JP5311151B2

JP5311151B2 - 脱硫制御方法

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Publication number: JP5311151B2
Application number: JP2010504897A
Authority: JP
Inventors: チムナー，クリスチャン，トーマス; ロイター，ヨハネス，ウォルター
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: EP2145082A2; US7849678B2; WO2008132602A3; EP2145082B1; JP2010526233A; WO2008132602A2; US20070209351A1

Description

【０００１】
本発明は、排気後処理手段を備えたディーゼル動力発生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンからのNOxの排出は環境問題である。米国を含む数カ国では、トラック及び他のディーゼル動力車からのNOxの排出を制限する規制は、長い間未決定のままにある。製造者及び開発者は、これらの規制を満たすべく、かなりの努力を注いできた。
【０００３】
理論混合比（ストイキ比）の燃料と空気との混合物を利用するガソリン動力車において、NOx排出を制御する三元触媒が提示されてきた。圧縮点火を利用するディーゼル動力車において、一般的に、三元触媒は、あまりに酸素濃度が高いため、排気が効果的になされていない。
【０００４】
ディーゼル動力車からのNOx排出を制御するいくつかの解決策が提案されてきた。解決糸口の１つは、エンジンに焦点が当てられている。排気ガスの再循環及び燃料と空気との混合物を部分的に均一化するような技術は役立つが、これらの技術だけではNOx排出は除去されない。解決糸口の他のものは、車の排気からNOxを除去する。これらの解決の糸口は、希薄燃焼（リーンバーン）NOx触媒、選択的触媒還元（SCR）触媒、及び、希薄濃度NOxトラップ（LNTs）を含む。
【０００５】
希薄燃焼NOx触媒は、酸素高濃度条件下におけるNOxの還元を促進する。酸化雰囲気中におけるNOxの還元は難しい。要求される活性、耐久性、及び作用温度領域を含む希薄燃焼NOx触媒を見出す挑戦が難しいことが分かってきた。ディーゼル燃料のような還元剤は、３％以上の燃料の経済的損失をもたらしながら、希薄NOx還元のための排出に供給される。現在、希薄燃焼NOx触媒のためのピークNOx転化（変換）効率は認可されないほど低い。
【０００６】
一般に、SCRは、アンモニアによるNOxの選択的触媒還元を指す。その反応は酸化雰囲気中でさえ起こる。NOxは一時的に吸着剤に蓄積可能であり、又は、アンモニアは連続的に排気ガス中に供給可能である。SCRはNOx還元の高水準に達することができるが、アンモニア又は適当な先駆物質を供給するためのインフラの不足に不利な点がある。他の懸念は、環境中へのアンモニア放出の可能性に関するものである。
【０００７】
LNTs（複数形）は、希薄濃度排気条件下でNOxを吸着し、かつ、その吸着されたNOxを高濃度条件下で還元して放出するデバイスである。一般的に、LNTはNOx吸着剤及び触媒を含む。吸着剤は、典型的にBaCO₃のようなアルカリ土類化合物であり、かつ、触媒は、典型的にPt及びRhを含む貴金属の組み合わせである。希薄濃度排気において、触媒はNOx吸着を導出する反応を速める。還元環境において、炭化水素の還元剤がより活性な種に変換されることによって触媒は反応を速め、水性ガスシフト反応を速めて、より少ない活性ＣＯからより多い活性水素を生成し、さらに、吸収されたNOxが還元かつ脱着されることによって反応を促進する。典型的な作用手順では、LNTを再生成（脱硝）するため、還元環境は、ときに排気内部で作り出される。
【０００８】
蓄積されたNOxを取り除くための再生成はごく稀にしか実行されないが、脱硫と区別するために脱硝と称される。還元環境はいくつかの方法で作り出される。解決糸口の１つは、高濃度の排気-還元混合物を生成するエンジンを使用する。例えば、エンジンは、排気を放出する前に１個以上のシリンダ内部の排気中に余分な燃料を注入することができる。還元環境は、エンジンから薄い密度の排気下流に還元剤を注入することによって、作り出すこともできる。いずれにしても、還元剤の一部は、一般的に、排気と反応し、かつ排気内の過剰な酸素を消費する。過剰な酸素量を減じ、かつ、過剰な酸素を消費しながらかつ浪費される還元剤の量を減じるために、エンジンがスロットル動作される。しかし、このようなスロットルの動作は、いくつかのエンジンの性能に逆効果を与えねない。
【０００９】
還元剤は、燃焼又は反応生成物の改質のいずれかによって、過剰酸素を消費することができる。反応生成物は、概して、酸化触媒を覆うか又は燃料改質器の中で、LNTの上流で発生する。還元剤はまた、LNT中で直接酸化されることができるが、一方で、このことは、より速い熱劣化をもたらす傾向がある。米国特許公開番号２００４／００５００３７（以下「’37公開」と称する）は、LNTから上流の排気ラインに配置された燃料改質器を備えた排気システムについて説明している。燃料改質器は、酸化触媒と蒸気改質触媒との両方を含む。燃料改質器は、排気システムから余剰酸素を除去し、かつ、ディーゼル燃料還元剤の一部を、より反応性の高い改質物へと変換する。
【００１０】
LNTsは、NOxを蓄積することに加え、SOxを蓄積する。SOxは、通常の燃料に存在する硫黄の燃焼生成物である。還元された硫黄燃料でさえ、燃焼により生成されたSOxの総量は大変多い。SOxは、NOxよりさらに強力に吸着すると共に、頻度が低下しても、より厳密に再生成することが必要とされる。脱硫は、還元雰囲気ばかりでなく昇温も必要とする。
【００１１】
脱硫中は、厳密にLNTの温度を制御することが望ましい。LNTの温度が低すぎると、脱硫に余分な時間がかかり、その結果、高い燃料代がかかる。LNTの温度が高くなりすぎると、触媒は不可逆的な非活性化状態となる。
【００１２】
排気温度は、希薄燃焼ガソリンエンジンの場合、特にエンジンの大きさによって高まる。しかし、少なくともディーゼルエンジンの場合は、しばしば、付加的な熱をLNTに供給することが必要である。この熱は、概して、過剰な酸素を排気システムから除去するために使用されたのと同手段によって供給される。’37公開では、燃料改質器によって上流で生成された熱は、下流のLNTを脱硫温度まで加熱するために使用される。そして、LNTの温度は、燃料改質器の温度によって制御される。また、燃料改質器は、脱硫のために、ディーゼル燃料よりも、より活発な合成ガス（syn gas）を供給する。
【００１３】
合成ガスの生成中、燃料改質器は、特に排気酸素濃度が８％以上の場合に、制御不可能な状態で加熱することがある。’37公開は、燃料注入をパルス化（脈動化）することによって、この課題に対処している。高濃度（リッチ）期間では、燃料改質器は合成ガスを生成し、加熱する。希薄濃度期間では、燃料改質器は冷却することが許可される。希薄濃度（リーン）期間と高濃度期間を交互に行うことによって、燃料改質器の温度が狭い範囲内に維持される。
