JP6604683B2 - 触媒不活性化の監視を含む排気後処理システム - Google Patents

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Description

本明細書に開示する主題は、内燃機関エンジンのための排気後処理システムに関し、より詳細には、非活性化について後処理システムの構成要素を監視することに関する。
エンジン（例えば、ピストンエンジンまたはガスタービンなどの内燃機関エンジン）は混合気を燃焼して、エンジンの構成要素に駆動力を加える（例えば、ピストンを動かし、またはタービンを駆動する）燃焼ガスを生成する。続いて、燃焼ガスは排気としてエンジンを出るが、排気は１つまたは複数の触媒変換器（例えば、三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）アセンブリなど）を含む排気処理（例えば、後処理）システムで処理されて、窒素酸化物（ＮＯx）、炭化水素（ＨＣ）、および一酸化炭素（ＣＯ）の排出を低減することができる。しかし、触媒変換器のいくつかの触媒は経年劣化し、または不活性化されるので、排出低減における触媒の効果が減少する可能性がある。
米国特許出願第１４２５２８４９号明細書
最初に、特許請求する本発明の範囲に一致する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定することを意図せず、しかし、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な要約を提供することのみを意図するものである。実際に、本発明は、以下に説明する実施形態に類似する、または異なる可能性がある様々な形態を包含することができる。
第１の実施形態によると、システムが、燃焼エンジンからの排気を処理するように構成された排気後処理システムを含む。排気後処理システムは、流体を受け取り、流体内部のアンモニア（ＮＨ3）を窒素（Ｎ2）に変換するように構成された第１の触媒アセンブリを含み、第１の触媒アセンブリが、入口および出口を備える。排気後処理システムは、更に、第１の触媒アセンブリの入口の上流に配置され、燃焼エンジンによって生成された排気ガス内のＯ2の濃度を決定するように構成された少なくとも１つの酸素（Ｏ2）センサを含む。排気後処理システムは、更に、第１の触媒アセンブリの出口の下流に配置され、第１の触媒アセンブリの出口を出る流体内のＮＯxの濃度を測定するように構成された少なくとも１つのＮＯxセンサを含む。排気後処理システムは、なお更に、第１の触媒アセンブリの出口を出る流体内のＮＯxの濃度を表す、少なくとも１つのＮＯxセンサから第１の信号、および燃焼エンジンによって生成された排気ガス内のＯ2の濃度を表す、少なくとも１つのＯ2センサから第２の信号を受信するように構成された制御装置を含む。制御装置は、更に、第１の触媒アセンブリ内で触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成される。
第２の実施形態によると、システムが、燃焼エンジンが所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成された制御装置を備える。制御装置は、更に、燃焼エンジンが所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、燃焼エンジンからの処理された排気ガス内のＮＨ3をＮ2に変換するＡＳＣアセンブリ内の触媒活性を監視して、ＡＳＣアセンブリ内の触媒活性が非活性化したかどうかを決定するように構成されている。
第３の実施形態によると、システムが、燃焼エンジンからの排気を処理するように構成された排気後処理システムを含む。排気後処理システムは、第１の入口を含むＴＷＣアセンブリを含む。排気後処理システムは、更に、ＴＷＣアセンブリから処理された排気ガスを受け取り、処理された排気ガス内のＮＨ3をＮ2に変換するように構成されたＡＳＣアセンブリを含み、ＡＳＣアセンブリが、第２の入口および出口を含む。排気後処理システムは、更に、ＴＷＣアセンブリの第１の入口の上流に配置され、燃焼エンジンによって生成された排気ガス内のＯ2の濃度を決定するように構成された少なくとも１つのＯ2センサを含む。排気後処理システムは、更に、ＡＳＣアセンブリの出口の下流に配置され、ＡＳＣアセンブリの出口を出る処理された排気ガス内のＮＯxの濃度を測定するように構成された少なくとも１つのＮＯxセンサを含む。排気後処理システムは、なお更に、燃焼エンジンが所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成され、燃焼エンジンが所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、処理された排気ガス内のＮＨ3をＮ2に変換するＡＳＣアセンブリ内の触媒活性を監視して、ＡＳＣアセンブリ内の触媒活性が非活性化したかどうかを決定するように構成される制御装置を備える。
添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本発明のこれらの、および他の特徴、態様および利点が、より良く理解されるようになり、添付の図面の中で、図面全体を通して同じ符号は同じ部品を表す。
