(57)【要約】  本発明は、尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する方法及び装置であって、排気システムは、ＵＷＳインジェクタ及び加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有する。方法は、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するステップと、排気システムの動作パラメータとミキサ電力計算マップとに基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するステップと、少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率を改善するため、少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて加熱ミキサへの電力を調整することによって加熱ミキサのミキサ温度を変更するステップと、を含む。代替的に、方法は、増加したアンモニア質量に基づいて、少なくとも１つのＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するステップをさらに含む。【選択図】図３
2021519888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する方法であって、前記排気システムは、前記ＵＷＳインジェクタ及び前記加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有し、前記方法は
ａ）前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するステップと、
ｂ）前記排気システムの動作パラメータとミキサ電力計算マップとに基づいて、少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率を改善するため、前記少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて前記加熱ミキサへの電力を調整することによって前記加熱ミキサのミキサ温度を変更するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、前記ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、前記ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の前記還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、前記少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの還元体ＵＩが、前記排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、前記少なくとも１つの特定の位置は、前記ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は前記加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ｄ）前記排気システムの前記動作パラメータに基づいて、前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ミキサ電力計算マップを検証するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ｄ）前記排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、前記少なくとも１つのＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ｄ）前記特定するステップより前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
（ｄ）前記特定するステップより前に、前記加熱ミキサにＵＷＳを噴射するように前記ＵＷＳインジェクタに指示することによって、前記加熱ミキサをプライミングするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ｄ）前記特定するステップより前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を増加させるステップと、
ｅ）前記特定するステップより前に、前記排気システム内の増加したアンモニア質量を測定するステップと、
ｆ）前記特定するステップより前に、
ｉ）前記排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、
ｉｉ）前記排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて、前記排気システムの尿素結晶閉塞を識別するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する装置であって、前記排気システムは、前記ＵＷＳインジェクタ及び前記加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有し、前記装置は、
ａ）計算動作を実行するためのＣＰＵと、
ｂ）データを保存するためのメモリモジュールと、
ｃ）ｉ）前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定することと、
ｉｉ）前記排気システムの動作パラメータ及びミキサ電力計算マップと、に基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価し、
ｉｉｉ）前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率を改善するため、前記少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて前記加熱ミキサへの電力を調整することによって前記加熱ミキサのミキサ温度を変更するように構成されたコントローラモジュールと、を備える、装置。
【請求項１２】
前記動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、前記ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、前記ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素の質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
複数の前記還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、前記少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの還元体ＵＩが、前記排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、前記少なくとも１つの特定の位置は、前記ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は前記加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記排気システムの動作パラメータに基づいて、前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ミキサ電力計算マップを検証するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、前記少なくとも１つのＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳの噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記特定する前に、前記ＵＷＳインジェクタにＵＷＳを噴射するように前記加熱ミキサに指示することによって、前記加熱ミキサをプライミングするようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記コントローラモジュールは、
ｉｖ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳの噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を増加させ、
ｖ）前記特定する前に、前記排気システム内の増加したアンモニア質量を測定し、
ｖｉ）前記特定する前に、（Ａ）前記排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、（Ｂ）前記排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて、前記排気システムの尿素結晶閉塞を識別するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減するための、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上に具体化されたコンピュータ可読コードを有する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記排気システムは、前記ＵＷＳインジェクタ及び前記加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有しており、前記コンピュータ可読コードは、
ａ）前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するためのプログラムコードと、
ｂ）前記排気システムの動作パラメータ及びミキサ電力計算マップに基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するためのプログラムコードと、
ｃ）前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率を改善するため、前記少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて前記加熱ミキサへの電力を調整することによって前記加熱ミキサのミキサ温度を変更するためのプログラムコードと、を含む、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２２】
