KR20160115799A

KR20160115799A - 선택적 촉매 환원 촉매의 건전성을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160115799A
Application number: KR1020160035329A
Authority: KR
Inventors: 마루티 나라싱가 라오 데바라콘다
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CA2924174A1; JP2016183672A; CN106014568A; EP3073082A1; BR102016005754A2; US20160279574A1

Abstract

시스템은 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 촉매의 NH₃ 저장량 상태를 모니터링하도록 프로그램된 제어기를 포함한다. 제어기는 SCR 촉매의 입구의 상류측 및 출구의 하류측의 모두의 유체 내의 NH₃ 농도 및/또는 NO_X 농도를 표현하는 신호를 수신하고, SCR 촉매 내에 배치된 적어도 하나의 RF 프로브로부터 SCR 촉매의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 신호를 수신하고, SCR 촉매의 상류측 및 하류측의 모두의 유체 내의 NH₃ 농도 및/또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 SCR 촉매의 추정된 NH₃ 저장량을 발생하기 위해 모델을 이용하고, 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NH₃ 저장량과 비교하고, 측정된 NH₃ 저장량에 대한 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 SCR 촉매를 위한 제어 동작을 출력하도록 프로그램된다.

Description

선택적 촉매 환원 촉매의 건전성을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 {SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING THE HEALTH OF A SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION CATALYST}

본 명세서에 개시된 요지는 내연기관용 배기 후처리 시스템(exhaust aftertreatment system)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 배기 후처리 시스템의 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 촉매의 건전성(health)을 모니터링하는 것에 관한 것이다.

엔진(예를 들어, 왕복형 엔진 또는 가스 터빈과 같은 내연기관)은 엔진의 구성요소에 구동력을 인가하는(예를 들어, 피스톤을 이동시키거나 터빈을 구동하기 위해) 연소 가스를 발생하기 위해 연료와 공기의 혼합물을 연소한다. 이후에, 연소 가스는 배기물로서 엔진을 나오는 데, 이 배기물은 질소 산화물(NO_X), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO)의 배출물, 및 다른 배출물을 환원하기 위해 하나 이상의 촉매 컨버터[예를 들어, 3방향 촉매(three-way catalyst: TWC) 조립체, SCR 촉매 조립체 등]를 포함하는 배기 처리(예를 들어, 후처리) 시스템이 실시될 수도 있다. 그러나, 건전성[예를 들어, 암모니아(NH₃) 저장량 상태]이 면밀히 모니터링되지 않으면, 시간 경과에 따라 배출물을 환원하는 데 있어서 촉매의 효용성이 감소할 수도 있다.

원래 청구된 발명의 범주에 특정 실시예에 따른 특정 실시예가 이하에 요약된다. 이들 실시예는 청구된 발명의 범주를 한정하도록 의도된 것은 아니고, 오히려 이들 실시예는 단지 본 발명의 가능한 형태의 간략한 요약을 제공하도록 의도된 것이다. 실제로, 본 발명은 후술되는 실시예와 유사하거나 상이할 수도 있는 다양한 형태를 포함할 수도 있다.

제1 실시예에 따르면, 시스템은 연소 엔진으로부터 배출물을 처리하도록 구성된 배기 후처리 시스템을 포함한다. 배기 후처리 시스템은 연소 엔진으로부터 유체를 수용하도록 구성된 SCR 촉매 조립체를 포함하고, SCR 촉매 조립체는 입구 및 출구를 갖는다. 배기 후처리 시스템은 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측에 배치된 제1 센서, SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측에 배치된 제2 센서, 및 SCR 촉매 조립체 내에 배치되고 SCR 조립체의 NH₃ 저장량을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 무선 주파수(radio frequency: RF) 프로브를 또한 포함한다. 시스템은 배기 후처리 시스템에 통신적으로 결합된 제어기를 또한 포함한다. 제어기는 제1 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하고, 제2 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하고, 적어도 하나의 RF 프로브로부터 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하고, SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생하기 위해 모델을 이용하고, 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NH₃ 저장량과 비교하고, 측정된 NH₃ 저장량에 대한 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 배기 후처리 시스템을 위한 제어 동작을 출력하도록 구성된다.

제2 실시예에 따르면, 시스템은 연소 엔진에 결합된 SCR 촉매 조립체의 NH₃ 저장량 상태를 모니터링하도록 프로그램된 제어기를 포함한다. 제어기는 제1 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하고, 제2 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하고, SCR 촉매 조립체 내에 배치된 적어도 하나의 RF 프로브로부터 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하고, SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생하기 위해 모델을 이용하고, 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NH₃ 저장량과 비교하고, 측정된 NH₃ 저장량에 대한 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 SCR 촉매 조립체를 위한 제어 동작을 출력하도록 프로그램된다.

제3 실시예에 따르면, 연소 엔진에 결합된 SCR 촉매 조립체의 NH₃ 저장량 상태를 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 제어기에서, 제1 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하는 것을 포함한다. 방법은 제어기에서, 제2 센서로부터 SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하는 것을 또한 포함한다. 방법은 제어기에서, SCR 촉매 조립체 내에 배치된 적어도 하나의 RF 프로브로부터 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하는 것을 더 포함한다. 방법은 제어기를 거쳐, SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생하기 위해 모델을 이용하는 것을 더 포함한다. 방법은 제어기를 거쳐, 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NH₃ 저장량과 비교하는 것을 더 포함한다. 방법은 제어기를 거쳐, 추정된 NH₃ 저장량의 측정된 NH₃ 저장량으로의 비교에 적어도 기초하여 SCR 촉매 조립체를 위한 제어 동작을 출력하는 것을 더 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태, 및 장점은 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 표현하고 있는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 숙독할 때 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 엔진에 결합된 배기 처리(예를 들어, 후처리) 시스템의 실시예의 개략도.
도 2는 엔진에 결합된 촉매 조립체(예를 들어, SCR 촉매 조립체)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하기 위한 컴퓨터 구현 방법의 실시예의 흐름도.