エンジンに結合された排気処理（例えば、後処理）システムの実施形態の概略図である。 燃料作動状態を決定するステップ、および触媒非活性化についてＡＳＣアセンブリを監視するステップためのコンピュータ実施の方法の実施形態の流れ図である。
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する努力の中で、実際の実施のすべての形態を本明細書で説明することはできない。任意の技術または設計計画におけると同様に、任意のそのような実際の実施の開発において、開発者の特定の目的を達成するために、実施によって異なる可能性があるシステム関連、または事業関連の順守など、複数の実施に特定の決定がなされなければならないことを理解すべきである。更に、そのような開発努力は複雑で時間を要する可能性があるが、それにもかかわらず本開示の恩恵を受ける当業者にとって、設計、製作および製造に着手する際の所定の業務であることを理解すべきである。
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する際に、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することを意図する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、列挙する要素以外に追加の要素が存在する可能性があることを意味する。
本開示は、燃焼エンジン（例えば、ピストン内燃機関エンジンまたはガスタービンエンジン）の燃料作動状態（例えば、リーン燃焼またはリッチ燃焼作動状態）を監視するステップ、触媒変換器内の触媒の非活性化（例えば、経年劣化、熱的経年劣化、および／または化学中毒による）を監視するステップ、および非活性化された触媒の検出に応答して、補正処置を推奨するステップのためのコンピュータ実施のシステムおよび方法を対象とする。特に、本開示の実施形態は、燃焼エンジンに結合し、内燃機関エンジンからの排出（例えば、エンジン排気の中で）（例えば、ＮＯx、ＨＣ、ＣＯなど）を処理するように構成された排気処理（例えば、後処理）システムを含む。開示する実施形態は、触媒に基づくシステム、化学的噴射システムまたは他のタイプなど、任意のタイプの排気処理システムを監視し、制御するために使用され得る。排気処理システムは、流体（例えば、処理された排気流または燃焼エンジンのガス）を受け取り、ＮＨ3を窒素分子（Ｎ2）に変換し、ＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）と水に変換する少なくとも１つの第１の触媒アセンブリ（例えば、ＡＳＣアセンブリ）を含む。特定の実施形態では、排気処理システムは、第１の触媒アセンブリが受け取る前に、燃焼エンジンから排気ガスを最初に処理する第２の触媒アセンブリ（例えば、ＴＷＣアセンブリ）を含む。特定の実施形態では、流体導管が、ＴＷＣアセンブリとＡＳＣアセンブリとの間に配置され、流体導管は、流体（例えば、処理された排気ガス）を第２の触媒アセンブリから第１の触媒アセンブリへ移送する（例えば、流れを可能にする）。空気または酸化体噴射システム（例えば、受動的中間ベッド空気噴射システム）が流体導管に結合され、酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）を流体導管の中に噴射して、第１の触媒アセンブリの入口に流れ込む流体の温度を調節し（例えば、維持する）、第１の触媒（例えば、ＮＨ3をＮ2に変換し、および／またはＣＯをＣＯ2と水に変換する）の中の触媒活性を調節する。
複数の変換器またはセンサ（例えば、Ｏ2またはラムダ（λ）センサおよび／またはＮＯxセンサ）が、排気処理システム全体に配置され得る。例えば、少なくとも１つのＯ2センサが、第１の触媒アセンブリの入口の上流に（および第２の触媒アセンブリの上流に）配置され、燃焼エンジンによって生成された排気ガス（例えば、触媒処理の前）内のＯ2の濃度を決定する。少なくとも１つのＮＯxセンサが、第１の触媒アセンブリの出口の下流に配置され、第１の触媒アセンブリの出口を出る流体（例えば、処理された排気ガス）内のＮＯxの量（例えば、濃度）を測定する。制御装置（例えば、空気噴射制御装置）が、空気噴射システムに結合される。制御装置は、システムパラメータ（例えば、燃焼エンジンによって生成された排気ガス中のＯ2の濃度、および第１の触媒アセンブリを出る流体内のＮＯxのレベル）を表す複数の変換器から信号を受信する。制御装置は、第１の触媒アセンブリ内の触媒活性を監視し、第１の触媒アセンブリ内の触媒または触媒活性が非活性化された（例えば、経年劣化、熱的経年劣化、および／または化学中毒による触媒活性の減少）かどうかを決定する。特定の実施形態では、触媒が非活性化されたかどうかを決定するステップは、流体内のＮＯxの量または濃度がＮＯx閾値よりも大きいかどうかを決定するステップを含むことができる。第１の触媒アセンブリ（例えば、ＡＳＣアセンブリ）内の触媒活性が非活性化されたという決定に基づいて、制御装置は、補正処置（例えば、第１の触媒アセンブリの洗浄）を推奨することができる。特定の実施形態では、第１の触媒アセンブリ内の触媒が非活性化されたかどうかを決定するステップの前に、制御装置は、燃焼エンジンの燃料作動エンジン状態を決定することができる。例えば、制御装置は、少なくともＯ2の濃度（例えば、少なくとも１つのＯ2センサから受信される）に基づいて、燃焼エンジンによって生成された排気ガスのための空気対燃料当量比の値（例えば、λ値）を決定するステップによって、燃焼エンジンが所望のリッチ燃料状態下であるかどうかを決定することができ、空気対燃料当量比を閾値または空気対燃料当量比の基準値（例えば、λ基準値）と比較して、空気対燃料当量比の値が閾値である空気対燃料当量比の値以下であるかどうかを決定する。第１の触媒アセンブリ内の触媒非活性化を診断することによって、排出を削減し、第１の触媒アセンブリの触媒活性を最大にすることができる。
