(57)【要約】発明者らのコンセプトは、燃料改質器（１０４）とＬＮＴ（１０５）とを連続的に備えた排気後処理システムを備える動力発生システム（１００）を制御することに関する。脱硫過程にわたり、燃料改質器（１０４）の上流での燃料注入が、希薄濃度段階と高濃度段階を交互に行い、かつＬＮＴ（１０５）の温度を制御するためにパルス化される。ＬＮＴ（１０５）の温度は、希薄濃度段階の最後における燃料改質器（１０４）のための最小温度、希薄濃度段階の長さ、又はパルス周波数を操作することによって制御される。好適には、燃料改質器（１０４）が所定の最大温度に到達するときに、高濃度段階が停止する。当該方法は、ＬＮＴ（１０５）温度を正確に制御する一方、燃料改質器（１０４）の温度を規制するのに効果的である。
2010526233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
NOxを含む希薄濃度排気を生成するディーゼルエンジン（１０１）を作動し；
前記希薄濃度排気を、連続的に、燃料改質器（１０４）と、前記排気からのNOxの一部を吸収する希薄濃度NOxトラップ（１０５）とを通過させ；
時々、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）を脱硫し；
脱硫中、前記燃料改質器（１０４）から上流の排気へパルス化して燃料注入し、該パルス化により、希薄濃度全体と高濃度全体を交互に変更する前記燃料改質器（１０４）に入る排気-燃料混合物を得；
前記脱硫の過程にわたり、希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度に関連する測定値を得、かつ、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を推定するために前記測定値を使用し；
当該推定値と、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の脱硫温度の設定ポイントとを比較し；及び、
前記推定値が十分な速さで上昇する場合を除き、前記推定値が前記設定ポイント未満であるときに前記パルス周波数が増加するように、かつ、前記推定値が十分に急速に下降する場合を除き、前記推定値が前記設定ポイントよりも大きいときに前記パルス周波数が減少するように、前記設定ポイントに、前記推定値を近づけさせることを含むことを特徴とする動力発生システム（１００）を作動する方法。
【請求項２】
前記燃料改質器（１０４）は、パルス間で最小温度に冷えることが許容され、並びに、前記パルス周波数は、前記最小温度を下げることによって低下し、かつ、前記最小温度を上げることによって上昇することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パルスは、所定の最大温度に近づきながら、前記燃料改質器（１０４）に基づき停止することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記最大温度は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度とは、独立していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記測定値は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の内部又は該トラップ（１０５）から下流に位置付けされた温度測定装置によって取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
NOxを含む希薄濃度排気を生成するディーゼルエンジン（１０１）を作動し；
前記希薄濃度排気を、連続的に、燃料改質器（１０４）と、前記排気からのNOxの一部を吸収する希薄濃度NOxトラップ（１０５）とを通過させ；
時々、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）を脱硫し；
脱硫の過程にわたり、高濃度の間、高濃度の排気-燃料混合物の全体を前記燃料改質器（１０４）に供給し、前記燃料改質器（１０４）により合成ガスを生成し、かつ、前記燃料改質器（１０４）を加熱することと、希薄濃度の間で、燃料をほとんど含まないか全く含まない希薄濃度の排気混合物を前記燃料改質器（１０４）に供給し、かつ、前記燃料改質器（１０４）を冷却するようにすることを繰り返し、これらによって、前記燃料改質器温度は、前記高濃度段階の最後近くで最大値に達し、かつ、前記希薄濃度段階の最後近くで最小値に達するようにされ、；
前記脱硫過程にわたり、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度に関連した測定値を得、かつ、該測定値を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を推定するために使用し；