본 발명의 하나 이상의 특정 실시예가 이하에 설명될 것이다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하려는 시도시에, 실제 구현예의 모든 특징이 명세서에 설명되지는 않을 수도 있다. 임의의 이러한 실제 구현예의 전개시에, 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 일 구현예로부터 다른 구현예로 다양할 수도 있는 시스템 관련 및 비즈니스 관련 제약과의 순응성과 같은, 개발자의 특정 목표를 성취하기 위해 수많은 구현예 특정 결정이 성취되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소비적일 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 이익을 갖는 당 기술 분야의 숙련자들을 위한 설계, 제작 및 제조의 일상적인 착수일 것이라는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예의 요소를 소개할 때, 단수 표현 및 "상기"는 하나 이상의 요소들이 존재한다는 것을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", '구비하는" 및 "갖는"은 포함적이며 열거된 요소 이외의 부가의 요소가 존재할 수도 있다는 것을 의미하도록 의도된다.

본 발명은 연소 엔진(예를 들어, 왕복형 내연기관 또는 가스 터빈 엔진)에 결합된 촉매 조립체 또는 촉매 컨버터(예를 들어, SCR 촉매 조립체)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 연소 엔진에 결합되고 연소 엔진으로부터 배기물(예를 들어, 엔진 배기부 내의)(예를 들어, NO_X, HC, CO 등)을 처리하도록 구성된 후처리(예를 들어, 배기 처리) 시스템을 포함한다. 후처리 시스템은 촉매계 시스템, 화학 분사 시스템, 또는 다른 유형을 포함할 수도 있다. 개시된 실시예는 연소 엔진의 작동 파라미터(예를 들어, 실제 또는 추정된 작동 파라미터)를 측정하거나 얻는 것, NH₃ 및 NO_X 센서를 각각 거쳐 촉매 조립체의 상류측 및 하류측의 모두에서 유체(배기물 또는 처리된 배기물) 내의 NH₃ 및 NO_X를 측정하는 것, 및 하나 이상의 RF 프로브 또는 센서를 거쳐 촉매 조립체의 NH₃ 저장량을 측정하는 것을 포함한다. 개시된 실시예는 제어기[예를 들어, 엔진 제어 유닛(engine control unit: ECU)]을 거쳐, 촉매 조립체의 양 상류측 및 하류측의 유체 내의 측정된 NH₃ 및/또는 NO_X 농도 및/또는 연소 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터에 기초하여 촉매 조립체로부터 촉매 조립체의 NH₃ 저장량을 추정하기 위한 모델을 이용하는 것을 포함한다. 제어기는 특정 종(예를 들어, NO_X 및 NH₃)의 배기량을 추정하기 위한 모델을 또한 이용할 수도 있다. 제어기는 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량과 비교할 수도 있다. 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량 또는 촉매 조립체의 하류측의 측정된 또는 추정된 배기량 중 하나 이상이 원하는 한계 내에 있지 않으면, 출력 제어 동작이 제어기에 의해 자동으로 트리거링될 수도 있다(예를 들어, 촉매 조립체 상에 진단 모듈을 수행함). 개시된 기술을 거쳐 촉매 조립체의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하는 것은 연소 엔진의 사용이 연장된 시간 기간 동안 배출 규제 내에 남아 있는 것을 가능하게 한다. 게다가, 촉매 조립체의 유지보수가 최소화될 수도 있다. 또한, 개시된 실시예는 온보드(on-board) 진단 기능을 제공한다.

이제 도면을 참조하여 도 1을 참조하면, 엔진(12)에 결합된 후처리 시스템(10)의 개략도가 도시되어 있다. 상세히 후술되는 바와 같이, 개시된 후처리 시스템(10)은 후처리 시스템(10)의 촉매 조립체(14)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하고, 필요하다면, 촉매 조립체(14) 상에 진단을 수행한다. 엔진(12)은 왕복형 엔진(예를 들어, 2행정 엔진, 4행정 엔진, 6행정 엔진 등과 같은 다행정 엔진) 또는 가스 터빈 엔진과 같은 내연기관을 포함할 수도 있다. 엔진(12)은 다양한 연료[예를 들어, 천연 가스, 디젤, 신가스, 가솔린, 연료의 혼합물(예를 들어, 메탄, 프로판, 에탄 등) 등]로 작동할 수도 있다. 엔진(12)은 농후 연소 엔진으로서 작동할 수도 있다. 엔진(12)은 10 kW 내지 10 MW의 범위의 전력을 발생하는 발전 시스템의 부분일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(12)은 대략 1800 분당 회전수(RPM) 미만에서 작동할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(12)은 대략 2000 RPM, 1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 또는 900 RPM 미만에서 작동할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(12)은 대략 800 내지 2000 RPM, 900 내지 1800 RPM, 또는 1000 내지 1600 RPM에서 작동할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(12)은 대략 1800 RPM, 1500 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 또는 900 RPM에서 작동할 수도 있다. 예시적인 엔진(12)은 예를 들어, 제네럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)의 Jenbacher 엔진(예를 들어, Jenbacher Type 2, Type 3, Type 4, Type 6 또는 J920 FleXtra) 또는 Waukesha 엔진(예를 들어, Waukesha VGF, VHP, APG, 275GL)을 포함할 수도 있다.