ここで図面に注意を向け、図１を参照すると、エンジン１２に結合された排気処理（例えば、後処理）システム１０の概略図が図示されている。以下に詳細に説明するように、開示する排気処理システム１０が、エンジン１２の燃料作動状態を監視する。エンジン１２が、所望のリッチ燃料状態下（例えば、約０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または１．０未満の任意の他の値など、１．０未満の空気対燃料当量値（λ値）を含む）で作動している場合、開示する排気処理システム１０は、触媒の非活性化（例えば、経年劣化、熱的経年劣化、および／または化学中毒による触媒活性の減少）について触媒アセンブリ（例えば、ＡＳＣアセンブリ）の触媒活性を監視する。更に、開示する排気処理システム１０は、触媒非活性化が検出される場合、補正処置（例えば、触媒アセンブリを洗浄するという推奨）のための推奨を提供する。エンジン１２は、ピストンエンジン（例えば、２ストローク、４ストローク、６ストロークなどのマルチストローク式エンジンなど）またはガスタービンエンジンなど、内燃機関エンジンを含むことができる。エンジン１２は、様々な燃料（例えば、天然ガス、ディーゼル、合成ガス、ガソリンなど）で作動することができる。エンジン１２は、リーン燃焼エンジンまたはリッチ燃焼エンジンとして作動することができる。エンジン１２は、エンジン１２の作動を制御および監視するエンジン制御ユニット（例えば、制御装置）１４に結合される。エンジン制御ユニット１４は、処理回路（例えば、プロセッサ１６）およびメモリ回路（例えば、メモリ１８）を含む。プロセッサ１６は、エンジン１２の作動を実行するための指示を実行することができる。これらの指示は、メモリ１８などの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、光ディスク、固体デバイス、チップ、ファームウェア）の中に記憶されたプログラムまたはコードの中に符号化されることができる。
作動中、エンジン１２は、駆動力をエンジン１２の構成要素（例えば、１つまたは複数のピストンまたはタービン）に加えるために使用される燃焼ガス２０を生成する。燃焼ガス２０は、次いで排気２０としてエンジン１２を出るが、排気２０には様々な排出物（例えば、ＮＯx、ＨＣ、ＣＯなど）が含まれる。排気処理システム１０は、これらの排出物を処理して、より軽度の排出物（二酸化炭素（ＣＯ2）、水など）を生成する。図示のように、排気処理システム１０は、ＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４などの触媒変換器または触媒アセンブリを含む。ＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４を含む実施形態では、エンジン１２はリッチ燃焼エンジン（例えば、約０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または１．０未満の任意の他の値など、１．０未満のλ値を含む）として作動されて、ＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４の両方の中で触媒活性を最大にすることができる。ＴＷＣアセンブリ２２は、その触媒活性によって、複数の反応を経てＮＯxを還元する。例えば、ＮＯxはＣＯによって還元されて、Ｎ2およびＣＯ2を生成し、ＮＯxはＨ2によって還元されて、ＮＨ3および水を生成し、ＮＯxは炭化水素（例えば、Ｃ3Ｈ6）によって還元されて、Ｎ2、ＣＯ2および水を生成することができる。ＴＷＣアセンブリ２２は、更に、ＣＯをＣＯ2に酸化し、不燃成ＨＣをＣＯ2および水に酸化する。ＴＷＣアセンブリ２２内のＮＯxの還元による副産物は、アンモニアスリップの結果として生じるＮＨ3という排出物である（例えば、未反応ＮＨ3による）。特定の実施形態では、ＴＷＣアセンブリ２２の代わりに、ＮＯxを還元する任意の触媒変換器を使用することができる。ＡＳＣアセンブリ２４は、その触媒活性によって（例えば、ゼオライトサイトで）、選択的にＮＨ3をＮ2に還元する。特定の実施形態では、ＡＳＣアセンブリ２４は、更にＣＯをＣＯ2に酸化する。ＡＳＣアセンブリ２４の中の非経年化（例えば、完全な触媒活性を有する）触媒は、一般的にすべてのＮＨ3をＮ2に変換する。ＡＳＣアセンブリ２４は、約４００〜５１０℃など、高温閾値と低温閾値との間の触媒作業ウィンドウを含む。作業ウィンドウは、すべてのＮＨ3がＮ2に変換され、ＮＯxに酸化されない可能性がある（触媒活性が非活性化されたと推測して）温度を表す。