前記推定値と、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）のための脱硫温度の設定ポイントとを比較し、
前記推定値を、前記最小燃料改質器温度を変化させる操作によって前記設定ポイントに近づかせる方法であって、
前記最大燃料改質器温度は変化しないか、若しくは前記最小値が変化する速さの半分以下に変化し；
前記操作は、前記推定値が十分な速さで上昇する場合を除き、前記推定値が前記設定ポイント未満である場合に、最大燃料改質器温度と最小燃料改質器温度との差を減少させ；
及び、
前記操作は、前記推定値が十分な迅速さで減少する場合を除き、前記推定値が前記設定ポイントより大きい場合に、前記最大燃料改質器温度と前記最小燃料改質器温度との差を増加させることを含むことを特徴とする動力発生システム（１００）を作動する方法。
【請求項７】
前記希薄濃度段階は、所定の最小値に到達する前記燃料改質器（１０４）の温度の推定値に応じて停止することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記最小値は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を下げるために小さくされ、かつ、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を上げるために大きくされることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記高濃度段階は、所定の最大温度に近づきながら、前記燃料改質器（１０４）の温度の推定値に応じて停止することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
NOxを含む希薄濃度排気を生成するディーゼルエンジン（１０１）を作動し；
前記希薄濃度排気を、連続的に燃料改質器（１０４）と、前記排気からのNOxの一部を吸収する希薄濃度NOxトラップ（１０５）とを通過させ；
時々、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）を脱硫し；
脱硫の過程にわたり、高濃度の間、高濃度の排気-燃料混合物の全体が前記燃料改質器（１０４）に供給し、前記燃料改質器（１０４）により合成ガスを生成し、かつ、前記燃料改質器（１０４）を加熱することと、希薄濃度の間で、燃料をほとんど含まないか、全く含まない希薄濃度の排気混合物を前記燃料改質器（１０４）に供給し、かつ、前記燃料改質器（１０４）を冷却するようにすることを繰り返し、これらによって、前記燃料改質器温度は、前記高濃度段階の最後近くで最大値に達し、かつ、前記希薄濃度段階の最後近くで最小値に達するようにされ、；
前記脱硫過程にわたり、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度に関連した測定値を得、かつ、該測定値を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度を推定するために使用し；
前記推定値を、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）のための脱硫温度に近づけさせるために操作される変数を制御する方法であって、
前記操作される変数は、前記希薄濃度段階の最後における前記燃料改質器（１０４）のための一以上の最小温度、前記希薄濃度段階の持続時間及びパルス周波数を含むことを特徴とする動力発生システム（１００）を作動する方法。
【請求項１１】
前記操作される変数は、前記希薄濃度段階の最後での、燃料改質器（１０４）の最小温度であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記操作される変数は、前記希薄濃度段階の持続時間であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記操作される変数は、前記パルス周波数であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記高濃度間隔は、所定の最大温度に近づく前記燃料改質器（１０４）に基づき、終えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記最大温度は、前記希薄濃度NOxトラップ（１０５）の温度とは、独立したものであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気後処理手段を備えたディーゼル動力発生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンからのNOxの排出は環境問題である。米国を含む数カ国では、トラック及び他のディーゼル動力車からのNOxの排出を制限する規制は、長い間未決定のままにある。製造者及び開発者は、これらの規制を満たすべく、かなりの努力を注いできた。
