(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口（５２）と出口（４１）を有し、燃焼機関（１２）からの流体（４０）を受け入れる選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ（３４）と、前記ＳＣＲ触媒の内部に配置され、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア（ＮＨ３）貯蔵量を測定する少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブ（３６）と、前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流の流体にＮＨ３または尿素を注入する注入システム（３８）とを備え、前記燃焼機関（１２）からの排出物を処理する排ガス後処理システム（１０）と、
前記排ガス後処理システム（１０）に流体連通可能に接続され、前記排ガス後処理システム（１０）の動作の制御、前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の測定濃度（５８）またはＮＨ３の測定濃度（６０）を表す信号の受信、および前記ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＯｘの測定濃度またはＮＨ３の測定濃度を表す信号の受信、またはそれらの任意の組み合わせを実行するとともに、前記少なくとも１本のＲＦプローブ（３６）からのＮＨ３貯蔵量測定値（７０）を表す信号を受け取る制御装置（２８）と、
少なくとも前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中のＮＯｘの測定濃度またはＮＨ３の測定濃度を表す信号、前記ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＯｘの測定濃度またはＮＨ３の測定濃度を表す信号、またはそれらの任意の組み合わせに基づいてＮＨ３貯蔵量推定値（６８）を求めるＮＨ３貯蔵量推定モデル（５６）を備え、
前記制御装置（２８）が、少なくとも推定された前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ３貯蔵量測定値（７０）の両方を利用して前記注入システム（３８）の制御動作（５４）を出力する、システム。
【請求項２】
前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流に配置されて前記入口（５２）の上流（４０）の流体中のＮＯｘ濃度（５８）を測定するか、または前記ＳＣＲ触媒の出口（４１）の下流に配置されて前記出口（４１）の下流の流体中のＮＯｘ濃度を測定する第１のＮＯｘセンサ（２２）を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流に配置されて前記入口（５２）の上流（４０）の流体中のＮＨ３濃度（６０）を測定するか、または前記ＳＣＲ触媒の出口（４１）の下流に配置されて前記出口（４１）の下流の流体中のＮＨ３濃度を測定する第１のＮＨ３センサ（２０）を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃焼機関（１２）の動作パラメータを測定する１つ以上のセンサ（１５）を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御装置（２８）は、前記燃焼機関（１２）の動作パラメータを受け取り、前記ＮＨ３貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前記動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）を求める、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
制御動作（５４）には、前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流（４０）の流体に注入されるＮＨ３または尿素の量を調整することが含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御装置（２８）は、前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中のＮＯｘの測定濃度（５８）およびＮＨ３の測定濃度（６０）を表す信号を受け取る、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記燃焼機関（１２）が前記排ガス後処理システム（１０）に接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御装置（２８）は、前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ３貯蔵量測定値（７０）との間のＮＨ３貯蔵量誤差値（７２）を求め、該ＮＨ３貯蔵量誤差値（７２）に基づいて前記制御動作（５４）を出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
燃焼機関（１２）に接続された選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ（３４）の入口（５２）の上流（４０）の流体への尿素またはアンモニア（ＮＨ３）注入を制御する方法であって、
制御装置（２８）を利用して前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）の上流および／または下流の窒素酸化物（ＮＯｘ）の測定濃度（５８）および／またはＮＨ３の測定濃度（６０）を表す信号を受け取る工程と、
前記制御装置（２８）を利用して前記ＳＣＲ触媒内に配置された少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブ（３６）から前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）のＮＨ３貯蔵量測定値（７０）を表す信号を受け取る工程と、
ＮＨ３貯蔵量推定モデル（５６）を利用して少なくとも前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）または下流の流体中のＮＯｘの測定濃度（５８）を表す信号および／または前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）または下流の流体中のＮＨ３の測定濃度（６０）を表す信号に基づいてＮＨ３貯蔵量推定値（６８）を求める工程と、