작동 중에, 엔진(12)은 엔진(12)의 구성요소(예를 들어, 실린더 내에서 왕복하는 하나 이상의 피스톤 또는 하나 이상의 터빈)에 구동력을 인가하는 데 사용된 연소 가스(16)를 발생한다. 연소 가스(16)는 이어서 다양한 배출물(예를 들어, NO_X, HC, CO 등)을 포함하는 다양한 배기물(16)로서 엔진(12)을 나온다. 배기 처리 시스템(10)은 더 온화한 배출물[일산화탄소(CO₂), 물 등]을 발생하도록 이들 배출물을 처리한다. 도시되어 있는 바와 같이, 배기 처리 시스템(10)은 촉매 컨버터 또는 촉매 조립체(14)를 포함한다. 촉매 조립체(예를 들어, SCR 촉매 조립체)는 엔진(12)으로부터 유체(16)(예를 들어, 배기물)를 수용하기 위한 입구(18) 및 유체(22)(예를 들어, 처리된 엔진 배기물)를 배출하기 위한 출구(20)를 포함한다. 특정 실시예에서, 촉매 조립체(14)는 SCR 촉매 조립체를 포함한다. SCR 촉매 조립체는 그 촉매 활성도를 거쳐, 다수의 반응을 거쳐 유체(16) 내의 NO_X를 환원한다. NO_X는 NH₃를 거쳐 환원되어 N₂ 및 물을 발생할 수도 있다. 특정 실시예에서, NO_X는 요소를 거쳐 환원되어 N₂, 물 및 CO₂를 발생할 수도 있다. SCR 촉매 조립체를 포함하는 실시예에서, 엔진(12)은 희박 연소 엔진[예를 들어, 대략 1.001, 1.002, 1.003, 1.004, 1.005, 1.006, 1.007, 1.020, 1.030, 1.040, 1.050, 또는 1.0 초과의 임의의 다른 값과 같은 1.0 초과의 당량비(equivalence ratio)(즉, 화학양론 AFR에 대한 실제 AFR의 비) 또는 람다(λ)값]으로서 작동되어 SCR 촉매 조립체 내의 촉매 활성도를 최대화할 수도 있다. AFR은 공기 대 연료의 질량비이다. 특정 실시예에서, 후처리 시스템(10)은 촉매 조립체(14)의 상류측 및/또는 하류측에 배치된 하나 이상의 부가의 촉매 조립체[예를 들어, 엔진(1)과 촉매 조립체(14) 사이에 배치된 TWC 조립체]를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 후처리 시스템(10)은 다른 구성요소[예를 들어, 엔진(12)의 하류측 및 촉매 조립체의 상류측의 유체(16) 내로 환원제(예를 들어, NH₃ 또는 요소)를 분사하는 환원제 분사 시스템]를 포함할 수도 있다.

엔진(12) 및 후처리 시스템(10)은 엔진(12)의 작동을 제어하고 모니터링하는 제어기(24)[예를 들어, 엔진 제어 유닛(ECU)]에 결합된다(예를 들어, 통신적으로). 예를 들어, 제어기(24)는 엔진(12)의 산소 연료비(예를 들어, 공연비)를 조절하거나 조정한다. AFR은 공기 대 연료의 질량비이다. 제어기(24)는 후처리 시스템(10)의 작동을 또한 제어하고 모니터링한다. 예를 들어, 더 상세히 후술되는 바와 같이, 제어기(24)는 후처리 시스템(10)의 촉매 조립체(14)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링할 수도 있고, 필요하다면 촉매 조립체(14) 상에 진단을 수행한다. 특정 실시예에서, 제어기(24)는 서로 통신하는 다수의 제어기[예를 들어, 엔진(12) 및 후처리 시스템(10)용의 각각의 제어기]를 포함할 수도 있다. 제어기(24)는 처리 회로[예를 들어, 프로세서(26)] 및 메모리 회로[예를 들어, 메모리(28)]를 포함한다. 프로세서(26)는 다수의 마이크로프로세서, 하나 이상의 "범용" 마이크로프로세서, 하나 이상의 특정 용도 마이크로프로세서, 및/또는 하나 이상의 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuits: ASICS), 시스템 온 칩(system-on-chip: SoC) 디바이스, 또는 소정의 다른 프로세서 구성을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(26)는 하나 이상의 축소 명령 세트(reduced instruction set: RISC) 프로세서 또는 복합 명령 세트(complex instruction set: CISC) 프로세서를 포함할 수도 있다. 프로세서(26)는 엔진(12) 및/또는 후처리 시스템(10)의 작동을 수행하기 위해 명령을 실행할 수도 있다. 이들 명령은 메모리(28)와 같은 탠저블 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들어, 광학 디스크, 고상 디바이스, 칩, 펌웨어 등)에 저장된 프로그램 또는 코드에 인코딩될 수도 있다. 특정 실시예에서, 메모리(28)는 제어기(24)로부터 전체적으로 또는 부분적으로 제거 가능할 수도 있다.