ＴＷＣアセンブリ２２は、エンジン１２から排気２０を受け取る入口２６、および流体３０（例えば、処理されたエンジン排気）を排出する出口２８を含む。ＡＳＣアセンブリ２４は、流体３０（例えば、処理されたエンジン排気および／または噴射された酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）を含む）を受け取る入口３２、および追加的に処理された流体３６を排出する出口３４を含む。流体導管３８は、ＴＷＣアセンブリ２２とＡＳＣアセンブリ２４との間に配置される。詳細には、流体導管３８は、ＴＷＣアセンブリ２２の出口２８およびＡＳＣアセンブリ２４の入口３２に結合され、したがって、アセンブリ２２および２４の両方を結合して、それらの間に流体連通を可能にする。流体導管３８は、ＴＷＣアセンブリ２２からＡＳＣアセンブリ２４へ流体３０を流し、または移送することを可能にする。
図示のように、空気または酸化体噴射システム４０（例えば、受動的中間ベッド空気噴射システム）が流体導管３８に結合される。空気噴射システム４０は、酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）をＴＷＣアセンブリ２２の出口２８の下流、およびＡＳＣアセンブリ２４の入口３２の上流の点または位置４２で流体導管３８内の流体３０の中に噴射する。特定の実施形態では、空気噴射システム４０による酸化体噴射は、ポンプまたは噴射装置によって積極的に駆動され得る。他の実施形態では、空気噴射システム４０は、受動的飛沫同伴によって行われることができる。例えば、空気噴射システム４０は、酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）を一定速度で噴射する。噴射速度は、経験的に決定可能である。空気噴射システム４０による酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）の噴射は、ＡＳＣアセンブリ２４に入る流体３０（例えば、処理されたエンジン排気および／または噴射された酸化体（例えば、空気、Ｏ2、酸素富化空気または酸素減少空気）を含む）の温度をＡＳＣアセンブリ２４の触媒作動ウィンドウ内に（例えば、ＮＨ3をＮ2に変換することに関して）調節する（例えば、維持する）。酸化体の噴射は、更に、ＮＨ3をＮ2に還元し、ＣＯをＣＯ2に酸化することによって、流体３０、３６内の排出を低減する。
空気噴射制御ユニット４４（例えば、プロセッサに基づく制御装置）は、空気噴射システム４０によって噴射される酸化体の量を制御して、ＡＳＣアセンブリ２４の入口３２に入る流体３０の温度を調節する。流体の温度を制御することによって、空気噴射制御ユニット４４は、ＡＳＣアセンブリ２４の入口３２に入る流体３０の温度をＡＳＣアセンブリ２４の触媒作業ウィンドウ内（例えば、高温閾値と低温閾値内）の所望の温度に保って、ＡＳＣアセンブリ２４からのＮＯx排出を最小にする。流体３０の温度を触媒作業ウィンドウ内（すべてのＮＨ3がＮ2に変換され得る）に維持することによって、ＡＳＣアセンブリ２４を出る流体３６内のＮＯxの存在が空気噴射制御ユニット４４によって利用されて、非活性化（例えば、触媒活性の減少）についてＡＳＣアセンブリ２４の触媒または触媒活性を監視し、および／またはＡＳＣアセンブリ２４上の補正処置（例えば、洗浄）の必要を推奨し、または表示する。
後処理システム１０は、システム１０全体に配置された複数の変換器またはセンサ４６を備えて、システムパラメータ（例えば、エンジン１２によって生成された排気ガス内のＯ2の濃度、排出濃度（例えば、ＮＯx）など）を測定し、空気噴射制御ユニット４４および／またはエンジン制御ユニット１４にフィードバック（例えば、システムパラメータを表す信号によって）を提供する。例えば、１つまたは複数のＯ2またはλセンサ４８が、エンジン１２の下流、ならびにＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４上流に配置される。１つまたは複数のＯ2センサ４８が、処理（例えば、ＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性によって）の前に、エンジン１２によって生成された排気ガス内のＯ2の濃度を測定する。変換器４６は、更に、ＡＳＣアセンブリ２４の出口３４に隣接して、または近傍に（例えば、下流に）配置された１つまたは複数のＮＯx変換器５２を含む。ＮＯx変換器５２は、流体３６内のＮＯxの量またはレベル（例えば、ｐｐｍで）を測定する。
１つまたは複数のＯ2センサ４８からの少なくともフィードバックに基づいて、噴射制御ユニット４４は、エンジン１２が所望のリッチ燃料状態（例えば、約０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または１．０未満の任意の他の値など、１．０未満のλ値を含む）下で作動しているかどうかを決定することができる。λ値は、所与の混合について化学量論性に対する実際の空気燃料比の比率を表す。１．０のλ値は、化学量論性におけるものであるが、一方、１．０よりも大きいλ値はリーン燃焼状態を表し、１．０未満のλ値はリッチ燃料状態を表す。空気噴射制御ユニット４４は、Ｏ2の濃度（例えば、少なくとも１つのＯ2センサ４８から受信された）に基づいて、エンジン１２によって生成された排気ガスについてλ値を決定または計算することができて、λ値を閾値または基準λ値（例えば、λｒｅｆｅｒｅｎｃｅまたはλREF）と比較して、λ値がλREF以下であるかどうかを決定することができる。λREFは、リッチ燃料状態閾値を表す。λREFは、１．０未満である。例えば、λREFは、約０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または１．０未満の任意の他の値などである。λREFは、経験的にエンジン１２から由来することができる。λ値がλREF以下である場合、そのときエンジン１２は所望のリッチ燃料状態下で作動している。エンジン１２が所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、そのとき噴射制御ユニット４４は、１つまたは複数のＮＯx変換器５２からのフィードバックに基づいて、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性が非活性化されたかどうかを決定することができる。更に、特定の実施形態では、エンジン１２が所望のリッチ燃料状態下で作動していない場合、空気制御ユニット４４は、酸化体噴射システム４０を経て流体導管３８の中に酸化体を噴射することを中止することができる。