前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）および前記ＮＨ３貯蔵量測定値（７０）に少なくとも部分的に基づいて注入システム（３８）の制御動作（５４）を出力し、前記注入システム（３８）が前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）の入口（５２）の上流（４０）の流体に対してある量のＮＨ３または尿素を注入する工程と
を含む、方法。
【請求項１１】
前記制御装置（２８）を利用して、前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ３貯蔵量測定値（７０）との間のＮＨ３貯蔵量誤差値（７２）を求め、該ＮＨ３貯蔵量誤差値（７２）に基づいて前記制御動作（５４）を出力する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記制御動作（５４）には、ＮＨ３または尿素の注入速度を調整して前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）から排出される所望のＮＯｘ排出量を達成させるＮＨ３または尿素注入指令を生成することが含まれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御動作（５４）には、前記燃焼機関（１２）の測定された動作パラメータを表す信号を受け取ることが含まれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御動作（５４）には、前記ＮＨ３貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前記動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて前記ＮＨ３貯蔵量推定値（６８）を求めることが含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記動作パラメータには、前記燃焼機関（１２）から排出される排ガスの流量および温度が含まれる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用排ガス後処理システムに関し、特に還元剤の注入制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（例えば、往復機関、ガスタービン等の内燃機関）は、燃料と空気の混合物を燃焼させてエンジン部品に駆動力を付与する（例えば、ピストンを移動させる、タービンを駆動させる等）燃焼ガスを生成する。その後、燃焼ガスは排ガスとしてエンジンから排出され、排ガスが１つ以上の触媒コンバータ（例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）アセンブリ）を備えた排ガス処理（例えば、後処理）システムを経ることにより、窒素酸化物（ＮＯx）および他の排出物質がより害の少ない副産物に変換されることでＮＯxの排出を低減させることができる。しかしながら、所望のＮＯx低減を実現するためには、還元剤量を正確に制御する必要がある。
【発明の概要】
【０００３】
以下に、当初の請求項に係る発明の範囲に応じた特定の実施形態を要約する。これらの実施形態は、請求項に係る発明の範囲を限定するものではなく、むしろ発明の考えられる形の簡単な要約を提供するに過ぎない。実際、本発明は以下に述べる実施形態と類似または相異する様々な形を含む場合がある。
【０００４】
第１の実施形態によれば、システムは、燃焼機関からの排出物質を処理する排ガス後処理システムを備えている。排ガス後処理システムは、入口と出口を有し、燃焼機関からの流体を受け入れる選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリと、ＳＣＲ触媒の内部に配置され、ＳＣＲ触媒のアンモニア（ＮＨ3）貯蔵量を測定する少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブとを備えている。さらに、排ガス後処理システムは、ＳＣＲ触媒の入口の上流の流体にＮＨ3または尿素を注入する注入システムを備えている。後処理システムは、排ガス後処理システムに流体連通可能に接続された制御装置をさらに備えており、この制御装置は、排ガス後処理システムの動作の制御、ＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中の窒素酸化物（ＮＯx）の測定濃度を表す信号の受信、およびＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度を表す信号の受信、またはそれらの任意の組み合わせを実行するように構成されている。さらに、制御装置は少なくとも１本のＲＦプローブからＮＨ3貯蔵量測定値を表す信号を受け取るように構成されている。ＮＨ3貯蔵量推定モデルが、少なくともＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＯxの測定濃度を表す信号、ＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度を表す信号、またはそれらの任意の組み合わせに基づいてＮＨ3貯蔵量推定値を求めるように構成されている。制御装置は、少なくとも推定されたＮＨ3貯蔵量推定値とＮＨ3貯蔵量測定値の両方を利用して注入システムの制御動作を出力する。
【０００５】
第２の実施形態によれば、燃焼機関からの排出物質を処理する排ガス後処理システムの制御装置は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリの上流の流体中のアンモニア（ＮＨ3）の測定濃度または窒素酸化物（ＮＯx）の測定濃度を表す信号を受け取るように構成されている。制御装置は、ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＨ3の測定濃度またはＮＯxの測定濃度を表す信号を受け取ってもよい。制御装置は、ＮＨ3貯蔵量推定モデルを利用してＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＯxの測定濃度および／またはＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度に基づいてＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量推定値を求める。制御装置は、ＳＣＲ触媒内に配置された少なくとも１本のＲＦプローブからＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量測定値を表す信号を受け取る。さらに、制御装置は、少なくともＮＨ3貯蔵量測定値とＮＨ3貯蔵量推定値の両方に基づいて、注入システムによってＳＣＲ触媒アセンブリの入口の上流の流体に注入される尿素またはアンモニアの量を制御する。
