、又は尿素流が予測したのと異なる場合にも、貯蔵ＮＨ_３の概算値にエラーをもたらす。

触媒のＮＨ_３スリップを正確に物理的にモデル化することは、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）で実行し較正するには複雑であり過ぎる。これは、複雑な化学的モデルが含まれるためである。ＳＣＲモデル１６は、ＮＨ_３スリップの平均値概算器である。ＳＣＲモデル１６の過渡的挙動は正確でない。これは、ＮＨ_３を貯蔵するためのＳＣＲ触媒の容量が、ＳＣＲ触媒の長さに亘って一定であると考えられる温度と直接関連しているためである。しかし、ＳＣＲモデル１６が予想した平均ＮＨ_３質量を、排気システムのＳＣＲ触媒の下流のＮＨ_３センサが確認した平均ＮＨ_３質量と比較できる。

従って、図５を参照すると、ＮＨ_３スリップモデル４０及びＮＨ_３スリップセンサ４２が、モデル及びセンサの夫々からのＮＨ_３スリップを比較する。次いで、容量エラー４６手段及び効率エラー手段４８の前に、ＮＨ_３スリップエラー４４を発生する。

モデルが最良の精度を持つことが知られており、ＤＯＣ温度及びＳＣＲ温度が所定範囲内で十分に高い特殊な状態では、ＳＣＲモデル１６から出るＮＨ_３スリップ及びＮＨ_３センサが確認したＮＨ_３流を所定時間に亘って監視する。ひとたび時間が経過した後、ＳＣＲモデル１６が正確であるのであれば、両値は等しくなければならない。

図６を参照すると、ＳＣＲ入口温度５０は、温度の過渡的変化中、約２００℃から３５０℃まで上昇する。その結果、ＮＨ_３スリップモデル値５２及びＮＨ_３スリップセンサ値５４の両方のＮＨ_３スリップが上昇するが、ＮＨ_３スリップセンサ値５４と関連してタイムラグが存在する。

モデル化期間が十分に長い場合には、過渡的なエラーは無視でき、所定時間後、モデル化ＮＨ_３スリップと感知ＮＨ_３スリップとの間にエラーが残っている場合には、ＳＣＲモデル１６をこれに従って変更できる。

ＳＣＲモデル１６と関連した様々なファクタに従って、ＳＣＲ触媒の容量を補正し、ＮＯｘ変換効率を変更しなければならない。ＳＣＲ触媒が所定時間に亘って所定の最小量によってＮＨ_３で満たされている場合には容量の補正を行う。そうでない場合には、ＮＯｘ変換効率に合わせて変更を行う。ＮＯｘ変換効率に合わせた変更により、この入力パラメータが誤っている場合、エンジン流出ＮＯｘモデルの補正を行うこともできる。所定のＮＯｘ変換効率に合わせた変更は、包括的変更要因として作用する。これは、ＳＣＲ効率、噴射器エラー、ＮＯｘ流モデルエラー、及び尿素の品質を補正するためである。通常の作動中にＮＨ_３スリップが生じないようにするためにＳＣＲ触媒のターゲット容量が極めて低い値に設定されているため、容量を補正することを必要とする条件は決して起らない。このように、容量の補正を行うことができるようにＮＨ_３貯蔵ターゲットを増大する（ＳＣＲ触媒をその最大容量まで充填する）のが有利である。効率の変更は、比較的頻繁に行われる。これは、上文中に言及したように、容量の補正には特定の条件が必要とされるためである。

本発明の範囲から逸脱することなく、この他の変更及び改良を行うことができる。

図１は、計測したＮＯｘエミッション及びモデル化したＮＯｘエミッションのグラフである。 図２は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒用開ループ制御構造のフローダイヤグラムである。 図３は、貯蔵ＮＨ_３に対するＮＯｘ効率のグラフである。 図４は、ＮＯｘエミッションの制御によるＮＨ_３スリップの変化を示すグラフである。 図５は、追加の閉ループ制御区分を持つ選択的触媒還元触媒用開ループ制御構造のフローダイヤグラムである。 図６は、触媒からのモデルＮＨ_３流出、センサからの計測ＮＨ_３濃度、及びＳＣＲ入口でのガスの温度を示す、温度変化のグラフである。