【０００３】
理論混合比（ストイキ比）の燃料と空気との混合物を利用するガソリン動力車において、NOx排出を制御する三元触媒が提示されてきた。圧縮点火を利用するディーゼル動力車において、一般的に、三元触媒は、あまりに酸素濃度が高い（酸素リッチの）ため、排気が効果的になされない。
【０００４】
ディーゼル動力車からのNOx排出を制御するいくつかの解決策が提案されてきた。解決糸口の１つは、エンジンに焦点が当てられている。排気ガスの再循環及び燃料と空気との混合物を部分的に均一化するような技術は役立つが、これらの技術だけではNOx排出は除去されない。解決糸口の他のものは、車の排気からNOxを除去する。これらの解決糸口は、希薄燃焼（リーンバーン）NOx触媒、選択的触媒還元（SＣR）触媒及び低濃度NOxトラップ(LNTs)を含む。
【０００５】
希薄燃焼NOx触媒は、酸素高濃度条件下におけるNOxの還元を促進する。酸化雰囲気中におけるNOxの還元は難しい。要求される活性、耐久性、及び作用温度領域を含む希薄燃焼NOx触媒を見出す挑戦が難しいことが分かってきた。ディーゼル燃料のような還元剤は、３％以上の燃料の経済的損失をもたらしながら、希薄NOx還元のための排出に供給される。現在、希薄燃焼NOx触媒のためのピークNOx転化（変換）効率は認可されないほど低い。
【０００６】
一般に、SCRは、アンモニアによるNOxの選択的触媒還元を指す。その反応は酸化雰囲気中でさえ起こる。NOxは一時的に吸着剤に蓄積可能であり、又は、アンモニアは連続的に排気ガス中に供給可能である。SCRはNOx還元の高水準を成し遂げることができるが、アンモニア又は適当な先駆物質を供給するためのインフラの不足に不利な点がある。他の懸念は、環境中へのアンモニア放出の可能性に関わる。
【０００７】
LNTｓ（複数形）は、低濃度排気条件下でNOxを吸着し、かつ、その吸着されたNOxを高濃度条件下で還元して放出するデバイス（素子）である。一般的に、LNTはNOx吸着剤及び触媒を含む。吸着剤は、典型的にBaCO3のようなアルカリ土類化合物であり、かつ、触媒は、典型的にPt及びRhを含む貴金属の組み合わせである。低濃度排気において、触媒はNOx吸着を導出する反応を速める。還元環境において、反応によって炭化水素の還元剤は、より活性な種に変換されるその反応を速め、また、水-空気シフト反応を速め、それがより少ない活性COからより多い活性水素を生成し、そして、反応によって吸収されたNOxが還元かつ脱着されるその反応を速める。典型的な作用手順では、ＬＮＴを再生成（脱硝）するため、還元環境は、ときに排気内部で作り出される。
【０００８】
蓄積されたNOxを取り除くための再生成は極く稀にしか実行されないが、脱硫と区別するために脱硝と称される。還元環境はいくつかの方法で作り出される。解決糸口の１つは、高濃度の排気-還元混合物を生成するエンジンを使用する。例えば、エンジンは、排気を放出する前に１以上の個数のシリンダ内部の排気中に余分な燃料を注入することができる。還元環境はまた、還元剤を、エンジンから下流に向けて、薄い濃度の排気にして注入することにより作り出すことが可能である。各場合に、還元剤の一部は、一般的に、排気と反応し、かつ排気内の過剰な酸素を消費する。過剰の酸素量を減じ、かつ、過剰の酸素を消費しながらかつ浪費される還元剤の量を減じるために、エンジンがスロットル動作される。しかし、このようなスロットルの動作は、いくつかのエンジンの性能に逆効果を与えねない。
【０００９】
還元剤は、燃焼又は反応生成物の改質のいずれかによって、過剰酸素を消費することができる。典型的には、反応生成物が、酸化触媒を覆い又は燃料改質器の中で、ＬＮＴの上流で発生する。還元剤はまた、ＬＮＴ中で直接酸化できるが、一方で、このことは、より速い熱的エージングをもたらしがちである。米国特許公開番号２００４／００５００３７（以下「'037公開」と称する）は、ＬＮＴから上流の排気ラインに配置された燃料改質器を備えた排気システムについて説明している。改質器は、酸化触媒と蒸気改質触媒との両方を含む。改質器は、排気から余剰酸素を除去し、かつ、ディーゼル燃料還元剤の一部を、より反応性の高い改質物へと変換する。
【００１０】
NOxを蓄積することに加え、ＬＮＴｓは、SOxを蓄積する。SOxは、通常の燃料に存在する硫黄の燃焼生成物である。還元された硫黄燃料と共にでさえ、燃焼により生成されたSOxの総量は大変多い。SOxは、NOxよりさらに強力に吸着すると共に、頻度が低下しても、より厳密に生成することが要求される。脱硫には、還元雰囲気ばかりでなく昇温も必要とする。
