(57)【要約】内燃機関（１２）と共に使用するための排気システム（１８）を開示する。本排気システムは、排出路（２６）と、排出路内に配置された還元触媒（３２）と、排出路へ還元剤を噴射するように構成された噴射装置（３４）とを有してもよい。排気システムはまた、排気構成物質および還元剤の濃度を示す信号を生成するように構成されたセンサ（４６）と、センサおよび噴射装置と通信している制御部（４４）とを有してもよい。制御部は、一定期間における信号の変化率を示す値と閾値量とを比較し、比較に基づいて、センサが排気構成物質の濃度を感知しているのか、または還元剤の濃度を感知しているのかを決定するように構成されてもよい。制御部はまた、決定に基づいて噴射装置の動作を調整するように構成されてもよい。
2013538972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出路（２６）と、
排出路内に配置された還元触媒（３２）と、
還元触媒の排出路上流に還元剤を噴射するように構成された噴射装置（３４）であって、還元剤が、還元触媒内で排気構成物質の還元を促進するように選択される噴射装置（３４）と、
排出路内の排気構成物質および還元剤の濃度を示す信号を生成するように構成されたセンサ（４６）と、
センサおよび噴射装置と通信する制御部（４４）であって、
一定期間における信号の変化率を示す値を閾値量と比較し、
比較に基づいて、センサが排気構成物質の濃度を感知しているのか、または還元剤の濃度を感知しているのかを決定し、
決定に基づいて、噴射装置の動作を調整する
ように構成された制御部（４４）と
を含む内燃機関（１２）用排気システム（１８）。
【請求項２】
一定期間にわたる信号の変化率を示す値が、信号の変化率の絶対値および還元触媒を通る排気の流速に基づいて加重される時間の累積和として計算される、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
閾値量が固定で、還元触媒の下流で感知される求められる還元剤濃度に基づく、請求項１に記載の排気システム。
【請求項４】
制御部がさらに、内燃機関の速さおよび負荷を監視し、速さおよび負荷に基づいて噴射装置のためのフィードフォワード制御パラメータを決定するように構成されている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項５】
センサが排気構成物質の濃度を感知していると決定される場合、制御部がさらに、信号に基づいて噴射装置のためのフィードバック制御パラメータを決定するように構成されている、請求項４に記載の排気システム。
【請求項６】
センサが還元剤の濃度を感知していると決定される場合、制御部がさらに、フィードバック制御パラメータの使用を抑制し、かつフィードフォワード制御パラメータを低減するように構成されている、請求項５に記載の排気システム。
【請求項７】
制御部のメモリに記憶された制御マップに基づいて、制御部がフィードフォワード制御パラメータを低減するように構成されている、請求項６に記載の排気システム。
【請求項８】
センサが再び排気構成物質の濃度を感知していると決定される場合、制御部がさらに、低減されたフィードフォワード制御パラメータからのフィードフォワード制御パラメータをリセットするように構成されている、請求項７に記載の排気システム。
【請求項９】
内燃機関からの排気の流れを還元触媒（３２）に通過させるステップと、
排気の流れに還元剤を噴射して、排気の構成物質を還元するステップと、
構成物質および還元剤の濃度を感知し、対応する信号を生成するステップと、
一定期間における信号の変化率を示す値を閾値量と比較するステップと、
比較に基づいて、構成物質の濃度が現在感知されているのか、または還元剤の濃度が現在感知されているのかを決定するステップと、
決定に基づいて噴射を調整するステップと
を含む、排気システム（１８）を操作する方法。
【請求項１０】
燃料を燃焼し、排気の流れを生成するように構成された内燃機関（１２）と、
排気の流れを調整するように構成された請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気システム（１８）と