符号の説明

１０ 選択的触媒還元制御装置
１２ エンジン流出ＮＯｘモデル
１４ ＮＯ２／ＮＯｘ比モデル
１６ ＳＣＲモデル
１８ ＮＯｘ効率ターゲットモデル
２０ 尿素噴射制御装置
２２ 貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャル

Claims (35)

1. ＳＣＲ触媒を持つエンジン用の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒制御システム（１０）であって、
   ＮＯｘエンジンエミッション値を決定するための窒素酸化物（ＮＯｘ）エンジンエミッション決定手段（１２）と、
   前記ＳＣＲ触媒に所定量の尿素を供給できる尿素制御手段（２０）と、
   前記ＳＣＲ触媒での貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）ターゲット値を、ＮＯｘターゲット変換効率及びＳＣＲ触媒温度決定手段によって決定されたＳＣＲ触媒温度に基づいて決定するＮＯｘ効率ターゲット手段（１８）と、
   前記ＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３値を、ＮＯｘエンジンエミッション値、前記ＳＣＲ触媒温度、前記ＳＣＲ触媒に供給された尿素の量、及びＮＯｘガスの所定の変換効率に基づいて決定するＳＣＲ触媒モデル（１６）とを含むシステム（１０）において、
   ＮＯｘエンジンエミッション値における二酸化窒素の比であるＮＯｘ比を決定するＮＯｘ比計算手段（１４）を含み、前記ＳＣＲ触媒モデル（１６）は、前記貯蔵ＮＨ_３値を決定するとき、前記ＮＯｘ比を考慮し、
   前記貯蔵ＮＨ_３ターゲット値と前記ＳＣＲ触媒での前記貯蔵ＮＨ_３値とを比較し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルを決定するディファレンシャル決定手段を更に含み、
   前記尿素制御手段は、前記貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルに基づいて前記ＳＣＲ触媒に供給する必要がある尿素量を決定することを特徴とする、システム（１０）。
2. 請求項１に記載のシステム（１０）において、
   前記ＮＯｘ比計算手段（１４）は、第１温度センサから第１温度値を受け取り、前記ＮＯｘ比を前記第１温度値に従って計算する、システム（１０）。
3. 請求項２に記載のシステム（１０）において、
   前記第１温度センサは、酸化触媒温度を計測する、システム（１０）。
4. 請求項２に記載のシステム（１０）において、
   前記第１温度センサは、粒状物フィルタ温度を計測する、システム（１０）。
5. 請求項２に記載のシステム（１０）において、
   前記第１温度センサは、粒状物フィルタと酸化触媒との間の第１温度値を計測する、システム（１０）。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のシステム（１０）において、
   前記ＮＯｘエンジンエミッション決定手段（１２）は、エンジンから流出するＮＯｘのモデルである、システム（１０）。
7. 請求項６に記載のシステム（１０）において、
   前記エンジン流出ＮＯｘモデル（１２）は、前記エンジンに噴射した燃料の量、エンジン負荷、排気ガス再循環（ＥＧＲ）率、及び周囲温度に基づいて前記ＮＯｘエンジンエミッション値を計算する、システム（１０）。
8. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のシステム（１０）において、
   前記ＮＯｘエンジンエミッション決定手段（１２）は、前記ＳＣＲ力の上流に位置決めされたＮＯｘセンサであり、ＮＯｘエンジンエミッション値を提供する、システム（１０）。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のシステム（１０）において、
   前記ＮＯｘ効率ターゲット手段（１８）は、更に、エンジン速度「エンジン負荷、空気温度、クーラント温度、又はディーゼル粒状物フィルタ（ＤＰＦ）再生モード等のパラメータのうちの一つ又はそれ以上のパラメータを計測するセンサからの値を使用し、前記ＳＣＲ触媒の貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）のターゲット値を決定する、システム（１０）。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
    前記ＳＣＲモデル（１６）は、前記ＳＣＲ触媒の物理的特性及び前記ＳＣＲ触媒温度に基づいてＳＣＲ触媒容量を計算し、前記ＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３の値を考慮することによって、前記ＳＣＲ触媒を出るＮＨ_３の量を表すＮＨ_３スリップ値を決定する、システム。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、更に、