前記動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、前記ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、前記ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２３】
複数の前記還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、前記少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの還元体ＵＩが、前記排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、前記少なくとも１つの特定の位置は、前記ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は前記加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２５】
前記変更することは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２６】
前記コンピュータ可読コードは、ｄ）前記排気システムの動作パラメータに基づいて前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ミキサ電力計算マップを検証するためのプログラムコードをさらに含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２７】
前記コンピュータ可読コードは、ｄ）前記排気システム内の増加したアンモニア量に基づいて前記少なくとも１つのＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するためのプログラムコードをさらに含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２８】
前記コンピュータ可読コードは、ｄ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するためのプログラムコードをさらに含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２９】
前記コンピュータ可読コードは、ｄ）前記特定する前に、前記加熱ミキサにＵＷＳを噴射するように前記ＵＷＳインジェクタに指示することによって前記加熱ミキサをプライミングするためのプログラムコードをさらに含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３０】
前記コンピュータ可読コードはさらに、
ｄ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を増加させるためのプログラムコードと、
ｅ）前記特定する前に、前記排気システム内の増加したアンモニア質量を測定するためのプログラムコードと、
ｆ）前記特定する前に、
ｉ）排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、
ｉｉ）排気システム内のアンモニア質量の増加と、に基づいて前記排気システムの尿素結晶閉塞を識別するためのプログラムコードをさらに含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素ミキサを制御して燃焼機関からのＮＯｘ排出を低減する方法及び装置に関する。特に、本発明は、内燃機関からの、特にディーゼルエンジン（例えば、車両、船舶、発電機セットなどの固定用途、又はＮＯｘ排出制御のための産業プラント）内の有害ガス、特に窒素酸化物（ＮＯｘ、一般にＮＯｘと表記される）の低減及び制御に関する。より一般的には、本発明は、他の種の制御に及び／又は他のタイプのエンジンにおいても同様に使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、窒素酸化物すなわちＮＯｘを生成し、人間の呼吸器系及び肺系に様々なリスクをもたらす。ＮＯｘは、他の様々な不利益に加えて、地表オゾン、光化学酸化剤、酸性雨及び微粒子の形成にも関連している（以下の文献引用「ＳＥＩ」を参照）。このような悪影響を考慮して、ＮＯｘ排出は、米国、欧州、日本、中国及び他の地域で様々なレベルで規制されている（以下の文献引用「ＩＣＣＴ−１」を参照）。
【０００３】
排ガス規制の対象となる地域の最新のディーゼル車には、一般にＳＣＲと呼ばれる（ＮＯｘの）選択的触媒還元として知られる触媒でアンモニアを介して有毒なＮＯｘを低減するように構成された排出制御システムが装備されている。ほとんどのディーゼル車は、そのような車の高温の排気管内に尿素水溶液（ＵＷＳ）を噴射することによってその場で形成されるアンモニアを形成するが、ディーゼル車によってはガス状アンモニアを噴射するものもある。図面を参照すると、図１は、先行技術による、尿素分解管を有する燃焼機関排気システムの一部における要素の断面図を示す簡略化された高レベルの概略図である。排気ガス４の長手方向の流れを有する排気管２は、ＵＷＳ液滴８を排気ガス４に噴射するために尿素水溶液（ＵＷＳ）を噴霧するための統合された尿素噴霧インジェクタ６を有するように示されている。ミキサ１０は、ＵＷＳ液滴８を排気ガス４と混合するためにインジェクタ６の下流に配置されている。ＵＷＳ（通常、約３０〜４０％の尿素の混合物、残りは水である）はＤＥＦ（ディーゼル排気流体）及び／又はＡｄＢｌｕｅとしても知られている。
【０００４】
混合の過程で、排気ガス４の熱エネルギーがＵＷＳ液滴８に伝達され、出現するＵＷＳ液滴８の温度を上昇させる。これにより、次に、水がＵＷＳ液滴８から蒸発し、尿素がガス状アンモニア１２（以下、イソシアン酸（アンモニア前駆体）も含むと理解される）に変換される。一部のＵＷＳ液滴、特に大きな液滴は、完全に蒸発せず、ＳＣＲ触媒に入る場合があり、そこで、触媒のいわゆる加水分解長さでアンモニアに変換される。一部のシステムでは、加水分解は、スタンドアロン触媒で又はＳＣＲ触媒の上流のユニットで発生する場合がある。下流のＳＣＲ触媒１４でのアンモニア１２と有害なＮＯｘ種との反応は、有害排出物を水と窒素（Ｎ２）との良性の廃棄物に変換する。
【０００５】
全体的な動作は、約２００℃以上の排気温度で十分に行われるが、触媒のタイプ及び／又はシステム構成並びにニーズによっては、２５０〜３００℃のより高い温度がより望ましい。よく知られている熱分解及び加水分解反応（以下の文献引用「Ｎｏｖａ」を参照）を通じた蒸発によって最終的にＵＷＳ液滴８をアンモニア１２に変換するために排気ガス４の適切な温度を維持することの複雑さ及び非効率性に加えて、ＵＷＳ液滴８は、排気管２の比較的に低温の内面上の液体プール１６として集まる可能性がある。その後、そのような液体プール１６は、尿素が結晶化して、典型的には約２００℃以下の低温動作で固体堆積物を形成する。同様に、尿素結晶は、ミキサ、インジェクタチップ、触媒、又は近くの他のコンポーネントやアタッチメントにも形成され得る。
【０００６】
尿素「分解管長さ」１８は、ＵＷＳ液滴８のアンモニア１２への変換が起きる必要がある排気管２のセクションを表している。多くのシステムでは、分解管長さ１８は、幾何学的な間隔の制約及び他の様々なシステムの制限に対応するために、様々な形状の湾曲セクションを含む。図１では、そのような湾曲セクションは、ＳＣＲ触媒１４につながるＳＣＲ入口円錐２０として示されている。他のいくつかの構成では、ミキサは、例えば、触媒自体とともに、又は他の可能なバリエーション（様々なバリエーションの例については、以下の文献引用「ＣＬＥＥＲＳ−２０１８−１」を参照）において、相対的に大きな空間（箱のような）内に異なって配置され得る。そのような湾曲セクション又は同様に狭い間隔は、ＵＷＳ液滴８の分布均一性及び／又は排気ガス４のガス流においてその後に形成されるアンモニア１２の分布均一性などの液滴特性に劇的な影響を及ぼし得る。
【０００７】
還元体（アンモニア及び／又は非蒸発液滴）がＮＯｘ還元反応のためにＳＣＲ触媒１４に入ろうとしているので、還元体の分布均一性は、分解管長さ１８又はＳＣＲ入口円錐２０の下流セクションにおいて重要である。還元体の均一な分布は、ＮＯｘの触媒効率を高め、不十分で不均一な（不規則な）分布は触媒効率を低下させる。
【０００８】
温度に強く依存するプロセスである十分なアンモニアの形成は、すべての動作条件下でＳＣＲ触媒のＮＯｘを適切に還元するために重要である。ＳＣＲは、リーンガソリンエンジンのＮＯｘ還元についても提案されている（以下の文献引用「ＣＬＥＥＲＳ−２０１８−２」を参照）。
【０００９】
好ましい動作排気温度は約２００℃を超えるが、排気温度が約２００℃を下回る可能性がある状況がある。このような動作条件の例には、低負荷状態で動作する車両、都市部での運転状態（すなわち、ストップアンドゴーの交通挙動）で動作する車両、ローカルデリバリー用に動作する車両、及び／又はアイドリング動作中の車両が含まれる。これらのほとんどの条件下では、エンジンは低温の排気ガスを生成するが、場合によっては最低約１００℃にもなる。その結果、噴射されたＵＷＳ噴霧は、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ還元に必要な十分なアンモニアを形成することができず、代わりに、噴霧液滴は、液体プール１６のように望ましくない尿素結晶を形成する場合があり、ＮＯｘ還元を妨げる一方で、排気コンポーネントを損傷させる可能性もある。
【００１０】
これらの理由により、現代のディーゼル車のＮＯｘ還元は、このような低い排気温度条件下ではほとんど達成されず、その結果、個人、コミュニティ及び環境が著しいＮＯｘ毒性にさらされる。
【００１１】
最近の調査結果は、低温排気動作条件からのＮＯｘ排出が自動車産業にとって依然として主要な課題であることを強調し続けている（以下の文献引用「Ａｎａｌｙｔｉｃｓ」及び「Ｓｃｉｅｎｃｅ」を参照）。さらに、ＮＯｘ濃度が高くなると、排気ガスストリームに大量のＵＷＳが必要になり、必要なアンモニア濃度を形成するためにより多くの熱エネルギーが必要になる。噴射されたＵＷＳからアンモニアを形成することは、十分な排気熱が利用可能ではないより低い排気温度では特に困難である。
【００１２】
