JP2011506823A - 後処理装置制御のためのトランスミッションシフトシグナル - Google Patents

Abstract

トランスミッション（１１３）による不連続トルクレシオシフトは、排気ガス空燃比制御に不利な影響を及ぼすことがある複合的な過度の排気ガス状態となり、非効果的な低濃度NOxトラップ（１０５）再生となってしまう。極端なケースにおいて、その結果は、特に、排気ガスライン燃料改質装置（１０４）が使用中である場合、排気ガスシステム構成部品にとって取り返しのつかないダメージとなる。発明者らのコンセプトは、再生の間のシフティングを避けるため、再生スケジューリングあるいはシフトスケジューリングのどちらかを部分的に変更することである。

Description

本発明は、排気ガス後処理を伴うディーゼル動力発生システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出されるNOxは環境問題である。米国を含む数カ国では、トラックおよび他のディーゼル車から排出されるNOxを制限する規制が長い間未決定のままである。製造者および研究者らは、それら規制の対処に多大な努力を注いだ。

理論混合気の燃焼を利用するガソリン車において、三元触媒によりNOx排出を制御することが知られている。圧縮による発火を利用するディーゼル車において、排気ガスは、概して、三元触媒を有効に作用させるには酸素を多く含み過ぎている。

ディーゼル車から排出されるNOxを制御するために、いくつかの解決策が提案されている。ある取り組みはエンジンに集中している。例えば、排気ガスの再循環および空燃混合物の部分的均一化等の技術は有用であるが、これらの技術だけではNOx排出を削減することはできない。他の取り組みでは、車両の排気ガスからNOxを除去する。これらは、希薄燃焼NOx触媒、選択的接触還元(SRC)触媒、および低濃度NOxトラップ(LNTs)を含む。

希薄燃焼NOx触媒は、酸素を多く含む状況下でNOxの還元を促進する。酸化雰囲気中におけるNOxの還元は困難である。希薄燃焼NOx触媒に要求される活性、耐久性および作用する温度領域を特定する挑戦への試みがなされてきた。希薄燃焼NOx還元のために排気ガスへ例えばディーゼル燃料等の還元剤を絶え間なく供給する必要があり、これは３％以上の燃料の浪費を招く。一般に、希薄燃焼NOx触媒のピークNOx転化効率は非常に低い。

概して、SCRはアンモニアによるNOxの選択還元触媒に言及する。その化学反応は酸化雰囲気中でさえ発生する。NOxは一時的に吸着剤に蓄積することができ、アンモニアは連続的に排気ガス中に供給することができる。SCRはハイレベルのNOx還元を成し遂げることができるが、アンモニアあるいは適当な先駆物質を分配するためのインフラの不足という不利がある。他の懸念は、雰囲気中へのアンモニアの放出の可能性に関わる。

LNTsは、低濃度状態下でNOxを吸着すると共にその吸着されたNOxを高濃度状態下で還元して放出する素子である。概して、LNTは、NOx吸着剤および触媒を含む。概して、吸着剤は、例えばBaCO₃等の塩基性物質あるいはアルカリ土類化合物であり、概して、触媒は、PtおよびRhを含む貴金属の化合物である。低濃度排出においては、触媒は、NOx吸着作用を引き起こす酸化反応を促進する。還元環境において、触媒は、炭化水素還元剤をより活性種に変化させる反応、不活性COからより多くの活性水素を生成する水性ガスシフト反応および吸着されたNOxを還元および吸着する反応を活性化させる。典型的な作用プロトコルにおける還元環境は、LNTの再生（脱硝）のため時々排気ガス中に作り出される。

蓄積されたNOxを除去するための再生は、脱硫酸化と区別するために脱硝作用と呼ばれており、頻繁には発生しない。脱硝作用のための還元環境は、いくつかの方法で作り出すことができる。１つの方法は、高濃度の排気ガス-還元剤混合比を作り出すためのエンジンを使用する。例えば、エンジンは、排気ガスを排気する前の１つ以上のシリンダ中の排気ガスに追加の燃料を噴射することができる。還元環境は、エンジンの下流に向けて低濃度排気ガス中へ還元剤を噴射することによっても作り出すことができる。いずれの場合も、還元剤の一部は、通常、排気ガス中の過剰酸素を消費することに費やされる。過剰酸素量を減少させるためおよび還元剤量を減らすため、エンジンを絞ることができるが、このようにエンジンを絞ることは、いくつかのエンジンの性能に悪影響を及ぼすことがある。

還元剤は、燃焼あるいは改質反応のいずれか一方によって過剰酸素を消費することができる。典型的に、反応は、酸化触媒におけるLNTの上流あるいは燃料改質装置中で起きる。還元剤をLNT中で直接酸化させることもできるが、熱劣化をより早める傾向がある。特許文献１には、LNTの上流の排気ガスラインに配置される燃料改質装置を備える排気ガスシステムが開示されている。改質装置は、酸化および改質触媒の両方を含む。改質装置は、過剰酸素を除去し、また、ディーゼル燃料還元剤をより反応性の改質油へ変換する。

還元環境がどのようにして作られたかに関わらず、再生スケジューリングは重要な事柄である。再生の頻度が非常に低い場合、LNTはその機能を効果的に発揮することができない。再生の頻度が非常に高い場合、燃料損失が過剰になる。LNT再生による燃料損失は、LNTを使用する車両の経費を決定する重要な要因であり、それは排出物制御目標にまだ達していない間は燃料損失をできるだけ低く維持することが望ましい。