【０００６】
第３の実施形態によれば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリの入口の上流の流体への尿素またはアンモニア（ＮＨ3）注入を制御する方法は、制御装置を利用してＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流の窒素酸化物（ＮＯx）および／またはＮＨ3の測定濃度を表す信号を受け取る工程と、制御装置を利用してＳＣＲ触媒内に配置された少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブからＳＣＲ触媒アセンブリのＮＨ3貯蔵量測定値を表す信号を受け取る工程を含む。方法は、ＮＨ3貯蔵量推定モデルを利用して少なくともＳＣＲ触媒の上流および／または下流の流体中のＮＯxの測定濃度を表す信号および／またはＳＣＲ触媒の上流および／または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度を表す信号に基づいてＮＨ3貯蔵量推定値を求める工程をさらに含む。方法は、ＮＨ3貯蔵量推定値およびＮＨ3貯蔵量測定値に少なくとも部分的に基づいて注入システムの制御動作を出力し、注入システムがＳＣＲ触媒アセンブリの入口の上流の流体に対してある量のＮＨ3または尿素を注入する工程をさらに含む。
【０００７】
これらおよび他の本発明の特徴、態様および利点は、全体を通じて同じ要素を同じ符号で表す添付の図面に基づいて以下の詳細な説明を読むことでより深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】エンジンに接続された排ガス処理（例えば、後処理）システムの実施形態の概略図である。
【図２】制御装置（例えば、電子制御装置（ＥＣＵ））の実施形態のブロック図である。
【図３】図１の排ガス処理システムを制御および／または監視する制御装置の機能的動作の概略図である。
【図４】ＳＣＲ触媒アセンブリの上流に注入されるＮＨ3または尿素の量を制御するコンピュータ実施方法の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の１つ以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、本明細書では実際の実施のすべての特徴を説明しないこともあり得る。あらゆる技術的プロジェクトにおいてそうであるように、そのような実際の実施の開発では、実施間で異なる場合があるシステム関連およびビジネス関連の制約の遵守等、開発者特有の目標を達成するために多数の実施特有の決定を行う必要があることは理解されるべきである。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間のかかるものであるかもしれないが、にもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって製作および製造の日常の仕事であることは理解されるべきである。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は要素の１つ以上が存在することを意味するものである。「備える」、「含む」および「有する」という用語は包含的であって、列挙された要素以外にもさらに要素が存在し得ることを意味するものである。
【００１１】
本開示は、エンジン排気からの排出物質を低減するために後処理システムを利用するシステムおよび方法を対象とする。特に、本開示の実施形態は、還元剤注入システムによってエンジン排気からの排出物質の低減を能動的に制御するように構成された触媒アセンブリ（例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ））を利用する。還元剤注入システムは、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流の流体に注入される還元剤（例えば、尿素）の量を制御するために利用されてもよい。ＳＣＲ触媒アセンブリの内部には、１つ以上の高周波（ＲＦ）センサが配置され、アンモニア（ＮＨ3）貯蔵量測定値が制御装置に出力されるようになっている。また、制御装置はＮＨ3貯蔵量推定モデルも利用する。制御装置は、ＮＨ3貯蔵量推定モデルの入力として、エンジン上または排ガス内に配置されたセンサを通してエンジン入力に関する情報（排ガス温度、排ガス流量等）を受け取る。さらに、制御装置は、ＮＨ3貯蔵量推定モデルの入力として、以下に限定されないが、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流に配置されたセンサ（例えば、ＮＯxセンサ、ＮＨ3センサ等）を通してＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流の排出物質（例えば、ＮＯx、ＮＨ3等）の濃度を含む情報も受け取る。受け取った情報に基づき、ＮＨ3貯蔵量推定モデルがＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量推定値を推定する。制御装置は、ＮＨ3貯蔵量推定値およびＮＨ3貯蔵量測定値を利用して誤差値またはシータ制御信号を算出する。シータ制御信号は、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流に注入される尿素／ＮＨ3の量を調整または維持する尿素／ＮＨ3注入指令を生成するために、ＮＯxおよび／またはＮＨ3の測定値とともに制御装置（例えば、尿素／ＮＨ3注入制御アルゴリズム）によって利用されてもよい。本開示のシステムおよび方法により、特にリーンバーンエンジン運転条件下で、ＮＯxおよびＮＨ3排出のより正確な監視および／または制御が可能になる。
【００１２】
ここで図面を参照し、図１は、エンジン１２に接続された排ガス処理（例えば、後処理）システム１０の概略図を示す。以下に詳細に説明するように、本開示の排ガス処理システム１０は排出物質の処理を監視および制御する。運転時、エンジン１２は、エンジン１２の部品（例えば、１つ以上のピストンまたはタービン）に駆動力を付与するために使用する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、その後、様々な排出物質（例えば、ＮＯx、炭化水素、一酸化炭素等）を含む排ガス１３としてエンジン１２から排出される。排ガス処理システム１０は、これらの排出物質を処理してより害の少ない排出物質（窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、水等）を生成する。図示のように、排ガス処理システム１０は、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４等、触媒コンバータまたは触媒アセンブリを備えている。