(57)【要約】【課題】酸化触媒を含む排気手段を有する機関のための酸化触媒温度制御システムおよび方法を提供すること。【解決手段】ポスト燃料計算手段は、酸化触媒の所定の所望の出口温度に基づいて、酸化触媒における発熱反応を生成するために導入されるべき燃料のポスト量を表す値を計算し、計算は、酸化触媒の安定状態モデルを使用し、安定状態モデルは、排気質量流量、酸化触媒の入口温度、および機関に導入されるべき燃料のポスト量を指示する指示手段を利用する。【選択図】図１
2010043617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒を含む排気手段を有する機関のための酸化触媒温度制御システムであり、
前記酸化触媒の入口温度を測定するように構成された温度検知手段と、
排気質量流量を得るための排気流量測定手段と、
ポスト燃料噴射量計算手段とを備え、
前記ポスト燃料噴射量計算手段は、前記酸化触媒の所定の所望の出口温度に基づいて、前記酸化触媒における発熱反応を生成するために導入されるべき燃料のポスト量を表す値を計算し、前記計算は、前記酸化触媒の安定状態モデル（１０）を使用する酸化触媒温度制御システムであって、前記安定状態モデルは、前記排気質量流量、前記酸化触媒の前記入口温度、および遷移補償成分、ならびに前記機関に導入されるべき燃料の前記ポスト量を指示する指示手段を利用し、前記遷移補償成分は、前記酸化触媒に蓄積されたエネルギおよび排気質量流量の関数であることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記安定状態モデル（１０）は、さらに、燃料の前記ポスト量の前に前記機関に導入される前記燃料に対応する初期燃料値と、前記車両機関と前記酸化触媒との間で燃焼される前記燃料に対応する第１の効率部分と、前記機関で燃焼される前記燃料に対応する第２の効率部分と、前記酸化触媒の所定の所望の出口温度を利用する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記安定状態モデル（１０）は、式
【数１】
2010043617.tif 000030
に対応し、ここで、
【数２】
2010043617.tif 000031
は、前記ポスト燃料値であり、Ｔ０は、前記所定の所望の出口温度であり、Ｔｉは、前記酸化触媒の前記入口温度であり、
【数３】
2010043617.tif 000032
は、前記排気質量流量であり、
【数４】
2010043617.tif 000033
は、前記初期燃料値であり、
【数５】
2010043617.tif 000034
は、前記ポスト燃料値を除く前記機関を離れる未燃焼燃料の全量であり、（１−ηｅｘｈ＿ｍａｎ）は、前記第１の効率部分であり、（１−ｂｕｒｎ＿ｆｒａｃｉ）は、前記第２の効率部分であり、ｃｐは、前記排気ガスの比熱であり、Ｈは、燃料加熱値であり、ηＤＯＣは、前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記酸化触媒温度制御システムは、較正された値を格納するメモリ手段をさらに備える請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の効率部分、前記第２の効率部分、および前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率は、前記格納され較正された値から得られる請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記温度検知手段は、機関出口温度の関数として前記第１の効率部分を規定する所定の格納された値の組から、機関出口温度に基づき選択される機関出口温度および関連する第１の効率部分をさらに測定する請求項２から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率の前記値は、前記酸化触媒の入口温度の関数として前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する前記発熱効率の値を規定する所定の格納された値の組から、前記酸化触媒の前記入口温度に基づき選択される請求項２から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記関連する第２の効率部分は、噴射クランク角度の関数として第２の効率部分を規定する所定の格納された値の組から前記車両機関の噴射クランク角度に基づき選択される請求項２から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記遷移補償成分を含む前記安定状態モデルは、式
【数６】
2010043617.tif 000035
に対応し、ｄＱｍ／ｄｔは、排気質量流量における変化に関連付けられる格納されたエネルギにおける変化を表す請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記微分ｄＱｍ／ｄｔは、前記格納されたエネルギＱｍとＱｍの対応する濾過された値との間の差異によって計算される請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