進歩性があるにせよ、実施可能で且つ信頼性が高い耐久性を有するディーゼル排気ガス後処理システムの長期に亘る切実な必要性が継続している点は、処理可能な動作コスト（燃料損失を含む）を有するとともに、米国環境保護庁（EPA）会議における２０１０年規制およびトラックおよび他のディーゼル動力車両からのNOx排出を制限するその他の規制に適合するようにNOx排出を低減する。製造者および研究者は、それらの会議に精力を注いできた。

米国特許２００３／０１０１７１３号公報

発明者らは、排気ガス空燃比に悪影響を及ぼす複合過渡排気ガス状態を、トランスミッションギアシフトがもたらすことに注目した。潜在的な影響は、非効果的な再生プロセスを含む。極端な場合、その影響は、再生を試みる間の排気ガスシステム構成部品への取り戻すことができないダメージを含む。発明者らのコンセプトは、再生中にシフトすることを避けるための再生スケジューリングあるいはシフトスケジューリングを変更させることである。

発明の一方の側面は、ディーゼルエンジンおよびトランスミッションを含む動力発生システムの運転方法に関する。その方法は、低濃度NOxトラップを含む排気ガス後処理システムを通じてエンジン排気ガスを通過させること、排気ガス後処理システムの状態および／または能力に関する基準に基づく低濃度NOxトラップの脱硝のタイミングを計ること、あるいは低濃度NOxトラップを含むシステムの一部分、およびトランスミッションが不連続にシフトされている間の脱硝を避けるために脱硝タイミングを変更させること、を含む。

発明の他方の側面は、ディーゼルエンジンおよび不連続なトルク比シフトを許容するトランスミッションを含む動力発生システムの運転方法にも関する。その方法は、低濃度NOxトラップを含む排気ガス後処理システムを通じてエンジン排気ガスを通過させること、排気ガス後処理システムの状態および／または能力に関する基準に基づく低濃度NOxトラップの脱硝のタイミングを計ること、あるいは低濃度NOxトラップを含むシステムの一部分、および低濃度NOxトラップ脱硝の間に不連続にシフトすることを避けるために不連続なシフトのタイミングを変更すること、を含む。

この要約の第１の目的は、以下のより詳細な説明を容易に理解するための簡略化された形態中の発明者の概念において現在確定されたものである。この要約は、発明者の概念の全ての包括的説明あるいは発明者の考えられる発明の概念のあらゆる組合せではない。発明者の他の概念は、図と共に以下の詳細な説明により一当業者に示唆されるであろう。ここで開示された明細書の記載は、一般化、限定化および以下の請求項のために確保されたそれら発明としての発明者の請求項の最終的な明細書を伴う様々な方法の複合化となるであろう。

発明者の多様なコンセプトを実施することが可能な例示的な動力発生システムの概略を示す図である。

図は、多様な発明者らのコンセプトが適用可能な動力発生システム１００の概略図である。動力発生システム１００は、発明者らのコンセプトが適用可能なシステムの１つに過ぎず、ここで説明される多様なコンセプトは、当初、システム１００のようなシステムおよび望ましい実施形態に関連するシステム１００の構成部品のために開発されたものである。動力発生システム１００は、ディーゼルエンジン１０１、トランスミッション１１３、エンジンコントロールユニット（ECU）１１２、および排気ガス後処理システム１０３の構成部品である排気ガスライン１０２を含む。ECU１１２は、エンジン１０１およびトランスミッション１１３を制御する。選択的に、トランスミッション１１３は、ECU１１２とは独立したユニットにより制御することが可能である。

排気ガス後処理システム１０３は、燃料改質装置１０４、低濃度NOxトラップ１０５、およびアンモニアSCR触媒１０６を含む。燃料噴射装置１０７は、燃料改質装置１０４の上流の排気ガスライン１０２中へ燃料を噴射するように構成されている。制御装置１０８は、エンジン１０１、温度センサ１０９によって測定された燃料改質装置１０４の温度、および低濃度NOxトラップ１０５の下流の排気ガスライン１０２のあるポイントでNOxセンサ１１０によって得られたNOx濃度測定についての情報に基づき、燃料噴射を制御する。温度センサ１１１は、脱硫酸化中に特に重要な低濃度NOxトラップ（LNT）１０５の温度を測定するように構成されている。ECU１１２および制御装置１０８は、単一ユニットに統合することができる。

ディーゼルエンジン１０１は、圧縮着火エンジンである。圧縮着火ディーゼルエンジンは、通常、約４％〜約２１％のO₂を有する排気ガスを生じる。還元剤をエンジン１０１の下流の排気ガス中へ噴射することが望ましいが、全体で高濃度な排気ガス-還元剤混合比は、シリンダの排気ストローク中にディーゼル燃料を排気ガス中へ噴射することにより形成することができる。一般に、エンジン１０１は、排気ガス再循環（EGR）システムが設けられるとともにインテークエアスロットルも構成されており、排気ガス酸素濃度を低下させるために、また、全体で高濃度排気ガス-還元剤混合比を生じさせるのに必要な還元剤の量を低減させるために、どちらも利用することができる。希薄燃焼ガソリンエンジンあるいは予混合圧縮着火エンジンは、エンジン１０１として利用することができる。エンジン１０１は、NOとNO₂とから構成されると考えられるNOxを含む排気ガスを生じるように作動する。