메모리(28)는 다양한 테이블[예를 들어, 룩업 테이블(look-up tables: LUT)]을 저장할 수도 있다. 메모리(28)는 NH₃ 저장량 값(예를 들어, θ, SCR 촉매 조립체 내의 NH₃ 저장비를 표현함)에 대응하는 전압[예를 들어, RF 프로브(38)로부터 수신된 전압 판독치에 유사함]을 열거하는 LUT를 저장할 수도 있다. 또한, 메모리(28)는 다수의 임계치 또는 범위를 저장할 수도 있다. 예를 들어, 메모리(28)는 원하는 한계치를 표현하는 다양한 배출물(예를 들어, NO_X, NH₃ 등)에 대한 임계치 및/또는 범위를 저장할 수도 있다. 메모리(28)는 촉매 조립체(14)(예를 들어, SCR 촉매 조립체)를 위한 추정된 NH₃ 저장량 값과 촉매 조립체(14)를 위한 측정된 NH₃ 저장량 값[예를 들어, RF 프로브(38)에 의해 측정됨] 사이의 차이에 대한 공칭 또는 최소 차이(예를 들어, 임계치)를 또한 저장할 수도 있다. 메모리(28)는 또한 모델[예를 들어, 엔진(12), 후처리 시스템(10), 및/또는 각각의 이들의 구성요소의 다양한 양태를 표현하고 그리고/또는 시뮬레이팅하는 소프트웨어 모델]을 저장할 수도 있다. 예를 들어, 메모리(28)는 엔진 작동 파라미터를 추정하기 위한 하나 이상의 모델을 저장할 수도 있다. 다른 실시예에서, 메모리(28)는 촉매 조립체(14)의 NH₃ 저장량 상태를 추정하기 위한 하나 이상의 모델을 저장할 수도 있다. 메모리(28)는 다양한 배출물(예를 들어, NO_X, NH₃ 등)의 농도를 추정하기 위해 하나 이상의 모델을 또한 저장할 수도 있다. 하나 이상의 모델은 촉매 조립체(14)(예를 들어, SCR 촉매 조립체)의 상류측 및 하류측의 유체(16, 22) 내의 NH₃ 및/또는 NO_X 농도의 측정치[예를 들어, NH₃ 센서(35, 36) 및 NO_X 센서(34, 37) 각각으로부터 수신됨] 및/또는 하나 이상의 엔진 작동 파라미터(예를 들어, 실제 엔진 작동 파라미터 및/또는 모델을 거쳐 얻어진 바와 같은 추정된 엔진 작동 파라미터)를 이용하여 촉매 조립체(14)의 NH₃ 저장량 상태 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 다양한 배출물(예를 들어, NO_X, NH₃ 등)의 농도를 추정할 수도 있다. 제어기(22)는 센서, 액추에이터, 및 엔진(12) 및 후처리 시스템(10)의 다른 구성요소(예를 들어, 사용자 인터페이스)로부터 하나 이상의 입력 신호(input₁ ... input_n)를 수신하고, 센서, 액추에이터, 및 엔진(12) 및/또는 시스템(10)의 다른 구성요소에 하나 이상의 출력 신호(output₁ ... output_n)를 출력한다. 제어기(22)는 하나 이상의 유형의 모델(예를 들어, 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어 기반 모델)을 이용할 수도 있다. 예로서, 모델은 장비 오기능의 위험 또는 장비 유지보수의 필요성을 예측하는 데 사용될 수도 있는 저사이클 피로(low cycle fatigue: LCF) 수명 예측 모델, 전산 유체 역학(computational fluid dynamics: CFD) 모델, 유한 요소 분석(finite element analysis: FEA) 모델, 고체 모델(예를 들어, 파라미터 및 비파라미터 모델링), 및/또는 3차원 대 2차원 FEA 맵핑 모델과 같은 물리 기반 모델을 포함할 수도 있다. 모델은 회귀 분석 모델, 데이터 마이닝(data mining) 모델(예를 들어, 클러스터링 모델, 분류 모델, 연계 모델) 등과 같은 통계적 모델을 또한 포함할 수도 있다. 예를 들어, 클러스터링 기술은 소정 방식으로 "유사한" 데이터 내의 그룹 또는 구조체를 발견할 수도 있다. 분류 기술은 예를 들어, 계획되지 않은 유지보수 이벤트에 부닥치는 더 높은 확률을 갖는 필드 디바이스와 같은, 특정 그룹의 멤버로서 데이터 포인트를 분류할 수도 있다. 회귀 분석이 특정 에러 범위 내의 미래의 경향을 모델링하는 것이 가능한 함수를 발견하는 데 사용될 수도 있다. 연계 기술이 변수들 사이의 관계를 발견하는 데 사용될 수도 있다. 또한, 퍼지 논리 모델이 이용될 수도 있다. 또한, 모델과 함께 이용된 데이터는 이력 데이터, 실험 데이터, 지식 기반 데이터 등을 포함할 수도 있다.