当該技術分野において、Ｗａｔｌｏｗ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．は、２０１７年の第１０回のＩｎｔｅｇｅｒ排出サミットで、中型ディーゼル車用の堅牢な排気加熱システムの開発に関するトピックを発表した。Ｗａｔｌｏｗ  Ｃｏ．は、２０１７年に、排気ヒータに関連するＥＣＯ−ＨＥＡＴヒータの設置及び保守マニュアルも発行した。
【００１３】
Ｗａｔｌｏｗ  Ｃｏ．による他の出版物には、ＳＣＲの低温効率を高めるための排気加熱システムの性能に関する２０１８年のＳＡＥ会議でのＳＡＥ  ２０１８−０１−１４２８が含まれる。
【００１４】
Ｓｔｒｏｔｓらによる米国特許出願公開第２０１１／００２３４６１号は、加熱装置を有する排気後処理システムを開示している。Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ  Ｅｍｉｔｅｃ  ＧｍｂＨ及びＵｍｉｃｏｒｅ  ＡＧ  ＆  Ｃｏ  ＫＧは、２０１７年の第３８回国際ウィーンモーターシンポジウムで、商用車の「ＣＡＲＢ  ｐｏｓｔ  ２０２３」排出規制を達成する方法について発表した。
【００１５】
燃焼機関からのＮＯｘ排出を低減するために尿素ミキサを制御する方法及び装置を有することが望ましい。そのような方法及び装置は、とりわけ、上述した様々な制限を克服するであろう。
【発明の概要】
【００１６】
本発明の目的は、尿素ミキサを制御して燃焼機関からのＮＯｘ排出を低減する方法及び装置を提供することである。
【００１７】
「例示的な」という用語は、本明細書では、実施形態及び／又は実装の例を参照するために使用され、必ずしもより望ましい使用事例を伝達することを意味するものではないことに留意されたい。同様に、「代替的な」及び「代替的に」という用語は、本明細書では、考慮される実施形態及び／又は実装の組み合わせからの例を参照するために使用され、必ずしもより望ましい使用事例を伝達することを意味するものではない。したがって、上記から、「例示的な」及び「代替的な」は、本明細書において複数の実施形態及び／又は実装に適用され得ることが理解される。そのような代替的な及び／又は例示的な実施形態の様々な組み合わせもまた本明細書で考慮される。
【００１８】
「情報」、「信号」、「入力」、「アルゴリズム」及び「データ」という用語は、説明全体を通して互換的又は同義的に使用され得る。さらに、「尿素水溶液」、「ＵＷＳ」、「アンモニア」及び「還元体」という用語は、説明全体を通して互換的又は同義的に使用され得る。
【００１９】
本発明の実施形態は、低温環境における還元体の形成を促進するために尿素ミキサを管理し尿素ミキサに通電するためのコントローラを提供する。このようなコントローラは、エンジン及び排出制御コンポーネント又はシステムからの入力信号を使用して、尿素ミキサに通電し、噴射された液滴の温度を上昇させて、下流の触媒においてＮＯｘ還元（精製）のための還元体（すなわち、ガス状アンモニア及びイソシアン酸）の形成を加速させる。このような機能は、アンモニアの生成が困難でリスクが高く、問題がある、排気温度が低い動作条件下で特に有用である。
【００２０】
低い排気温度（例えば、約２００℃未満）でのＵＷＳ噴射には課題が伴うため、噴射されたＵＷＳ液滴を過度に加熱することが有利である。ＵＷＳミキサ（多くの場合、尿素ミキサ又は単にミキサと呼ばれる）は、噴射されたＵＷＳ噴霧液滴を排気流内に分布させるために一般的に使用される。ミキサは、還元体の形成を促進するために、加水分解組成物でさらにコーティングされてもよく、又はミキサの下流に加水分解ユニットを伴ってもよい。噴射されたＵＷＳ噴霧を加熱する様々な方法のうち、１つの技術は加熱ミキサを利用する。ミキサは、電気的、マイクロ波、機械的、放射的、磁気的、誘導的、加熱流体回路などの１つ又は複数のエネルギータイプを使用して、若しくは、電気加熱コンポーネント、圧電加熱モジュール、磁界生成／誘導コイル加熱コンポーネント、放射型加熱コンポーネント、熱交換加熱コンポーネント又は機械的加熱コンポーネントを使用して加熱されてもよい。
【００２１】
その結果、噴射されたＵＷＳ液滴がそのような加熱ミキサに衝突すると、液滴の温度が上昇し、熱分解及び加水分解の速度が上がり、還元体の形成が速くなり、かつ、還元体の濃度が高まる。
【００２２】
そのような加熱ミキサは、加熱ミキサの動作をエンジンシステム及びその環境の動的に変化する条件に適合させるためのコントローラを必要とする。本発明の実施形態に係るそうしたコントローラは、ミキサに衝突するＵＷＳ液滴を加熱して還元体の形成を促進し、かつ、尿素結晶化を回避するという究極の目標をもって、ミキサを加熱するために通電量、速度及び方法を制御することができる。こうしたコントローラは、システムセンサデータとオンボード論理回路とに基づいて特定及び評価を行い、とりわけ、ミキサの温度を上昇させるために、加熱ミキサにいつ、どのように、どの速度で通電するかを特定し、他のパラメータを制御し、同様に、適切なシステム又はサブシステムの性能調整又は最適化のために他のシステムコンポーネントに信号を送信することによって他のパラメータを制御する。
【００２３】
したがって、本発明によれば、尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する方法が初めて提供され、排気システムは、ＵＷＳインジェクタ及び加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有しており、この方法は、（ａ）ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するステップと、（ｂ）排気システムの動作パラメータとミキサ電力計算マップとに基づいて、少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するステップと、（ｃ）少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率を改善するため、少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて加熱ミキサへの電力を調整することによって加熱ミキサのミキサ温度を変更するステップと、を含む。
【００２４】
代替的に、動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む。
【００２５】
代替的に、複数の還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す。
【００２６】
代替的に、少なくとも１つの還元体ＵＩが、排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、少なくとも１つの特定の位置は、ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む。
【００２７】
代替的に、変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む。
【００２８】
代替的に、方法は、（ｄ）排気システムの動作パラメータに基づいて、少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はミキサ電力計算マップを検証するステップをさらに含む。
【００２９】
代替的に、方法は、（ｄ）排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、少なくとも１つのＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するステップをさらに含む。
【００３０】
代替的に、方法は、（ｄ）特定するステップより前に、排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するステップをさらに含む。
【００３１】
代替的に、方法は、（ｄ）特定するステップより前に、加熱ミキサにＵＷＳを噴射するようにＵＷＳインジェクタに指示することによって、加熱ミキサをプライミングするステップをさらに含む。
【００３２】
代替的に、方法は、（ｄ）特定するステップより前に、排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を増加させるステップと、（ｅ）特定するステップより前に、排気システム内の増加したアンモニア質量を測定するステップと、（ｆ）特定するステップより前に、（ｉ）排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、（ｉｉ）排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて、排気システムの尿素結晶閉塞を識別するステップと、をさらに含む。
【００３３】
本発明によれば、尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する装置が初めて提供され、排気システムは、ＵＷＳインジェクタ及び加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有し、装置は、（ａ）計算動作を実行するＣＰＵと、（ｂ）データを保存するメモリモジュールと、（ｃ）（ｉ）ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定し、（ｉｉ）排気システムの動作パラメータ及びミキサ電力計算マップに基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価し、（ｉｉｉ）少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率を改善するため、少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて加熱ミキサへの電力を調整することによって加熱ミキサのミキサ温度を変更するように構成されたコントローラモジュールと、を含む。
【００３４】
代替的に、動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む。
【００３５】
代替的に、複数の還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す。
【００３６】
代替的に、少なくとも１つの還元体ＵＩが、排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、少なくとも１つの特定の位置は、ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む。