【００１４】
脱硫中に、希薄濃度期間と高濃度期間を交互に行うことは、米国特許６，５３０，２１６（以下「’216特許」と称する）にも記載されているが、まったく異なる理由のためのものである。’216特許によれば、還元剤濃度が高く、高濃度期間が長い場合に、SOxは、H₂Sとして放出される。H₂Sの放出は、その強力かつ不快な臭いのため望まれない。低い還元剤濃度は、脱硫が長引くために望まれない。２秒から１０秒ごとに、高濃度期間を制限するために燃料注入をパルス化にすることによって、高い還元剤濃縮物が、Ｈ _２ＳよりはむしろSO₂としてSOxを放出する間に用いられる。
【００１５】
以上の進歩にもかかわらす、耐久性があり、信頼性が高く、製造及び運転コスト（燃料代を含む）が許容範囲にあり、かつ、米国環境保護庁（EPA）の２０１０年規制および他の同様な規制に十分対応するディーゼルエンジンからのNOx排出を制限することができる排気ガス後処理システムが、長年にわたって要求されてきた。
【発明の概要】
【００１６】
発明者らの考えは、直列に配置した燃料改質器及びLNTを含む排気後処理システムを有する動力発生システムを制御することに関する。特に、本発明は、脱硫中、LNTの温度を制御する一方、燃料改質器の動作を調整するために、LNTの上流の燃料注入（噴射）を制御する方法に関する。
【００１７】
発明者らの考えの一態様は、燃料改質器が燃料注入期間の冷却を許容するために燃料改質器の最小温度を操作することによって、主として、LNTの温度が、LNTの脱硫設定温度に近づけるように制御される。燃料注入（燃料噴射パルス）の過程にわたり、燃料改質器は、燃料の反応により最大温度まで加熱する。この最大温度は大きく変化しないか、又は燃料改質器の最小温度と同じ温度まで少なくとも変化しない。燃料改質器は、燃料噴射間の各期間にわたり、制御アルゴリズムによって決定される最小温度まで冷却することを許容される。
【００１８】
この燃料改質器の最小温度を上昇させることはLNTを加熱させるが、LNT内の反応の度合いを増加させるほどに燃料改質器の温度に影響を及ぼさない。高濃度期間からの還元剤は、LNTを加熱するLNT内部の希薄濃度期間からの酸素と反応する。この反応の程度は、燃料噴射パルスが短くなるにつれて増加する。LNTが加熱するにつれ、より短い燃料噴射パルスが使用される。LNTの温度がLNTの脱硫設定温度に到達するにつれ、燃料噴射パルスは、加熱速度を安定させるために長くなる。発明者らは、この方法が、脱硫中、狭い範囲内でLNTの温度を安定に維持するときに優れていることを見出した。さらに、燃料噴射パルスの期間は、脱硫の容量のために長く保たれ、これは、還元剤が効率的に使用されることを確実にする観点から望ましい。燃料噴射パルスが比較的長い間、燃料噴射パルスは、H₂Sの生成を避けるのに一般的に十分に短くなる。特に、燃料改質器は、燃料噴射パルスが燃料改質器の所定の最大温度に基づいて終了した場合には、過剰な加熱から保護される。
【００１９】
燃料改質器の最大温度を固定するか、又は、燃料改質器の最大温度をより低い温度に変化させながら燃料改質器の最小温度を調節することにより、パルス周波数、即ち、燃料噴射頻度を変化させる。したがって、発明者らの考えによる別の見方によれば、燃料噴射パルスの回数を通して、LNTの温度を制御することである。好ましくは、燃料改質器が各噴射パルスにより加熱されることに対しても、燃料改質器の最大温度は、比較的一定のままである。これは、所望の燃料噴射パルスの頻度を得るために、希薄濃度期間の最終点を変えることによって達成することができる。
【００２０】
また、ここで留意すべきは、燃料改質器の最大温度を固定するか、又は、この最大温度をより低い温度に変える一方で、燃料改質器の最小温度を調整することにより、燃料改質器が冷却される間の希薄濃度期間の継続期間を変化させることである。従って、本発明における発明者らの考えの別の見方によれば、希薄濃度期間の継続期間を通じてLNTの温度を制御することである。
【００２１】
発明者らの考えのさらなる別の見方によれば、希薄濃度の排気を生成するためのディーゼルエンジンを操作し、希薄濃度の排気を、連続的に燃料改質器に通過させ、かつ、その後、希薄濃度のNOxを生成することを含む動力発生システムを動作する方法である。時おり、希薄濃度NOxトラップは脱硫される。脱硫過程にわたり、高濃度期間と希薄濃度期間との間を交互に入れ替えるように燃料が排気に供給され、高濃度期間では、その間、全体的に高濃度な排気-燃料混合物が燃料改質器に供給され、希薄濃度期間では、その間、全体的にほとんど又は全く燃料がない希薄濃度の排気混合物が燃料改質器に供給される。高濃度期間では、燃料改質器は合成ガス（synガス）及び熱を生成する。希薄濃度期間では燃料改質器が冷却される。結果として、燃料改質器の温度は、高濃度期間の最後付近で最大に、かつ、希薄濃度期間の最後付近で最小に達する。
【００２２】
この方法によると、脱硫の過程にわたる希薄濃度NOxトラップの温度に関連する測定値は、希薄濃度NOxトラップの温度を推定するために、取得されかつ使用される。操作される量は、希薄濃度NOxトラップの温度の推定値を、希薄濃度NOxトラップのための設定温度に近づかせるように制御される。上記設定温度は、LNTを脱硫させるためのものである。操作される量は、希薄濃度期間の終端での燃料改質器の最小温度、希薄濃度期間、及び、燃料噴射パルスの頻度から構成されるグループから選択される要素を含む。
【００２３】
操作される量は、比例・積分・微分（PID）制御のような適切なアルゴリズムによって制御されることが可能である。本発明における発明者らの考えによれば、加熱速度がまだ十分でなければ、比例制御及び／又は積分制御などは、LNTの推定温度が設定温度未満のときに、燃料改質器１０４の最小温度を上昇させ、かつ、燃料噴射パルスの頻度を低め、この場合には、微分項などは、燃料改質器の最小温度のさらなる上昇、及び、燃料噴射パルスの頻度のさらなる低下を妨げる。同様に、冷却速度が既に十分でなければ、LNTの推定温度が設定温度より上のときに、燃料改質器の最小温度は下がり、かつ、燃料噴射パルスの頻度は高くなる。
【００２４】
この概要の第１の目的は、以下のより詳細な説明を理解することを容易にするための簡略化された形態において存在するいくつかの発明者の概念である。この概要は、発明者の概念の全ての包括的記述、又は、「発明」と考慮される発明者の概念のあらゆる組み合わせではない。発明者の他の概念は、図と共に以下の詳細な説明により、当業者に伝えられるであろう。ここで開示される明細書は、発明者が以下に従う請求項に対して確保されたそれらの発明として請求する根本的な記載と共に様々な方法で、一般化され、限定化され、かつ、組み合わされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明における発明者の考えが実施される例となる動力発生システムの概略図である。