ＳＣＲ触媒アセンブリ３４を備えた実施形態では、エンジン１２は、リーンバーンエンジンとして運転され、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４によって還元または他の処理を必要とするＮＯx排出物質を生成してもよい。ＳＣＲ触媒アセンブリ３４は、その触媒活性によって、多数の反応を経てＮＯxを還元させる。例えば、ＮＯxは、ガス還元剤（例えば、尿素）によって還元されてＮ2とＣＯ2とＨ2Ｏを発生させたり、無水物またはアンモニア水によって還元されてＮ2とＨ2Ｏを発生させたりすることができる。無水物またはアンモニア水によっていくつかの二次反応が生じて、硫酸アンモニアと硫酸水素アンモニアを発生させることもできる。ＳＣＲ触媒アセンブリ３４は、エンジン１２から排ガス１３を受け入れる入口５２と、ＳＣＲ触媒出口４２を経て後処理流体４３を放出させる出口４１を備えている。エンジン１２とＳＣＲ触媒アセンブリ３４との間には、流体導管５０が配置されている。ＳＣＲ触媒アセンブリ３４が排ガス１３を受け入れる準備のために、エンジン１２とＳＣＲ触媒アセンブリ３４との間に、他の装置（例えば、微粒子フィルター、スクラッバーまたは他の作業装置）があってもよい。具体的には、流体導管５０は、排ガス１３をＳＣＲ触媒アセンブリ３４のＳＣＲ触媒入口５２に導くようにエンジン１２に接続されており、それにより両者間の流体連通を可能にしている。
【００１３】
還元剤注入システム３８は、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流４０の流体への還元剤（例えば、尿素）注入量を制御するために利用されてもよい。エンジン１２がより燃料リッチな条件下で運転している場合には、エンジン１２がよりリーンな条件下で運転している場合よりも還元剤（例えば、尿素）注入量を多くすることができる。尿素の注入量を制御することにより、ＳＣＲ触媒出口４２でのＮＯx還元効率を向上させることができる。したがって、エンジン１２が以前よりリッチな条件で運転すると、所望のＮＯx還元効率を実現するために、還元剤注入システム３８が必要に応じて尿素を多めに注入することができる。同様に、エンジン１２のＮＯx排出が以前より少なくなると、還元剤注入システム３８による尿素注入を少なめにする。
【００１４】
エンジン１２は往復機関（例えば、２サイクルエンジン、４サイクルエンジン、６サイクルエンジン等のマルチサイクルエンジン）またはガスタービンエンジン等の内燃機関であってもよい。エンジン１２は様々な種類の燃料（例えば、天然ガス、ディーゼル、合成ガス、ガソリン等）で運転してもよい。エンジン１２はリーンバーンエンジンまたはリッチバーンエンジンとして運転してもよい。エンジン１２は、エンジン１２の運転を制御および監視するエンジン制御装置（例えば、制御装置）１４に接続されている。エンジン制御装置１４は処理回路（例えば、プロセッサ１６）と記憶回路（例えば、メモリ１８）を備えている。プロセッサ１６はエンジン１２の運転を行う命令を実行してもよい。エンジン出力における排ガス１３は、様々な温度や流量で出力される様々な排出物質（例えば、ＮＯx、炭化水素、ＮＨ3）を含む。センサ１５は、エンジン１２またはその下流に接続され、様々な排ガス１３パラメータの温度および流量を測定するように構成されている。エンジン１２の下流かつＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流に様々なセンサ１９が配置されてもよい。センサ１９には、流体流れ１３中のＮＨ3とＮＯxの濃度をそれぞれ測定する１つ以上のＳＣＲ前置アンモニア（ＮＨ3）センサ２０および／または１つ以上のＳＣＲ前置窒素酸化物（ＮＯx）センサ２２が含まれていてもよい。還元剤（例えば、ＮＨ3／尿素）注入制御装置２８が、ＳＣＲ前置ＮＨ3センサ２４および／またはＳＣＲ前置ＮＯxセンサ２２から測定濃度を受け取ってもよい。還元剤注入制御装置２８は、センサ２３からＳＣＲ触媒アセンブリ３４の下流のＮＨ3および／またはＮＯxの測定濃度を受け取ってもよい。センサ２３には、ＳＣＲ触媒出口４２から出る流体中のＮＨ3とＮＯxの濃度をそれぞれ測定するＳＣＲ後置アンモニア（ＮＨ3）センサ２４および／またはＳＣＲ後置窒素酸化物（ＮＯx）センサ２６が含まれていてもよい。還元剤注入制御装置２８は処理回路（例えば、プロセッサ３０）と記憶回路（例えば、メモリ３２）を備えている。プロセッサ３０がエンジン１２の運転を行う命令を実行してもよい。還元剤注入制御装置２８は注入システム３８の制御動作５４を実行するように構成されている。例えば、還元剤注入制御装置２８は、注入システム３８にＳＣＲ触媒アセンブリ３４の入口５２の上流４０の流体に注入される還元剤（例えば、ＮＨ3または尿素）の量を維持または変更させてもよい。
【００１５】
図２は制御装置２１の一実施形態のブロック図である。上記のように、制御装置１４は内燃系（エンジン）１２の運転を全般的に制御し、制御装置２８は還元剤注入システム３８を制御する。実施形態によっては、一つの制御装置２１で内燃系１２の運転と還元剤注入システム３８の両方を制御してもよい。制御装置２１は、本明細書に開示の技術を実行するために機械可読媒体（例えば、メモリ２５）に記憶された、プロセッサ（例えば、プロセッサ２７）により使用される非一時的なコードまたは命令を含んでいる。メモリ２５は、様々な表および／またはモデル（例えば、燃焼系１２、注入システム３８、並びに内燃系１２および注入システム３８の各部品の様々な態様を表現および／またはシミュレーションするソフトウェアモデル）を記憶してもよい。特定の実施形態では、メモリ２５の全体または一部が制御装置２１から取り外し可能である。制御装置２１は、エンジン入力６２等、センサおよびシステム１０の他の部品（例えば、ユーザーインターフェイス）からの１個以上の入力信号（入力1・・・入力n）を受け取り、１個以上の出力信号（出力1・・・出力n）を出力する。様々な入力信号には、エンジン出力（例えば、温度、流量）、排出物質濃度（例えば、ＮＨ3濃度）、後処理システム１０の他の動作状態等が含まれる。出力信号には、注入指令（例えば、制御動作５４）に対する調整や、システムに対する他の調整が含まれる。制御装置２１は１種類以上のモデル（例えば、プロセッサによって実行可能なソフトウェアベースのモデル）を利用してもよい。例えば、モデルとしては、回帰分析モデル等の統計モデルがある。回帰分析を用いて、一定の誤差範囲内で将来動向をモデル化できる機能を求めてもよい。連想技術を用いて変数間の関係を求めてもよい。また、モデルとともに利用されるデータとしては、過去のデータ、実験データ、知識ベースのデータ等がある。
【００１６】