を含むパワーシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気システム、より具体的にはＮＯＸおよびＮＨ３に対して交差感受性があるセンサを有する排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料エンジン、および当技術分野で既知の他のエンジンを含む内燃機関は、大気汚染物質の複合混合物を排出する。これらの大気汚染物質は、例えば窒素酸化物（ＮＯＸ）などの気体化合物からなる。環境に対する意識が高まっているため、排気ガス基準はより厳しくなっており、エンジンの形式、エンジンの寸法、および／またはエンジンのクラスに応じて、エンジンから排出されるＮＯＸ量が規制される場合がある。これらの化合物の規制を確実に遵守するために、エンジン製造業者によっては、選択接触還元（ＳＣＲ）と呼ばれる戦略を実行している。
【０００３】
ＳＣＲは、気体または液体の還元剤（最も一般には、尿素固体と水の溶液）をエンジンの排気ガス流に加え、触媒に吸着させる工程である。還元剤は排気ガス中のＮＯＸと反応し、大気に安全に放出することができるＨ２ＯおよびＮ２を形成する。ＳＣＲはＮＯＸを還元するための効果的な方法になり得るが、不必要に還元剤を浪費したり、また未使用の還元剤またはその副生物を大気に放出したりせずに、排気ガス流内に存在するＮＯＸ量を十分還元するのに十分な還元剤を噴射したことを保証するのは難しい場合がある。
【０００４】
大気に排出されるＮＯＸ量の制御をし易くするために、ほとんどの排気システムは、エンジンの排気管中のＮＯＸレベルを検出し、対応する信号を生成するセンサを備えている。次いで、この信号に基づいて、排出流に噴射される還元剤量を削減し、求められるＮＯＸ量を正確に還元することができる。
【０００５】
現在入手可能なほとんどのＮＯＸセンサは、大気に排出されるＮＯＸ量を制御し易くすることに比較的成功しているが、ＮＯＸを還元するために使用される還元剤に対して交差感受性がある。すなわち、今日市販されているＮＯＸセンサは、ＮＯＸおよび還元剤の両方の存在を示す信号を生成する。そのため、排出流中のＮＯＸまたは還元剤のレベルのいずれかが上昇すると、対応するＮＯＸセンサからの信号値も上がり、その逆も同様である。したがって、どちらの構成物質がセンサによって現在検出されているのかを決定するのは難しくなり得、噴射が、意図せずに、ＮＯＸではなく還元剤の、検出された高いレベルに基づいて行われると、状況によっては還元剤の過剰噴射が起こり得る。
【０００６】
還元剤の噴射が検出されたＮＯＸレベルに正しく基づくことを確実にするための１つの試みが、２００６年１月５日に公開されたＣｒａｎｅ  ｅｔ  ａｌ．の（特許文献１）に述べられている。（特許文献１）は、フィードフォワードおよびフィードバック制御と併せて非選択ＮＯＸ／ＮＨ３センサを使用する排気システムを開示している。このセンサは、アンモニア供給速度で正パルスを導入することにより、周期的に信号を送られる。センサから正パルスへの肯定応答は、アンモニアスリップが起こっている（すなわち、センサは現在ＮＨ３を検出している）ことを示す。センサからの否定応答は、ＮＯＸが貫流している（すなわち、センサは現在ＮＯＸを検出している）ことを示す。肯定応答に基づいて、制御部はしばらくの間、フィードフォワード制御を抑制し、還元剤噴射を低減する。否定応答に基づいて、制御部はフィードフォワード制御を調整し、還元剤噴射を増加させる。フィードバック制御はセンサへの信号送信間で使用され、通常の条件下では、センサ出力に基づいて噴射のためのフィードフォワード指令を削減する。
【０００７】
（特許文献１）の排気システムは、センサがＮＯＸを検出しているのか、またはＮＨ３を検出しているのかを決定するのにおそらく多少効果的であるが、非応答性で無駄が多いこともある。すなわち、（特許文献１）の排気システムは、センサが信号を送信されるための専用の時間を必要とし、この時間はシステムの通常動作の遅れを引き起こす。さらに、（特許文献１）の排気システムは、センサへの信号送信のみ使用されている還元剤の余剰パルスを必要とし（すなわち、パルスはＮＯＸを還元するのに役立たない）、この排気システムは高価かつ、追加的に還元剤に暴露するために、サービス間の時間が減少し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００６／０００８７７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本開示の排気システムは、上記の１つまたは複数の課題、および／または従来技術の他の課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様は、内燃機関と共に使用するための排気システムに関する。