Ｑｍは、排気質量流量の関数に基づき選択される請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記温度検知手段は、前記酸化触媒の出口温度も測定する請求項１から１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、温度に基づく閉ループ制御（４０）をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記閉ループ制御（４０）は、内部プロセスモデル（１４４）を備える請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記内部プロセスモデル（４４）は、純粋な遅延に関連付けられる第２次の濾過器である請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第２次の濾過器は、
【数７】
2010043617.tif 000036
であり、ここで、Ｔ１およびＴ２は、前記酸化触媒熱慣性に関連する濾過器時定数であり、Ｔｄは、前記酸化触媒の物理特徴に対応する遅延である請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記閉ループ制御は、前記内部プロセスモデル（４４）と前記酸化触媒の前記測定された出口温度との間の差異を受け、かつ前記所定の所望の出口温度Ｔ０を生成するために設定された出口温度から減算される第１の制御器値を出力する第１の制御器を備える、請求項１２に従属するときの請求項１３から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
第１の制御器（４６）は、第１次のラグ濾過器である請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記閉ループ制御（４０）は、それが、前記内部プロセスモデルおよび前記安定状態モデルに与えられる前に、前記所定の所望の出口温度Ｔ０を制御する第２の制御器（４８）を備える請求項１３から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
酸化触媒を含む排気手段を有する機関のための酸化触媒の出口温度を制御する方法であって、
（ｉ）前記酸化触媒の入口で温度を検知するステップと、
（ｉｉ）排気手段における排気質量流量を測定するステップと、
（ｉｉｉ）前記酸化触媒の所定の所望の出口温度に基づいて、前記酸化触媒における発熱反応を生成するために前記機関に導入されるべき燃料のポスト量を表す値を計算するステップであって、前記酸化触媒を表す前記計算は、前記排気質量流量、前記酸化触媒の前記入口温度を利用し、前記酸化触媒に蓄積されたエネルギおよび排気質量流量に応じる補償関数を計算するステップを含む遷移に関する安定状態モデルを補償する安定状態モデルを使用することを特徴とする、計算するステップと
（ｉｖ）前記機関に導入されるべきポスト燃料値と同等である燃料の量を指示するステップとを含む方法。
【請求項２１】
ステップ（ｉｉｉ）は、さらに、燃料の前記ポスト量の前に前記機関に導入される前記燃料に対応する初期燃料値と、前記車両機関と前記酸化触媒との間で燃焼される前記燃料に対応する第１の効率部分と、前記機関で燃焼される前記燃料に対応する第２の効率部分と、前記安定状態モデルにおける前記酸化触媒の所定の所望の出口温度を利用するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ｉｉｉ）は、式
【数８】
2010043617.tif 000037
を計算することによって前記安定状態モデルを表し、ここで、
【数９】
2010043617.tif 000038
は、前記ポスト燃料値であり、Ｔ０は、前記所定の所望の出口温度であり、Ｔｉは、前記酸化触媒の前記入口温度であり、
【数１０】
2010043617.tif 000039
は、前記排気質量流量であり、
【数１１】
2010043617.tif 000040
は、前記初期燃料値であり、
【数１２】
2010043617.tif 000041
は、前記ポスト燃料値を除く前記機関を離れる未燃焼燃料の全量であり、（１−ηｅｘｈ＿ｍａｎ）は、前記第１の効率部分であり、（１−ｂｕｒｎ＿ｆｒａｃｉ）は、前記第２の効率部分であり、ｃｐは、前記排気ガスの比熱であり、Ｈは、燃料加熱値であり、ηＤＯＣは、前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率である請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法は、適切なメモリ手段に較正された値を格納するステップをさらに含む請求項２０から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