制御装置２１は、注入される還元剤の許容量を設定する制御動作決定器を備えていてもよい。特定の実施形態では、制御装置２１が比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御装置を備えていてもよい。制御動作決定器はソフトウェアベースであっても、ハードウェアベースであっても、これらの組み合わせであってもよい。制御動作決定器は、後処理システム１０の随所に配置されたセンサ１９，２３から受け取った１つ以上の運転パラメータおよび／またはＳＣＲ触媒アセンブリ３４内部に配置された１本以上のＲＦプローブ３６によって測定されたＮＨ3貯蔵量測定値７０等の他の入力に基づいて、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４から排出される初期の、所望のＮＯx排出量を求めてもよい。特定の実施形態では、ＮＨ3貯蔵量推定器５７が、制御装置２１のメモリ２５に記憶されているＮＨ3貯蔵量推定モデル５６（例えば、プロセッサによって実行可能なソフトウェアベースのモデル）を利用してＮＨ3貯蔵量推定値６８を求めてもよい。ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６が依拠する運転パラメータには、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流４０および／または下流４５のＮＨ3および／または窒素酸化物の測定濃度、エンジン入力６２、ＲＦプローブ３６で測定されたＮＨ3貯蔵量測定値７０等が含まれる。その後、制御装置２１は、ＮＨ3貯蔵量推定値６８、エンジン入力６２およびＮＨ3貯蔵量測定値７０に少なくとも部分的に基づいて還元剤注入システム３８に対する制御動作５４を出力してもよい。特定の実施形態では、制御装置２１が、ＮＨ3貯蔵量推定値６８とＮＨ3貯蔵量測定値７０との間のＮＨ3貯蔵量誤差値７２を求め、ＮＨ3貯蔵量誤差値７２に少なくとも部分的に基づいて制御動作５４を出力してもよい。
【００１７】
図３は図１の排ガス処理システム１０を制御および／または監視する制御装置の機能的動作の概略図である。選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ３４内のＲＦプローブ３６によって測定されたＮＨ3貯蔵量測定値７０が、還元剤注入制御装置２８において利用される。上記のように、還元剤注入システム３８は、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流４０の流体内に対してある量の還元剤（例えば、尿素またはアンモニア）を注入するように構成されている。還元剤の量は還元剤注入システム３８によって制御され、制御動作５４を出力するために還元剤注入制御装置２８が利用される。例えば、還元剤注入制御装置２８によって出力される制御動作５４が、還元効率を向上させるように、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流４０の流体に注入される還元剤（例えば、尿素またはアンモニア）の流量を増大させる要求である場合がある。還元剤注入制御装置２８はアンモニア（ＮＨ3）貯蔵量推定モデル５６においていくつかの変数を利用する。ＮＨ3貯蔵量推定器５７はＮＨ3貯蔵量推定モデル５６を利用してＮＨ3貯蔵量推定値６８を求める。ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６において利用される変数には、ＳＣＲ前置ＮＯxセンサ２２から受け取ったＳＣＲ前ＮＯx濃度５８、ＳＣＲ前置ＮＨ3センサ２４から受け取ったＳＣＲ前ＮＨ3濃度６０、エンジン入力６２（例えば、エンジン出口の排ガス流量および排ガス温度）、および／またはそれらの組み合わせ等が含まれる。実施形態によっては、ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６を利用して、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流および／または下流のＮＯ濃度、ＮＯ2濃度および／またはＮＨ3濃度が個別に推定されてもよい。ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６は、エンジン運転入力６２に加えて、少なくともこれらの変数を利用する。エンジン入力６２は様々なエンジンパラメータを表す。エンジン１２は、エンジン（内燃系）１２の随所に配置され、エンジンパラメータ（エンジン１２で生成された排ガスの排出物質濃度、排出物質流量、排出物質温度等）を測定し、還元剤注入制御装置２８にフィードバック（エンジンパラメータを表す信号等）を提供する複数のセンサ１５を備えている。例えば、エンジン１２の内部、隣接位置または近位（例えば、下流）およびＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流に１つ以上のセンサ１５が配置されてもよい。１つ以上のセンサ１５は、処理（例えば、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４による処理）の前にエンジン１２で発生した排ガス１３中のＮＨ3、ＮＯxまたは他の排出物質や化学種の濃度を測定してもよい。１つ以上のセンサ１５からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて、還元剤注入制御装置２８が、エンジン１２がより燃料リッチの条件下で運転しているか否かを判定してもよい。エンジン１２がより燃料リッチの条件下で運転すると、結果として一般により高排出となり、排出を低減させてより害の少ない排出物質にする必要がある。ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６は少なくともこれらの変数を利用してＮＨ3貯蔵量推定値６８を生成する。
【００１８】
ＮＨ3貯蔵量推定値６８は、制御動作５４を生成するために還元剤注入制御装置２８によって利用される。還元剤注入制御装置２８は、ＮＨ3貯蔵量測定値７０を利用して制御動作５４を生成する。ＮＨ3貯蔵量測定値７０は、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４内に配置されたＲＦプローブ３６を通して受け取られる。ＲＦプローブ３６は、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４内に貯蔵されたＮＨ3の量を求めるために電圧測定値を出力する。実施形態によっては、還元剤注入制御装置２８は比例・積分・微分制御装置であってもよい。還元剤注入制御装置２８は、ＮＨ3貯蔵量推定値６８とＮＨ3貯蔵量測定値７０を利用してＮＨ3貯蔵量推定値６８とＮＨ3貯蔵量測定値７０との差である誤差値７２（例えば、シータ制御信号）を算出する。実施形態によっては、貯蔵量誤差値７２は、制御動作５４を出力するために、ＮＨ3貯蔵量推定モデル５６によって推定されたＮＯ、ＮＯ2、および／またはＮＨ3の濃度を利用してもよい。