排気システムは、排出路と、排出路内に配置された還元触媒と、還元触媒の排出路上流に還元剤を噴射するように構成された噴射装置とを含んでもよい。還元剤は、還元触媒内で排気構成物質の還元を促進するように選択してもよい。排気システムはまた、排出路内の排気構成物質および還元剤の濃度を示す信号を生成するように構成されたセンサと、センサおよび噴射装置と通信する制御部とを含んでもよい。制御部は、一定期間における信号の変化率を示す値を閾値量と比較し、またその比較に基づいて、センサが排気構成物質の濃度を感知しているのか、または還元剤の濃度を感知しているのかを決定するように構成されてもよい。制御部はさらに、その決定に基づいて噴射装置の動作を調整するように構成されている。
【００１１】
本開示の別の態様は、排気システムを操作する方法に関する。本方法は、内燃機関からの排気の流れを還元触媒に通過させるステップと、排気の流れに還元剤を噴射して排気の構成物質を還元するステップと、構成物質および還元剤の濃度を感知するステップと、対応する信号を生成するステップとを含んでもよい。本方法はさらに、一定期間における信号の変化率を示す値を閾値量と比較するステップと、その比較に基づいて、構成物質の濃度が現在感知されているのか、または還元剤の濃度が現在感知されているのかを決定するステップとを含んでもよい。加えて、本方法はその決定に基づいて噴射を調整するステップを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的な開示したパワーシステムの概略図である。
【図２】図１のパワーシステムの例示的動作を描いたグラフである。
【図３】図１のパワーシステムで行ってもよい例示的方法を描いたフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は例示的なパワーシステム１０を示す。本開示の目的のために、パワーシステム１０は、ディーゼル燃料の内燃機関として描き、記述する。しかしながら、パワーシステム１０は、例えば、ガソリンエンジンまたは、圧縮もしくは液化天然ガス、プロパンもしくはメタンを燃焼する気体燃料エンジンなどの任意の他の種類の燃焼機関を具体化してもよいと考えられる。パワーシステム１０は、少なくとも部分的に複数の燃焼室１４を画定するエンジンブロック１２を含んでもよい。パワーシステム１０は、任意の数の燃焼室１４を含んでもよく、燃焼室１４は、「インライン」構造、「Ｖ」構造または任意の他の従来構造に配置してもよいと考えられる。
【００１４】
複数の個別のサブシステムは、パワーシステム１０内に含まれてもよい。例えば、パワーシステム１０は、空気導入システム１６、排気システム１８および制御システム２０を含んでもよい。空気導入システム１６は、次の燃焼のために、空気または空気と燃料との混合物をパワーシステム１０の燃焼室１４へ送るように構成されてもよい。排気システム１８は、燃焼の副生物を大気へ排出してもよい。制御システム２０は、空気導入システムおよび排気システム１６、１８の動作を調整して、調整された構成物質の生成およびそれらの大気への放出を低減してもよい。
【００１５】
空気導入システム１６は、協働して圧縮空気を調整し、燃焼室１４へ導入する複数の構成要素を含んでもよい。例えば、空気導入システム１６は、１つまたは複数のコンプレッサ２４の下流に位置した空気冷却器２２を含んでもよい。コンプレッサ２４は、冷却器２２を通過する入口空気を加圧するために連結してもよい。パワーシステム１０への入口空気の流れを選択的に調整する（すなわち、制限する）ために、絞り弁（図示せず）をコンプレッサ２４の上流および／または下流に配置してもよい。制限することにより、結果的にパワーシステム１０に入る空気が少なくなり得るため、パワーシステム１０の空燃比に影響を与え得る。空気導入システム１６は、必要に応じ、例えば、各燃焼室１４に関連する可変バルブアクチュエータ、フィルタ部品、コンプレッサバイパス部品、および、パワーシステム１０の空燃比に影響を与えるために制御してもよい他の既知の構成要素などの、上記と異なるまたは追加的な構成要素を含んでもよいと考えられる。さらに、無過給パワーシステム１０が求められる場合、コンプレッサ２４および／または冷却器２２は省略してもよいと考えられる。
【００１６】