ステップ（ｉｉｉ）は、前記第１の効率部分、前記第２の効率部分に関する値を得るステップをさらに含み、前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率は、前記メモリ手段内に前記格納され較正された値からである請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法は、機関出口温度を測定し、かつ機関出口温度の関数として前記第１の効率部分を規定する所定の格納され較正された値の組から機関出口温度に基づき前記第１の効率部分を選択するステップをさらに含む請求項２０から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、前記酸化触媒の入口温度の関数として前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する前記発熱効率の値を規定する所定の格納され較正された値の組から、前記酸化触媒の前記入口温度に基づき前記酸化触媒の未燃焼燃料に関する前記発熱効率の値を選択するステップをさらに含む請求項２０から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記方法は、噴射クランク角度の関数として第２の効率部分を規定する所定の較正され格納された値の組から前記車両機関の前記噴射クランク角度に基づき関連する第２の効率部分を選択するステップをさらに含む請求項２０から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記補償関数を含むステップ（ｉｉｉ）の前記安定状態モデルは、式
【数１３】
2010043617.tif 000042
を計算するステップを含み、ここで、ｄＱｍ／ｄｔは、排気質量流量における変化に関連付けられる格納されたエネルギにおける変化を表す請求項２０から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記補償関数を計算するステップは、前記格納されたエネルギＱｍとＱｍのその対応する濾過された値との間の差異によって表されることができる前記微分ｄＱｍ／ｄｔを計算するステップを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
Ｑｍは、排気質量流量の関数に基づき選択されることができる請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法は、前記酸化触媒の出口温度を測定するステップをさらに含む請求項２２から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記方法は、閉ループフィードバック制御を使用する前記所定の所望の出口温度を修正するステップをさらに含む請求項２０から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記閉ループフィードバック制御は、内部プロセスモデルを計算するステップを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記内部プロセスモデルは、純粋な遅延に関連付けられる第２次の濾過器である請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２次の濾過器は、
【数１４】
2010043617.tif 000043
であり、ここで、Ｔ１およびＴ２は、前記酸化触媒熱慣性に関連する濾過器時定数であり、Ｔｄは、前記酸化触媒の物理特徴に対応する遅延である請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記閉ループフィードバック制御は、前記内部プロセスモデルと前記酸化触媒の前記測定された出口温度との間の差異に対する第１の制御器計算を実行するステップと、第１の制御器値を出力するステップと、前記所定の所望の出口温度Ｔ０を生成するために設定された出口温度から前記第１の制御器値を減算するステップとを含む、請求項３１に従属するときの請求項３２から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の制御器計算は、第１次のラグ濾過器である請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記閉ループ制御は、前記内部プロセスモデルおよび前記安定状態モデルに与えられる前に、前記所定の所望の出口温度Ｔ０に対する第２の制御器計算を実行するステップを含む請求項３２から３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
粒子濾過器再生制御システムで使用するための請求項１から１９に記載の酸化触媒出口温度制御システムを組み込むディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化触媒の出口温度制御に関し、特に排他的ではなく、ディーゼル車両機関内の粒子濾過器再生システムとともに使用するための酸化触媒の出口温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル粒子濾過器（ＤＰＦ）の再生は、ディーゼル乗用車の正常動作の間では通常ではない高い排気ガス温度（＞５５０℃）を必要とする。そのような温度を得るために、ポスト燃料噴射と呼ばれる機関サイクルにおける、排気段階への燃料の遅延噴射が、発熱反応を生成するようにディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）への未燃焼燃料を導入するために使用される。ＤＯＣは、ＤＰＦの前に配置されるので、ＤＯＣにおける発熱反応によって引き起こされる排気ガスの温度における増大は、ＤＰＦにおける粒子材料を焼き尽くし、追加の粒子材料が濾過されることを可能にする。ＤＰＦへの熱応力を低減するために、ＤＯＣの出口温度（ＤＰＦの入口）は、実質的にほぼ目標値に制御される必要がある。
【０００３】