【００３７】
代替的に、変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む。
【００３８】
代替的に、コントローラモジュールは、（ｉｖ）排気システムの動作パラメータに基づいて、少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はミキサ電力計算マップを検証するようにさらに構成される。
【００３９】
代替的に、コントローラモジュールは、（ｉｖ）排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、少なくとも１つのＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するようにさらに構成される。
【００４０】
代替的に、コントローラモジュールは、（ｉｖ）特定する前に、排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するようにさらに構成される。
【００４１】
代替的に、コントローラモジュールは、（ｉｖ）特定する前に、ＵＷＳを加熱ミキサに噴射するようにＵＷＳインジェクタに指示することによって、加熱ミキサをプライミングするようにさらに構成される。
【００４２】
代替的に、コントローラモジュールは、（ｉｖ）特定する前に、排気システムへのＵＷＳの噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を増加させ、（ｖ）特定する前に、排気システム内の増加したアンモニア質量を測定し、（ｖｉ）特定する前に、（Ａ）排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、（Ｂ）排気システム内のアンモニア量の増加とに基づいて排気システムの尿素結晶閉塞を識別するようにさらに構成される。
【００４３】
本発明によれば、尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上に具体化されたコンピュータ可読コードを有する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体が初めて提供され、排気システムは、ＵＷＳインジェクタ及び加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有しており、コンピュータ可読コードは、（ａ）ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するためのプログラムコードと、（ｂ）排気システムの動作パラメータ及びミキサ電力計算マップに基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するためのプログラムコードと、（ｃ）少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率を改善するため、少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて加熱ミキサへの電力を調整することによって加熱ミキサのミキサ温度を変更するためのプログラムコードを含む。
【００４４】
代替的に、動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む。
【００４５】
代替的に、複数の還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す。
【００４６】
代替的に、少なくとも１つの還元体ＵＩが、排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、少なくとも１つの特定の位置は、ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む。
【００４７】
代替的に、変更することは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更が含まれる。
【００４８】
代替的に、コンピュータ可読コードは、（ｄ）排気システムの動作パラメータに基づいて少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又はミキサ電力計算マップを検証するためのプログラムコードをさらに含む。
【００４９】
代替的に、コンピュータ可読コードは、（ｄ）排気システム内の増加したアンモニア量に基づいて少なくとも１つのＵＩ及び／又はＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するためのプログラムコードをさらに含む。
【００５０】
代替的に、コンピュータ可読コードは、（ｄ）特定する前に、排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するためのプログラムコードをさらに含む。
【００５１】
代替的に、コンピュータ可読コードは、（ｄ）特定する前に、加熱ミキサにＵＷＳを噴射するようにＵＷＳインジェクタに指示することによって、加熱ミキサをプライミングするためのプログラムコードをさらに含む。
【００５２】
代替的に、コンピュータ可読コードはさらに、（ｄ）特定する前に、排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、加熱ミキサへの電力を増加させるためのプログラムコードと、（ｅ）特定する前に、排気システム内の増加したアンモニア質量を測定するためのプログラムコードと、（ｆ）決定する前に、（ｉ）排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、（ｉｉ）排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて排気システムの尿素結晶閉塞を識別するためのプログラムコードをさらに含む。
【００５３】
これら及びさらなる実施形態は、以下の詳細な説明及び例から明らかになるであろう。
【００５４】
本明細書では、本発明は、添付の図面を参照して例としてのみ説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】先行技術に係る、尿素分解管を有する燃焼機関排気システムの一部における要素の断面図を示す簡略化された高レベルの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、システム性能を向上させるために加熱ミキサを有する燃焼機関排気システムの一部における要素の断面図を示す簡略化された高レベルの概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、図２の燃焼機関排気システムの一般的な表現に動作可能に接続されたミキサコントローラのシステムアーキテクチャを示す簡略化された高レベルの概略図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る、表１に示す集合的な例示のＵＩ状態のグラフを示す。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る、所望のシステム状態としての改善された目標還元体ＵＩについての図４Ａの修正版のグラフを示す。
【図５】本発明の実施形態に係る、パラメータ制御変更を使用する目標還元体ＵＩを有する所望のシステム状態への、初期システム状態についての主要なプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明は、燃焼機関からのＮＯｘ排出を低減するために尿素ミキサを制御する方法及び装置に関する。本発明に係るそうした方法及び装置を提供するための原理及び動作は、添付の説明及び図面を参照することによってより良好に理解され得る。
【００５７】
再び図面を参照すると、図２は、本発明の実施形態に係る、システム性能を向上させるために加熱ミキサを有する燃焼機関排気システムの一部における要素の断面図を示す簡略化された高レベルの概略図である。図２の構成を使用して、効果的に還元された尿素分解ゾーンを生成し、ガス状還元体濃度を高め、及び／又は、図１の構成と比較して均一性の質を高めることができる。図１の排気システムに加熱構成要素３０が追加され、加熱構成要素３０は、ミキサ１０で及び／又はミキサ１０の下流で起こり得るＵＷＳ液滴８の温度を直接上昇させてＵＷＳ液滴８をガス状アンモニア１６（又はその前駆体）に迅速に変換するためにミキサ１０を加熱するように構成される。
【００５８】
そうすることで、図１の尿素分解管長さ１８は同じままであるが、尿素のアンモニア／アンモニア前駆体への変換は、効果的に還元される尿素分解ゾーン３２で調整され、尿素堆積物を形成する複雑さ及びリスク、コンポーネントの故障又はＮＯｘの不十分なＳＣＲを低減する。さらに、加熱構成要素３０を含めることによって効果的に還元される尿素分解ゾーン３２によって、図１の尿素分解管長さ１８は、ＳＣＲ触媒１４をミキサ１０に近づけることによって短縮されることができ、よりコンパクトなシステムをもたらす。構成及び性能の柔軟性を提供するため、かつ、オペレーティングシステムのニーズ及び制約にさらに適合するため、発明の概要のセクションで上述したように、様々なタイプのミキサ１０及び加熱構成要素３０が構成及び採用されることができる。
【００５９】
図３は、本発明の実施形態に係る、図２の燃焼機関排気システムの一般的な表現に動作可能に接続されたミキサコントローラのシステムアーキテクチャを示す簡略化された高レベルの概略図である。燃焼機関の排気は、その排気管が低温排気ガスを排出するエンジン４０によって表される。加熱ミキサ４４の上流にＵＷＳ噴霧を噴射するインジェクタ４２が示されている。ガス流は、システムを出る前にＳＣＲ触媒４６に続く。排気システムのセンサは、ガス流から次のような情報、排気温度信号（Ｔｅｘｈ）、質量エアフロー信号（ＭＡＦ）、ＵＷＳ噴霧噴射情報を提供する噴射データ（Ｄｉｎｊｅｃｔ）（例えば、インジェクタポンプ圧力、噴射質量、及び周波数に基づく液滴サイズ、並びにデューティサイクル）、ミキサ温度信号（Ｔｍｉｘ）、及びＳＣＲ触媒４６の下流のＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘ信号（ＳＮＯｘ）を含む情報を取得するために設けられている。
【００６０】