排気システム１８は、燃焼室１４からの排気を調整し、大気へ送る複数の構成要素を含んでもよい。例えば、排気システム１８は、排出路２６と、排出路２６を通って流れる排気によって駆動される１つまたは複数のタービン２８と、排出路２６内のタービン２８の下流の位置に流動的に連結された還元触媒３０とを含んでもよい。排気システム１８は、必要に応じ、例えばバイパス部品、排気圧縮もしくは制限ブレーキ、減衰装置、追加的な排気処理装置、および、他の既知の構成要素などの、上記と異なるまたは追加的な構成要素を含んでもよいと考えられる。
【００１７】
各タービン２８は、燃焼室１４から放出された排気を受け取るように配置してもよく、共通シャフト３１によって空気導入システム１６の１つまたは複数のコンプレッサ２４に連結して、ターボ過給機を形成してもよい。パワーシステム１０を出る熱い排気ガスは、タービン２８を通って移動し、タービン２８の羽根（図示せず）に対して膨張するため、タービン２８は連結されたコンプレッサ２４を回転かつ駆動させ、入口空気を加圧してもよい。一実施形態では、タービン２８は、可変形状タービン（ＶＧＴ）であってもよく、または可変形状タービンと固定形状タービンとの組合せを含んでもよい。ＶＧＴは、異なる縦横比を達成するように調整可能な形状を有するターボ過給機の種類であるため、それは、十分な給気圧が、一連の動作条件下で燃焼室１４に供給されてもよいものである。タービン２８の流れ領域が変化するにつれ、空燃比ひいてはパワーシステム１０の性能もまた変化してもよい。あるいは、必要に応じ、電子制御ウェストゲートを有する固定形状ターボ過給機を含んでもよい。
【００１８】
還元触媒３０はタービン２８から排気を受け取り、排気の構成物質を無害の気体に還元してもよい。一実施例では、還元触媒３０は、噴射装置３４から下流に位置した触媒基板３２を有する選択接触還元（ＳＣＲ）装置を具体化してもよい。加圧された気体または液体の還元剤、最も一般に尿素（ＮＨ２）２ＣＯ、水／尿素混合物、炭化水素（例えばディーゼル燃料）もしくはアンモニアガス（ＮＨ３）を、噴射装置３４によって基板３２の排気上流へ前進させてもよい。この目的のために、車載還元剤供給部３６および加圧装置３８を噴射装置３４に関連付けて、加圧した還元剤を提供してもよい。噴射された還元剤が、触媒基板３２の表面上に吸着すると、還元剤は排気ガス中のＮＯｘ（ＮＯおよびＮＯ２）と反応し、水（Ｈ２Ｏ）および二原子窒素（Ｎ２）を形成してもよい。還元触媒３０に供給されるＮＯとＮＯ２との濃度比が約１：１である場合、触媒３０によって行われる還元ステップが最も効果的であってもよい。
【００１９】
ＮＯ２に対するＮＯの正確な濃度を供給し易くするために、実施形態によっては、酸化触媒４０を還元触媒３０の上流に配置してもよい。酸化触媒４０は、例えばディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であってもよい。ＤＯＣとして、酸化触媒４０は多孔性セラミックハニカム構造または、排気の組成を変えるために化学反応を触媒する材料、例えば貴金属で被覆された金属メッシュ基板を含んでもよい。例えば酸化触媒４０は、ＮＯからＮＯ２への変換を促進する、パラジウム、白金、バナジウムまたはそれらの混合物を含んでもよい。代替の実施形態では、酸化触媒４０はまた、微粒子捕捉機能（すなわち、酸化触媒４０は、連続再生式フィルタ（ＣＲＴ）または触媒連続再生式フィルタ（ＣＣＲＴ）などの触媒微粒子フィルタであってもよい）を行ってもよい。
【００２０】
パワーシステム１０の動作中、過剰の尿素（すなわち、適切なＮＯＸ還元に必要な尿素を超える尿素）を排気に噴射可能であってもよい。別であると考えられない限り、「アンモニアスリップ」として知られているこの状況で、ある量のアンモニアが触媒基板３２を通過して大気に出る場合がある。アンモニアスリップの量を最小化するために、別の酸化触媒４２を還元触媒３０の下流に配置してもよい。酸化触媒４２は、排気中の残留ＮＨ３を酸化させて水および二原子窒素を形成する触媒で被覆された基板を含んでもよい。必要に応じ、酸化触媒４２を省略してもよいことが考えられる。
【００２１】
制御システム２０は、パワーシステム１０からの排気を大気へ放出する前に、その排気の処理を調整するように構成された構成要素を含んでもよい。具体的には、制御システム２０は、１つまたは複数の構成センサ４６と、１つまたは複数の温度センサ４８と、流量計５０と、噴射装置３４とに通信する制御部４４を含んでもよい。構成センサ４６、温度センサ４８および流量計５０からの入力に基づいて、制御部４４は、パワーシステム１０よって生成されているＮＯＸ量、還元触媒３０の性能、噴射装置３４によって排出流へ噴霧すべき求められる尿素量、および／または他の同様の制御パラメータを決定してもよい。次いで、制御部４４は、求められる尿素量を触媒基板３２の排出流上流へ噴霧するような噴射装置３４の動作を調整してもよい。