ＤＯＣの出口温度の制御は、通常、ＤＯＣ出口の温度センサを使用する、標準ＰＩＤ（比例積分微分）制御器などの閉ループ制御器によって実行され、ポスト燃料噴射の量は、機関速度および機関負荷の両方の関数、ならびに遷移条件に対するある補償を与える表から選択される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種類の制御は、いくつかの欠点を有する。すなわち、
ポスト燃料噴射の量がＤＯＣ出口での温度に比例しないので、非線形系であり、
開ループ項の精度不足を導く排気マニホールド温度および／またはＤＯＣ入口温度の変動は、考慮されておらず、
周囲条件の変動は、考慮されない可能性があり、
ＤＯＣの動作によって引き起こされる遅延は、閉ループ動作における誤差を増幅する可能性があり、
機関の速度または負荷における変動などの遷移動作条件は、通常、同一の速度および負荷について対応する安定状態条件とは異なるＤＯＣ出口温度を与え、
ＥＧＲ（排気ガス再循環）レート、ポスト噴射タイミング、排気流れ（スロットリング）の較正における任意の変化は、ポスト燃料表の完全な再較正を必要とし、かつ
ＤＯＣ出口目標温度を変更するただ１つの方法は、較正を複製することであり、すなわち、６００℃について１つの完全な較正、および５５０℃についてのさらなる完全な較正である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、酸化触媒を備える排気手段を有する機関のための酸化触媒出口温度制御システムが提供され、酸化触媒出口温度制御システムは、
酸化触媒の入口温度を測定するように構成された温度検知手段と、
排気質量流量を得るための排気流量測定手段と、
ポスト燃料噴射量計算手段とを備え、
ポスト燃料計算噴射量計算手段は、酸化触媒の所定の所望の出口温度に基づいて、酸化触媒における発熱反応を生成するために導入されるべき燃料のポスト量を表す値を計算し、計算は、酸化触媒の安定状態モデルを使用し、安定状態モデルは、排気質量流量、酸化触媒および遷移補償成分の入口温度、ならびに機関に導入されるべき燃料のポスト量を指示する指示手段を利用し、遷移補償成分は、酸化触媒に蓄積されたエネルギおよび排気質量流量の関数であることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、安定状態モデルは、さらに、燃料のポスト量の前に機関に導入される燃料に対応する初期燃料値と、車両機関と酸化触媒との間で燃焼される燃料に対応する第１の効率部分と、機関で燃焼される燃料に対応する第２の効率部分と、酸化触媒の所定の所望の出口温度を利用する。
【０００７】
好ましくは、安定状態モデルは、式
【０００８】
【数１】
2010043617.tif 000003
に対応し、ここで、
【０００９】
【数２】
2010043617.tif 000004
は、ポスト燃料値であり、Ｔ０は、所定の所望の出口温度であり、Ｔｉは、酸化触媒の入口温度であり、
【００１０】
【数３】
2010043617.tif 000005
は、排気質量流量であり、
【００１１】
【数４】
2010043617.tif 000006
は、初期燃料値であり、
【００１２】
【数５】
2010043617.tif 000007
は、ポスト燃料値を除く機関を離れる未燃焼燃料の全量であり、（１−ηｅｘｈ＿ｍａｎ）は、第１の効率部分であり、（１−ｂｕｒｎ＿ｆｒａｃｉ）は、第２の効率部分であり、ｃｐは、排気ガスの比熱であり、Ｈは、燃料加熱値であり、ηＤＯＣは、酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率である。
【００１３】
好ましくは、酸化触媒温度制御システムは、較正された値を格納するメモリ手段をさらに備える。
【００１４】
好ましくは、第１の効率部分、第２の効率部分、および酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率は、格納され較正された値から得られる。
【００１５】
好ましくは、温度検知手段は、機関出口温度の関数として第１の効率部分を規定する所定の格納された値の組から、機関出口温度に基づき選択される機関出口温度および関連する第１の効率部分をさらに測定する。
【００１６】
好ましくは、酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率の値は、酸化触媒の入口温度の関数として酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率の値を規定する所定の格納された値の組から、酸化触媒の入口温度に基づき選択される。
【００１７】
好ましくは、関連する第２の効率部分は、噴射クランク角度の関数として第２の効率部分を規定する所定の格納された値の組から車両機関の噴射クランク角度に基づき選択される。
【００１８】
好ましくは、遷移補償成分を含む安定状態モデルは、式
【００１９】
【数６】
2010043617.tif 000008
に対応し、ｄＱｍ／ｄｔは、排気質量流量における変化に関連付けられる格納されたエネルギにおける変化を表す。
【００２０】
好ましくは、微分ｄＱｍ／ｄｔは、格納されたエネルギＱｍとＱｍの対応する濾過された値との間の差異によって計算される。
【００２１】
代わりに、Ｑｍは、排気質量流量に基づき選択されることができる。
【００２２】
好ましくは、システムは、温度に基づく閉ループ制御をさらに備える。
【００２３】
好ましくは、温度検知手段は、酸化触媒の出口温度も測定する。
【００２４】