特定の実施形態では、１つまたは複数のＯ2センサ４８からのフィードバックに基づいて、エンジン制御ユニット１４はエンジン１２についての燃料作動状態を決定することができる。例えば、エンジン制御ユニット１４は、λを計算し、エンジン１２が、前述のように化学量論性で、リッチ燃料状態で、またはリーン燃焼状態で作動しているかどうかを決定することができる。燃料作動状態の決定に基づいて、エンジン１２の作動パラメータが調節され得る。例えば、空気燃料比が、燃料作動状態を所望の燃料作動状態に変化するように調節され得る。
１つまたは複数のＮＯx変換器５２からのフィードバックに基づいて、空気噴射制御ユニット４４は、ＡＳＣアセンブリ２４内の触媒（例えば、触媒活性）の非活性化について監視する（例えば、診断または検出する）。例えば、空気噴射制御ユニット４４は、変換器５２から得られたＮＯx（例えば、一酸化窒素または二酸化窒素）のレベル（例えば、値）をＮＯx閾値と比較して、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒の非活性化が発生したかどうか（例えば、測定されたＮＯxのレベルがＮＯx閾値または基準値、ＮＯxREFよりも大きいかどうか）を決定することができる。ＮＯx閾値は、経験的に決定され得る。ＡＳＣアセンブリ２４内の触媒活性が、非活性化される場合、空気噴射制御ユニット４４は、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性を回復させるために補正処置の必要を推奨、または表示することができる。例えば、補正処置は洗浄（例えば、物理的洗浄）、化学処理、乾燥および／または焼成を含むことができる。空気噴射制御ユニット４４は、補正処置の必要を表示するユーザが知覚可能な信号を提供することができる。例えば、制御ユニット４４のディスプレイまたは遠隔装置上のディスプレイにテキストまたは視覚表示を提供することができる。更に、視覚（例えば、ＬＥＤなどの発光デバイスによって）または音声信号（例えば、スピーカによって）を制御ユニット４４または遠隔装置上に提供することができる。
空気制御ユニット４４は、処理回路（例えば、プロセッサ５４）およびメモリ回路（例えば、メモリ５６）を含む。プロセッサ５４は、システムパラメータ（燃料作動状態（例えば、リッチ燃料状態）、排出レベル（例えば、ＮＯx）など）を監視し、ＡＳＣアセンブリ２４の入口３２に入る流体３０の温度を調節し（例えば、維持する）、および／または非活性化についてＡＳＣアセンブリ２４の触媒を監視するための指示を実行することができる。これらの指示は、メモリ５６などの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、光ディスク、固体デバイス、チップ、ファームウェア）の中に記憶されたプログラムまたはコードの中に符号化されることができる。プロセッサ５４は更に、メモリ５６の中に記憶された表または値にアクセスすることができる。例えば、メモリ５６は、１つまたは複数のλREF値を記憶することができる。メモリ５６は、更に、１つまたは複数のＮＯx閾値を記憶することができる。メモリ５６は、更に、受動的空気噴射システム４０のために（例えば、噴射の一定速度のために）、１つまたは複数の酸化体の噴射速度を記憶することができる。図示のように、空気噴射制御ユニット４４はエンジン制御ユニット１４に結合されている。特定の実施形態では、空気噴射制御ユニット４４およびエンジン制御ユニット１４は単一の制御ユニットを形成することができる。
図２は、エンジン１２の燃料作動状態を決定するステップ、および触媒非活性化について触媒アセンブリ（例えば、ＡＳＣアセンブリ）を監視するステップのためのコンピュータ実施の方法５８の流れ図である。方法５８のすべて、またはいくつかのステップは、空気噴射制御ユニット４４によって実行され得る（例えば、プロセッサ１６を利用して、プログラムを実行し、メモリ５６に記憶されたデータにアクセスする）。方法５８は、任意の触媒（例えば、ＴＷＣアセンブリ２２および／またはＡＳＣアセンブリ２４）による処理の前に、エンジン１２からの排気ガスを分析するためにλREFを決定するステップ（ブロック６０）を含む。特定の実施形態では、λREFについての値は、空気噴射制御ユニット４４（例えば、メモリ５６）またはエンジン制御ユニット１４（例えば、メモリ１８）から得ることができる。別法として、λREFは、ユーザによって入力され得る。λREFは、リッチ燃料状態閾値を表す。λREFは、１．０未満である。例えば、λREFは、約０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または１．０未満の任意の他の値などである。λPRE-CATは、経験的にエンジン１２から由来することができる。方法５８は、更に、任意の触媒による処理の前に、エンジン１２からの排気ガスの実際のλ値（λPRE-CAT）を決定するステップ（ブロック６２）を含む。例えば、空気噴射制御ユニット４４は、前述のように、１つまたは複数のＯ2センサ４８からの少なくともフィードバックに基づいて、λPRE-CATを計算することができる。