제어기(24)는 엔진(12) 및 배기 처리 시스템(10)과 연계된 센서에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 엔진(12)은 엔진(12) 상에, 엔진(12) 내에, 그리고/또는 엔진(12)의 출구에 인접하여 배치되어, 엔진(12)의 하나 이상의 작동 파라미터(예를 들어, 실제 작동 파라미터)를 측정하는 하나 이상의 센서(30)를 포함할 수도 있다. 센서(30)는 압력 센서, 온도 센서, 속도 센서 등과 같은 분위기 및 엔진 센서를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 센서(30)는 엔진(12)을 나오는 유체(16) 내의 상이한 종(예를 들어, 배출물)의 농도를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 센서(30)는 O₂ 또는 람다 센서, 엔진 공기 흡기 온도 센서, 엔진 공기 흡기 압력 센서, 재킷수 온도 센서, 엔진 배기 온도 센서, 및 엔진 배기 압력 센서를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 게다가, 하나 이상의 NH₃ 센서(35)가 촉매 조립체(14)의 입구(18)의 상류측[예를 들어, 엔진(12)과 촉매 조립체(14) 사이]에 배치되어 유체(16) 내의 NH₃의 농도 또는 양을 측정할 수도 있다. 또한, 하나 이상의 NH₃ 센서(36)가 촉매 조립체(14)의 출구(20)의 하류측에 배치되어 유체(22) 내의 NH₃의 농도 또는 양을 측정할 수도 있다. 또한, 하나 이상의 NO_X 센서(34)가 촉매 조립체(14)의 입구(18)의 상류측[예를 들어, 엔진(12)과 촉매 조립체(14) 사이]에 배치되어 유체(16) 내의 NO_X의 농도 또는 양을 측정할 수도 있다. 또한, 하나 이상의 NO_X 센서(37)가 촉매 조립체(14)의 출구(20)의 하류측에 배치되어 유체(22) 내의 NO_X의 농도 또는 양을 측정할 수도 있다. 특정 실시예에서, 단지 하나 이상의 NH₃ 센서(35)가 촉매 조립체(14)의 상류측에 배치될 수도 있고[즉, 상류측에 배치된 NO_X 센서(34)가 없음], 반면에 단지 하나 이상의 NO_X 센서(37)가 촉매 조립체의 하류측에 배치될 수도 있다[즉, 하류측에 배치된 NH₃ 센서(36)가 없음]. 다른 실시예에서, 단지 하나 이상의 NO_X 센서(34)가 촉매 조립체(14)의 상류측에 배치될 수도 있고[즉, 상류측에 배치된 NH₃ 센서(35)가 없음], 반면에 단지 하나 이상의 NH₃ 센서(36)가 촉매 조립체의 하류측에 배치될 수도 있다[즉, 하류측에 배치된 NO_X 센서(37)가 없음]. 또한, 하나 이상의 RF 프로브 또는 센서(38)가 촉매 조립체(14) 내에 배치되거나 결합되어 촉매 조립체(14)의 NH₃ 저장량을 측정할 수도 있다. 특정 실시예에서, RF 프로브(38)로부터의 NH₃ 저장량 측정치는 전압 판독치의 형태를 취할 수도 있다. 특정 실시예에서, 전압 판독치는 NH3 저장량 값(θ)으로 변환될 수도 있다(예를 들어, LUT를 이용하여).

적어도 센서(30), NH₃ 센서(35, 36) 및/또는 NO_X 센서(34, 37), 및 하나 이상의 RF 프로브(38)로부터의 피드백에 기초하여, 제어기(24)는 후처리 시스템(10)의 촉매 조립체(14)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하고, 필요하다면, 촉매 조립체(14) 상에 진단을 수행한다. 예를 들어, 제어기(22)는 모델(예를 들어, 소프트웨어 기반 모델) 내의 촉매 조립체(14)의 상류측 및 하류측의 측정된 NH₃ 및/또는 NO_X 농도[예를 들어, NH₃ 센서(35, 36) 및 NO_X 센서(34, 37)로부터 각각 수신됨] 및 하나 이상의 엔진 작동 파라미터[예를 들어, 센서(30)에 의해 측정된 실제 작동 파라미터 및/또는 추정된 작동 파라미터]를 이용하여, 촉매 조립체(14)의 NH₃ 저장량 상태 촉매의 추정치 및/또는 조립체(14)를 나오는 배출물(예를 들어, NO_X, NH₃ 등)의 추정치를 발생한다. 특정 실시예에서, 촉매 조립체(14)의 상류측의 측정된 NH₃ 농도 및 촉매 조립체(14)의 하류측의 측정된 NO_X 농도는 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량 상태 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 추정된 NH₃ 배출물을 발생하기 위해 모델 내에 이용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 촉매 조립체(14)의 상류측의 측정된 NO_X 농도 및 촉매 조립체(14)의 하류측의 측정된 NH₃ 농도는 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량 상태 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 추정된 NO_X 배출물을 발생하기 위해 모델 내에 이용될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 촉매 조립체(14)의 상류측 및 하류측 모두에서의 측정된 NH₃ 농도는 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량 상태 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 추정된 NO_X 배출물을 발생하기 위해 모델 내에 이용될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 촉매 조립체(14)의 상류측 및 하류측 모두에서의 측정된 NO_X 농도는 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량 상태 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 추정된 NO_X 배출물을 발생하기 위해 모델 내에 이용될 수도 있다. 제어기(24)는 촉매 조립체(14)를 위한 측정된 NH₃ 저장량에 추정된 NH₃ 저장량을 비교할 수도 있다[예를 들어, RF 프로브(38)로부터의 피드백에 기초하여]. 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량과 측정된 NH₃ 저장량 사이의 차이가 상당하면(예를 들어, 2 퍼센트, 5 퍼센트, 10 퍼센트, 또는 임의의 다른 원하는 퍼센트와 같은 원하는 임계치를 초과), 제어기(24)는 촉매 조립체(14) 상에 진단 모듈(예를 들어, SCR 촉매 조립체 진단 모듈)을 수행할 수도 있다. 특정 실시예에서, 제어기(24)는 NH₃ 저장량의 검출된 차이 및 진단 모듈의 성능의 사용자 지각 가능한 지시(예를 들어, 가청, 시각적, 텍스트 등)를 또한 제공할 수도 있다. 촉매 조립체(14)의 추정된 NH₃ 저장량과 측정된 NH₃ 저장량 사이의 차이가 원하는 임계치 이하이면, 제어기(24)는 촉매 조립체(14)를 나오는 (예를 들어, 측정된 및/또는 추정된) 배출물(예를 들어, NH₃, NO_X 등)을 각각의 임계치 및/또는 범위와 비교하여 배출물이 수용 가능한 또는 원하는 한계 내에 있는지를 결정할 수도 있다. NH₃ 또는 NO_X가 수용 가능한 또는 원하는 한계 내에 있지 않으면(즉, 범위 외에 있거나 임계치를 초과함), 제어기(24)는 촉매 조립체(14) 상에 진단 모듈(예를 들어, SCR 촉매 조립체 진단 모듈)을 여전히 수행할 수도 있다. 촉매 조립체(14)의 건전성(예를 들어 NH₃ 저장량 상태)은 개시된 기술을 거쳐, 연소 엔진(12)의 사용이 연장된 시간 기간 동안 배출물 규제 내에 남아 있는 것을 가능하게 한다. 게다가, 촉매 조립체(14)의 유지보수가 최소화될 수도 있다. 또한, 개시된 기술은 온보드 진단 기능을 제공한다.