【図２】本発明における発明者の考えを用いた、制御された脱硫過程にわたる、LNTの出力における排気酸素濃度のプロットである。
【図３】本発明における発明者の考えを用いた、制御された脱硫過程にわたる、測定され、かつ、設定されたLNTの温度のプロットである。
【図４】本発明における発明者の考えを用いた、制御された脱硫過程にわたる、燃料改質器のブリックの温度、及び、クーラントの温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、発明者の考えのいくつかの例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、発明者らの考えが適用できる動力発生システムだけでなく、以下に記載される様々な考えが、好適な実施形態に関連するシステム１００に近似したシステム及びシステム１００の個々の構成要素のために独創的に開発された。動力発生システム１００は、その中の排気後処理システム１０３中の構成要素であるところの、ディーゼルエンジン１０１及び排気ライン１０２を含む。排気後処理システム１０３は、燃料改質器１０４、希薄濃度NOxトラップ１０５及びアンモニア-SCR触媒１０６を含む。燃料注入器１０７は、燃料改質器１０４の上流の排気ライン１０２に燃料を注入するように構成される。制御器１０８は、エンジン１０１の動作状態、熱電対１０９によって測定される燃料改質器１０４の温度、及び、熱電対１１１によって測定されるLNT１０５の温度の情報に基づいて燃料注入を制御する。NOxセンサ１１０によって取得されたNOxの濃度測定は、脱硝処理を計画するのに役立つ。
【００２７】
ディーゼルエンジン１０１は、圧縮イグニッションエンジンである。圧縮イグニッションディーゼルエンジンは、通常、約４％から約２１％の濃度のＯ_２を含む排気を生成する。いかなる還元剤もエンジン１０１からの排気下流に注入されることが好適だが、一般的な高濃度の排気-還元剤の混合物は、シリンダの排気ストロークの間に、排気ラインにディーゼル燃料を注入することによって形成される。エンジン１０１は、一般に、排気ガス再循環（EGR）システムを備えており、インテイク・エアスロットルを用いてさらに構成される。これらのいずれかは、排気酸素濃度を減少させ、かつ、全体的に高濃度排気-還元剤混合物を生成するのに必要な還元剤の量を減じるのに使用可能である。希薄濃度のガソリンエンジン又は均一なチャージ圧縮イグニッションエンジンは、エンジン１０１に代わって使用可能である。エンジン１０１は、NO及びNO₂から実質的に成るNOxを含む排気を生成するために作動する。
【００２８】
エンジン１０１は、一般的に、中型又は大型のディーゼルエンジンである。発明者らの考えは、軽量型のディーゼル及び希薄燃料のガソリンエンジンを含む動力発生システムであって、排気後処理システム１０３の要求性能は、エンジンが中型又は大型のディーゼルエンジンであるときに、一般的により大きい。希薄濃度のガソリンエンジンからの最小排気温度は、軽量型のディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも一般的に高く、軽量型のディーゼルエンジンの最小排気温度は、中型のディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも一般的に高く、中型のディーゼルエンジンからの最小排気温度は、大型のディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも一般的に高い。より低い排気温度は、NOxの軽減、及び、燃料改質器の起動をより困難にさせる。中型のディーゼルエンジンは、少なくとも約４リットル、通常は約７リットルの排気量を備えるものである。大型のディーゼルエンジンは、少なくとも約１０リットル、通常は約１２リットルから約１５リットルの排気量を備えるものである。
【００２９】
エンジン１０１からの排気は、排気ライン１０２へのマニフォールドによって流される。排気ライン１０２は、一般的に単一の経路を構成するが、数個の並行した経路として構成されることもできる。排気ライン１０２は、排気バルブ又はダンパなしで好適に構成される。特に、排気ライン１０２は、並行した排気経路における複数のLNTs１０５間の排気の配分を変化させるために用いられる排気バルブ又はダンパなしで好適に構成される。発明者らの考えは、排気バルブ又はダンパを備えた後処理システムに適用することができるが、排気バルブ又はダンパの存在は、LNTの再生を管理することに通じる検討事項を大幅に変える。バルブ又はダンパは、燃料プロセッサ又はLNTへの排気流を減少させるために用いられ、これは、再生のためのLNTの環境を制御することを簡素化する。それにもかかわらず、排気ライン１０２は、バルブ又はダンパなしで構成されることが好ましい、なぜなら、これらの部品を動かすことは不具合を招きがちであり、かつ、排気後処理システム１０３の耐久性及び信頼性を著しく減少させるからである。
【００３０】
排気ライン１０２に排気バルブ又はダンパがないときでさえ、排気ライン１０２からの排気ラインの上流は、EGRラインにおける排気ガス再循環（EGR）バルブのような排気バルブをさらに含む。排気流の大部分を流用するための主排気ラインに適している排気バルブは、主排気ラインから離れた側枝を通る流量を制御することに適している排気バルブよりも問題がある。より大きな導管のための排気バルブは、より小さな導管のための排気バルブよりも不具合を招きがちである。
【００３１】
排気ライン１０２には、LNT再生のための高濃度条件を作成するために、排気ライン燃料注入器１０７が備えられている。発明者らの考えは、還元剤のエンジン燃料注入、及び、ディーゼル燃料以外の還元剤の注入を含むLNT１０５を再生させるための還元環境を作る他の方法に適用することができる。それにもかかわらず、還元剤は、エンジン１０１に動力を与えるために使用される同一のディーゼル燃料であることが好適である。さらに、還元剤は、ピストンリングの周りを通り、かつ、油ギャラリに入る燃料によって引き起こされる油の希釈化を回避するために、エンジン１０１のシリンダ中よりはむしろ排気ライン１０２に注入されることが好適である。シリンダの還元剤注入のさらなる不利益は、LNTの再生を後押しするためにエンジン１０１の動作を修正しなければならないこと、還元剤のパルスの過度の分散、エンジン１０１と排気ライン１０２との間に構成された任意のターボチャージャ上に付着物を形成すること、及び、排気ガス再循環（EGR）バルブ上に付着物を形成する、ことを含む。
【００３２】
ディーゼル燃料は、燃料改質器１０４の上流の排気ライン１０２に注入される。燃料改質器１０４は、６００℃で酸化物に触媒作用を及ぼし、蒸気改質反応をさせるために、ロジウムを含んだ、効果的な量の貴金属触媒から構成される。燃料改質器１０４は、低い熱質量で設計され、それによって、LNTの各々の再生のための蒸気改質温度まで容易に加熱される。低い熱質量は、薄い金属基板の周りに燃料改質器１０４を構成することによって概して実現される。薄い金属基板は、約１００μｍ以下、好適には約５０μｍ以下、さらにいっそう好適には約２５μｍ以下である厚みを有する。