【００１１】
脱硫中は、厳密にＬＮＴ温度を制御することが望ましい。ＬＮＴ温度が低すぎると、脱硫に余分な時間がかかり、その結果、高い燃料代がかかる。ＬＮＴ温度が仮に高くなると、触媒は不可逆的な非活性化状態となる。
【００１２】
排気温度は、希薄燃焼ガソリンエンジンの場合、特にエンジン手段によって高まる。しかし、少なくともディーゼルエンジンの場合は、しばしば、付加的な熱をＬＮＴに供給することが必要である。典型的には、この熱は、過剰な酸素を排気から除去するのに使用されたのと同手段によって供給される。'037公開では、燃料改質器によって上流で生成された熱は、下流のＬＮＴを脱硫温度まで加熱するために使用される。そして、ＬＮＴ温度は、燃料改質温度によって制御される。燃料改質器はまた、ディーゼル燃料よりも、脱硫のために、より活性な合成ガス（syn gas）を供給する。
【００１３】
合成ガスの生成中、燃料改質器は、特に排気酸素濃度が８％以上の場合に、制御不可能な状態で加温する。'037公開は、燃料注入をパルス化（脈動化）することによって、この課題を取り上げている。高濃度（リッチ）段階では、燃料改質器は合成ガスを生成し、加温する。希薄濃度段階では、燃料改質器は冷却される。希薄濃度(リーン)段階と高濃度段階を交互に行って、燃料改質器の温度が狭い範囲に維持可能である。
【００１４】
脱硫中に、希薄濃度段階と高濃度段階を交互に行うことは、米国特許６,５３０,２１６（以下「'216特許」と称する）にも記載されているが、まったく異なる理由のためのものである。'216特許によれば、還元剤濃度が高く、高濃度段階が長い場合に、SOxは、H２Sとして放出される。H２Sの放出は、その強力かつ不快な臭いのため望まれない。低い還元剤濃度は、脱硫が長引くために望まれない。２秒から１０秒ごと、高濃度段階を制限するために燃料注入をパルス化にすることによって、高い還元剤濃縮物が、H２SよりはむしろSO２としてのSOxを放出する間に使用可能である。
【００１５】
以上の進歩にもかかわらす、耐久性があり、信頼性が高く、製造及び運転コスト（燃料代を含む）が許容範囲にあり、かつ、米国環境保護庁(EPA)の２０１０年規制および他の同様な規制に十分対応するディーゼルエンジンからのNOx排出を制限することができる排気ガス後処理システムが、長年にわたって要求されてきた。
【発明の概要】
【００１６】
発明者らのコンセプトは、連続的に燃料改質器とLNTとを備えた排気後処理システムを備えた動力発生システムを制御することに関する。特に、本発明は、脱硫中、LNT温度を制御する一方、燃料改質器の動作を規制するために、LNTの上流の燃料注入を制御する方法に関する。
【００１７】
発明者らのコンセプトの一態様は、LNT温度が、燃料改質器が燃料注入期間の冷却を許容するこの最小温度を操作することによって、まず、設定ポイント温度に近づけるために制御される。燃料注入（燃料パルス化）の過程にわたり、燃料改質器は、燃料の反応により最大温度まで加熱する。最大温度は大きく変化しないか、又は最小温度と同一の温度まで少なくとも変化しない。燃料パルス化の間隔にわたり、制御アルゴリズムによって決定される最小温度に到達するまで冷却が許容される。
【００１８】
最小温度の上昇は、LNT内の反応が度合いが増加するほど改質器の温度への影響が大きくならないように、LNTを加熱させる。高濃度段階からの還元剤は、LNTを加熱するLNT内部の希薄濃度段階からの酸素と反応する。この反応の程度は、燃料パルスが短くなるにつれて増加する。LNTが加熱するにつれ、より短いパルスが使用される。設定温度に到達するにつれ、パルスは、加熱速度を安定するために長くなる。発明者らは、この方法が、脱硫中、狭い範囲内でLNT温度を安定に維持するときに優れていることを見出した。さらに、パルス長は、脱硫の容量のために長く保たれる。これは、還元剤が効率的に使用されることを確実にする観点から望ましい。パルスが比較的長い一方、パルスは、H2Sの生成を避けるのに実質的になお十分に短い。燃料改質器は、特に燃料注入のパルスが到達する場合に、所定の最大燃料改質器温度に到達することに基づいて、過剰な加熱から保護される。
【００１９】
最大燃料改質温度を、固定温度又はより低い温度に変更する一方、最小燃料改質温度を調節することにより、パルス周波数を変更させる。したがって、発明者らのコンセプトの他の態様は、燃料パルス周波数により、LNT温度を制御することである。好ましくは、改質器が各パルスにより加熱する最大温度は、比較的に一定に維持される。このことは、望ましいパルス周波数を達成するために、希薄濃度段階が停止するポイントを変更することによって成し遂げられうる。
【００２０】