方法５８は、更に、λPRE-CATをλREFに比較して、エンジン１２の燃料作動状態を決定するステップ（ブロック６４）を含む。詳細には、方法５８は、λPRE-CATがλREF以下であるかどうかを決定するステップを含む。λPRE-CATがλREF以上である等しい場合、そのときエンジン１２は、所望のリッチ燃料状態下で作動しておらず、方法５８は、酸化体の噴射を中止するステップ（ブロック６６）、およびλPRE-CATを引き続き決定するステップ（ブロック６２）を含む。
λPRE-CATがλREF以下である場合、エンジン１２は所望のリッチ燃料状態下で作動している。そのとき、方法５８は、ＡＳＣアセンブリ２４の出口３４を出る流体３６（例えば、追加的に処理された排気ガス）の中のＮＯxレベル（ＮＯx,ASC OUT）を１つまたは複数のＮＯxセンサ５２を経て、第１に測定することによって、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するステップ（ブロック６８）に移行する。方法５８は、ＮＯx,ASC OUTがＮＯx閾値７０（ＮＯx REF）よりも大きいかどうかを決定する（ブロック７２）。ＮＯx閾値７０は、メモリ５６から得ることができる。更に、ＮＯx閾値７０は、ユーザによって入力され得る。ＮＯx閾値７０は、最初にＡＳＣアセンブリ２４を設置するときに、経験的に得ることができる。ＮＯx,ASC OUTがＮＯx閾値７０よりも大きくない場合、方法５８は、ＮＯx,ASC OUTを測定するステップ（ブロック６８）、およびＮＯx,ASC OUTをＮＯx閾値７０と比較するステップ（ブロック７２）に戻る。ＮＯx,ASC OUTがＮＯx閾値７０よりも大きい場合、方法５８は、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性または触媒が非活性化されていることを決定する（ブロック７４）。ＡＳＣアセンブリ２４の触媒非活性化の決定に基づいて、方法７４は、ＡＳＣアセンブリ２４を回復させる（例えば、再活性化する）ための補正処置の必要を推奨または表示する（ブロック７６）。例えば、空気噴射制御ユニット４４は、前述のようにユーザが知覚できる信号（例えば、コンピュータディスプレイによって）を提供して、補正処置の必要を表示する。補正処置は洗浄（例えば、物理的洗浄）、化学処理、乾燥および／または焼成を含むことができる。
開示する実施形態の技術的効果は、エンジンの燃料作動状態（例えば、所望のリッチ燃料状態について）を監視するため、触媒変換器（例えば、ＡＳＣアセンブリ２４）内の触媒の非活性化を監視するため、および非活性化された触媒の検出に応答して補正処置（例えば、洗浄）を推奨するために、コンピュータによって実施されるシステムおよび方法を提供することを含む。特に、実施形態は、触媒処理の前に、エンジン１２によって生成される排気ガス内のＯ2濃度を測定する、ＴＷＣアセンブリ２２およびＡＳＣアセンブリ２４の上流に配置された少なくとも１つのＯ2センサ４８を含む排気処理システム１０を備える。少なくとも１つのＯ2センサ４８からの少なくともフィードバックに基づいて、空気噴射制御ユニット４４は、エンジン１２が所望のリッチ燃料状態で作動しているかどうかを決定することができる。システム１０は、更に、流体３６内のＮＯx排出レベルに関して、空気噴射制御ユニット４４にフィードバックを提供するために、ＡＳＣアセンブリ２４の出口３４の下流に少なくとも１つのＮＯx変換器５２を含む。エンジン１２が所望のリッチ燃料状態で作動している場合、ＮＯx排出レベルに基づいて、空気噴射制御ユニット４４は、ＡＳＣアセンブリ２４内の触媒が非活性化したかどうかを決定することができ、更に、触媒が非活性した場合、制御ユニット４４は、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性を回復させる補正処置の必要を推奨または表示することができる。ＡＳＣアセンブリ２４の触媒が非活性化したかどうかを診断することによって、ＡＳＣアセンブリ２４の触媒活性が最大化され、排出が低減され得る。
ここに記載する説明は、最良の形態を含む本発明を開示するための実施例を使用しており、更に当業者が、任意の装置またはシステムを作製し、使用し、かつ任意の組み込まれた方法を実施することを可能にする実施例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い当たる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とは実質的には異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図するものである。
１０ 排気後処理システム
１２ エンジン
１４ エンジン制御ユニット
１６ プロセッサ
１８ メモリ
２０ 燃焼ガス、排気
２２ ＴＷＣアセンブリ
２４ ＡＳＣアセンブリ
２６ 入口
２８ 出口
３０ 流体
３２ 入口
３４ 出口
３６ 処理された流体