コントローラ４８は、ＳＣＲ触媒４６の（例えば、アンモニア貯蔵の、ＮＯｘ貯蔵の、及び還元の、潜在的に部分的にＵＷＳインジェクタコントローラによって提供される、図示せず）ミキサ電力計算マップ５０及びＳＣＲ触媒性能マップ５２に関連するオンボード論理回路を含むように示されている。コントローラ４８は、任意選択的に、例えば、エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）から、別のマップから、又は直接の上流のＮＯｘセンサ信号から（図示せず）、入力として得られたエンジンアウトＮＯｘ排出マップ５４をそのオンボード論理回路に組み込んでもよい。代替的に、追加のセンサが、他のＥＣＵ、排出制御システム、又はその中のサブコンポーネントなどの、コントローラ４８へのさらなるエンジンステータスデータを供給してもよい。それらのソースに関係なく、そのような信号には以下が含まれるが、これらに限定されない：
・ＮＯｘ濃度、ＳＣＲ前及び／又はＳＣＲ後のＮＯｘ濃度情報を提供するエンジンアウトＮＯｘ排出マップ５４などのＮＯｘ情報（例えば、ＳＮＯｘなどのＳＣＲ前又はＳＣＲ後のＮＯｘセンサからの信号、ＮＯｘ濃度を追跡するオンボードのモデルベースのアルゴリズムからの信号、又はそれらの組み合わせからの信号を介して）；
・Ｔｅｘｈなどの排気温度情報；
・ＭＡＦなどの排気流量情報；
・噴射されたＵＷＳの質量又は速度、液滴サイズ、温度、噴射質量、噴霧円錐角度、噴霧分布、噴射周波数／デューティサイクルの１つ又は組み合わせ、及び／又は、ＵＷＳインジェクタの投与コントローラ（投与制御ユニット又はＤＣＵと呼ばれることが多い）から受信され得る他のＵＷＳ情報との組み合わせなどのＵＷＳ噴射情報（Ｄｉｎｊｅｃｔ）；
・ミキサ後、及び／又は、例えば、ＳＣＲ触媒入口での、例えば、図３に示すＵＩロケーションＵＩＬ１（すなわち、噴霧／排気ガス分布情報／ミキサ入口での均一性）及びＵＩＬ２（すなわち、還元体／排気ガス分布情報／触媒入口での均一性）における、還元体分布の均一性指数（ＵＩ、以下で詳述する）（還元体は、アンモニア、イソシアン酸、及び／又は触媒に入ると大部分がアンモニアに変換される非蒸発還元体液滴の任意の組み合わせを集合的に指す場合がある）；
・所望の断面での及び／又はＵＩＬ１及びＵＩＬ２などのＳＣＲ触媒入口での排気ガスの流量／速度の均一性指数；
・触媒のアンモニア及びＮＯｘ貯蔵（例えば、触媒温度又はその他のパラメータの関数として）などのＳＣＲ触媒４６の較正及び動作に使用されるＳＣＲ触媒性能マップ５２、触媒老化及び適応較正マップ、硫黄／炭化水素影響マップ、及び／又は同様の情報などのＳＣＲ触媒情報；
・例えば、モデルを介して、Ｔｍｉｘなどのミキサ上に配置された温度センサを介して、又は適切な位置の排気ガス内で検出され得るミキサ４４の温度；
・モデルベースのアルゴリズムからの又は一部の排出制御システムで利用可能なアンモニアセンサからのアンモニア濃度情報（図３では図示せず）；
・例えば、ミキサ電力計算マップ５０に埋め込まれたモデルからの、排気流への／からのミキサ４４への通電前及び／又は通電後のミキサ４４からの熱損失／利得；
・エンジンの排気ガス再循環（ＥＧＲ）情報、又は該当する場合はエンジンアウトＮＯｘへの影響；
・ミキサ４４の効率応答（すなわち、電力効率損失）；及び／又は
・当業者によって保証される他の関連のパラメータ。
【００６１】
オンボード論理回路／アルゴリズム（以下で詳述する）を利用するミキサコントローラ４８は、ＵＷＳ噴霧の尿素液滴に必要な熱伝導を提供するため、上記の入力パラメータの任意の組み合わせを使用してミキサ入力信号（Ｉｍｉｘ）を介してミキサ４４を加熱（すなわち、通電）するために必要な電力（例えば、ワット数）を計算するように構成される。コントローラ４８は、それに応じてミキサ４４に通電して、ミキサ４４との液滴接触時にＵＷＳ液滴温度を上昇させ、したがって、下流の適切な触媒性能のために必要に応じて還元体形成を増加させるように構成される。
【００６２】
コントローラ４８は、様々な理由でミキサ４４に通電することができる。例えば、ミキサ４４は通電されてミキサ４４との衝突時に液滴温度を上昇させ得る。代替的に、加熱ミキサ４４が排気ガス密度を局所的に減少させるために排気温度が変化するので、コントローラ４８は、ミキサ４４を加熱して、例えば、流れの均一性及び／又は流れの階層化に影響を与えるために局所的なガス密度の変動を誘発し得る。
【００６３】
コントローラ４８に埋め込まれたミキサ電力計算マップ５０は、以下で詳述するようなシステムパラメータを使用して、還元体均一性指数（ＵＩ、本明細書では単純化のために均一性と呼ばれることもある）を計算することができる。システムのＮＯｘ還元効率が不十分である場合、コントローラ４８は、Ｔｍｉｘを増加させて還元体を増加させるか、又は均一性を改善して下流のＳＣＲ触媒４６におけるＮＯｘ還元効率をさらに増加させ得る。ミキサ４４の両端の電位差を測定することによってＴｍｉｘをコントローラ４８にフィードバックさせることができることに留意されたい。
【００６４】
一般に、上記信号のほとんど、又は当業者によって保証され得るように記載されていない追加の信号は、コントローラ４８によって受信され、かつ、ミキサ４４のその適切な動作のために処理される。しかしながら、コントローラ４８が、今度は、上記の１以上の構成要素又は記載されていない追加の構成要素にフィードバック信号を発し、コントローラ４８、ミキサ４４、又はＳＣＲ触媒４６の主要機能とともに構成要素の動作を調整／管理し得る状況がある。そのような状況では、コントローラ４８は、それ自体の目的のために情報を受信して処理するだけでなく、システム又はサブシステムの性能を改善するために構成要素に情報を送信することになる。
【００６５】
コントローラ４８によるそのような補助制御の一例は尿素噴射である。尿素インジェクタは、一般に独自のコントローラを有しており、かつ、ＮＯｘ還元システムのニーズを満たすために特定のアルゴリズムを使用してほぼ独立して動作するように構成されている一方で、コントローラ４８は、尿素インジェクタコントローラから信号情報（例えば、噴射質量、周波数又はデューティサイクル）を受信するだけではないが、信号／情報を尿素インジェクタ４２に送り返すこともあり、ミキサコントローラ性能をインジェクタコントローラの噴射質量又は他の動作パラメータの計算と相関させ得る。
【００６６】
コントローラ４８によるそのような補助制御の別の例は、ＥＧＲへの／からの信号／情報の送信及び／又は受信である。このような例は、他の構成要素からの／への他のフィードバックシナリオに容易に拡張され得る。
【００６７】
システム性能に影響を与える動的変化をコントローラ４８が継続的に評価するための様々な方法が存在し、そのような変化は、コントローラの意思決定及び／又はミキサ４４へ／から送受信される信号に影響を与える可能性がある。コントローラ４８は、以下の変化などの受信及び／又は処理された信号を監視することによって動的変化を監視するように構成されることができる：
・ハードウェア、ソフトウェア及び／又はモデルベースのアルゴリズムからのＮＯｘ濃度信号；
・排気温度又は流量；
・ＵＷＳ噴射質量、速度、周波数及び／又はデューティサイクル；
・尿素結晶又は排気煤によるインジェクタの穴の部分的な閉塞に起因した、又は、インジェクタの経年劣化に起因したインジェクタの品質；
・インジェクタＤＣＵ適応戦略又は対策と呼ばれるインジェクタ環境適応；
・流れ又は還元体の均一性指数；
・触媒の性能（例えば、ＮＯｘ還元効率、貯蔵されたＮＯｘ又はアンモニア、触媒の経年劣化、硫黄／炭化水素の影響）;
・排気流による過剰な冷却に起因した、又は、ミキサ上に尿素結晶堆積物が形成される可能性が低いことに起因したミキサ温度；
・排気流内の及び／又は触媒に貯蔵されたときのアンモニア濃度（アンモニアセンサの実装の有無にかかわらず）；及び/又は
・ミキサの効率応答。
【００６８】
コントローラ４８は、ハードウェア信号、ソフトウェア信号、埋め込みマップ、及び／又はモデルベースのアルゴリズムを介して、これらの変化のいずれかを認識する可能性があることに注意する必要がある。
【００６９】
コントローラ４８が動的変化の任意の組み合わせを評価することにより、ミキサ電力計算マップ５０は、ミキサ性能を改善するためにミキサ４４へのＩｍｉｘを「修正」又は更新するように構成され、したがって、還元体形成の質及び量が向上し、結果としてＮＯｘ還元触媒性能が増大する。
【００７０】
動的変更によって保証されるそうした改善の１つのパラメータの鍵は還元体の均一性である。適切な還元体濃度を形成することが触媒性能の鍵である一方で、一般に均一性又は均一性指数と呼ばれる還元体の分布品質も重要であると言っても過言ではない。これは、ＳＣＲ触媒４６の入口での還元体の均一な分布が適切な触媒動作のために重要であるからである。ＵＩは、様々なＵＩ表現に基づいて決定されることができる。
【００７１】
様々な性能条件（ＵＩ状態と呼ばれる）を予測するため、表１に示すようにパラメトリック相関マトリックスが構築されることができる。各ＵＩ状態は、独自の還元体均一性指数を有する。性能パラメータを慎重に選択することは、様々な性能条件に関連するすべての該当するＵＩ状態の予測機能を可能にする。図４Ａは、本発明の実施形態に係る、還元体ＵＩの予測マップを形成するために、表１に例示されたパラメトリックマトリックス研究から得られた集合的な例示的なＵＩ状態のグラフを示す。集合的なＵＩ状態のマッピングにより、様々な動作条件下での還元体ＵＩの予測機能が可能になる。
2021519888.tif 000003
表１、還元体均一性指数に対応するＵＩ状態の様々な組み合わせに対する排気システムパラメータのパラメトリックマトリックス（例示的なＵＩ状態は、様々なマトリックスパス矢印によって任意に示される）
【００７２】
図４Ａのような予測マップを作成するため、表１のマトリックス内のすべての状態について、いくつかの低、中、高の値を実際に組み合わせてＵＩを導出する必要がある（低、中又は高の値が値の範囲に対応し得ることが理解されることを認める）。例えば、１５リットルディーゼルエンジンの場合、低／高排気質量流量（例えば、約３００〜１５００ｋｇ／ｈｒ）、低／高流量温度（例えば、約１２０〜４００℃）、低／高ＵＷＳ噴射速度（例えば、約１〜１００ｇ／ｍｉｎ）、ＥＧＲ設定（例えば、約１０〜３５％）、及びエンジンアウトＮＯｘ排出量（例：約１〜４ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ）の組み合わせとして与えられる、表１のようなマトリックスにキャプチャされた動作条件のパラメータを考慮してもよい。ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニアの質量（例えば、約０．１〜１０ｇ）などの他の対象の値も含めることができる。加熱ミキサが使用される場合、ミキサ温度（例えば、約１００〜４００℃）を含めることができる。