好ましくは、閉ループ制御は、内部プロセスモデルを備える。
【００２５】
好ましくは、内部プロセスモデルは、純粋な遅延に関連付けられる第２次の濾過器である。
【００２６】
好ましくは、第２次の濾過器は、
【００２７】
【数７】
2010043617.tif 000009
であり、ここで、Ｔ１およびＴ２は、酸化触媒熱慣性に関連する濾過器時定数であり、Ｔｄは、酸化触媒の物理特徴に対応する遅延である。
【００２８】
好ましくは、閉ループ制御は、内部プロセスモデルと酸化触媒の測定された出口温度との間の差異を受け、かつ所定の所望の出口温度Ｔ０を生成するために設定された出口温度から減算される第１の制御器値を出力する第１の制御器を備える。
【００２９】
好ましくは、第１の制御器は、第１次のラグ濾過器である。
【００３０】
好ましくは、閉ループ制御は、それが、内部プロセスモデルおよび安定状態モデルに与えられる前に、所定の所望の出口温度Ｔ０を制御する第２の制御器を備える。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、排気手段を有する機関のための酸化触媒の出口温度を制御する方法が提供され、方法は、
（ｉ）酸化触媒の入口で温度を検知するステップと、
（ｉｉ）排気手段における排気質量流量を測定するステップと、
（ｉｉｉ）酸化触媒の所定の所望の出口温度に基づいて、酸化触媒における発熱反応を生成するために機関に導入されるべき燃料のポスト量を表す値を計算するステップであって、酸化触媒を表す計算は、排気質量流量、酸化触媒の入口温度を利用し、酸化触媒に蓄積されたエネルギおよび排気質量流量に応じる補償関数を計算するステップを含む遷移に関する安定状態モデルを補償する安定状態モデルを使用することを特徴とする、計算するステップと
（ｉｖ）機関に導入されるべきポスト燃料値と同等である燃料の量を指示するステップとを含む。
【００３２】
好ましくは、ステップ（ｉｉｉ）は、さらに、燃料のポスト量の前に機関に導入される燃料に対応する初期燃料値と、車両機関と酸化触媒との間で燃焼される燃料に対応する第１の効率部分と、機関で燃焼される燃料に対応する第２の効率部分と、安定状態モデルにおける酸化触媒の所定の所望の出口温度を利用するステップを含む。
【００３３】
好ましくは、ステップ（ｉｉｉ）は、式
【００３４】
【数８】
2010043617.tif 000010
を計算することによって安定状態モデルを表し、ここで、
【００３５】
【数９】
2010043617.tif 000011
は、ポスト燃料値であり、Ｔ０は、所定の所望の出口温度であり、Ｔｉは、酸化触媒の入口温度であり、
【００３６】
【数１０】
2010043617.tif 000012
は、排気質量流量であり、
【００３７】
【数１１】
2010043617.tif 000013
は、初期燃料値であり、
【００３８】
【数１２】
2010043617.tif 000014
は、ポスト燃料値を除く機関を離れる未燃焼燃料の全量であり、（１−ηｅｘｈ＿ｍａｎ）は、第１の効率部分であり、（１−ｂｕｒｎ＿ｆｒａｃｉ）は、第２の効率部分であり、ｃｐは、排気ガスの比熱であり、Ｈは、燃料加熱値であり、ηＤＯＣは、酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率である。
【００３９】
好ましくは、方法は、適切なメモリ手段に較正された値を格納するステップをさらに含む。
【００４０】
好ましくは、ステップ（ｉｉｉ）は、第１の効率部分、第２の効率部分に関する値を得るステップをさらに含み、酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率は、メモリ手段内に格納され較正された値からである。
【００４１】
好ましくは、方法は、機関出口温度を測定し、かつ機関出口温度の関数として第１の効率部分を規定する所定の格納され較正された値の組から機関出口温度に基づき第１の効率部分を選択するステップをさらに含む。
【００４２】
好ましくは、方法は、酸化触媒の入口温度の関数として酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率の値を規定する所定の格納され較正された値の組から、酸化触媒の入口温度に基づき酸化触媒の未燃焼燃料に関する発熱効率の値を選択するステップをさらに含む。
【００４３】
好ましくは、方法は、噴射クランク角度の関数として第２の効率部分を規定する所定の較正され格納された値の組から車両機関の噴射クランク角度に基づき関連する第２の効率部分を選択するステップをさらに含む。
【００４４】
好ましくは、補償関数を含むステップ（ｉｉｉ）の安定状態モデルは、式
【００４５】
【数１３】
2010043617.tif 000015
を計算するステップを含む。ここで、ｄＱｍ／ｄｔは、排気質量流量における変化に関連付けられる格納されたエネルギにおける変化を表す。
【００４６】
好ましくは、補償関数を計算するステップは、格納されたエネルギＱｍとＱｍのその対応する濾過された値との間の差異によって表されることができる微分ｄＱｍ／ｄｔを計算するステップを含む。代わりに、Ｑｍは、排気質量流量に基づき選択されることができる。
【００４７】
好ましくは、方法は、閉ループフィードバック制御を使用する所定の所望の出口温度を修正するステップをさらに含む。
【００４８】
好ましくは、方法は、酸化触媒の出口温度を測定するステップをさらに含む。
【００４９】