最大燃料改質温度を、固定し又はそれをより低い温度に変更する一方、最小燃料改質器温度を調整することで、燃料改質器が冷却する間の希薄濃度段階の長さを変更させることも注記される。したがって、本発明者らのコンセプトのさらなる態様は、希薄濃度段階の長さによってLNTを制御することである。
【００２１】
発明者らのコンセプトのさらなる態様は、希薄濃度の排気を、連続的に燃料改質器を通過させ、それから希薄濃度NOxを通過させながら、希薄濃度排気を生成するためのディーゼルエンジンを操作することを含む動力発生システムの操作方法である。時々、希薄濃度NOxのトラップは脱硫される。脱硫過程にわたり、高濃度間隔と希薄濃度間隔とを変更するように燃料が排気に供給される。高濃度間隔では、その間、全体的に高濃度な排気と燃料との混合物が燃料改質器に供給される。希薄濃度期間では、その間、ほとんど又は全く燃料がない、全体的に希薄濃度排気混合物が燃料改質器に供給される。高濃度間隔では、燃料改質器は合成ガス（synガス）及び熱を生成する。希薄濃度期間で燃料改質器が冷却する。結果として、燃料改質器の温度は、高濃度段階の最後付近で最大に、かつ、希薄濃度段階の最後付近で最小に達する。
【００２２】
この方法によれば、脱硫の過程にわたる希薄濃度NOxトラップの温度に関連する測定値が、希薄濃度NOxトラップの温度を推定するために、取得かつ使用される。操作される量は、希薄濃度NOxトラップのための温度の設定ポイントに、推定値を近づかせるように制御される。設定ポイントは、ＬＮＴ脱硫のためのものである。操作される量は、希薄濃度段階の最後での燃料改質器のための最小温度、希薄段階の長さ及びパルス周波数からなるグループから選択される要素を含む。
【００２３】
操作される量は、比例-積分-微分（PID）制御のような適切なアルゴリズムのいずれかによって制御可能である。本発明者らのコンセプトによれば、加熱速度がまだ十分でない場合ならば、比例及び／又は積分その他は、最小燃料改質器温度を上昇させ、かつ、LNTの推定温度が設定温度未満のときにパルス周波数を減少させる。この場合には、微分項その他は、最小燃料加湿温度内のさらなる増加を妨げると共に、パルス周波数内の減少を妨げる。同様に、冷却速度が既に十分でなければ、最小燃料改質温度が減少し、かつ、LNTの推定温度以上のときに、パルス周波数が増加する。
【００２４】
この概要の第１の目的は、以下のより詳細な説明を容易に理解するための簡略化された形態中の発明者の概念において現在確定されたものである。この概要は、発明者の概念の全ての包括的説明あるいは発明者の考えられる「発明」の概念のあらゆる組合せではない。発明者の他の概念は、図と共に以下の詳細な説明により、一当業者に示唆されるであろう。ここで開示された明細書の記載は、一般化、限定化および以下の請求項のために確保されたそれら発明として、発明者が請求する基本的な記載と共に種々の方法で組み合わされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明者のコンセプトが実行可能である例示的な動力発生システムの概略図である。
【図２】本発明者のコンセプトを用いている、制御される脱硫過程にわたる、LNTの出力で排気酸素濃度のプロットである。
【図３】本発明者のコンセプトを用いている、制御される脱硫過程にわたる、測定されかつ設定されたLNT温度のプロットである。
【図４】本発明者のコンセプトを用いている、燃料改質のブリックと冷却温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、発明者のコンセプトのいくつかの例が適用可能な動力発生システム１００の概略図である。動力発生システム１００は、発明者らのコンセプトが適用できる動力発生システムばかりでなく、以下に記載される様々なコンセプトが、好適な実施形態に関連するシステム１００に近似したシステム及びシステム１００の個々の構成要素のため初めに開発された。動力発生システム１００は、その中の排気後処理システム１０３中の構成要素であるところの、ディーゼルエンジン１０１及び排気ライン１０２を含む。排気後処理システム１０３は、燃料改質器１０４、希薄濃度NOxトラップ１０５及びアンモニア-SCR触媒１０６を含む。燃料注入器１０７は、燃料改質器１０４の上流の排気ライン１０２に燃料を注入するように構成される。制御器１０８は、エンジン１０１の動作状態、熱電対１０９によって測定される燃料改質器１０４の温度及び熱電対１１１によって測定されるLNT105の温度の情報に基づいて燃料注入を制御する。NOxセンサ１１０によって取得されたNOx濃度測定は、脱硝処理を計画するのに役立つ。
【００２７】