【００２２】
制御部４４は、様々なセンサから受け取る信号に応答して、パワーシステム１０の動作を制御するための手段を含む、単一のまたは複数のマイクロプロセッサ、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などを具体化してもよい。多数の市販のマイクロプロセッサは、制御部４４の機能を行うように構成することができる。制御部４４は、他の非排気関連パワーシステム機能を制御するマイクロプロセッサと分離したマイクロプロセッサを容易に具体化することができだろうこと、または、制御部４４は、パワーシステム全体のマイクロプロセッサと一体化でき、多数のパワーシステム機能および動作モードを制御することができるだろうことを理解されるべきである。制御部４４は、パワーシステム全体のマイクロプロセッサから分離されている場合、データリンクまたは他の方法によってパワーシステム全体のマイクロプロセッサと通信してもよい。電源回路類、信号調整回路類、アクチュエータドライバ回路類（すなわちソレノイド、モータまたはピエゾアクチュエータに電力を供給する回路類）、通信回路類および他の適切な回路類を含む様々な他の既知の回路を制御部４４に関連付けてもよい。
【００２３】
制御システム２０の構成センサ４６は、排出流内の特定の構成物質および還元剤の存在を示す信号を生成するように構成された交差感受性構成センサを具体化してもよい。例えば、構成センサ４６は、パワーシステム１０の排気内に存在するＮＯおよび／またはＮＯ２の量（すなわち量、相対パーセント、比率など）を決定し、また排気内に存在するＮＨ３量を決定するように構成されたＮＯＸセンサであってもよい。構成センサ４６は、これらの量を示す信号を生成し、その信号を制御部４４に送るように構成されてもよい。図示した実施形態では、構成センサ４６は、触媒基板３２の下流かつ酸化触媒４２の上流に配置されている。しかしながら必要に応じ、構成センサ４６は、代替的にまたは追加的に酸化触媒４２の下流に配置してもよいと考えられる。
【００２４】
還元触媒３０の性能は、温度センサ４８および流量計５０によって監視してもよい。温度センサ４８は、還元触媒３０の（より具体的には触媒基板３２の）動作温度を示す１つまたは複数の信号を生成するために排気システム１８内のいかなる場所に配置してもよい。一実施例では、温度センサ４８は触媒基板３２の上流に配置してもよい。別の実施例では、温度センサ４８を触媒基板３２に接触して配置しても、その下流に配置してもよい。流量計５０は、還元触媒３０を通る排気流速を示す信号を生成するために使用される任意の種類の物理的または仮想的センサを具体化してもよい。還元触媒３０の還元能を決定するために、温度および／または流速信号が制御部４４によって使用されてもよい。すなわち、還元触媒３０の既知の寸法および使用時間に基づいて、測定された温度および還元触媒３０を通過する排気の流速に基づいて、ならびに、既知の還元噴射速度に基づいて、還元触媒３０の性能を予測してもよい。
【００２５】
図２のグラフに示すように、曲線２００で表すような構成センサ４６からの信号は、パワーシステム１０の排出流中に感知されるＮＯＸおよびＮＨ３の変動するレベルを反映するために時間の経過とともに変化してもよい。曲線２００は、時間Ｔ１およびＴ２で境界を付けた第１の期間と、時間Ｔ２およびＴ３で境界を付けた第２の期間と、時間Ｔ３およびＴ４で境界を付けた第３の期間とを含む３つの別個の期間に分割してもよい。図２から見てわかるように、構成センサ４６からの信号の値は、第１および第３の期間中に急速に、しかし第２の期間中にはるかにより遅く、かつより円滑に変化する。構成センサ４６からの信号のこれらの異なる変化率は、構成センサ４６が感知している特定の物質に対応することが分かっている。具体的には、構成センサ４６からの信号の変化率が速く不安定である第１および第３の期間は、パワーシステム１０の排気ガス中のＮＯＸを感知する構成センサ４６に対応する。対照的に、構成センサ４６からの信号の変化率がより遅くより円滑に変化する第２の期間は、パワーシステム１０の排気ガス中のＮＨ３を感知する構成センサ４６に対応する。
【００２６】