    ＮＨ_３スリップ制御手段及びＮＯｘエンジンエミッション増大手段を含み、
    ＮＨ_３スリップ値が所定値よりも高いことが決定された場合又はＮＨ_３スリップ値が所定値以上に上昇することが予想される場合、ＮＯｘエンジンエミッション増大手段を、ＮＯｘエンジンエミッションを増大する方向に作動し、これによってＮＨ_３スリップを減少する、システム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、
    前記ＮＯｘエンジンエミッション増大手段は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）手段であり、前記エンジンへのＥＧＲの量を減少するか或いは停止することによって、ＮＯｘエンジンエミッションを増大する、システム。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、更に、
    前記システムは、ＳＣＲモデル変更手段（４０、４２、４６、４８）を含む、システム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、
    前記ＳＣＲモデル変更手段は、前記ＳＣＲ触媒から実際のＮＨ_３スリップを計測できるＮＨ_３センサ（４２）と、実際のＮＨ_３スリップを平均する手段と、ＳＣＲモデルのＮＨ_３スリップ値を平均する手段と、前記実際ＮＨ_３スリップ平均手段及び前記ＳＣＲモデルＮＨ_３スリップ値平均手段からの出力を比較し、ＮＨ_３スリップ概算値エラーを決定する比較手段（４６、４８）とを含み、前記ＳＣＲモデルを前記ＳＣＲモデル変更手段によって、前記ＮＨ_３スリップ概算値エラーに従って変更する、システム。
15. 請求項１３又は１４に記載のシステムにおいて、
    前記ＳＣＲモデル変更手段は、ＮＯｘガスの前記所定の変換効率を、前記ＮＨ_３スリップ概算値エラー（４６、４８）に基づいて変化することによって、前記ＳＣＲモデルを変更できる、システム。
16. 請求項１３、１４、又は１５に記載のシステムにおいて、
    前記ＳＣＲモデル変更手段は、前記ＳＣＲ触媒容量（４６）を、前記ＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、前記ＳＣＲモデルを変更できる、システム。
17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、
    前記ＳＣＲモデル変更手段は、前記ＳＣＲ触媒が所定の最小量のＮＨ_３で所定時間に亘って満たされている場合、前記ＳＣＲ触媒容量を変化することによって前記ＳＣＲモデルを変更する、システム。
18. ＳＣＲ触媒を持つエンジンの選択的触媒還元（ＳＣＲ）の制御方法において、
    （ｉ）窒素酸化物（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を決定する工程と、
    （ｉｉ）前記ＳＣＲ触媒への尿素供給量を制御する工程と、
    （ｉｉｉ）前記ＳＣＲ触媒からＳＣＲ触媒温度を計測する工程と、
    （ｉｖ）前記ＳＣＲ触媒の貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）ターゲット値を、ターゲットＮＯｘ変換効率及び前記ＳＣＲ触媒温度に基づいて決定する工程と、
    （ｖ）ＮＯｘエンジンエミッション値における二酸化窒素の比であるＮＯｘ比を計算する工程と、
    （ｖｉ）ＳＣＲ触媒モデルを使用し、ＮＯｘエンジンエミッション値、前記ＳＣＲ触媒温度、前記ＳＣＲ触媒への尿素供給量、前記ＮＯｘ比、及びＮＯｘガスの所定の変換効率に基づいて前記ＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３値を計算する工程と、
    （ｖｉｉ）貯蔵ＮＨ_３の前記ターゲット値と前記ＳＣＲ触媒の貯蔵ＮＨ_３の値とを比較し、貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルを決定する工程とを含み、
    前記工程（ｉｉ）は、前記ＳＣＲ触媒への尿素の要求供給量を前記貯蔵ＮＨ_３ディファレンシャルに基づいて制御する、方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、
    ＮＯｘ比を計算する前記工程は、第１温度センサから第１温度値を計測する工程と、この第１温度値に従って前記ＮＯｘ比を計算する工程とを含む、方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、