エンジン１０１からの排気ガスは、マニホールドによって排気ガスライン１０２へ導かれる。排気ガスライン１０２は、通常、１つのチャンネルを含むが、いくつかの平行なチャンネルとして形成することができる。排気ガスライン１０２は、排気バルブあるいはダンパーを用いずに構成されることが望ましい。特に、排気ガスライン１０２は、排気ガス流をLNT１０５へ向きを変えるために利用することが可能なバルブあるいはダンパーを用いずに構成されることが望ましい。発明者らのコンセプトは、排気バルブあるいはダンパーを備える後処理システムに適用可能であるが、本発明は、シフトにより引き起こされる好ましくない排気ガス状態からLNT１０５を保護するために利用することが可能なバルブあるいはダンパーを備えていないシステムにおいて、より大きな利益をもたらす。いずれにせよ、これらの可動部品は、破損ならびに排気ガス後処理システムの耐久性および信頼性を著しく低下させるおそれがあるので、バルブあるいはダンパーを用いずに排気ガスライン１０２を構成することが望ましい。

排気ガスライン１０２に排気バルブあるいはダンパーが存在しない場合でさえ、排気ガスライン１０２の上流の排気ガスラインは、例えばEGRラインにおける排気ガス再循環（EGR）バルブ等の、排気バルブをなおも含むことができる。主排気ガスラインからの分岐によって流れを制御するように構成された排気バルブと比較すると、排気ガス流の大部分を逸らすための主排気ガスライン内にそれらが構成される場合、特に、排気バルブは問題を含む。より大きい導管用の排気バルブは、より小さい導管用の排気バルブに対して、より破損を生じ易い。

排気ガスライン１０２には、LNT１０５を再生するための高濃度状態を生じさせるための排気ガスライン燃料噴射装置１０７が設けられる。発明者らのコンセプトは、還元剤のエンジン燃料噴射およびディーゼル燃料以外の還元剤の噴射を含む、LNT１０５を再生するための還元された環境を生じさせる他の方法に適用される。それにもかかわらず、還元剤は、エンジン１０１の動力源として使用されるのと同じディーゼル燃料であることが望ましい。また、還元剤は、燃料がピストンリングの周囲を通過するとともにオイル通路に入ることに起因するオイル希釈を避けるため、エンジン１０１のシリンダ内へ噴射するよりもむしろ、排気ガスライン１０２中へ噴射するのが望ましい。シリンダ還元剤噴射の付加的な不利益は、LNT再生を持続させるためのエンジン１０１の作動の部分的な変更、還元剤のパルスの過度なばらつき、エンジン１０１と排気ガスライン１０２との間に設けられるいくつかのターボチャージャに形成される堆積物、およびEGRバルブに形成される堆積物を余儀なくされる、ことを含む。

例えば、ディーゼル燃料は、燃料改質装置１０４の上流の排気ガスライン１０２中へ噴射される。燃料改質装置１０４は、６００℃で酸化および水蒸気改質反応に触媒作用を及ぼすための効果的な量の貴金属触媒を含む。パラジウムおよびロジウムは、このシステムにおいて望ましい酸化および改質触媒である。燃料改質装置１０４は、低熱質量に設計されており、これにより、各LNT再生に向けた水蒸気改質温度まで容易に加熱することができる。低熱質量は、特に、薄い金属基体の周囲に燃料改質装置１０４を構成することによってもたらされる。薄い金属基体は、約１００μm以下、望ましくは約５０μm以下、さらにより望ましくは約３０μm以下の厚さを有する。

水蒸気改質温度は少なくとも約５００℃であり、その温度は、通常、ディーゼル排気ガス温度を超える。ターボチャージャの下流のディーゼル排気ガス温度は、約１１０℃から約５５０℃まで変化する。望ましくは、燃料改質装置１０４は、エンジンからの排気ガスが２７５℃を持続している間、２７５℃の初期温度からの状態で噴射装置１０７からのディーゼル燃料を使用して、暖機および作動される。より望ましくは、燃料改質装置１０４は、２２５℃の初期の排気ガスおよび改質装置温度から暖機および作動することができ、さらにより望ましくは、１９５℃の排気ガスおよび改質装置温度からである。これらの特性は、始動温度でディーゼル燃料の酸化に対して触媒作用を及ぼすため、例えばPtおよび／またはPd等の貴金属の効果的な量を備える燃料改質装置１０４を提供することによりもたらされる。低温始動は、燃料改質装置１０４の上流に低熱質量貴金属酸化触媒を構成することでも向上させることができる。上流の触媒は、残りの燃料を気化している間、燃料の一部を燃焼させることが望ましい。上流の触媒と燃料改質装置１０４との間の混合領域もまた有用である。

水蒸気改質温度で作動する燃料改質装置１０４を有することは、必要とされる貴金属触媒の総量を減少する。水蒸気改質温度で改質する場合、改質が部分的な酸化および水蒸気改質によるものあるいは専ら部分的な酸化反応によるものであるかどうかにかかわらず、排気ガス温度でディーゼル燃料を改質することと比較して、より少量の貴金属触媒で済む。

水蒸気改質反応を通じて少なくとも部分的に作動する燃料改質装置１０４を有することは、著しく、改質油産出を増大させるとともに発熱量を減少させる。主に、反応式（１）にあるような一部分の酸化改質を通して改質油生成が行われる場合、
CH_1.85 ＋0.5 O₂ → CO ＋0.925 H₂ （１）
改質油の1.925モル（COのモル数＋H₂のモル数）は、燃料中の炭素原子の各モル数から得ることが可能である。CH_1.85は、水素比に対する典型的な炭素を有するディーゼル燃料を示す。反応式（２）にあるような水蒸気改質を通して改質油生成が行われる場合、
CH_1.85 ＋ H₂O → CO ＋1.925 H₂ （２）
改質油の2.925モル（COのモル数＋H₂のモル数）は、主に、燃料中の炭素原子の各モル数から得ることが可能である。主に、収率は、燃料の限られた転化効率、完全燃焼反応中の改質反応のための限られた選択性、水蒸気改質状態をもたらすための発熱の必要性、および排気ガスを加熱するために要求されるエネルギ損失等に起因して理論量よりも低くなる。