図２に示す第２の曲線２１０は、噴射装置３４の動作を調整するために制御部４４によって使用してもよいフィードフォワード制御パラメータに対応する。制御部４４は、パワーシステム１０によって生成されるＮＯＸを許容可能なレベルまで還元するために噴射すべき理論還元剤量を決定してもよい。この理論還元剤量は、パワーシステム１０の現在の動作（例えば、現在のエンジンの速さおよび／もしくは負荷に基づいて）ならびに、還元触媒３０の予測性能に基づいて、触媒３０の測定もしくは計算された条件に基づいて、または当技術分野で既知の他のパラメータに基づいて決定してもよい。一実施例では、制御部４４は、パワーシステム１０のメモリに記憶された関係マップを用いて、パワーシステム１０の現在の動作および還元触媒３０の予測性能を参照し、求められる噴射すべき還元剤量を決定してもよい。別の実施例では、制御部４４は、関係マップを用いて触媒温度および排気流速またはエンジン燃料供給および測定されたＮＯＸレベルを参照して、求められる還元剤量を決定してもよい。これらのマップは、表、グラフ、および／または方程式（例えば回帰方程式、ニューラルネットワークモデル、決定または２分木モデル、システムについて記述する物理学方程式など）の形の、求められる関係を示す任意のデータ収集を含んでもよい。
【００２７】
図２に示す第３の曲線２２０は、構成センサ４６によって還元触媒３０の下流に感知した実際の性能パラメータに基づいて、上記の理論噴射量を調整するために制御部４４によって使用してもよいフィードバック制御パラメータに対応する。すなわち、上記で決定した理論量の還元剤を最初に噴射した後、制御部４４は、構成センサ４６によって実際のＮＯＸ生成および／または還元触媒３０の実際の性能を決定し、またそれに応じてＮＯＸの求められる還元を正確に達成し得る今後の還元剤噴射を調整してもよい。例えば、構成センサ４６によって監視されたＮＯＸ量が、フィードフォワード制御パラメータで規定された理論還元剤量を噴射した後に閾値レベルを超える場合、制御部４４は、噴射装置３４にフィードバックをして排出路２６に噴射する尿素量を増加させ、さらに還元触媒３０内のＮＯＸを還元してもよい。対照的に、構成センサ４６によって監視されたＮＯＸ量が閾値レベル未満である場合、または排出路２６中に監視されたＮＨ３量が過剰である場合、尿素を保存、および／または酸化触媒４２の有効寿命を延長しようとして、より少ない尿素を要求してもよい。
【００２８】
図２に示す第４の曲線２３０は、第１の曲線２１０の一次導関数に対応する。すなわち、第４の曲線２３０は、任意の時間での第１の曲線２１０の傾斜を示す。第４の曲線２３０の斜線部２３５は、時間Ｔ２で始まる特定の範囲内で第１の曲線２１０の傾斜が変わらない時間の加重和を示す。時間のこの加重和は、構成センサ４６からの信号の傾斜の絶対値および、還元触媒３０を通過する排気の流速の関数として計算してもよい。加重和が閾値量より大きくなる場合（すなわち、長時間、構成センサ４６からの信号の傾斜がほとんど同じ値で変わらない、または、ほとんど変化しない場合）、制御部４４は、構成センサ４６がＮＨ３を感知していると決定し、これに応答して緩和手順を引き起こしてもよい。
【００２９】
図３は、パワーシステム１０を制御する例示的方法を示す。図３については、開示した概念をさらに説明するために、以下のセクションでより詳細に記述する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本開示の排気システムは、還元剤噴射の正確な制御が重要である、還元触媒を有する任意のパワーシステムに適用可能であってもよい。噴射制御は、交差感受性センサによって検出されるＮＯＸおよびＮＨ３のレベルに基づいて、フィードフォワードおよびフィードバック制御パラメータの両方を選択的に使用することによって改善してもよい。パワーシステム１０の動作について以下に記述する。
【００３１】
図１を参照すると、空気導入システム１６は、後の燃焼のために、空気または空気と燃料との混合物を加圧し、パワーシステム１０の燃焼室１４へ押し込んでもよい。燃料と空気との混合物はパワーシステム１０で燃焼させ、機械的仕事出力および高温ガスの排出流を生成してもよい。排出流は、気体物質からなる大気汚染物質の複合混合物を含んでもよく、窒素酸化物（ＮＯＸ）を含み得る。このＮＯＸ含有排出流は、燃焼室１４から酸化触媒４０を通過し、排出流中のある量のＮＯがＮＯ２に変換されてもよい。
【００３２】