도 2는 엔진(12)에 결합된 촉매 조립체(14)(예를 들어, SCR 촉매 조립체)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하기 위한 컴퓨터 구현 방법(40)의 실시예의 흐름도이다. 방법(40)의 단계의 모두 또는 일부는 제어기(24)에 의해 실행될 수도 있다[예를 들어, 메모리(28) 상에 저장된 프로그램을 실행하고 데이터에 액세스하기 위해 프로세서(26)를 이용함]. 게다가, 이들 단계들 중 하나 이상은 다른 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 방법(40)은 엔진 작동 파라미터(42) 또는 이들 파라미터를 표현하는 신호를 수신하는 것을 포함한다(블록 44). 엔진 작동 파라미터(42)는 엔진(12)과 연계된 하나 이상의 센서(30)에 의해 측정된 실제 엔진 작동 파라미터를 포함할 수도 있다. 엔진 작동 파라미터(42)는 예를 들어 전술된 바와 같은 하나 이상의 모델을 이용하여 추정된 엔진 작동 파라미터의 추정치를 또한 포함할 수도 있다. 방법(40)은 촉매전(46)(NH_{3 PRE-CAT}) 및/또는 촉매후(48)(NH_{3 POST-CAT}) NH₃ 측정치 또는 이들 측정치를 표현하는 신호를 수신하는 것[예를 들어, NH₃ 센서(35, 36)로부터]을 또한 포함할 수도 있다(블록 50). 게다가, 방법(40)은 촉매전(47)(NO_{X PRE-CAT}) 및/또는 촉매후(49)(NO_{x POST-CAT}) NO_X 측정치 또는 이들 측정치를 표현하는 신호를 수신하는 것[예를 들어, NO_X 센서(34, 37)로부터]을 또한 포함할 수도 있다(블록 50). 방법(40)은 촉매 조립체(14)의 산화 상태[예를 들어, 추정된 NH₃ 저장량(54), θ], 촉매 조립체(14)를 나오는 유체(22) 내의 NO_X(57)(NO_X,EST), 및/또는 촉매 조립체(14)를 나오는 유체(22) 내의 NH₃(59)(NH_3,EST)를 결정하거나 추정하기 위해 하나 이상의 모델(52)을 이용하는 것을 더 포함한다.

방법(40)은 촉매 블록(14)의 NH₃ 저장 장전량(loading)(60)의 측정치 또는 측정치를 표현하는 신호를 수신하는 것[예를 들어, RF 프로브(38)로부터]을 포함한다(블록 62). 특정 실시예에서, NH₃ 저장량 값(예를 들어, θ, 이는 SCR 촉매 조립체 내의 NH₃ 저장비를 표현함)에 대응하는 전압[예를 들어, RF 프로브(38)로부터 수신된 전압 판독치에 유사함]을 포함하는 LUT(64)가 RF 프로브(38)로부터의 측정치를 NH₃ 저장량 값으로 변환하는 데 이용될 수도 있다. 방법(40)은 추정된 NH₃ 저장량(54) 값을 측정된 NH₃ 저장량 값(60)과 비교하는 것을 또한 포함한다. 특정 실시예에서, 비교는 추정된 NH₃ 저장량 값(54)이 측정된 NH₃ 저장량 값(60)에 대략적으로 동일한지를 초기에 결정하는 것을 포함할 수도 있다(블록 66). 추정된 NH₃ 저장량 값(54)이 측정된 NH₃ 저장량 값(60)에 대략 동일하지 않으면(예를 들어, 1 퍼센트 초과의 차이를 가짐), 방법(40)은 추정된 NH₃ 저장량(54)과 측정된 NH₃ 저장량 값(60) 사이의 차이(68)(Δθ)를 이용하는 것 및 이를 공칭 또는 임계 차이(70)(Δθ_NOM)와 비교하는 것을 포함한다(블록 72). Δθ_NOM은 추정된 NH₃ 저장량(54)과 측정된 NH₃ 저장량(60) 사이의 2 퍼센트, 5 퍼센트, 10 퍼센트 또는 임의의 다른 원하는 퍼센트 차이일 수도 있다. Δθ가 Δθ_NOM보다 크면, 방법(40)은 제어 동작을 출력하는 것을 포함한다(블록 74). 제어 동작은 촉매 조립체(14) 상에 진단 모듈(예를 들어, SCR 촉매 조립체 진단 모듈)을 수행하는 것[예를 들어, 촉매 조립체(14)를 가로지르는 압력 강하를 측정함]을 포함할 수도 있다. 제어 동작은 Δθ_NOM보다 큰 검출된 Δθ 및/또는 진단 모듈의 성능의 사용자 지각 가능한 지시(예를 들어, 가청, 시각적, 텍스트 등)를 제공하는 것을 또한 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 블록 66은 스킵될 수도 있고, 방법(40)은 블록 72로 자동으로 진행할 수도 있다.