好ましくは、閉ループフィードバック制御は、内部プロセスモデルを計算するステップを含む。
【００５０】
好ましくは、内部プロセスモデルは、純粋な遅延に関連付けられる第２次の濾過器である。
【００５１】
好ましくは、第２次の濾過器は、
【００５２】
【数１４】
2010043617.tif 000016
であり、ここで、Ｔ１およびＴ２は、酸化触媒熱慣性に関連する濾過器時定数であり、Ｔｄは、酸化触媒の物理特徴に対応する遅延である。
【００５３】
好ましくは、閉ループフィードバック制御は、内部プロセスモデルと酸化触媒の測定された出口温度との間の差異に対する第１の制御器計算を実行するステップと、第１の制御器値を出力するステップと、所定の所望の出口温度Ｔ０を生成するために設定された出口温度から第１の制御器値を減算するステップとを含む。好ましくは、第１の制御器計算は、第１次のラグ濾過器である。
【００５４】
好ましくは、閉ループ制御は、内部プロセスモデルおよび安定状態モデルに与えられる前に、所定の所望の出口温度Ｔ０に対する第２の制御器計算を実行するステップを含む。
【００５５】
本発明の第３の態様によれば、粒子濾過器再生制御システムで使用するための本発明の第１の態様による酸化触媒出口温度制御システムを組み込むディーゼル機関が提供される。
【００５６】
本発明の実施形態は、図面を参照して例示だけとして以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
上述のように、車両機関のための粒子濾過器再生システムの温度制御に対する従来技術の解決方法は、酸化触媒の出口での温度の測定値を、機関速度および負荷に従って規定された「ポスト」燃料噴射を与えるルックアップ表と組み合わせる傾向がある。
【００５８】
本発明は、酸化触媒の開ループ発熱モデルに基づく。すなわち、安定状態モデルは、酸化触媒出口での温度における必要とされる変化を提供する酸化触媒における発熱反応を生成するために必要とされる「ポスト」燃料の量を計算するために使用される。
【００５９】
以下の記載は、典型的な往復車両機関を参照することができるが、本発明は、高められた温度により再生可能な粒子濾過器を必要とする任意の機関に適用されることができることは、理解されるべきである。例えば、往復機関によりむしろ、機関は、ロタリーＷａｎｋｅｌ機関であることができる。ディーゼル機関が、粒子濾過器を有する可能性が高く、そのように粒子濾過器再生システムが取り付けられることが、理解されるが、さらに燃料源は、また重要ではない。
【００６０】
図１を参照すると、酸化触媒１０の安定状態モデルは、入力での熱エネルギに発熱反応からの熱エネルギを加えたものに等しい、酸化触媒１０の出力での熱に関連付けられるエネルギによって表されることができる。この安定状態モデルは、式１によって表されることができる。
【００６１】
【数１５】
2010043617.tif 000017
ここで、
【００６２】
【数１６】
2010043617.tif 000018
は、酸化触媒１０の出力での熱流であり、
【００６３】
【数１７】
2010043617.tif 000019
は、酸化触媒１０の入力での熱流であり、
【００６４】
【数１８】
2010043617.tif 000020
は、酸化触媒１０における発熱反応に起因する熱流である。
【００６５】
【数１９】
2010043617.tif 000021
として、式１は、式２に示されるように分解されることができる。
【００６６】
【数２０】
2010043617.tif 000022
ここで、ｑｆＤＯＣは、酸化触媒入口での未燃焼燃料であり、Ｈは、燃料加熱値であり、ηＤＯＣは、未燃焼燃料に関する酸化触媒効率（発熱）であり、ｍは、排気質量流量であり、ｃｐは、排気ガスの比熱であり、Ｔ０は、酸化触媒出口温度であり、Ｔｉは、酸化触媒入口温度である。
【００６７】
排気質量流量ｍおよび酸化触媒入口温度Ｔｉは、それぞれガス流計および温度センサを用いて容易に測定されることができる。酸化触媒出口温度Ｔ０は、制御されるべきであり、したがって事前決定される変数である。排気ガスの比熱ｃｐおよび燃料加熱値Ｈは定数であるので、これは、未知の値として、酸化触媒入口での未燃焼燃料ｑｆＤＯＣおよび酸化触媒効率ηＤＯＣだけを残す。
【００６８】
酸化触媒入口での未燃焼燃料ｑｆＤＯＣは、機関シリンダ内に噴射される燃料量、シリンダ内で燃焼された噴射燃料の百分率、および酸化触媒に到達する前に燃焼した燃料の百分率（機関シリンダからの未燃焼燃料は、マニホールドが十分に高温であるなら、排気マニホールドで燃焼されることができる）に応じる。
【００６９】
したがって、シリンダから出る未燃焼燃料の量は、式３によって表されることができる。
【００７０】
【数２１】
2010043617.tif 000023
ここで、ｑｆＥＯは、「ポスト」燃料噴射パルスを含む、各噴射パルス「ｉ」の燃焼した部分を考慮する排気弁での未燃焼燃料である。
【００７１】
次に、シリンダを出る燃料の量を得て、式４は、酸化触媒入口での未燃焼燃料ｑｆＤＯＣを表す。
【００７２】
【数２２】
2010043617.tif 000024
ここで、ηｅｘｈ＿ｍａｎは、排気弁と酸化触媒１０との間で燃焼した燃料部分である排気マニホールドの「発熱効率」である。
【００７３】
式２は、次に、式５を与えるために、適切であれば式３および４を置換する酸化触媒１０の入口と出口との間の温度差を与えるように再構成されることができる。