酸化触媒４０を通過した後、排出流は還元触媒３０の方向に送られてもよく、そこでＮＯＸは水および二原子窒素に還元されてもよい。還元触媒３０に達する前に、制御部４４は、パワーシステム１０によって生成されるＮＯＸを還元触媒３０が十分に還元するのに必要な理論還元剤量を決定してもよい（フィードフォワード制御）。次いで、構成センサ４６からの以前に測定した性能パラメータに基づいて、理論還元剤量を今回の噴射事象のために調整してもよい（フィードバック制御）。
【００３３】
触媒３０内での還元の後、排気は酸化触媒４２を通って大気に出てもよい。酸化触媒４２内では、任意の追加のアンモニアを無害の物質に変えてもよい。
【００３４】
パワーシステム１０の動作中に、構成センサ４６はＮＯＸおよびＮＨ３の両方を感知してもよい。噴射装置３４を適切に制御し、かつ正確な還元剤量を排出路２６に噴射させるために、制御部４４は、構成センサ４６が現在どちらの物質（ＮＯＸまたはＮＨ３）を感知しているのかを知らなくてはならない。制御部４４は、図２の第４の曲線を分析することにより、この情報を決定してもよい。特に、構成センサ４６からの信号の変化率（すなわち傾斜）を監視することにより、制御部４４は、構成センサ４６がＮＯＸを感知しているのか、またはＮＨ３を感知しているのかを決定することが可能であってもよい。センサ４６がＮＯＸを感知している場合、適切なフィードバック制御を行い、ＮＯＸを求められるレベルまで十分還元することができる。構成センサ４６がＮＨ３を感知している場合、過剰の還元剤が噴射されており、適切な緩和手順を実行しなくてはならない。
【００３５】
図３のフローチャートに示すように、上記フィードフォワード制御パラメータに基づく還元剤の最初の噴射（ステップ３００）後、制御部４４は構成センサ４６からの信号を監視してもよい（ステップ３１０）。制御部４４は、構成センサ４６からの信号の傾斜が特定の範囲内で変わらない時間の加重和を計算してもよい（ステップ３２０）。上記のように、時間の加重和は、信号の傾斜の絶対値および還元触媒３０を通過する排気の流速に基づいて加重される時間の総和であってもよい。加重和は、図２の時間Ｔ２とＴ３との間に示した斜線領域２３５によって示してもよい。時間の加重和を計算するために使用する加重は、各特定のパワーシステム１０ごとに異なっていてもよく、較正してもよい。
【００３６】
制御部４４は、加重和を閾値量と比較して、構成センサ４６が何の物質を感知しているかを決定してもよい（ステップ３３０）。閾値量は固定し、還元触媒３０の下流に感知される求められるＮＨ３濃度に基づいてもよい。加重和が閾値量未満である場合、制御部４４は、構成センサ４６がＮＯＸ（またはわずかなレベルのＮＨ３）を現在監視していると結論付け（ステップ３４０）、上記フィードバック制御パラメータにしたがって噴射装置３４を調整してもよい（ステップ３５０）。この状態は、図３に示す時間Ｔ１から時間Ｔ２までの期間に対応してもよい。しかしながらステップ３３０で、加重和が閾値量より大きい場合、制御部４４は、構成センサ４６が現在ＮＨ３を感知しており、過剰のＮＨ３が排出路２６に噴射されていて、無視できるＮＯＸ量だけ現在存在していると結論付けてもよい（ステップ３６０）。この状態は、斜線期間２３５を合計した後の時間Ｔ２とＴ３との間の期間に対応してもよい。この時点で、制御部４４は軽減策を実行し、排出路２６内のＮＨ３量を低減しようとしてもよい。
【００３７】
排出路２６内のＮＨ３量を低減するために、制御部４４はフィードバック制御パラメータの使用を抑制し、同時にフィードフォワード制御パラメータを低減してもよい（ステップ３７０）。フィードフォワード制御パラメータは、構成センサ４６からの信号の値に対応する量、加重和、閾値量および／または、パワーシステム１０の他の性能パラメータによって低減してもよい。必要に応じ、還元量は、制御部４４のメモリに記憶された関係マップを参照することによって見つけてもよいと考えられる。触媒基板３２がいかなる還元剤もない局所的な領域を作らないように、フィードフォワード制御パラメータの低減は単に部分的であるべき（すなわち、フィードフォワード制御パラメータを完全には抑制すべきではない）ことを留意すべきである。この時点で、フィードバック制御パラメータは軽減策の実行中に使用されなくてもよいが、より詳細に以下に説明するように、軽減策の開始時に決定されるフィードバック制御パラメータの値は、メモリに記憶し、軽減策の完了後に実行してもよい。必要に応じ、すべてのフィードバック制御を完全に止めるのではなく、代わりにフィードバック制御を低減してもよいことが考えられる。