還元剤注入制御アルゴリズム７６は、ＮＨ3貯蔵量誤差値７２、ＳＣＲ後ＮＯx濃度６４、およびＳＣＲ後ＮＨ3濃度６６に基づいて制御動作５４を出力するプロセスを調整することによって、誤差を最小限にしようとする。制御動作５４は、還元剤量の増加または低減、還元剤温度の上昇または低下等の注入指令を含んでいてもよい。還元剤注入制御装置２８は、補正動作の必要を示すユーザーが知覚可能な信号を送出してもよい。例えば、還元剤注入制御装置２８のディスプレイまたは遠隔装置のディスプレイに文字形式の指標または視覚的指標が表示されてもよい。また、還元剤注入制御装置２８または遠隔装置において、視覚的信号（例えば、ＬＥＤ等の発光デバイスによる信号）または聴覚的信号（例えば、スピーカーによる信号）が供給されてもよい。還元剤注入制御装置２８は処理回路（例えば、プロセッサ３０）と記憶回路（例えば、メモリ３２）を備えている。プロセッサ３０は、システムパラメータ（燃料運転条件（例えば、燃料リッチ条件）、排出量（例えば、ＮＯx）等）を監視する命令や、ＳＣＲ触媒アセンブリ３４の入口５２から流入する流体４０の流量または温度を調節する（例えば、維持する）命令を実行してもよい。これらの命令は、メモリ３２等の有形で非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体（例えば、光ディスク、固体素子、チップ、ファームウェア）に記憶されるプログラムまたはコードの形に符号化されてもよい。さらに、プロセッサ３０はメモリ３２に記憶された表または値にアクセスしてもよい。実施形態によっては、還元剤注入システム３８がポンプまたは注入器によって能動的に駆動されてもよい。他の実施形態では、還元剤注入システム３８が受動的な同伴によって引き起こされてもよい。
【００１９】
図４はＳＣＲ触媒アセンブリ３４の上流４０に注入されるＮＨ3または尿素の量を制御するコンピュータ実施方法９０の実施形態のフローチャートである。この方法９０の工程のすべてまたは一部が還元剤注入制御装置２８によって（例えば、プロセッサ３０を利用してメモリ３２に記憶されたプログラムを実行し、データにアクセスすることによって）実行されてもよい。方法９０はエンジンから実際の運転パラメータを受け取る工程（ブロック９２）を含む。方法９０は、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流の流体中のＮＯx濃度を受け取る工程（ブロック９４）および／またはＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流の流体中のＮＨ3濃度を受け取る工程（ブロック９６）を含んでもよい。方法９０はＮＨ3貯蔵量推定モデルを利用してＮＨ3貯蔵量推定値を求める工程（ブロック９８）をさらに含む。方法９０はＲＦプローブを通してＮＨ3貯蔵量測定値を受け取る工程（ブロック１００）をさらに含んでもよい。方法９０は、ＮＨ3貯蔵量推定値とＮＨ3貯蔵量測定値との間の誤差値を求めて補正し、このＮＨ3貯蔵量誤差値に基づいて制御動作を出力する工程と、ＳＣＲ前ＮＯx濃度とＳＣＲ後ＮＯx濃度との間のＮＯx誤差値を求めて（ブロック１０２）このＮＯx誤差値に基づいて制御動作を出力する工程（ブロック１０４）をさらに含んでもよい。出力される動作には、還元剤流量の増加または低減、還元剤温度の上昇または低下等がある。目的のＮＯx低減が達成されれば、還元剤注入制御装置２８は現在の還元剤注入指令を維持して現在の還元効率を継続させる。
【００２０】
本開示の実施形態の技術的効果には、後処理システムを利用してエンジン排気からの排出物質を低減させるシステムおよび方法が含まれる。本開示の実施形態は、還元剤注入システムによって排ガスからの排出物質低減を能動的に制御するように構成された触媒アセンブリ（例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ））を利用する。還元剤注入システムは、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流の流体に注入される還元剤（例えば、尿素またはＮＨ3）の量を制御するために利用されてもよい。ＳＣＲ触媒アセンブリの内部には、高周波（ＲＦ）センサが配置され、アンモニア（ＮＨ3）貯蔵量測定値が制御装置に出力されるようになっている。また、制御装置はＮＨ3貯蔵量推定モデルも利用する。ＮＨ3貯蔵量推定モデルは、エンジン上または排ガス内に配置されたセンサを通してエンジン入力に関する情報（排ガス温度、排ガス流量等）を受け取る。さらに、ＮＨ3貯蔵量推定モデルは、以下に限定されないが、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流に配置されたセンサ（例えば、ＮＯxセンサ、ＮＨ3センサ等）を通してＳＣＲ触媒アセンブリの上流および／または下流の排出物質（例えば、ＮＯx、ＮＨ3等）の濃度を含む情報も受け取る。受け取った情報に基づき、ＮＨ3貯蔵量推定モデルがＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量推定値を推定する。制御装置は、ＮＨ3貯蔵量推定値およびＮＨ3貯蔵量測定値を利用して誤差値またはシータ制御信号を算出し、算出した誤差値を利用してシータ制御信号を生成する。シータ制御信号は、ＳＣＲ触媒アセンブリの上流に注入される尿素／ＮＨ3の量を制御（例えば、調整、維持）する尿素／ＮＨ3注入指令を生成するために、ＮＯxおよび／またはＮＨ3の測定値とともに制御装置（例えば、尿素／ＮＨ3注入制御アルゴリズム）によって利用されてもよい。本開示のシステムおよび方法により、特にリーンバーンエンジン運転条件下で、ＮＯxおよびＮＨ3排出のより正確な監視および／または制御が可能になる。
【００２１】
本明細書は、最良の形態を含む例を用いることで、本発明を開示するとともに、当業者が装置またはシステムを製造および使用すること、組み込まれた方法を実行することを含む、本発明の実施ができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者が想起するその他の例も含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言葉と相異しない構造的要素を有する限り、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とわずかにしか相異しない同等の構造的要素を含む限り、特許請求の範囲に包含される。
［実施態様１］
入口（５２）と出口（４１）を有し、燃焼機関（１２）からの流体（４０）を受け入れる選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ（３４）と、前記ＳＣＲ触媒の内部に配置され、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア（ＮＨ3）貯蔵量を測定する少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブ（３６）と、前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流の流体にＮＨ3または尿素を注入する注入システム（３８）とを備え、前記燃焼機関（１２）からの排出物質を処理する排ガス後処理システム（１０）と、