【００３３】
蒸気改質温度は、少なくとも約５００℃であり、この温度は、概してディーゼル排気温度よりも上である。ターボチャージャから下流のディーゼル排気温度は、約１１０℃から約５５０℃まで変化する。好適には、エンジン１０１からの排気温度が２７５℃に維持されながら、燃料改質器１０４は、２７５℃の初期温度の状態である燃料注入器１０７からのディーゼル燃料を用いて、暖められかつ作動される。さらに好適には、燃料改質器１０４は、２２５℃の初期の排気温度及び燃料改質器１０４の温度から、かつ、さらにいっそう好適には、１９５℃の排気温度及び燃料改質器１０４の温度から、暖められかつ作動される。これらの特性は、始動温度で酸化したディーゼル燃料に触媒作用を及ぼすために、Ｐｔ及び／又はＰｄのような貴金属の有効量を燃料改質器１０４に供給することによって実現される。低い温度での始動は、燃料改質器１０４の上流に低い熱質量の貴金属酸化触媒を含むことにより、さらに増進される。好適には、この上流にある触媒は、残余を蒸気化しながら燃料の一部を燃焼する。また、上流にある触媒と燃料改質器１０４との間の混合領域も有用である。
【００３４】
蒸気改質温度で燃料改質器１０４を作動させることは、必要とされる貴金属触媒の全体量を減少させる。改質が部分的な酸化及び蒸気改質か、又は、排他的な部分酸化反応によるかどうかに関わりなく、排気温度でディーゼル燃料を改質することと比較して、蒸気改質温度で改質するときに、より少量の貴金属触媒が必要とされる。
【００３５】
蒸気改質反応により少なくとも部分的に燃料改質器１０４を作動させることは、改質物の回収率をかなり上昇させ、かつ、熱の発生率をかなり減少させる。まず、改質物の生成が、次の反応のような部分的な酸化改質により進行する場合に、
ＣＨ _１．８５＋０．５Ｏ _２ → ＣＯ＋０．９２５Ｈ _２（１）
改質物の１．９２５モル（数モルのＣＯに数モルのＨ _２を加えたもの）は、燃料中の炭素原子の各モルから得られる。ＣＨ_１．８５は、一般的な炭素と水素との比率を有するディーゼル燃料を表現するために用いられる。改質物の生成が、以下の反応のような蒸気改質により進行する場合に、
ＣＨ _１．８５＋Ｈ _２Ｏ → ＣＯ+１．９２５Ｈ _２（２）
改質物の２．９２５モル（数モルのＣＯに数モルのＨ _２を加えたもの）は、燃料中の炭素原子の各モルから第１に得られる。実施の際、燃料の有限な変換効率、完全燃焼反応の間の改質反応の有限な特性、蒸気改質を作動するための熱を生成する必要性、及び、排気物を加熱するために必要となるエネルギの損失により、回収率は理論量よりも低い。
【００３６】
好適には、燃料改質器１０４は、６００℃で、エンジン１０１からの８モル％の排気酸素濃度で、かつ、全体の燃料と空気の比が、１．２：１の排気を供給するための十分なディーゼル燃料を用いて、少なくとも約２モル％、より好適には少なくとも約４モル％、及び、さらにより好適には少なくとも６モル％の改質物が、蒸気改質によって生成される、十分な蒸気改質触媒を含む。この開示の目的のために、ディーゼル燃料を含む機能の記述は、一般的なディーゼル燃料である、アメリカ合衆国で販売されているＮＯ．２のディーゼル燃料油に基づいて試験されている。
【００３７】
LNTは、希薄濃度の条件下でNOxを吸収し、かつ、高濃度条件下でNOxを還元し、放出する装置である。LNTは、概して、不活性の支持物に密接に接触するNOx吸収剤及び貴金属触媒を含む。NOx吸収剤材料の例は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及び、バリウムのようなアルカリ土類金属、又は、カリウム又はセシウムのようなアルカリ金属の、特定の酸化物、炭化物、及び、水酸化物を含む。貴金属は、概して白金、パラジウム及びロジウムの一つ又はそれ以上から成る。他の支持構造が使われることもできるが、支持物は、概して一枚岩でできたものである。金属や炭化ケイ素のような他の材料もLNTを支持するために適しているが、一枚岩でできた支持物は、概してセラミックである。LNT１０５は、２つ以上の個々に分かれたブリックとして提供される。
【００３８】
アンモニア-SCR触媒１０６は、希薄濃度期間の排気において、NOxをＮ _２にするために、NOxとNH ₃との間の触媒反応に機能する。アンモニア-SCR触媒１０６は、脱硝中にLNT１０５から放出されたNH ₃を吸収し、かつ、その後に、希薄濃度条件下でLNT１０５から出ているNOxを減らすためにこのNH ₃を利用する。アンモニア-SCR触媒の例は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、及び、Ｃｅのような特定の金属酸化物、及び、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｇ又はＺｎの陽イオンのような金属イオンと置き換えられるＺＳＭ・５又はＺＳＭ・１１のようなゼオライトを含む。好適に、アンモニア-SCR触媒１０６は、実質的に貴金属を含まない。好適に、アンモニア-SCR触媒１０６は、LNT１０５を脱硫するために必要とされる温度に耐えるように設計されている。
【００３９】
排気後処理システム１０３は、ディーゼル微粒子フィルタ及び清浄用酸化触媒のような他の構成要素を含むことができる。熱質量は、LNT１０５を、各脱硝ごとに蒸気改質温度まで加熱することから守るために、燃料改質器１０４とLNT１０５との間に配置されることができる。ディーゼル微粉用フィルタは熱質量として使用されることができる。
【００４０】
通常の動作（希薄濃度期間）中に、エンジン１０１は、NOx、粒子化物質、及び、過剰酸素を含む排気を生成するように動作される。NOxの一部は、LNT１０５によって吸収される。アンモニア-SCR触媒１０６は、LNT１０５の一つ前の脱硝から蓄えられたアンモニアを含む。アンモニア-SCR触媒１０６が、蓄えたれたアンモニアを含む場合に、追加分のNOxは、蓄えられたアンモニアとの反応によって、アンモニア-SCR触媒１０６の全体にわたり減少される。少量の燃料注入が、容易に加熱される温度に燃料改質器１０４を維持するためか、又は、効果的にNOxを吸収する温度に希薄濃度のNOxトラップ１０５を維持するために、用いられるが、燃料注入器１０７は、この期間にわたり一般的に動作していない。
【００４１】
時々、LNT１０５は、高濃度期間において蓄積されたNOx（脱硝されたもの）を取り除くために再生されなければならない。脱硝は、一般に、燃料改質器１０４を動作温度まで加熱すること、及び、その後、改質物を作り出すために燃料改質器１０４を用いること、を含む。燃料改質器１０４は、半化学量論的比率で燃料改質器１０４から上流の排気ラインに燃料を注入することによって、概して加熱され、それによって、排気-還元混合物は、全体的に希薄濃度状態のままであり、かつ、注入された燃料のほとんどは、燃料改質器１０４の中で完全に燃焼する。これは、希薄濃度ウォームアップ段階と呼ばれる。一旦、燃焼が燃料改質器１０４を加熱すると、燃料注入速度は、排気-還元混合物を全体にわたり高濃度にさせるために上昇されると、燃料改質器１０４は排気からのほとんどの酸素を消費し、かつ、部分的な酸化及び蒸気改質反応によって改質物を生成する。このように、改質物は、LNT１０５中で吸収されるNOxを減少させる。一部のNOxは、アンモニア-SCR触媒１０６によって吸収され、かつ、蓄えられるNH ₃に還元される。