추정된 NH₃ 저장량(54) 값이 측정된 NH₃ 저장량 값(60)에 대략 동일하고(예를 들어, 1 퍼센트 이하임) 또는 Δθ가 Δθ_NOM보다 작으면, 방법(40)은 NO_X _POST-CAT(47) 또는 NO_X,EST(57) 및/또는 NH_{3 POST-CAT}(48) 또는 NH_3,EST(59)가 원하는 한계 내에 있는지를 결정하는 것을 포함한다(블록 76). 구체적으로, 방법(40)은 NO_X _POST-CAT(47) 또는 NO_X,EST(57)이 원하는 NO_X 임계치 미만인지 또는 원하는 NO_X 범위(78) 내에 있는지를 결정하는 것을 포함한다. 방법(40)은 NH_{3 POST-CAT}(48) 또는 NH_3,EST(59)가 원하는 NH₃ 임계치 미만인지 또는 NH₃ 범위(80) 내에 있는지를 결정하는 것을 또한 포함한다. NO_X _POST-CAT(47) 또는 NO_X,EST(57) 및 NH_{3 POST-CAT}(48) 또는 NH_3,EST(59)의 모두가 이들의 각각의 원하는 범위(78, 80) 내에 있거나 이들의 각각의 원하는 임계치(78, 80) 미만이면, 방법(40)은 시작으로부터 방법(40)을 루프 스루(loop through)하는 것을 포함한다(블록 82). NO_X _POST-CAT(47)/NO_X,EST(57) 또는 NH_{3 POST-CAT}(48)/NH_3,EST(59) 중 하나가 이들의 각각의 원하는 범위(78, 80) 외에 있거나 이들의 각각의 원하는 임계치(78, 80) 이상이면, 방법(40)은 전술된 바와 같이 제어 동작(블록 74)을 출력하는 것을 포함한다.

개시된 실시예의 기술적 효과는 연소 엔진(12)에 결합된 촉매 조립체(14)(예를 들어, SCR 촉매 조립체)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하기 위한 (예를 들어, 컴퓨터 구현된) 시스템 및 방법을 포함한다. 특히, 실시예는 촉매 조립체(14) 내의 NH₃ 저장량의 추정치를 발생하기 위해 모델 내의 입력으로서 촉매 조립체(14)의 상류측 및 하류측의 유체(16, 22) 내의 NH₃ 및/또는 NO_X 농도 측정치 및 엔진 작동 파라미터(42)를 이용하는 것을 포함한다. 실시예는 촉매 조립체(14)의 건전성을 결정하기 위해 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NH₃ 저장량과 비교하는 것[예를 들어, 촉매 조립체(14) 내의 RF 프로브(38)로부터의 측정치에 기초하여]을 또한 포함한다. 실시예는 촉매 조립체(14)의 건전성을 결정하기 위해 추정된 또는 측정된 배출물이 한계치 내에 있는지를 결정하도록 각각의 범위 및/또는 임계치에 추정된 또는 측정된 배출물을 비교하는 것을 더 포함한다. 개시된 실시예를 거쳐 촉매 조립체(14)의 건전성(예를 들어, NH₃ 저장량 상태)을 모니터링하는 것은 연소 엔진(12)의 사용이 연장된 시간 기간 동안 배출 규제 내에 남아 있는 것을 가능하게 한다. 게다가, 촉매 조립체(14)의 유지보수가 최소화될 수도 있다. 또한, 개시된 실시예는 온보드 진단 기능을 제공한다.

이 기록된 설명은 최선의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조하고 사용하는 것 및 임의의 구체화된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 당 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구범위에 의해 규정되고, 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생하는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예는 이들의 청구범위의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 가지면, 또는 이들이 청구범위의 문자 언어와 비실질적인 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함하면 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

10: 후처리 시스템 12: 엔진
14: 촉매 조립체 16: 연소 가스
18: 입구 20: 출구
22: 유체 24: 제어기
26: 프로세서 28: 메모리
34, 37: NO_X 센서 35, 37: NH₃ 센서
38: RF 프로브 40: 방법