望ましくは、燃料改質装置１０４は、６００℃で、エンジン１０１からの酸素濃度が８モル％の排気ガスを伴うとともに排気ガスに1.2:1の全体の空撚比をもたらすために十分なディーゼル燃料を有して、少なくとも約２モル％、より望ましくは少なくとも約４モル％、さらにより望ましくは少なくとも約６モル％の改質油が水蒸気改質によって生じる、十分な水蒸気改質触媒を含む。この明細書のため、機能的記載は、典型的なディーゼルオイルである米国国内で販売されている２級ディーゼル燃料オイルに基づいてディーゼル燃料がテストされることを含む。

発明者らのコンセプトは、噴射されたディーゼル燃料を水蒸気改質触媒を含む燃料改質装置によって処理しない動力発生システムに適用することができる。例えば、噴射されたディーゼル燃料は、LNT１０５あるいは酸化触媒の上流の過剰な酸素を消費するために燃焼させることができる。噴射されたディーゼル燃料は、水蒸気改質温度よりも低い温度の部分的な酸化反応によって改質油を生成するために処理されることもできる。

LNTは、低濃度状態下でNOxを吸着するとともに高濃度状態下でNOxを還元および放出する装置である。一般に、LNTは、NOx吸着剤および不活性担体と密接に接触する貴金属触媒を含む。NOx吸着剤の材料例としては、一定の酸化物、炭酸塩、ならびに、例えばMg、Ca、SrおよびBa等のアルカリ土類金属の水酸化物、または例えばKあるいはCs等のアルカリ金属を含む。典型的には、貴金属は、Pt、PdおよびRhの１つ以上からなる。担体は、典型的にモノリスであるが、他の担体組成物を使用することもできる。モノリス担体は、典型的にセラミックスであるが、例えば金属およびSiC等の他の材料をLNT担体として適用することもできる。LNT１０５は、２つ以上の隔離されたブリックスとして与えられてもよい。

アンモニアSCR触媒１０６は、低濃度排気ガス中でNOxをN₂へ還元するためのNOxとNH₃との間の触媒反応に対して機能的である。アンモニアSCR触媒１０６は、脱硝中LNT１０５から放出されるNH₃を吸着し、その後、このNH₃を低濃度状態下でLNT１０５から放出されたNOxを還元するために使用される。アンモニアSCR触媒の例として、CU, Zn, V, Cr, Al,Ti, Mn, Co, Fe, Ni, Mo, WおよびCe等の金属酸化物、およびZSM-5あるいはZSM-11等のゼオライト、Cu, Co, AgあるいはZnのカチオンのような金属イオンへの置き換えがある。アンモニアSCRは、貴金属を使用して完成させることができるが、SCR触媒１０６は、実質上、貴金属を使用しないことが望ましい。望ましくは、アンモニアSCR触媒１０６は、LNT１０５を脱硫酸化するために要求される温度に耐えられるように設計される。

排気ガス後処理システム１００は、例えばディーゼル微粒子フィルタおよび浄化酸化触媒等の他の構成部品を含むことができる。熱質量は、LNT１０５が高い燃料改質温度に頻繁に晒されることを防ぐため、燃料改質装置１０４とLNT１０５との間に配置することができる。ディーゼル微粒子フィルタは、熱質量として利用することができる。

通常動作中（低濃度状態）、エンジン１０１は、NOx、微粒子体および過剰な酸素を含む排気ガスを生じる。NOxの一部分は、LNT１０５によって吸着される。アンモニアSCR触媒１０６は、LNT１０５の前の脱硝で蓄積されたアンモニアを有する。アンモニアSCR触媒１０６が蓄積されたアンモニアを含む場合、NOxの付加的な部分は、蓄積されたアンモニアとの反応によってアンモニアSCR触媒１０６中で減少される。通常、燃料噴射装置１０７は、この期間中、不活性であるが、僅かな燃料噴射は、容易に加熱されることが可能な温度で燃料改質装置１０４を持続するために、あるいは、効果的にNOxを吸着する温度で低濃度NOxトラップ１０５を持続するために、使用することができる。

時々、LNT１０５は、高濃度状態において蓄積された（脱硝）NOxを除去するために再生する必要がある。脱硝は、通常、動作温度まで加熱されること、そして、改質油を生成するために改質装置１０４を使用することを含む。改質装置１０４は、通常、半化学量論的比率で燃料改質装置１０４の上流の排気ガス中へ燃料を噴射することで加熱され、これにより、排気ガス-還元剤混合比は全体で低濃度を維持するとともに噴射された燃料の大部分は改質装置１０４内で完全燃焼する。これは、低濃度暖機段階と呼ぶことができる。燃焼によって改質装置１０４が加熱されるとすぐに、燃料噴射率を減少させることができ、および／または、全体で高濃度な排気ガス-還元剤を生じるために排気ガス酸素流量が減少され、その結果、燃料改質装置１０４は、排気ガス中の酸素の大部分を消費するとともに局部的な酸化および／または水蒸気改質反応によって改質油を生成する。このようにして生成された改質油は、LNT１０５内部で吸着されたNOxを還元する。NOxのいくらかは、アンモニアSCR触媒１０６によって吸着されて蓄積されたNH₃へ還元される。

制御装置１０８は、状態に関する基準およびまたは排気ガス後処理システム１０３の能力あるいはLNT１０５を構成しているそのものの構成部品に基づいて、LNT１０５の脱硝をスケジュールする。スケジュールあるいはスケジュールを定義する基準は、確定したシフト中の脱硝を避けるために部分的に変更することができる。制御装置１０８は、ECU１１２と同じであってもよいし、あるいは、独立した装置であってもよい。