３８ 流体導管
４０ 空気または酸化体噴射システム
４２ 位置
４４ 空気噴射制御ユニット
４６ 変換器またはセンサ
４８ Ｏ2またはλセンサ
５２ ＮＯxセンサ
５４ プロセッサ
５６ メモリ
５８ 方法
６０ ブロック
６２ ブロック
６４ ブロック
６６ ブロック
６８ ブロック
７０ ＮＯxREF（ＮＯx閾値）
７２ ブロック
７４ ブロック
７６ ブロック

Claims (12)

  1. 燃焼エンジン（１２）からの排気を処理するように構成された排気後処理システム（１０）を備えるシステムであって、前記排気後処理システム（１０）が、
    流体（３０）を受け取り、前記流体（３０）内のアンモニア（ＮＨ3）を窒素（Ｎ2）に変換するように構成された第１の触媒アセンブリ（２４）であって、入口（３２）および出口（３４）を含む第１の触媒アセンブリ（２４）と、
    前記第１の触媒アセンブリ（２４）の前記入口（３２）の上流に配置され、前記燃焼エンジン（１２）によって生成された排気ガス（２０）内のＯ2の濃度を決定するように構成された少なくとも１つの酸素（Ｏ2）センサ（４８）と、
    前記第１の触媒アセンブリ（２４）の前記出口（３４）の下流に配置され、前記第１の触媒アセンブリ（２４）の前記出口（３４）を出る流体（３６）内のＮＯxの濃度を測定するように構成された少なくとも１つの窒素酸化物（ＮＯx）センサ（５２）と、
    前記第１の触媒アセンブリ（２４）の前記出口（３４）を出る前記流体（３６）内の前記ＮＯxの濃度を表す、前記少なくとも１つのＮＯxセンサ（５２）から第１の信号、および前記燃焼エンジン（１２）によって生成された前記排気ガス（２０）内の前記Ｏ2の濃度を表す、前記少なくとも１つのＯ2センサ（４８）から第２の信号を受信するように構成され、前記第１の触媒アセンブリ（２４）内で触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成される制御装置（１４）とを備え、
    前記流体（３０）が、前記燃焼エンジン（１２）の処理された排気ガス（３０）を含み、
    前記排気後処理システム（１０）が、前記少なくとも１つのＯ2センサ（４８）の下流、および前記第１の触媒アセンブリ（２４）の前記入口（３２）の上流に配置された第２の触媒アセンブリ（２２）を備え、前記第２の触媒アセンブリ（２２）が、前記燃焼エンジン（１２）によって生成された排気ガス（２０）を受け取り、前記排気ガス（２０）を処理して前記処理された排気ガス（３０）を生成するように構成され、
    前記第１の触媒アセンブリ（２４）が、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）アセンブリ（２４）を備え、
    前記第２の触媒アセンブリ（２２）が、三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（２２）を備える、
    システム。
  2. 前記排気後処理システム（１０）が、前記ＴＷＣアセンブリ（２２）と前記ＡＳＣアセンブリ（２４）との間に配置され、前記ＴＷＣアセンブリ（２２）から前記ＡＳＣアセンブリ（２４）に前記処理された排気ガス（３０）を移送するように構成された流体導管（３８）を備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記排気後処理システム（１０）が、前記流体導管（３８）に結合され、前記流体導管（３８）の中に一定速度で酸化体を噴射して、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の前記入口（３２）の中に流れ込む前記処理された排気ガス（３０）の温度を維持し、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の前記触媒活性を調節するように構成された酸化体噴射システム（４０）を備える、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）を出る前記流体（３６）内の前記ＮＯxの濃度がＮＯx閾値よりも大きいかどうかを決定することによって、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の前記触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の触媒活性が非活性化されたことが決定される場合、前記触媒活性を再活性化するために前記ＡＳＣアセンブリ（２４）を洗浄するために補正処置が必要であるかどうかを決定し、補正処置の必要を示す、ユーザが知覚可能な信号を提供するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の前記触媒活性が非活性化されたかどうかを決定する前に、燃焼エンジン（１２）が所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成され、続いて、前記燃焼エンジン（１２）が前記所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、前記ＡＳＣアセンブリ内（２４）の触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