    前記第１温度値は、酸化触媒温度値である、方法。
21. 請求項１９に記載の方法において、
    前記第１温度値は、粒状物フィルタ温度である、方法。
22. 請求項１９に記載の方法において、
    前記第１温度値は、粒状物フィルタと酸化触媒との間で計測される、方法。
23. 請求項１８乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法において、
    前記工程（ｉ）は、エンジン流出ＮＯｘモデルに基づいて前記（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を計算する工程を含む、方法。
24. 請求項２３に記載の方法において、
    前記（ＮＯｘ）エンジンエミッション値を計算する前記工程は、前記エンジン流出ＮＯｘモデルで、前記エンジンへの噴射燃料流、エンジン負荷、排気ガス再循環（ＥＧＲ）率、及び周囲温度を考慮する、方法。
25. 請求項１８乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法において、
    前記工程（ｉ）は、前記ＳＣＲ触媒の上流に位置決めされたＮＯｘセンサからＮＯｘエンジンエミッション値を計測する工程を含む、方法。
26. 請求項１８乃至２５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
    前記工程（ｉｖ）は、更に、前記ＳＣＲ触媒での貯蔵アンモニア（ＮＨ_３）のターゲット値を決定するため、エンジン速度、エンジン負荷、空気温度、クーラント温度、又はディーゼル粒状物フィルタ（ＤＰＦ）再生モード等のパラメータのうちの一つ又はそれ以上を計測する工程を含む、方法。
27. 請求項１８乃至２６のうちのいずれか一項に記載の方法において、
    前記工程（ｖ）は、更に、ＳＣＲ触媒容量を、前記ＳＣＲモデル内で、前記ＳＣＲ触媒の物理的特性及び前記ＳＣＲ触媒温度に基づいて計算し、前記ＳＣＲ触媒での貯蔵ＮＨ_３の値を考慮することによって、前記ＳＣＲ触媒を出るＮＨ_３の量を表すＮＨ_３スリップ値を決定する工程を含む、方法。
28. 請求項１８乃至２７のうちのいずれか一項に記載の方法において、更に、
    ＮＨ_３スリップを制御する工程及びＮＯｘエンジンエミッションを増大する工程を含み、
    前記ＮＨ_３スリップ値が所定値よりも高いか或いは所定値よりも高くなることが予想される場合、ＮＯｘエンジンエミッションを増大し、これによってＮＨ_３スリップを減少する、方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、
    前記ＮＯｘエンジンエミッションを増大する前記工程は、前記エンジンに対する排気ガス再循環（ＥＧＲ）の量を減少する工程又は停止する工程を含む、方法。
30. 請求項１８乃至２９のうちのいずれか一項に記載の方法において、更に、
    工程（ｖｉ）で使用されたＳＣＲモデルを変更する工程を含む、方法。
31. 請求項３０に記載の方法において、
    前記ＳＣＲモデルを変更する工程は、前記ＳＣＲ触媒からＮＨ_３センサを使用して実際のＮＨ_３スリップを計測する工程と、
    前記ＳＣＲモデルから前記ＳＣＲモデルＮＨ_３スリップを計算する工程と、
    実際のＮＨ_３スリップを所定時間に亘って平均する工程と、
    ＳＣＲモデルＮＨ_３スリップを同じ所定時間に亘って平均する工程と、
    平均した実際のＮＨ_３スリップと、平均したＳＣＲモデルＮＨ_３スリップとを比較する工程と、
    ＮＨ_３スリップ概算値エラーを決定する工程とを含み、
    前記ＮＨ_３スリップ概算値エラーに従って前記ＳＣＲモデルを大幅に変更する、方法。
32. 請求項３１に記載の方法において、
    前記ＳＣＲモデルを変更する工程は、ＮＯｘガスの所定の変換効率をＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、前記ＳＣＲモデルを変更する、方法。
33. 請求項３０又は３１に記載の方法において、
    前記ＳＣＲモデルを変更する工程は、前記ＳＣＲ触媒容量をＮＨ_３スリップ概算値エラーに基づいて変化することによって、前記ＳＣＲモデルを変更する、方法。
34. 請求項３３に記載の方法において、
    前記ＳＣＲモデルを変更する工程は、前記ＳＣＲ触媒が所定時間に亘って所定の最小量のＮＨ_３で充填されている場合に、前記ＳＣＲ触媒容量を変化することによって、前記ＳＣＲモデルを変更する、方法。
35. 請求項１乃至１７に記載の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒制御システムを備えたディーゼルエンジン。

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