【００４２】
時折、LNT１０５は、蓄積された硫黄化合物（脱硫されたもの）を除去するために再生されなければならない。脱硫は、燃料改質器１０４を動作温度まで加熱すること、LNT１０５を脱硫温度まで加熱すること、及び、高濃度雰囲気で加熱されたLNT１０５を提供すること、を含む。脱硫温度は変化するが、概して約５００℃から約８００℃までの範囲、最適な温度としては概して約６５０℃から約７５０℃の範囲である。最小温度未満では、脱硫は大変遅いものとなる。最大温度よりも上では、LNT１０５は損傷しうる。
【００４３】
脱硝及び脱硫のスケジューリングは、制御器１０８によって遂行され、一旦、脱硝を開始する基準が満たされると、制御信号を供給する。制御器１０８は、一旦、脱硝の終わりを示している基準が満たされると、制御信号をさらに供給する。制御器１０８は、エンジン制御ユニット、又は、別個に設けられた装置である。LNT１０５の脱硝を開始するための基準は、概して排気後処理システム１０３、又は、LNT１０５を含むシステム１０３の一部の状態、及び／又は、NOxを軽減する性能に関するものである。排気後処理システム１０３の状態は、LNT１０５のNOxの負荷、又は、残存しているNOxの収容能力に関するものである。脱硝を開始する時点は、条件が脱硝するために適切であるときの脱硝のタイミングを早めるか、又は、エンジン１０１によって作り出されたNOxの軽減のための現時点の要求レベルが、ピークより下であるときの脱硝を延長するために、変更される。
【００４４】
脱硫を開始するための基準は、概してLNT１０５の状態に関するものである。一つの例において、脱硫は、LNT１０５内に収容された硫酸量の推定値に基づいて開始される。堆積された硫酸量は、例えば、LNT１０５のSOxの吸収効率の推定値と、エンジンのSOxの算出速度の推定値との積を積分することによって推定される。エンジンのSOxの生成速度は、消費される燃料の量に基づいて推定可能である。他の例において、脱硫は、エンジン動作の固定期間の後、又は、脱硝の固定回数の後に開始される。さらなる例において、脱硫は、排気後処理システム１０３のNOxの軽減性能、又は、ある基準レベルに収まっているLNT１０５を含む排気後処理システム１０３の一部分に基づいて開始している。脱硝と同様に、脱硫を開始する時点は、条件が脱硝するために適切であるときの脱硫のタイミングを早めるか、又は、エンジン１０１によって作り出されたNOxの軽減のための現時点の要求レベルが、ピークより下であるときの脱硫を延長するために、変更される。LNT１０５が比較的低い燃料代で脱硫されるときに、条件は概して適切と考えられる。例えば、通常のエンジン動作が比較的低い排出酸素の流量速度の期間をもたらしているときに、LNT１０５を脱硝することは、多くの場合適切である。
【００４５】
LNT１０５を脱硫することは、LNT１０５を脱硫温度に加熱すること、及び、LNT１０５に、全体的に高濃度の還元-排気混合物を供給することを含む。LNT１０５を加熱する主要なメカニズムは、燃料改質器１０４からの熱対流であり、燃料改質器１０４が加熱され、かつ、排気ガスが、LNT１０５の下流に熱を運ぶことを可能にする。発明者らの考えに大いに関連するLNT１０５を加熱する他のメカニズムは、LNT１０５内部の燃焼である。
【００４６】
LNT１０５内部の燃焼は、全体的に希薄濃度の条件下でLNT１０５に供給された酸素と、全体的に高濃度の条件下でLNT１０５に供給された還元剤との反応によって起こる。合成ガス、及び、非改質又は部分的に改質された燃料のような還元剤は、高濃度期間中にLNT１０５に滑り込む。これらの還元剤は、高濃度期間中に、一つ前の希薄濃度期間からLNT１０５に蓄えられた酸素と反応することができる。このメカニズムは、LNT１０５に酸素貯蔵能力を提供することによって促進される。代わりにか、又は、加えて、還元剤は、高濃度期間中に、LNT１０５内で吸収されかつ蓄えられ、かつ、希薄濃度期間中にLNT１０５に供給される酸素と反応する。炭化水素は、合成ガスよりも吸収及び貯蔵のためのよりよい候補である。このメカニズムは、LNT１０５に炭化水素の吸収能力を提供することによって促進される。燃料改質器１０４からの一部の炭化水素を滑り込ませることは、このメカニズムを促進するのに望ましい。他のメカニズムは、希薄濃度期間及び高濃度期間からのガスを混合すること、及び、LNT１０５から上流にある壁又は他の箇所における還元剤又は酸素を貯蔵することを含んだ燃焼をもたらす。このメカニズムにかかわらず、LNT１０５内の燃焼による加熱の程度は、希薄濃度期間と高濃度期間との間で遷移する周波数によって制御することが可能である。
【００４７】
希薄濃度期間と高濃度期間を交互に入れ替えるための燃料噴射パルスの噴射頻度により、LNT１０５内に燃焼と加熱を生じさせるが、これは、いくつかの理由のために脱硫中に行うことが望ましい。この噴射頻度は、燃料改質器１０４が加熱する速度を制御する方法として、及び、LNT１０５からH ₂ Sを減少させる方法として、望ましい。発明者の考えによれば、この噴射頻度は、燃料改質器１０４の温度とは独立して、さらに、LNT１０５の温度を制御するために用いることが望ましい。所望であれば、LNT１０５は、燃料改質器１０４よりも高い温度で動作可能であり、その結果、燃料改質器１０４は、その貯蔵及び性能に最も適切な温度範囲で動作可能であり、一方、LNT１０５は、その貯蔵及び脱硫に最も適切な温度範囲で動作可能である。
また、噴射頻度は、脱硫期間の延長及び還元剤の浪費を生じる欠点も有しており、これらの欠点は、発明者の好適な実施形態及びいくつかの利点によって払拭される。
【００４８】
発明者の考えを考察する一つの方法は、燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度に関している。燃料改質器１０４の温度及びLNT１０５の温度がどのように制御されるかにかかわらず、燃料改質器１０４の温度は、高濃度期間の終わり近くで最大に達し、かつ、希薄濃度期間の終わり近くで最小に達する。従来技術において、より高いLNT１０５の温度が好適であるときに、燃料改質器１０４は加熱されるであろう。燃料噴射パルスの頻度に系統的変化のないように設計された場合、燃料改質器１０４の温度を考慮する制御段階があろうとなかろうと、燃料改質器１０４の最小温度と最大温度が上昇するので、燃料噴射パルスの頻度に対する如何なる変化も偶発的｛ぐうはつてき｝で小さいものであるだろう。それに反して、本発明における発明者らの考えによると、燃料噴射パルスの頻度が操作される量として明確に取り扱われようとなかろうと、燃料噴射パルスの頻度の変化は、最重要である。燃料噴射パルスの頻度が変化するときに、燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度は異なる速さで変化する。好適に、燃料改質器１０４の最大温度は、燃料改質器１０４の最小温度の半分又はそれ以下の速度で変化し、それによって、燃料噴射パルスの頻度の変化は、LNT１０５の温度に実質的に影響を及ぼすことが予期される。