【００３８】
制御部４４がフィードフォワード制御パラメータを低減する（そしてフィードバック制御パラメータを抑制する）際、構成センサ４６からの信号の値は徐々に減少し始めてもよい。この時間の間、残留ＮＨ３が、燃焼室１４から排出路２６へ放出されている全てのＮＯＸを完全に還元するには不十分になるまで、排出路２６中のＮＨ３の濃度は減少してもよい。この時点で、構成センサ４６は、ＮＨ３を感知することから、ＮＯＸを感知することに切り替わってもよく、構成センサ４６からの信号の値および傾斜は急に増加し、急速に変動し始めてもよい。この状態は図２の時間Ｔ３に対応してもよい。
【００３９】
一旦、構成センサ４６からの信号の値および傾斜が急速に変動し始めると、制御部４４によって計算された加重和は、閾値量よりも落ち始めてもよい。この時点で、制御部４４は加重和を閾値量と比較し（ステップ３８０）、加重和がまだ閾値量よりも大きければ、制御はステップ３６０に戻ってもよい。そうでなければ、制御部４４は、構成センサ４６がもう一度ＮＯＸを感知していると結論付け、軽減策を終了してもよい。代替的にまたは追加的に、必要に応じ、制御部４４はスリップ緩和の開始後の経過時間に基づいて、および／または排気温度もしくはセンサ４６からの信号値などの別のトリガ条件に基づいて、ＮＨ３スリップの終了を決定するように構成されてもよい。構成センサ４６がもう一度ＮＯＸを感知していると制御部４４が結論付ける場合、制御部４４は、フィードフォワード制御パラメータをリセットし（すなわち、フィードフォワード制御パラメータを理論値に上げ戻す）、以前に記憶されたフィードバック制御パラメータを実行してもよい（ステップ３９０）。次いで、制御はステップ３００に戻ってもよい。
【００４０】
制御部４４はまた、ＮＨ３を感知する構成センサ４６の周波数に基づいて診断手順を実行するように構成されてもよいと考えられる。例えば、制御部４４は、構成センサ４６が特定の期間内にＮＨ３を感知していると決定する回数を数えるように構成されてもよく、その回数が所定数を超える場合、制御部４４は診断手順を引き起こしてもよい。診断手順は、とりわけ、パワーシステム１０のオペレータに警告または勧告を与えるステップ、故障状態を記録するステップ、センサ、噴射装置および／もしくは触媒基板試験を実行するステップ、または別の同様の動作を含むことができるだろう。
【００４１】
いくつかの利点がパワーシステム１０に付随してもよい。例えば、排出路２６に追加的試験用量の還元剤を噴射する必要なく、構成センサ４６が何の物質を感知しているかを制御部４４が決定してもよいため、パワーシステム１０の反応性および効率が維持されてもよい。特に、構成センサ４６が既に生成した信号は、構成センサ４６の感度を決定するために使用してもよく、かつ、追加的で時間のかかるルーチンを必要としない。さらに、その決定において、還元剤はほとんどまたはまったく浪費しなくてもよいため、パワーシステム１０の効率を維持する。
【００４２】
本開示の範囲から逸脱することなく、本開示のシステムに様々な修正および変更を行うことができることは当業者にとって明白だろう。本明細書で開示したシステムの詳細および実施を考慮すると、他の実施形態は当業者に明白だろう。例えば、フィードバック制御に加えて、またはその代わりに、排気システムを選択的に調整して、ターボ過給機（すなわちＶＧＴ、ウェストゲート、バイパス、ＥＧＲなど）制御、エンジン燃料供給、絞りなどによってＮＯＸ生成を低減したり、または増加させたりしてもよい。さらに、本開示は交差感受性ＮＯＸセンサの動作について記述しているが、本明細書で開示した概念は、ＮＨ３または他の種類のセンサにも同様に適用可能であってもよい。その上、図３の方法が実行され得る前に、例えば、触媒３０の閾値温度は第一に達成されてもよく、最小ＮＯＸセンサ閾値は第一に達成されてもよい、および／または、閾値排出流値は第一に達成されてもよいなどの特定の許可条件を要求してもよいと考えられる。なぜならば、これらの要件は還元剤を全くまたはほとんど噴射していない条件下でアンモニアスリップの「偽陽性」の周波数を低減し易くし得るからである。詳細および実施例は単なる例としてみなされるものであり、本開示の真の範囲は以下の請求の範囲およびそれらの均等物によって示されていることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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