LNT脱硝スケジュールのための基準は、LNT添加に基づいてもよい。LNT添加は、多量のNOxが蓄積された期間、NOx蓄積能力を存続すること、飽和度百分率、あるいは、この種の他のパラメータによって特徴付けられる。NOx添加を推定すること、および／または、NOx蓄積能力を存続させるための多くの方法が提案されている。これらの方法は、一般に、NOx蓄積率の推定値を統合すること、および、結果を推定されたNOx蓄積能力と比較することを含む。

NOx蓄積率は、エンジン１０１外へのNOx流量とLNT１０５外へのNOx流量との差分から、あるいは、エンジン１０１外へのNOx流量とLNT１０５のNOxトラッピング効率の推定値とを掛け合わせることにより、推定することができる。エンジン外へのNOx流量は、エンジン動作マップあるいはLNT１０５の上流の排気ガス中にNOxセンサを使用することにより、推定することができる。センサを使用する場合、LNT１０５外へのNOx流量は、通常、例えばセンサ１１０等のNOx濃度センサを使用することが予測される。

スケジュール脱硝を使用することができる他の基準は、後処理システム１０３の現状の動作に関する基準、あるいは、LNT１０５の下流で得られたNOx濃度測定値から決定される場合、LNT１０５を含むその一部分を含む。これらの測定値は、独立した基準、下流の濃度が臨界値を上回る時の再生、あるいは、LNT１０５の上流のNOx濃度の推定値との組み合わせ、において使用することができ、これにより、LNT作動効率は、決定されるとともに基準として使用することができる。LNT１０５の動作は、個々に、あるいは、測定することが可能な、例えばSCR反応１０６等の他の装置と組み合わせたLNT１０５の動作により、決定することができる。

時々、LNT１０５もまた、蓄積された（脱硫酸化）硫黄混合物を除去するために再生させる必要がある。脱硫酸塩は、動作温度まで燃料改質装置１０４を加熱させること、脱硫酸化温度までLNT１０５を加熱させること、および高濃度雰囲気を用いて加熱されたLNT１０５を提供すること、を含む。脱硫酸化温度は、変化するが、典型的に、約５００〜約８００℃の範囲、典型的に、最適な温度は約６５０〜約７５０℃である。下限温度よりも低い温度では、脱硫酸化はとても遅い。上限温度よりも高い温度では、LNT１０５は損傷する。

LNT１０５は、改質装置１０４からの熱伝導によって暖められる。この熱を発生させるため、燃料を低濃度状態下で改質装置１０４へ供給することができ、これにより、燃料は改質装置１０４中で燃焼する。改質装置１０４が一度加熱されると、燃料噴射率は、LNT１０５が加熱されている間、改質装置１０４の温度が持続されるように制御することができる。LNT加熱は、LNT１０５中の燃焼を生じさせるパルス燃料噴射によって増大させることができる。LNT１０５を十分に加熱させた後、燃料噴射率は、低濃度環境をもたらすために増加させることができる。

トランスミッション１１３は、エンジン１０１および排気ガス後処理システム１０２と同時に作動する。トランスミッション１１３は、エンジン１０１と、動力発生システム１００によって駆動される装置、典型的には駆動系と、の間のトルクレシオを変更する。トルクレシオは、好ましい範囲内でエンジン速度を維持している間、駆動要求に対応して変更される。

トランスミッション１１３は、いくつかの適当なタイプとすることができる。トランスミッション１１３は、例えばカウンターシャフトタイプメカニカルトランスミッション等の標準的なトランスミッションとすることができるが、トルクの一部が段階的トランスミッションにより伝達される無段階トランスミッション（CVT）とすることもできる。一般に、トランスミッション１１３は、オートマチックトランスミッションであるが、本発明のいくつかの態様は、同様に、マニュアルトランスミッションに適用することもできる。トランスミッション１１３は、一部分において、連続シフトとは対照的に定義される不連続シフトにより作動する。不連続シフトは、トルクレシオが一方の値から他方の値へ変化するトルク断絶を含む。

トランスミッション１１３が不連続シフトとなる間に、低濃度NOxトラップ１０５の脱硝を試みることは、問題を含む。排気ガス混合物、温度および流量は、トルク断絶前、トルク断絶中およびトルク断絶後に発生する排気ガスの組み合わせに相当する過渡現象を被る。異なる排気ガス特性の応答時間は著しく相違する。例えば、混合物変化がよりゆっくりと伝搬される間、流量は、排気ガスシステムによって急速に変化する。性質が相違する排気ガスの混合物は、複雑な変化をもたらす結果となる。これらの変化を考慮すると、特定の時間で排気ガスライン１０２における特定の部分で排気ガスの混合物を画定することは困難である。その結果、排気ガス空燃比を制御することが困難であり、燃料改質装置１０４の温度を制御することが困難であり、さらに、低濃度NOxトラップ１０５が受け取る改質油がどれだけの量であるのか、また、それがどれくらいの速度で再生されるのかを知ることが困難である。結果として、低濃度NOxトラップ１０５の非効率的な再生、過度の燃料消費、および排気ガスシステム構成部品へのダメージ、が起こり得る。

例示的なシステム１００において、空燃比は、燃料噴射装置１０７によって排気ガスライン１０２中へ燃料を噴射することにより制御される。排気ガス流量に対して噴射される燃料が多過ぎる場合、燃料改質装置１０４から変化していない燃料の過剰なブレークスルーがもたらされる。変化していない燃料は、低濃度NOxトラップ１０５から還元されていないNOxの高度の放出を引き起こすおそれがある。また、変化していない燃料は、SCR触媒１０６に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、変化していない燃料は、燃料改質装置１０４の下流で化学反応するとともに排気ガスライン１０２における様々な部分で好ましくない加熱を引き起こすおそれがある。