【００４９】
制御等式における燃料噴射パルスの頻度を明確に取り扱うことなしに、燃料噴射パルスの頻度を実質的に変化させる好適な実施形態では、燃料改質器１０４の最大温度を実質的に変化させないように維持する一方で、燃料改質器１０４の最小温度を操作することによって、LNT１０５の温度を制御している。この実施形態において、高濃度期間は、所定の燃料改質器１０４の最大温度に達するか、又は、そのすぐ近くに近づくまで延長される。高濃度期間が終わるときに希薄濃度期間は始まる。希薄濃度期間は、燃料改質器１０４の所定の最小温度に達するか、又は、そのすぐ近くに近づくまで続く。
【００５０】
この実施形態において、燃料改質器１０４の所定の最小温度は、LNT１０５の推定温度とLNT１０５の設定温度（目標）との間の差に基づいて操作される。LNT１０５の推定温度がLNT１０５の設定温度未満の場合に、燃料改質器１０４の最小温度は上昇するが、ただし、LNT１０５の温度が、この上昇のさらなる加速によりオーバーシュートを生じる場合には、すでに急速に上昇しているとして除く。LNT１０５の推定温度が設定温度より高い場合には、LNT１０５の推定温度が十分減少していると考慮される場合を除いて、燃料改質器１０４の最小温度は低められる。燃料改質器１０４の最小温度は、LNT１０５の温度の上昇速度を上げるために上昇させられ、かつ、燃料改質器１０４の最小温度は、LNT１０５の温度の上昇速度を下げるために低められる。燃料改質器１０４の最大温度を一定に保ちながら燃料改質器１０４の最小温度を上昇させることは、燃料噴射パルスの頻度を増加させる。燃料改質器１０４の最大温度を一定に保ちながら燃料改質器１０４の最小温度を低めることは、燃料噴射パルスの頻度を減少させる。
【００５１】
LNT１０５の温度が間をあけず測定される一方で、燃料改質器１０４の最小温度は、各燃料パルス期間において唯一の一つの値を有し、各期間で一回よりも多く燃料改質器１０４の最小温度を調整することによって進められることはほとんどない。燃料改質器１０４の最小温度は各期間で一回だけ設定される必要があるので、一つのLNT１０５の温度だけが各期間に必要とされる。如何なる適切な温度も用いることができるが、このLNT１０５の温度は、本来、先行する期間にわたって到達したピークのLNT１０５の温度であることが望ましい。
【００５２】
図２から図４は、この実施形態を動力発生システム１００のようなシステムに適用した結果を示すプロットである。図２は、LNT１０５の出口における排気酸素濃度のプロットである。最初の約１００秒間、排気酸素濃度は連続して希薄になる。この期間にわたる燃料注入は、燃料改質器１０４内を加熱するために使用される（図示せず）。約１００秒後、希薄濃度期間と高濃度期間を交互に作り出すための燃料噴射パルスの頻度の操作が始まる。最初は、LNT１０５を加熱させるために、燃料噴射パルスの頻度は比較的迅速である。LNT１０５の温度がLNT１０５の設定温度に近づくにつれ、燃料噴射パルスの頻度は、かなり緩やかになる。燃料噴射パルスの頻度は、脱硫の期間にわたり、LNT１０５の温度を制御するために実質的に変化し続けるが、燃料噴射パルスの頻度は、初期のウォームアップ期間と比較して比較的少ないままである。
【００５３】
図３は、結果として得られたLNT１０５の温度（直線）及びLNT１０５の設定温度（点線）をプロットする。一旦、LNT１０５が加熱されると、LNT１０５の温度は、この設定温度の約１０℃から約３０℃の範囲内で維持される。LNT１０５の設定温度を超えたオーバーシュートは、この設定温度未満のオーバーシュートよりもかなり小さく、オーバーヒートによる熱失活のリスクが、大変低く維持されることにおいて望ましい。LNT１０５の温度は、LNT１０５の設定温度を越えて約１０℃以上は決して上昇しない。
【００５４】
図４は、燃料改質器１０４のブリックの温度（点線）、及び、燃料改質器１０４のクーラントの温度（直線）をプロットする。クーラントは、実験的にセットアップして使用されており、典型的な商業的適用ではない。図４は、燃料改質器１０４の温度変動が、LNT１０５の温度変動よりも大きいことを示す。LNT１０５の加熱期間中の燃料改質器１０４の最小温度は、LNT１０５がLNT１０５の設定温度にある期間と比較して、非常に高い。LNT１０５の加熱期間中の燃料改質器１０４の最小温度と最大温度との間の差は、LNT１０５がこの設定温度にある期間と比較して、非常に小さい。
【００５５】
温度推定値はセンサデータに基づくものである。センサは厳密に正確な情報を提供しないが、制御アルゴリズムにおいて使用される推定値を得るための様々な態様におけるセンサデータを処理するために有益であることが、知られている。温度センサ１０９及び１１１からのデータは、測定器に影響を及ぼす不規則な外乱及びノイズによって不正確になり得る。データもまた、測定値を得る際のタイムラグにより現在値ではないので不正確なものとなる。一般に、データは状態推定器により処理され、状態推定器は、データからシステムの状態を算出するために使用される任意のアルゴリズムでもよい。状態推定器は、簡易なフィルターであるか、又は、システムのモデルを使用することができる。この場合、状態推定器は、例えば、時間平均を変化させ、一連の測定における異常値を切り捨て、及び／又は、モデルに基づいて予期されたこととセンサが示していることとを調整する方法によりシステムの状態を推定する、多くの方法で動作する。
【００５６】
状態推定器は、燃料改質器１０４の温度を測定する中での遅延を補償するために使用されることができる。遅延の一つのタイプは、センサ信号を得る中での遅延である。この遅延のための補正は、一連の僅かに遅れた温度測定に基づいて現在の燃料改質器１０４の温度を推定することを含む。このタイプの遅延の補償は、測定遅延の簡易な外挿法及び知識を用いて遂行される。他のタイプの遅延は、変化に対するシステムの応答における遅延である。燃料注入が中断されたときに、燃料改質器１０４の温度はすぐに上昇することを止めない。燃料改質器１０４の温度は、システム内に既にある炭化水素によって短期間上昇を続ける。特に、炭化水素の一部が、高濃度期間中に標準的な燃料改質器１０４内に吸収されることが明らかになっている。この吸収された炭化水素は、燃料注入の停止後の加熱の根本的な原因である。
【００５７】
システム応答におけるタイムラグを補正する一つの方法は、動的に加速されるモデル、つまり状態推定器を用いて燃料改質器の温度を評価することである。好適なモデルは、燃料改質器１０４の温度への大きな貢献を獲得する集中定数モデルである。この貢献は、燃料改質器１０４への熱対流、燃料改質器１０４から外部への熱対流、周囲への熱的損失、注入された燃料の反応による熱生成、吸収された燃料の燃焼による熱生成、及び、燃料改質器１０４による熱の取り込み、を含む。モデルのダイナミックスを加熱することにより、高濃度期間の終端での燃料改質器１０４の推定温度は、燃料改質器１０４が到達する最大温度の推定値に実質的になる。したがって、このアプローチでは、燃料改質器１０４の最大温度をより正確に制御することができるようになり、燃料改質器１０４をオーバーヒートさせるリスクを最小化させながら、燃料改質器１０４が設定された最大温度のより近くで動作されることを許容する。