前記排ガス後処理システム（１０）に流体連通可能に接続され、前記排ガス後処理システム（１０）の動作の制御、前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中の窒素酸化物（ＮＯx）の測定濃度（６０）またはＮＨ3の測定濃度（５８）を表す信号の受信、および前記ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＯxの測定濃度またはＮＨ3の測定濃度を表す信号の受信、またはそれらの任意の組み合わせを実行するとともに、前記少なくとも１本のＲＦプローブ（３６）からＮＨ3貯蔵量測定値（７０）を表す信号を受け取る制御装置（２８）と、
少なくとも前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中のＮＯxの測定濃度またはＮＨ3の測定濃度を表す信号、前記ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＯxの測定濃度またはＮＨ3の測定濃度を表す信号、またはそれらの任意の組み合わせに基づいてＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求めるＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）とを備え、
前記制御装置（２８）が、少なくとも推定された前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）の両方を利用して前記注入システム（３８）の制御動作（５４）を出力する、システム。
［実施態様２］
前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流に配置されて前記入口（５２）の上流（４０）の流体中のＮＯx濃度（５８）を測定するか、または前記ＳＣＲ触媒の出口（４１）の下流に配置されて前記出口（４１）の下流の流体中のＮＯx濃度を測定する第１のＮＯxセンサ（２２）を備えた、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流に配置されて前記入口（５２）の上流（４０）の流体中のＮＨ3濃度（６０）を測定するか、または前記ＳＣＲ触媒の出口（４１）の下流に配置されて前記出口（４１）の下流の流体中のＮＨ3濃度を測定する第１のＮＨ3センサ（２０）を備えた、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様４］
前記燃焼機関（１２）の運転パラメータを測定する１つ以上のセンサ（１５）を備えた、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様５］
前記制御装置（２８）は、前記燃焼機関（１２）の運転パラメータを受け取り、前記ＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前記運転パラメータに少なくとも部分的に基づいて前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求める、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様６］
前記制御動作（５４）には、前記ＳＣＲ触媒の入口（５２）の上流（４０）の流体に注入されるＮＨ3または尿素の量を調整することが含まれる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様７］
前記制御装置（２８）は、前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）の流体中のＮＯxの測定濃度（５８）およびＮＨ3の測定濃度（６０）を表す信号を受け取る、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
前記燃焼機関（１２）が前記排ガス後処理システム（１０）に接続されている、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様９］
前記制御装置（２８）は、前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）との間のＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）を求め、該ＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）に基づいて前記制御動作（５４）を出力する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１０］
燃焼機関（１２）からの排出物質を処理する排ガス後処理システム（１０）の制御装置（２８）を備えたシステムであって、
前記制御装置（２８）は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ（３４）の上流（４０）の流体中のアンモニア（ＮＨ3）の測定濃度（５８）もしくは窒素酸化物（ＮＯx）の測定濃度（６０）を表す信号、前記ＳＣＲ触媒の下流の流体中のＮＨ3の測定濃度もしくはＮＯxの測定濃度を表す信号、またはそれらの任意の組み合わせを受け取り、ＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前記ＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度（５８）および／またはＳＣＲ触媒の上流または下流の流体中のＮＯxの測定濃度（６０）に基づいてＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求め、前記ＳＣＲ触媒内に配置された少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブ（３６）から前記ＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵量測定値（７０）を表す信号を受け取り、少なくとも前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）と前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）の両方に基づいて、注入システム（３８）によって前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）の入口（５２）の上流（４０）の流体に注入される尿素またはアンモニアの量を制御する、システム。