高濃度状態中において噴射される燃料が少な過ぎることも問題がある。燃料噴射量が目標量から化学量論量へ減少された場合、発熱を伴う燃焼量が本質的に一定を持続する間、燃料改質装置１０４における吸熱を伴う水蒸気改質量は減少し、燃料改質装置１０４に増加された量での加熱を引き起こす。その加熱は、燃料改質装置１０４にダメージを与えるほど過剰であるおそれがある。燃料改質装置１０４がオーバーヒートする前に再生を中断するとともに燃料噴射を停止することが可能であるが、この推移は脱硝プロセスを延長させるとともに燃料消費を増大させる。

不連続シフト中の再生に伴うもうひとつの潜在的な問題は、非常に大きい排気ガス酸素流量が生じる可能性があることである。大きい酸素流量は、高濃度状態を持続するための過剰な燃料消費および燃料改質装置１０４における過剰な熱再生も引き起こすおそれがある。さらに、その結果、排気ガスシステム構成部品、あるいは、燃料改質装置１０４の冷却の時間を考慮して脱硝を中断する燃料噴射の中断の必要性に、ダメージを与えるおそれがある。

発明者らのコンセプトのひとつは、不連続のトランスミッショントルクレシオシフト中の再生を避けるための脱硝のタイミングを、選択的に進めるか遅らせるかである。その選択的なことは、脱硝基準に基づくことができ、例えば、シフトが近づいている時に脱硝が開始されるための基準がほぼ満たされている場合に限り、脱硝タイミングが進められる。選択は、シフトがシフトタイプの限定されたカテゴリーの範囲内である場合、タイミングが唯一変更される、シフト発生の特性を考慮することができる。

シフトのいくつかのタイプは、脱硝に向けて有利であるとともに、脱硝タイミングを保持する、あるいは、シフトがこのようなタイプである場合にシフトと同時に起こるようにそれを部分的に変更することでさえ、好ましいことがある。例えば、車両加速中のアップシフトは、低排気ガス流量と低燃料損失を伴う脱硝を可能とする低排気ガス酸素濃度との組み合わせをもたらすことがある。このような結果の利点を選択するかどうかは、設計事項である。この明細書において、不連続シフトの異なるタイプの中で差異化させること、ならびに、他でもないが、不連続シフトのいくつかのタイプにおける脱硝を避けるために選択すること、と不一致であることは何もない。他方で、用語「選択的に避ける」は、選択がいつも回避されることを除外することなく回避が行われるケースを除外するように、解釈されるべきではない。

一実施形態において、不連続シフトの進行中、シフトが切迫した時、あるいは、シフトが予め設定された閾値を近い将来超えそうな場合、脱硝は選択的に延期される。シフトは、それが今にも行われようとしている場合、あるいは、例えば数秒等の短期間のうちに行われる場合、切迫している。延期は、一定期間の脱硝を禁止すること、または、シフトが完了するまであるいはシフトが完了してからしばらくの時間が経過した後まで脱硝を禁止すること、を含む。脱硝は、少なくとも、シフトが行われたことを示すシグナルを受信するまで延期される。脱硝が許可される前に、シフトの完了を受けてある期間が経過することを許容することが好ましく、それは、排気ガス状態を安定させるために、脱硝後数秒かかるであろう。

近い将来シフトが発生する可能性は、シフトタイミングの決定に利用される基準に基づき決定することができる。その可能性は、いくつかの適当な方法により決定することができる。ひとつの手段において、その可能性は、シフトポイントまでのエンジン速度の接近に基づき決定される。他の手段において、その可能性は、エンジン速度勾配、エンジントルク勾配、車両速度勾配、ペダル位置、およびべダル勾配のうち、１つ以上が考慮される。パラメータと可能性との関係は、数式に組み込むことができる。一例を挙げると、数式は、単なる推定に過ぎない。他の例を挙げると、可能性は、訓練実例のような歴史的データを使用する確率的依存型モデルを利用して決定することができる。可能性を適用するまでの期間は、いくつかの適当な方法を選択することができる。望ましくは、期間は、脱硝が開始されるおよび完了するまでにかかる時間に相当する。適当な期間は、例えば、３秒とすることができる。

切迫あるいは可能性があるシフトに起因して脱硝が延期されている間、脱硝のための基準が満たされた場合、脱硝のための準備は、禁止の期間中に行うことができる。例えば、システム１００における燃料改質装置１０４は、低濃度NOxトラップ１０５の高濃度再生に先立って、低濃度状態下で加熱される。脱硝のための基準を満たしていない場合、燃料改質装置１０４は、延期の期間中、加熱させることができ、それによって、脱硝は、一度延期期間が過ぎると、直ちに開始することができる。

他の実施形態において、脱硝は、不連続シフトが切迫している、あるいは、シフトが、近い将来予め決定された閾値を超えることが発生する可能性がある場合、選択的に進行される。一例を挙げると、脱硝を本質的に完了させるための時間を考慮して、シフトの十分な先行通知がある。脱硝は、シフトが排気ガス状態に影響を及ぼす前に完了されることができる完了へ向けて十分であるならば、脱硝に不都合な影響を及ぼすことが可能な方法により本質的に完了される。脱硝は、満たされるべき緩和された脱硝基準に基づき選択的に開始される。緩和された基準は、閾値の低下を意味し、これにより、シフトが完了されるおよびシフトが実質的に安定することで、排気ガス状態が影響を受ける前に、脱硝基準を満たす実質的な機会があるならば、脱硝は、通常、直ちに開始する。