【００７４】
【数２３】
2010043617.tif 000025
図２Ａに示されるように、各燃料噴射で燃焼した燃料の部分ｂｕｒｎ＿ｆｒａｃｉは、次に、機関サイクルにおける燃料噴射の位置に応じて特定の機関に関する較正から得られることができる。さらに、図２Ｂに示されるように、排気マニホールドの「発熱効率」ηｅｘｈ＿ｍａｎは、排気マニホールドでの温度に応じ、したがって較正が再び実行されることができる。排気マニホールドで温度を測定することは、このようにその「発熱効率」の計算を可能にする。同様に、図２Ｃに示されるように、酸化触媒効率ηＤＯＣは、酸化触媒１０の入口温度に応じる。この温度は、既に測定されまたは別個にモデル化されるので、入口温度は、酸化触媒効率を計算することにも使用されることができる。
【００７５】
式５を再構成して、式６に示されるように、酸化触媒の所望の出口温度を与えるために必要なポスト燃料パルスを得ることができる。
【００７６】
【数２４】
2010043617.tif 000026
必要なポスト燃料噴射の精度をさらに改善するために、遷移状況が考慮されることができる。所定量のエネルギは、酸化触媒１０の流れ状況および物理特徴に応じて酸化触媒１０に格納されることができる。より低い流量は、触媒内にエネルギを格納する傾向があり、より高い流量は、酸化触媒１０に熱慣性を与えるその格納されたエネルギを放出する傾向がある。格納されたエネルギの量は、流量とともに変化することができるので、より低い流量からより高い流量への遷移は、所望であるより高い出口温度を与える格納されたエネルギを放出することができる。酸化触媒の出口温度が高すぎるなら、触媒自体または下流側粒子濾過器が損傷されることがある。
【００７７】
図３を参照すると、約３３ｇ／ｓで静定する前に、約１０ｇ／ｓの安定状態値から約５０ｇ／ｓへ進む排気質量流量２０における遷移が示される。増大された流れの結果として、触媒出口温度２２は、ほぼ６００℃に戻って静定する前に、約６００℃から約６８０℃へ上昇する。触媒出口温度２２下の陰影領域２４は、より高い流量に起因する酸化触媒１０に格納されたエネルギの放出を表す。触媒の中間における温度である中間点温度２６は、触媒長さに沿う温度分布が流れとともに変化することを示す。これは、図３の右側で温度に対する触媒長さのグラフによって示される。
【００７８】
式５におけるこの遷移効果を導入して、
【００７９】
【数２５】
2010043617.tif 000027
を与え、ｄＱｍ／ｄｔは、（Ｑｍ−Ｑｆｉｌｔｅｒｅｄ）の計算を介して実施され、ここでＱｆｉｌｔｅｒｅｄは、排気流れに応じる時定数を有するＱｍの第１次の濾過器である。Ｑｍは、図４に示されるように、排気流れに応じる表を介して較正される。
【００８０】
再び、ポスト燃料量を与える式７の再構成は、式８を与える。
【００８１】
【数２６】
2010043617.tif 000028
制御に関して上述されたように開ループモデルの最大の利点の１つは、システムの線形性である。これは、入口と出口との間の温度差が選択され、かつ同一の温度差が、モデルが正確であるなら、酸化触媒の出力で測定されることを意味する。所望の温度差が増大されるなら、測定された温度が同一の値だけ増大することも意味する。
【００８２】
粒子濾過器再生システムの実際の寿命動作において、要因は、システムにおいて行われる仮定の任意の不正確性または時間にわたる酸化触媒に対する変化など、開ループモデルの較正を不正確にすることがある。そのように閉ループ制御部分が、システムに追加されることができる。
【００８３】
この例において、閉ループ制御器部分は、特定の酸化触媒に関連付けられる開ループモデルを制御する。これは、閉ループ制御器が、噴射された燃料量または機関動作状況ではなく、温度を使用して作用することを意味する。
【００８４】
遷移動作において、酸化触媒は、遅延に関連付けられる第２次の濾過器としてモデル化される。
【００８５】
【数２７】
2010043617.tif 000029
濾過器時定数（Ｔ１およびＴ２）は、酸化触媒の熱慣性に関連し、遅延（Ｔｄ）は、酸化触媒における温度分布プロファイルに関連し、ｓは、ラプラス変換関数の「ｓドメイン」を表す（すなわちＰｍは、ラプラス変換）。図３に関連して記載されるように、温度分布プロファイルは、主として排気流量に応じる。Ｔ１、Ｔ２、およびＴｄは、異なる動作状況の下で機関を動作しかつ酸化触媒を監視することによって、較正試験から導出されることができる。
【００８６】
図５を参照すると、酸化触媒出口の目標温度３０に対するステップ変化は、第１の安定状態レベル３４から第２の安定状態レベル３６へ、酸化触媒出口の実際の温度３２における変化を結果として生じる。図５から明らかに分かるように、目標温度３０に対するステップ変化から実際の温度３２の増大への遅延が存在する。さらに、実際の温度３２の変化は、瞬間的ではないが漸進的であり、第２の安定状態レベル３６への到達が、目標温度３０の元のステップ変化から有意な時間であることを意味する。図５は、安定状態状況の間に、目標温度３０と実際の温度３２との間の差異を示すが、これは、図５で使用されるグラフが、完全に較正された安定状態モデルを使用することなく実際のデータから生成されるので、簡単である。図５は、目標温度３０におけるステップ変化と、同様に変化する実際の温度３２との間の遅延を示し、実際の温度値は重要ではないことが理解されるべきである。
【００８７】