【００５８】
制御等式において燃料噴射パルスの頻度を明確に扱うことなく、燃料噴射パルスの頻度が操作される発明者らの考えの別の見方によれば、希薄濃度期間の継続時間を操作することによってLNT１０５の温度を制御することである。LNT１０５の推定温度が設定温度未満の場合には、LNT１０５の推定温度がまだ急速に上昇しないのであれば、希薄濃度期間の継続時間は縮小される。仮にLNT１０５の推定温度が設定温度よりも上の場合には、推定温度が急速に減少していることが考慮されるときを除いて、希薄濃度期間の継続時間は増える。希薄濃度期間の継続時間は、LNT１０５の温度上昇の速度を上げるために短縮され、かつ、希薄濃度期間の継続時間は、LNT１０５の温度上昇の速度を下げるために増やされる。高濃度期間の継続時間は、任意の適切な方法においても決定されるが、LNT１０５の温度とは独立した方法で概して決定される。高濃度期間は、例えば、一定期間か、又は、所定の燃料改質器１０４の最大温度に達するまで継続しうる。希薄濃度期間を長期化することは燃料噴射パルスの頻度を低める一方で、希薄濃度期間を短縮することは燃料噴射パルスの頻度を高める。
【００５９】
発明者の考えのさらなる別の見方によれば、燃料噴射パルスの頻度は直接的に制御される。命令された燃料噴射パルスの頻度は、希薄濃度期間の終点を決定するために、燃料噴射パルスの頻度を用いることによって実行される。好適には、高濃度期間の終点が、到達される所定の燃料改質器１０４の最大温度に基づいて定められるが、その結果、高濃度期間の終点は、如何なる適切な態様においても定められる。LNT１０５の推定温度が設定温度未満の場合には、LNT１０５の推定温度がすでに急速に上昇していなければ、燃料噴射パルスの頻度は低められる。LNT１０５の推定温度が設定温度よりも高い場合には、推定温度が急速に減少していることが考慮されるときを除いて、燃料噴射パルスの頻度は高められる。この燃料噴射パルスの頻度は、LNT１０５の温度の上昇速度を加速させるために低められ、かつ、LNT１０５の温度の上昇速度を減速させるために高められる。
【００６０】
上述の議論から、発明者らの考えの別の見方によれば、希薄濃度期間の終端における燃料改質器１０４の最小温度、希薄濃度期間、及び、燃料噴射パルスの頻度、の一つ以上を含む変数を操作することによって、LNT１０５の温度に関する変数を制御する方法であることが分かる。「…を含む変数」という表現は、列挙されたリストの一部である一つの構成要素を有するベクトルであるような場合を説明するために使用されている。例えば、操作される量は、基底関数が、燃料改質器１０４の最小温度における１℃の減少、及び、燃料改質器１０４の最大温度における４分の１℃の増加である、ベクトルであり、それによって、燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度は、連動した様式で操作される。この実施例は、好適な実施形態ではないが、それにもかかわらず、発明者らの考えの効果的な実施になり得る。好適な実施形態では、燃料改質器１０４の最大温度は、実質的に一定に保たれる。
【００６１】
発明者らの考えを実施することは、燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度に、LNT１０５の加熱の間に、より少ない程度に、かつ、LNT１０５の温度がLNT１０５の設定温度に近いときにより大きな程度に、異ならせる。LNT１０５の加熱中に、燃料パルスの過程にわたり到達される燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度は、一般的に約１０℃から約６０℃、より一般的には約２０℃から約４０℃、異なる。一旦、LNT１０５がLNT１０５の設定温度近くになると、燃料改質器１０４の最小温度及び最大温度は、一般的に約５０℃から約１２０℃、より一般的には約７０℃から約１００℃、異なる。好適には、制御器１０８は、燃料改質器１０４の最小温度と最大温度との最小差、最大燃料噴射パルスの頻度、又は、希薄濃度期間の最小継続期間のような関連した量を設定する。この燃料改質器１０４の最小差は、一般的に少なくとも約１０℃、より一般的には少なくとも約２０℃である。
【００６２】
如何なる適切な制御方式も、測定に基づいたLNT１０５の推定温度と、LNT１０５の設定温度との間の差として定められる誤差に基づいて操作される変数を設定するために、利用可能である。例示的な制御方式はPID制御方式である。PID制御方式において、操作される変数は、誤差に比例する第１項、誤差の積分に比例する第２項、及び、誤差の微分に比例する第３項の合計に基づいて設定される。比例項は、LNT１０５の温度が上昇するにつれて、燃料噴射パルスの頻度を徐々に低めるように設定する傾向の因子に寄与する。積分項は、LNT１０５の温度が設定温度より下であるときにはいつでも、燃料噴射パルスの頻度を上昇させる傾向がある因子に寄与する。一般的に、積分項は、制御器が長い期間において誤差をゼロにすることができないときに生じる積分項における過度の増加となる制御器の結末を防ぐために制限される。微分項は、LNT１０５の温度が上昇しているときに、燃料噴射パルスの頻度を増加させる傾向の因子に寄与する。微分項は、設定温度及び設定温度周辺の変動のオーバーシュートを軽減する。
【００６３】
希薄濃度期間と高濃度期間とを明確に区別できるようにするには、この燃料噴射パルスの頻度を少なくとも十分に少なくすることである。これらの期間は、希薄濃度期間中に燃料改質器１０４に入っている排気-燃料混合物が燃料改質器１０４内の空気中に対して全体的に高濃度であり、かつ、高濃度期間中に燃料改質器１０４に入っている排気-燃料混合物が燃料改質器１０４内の空気中に対して全体的に希薄である点で区別することができる。これは、いくつかの燃料投与システムにおいて燃料注入（燃料噴射）の速度を制御するために用いられる迅速なパルス化に対して正反対である。燃料注入（燃料噴射）の速度を制御するために用いられるパルス化は、燃料噴射の頻度が急速なため、連続的な燃料噴射と本質的に同等であり、かつ、燃料改質器１０４内の排気-燃料混合物は、極めて短いパルス期間において、希薄濃度期間と高濃度期間との間で交互に変わることができない。
【００６４】