  7. 前記制御装置（１４）が、前記排気ガス（２０）内の前記Ｏ2濃度に基づいて、前記燃焼エンジン（１２）によって生成された排気ガス（２０）についての空気対燃料当量比の値を決定し、前記空気対燃料当量比の値が空気対燃料当量比の閾値以下である場合、前記燃焼エンジン（１２）が前記所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記排気後処理システム（１０）に結合された前記燃焼エンジン（１２）を備える、請求項１に記載のシステム。
  9. 燃焼エンジン（１２）が所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成され、燃焼エンジン（１２）が所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（２２）の下流に配置され前記ＴＷＣアセンブリ（２２）からの処理された排気ガス（３０）内のＮＨ3を窒素（Ｎ2）に変換するアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）アセンブリ（２４）内の触媒活性を監視して、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の前記触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成されている、制御装置（１４）を備え、
    前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の入口（３２）の上流に配置された少なくとも１つの酸素（Ｏ2）センサ（４８）から第１の信号を受信するように構成され、前記第１の信号が、前記燃焼エンジン（１２）によって生成された排気ガス（２０）内のＯ2の濃度を表し、
    前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の出口（３４）の下流に配置された少なくとも１つの窒素酸化物（ＮＯx）センサ（５２）から第２の信号を受信するように構成され、前記第２の信号が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の前記出口（３４）を出る前記処理された排気ガス（３６）内のＮＯxの濃度を表す、システム。
  10. 前記制御装置（１４）が、前記処理された排気ガス（３６）内の前記ＮＯxの濃度がＮＯx閾値よりも大きいかどうかを決定することによって、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の前記触媒活性が非活性化されたかどうかを決定するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  11. 燃焼エンジン（１２）からの排気（２０）を処理するように構成された排気後処理システム（１０）を備えるシステムであって、前記排気後処理システム（１０）が、
    第１の入口（２６）を含む三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（２２）と、
    前記ＴＷＣアセンブリ（２２）から処理された排気ガス（３０）を受け取り、前記処理された排気ガス（３０）内のアンモニア（ＮＨ3）を窒素（Ｎ2）に変換するように構成されたアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）アセンブリ（２４）であって、第２の入口（３２）および出口（３４）を含むＡＳＣアセンブリ（２４）と、
    前記ＴＷＣアセンブリ（２２）の前記第１の入口（２６）の上流に配置され、前記燃焼エンジン（１２）によって生成された排気ガス（２０）の中のＯ2の濃度を決定するように構成された少なくとも１つの酸素（Ｏ2）センサ（４８）と、
    前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の前記出口（３４）の下流に配置され、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）の前記出口（３４）を出る前記処理された排気ガス（３６）内のＮＯxの濃度を測定するように構成された少なくとも１つの窒素酸化物（ＮＯx）センサ（５２）と、
    前記燃焼エンジン（１２）が所望のリッチ燃料状態下で作動しているかどうかを決定するように構成され、前記燃焼エンジン（１２）が前記所望のリッチ燃料状態下で作動している場合、前記処理された排気ガス（３０）内のＮＨ3をＮ2に変換する前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の触媒活性を監視して、前記触媒活性が前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内で非活性化されたかどうかを決定するように構成されている制御装置（１４）とを備える、システム。
  12. 前記制御装置（１４）が、前記ＡＳＣアセンブリ（２４）内の触媒活性が非活性化されたことが決定される場合、前記触媒活性を再活性化するために前記ＡＳＣアセンブリ（２４）を洗浄するために補正処置が必要であるかどうかを決定し、補正処置の必要を示す、ユーザが知覚可能な信号を提供するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
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