図５に示される遅延は、排気質量流量に応じ、特定の酸化触媒に関する排気質量流量に対する遅延の例が図６に示される。これは、異なる動作点を目標温度におけるステップ変化に単に与えることによって得られることができる。
【００８８】
遅延は、プロセスの時定数と比較して無視されることはできないので、ＰＩＤ（比例積分微分）制御器などの伝統的な制御アプローチは、適切ではない。したがって、閉ループ制御は、システムの内部モデルを使用して実行される。
【００８９】
以下に図７を参照して、上記開ループ制御に関して記載されたように、閉ループ制御システム４０および安定状態酸化触媒モデル４２を示す流れ図が示される。閉ループ制御システム４０は、上記式９によって示されるような閉ループ内部プロセスモデル４４、第１の摂動拒絶制御器４６、および第２の閉ループ動的制御器４８を備える。
【００９０】
伝統的な制御アプローチと比較して、典型的なＰＩＤ制御器で見出されるように、１つの代わりに２つの制御器４６、４８が存在する。
【００９１】
第１の制御器４６は、摂動拒絶動力学を制御するために使用される。プロセスモデル４４が完全であれば、それは、摂動拒絶の応答を与える。摂動は、開ループモデル４２で考慮されない誤差であることができる。すべてのモデル化誤差は、次に、第１の制御器４６を通して排除される。この例において、第１の制御器４６は、第１次のラグ濾過器である。第１次のラグ濾過器の関連する時定数は、最良の性能と特定のシステムに関するロバスト性との間の妥協について調整されることができる。
【００９２】
第２の制御器４８は、閉ループ動力学を制御するために使用される。ＤＰＦ再生システムの場合に、温度設定点は、一定でありまたは非常に低速に変化し、設定点における変化に対する応答の改善に利点は無い。そのように、第２の制御器４８は、単体乗算器であるように選択され、効果を有さない。設定点に対する応答時間を改善するために望ましいことがあり、そのように第２の制御器４８は、次にシステムに対して効果を有することができることが、想定されることができる。
【００９３】
使用において、目標温度５０は、システムに対する入力で設定され（設定点）、かつ第２の制御器４８を介して、内部プロセスモデル４４および開ループモデル４２に供給される。開ループモデル４２は、適切なポスト燃料噴射を計算し、したがってこれを送出する。出口温度は、システム内の酸化触媒への出口で測定され、これは、安定状態で、少なくともポスト燃料噴射の量に対応する。内部プロセスモデル４４は、次に推定誤差を生成するために、測定された出口温度から減算される推定値を生成する。推定誤差は、第１の制御器４６に供給され、第１の制御器４６の出力は、目標温度５０から減算される。
【００９４】
閉ループ制御システム４０を用いて、目標温度５０は、必要に応じて単純に調整されることができ、遅延および他の決定的な要因が明らかに較正されるので、出口温度は応じて応答する。そのように、出口温度は、コージエライトなどの感受性ＤＰＦに関する目標温度５０へ、発熱反応なしに穏やかに上昇されることができる。
【００９５】
上記で与えられた特定の例は、ディーゼル粒子濾過器に関連するが、本発明は、酸化触媒の出口温度制御に関する任意の応用に適用されることができることが理解される。例えば、酸化触媒の上昇された出口温度制御は、リーン亜酸化窒素（ＮＯｘ）トラップ（ＬＮＴ）脱硫システムを用いて、かつ高速排気加熱に関して有用であり得る。
【００９６】
さらなる修正および改善は、本発明の範囲から逸脱することなく行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】粒子濾過器再生システムにおける酸化触媒を表示する図である。
【図２】図２Ａは酸化触媒の安定状態モデルで使用する較正グラフである。
【００９８】
図２Ｂは酸化触媒の安定状態モデルで使用する較正グラフである。
【００９９】
図２Ｃは酸化触媒の安定状態モデルで使用する較正グラフである。
【図３】車両機関における遷移状況に従う温度における変化を示すグラフ、ならびにその中に格納されたエネルギに対する温度および酸化触媒長さのグラフである。
【図４】特定の酸化触媒のためのかつ酸化触媒のモデルで使用するための排気質量流量に対する触媒における格納されたエネルギのグラフである。
【図５】所望の出力温度および実際の出力温度におけるステップ変化を示すグラフである。
【図６】排気質量流量に対する出力温度における変化の遅延のグラフである。
【図７】閉ループ制御システムおよび酸化触媒のモデルの流れ図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０  酸化触媒
２０  排気質量流量
２２  触媒出口温度
２４  陰影領域
２６  中間点温度
３０  目標温度
３２  実際の温度
３４  第１の安定状態レベル
３６  第２の安定状態レベル
４０  閉ループ制御システム
４２  安定状態酸化触媒モデル
４４  閉ループ内部プロセスモデル
４６  第１の制御器
４８  第２の制御器
５０  目標温度
【図１】
2010043617.tif 000044
【図２】
2010043617.tif 000045
【図３】
2010043617.tif 000046
【図４】
2010043617.tif 000047
【図５】
2010043617.tif 000048
【図６】
2010043617.tif 000049
【図７】
2010043617.tif 000050
【外国語明細書】
2010043617000001.pdf