以下の請求項により説明されるような本発明は、特定の概念、構成要素、及び、特徴に関して示され、かつ／又は、記述される。特定構成要素又は特徴が、いくつかの概念又は実施例の一つのみに関してか、又は、広義語としてかつ狭義語としても、ここに開示されていると同時に、それらの広い、又は、狭い概念における構成要素又は特徴は、それらの広い、又は、狭い概念における他の構成要素又は特徴の一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、当業者により論理的に理解されるであろう。また、当該明細書は複数の発明を説明しており、かつ、以下の請求項は、ここに記述したあらゆる概念、様態、実施形態、又は、実施例を必ずしも含まない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ディーゼルエンジン及び希薄燃焼ガソリンエンジンからのNOxの排気を制御することにおいて有益である。

Claims

動力発生システム（１００）を作動する方法であって、
NOxを含む希薄濃度の排気を生成するディーゼルエンジン（１０１）を作動し、
前記希薄濃度の排気を、直列に配置した燃料改質器（１０４）、及び、前記希薄濃度の排気からのNOxの一部を吸収する希薄濃度NOxトラップ（１０５）を通過させ、
時々、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）を脱硫し、
この脱硫過程において、前記燃料改質器（１０４）内で、高濃度期間と希薄濃度期間とを繰り返し、
前記脱硫過程中、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度に関連した測定値を得て、該測定値を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を推定するために使用し、かつ、
前記推定温度を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の脱硫設定温度に近づかせるために操作される変数を制御する、
各ステップを含み、
前記高濃度期間では、その間、全体的に高濃度な排気-燃料混合物が前記燃料改質器（１０４）に供給され、前記燃料改質器（１０４）は合成ガスを生成しかつ加熱され、前記希薄濃度期間では、その間、ほとんど又は全く燃料を含まない全体的に希薄濃度の排気混合物が前記燃料改質器（１０４）に供給され、前記燃料改質器（１０４）は冷却され、それによって、前記燃料改質器（１０４）の温度は、前記高濃度期間の終端付近で最大値に、かつ、前記希薄濃度期間の終端付近で最小値に達し、
前記操作される変数は、前記希薄濃度期間の終端での前記燃料改質器（１０４）の最小温度、前記希薄濃度期間の継続期間、及び、燃料噴射パルスの頻度、の一つ以上を含む、ことを特徴とする動力発生システム（１００）を作動する方法。
前記操作される変数は、前記希薄濃度期間の終端での前記燃料改質器（１０４）の前記最小温度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記操作される変数は、前記希薄濃度期間の前記継続期間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記操作される変数は、前記燃料噴射パルスの頻度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記高濃度期間は、前記燃料改質器（１０４）が所定の最大温度に近づくことに基づいて終了されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記最大温度は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度とは独立していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記推定温度を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の脱硫設定温度に近づかせるために、前記操作される変数を制御するステップでは、前記推定温度が急速に増加している場合を選択的に除いて、前記推定温度が前記設定温度よりも下のときに、前記燃料噴射パルスの頻度を増加させ、かつ、前記推定温度が急速に減少している場合を選択的に除いて、前記推定温度が前記設定温度よりも上のときに、前記燃料噴射パルスの頻度を減少させる方法で、前記推定温度を前記設定温度に近づかせることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記燃料改質器（１０４）は、複数のパルス間で最小温度に冷却されることが許可され、かつ、前記燃料噴射パルスの頻度は、前記最小温度を下げることによって低下し、かつ、前記最小温度を上げることによって上昇することを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記複数のパルスは、前記燃料改質器（１０４）が所定の最大温度に近づくことに基づいて終了されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記最大温度は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度とは独立していることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記測定値は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の内部か、又は、下流に位置される温度測定装置によって得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記操作される変数を制御するステップでは、前記燃料改質器（１０４）の最小温度を変化させる操作によって、前記推定温度を前記脱硫設定温度に近づかせることを含み、前記燃料改質器（１０４）の最大温度は、変化しないか、又は、前記最小温度が変化する速さの半分又はそれ以下で変化し、かつ、前記操作は、前記推定温度が急速に増加しているときを選択的に除いて前記推定温度が前記脱硫設定温度よりも下にあるときに、前記燃料改質器（１０４）の最大温度と最小温度との差を少なくし、かつ、前記操作は、前記推定温度が急速に減少しているときを選択的に除いて前記推定温度が脱硫設定温度よりも上にあるときに、前記燃料改質器（１０４）の最大温度と最小温度との差を大きくする、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記希薄濃度期間は、前記燃料改質器（１０４）が所定の最小温度に達する推定温度に応じて終了されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記最小温度は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を下げるために低められ、かつ、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を上げるために高められることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記高濃度期間は、前記燃料改質器（１０４）が所定の最大温度に達する前記推定温度に応じて終了されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。