不連続シフトの存在、または、不連続シフトが差し迫っていることの切迫あるいは可能性は、適当な装置によって決定することができる。一実施形態において、決定は、トランスミッションがシフトするおよび脱硝タイミングを決定する第２制御装置と通信するタイミングを決定する第１制御装置によってなされる。他の実施形態において、決定が特に有利であろうとも、独立した進化したサブシステムが動力発生システムに組み込まれる場合、脱硝タイミングを決定する第２制御装置は、現在、切迫、あるいは可能性を独立して決定することが要求される情報を受信する。

このあとの実施形態において、脱硝のためのタイミングを決定する第２制御装置は、シフトのタイミングを決定するために使用される情報の全てあるいはその一部分を提供する。一例を挙げると、第２制御装置は、第１制御装置からアップシフトおよびダウンシフトポイントを受信するとともに、シフトポイントに、到達、直近、および／または接近の比率に基づき、現在、切迫あるいは可能性を決定する。他の例を挙げると、第２制御装置は、情報の全ておよび第１制御装置によって使用されるアルゴリズムを受信する。

他の潜在的に都合のよいアプローチは、車両速度および／またはエンジン負荷（トルク）を含む、エンジン制御ユニット（ECU）からの利用可能な情報に基づき、シフトの開始および／または終了を決定することである。このアプローチは、マニュアルトランスミッションに対して有利であるとともに、オートマチックトランスミッションの場合におけるトランスミッション制御情報へアクセスする必要性を排除する。トランスミッション制御情報へアクセスする必要性の排除は、後処理システムが既存の動力発生システムに加えられる場合に有利である。

速度およびまたはトルク情報の観測結果は、シフトの開始および／または終了を決定するために利用することができる。シフトの開始は、車両速度変化の増加と同時に発生する減速によって特徴づけられる。シフトの終了は、車両速度変化の減少に続く加速によって特徴づけられる。これらの目的のための変化は、いくつかの適当な方法で定義することができる。典型的には、現在の速度変化は、直前の期間に集められる速度データから計算される。その変化は、そこで、各速度データポイントの差分の二乗の合計および全データポイントの平均として定義することができる。変化の時間の期間は、計算された経時的な進行である。

好ましい実施形態において、シフトの開始は、車両が減速している間の上限を超えた車両速度変化に基づき検出される。その速度変化の上限は、固定することができるが、その上限は、動的に決定されることが好ましい。一例を挙げると、上限は、車両の減速中に、エンジン負荷の持続されたドロップ（最小期間を通した負の勾配）があると必ず、今の変化にリセットされる。このような方法における上限の決定は、固定された上限に対してより速いシフトの検出が与えられる。

車両速度およびエンジン負荷が最小期間を通して正の勾配を持続している間、変化が下限を下回って減少した場合、シフトの終了は検出される。再度、下限は固定することができるが、より正確なおよびより迅速な検出のために動的に決定されることが望ましい。シフトの開始に引き続き、下限は、エンジン負荷が正の勾配を持続している間を通しての最小期間の最初の発生後、今の変化にセットされる。

他の発明者らのコンセプトは、脱硝中の不連続トランスミッショントルクレシオシフトを避けるため、シフトタイミングを選択的に進めるあるいは遅らせることである。脱硝タイミングを変更するケースの場合、シフトタイミングは、脱硝中に全不連続トランスミッショントルクレシオシフト、あるいは、脱硝中の一部のタイプの不連続トランスミッショントルクレシオシフトを避けるため、選択的、部分的に変更することができる。

シフトに合わせるために脱硝タイミングを部分的に変更するよりもむしろ、シフトタイミングを部分的に変更することができる。シフトタイミングは、脱硝開始のための基準が満たされることに近づくと、選択的に進めることができる。基準を満たすことが近づいたことは、いくつかの適当な方法で定義することができる。例は、閾値の百分率を例えば９０％に固定すること、閾値からオフセットさせて固定すること、あるいは推定された変化率に基づき閾値が到達されるまでの時間を固定すること、を含む。シフトポイントに到達する前にシフトタイミングがシフトの開始によって進められることは、エンジンがシフトポイントに接近していること、および、変化率の予測がシフトポイントに間もなく到達することを示すこと、をもたらす。

より望ましい実施形態において、シフトは、脱硝が進行中の時に遅らされる。シグナルは、脱硝が開始されていることを示す再生の開始でトランスミッションへ提供することができる。例えば、固定された期間あるいは脱硝が完了したシグナルが受信されるまで、シフティングは延期することができる。他の実施形態において、短期間内に脱硝が起きそうな場合、あるいは脱硝開始の基準が満たされることに近づいている場合、シフティングを遅らせることができる。

随意に、第１制御装置は、シフトのための時間を決定するとともに、第２制御装置は、脱硝のための時間を決定する。このようなケースにおいて、第２制御装置は、第１制御装置へ、例えば、脱硝が開始されたこと、脱硝を開始するための基準が満たされることが近づいていること、および／または、脱硝が完了されたこと、等が示された適当なシグナルを送信することができる。別の可能性として、脱硝の開始および／または終了のための基準は、シフトのための時間を決定する第１制御装置へ提供することができる。