【００７３】
対象の別のパラメータは、ＮＯｘ還元触媒の触媒効率であり、他のパラメータにも同様に依存するが、通常、低温では低く、高温では高い（例えば、約３０〜９９％）。そうした範囲は、指向性があり、不正確であり、かつ、とりわけ、エンジンの排気量、キャリブレーション、アプリケーション、デューティサイクル及び性能環境に応じて、エンジンごとに大きく異なることに留意すべきである。同様に、性能の忠実度の所望のレベルに応じて、パラメータがいくつかに制限されるか、又は、逆に本明細書にリストされているパラメータを超えて拡張されることができる。
【００７４】
各状態について対応のＵＩを導出するために様々なアプローチ：実験の構成、コンピュータシミュレーション、数学的モデリング又はそれらの組み合わせをとることができる。多くの場合、「システムハードウェア」ジオメトリ（例えば、排気管のサイズ、形状、及びミキサのジオメトリ）、流量／温度の組み合わせ、ＵＷＳ噴射条件（例えば、速度及び液滴サイズ）、及び／又は、その他の対象のパラメータを考慮することが最も重要である。各ＵＩ状態を測定するための実験的アプローチは、米国特許出願公開第２０１６／０２３９９５４Ａ１号（本発明と同じエンティティに譲渡されている）に記載されるように、クロスフロー多孔質膜及び噴霧視覚化を使用して分布均一性を決定すること、又は、ガスアナライザを対象の特定のフロー断面のいくつかのポイントに繰り返し位置決めして、ポイントごとの還元体濃度を測定し、これにより、ＵＩ状態を容易に計算することができる。
【００７５】
ＵＩの例示的な表現は以下の形式で提供される（以下の文献引用「Ｗｅｌｔｅｎｓ」を参照）。
2021519888.tif 000004
数１は、排出制御システムを構成するのに一般的に使用され（以下の文献引用「Ｍｕｎｎａｎｎｕｒ」を参照）、γとして示される還元体ＵＩ、それぞれの状態についてゼロ（すなわち、非常に貧弱な分布）と１（すなわち、完全な分布）との間の値を計算するために使用され得る。一般に、γが１に近いほど、均一性の品質が向上し、したがって、触媒性能が向上する。ほとんどの実際のアプリケーションでは、排出制御エンジニアは約０．９〜１の範囲のγを達成することを目標としているが、システム要件及び性能メトリックによっては他の値が望ましい場合がある。式では、ｗｉは、断面の様々なポイントでの還元体濃度の「ローカル」（ポイントワイズ）値である一方で、
2021519888.tif 000005
は平均還元体濃度（断面全体で平均）であり、ｎは、取得した測定ポイントの数である。最終的に、様々な状態のすべてのＵＩの値を使用して、図４Ａのような予測マップを作成し、コントローラ４８に埋め込まれた図３のミキサ電力計算マップ５０を作成し、様々なシステム性能条件下でＵＩ予測機能を有効にする。したがって、図３のＵＩＬ１とＵＩＬ２とは、フローストリーム内の特定の場所の予測ＵＩ（測定されたＵＩではない）であることを明確にする必要がある。明らかに、ミキサ電力計算マップ５０は、ＵＩ状態以外のパラメータを考慮に入れている。
【００７６】
明らかに、表１のマトリックス内のパラメータのすべての可能な組み合わせを事前に作成する必要はなく、代わりに、特定の選択されたパラメトリックの組み合わせ（例えば、マトリックスの最も外側及び最も内側の境界、並びにその間のいくつかのＵＩ）に対してのみＵＩを決定することが可能である。他の組み合わせのＵＩ値は、内挿又は外挿を使用して決定されることができ、これは、表１に示すように、パラメトリック研究を包含するシステム性能のマッピングにおける一般的なエンジニアリングアプローチである。
【００７７】
還元体ＵＩが不十分な場合が多く、ここでは主にＮＯｘ還元触媒の入口での均一性に焦点を当てる。還元体の均一性が低いのは、１以上のパラメータの組み合わせが原因である可能性がある。重要な要因は、ベースの排気流自体の均一性が低いことであり、例えば、曲がりが多すぎる、流路が突然膨張する（最も悪名高いのは、入口ディフューザとも呼ばれる触媒への入口円錐である）、又は流路内の急激な圧力変化などの排気ハードウェアの構成が不適切なことに起因する。
【００７８】
還元体の均一性が低い別のハードウェアベースの原因は、ＵＷＳミキサの構成が不十分であり、排気導管内に望ましいＵＷＳ液滴分布を生成することができないことが原因である可能性がある。長い混合長さ（すなわち、図１の分解管長さ１８−還元体噴射ポイントと噴射ポイントの下流の触媒入口との間の距離）は、通常、より好ましい均一性を生成するのに役立つ。対照的に、混合長さが短いと均一性が低下し、液滴がフローストリーム内での十分な滞留時間を失って、よく知られている熱分解及び加水分解反応によって加熱、蒸発及びガス状還元体を生成する可能性がある（以下の文献引用「Ｎｏｖａ」を参照）。
【００７９】
他の原因は、還元体自体に起因する可能性がある。例えば、一般的な排気流条件（排気管内の速度が約１０〜３０ｍ／ｓ）では、より大きなＵＷＳ液滴（通常は約５０ミクロンより大きい）は、強い慣性を有し、かつ、独自の軌道をたどる傾向があるが、より小さな液滴は排気流によって偏向され、ベースフロー自体が良好な均一性を有する場合に適切な均一性をもたらすか、又は不十分に分散されたなフローストリームにおいて不十分な均一性をもたらす。
【００８０】
より大きな液滴は、それ自体の慣性によって駆動され、蒸発が遅く、より重いままであり、又は排気管（すなわち、周囲温度環境によって冷却される壁）と接触するリスクがさらに高くなり、結果として尿素結晶を形成する傾向があるため、均一な分布を形成するのに対してより抵抗力がある。最終的に、低温が液滴の加熱と蒸発とを遅らせるので、通常、排気温度が低いと還元体の均一性が悪化する。ベースフローが比較的合理的な均一性を有していると仮定すると、フローと混合するガス状還元体種は、蒸発していない還元体液滴よりも望ましい均一性を生成する可能性が高くなる。
【００８１】
図３のコントローラ４８は、固定（すなわち、変更不可能な）ハードウェア（例えば、管の直径／長さ、混合長さ、ＵＷＳ噴射位置及び液滴サイズ）などのいくつかのパラメータを制御することができず、同様に、構成された場合、コントローラ４８は、排気流量及び温度などのエンジンパラメータに対する制御が制限されているか又はまったく制御されない可能性がある。しかしながら、コントローラ４８は、温度、ＵＷＳ噴射周波数及びデューティサイクル（所望のＵＷＳ噴射質量流量、周波数及びデューティサイクルを必要とするインジェクタＤＣＵと通信することによって）、及びＥＧＲ（エンジンアウトＮＯｘを増減し、それによってＵＷＳ噴射質量流量やその他のパラメータに影響を与えるためにＥＧＲを要求することによって）を上下させるためにＴｍｉｘを制御する。その高温がミキサ４４に衝突する液滴を急速に蒸発させてガス種にし、還元体の形成、混合及びベースフローとの輸送を促進し、したがって、均一性及び還元体濃度を改善するので、そうしたパラメータの中で最も重要なのはＴｍｉｘである。
【００８２】
一般に、以下の様々な組み合わせが、還元体分布の品質を低下させる主な要因であり、したがって、ＳＣＲ触媒４６への入口での還元体ＵＩの低下につながる。主な要因には、非効率的なミキサ構成、ミキサ４４への液滴の不適切な噴射角度（すなわち、望ましくない液滴−ミキサ衝突構成）、より短い混合長さ（分解管長さ）、より大きな液滴の行き渡り、及びより低い排気温度が含まれる。
【００８３】
対照的に、高いＵＩを実現するため、以下のいずれかが分布の均一性を改善することができる。そのような側面には、（１）堅牢なミキサ構成、（２）ミキサ４４への液滴の適切な噴射角度（すなわち、望ましい液滴−ミキサ衝突構成）、（３）より長い混合長さ（すなわち、液滴のより長い滞留時間）、（４）より小さな液滴サイズ、及び（５）液滴に対するより高い温度暴露が含まれる。これらのうち、通常、最初の４つは、ハードウェア構成又はシステム仕様のために固定されており（例えば、ＵＷＳインジェクタタイプの場合）、後者のみが、ミキサコントローラが、コントローラによって加熱されたミキサに衝突する液滴を介して、又は、排気ガスを加熱するミキサを介して液滴温度を上昇させる機会を提供し、それが今度は液滴を加熱する。
【００８４】
したがって、図３のコントローラ４８の主な機能をまとめると、以下のように要約することができる。
１．コントローラ４８は、特定のＮＯｘ還元効率を達成するために好ましい量の還元体を生成するために、ミキサ４４を所望の温度に加熱することができる。これは、十分なレベルのガス状還元体が形成されず、かつ、尿素結晶化リスクが高い低温排気条件で特に重要である。対照的に、加熱ミキサの存在下では、噴射された液滴は、ミキサに衝突すると容易に加熱され、蒸発及び相変化の速度を加速させ、したがって、触媒性能に価値のあるガス状還元体の形成を促進する。これはまた、望ましくない尿素結晶形成のリスクを低減する。
２．適切な手法（例えば、実験の構成やシミュレーション）を採用して、様々なＵＩ状態のパラメトリックマトリックス（表１のように）を事前に作成すると、ＵＩ状態のマトリックスはコントローラ４８の予測マップ（図４Ａのように）に容易に統合される。例えば、マトリックスは、使用されてアルゴリズムを作成し、コントローラのオンボード論理回路に埋め込まれ、コントローラ４８の１以上のマップに統合され、又はそれらの組み合わせを使用して、還元体ＵＩが望ましくないほど低いときをコントローラ４８が評価又は予測することができるようにする。ＵＩが悪い場合は、触媒効率が低いことを示していることがよくある。
３．コントローラ４８の機能は、低い動作温度で特に重要である。上記の機能１とは対照的に、（液滴の蒸発を加速するための）ミキサ４４の単なる加熱が不十分であることが判明する場合がある。（図４Ａのように）ミキサ電力計算マップ５０の埋め込まれたＵＩマップに頼ることによって、コントローラ４８は、低い触媒効率の原因が不十分な均一性である可能性があるかどうかを検出することができる。
【００８５】
上記の機能３で述べた点は以下のように理解されることができる。図４Ｂは、本発明の実施形態に係る、所望のシステム状態としての改善された目標還元体ＵＩについての図４Ａの修正版のグラフを示す。図３のコントローラ４８が、還元体の均一性が低いことを示す信号を受信すると（多くの場合、触媒効率が低く、図４Ａのように埋め込まれたマトリックスと一致する）、コントローラ４８は、ＮＯｘ還元効率を高めるために、図４Ｂのようなより高い均一性、すなわち、「所望のシステム状態」を達成しようとする。
【００８６】