ディーゼルエンジン１０１は、圧縮イグニッションエンジンである。圧縮イグニッションディーゼルエンジンは、通常、約４％から約２１％の濃度のO２を含む排気を生成する。高濃度の排気と還元剤との混合物の全体が、いかなる還元剤をもエンジン１０１から下流の排気に注入することは好ましいけれども、シリンダ排気ストロークの間、排気にディーゼル燃料を注入することによって形成可能である。エンジン１０１は、一般に、排気ガス再循環（EGR）システムを備えており、インテイク・エアスロットルを用いてさらに構成される。これらのいずれかは、排気酸素濃度を減少させ、かつ、全体的に高濃度排気-還元剤混合物を生成するのに必要な還元剤の量を減じるのに使用可能である。希薄濃度のガソリンエンジン又は均一なチャージ圧縮イグニッションエンジンは、エンジン１０１に代わり使用可能である。エンジン１０１は、NO及びNO２から実質的に成るNOxを含む排気を生成するために作動する。
【００２８】
エンジン１０１は、一般的に、ミディアム（中間）デューティ（中型）又はヘビーデューティ（大型）のディーゼルエンジンである。発明者らのコンセプトは、動力発生システムであって、ライトデューティ（軽量）のディーゼル及び希薄燃料のガソリンエンジンを含むが、排気後処理システムの性能要求は、エンジンが、中間デューティ又はヘビーデューティのディーゼルエンジンであるときに、一般に、より大きい。希薄濃度の（リーンバーン）ガソリンエンジンからの最小排気温度は、ライトデューティのディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも一般的に高い。そして、ライトデューティのディーゼルエンジンの最小排気温は、一般的に、中間デューティのディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも高く、そして、中間デューティのディーゼルエンジンからの最小排気温度は、一般的にヘビーデューティのディーゼルエンジンからの最小排気温度よりも高い。より低い排気温度は、NOxの軽減をより困難にし、かつ、燃料改質器の機動を停止することをより難しくさせる。中間デューティのディーゼルエンジンは、少なくとも約４リットル、典型的には約７リットルの排気量を備えるものである。ヘビーデューティのディーゼルエンジンは、少なくとも約１０リットル、典型的には約１２リットルから約１５リットルの排気量を備えるものである。
【００２９】
エンジン１０１からの排気は、排気ライン１０２へのマニフォールドによって導かれる。排気ライン１０２は、一般に、ただ１つのチャンネル（管）を含むが、数個の平行なチャンネルとして構成可能である。排気ライン１０２は、好適には、排気バルブ又はダンパーを用いることなく構成される。特に、排気ライン１０２は、例えば、平行な排気チャネルの中の複数のLNTｓ１０５のうちの、排気口の分布を変更するならば使用可能なバルブ又はダンパーなしで好適に構成される。発明者らのコンセプトは、ダンパーの排気バルブを備える後処理システムに適用可能であるが、排気バルブ又はダンパーの存在は、LNTの再生成を管理することの検討を大いに変更し得る。バルブ又はダンパーは、燃料プロセッサ又はLNTへの排気流を減少させるのに使用可能である。このことは、再生のためのLNTの環境を制御することを簡素化する。それにもかかわらず、排気ライン１０２は、バルブ又はダンパーなしで構成されることが好ましい。それは、これらの部品を動かすと失敗を招き、かつ、排気処理システムの耐久性及び信頼性を著しく減少させ得るからである。
【００３０】
排気ライン１０２が、排気バルブ又はダンパーにないときでさえ、排気ライン１０２からの排気ラインの上流は、排気ガス再循環（EGR）ライン内のEGRバルブをなお含む。排気流の大部分を分散するための主排気ラインに適当な排気バルブは、主排気ラインから離れた側部の枝分かれ部を通る流れ制御するのに適当な排気バルブよりも、より問題がある。より大きな導管のための排気バルブは、より小さな導管のための排気バルブよりも失敗を招く。
【００３１】
排気ライン１０２は、LNT再生のための高濃度条件を作るために、排気ライン燃料注入器１０７を備えている。発明者らのコンセプトは、還元剤のエンジン燃料注入及びディーゼル燃料以外の還元剤の注入を含むLNT105を発生させるための還元環境を作る他の方法に適用可能である。それにもかかわらず、好適には、還元剤は、エンジン１０１に動力を与えるのに使用される同一のディーゼル燃料である。さらに好適には、還元剤は、エンジン１０１のシリンダー中よりはむしろ排気ライン１０２に注入される。これは、ピストンリングの周りを通り、かつ、油ギャラリに入る燃料によって起こされる油の希釈化を回避するためである。シリンダーの還元剤の注入のさらなる不利益は、LNTの再生成、還元剤のパルスの過度の分散、エンジン１０１と排気ライン１０２との間に構成されたターボチャージャ上に蒸着物を形成すること、及びEDRバルブ上に蒸着物を形成することを含む。
【００３２】