発明者らのコンセプトは、脱硫酸化に適用することができる。脱硫酸化は時間が長くかかり過ぎるため、脱硫酸化中、シフティングを避けることは実用的ではないが、不連続トルクレシオシフト中、あるいは、不連続トルクレシオシフトが起こりそうな期間中、脱硫酸化の高濃度期間を一時的に中断することが可能である。脱硫酸化の高濃度期間は、排気ガス状態が安定されるとすぐに、再開することができる。脱硫酸化の一時的な中断は、典型的には、燃料改質装置１０４および／またはLNT１０５の温度を維持することが必要あるいは望ましいのであれば、例え、この期間中に僅かな燃料噴射が使用されるとしても、排気ガスライン１０２における不連続燃料噴射を含む。

以下の請求項により詳述された本発明は、いくつかの概念、構成部品および特徴的事項に関連して示されるおよび／または説明される。特定構成部品あるいは特徴が、いくつかの概念のうちの１つだけあるいは実例あるいは広いおよび狭い用語のいずれかについてここに開示されると同時に、それらの広いおよび狭い概念における構成部品あるいは特徴的事項は、それらの広いあるいは狭い概念における他の構成部品あるいは特徴的事項の１つ以上と組み合わせることができ、そのような組み合わせは、当業者により必然的に理解されるであろう。また、当該明細書は、単に一発明について説明しており、以下の請求項は、あらゆる概念、解釈、具体例あるいはここに説明した実行形態を必ずしも含むものではない。

本発明は、ディーゼルエンジンからのNOx放出制御に有用である。

Claims (15)

1. NOxを含む排気ガスを生じるためにディーゼルエンジン（１０１）を作動するステップと、
   トルクレシオ間で不連続シフティングが可能なトランスミッション（１１３）によって前記ディーゼルエンジン（１０１）から動力が伝達されるステップと、
   トルクレシオ間で不連続にシフティングさせるステップと、
   前記排気ガスからNOxの一部分を吸着するための低濃度NOxトラップ（１０５）を含む排気ガス後処理システム（１０３）を通して前記排気ガスを通過させるステップと、
   前記排気ガス後処理システム（１０３）、あるいは前記低濃度NOxトラップ（１０５）を含むそれの一部分の、状態および／または能力に関連する基準に基づき、前記低濃度NOxトラップ（１０５）の脱硝のタイミングを計るステップと、
   前記トランスミッション（１１３）が不連続シフティングである間の脱硝を避けるため、シフトタイミングあるいは脱硝タイミングのどちらかを変更するステップと、
   を含み、
   前記低濃度NOxトラップ（１０５）を脱硝するステップは、前記低濃度NOxトラップ（１０５）に対して全体で高濃度な排気ガス-還元剤混合体を供給して、これにより、前記低濃度NOxトラップ（１０５）は、蓄積されたNOxを放出および還元するステップを含む、ことを特徴とする動力発生システム（１００）の運転方法。
2. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
   前記シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
   を含み、
   前記第２制御装置（１１２）は、前記第１制御装置（１０８）へシフトが切迫していることを示すシグナルを送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. シフトを示す前記シグナルが切迫していることは、前記シフトのための期間を開始および完了させる再生のための時間を考慮して十分に前記シフトのかなり前から提供されて、
   前記第１制御装置（１０８）は、選択的に、前記シグナルに応答して脱硝を開始する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１制御装置（１０８）は、前記シグナルの後に続く期間におけるいかなる脱硝の開始をも妨げることにより、前記シグナルに応答する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記第１制御装置（１０８）は、少なくとも、前記第１制御装置（１０８）が前記第２制御装置（１１２）から、前記シフトが本質的に完了したことを示すさらなるシグナルを受信するまで、いかなる脱硝の開始をも妨げることにより前記シグナルに応答する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
   前記不連続シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
   を含み、
   前記第２制御装置（１１２）は、前記第１制御装置（１０８）へ、間もない期間内にシフトが発生する可能性を示すシグナルを送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
   前記不連続シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
   を含み、
   前記第１制御装置（１０８）は、前記シフトタイミングを決定する時に前記第２制御装置（１１２）によって使用される前記基準を提供する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
   前記不連続シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
   を含み、
   前記第２制御装置（１１２）は、前記第１制御装置（１０８）に、アップシフトおよびダウンシフトポイントを提供する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記脱硝タイミングは、いくつかのタイプのシフトを避けるために変更されるが、他のタイプのシフトを避けるために変更されない、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記脱硝は、シフト中の脱硝を避けるために延期されて、
    前記排気ガス後処理システム（１０３）は、排気ガスラインにおける前記低濃度NOxトラップ（１０５）の上流に構成された燃料改質装置（１０４）をさらに含むとともに、前記方法は、前記低濃度NOxトラップ（１０５）の脱硝に備えて低濃度状態下で前記燃料改質装置（１０４）を加熱するための、シフト中における前記燃料改質装置（１０４）の上流の前記排気ガスライン中への選択的な燃料噴射をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
    前記シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
    を含み、
    前記第１制御装置（１０８）は、前記第２制御装置（１１２）へ、脱硝のための基準が満たされることに近づいていることを示すシグナルを送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
    前記シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
    を含み、
    前記第１制御装置（１０８）は、前記第２制御装置（１１２）へ、脱硝が切迫していることを示すシグナルを送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
    前記シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
    を含み、
    前記第１制御装置（１０８）は、前記第２制御装置（１１２）へ、脱硝が間もない期間内に発生する可能性があることを示すシグナルを送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記脱硝タイミングが第１制御装置（１０８）によって決定されるステップと、
    前記不連続シフトタイミングが前記第１制御装置（１０８）とは物理的に異なる第２制御装置（１１２）によって決定されるステップと、
    を含み、
    前記第２制御装置（１１２）は、前記脱硝タイミングを決定する時に前記第１制御装置（１０８）によって使用される前記基準を提供する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. シフトは、脱硝中のシフティングを避けるために延期される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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