本明細書に記載のコントローラ４８に埋め込まれたオンボード論理回路は、その所定の機能を実行するためのそれ自体の統合されたコンポーネント（すなわち、ハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェア）を含み得ることに留意され、かつ、理解される。したがって、プロセッサ、メモリモジュール、命令セット及び通信ハードウェア及びプロトコルなどの構造コンポーネントは、コントローラ４８の説明に暗黙的に含まれる。
【００８７】
コントローラ４８は、表２に示すように、Ｔｍｉｘ、還元体噴射速度、周波数、デューティサイクルなどのパラメータを調整し、及び／又は、エンジンアウトＮＯｘ調整のためにエンジンのＥＧＲに信号を送ることさえすることによって、その埋め込まれたＵＩマップにアクセスし、影響のパラメータを変更することによって、そのような改善されたＵＩ状態を対象とする。コントローラ４８は、そのＵＩ予測機能を使用して、単にミキサ４４を加熱する以上に、ＮＯｘ還元システムの性能を調整及び改善することができる。ＵＩの欠陥を最初に検出することによって初期のシステム状態から所望のシステム状態へのプロセス移行を図４Ｂ及び表２に示す。
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表２、望ましくない、不十分な還元体分布品質（すなわち、初期システム状態としての低いＵＩ）の例示的な動作条件に対するミキサコントローラの予測能力
【００８８】
表２に示される予測機能は、予測マップとして図３のコントローラ４８内に埋め込まれている表１のパラメトリックマトリックス（すなわち、ＵＩ状態）からの情報を利用することによって有効になる。コントローラ４８は、埋め込まれた予測マップを使用して、どの新しいパラメータの組み合わせが還元体の均一性を高めるかを識別し、かつ、例示的なパラメトリックデータとともに表２に「パラメータ制御変更」として示されるそのようなパラメータの変更を信号で伝える。
【００８９】
上記の機能１、２及び３は、低温排気動作で特に重要であり、排気コンポーネントを損傷する可能性のある尿素結晶（すなわち、固体堆積物）を形成するリスクをもたらし、他の不利益のうちでもＮＯｘ制御効率の著しい低下を引き起こす。
【００９０】
コントローラ４８のそのような機能を考えると、コントローラ４８が不十分なＵＩを予測し、その予測がシステム内の低い触媒効率の検出によってさらに確認される状況（ＳＮＯｘを通じてなど）では、コントローラ４８はそれに応じてその出力を調整することによって応答する。
【００９１】
例えば、排気流量、流量温度、ＮＯｘ排出速度、ＵＷＳ噴射速度、及びＥＧＲ値の特定の組み合わせから生じる動作条件を、図４Ａに従って、コントローラ４８が容易に低いと予測する他のパラメータと組み合わせて考慮すると、望ましくない均一性が形成され、ＮＯｘ還元触媒効率の低下を示唆し、そのような予測は、図３に関して上述したように、コントローラ４８に供給されるシステム信号を介して確認される。
【００９２】
そのような望ましくないＵＩ及び触媒の非効率に直面すると、コントローラ４８は、とりわけ、以下の、（ミキサ４４に供給されるエネルギーの増加をトリガーすることによって）Ｔｍｉｘを増加させること、ＵＷＳ噴射速度、周波数及び／又はデューティサイクルを変更するための信号を発行すること、及び／又は、他の信号の中でもとりわけ、ＥＧＲ値を変更するためにＥＧＲに信号を発行すること、の任意の組み合わせを含む特定のシステムコンポーネントに修正信号を送信し得る。コントローラ４８による様々なコンポーネントへの是正措置及び信号発行の例を表２に示す。
【００９３】
例えば、システム性能、特にＮＯｘ還元効率が望ましく、性能目標を達成している場合、コントローラ４８が是正措置を講じないことを選択し得る状況がある。
【００９４】
コントローラ４８が（図４Ａのような）その予測マップを備えることにより、コントローラ４８は、それ自体の予測マップ及びアルゴリズムを継続的にチェックし、自己修正し及び／又は更新するのに十分な柔軟性を有する。例えば、より高い排気温度などの好ましい条件下で、コントローラ４８は、システム性能信号（ＳＮＯｘを通じてなど）に対してその予測を継続的にチェックして、それ自体のテーブル対システム性能信号をクロスチェックして更新することができる。このような自己修正手段を使用して、触媒の経年劣化、システムの劣化、又はインジェクタの経年劣化などによる信号のドリフトに対して、コントローラ４８のテーブルを更新することができる。こうしたいわゆる適応戦略は、コントローラの機能及びシステムの寿命を延ばすのに役立ち得る。例示的な適応戦略は、Ｔｍｉｘを増加させるために、ミキサ４４へのベースラインワット数入力を増加させることであり得る。このような戦略の結果は、アンモニア濃度を上げることであり（インジェクタＤＣＵに信号を送って噴射を増加させることを介して）-ＳＣＲ触媒の効率が上がると、それは改善の余地があることを示している。
【００９５】
コントローラ４８がシステム性能を向上させることができる別の態様は、ミキサ４４に流入する噴射された尿素質量に依存するＳＣＲ触媒性能を伴うことである。尿素濃度はＴｍｉｘに依存し、ミキサが高温になると、より多くのアンモニアが生成される。したがって、ＳＣＲ触媒の性能が低い場合は、Ｔｍｉｘを増加させることができる。ＳＣＲ触媒性能が向上した場合、アンモニア濃度及び／又は均一性が向上し、ＳＣＲ触媒性能が向上したことを示している。
【００９６】
コントローラ４８がシステム性能を向上させることができる別の態様は、尿素結晶堆積物を除去することである。エンジンが最初に始動されたとき、エンジンがより高い温度に到達する前に（例えば、運転の最初の数分間）、前回の運転サイクルから保持された残留堆積物を燃やすために、尿素噴射なしで又は尿素噴射の前にミキサ４４を加熱することができる。ＳＮＯｘ（ＳＣＲ触媒４６の下流）が異常な増加を示す場合（ＳＮＯｘはＮＯｘ及びアンモニアの両方に応答することができる）、尿素結晶堆積物が排気管に存在している／存在していたこと、及び、尿素結晶堆積物が加熱ミキサ４４を使用して排気ガスを加熱することにおける追加の助けによって除去されることを示している。
【００９７】
コントローラ４８がシステム性能を向上させることができる別の態様は、ミキサが加熱される前のエンジンのコールドスタート中（供給電力によって、排気ガス流によって、又はこれら２つの組み合わせによって）など、比較的少量の噴射された尿素でミキサ４４をプライミングすることである。その後、ミキサ４４が加熱されると、尿素プライミングされたミキサは、アンモニア貯蔵のためにＳＣＲ触媒４６にアンモニアを供給する。
【００９８】
コントローラ４８がシステム性能を向上させ又は診断を実行することができる別の態様は、排気システム又はその中の構成要素を塞ぐ尿素結晶の存在に起因して、排気ガスにおいてより高い圧力信号を使用することである。コントローラ４８は、尿素を噴射することなくミキサ４４にワット数を供給することによってＴｍｉｘを増加させることができる。ＳＮＯｘ（ＳＣＲ触媒４６の下流）がアンモニアの増加を示す場合、それは固体尿素の存在とその昇華とを示している。したがって、排気管内の堆積物は、次に排気ガスを加熱する加熱ミキサ４４によって燃焼させられることができる。このような結晶堆積物の別の考えられる原因は、エンジンが停止される前の前回の実行からの排気管内の残留物である。
【００９９】
コントローラ４８がシステム性能を向上させることができる別の態様は、ＵＩ予測マップを使用して、加熱ミキサが存在しないシステムのＵＩに影響を与えることである。例えば、ＵＩは、ＵＷＳ噴射周波数及びデューティサイクルの変更、又は、ＥＧＲへの変更の通知によって影響を受ける可能性がある。
【０１００】
図５は、本発明の実施形態に係る、初期のシステム状態から、パラメータ制御変更を使用する目標還元体ＵＩを有する所望のシステム状態への主要なプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。プロセスは、コントローラがシステムのＮＯｘ還元効率が改善可能であるかどうかを特定することから始まる（ステップ６０）。改善可能であれば、プロセスは終了する（ステップ７２）。改善可能でない場合、コントローラは、システム条件／情報を考慮して還元体ＵＩを計算する（ステップ６２）。ステップ６０及び６２は初期システム状態を定義する。
【０１０１】
その後、コントローラは、還元体ＵＩが所望の値を下回っているかどうかを決定する（ステップ６４）。下回っている場合、コントローラはミキサ温度を上昇させ（ステップ６６）、ステップ６０に戻る。ステップ６４及び６６は所望のシステム状態を定義する。
【０１０２】
下回っていない場合、その後、コントローラは、システムのＮＯｘ還元効率が改善可能であるかどうかを再度特定する（ステップ６８）。改善可能である場合、プロセスは終了する（ステップ７２）。改善可能ではない場合、コントローラは、他のシステムパラメータを利用して、所望の状態を達成する（例えば、還元体噴射（質量、周波数、デューティサイクル）を変更するためのＤＣＵへの信号伝達、及び／又は、ＥＧＲへの信号伝達）（ステップ７０）。ステップ６４、６６、６８及び７０は、初期システム状態から所望のシステム状態への移行中に行われたパラメータ制御の変更を定義する。
【０１０３】
本発明は、限定された数の実施形態に関して説明してきたが、本発明の多くの変形、修正、同等の構造要素、組み合わせ、サブコンビネーション、及び他の用途がなされてもよいことが理解されるであろう。
【０１０４】
文献
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「ＣＬＥＥＲＳ−２０１８−１」  Conference presentation、Pauly, T.、Umicore Autocat USA Inc.、 slide #8: https://cleers.Org/wp-ontent/uploads/formidable/3/20l8CLEERS ThomasPauly Web-l.pdf.。
「ＣＬＥＥＲＳ−２０１８−２」  Conference presentation、Prikhodko, V., slide #4:  https://cleers.Org/wp-content/uploads/formidable/3/2018CLEERS Vital vPrikhodko Web.pdf.。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月8日(2021.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する方法であって、前記排気システムは、前記ＵＷＳインジェクタ及び前記加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有し、前記方法は