Claims

시스템에 있어서,
연소 엔진으로부터 배출물을 처리하도록 구성된 배기 후처리 시스템으로서, 상기 배기 후처리 시스템은,
상기 연소 엔진으로부터 유체를 수용하도록 구성된 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 촉매 조립체로서, 상기 SCR 촉매 조립체는 입구 및 출구를 갖는 것인 SCR 촉매 조립체;
상기 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측에 배치된 제1 센서;
상기 SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측에 배치된 제2 센서; 및
상기 SCR 촉매 조립체 내에 배치되고 상기 SCR 조립체의 NH₃ 저장량을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 무선 주파수(radio frequency: RF) 프로브
를 포함하는 것인, 배기 후처리 시스템과,
상기 배기 후처리 시스템에 통신가능하게 결합된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 제1 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 RF 프로브로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하고, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생시키기 위해 모델을 이용하고, 상기 추정된 NH₃ 저장량을 상기 측정된 NH₃ 저장량과 비교하고, 상기 측정된 NH₃ 저장량 대한 상기 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 상기 배기 후처리 시스템을 위한 제어 동작을 출력하도록 구성되는 것인 제어기
를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 연소 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 수신하고, 그리고 상기 하나 이상의 작동 파라미터, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도, 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생하기 위해 모델을 이용하도록 구성되는 것인 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 추정된 NH₃ 저장량과 측정된 NO_X 저장량 사이의 차이를 결정하고, 그 차이가 임계 차이보다 큰 지를 결정함으로써, 상기 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NO_X 저장량과 비교하도록 구성되는 것인 시스템.
제3항에 있어서, 상기 제어기는 상기 차이가 임계 차이보다 크면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 구성되는 것인 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 센서는 NO_X 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 차이가 상기 임계 차이 이하이면, 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NO_X 농도가 NO_X 농도 범위 이내에 있는지 또는 NO_X 농도 임계치 미만인지를 결정하도록 구성되는 것인 시스템.
제5항에 있어서, 상기 제어기는 상기 NO_X 농도가 NO_X 농도 범위 이내에 있지 않거나 또는 NO_X 농도 임계치 미만이 아니면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 구성되는 것인 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 센서는 NH₃ 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 차이가 임계 차이 이하이면, 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도가 NH₃ 농도 범위 이내에 있는지 또는 NH₃ 농도 임계치 미만인지를 결정하도록 구성되는 것인 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제어기는 상기 NH₃ 농도가 NH₃ 농도 범위 이내에 있지 않거나 또는 NH₃ 농도 임계치 미만이 아니면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 구성되는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 연소 엔진은 상기 배기 후처리 시스템에 결합되는 것인 시스템.
시스템에 있어서,
연소 엔진에 결합된 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 촉매 조립체의 암모니아(NH₃) 저장량 상태를 모니터링하도록 프로그램된 제어기를 포함하며,
상기 제어기는 제1 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 질소 산화물(NO_X) 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하고, 제2 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하고, 상기 SCR 촉매 조립체 내에 배치된 적어도 하나의 무선 주파수(radio frequency: RF) 프로브로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하고, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생시키기 위해 모델을 이용하고, 상기 추정된 NH₃ 저장량을 상기 측정된 NH₃ 저장량과 비교하고, 상기 측정된 NH₃ 저장량에 대한 상기 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체를 위한 제어 동작을 출력하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제10항에 있어서, 상기 제어기는 상기 연소 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 수신하고, 상기 하나 이상의 작동 파라미터, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도, 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생시키기 위해 모델을 이용하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 추정된 NH₃ 저장량과 측정된 NO_X 저장량 사이의 차이를 결정함으로써 상기 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NO_X 저장량과 비교하고, 그 차이가 임계 차이보다 큰 지를 결정하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 제어기는 상기 차이가 임계 차이보다 크면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제13항에 있어서, 상기 제2 센서는 NO_X 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 차이가 상기 임계 차이 이하이면, 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NO_X 농도가 NO_X 농도 범위 이내에 있는지 또는 NO_X 농도 임계치 미만인지를 결정하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제14항에 있어서, 상기 제어기는 상기 NO_X 농도가 NO_X 농도 범위 이내에 있지 않거나 또는 NO_X 농도 임계치 미만이 아니면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제13항에 있어서, 상기 제2 센서는 NH₃ 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 차이가 임계 차이 이하이면, 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도가 NH₃ 농도 범위 이내에 있는지 또는 NH₃ 농도 임계치 미만인지를 결정하도록 프로그램되는 것인 시스템.
제16항에 있어서, 상기 제어기는 상기 NH₃ 농도가 NH₃ 농도 범위 이내에 있지 않거나 또는 NH₃ 농도 임계치 미만이 아니면 상기 SCR 촉매 조립체용 진단 모듈을 수행하도록 프로그램되는 것인 시스템.
연소 엔진에 결합된 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 촉매 조립체의 암모니아(NH₃) 저장량 상태를 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
제어기에서, 제1 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 입구의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 질소 산화물(NO_X) 농도를 표현하는 제1 신호를 수신하는 단계와,
상기 제어기에서, 제2 센서로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 출구의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도를 표현하는 제2 신호를 수신하는 단계와,
상기 제어기에서, 상기 SCR 촉매 조립체 내에 배치된 적어도 하나의 무선 주파수(radio frequency: RF) 프로브로부터 상기 SCR 촉매 조립체의 측정된 NH₃ 저장량을 표현하는 제3 신호를 수신하는 단계와,
상기 제어기를 거쳐, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 적어도 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생시키기 위해 모델을 이용하는 단계와,
상기 제어기를 거쳐, 상기 추정된 NH₃ 저장량을 상기 측정된 NH₃ 저장량과 비교하는 단계와,
상기 제어기를 거쳐, 상기 측정된 NH₃ 저장량에 대한 상기 추정된 NH₃ 저장량의 비교에 적어도 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체를 위한 제어 동작을 출력하는 단계
를 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 제어기에서, 상기 연소 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 수신하는 단계, 및 상기 하나 이상의 작동 파라미터, 상기 SCR 촉매 조립체의 상류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도, 및 상기 SCR 촉매 조립체의 하류측의 유체 내의 NH₃ 농도 또는 NO_X 농도에 기초하여 상기 SCR 촉매 조립체의 추정된 NH₃ 저장량을 발생시키기 위해 모델을 이용하는 단계를 포함하는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 조립체의 암모니아(NH₃) 저장량 상태를 모니터링하기 위한 방법.
제19항에 있어서, 상기 제어기를 거쳐, 상기 추정된 NH₃ 저장량과 측정된 NO_X 저장량 사이의 차이를 결정함으로써 상기 추정된 NH₃ 저장량을 측정된 NO_X 저장량과 비교하는 단계, 및 상기 차이가 임계 차이보다 큰 지를 결정하는 단계를 포함하는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 조립체의 암모니아(NH₃) 저장량 상태를 모니터링하기 위한 방법.