［実施態様１１］
前記制御装置（２８）は、前記燃焼機関（１２）の前記測定されたパラメータを表す信号を受け取る、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１２］
前記制御装置（２８）は、前記ＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前記測定された運転パラメータに少なくとも部分的に基づいてＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求める、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１３］
前記制御装置（２８）は比例・積分・微分制御装置である、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記制御装置（２８）は、前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）との間のＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）を求め、該ＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）に基づいて前記制御動作を出力する、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１５］
燃焼機関（１２）に接続された選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒アセンブリ（３４）の入口（５２）の上流（４０）の流体への尿素またはアンモニア（ＮＨ3）注入を制御する方法であって、
制御装置（２８）を利用して前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）の上流および／または下流の窒素酸化物（ＮＯx）の測定濃度（５８）および／またはＮＨ3の測定濃度（６０）を表す信号を受け取る工程と、
前記制御装置（２８）を利用して前記ＳＣＲ触媒内に配置された少なくとも１本の高周波（ＲＦ）プローブ（３６）から前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）のＮＨ3貯蔵量測定値（７０）を表す信号を受け取る工程と、
ＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）を利用して少なくとも前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）または下流の流体中のＮＯxの測定濃度（５８）を表す信号および／または前記ＳＣＲ触媒の上流（４０）または下流の流体中のＮＨ3の測定濃度（６０）を表す信号に基づいてＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求める工程と、
前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）および前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）に少なくとも部分的に基づいて注入システム（３８）の制御動作（５４）を出力し、前記注入システム（３８）が前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）の入口（５２）の上流（４０）の流体に対してある量のＮＨ3または尿素を注入する工程と
を含む、方法。
［実施態様１６］
前記制御装置（２８）を利用して、前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）と前記ＮＨ3貯蔵量測定値（７０）との間のＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）を求め、該ＮＨ3貯蔵量誤差値（７２）に基づいて前記制御動作（５４）を出力する工程を含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記制御動作（５４）には、ＮＨ3または尿素の注入速度を調整して前記ＳＣＲ触媒アセンブリ（３４）から排出される所望のＮＯx排出量を達成させるＮＨ3または尿素注入指令を生成することが含まれる、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
前記制御動作（５４）には、前記燃焼機関（１２）の測定された運転パラメータを表す信号を受け取ることが含まれる、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１９］
前記制御動作（５４）には、前記ＮＨ3貯蔵量推定モデル（５６）を利用して前期運転パラメータに少なくとも部分的に基づいて前記ＮＨ3貯蔵量推定値（６８）を求めることが含まれる、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記運転パラメータには、前記燃焼機関（１２）から排出される排ガスの流量および温度が含まれる、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００２２】
１０  排ガス処理システム
１２  エンジン、内燃系、燃焼系
１３  排ガス
１４  エンジン制御装置
１５  センサ
１６  プロセッサ
１８  メモリ
１９  センサ
２０  ＳＣＲ前置ＮＨ3センサ
２１  制御装置
２２  ＳＣＲ前置ＮＯxセンサ
２３  センサ
２４  ＳＣＲ後置ＮＨ3センサ
２５  メモリ
２６  ＳＣＲ後置ＮＯxセンサ
２７  プロセッサ
２８  還元剤注入制御装置
３０  プロセッサ
３２  メモリ
３４  ＳＣＲ触媒アセンブリ
３６  ＲＦプローブ
３８  還元剤注入システム
４０  上流
４１  出口
４２  ＳＣＲ触媒出口
４３  後処理流体
４５  下流
５０  流体導管
５２  ＳＣＲ触媒入口
５４  制御動作
５６  ＮＨ3貯蔵量推定モデル
５７  ＮＨ3貯蔵量推定器
５８  ＳＣＲ前ＮＯx濃度
６０  ＳＣＲ前ＮＨ3濃度
６２  エンジン入力
６４  ＳＣＲ後ＮＯx濃度
６６  ＳＣＲ後ＮＨ3濃度
６８  ＮＨ3貯蔵量推定値
７０  ＮＨ3貯蔵量測定値
７２  ＮＨ3貯蔵量誤差値
７６  還元剤注入制御アルゴリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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