ａ）前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定するステップと、
ｂ）前記排気システムの動作パラメータとミキサ電力計算マップとに基づいて、少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率を改善するため、前記少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて前記加熱ミキサへの電力を調整することによって前記加熱ミキサのミキサ温度を変更するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、前記ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、前記ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の前記還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、前記少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの還元体ＵＩが、前記排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、前記少なくとも１つの特定の位置は、前記ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は前記加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ｄ）前記排気システムの前記動作パラメータに基づいて、前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ミキサ電力計算マップを検証するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ｄ）前記排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、前記少なくとも１つのＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ｄ）前記特定するステップより前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
（ｄ）前記特定するステップより前に、前記加熱ミキサにＵＷＳを噴射するように前記ＵＷＳインジェクタに指示することによって、前記加熱ミキサをプライミングするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ｄ）前記特定するステップより前に、前記排気システムへのＵＷＳ噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を増加させるステップと、
ｅ）前記特定するステップより前に、前記排気システム内の増加したアンモニア質量を測定するステップと、
ｆ）前記特定するステップより前に、
ｉ）前記排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、
ｉｉ）前記排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて、前記排気システムの尿素結晶閉塞を識別するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
尿素水溶液（ＵＷＳ）インジェクタの下流に位置する加熱ミキサを制御して、燃焼機関からの排気システムにおけるＮＯｘ排出を低減する装置であって、前記排気システムは、前記ＵＷＳインジェクタ及び前記加熱ミキサの下流に位置する選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を有し、前記装置は、
ａ）計算動作を実行するためのＣＰＵと、
ｂ）データを保存するためのメモリモジュールと、
ｃ）ｉ）前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元効率を特定することと、
ｉｉ）前記排気システムの動作パラメータ及びミキサ電力計算マップと、に基づいて少なくとも１つの還元体均一性指数（ＵＩ）を評価し、
ｉｉｉ）前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率を改善するため、前記少なくとも１つの還元体ＵＩに基づいて前記加熱ミキサへの電力を調整することによって前記加熱ミキサのミキサ温度を変更するように構成されたコントローラモジュールと、を備える、装置。
【請求項１２】
前記動作パラメータは、噴射されたＵＷＳ質量、インジェクタ周波数、インジェクタデューティサイクル、噴射ポンプ圧力、排気ガス流量、前記ＳＣＲ触媒の下流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流のＮＯｘ濃度、前記ＵＷＳインジェクタの上流の排気ガス温度、前記ＵＷＳインジェクタの下流の排気ガス温度、ミキサ温度、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵アンモニア質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵ＮＯｘ質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵硫黄質量、前記ＳＣＲ触媒内の貯蔵炭化水素の質量、排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定、エンジン負荷及びエンジン速度からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータタイプを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
複数の前記還元体ＵＩは、少なくとも１つのＵＩ状態のための基礎を形成し、前記少なくとも１つのＵＩ状態は、相対的なＮＯｘ還元効率を示す、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの還元体ＵＩが、前記排気システム内の少なくとも１つの特定の位置について評価され、前記少なくとも１つの特定の位置は、前記ＳＣＲ触媒の上流の触媒位置及び／又は前記加熱ミキサの上流のミキサ位置を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記変更するステップは、噴射されたＵＷＳ質量の変更、インジェクタ周波数の変更、インジェクタデューティサイクルの変更、噴射ポンプ圧力の変更、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）パーセンタイル設定の変更からなるグループから選択された少なくとも１つのパラメータ変更を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記排気システムの動作パラメータに基づいて、前記少なくとも１つの還元体ＵＩ及び／又は前記ミキサ電力計算マップを検証するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記排気システム内の増加したアンモニア質量に基づいて、前記少なくとも１つのＵＩ及び／又は前記ＮＯｘ還元効率の少なくとも１つの潜在的な改善を検出するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳの噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を調整することによって尿素結晶堆積物を除去するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記コントローラモジュールは、ｉｖ）前記特定する前に、前記ＵＷＳインジェクタにＵＷＳを噴射するように前記加熱ミキサに指示することによって、前記加熱ミキサをプライミングするようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記コントローラモジュールは、
ｉｖ）前記特定する前に、前記排気システムへのＵＷＳの噴射に先立って、前記加熱ミキサへの電力を増加させ、
ｖ）前記特定する前に、前記排気システム内の増加したアンモニア質量を測定し、
ｖｉ）前記特定する前に、（Ａ）前記排気システムの通常の動作条件下よりも高い排気ガス圧力を観察することと、（Ｂ）前記排気システム内のアンモニア量の増加と、に基づいて、前記排気システムの尿素結晶閉塞を識別するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
図５は、本発明の実施形態に係る、初期のシステム状態から、パラメータ制御変更を使用する目標還元体ＵＩを有する所望のシステム状態への主要なプロセスステップの簡略化されたフローチャートである。プロセスは、コントローラがシステムのＮＯｘ還元効率が改善可能であるかどうかを特定することから始まる（ステップ６０）。改善可能でなければ、プロセスは終了する（ステップ７２）。改善可能であれば、コントローラは、システム条件／情報を考慮して還元体ＵＩを計算する（ステップ６２）。ステップ６０及び６２は初期システム状態を定義する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
下回っていない場合、その後、コントローラは、システムのＮＯｘ還元効率が改善可能であるかどうかを再度特定する（ステップ６８）。改善可能でない場合、プロセスは終了する（ステップ７２）。改善可能である場合、コントローラは、他のシステムパラメータを利用して、所望の状態を達成する（例えば、還元体噴射（質量、周波数、デューティサイクル）を変更するためのＤＣＵへの信号伝達、及び／又は、ＥＧＲへの信号伝達）（ステップ７０）。ステップ６４、６６、６８及び７０は、初期システム状態から所望のシステム状態への移行中に行われたパラメータ制御の変更を定義する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【国際調査報告】
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