ディーゼル燃料は、LNT改質器１０４から上流にある排口ライン１０２に注入される。燃料改質器１０４は、酸化物に触媒作用を及ぼし、６００℃で改質反応を蒸気化するために、ロジウムを含む効果的な量の貴金属触媒からなる。燃料改質器１０４は、低い熱量で設計され、その結果、各LNTの再生のための蒸気改質温度まで容易く加熱可能である。低い熱量は、薄い金属基板の周りに燃料改質器１０４を構成することによって典型的に達成される。薄い金属基板は、約１００μｍ以下であり、好ましくは約５０μｍ以下であり、さらに好ましくは約２５μｍ以下である。
【００３３】
蒸気改質温度は、少なくとも約５００℃である。この温度は、実質的にディーゼル排気温度よりも大きい温度である。ターボチャージャから下流のディーゼル排気温度は、約１１０℃から約５５０℃まで変化する。好適には、エンジン１０１からの排気が２７５℃のまま維持される一方、燃料改質器１０４は、２７５℃の初期温度から始まるインジェクタ１０７からのディーゼル燃料を使いながら、ウォームアップ可能かつ作動可能である。さらに好ましくは、燃料改質器１０４は、２２５℃の初期の排気及び改質温度からウォームアップ可能かつ作動可能であり、さらに好ましくは１９５℃の初期の排気及び改質温度からウォームアップ可能かつ作動可能である。これらの特性は、始動温度で酸化ディーゼル燃料を触媒反応させるための、Pt及び／又はPdのような貴金属の効果的な量を燃料改質器１０４に与えることによって達成される。低温度のスタートアップ（始動）はまた、燃料改質器１０４から上流で、低熱量の貴金属酸化物触媒を構成することによって向上できる。好ましくは、この上流における触媒は、残りを蒸気化しながら燃料の一部を燃焼する。上流おける触媒と燃料改質器１０４との間の混合域もまた役に立つ。
【００３４】
蒸気改質温度で燃料改質器１０４を作動させることは、必要とされる貴金属触媒の全体量を減少させる。改質が、部分的な酸化かつ蒸気改質、又は、排他的ではあるが部分的な酸化反応を通じたものであるかどうかに関わりなく、排気温度でディーゼル燃料を改質することと比較して、蒸気改質温度で改質するときに、より少ない貴金属触媒が要求される。
【００３５】
燃料改質器１０４を、少なくとも部分的に蒸気改質反応によって作動させることは、顕著に、改質物の収率を増加させ、かつ、熱の発生率を減少させる。まず、改質物の生成は、次の反応のような部分的な酸化改質により進行する場合は、
CH１．８５+０．５O2  →  CO+０．９２５H２               （１）
改質物（数モルのCOに数モルのH２を加えたもの）の１．９２５モルが、燃料内の炭素原子の各モルから得ることができるであろう。CH１．８２５は、典型的な炭素と水素との比のディーゼル燃料を表現するのに使用される。改質物の生成物は、以下の反応のような蒸気改質を通じて進行する。
CH１．８５+H2O      →  CO+１．９２５H２                （２）
改質物（数モルのCOに数モルのH２を加えたもの）の２．９２５モルが、まず、燃料中の炭素原子の各モルから得られるであろう。実施の際、燃料の変換効率の制限、完全燃焼反応の間に反応物を改質するための選択性の制限、蒸気改質を作動するための熱を作る必要性、及び排出物を加熱するのに必要なエネルギー損失により、収率は理論量よりも低くなる。
【００３６】
好適には、燃料改質器１０４は、６００℃で、エンジン１０１からの８モル％の排気酸素濃度を用い、かつ、全体の燃料と空気の比が、１．２：１の排気を提供するための十分なディーゼル燃料を用い、少なくとも約２モル％の改質物が、より好適には少なくとも約４モル％、及びさらにより好適には少なくとも６モル％である、蒸気改質によって発生されるといった、十分な蒸気改質用触媒を含む。この開示の目的のために、ディーゼル燃料を含む作用の記載は、典型的なディーゼル燃料である、アメリカ合衆国で販売されているNO.2のディーゼル燃料油を基礎に試験されている。
【００３７】
LNTは、希薄濃度の条件下でNOxを吸収し、かつ、高濃度条件下でNOxを還元し、放出するデバイス（素子）である。LNTは、一般に、不活性な支持体に密に接触しているNOx吸収体及び貴金属触媒を含む。NOx吸収材料の例は、Mg、Ｃａ、Sr及びBａのようなアルカリ土類金属、又は、Ｋ又はＣｓのようなアルカリ金属の、酸化物、炭化物、及び水酸化物を含む。貴金属は、典型的には、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの１又はそれ以上からなる。支持体は、他の構造が使えるが、典型的にはモノリス（monolith）構造（一枚岩的な構造）である。モノリスの支持体は、金属やＳｉＣのような他の材料もＬＮＴに適当であるが、典型的にはセラミック製である。ＬＮＴ１０５は、２つ以上の分離したブリック（煉瓦）として提供される。
【００３８】
アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６は、低濃度の排気中で、NOxからＮ２に還元するために、NOxとＮＨ３との反応生成物を触媒化するために作用する。アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６は、脱硝中、ＬＮＴ１０５から放出されたＮＨ３を吸収し、かつ、その結果として、低濃度条件下、ＬＮＴ１０５から滑る（slipping）NOxから放出されたＮＨ３を利用する。アンモニア-ＳＣＲ触媒の例は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ及びＣｅ、並びにＣｕ、Ｃｏ、Ａｇ又はＺｎのカチオンのような金属イオンで置換されるＺＳＭ-５、ＺＳＭ-１１のようなゼオライトを含む。好適には、ＳＣＲ触媒１０６は、実質的に貴金属を含まない。好適には、アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６は、ＬＮＴ１０５を脱硫するのに必要な温度に耐えるように設計される。
【００３９】
排気後処理システム１００は、ディーゼル微粒子フィルター及び清掃（クリーンアップ）用酸化触媒のような他の構成要素を含むことができる。熱質量は、ＬＮＴ１０５を、脱硝ごとに蒸気改質温度まで加熱することから守るために、燃料改質器１０４とＬＮＴ１０５との間に配置可能である。ディーゼル微粉用フィルターは熱質量として使用可能である。
【００４０】
通常の動作（低濃度段階）中では、エンジン１０１は、NOx、粒状化物質及び過度の酸素を含む排気を生成するように動作される。NOxの一部は、ＬＮＴ１０５によって吸収される。アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６は、ＬＮＴ１０５の以前の脱硝から蓄えられたアンモニアを含む。アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６が、アンモニアを蓄えた場合には、NOxの追加部分が、蓄えられたアンモニアとの反応によって、アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６全体にわたり減少される。少しの燃料注入が、容易に加熱可能なある温度で、燃料改質器１０４を維持するために、又は、アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６が効果的にNOxを吸収する温度で、希薄濃度のNOxトラップ１０５を維持するために、使用されるけれども、燃料注入器１０７は、一般的に、この期間（間隔）にわたり不活性である。
【００４１】
時々、ＬＮＴ１０５は、高濃度段階において蓄積されたNOx（脱硝されたもの）を取り除くために再生成されなければならない。脱硝は、一般に、改質器１０４を動作温度まで過熱すること、それから、改質物を作り出すための改質器１０４を使用することとを含む。改質器１０４は、一般に、準理想混合比率で、燃料改質器１０４から上流方向の排気に注入することによって、燃料を加熱される。その結果、排気-還元物との混合物は、全体として希薄濃度状態のままにあり、かつ、ほとんどの注入された燃料は、改質器１０４の中で完全に燃焼する。このことは、希薄濃度ウォームアップ段階（リーンウォームアップフェーズ）と称される。一旦、燃焼が改質器１０４を加熱すると、燃料注入速度は、排気-還元剤混合物を、全体にわたり高濃度にさせるために増加され得、そのときに、改質器１０４は排気からほとんどの酸素を消費し、かつ、部分的な酸化による改質物と、蒸気改質反応物とを生成する。このようにして、改質物は、ＬＮＴ１０５の中で吸収されたNOxを減少される。NOxのいくらかは、アンモニア-ＳＣＲ触媒１０６による吸収かつ蓄えられたＮＨ３に還元される。
【００４２】
時々、ＬＮＴ１０５は、蓄積された硫黄化合物（脱硫された硫黄化合物）を除去するために再生成されなければならない。脱硫は、燃料改質器１０４を動作温度まで加熱すること、及び、ＬＮＴ１０５を脱硫温度まで加熱すること、及び、高濃度雰囲気で加熱されたＬＮＴ１０５を具備させること、とを含む。脱硫温度は変化するが、例えば、典型的には約５００℃から約８００℃の範囲で、さらに最適な温度としては典型的には６５０℃から約７５０℃の範囲で変化する。最小温度未満では、脱硫が大変遅い。最大温度よりも高い場合には、ＬＮＴ１０５は損傷するかもしれない。
【００４３】
脱硝及び脱硫の実施計画は、制御器１０８によって実行される。そして、制御器１０８はまた、一旦脱硫を停止する条件が満たされると制御信号を発生する。制御器１０８は、エンジン制御ユニット又は別個に設けられた装置である。ＬＮＴ１０５の脱硝を開始する基準は、一般に排気後処理システム１０３又はＬＮＴ１０５を備えるシステム１０３の一部のNOxを減少する性能及び／又は状態に関連する。排気後処理システム１０３の状態は、ＬＮＴ１０５の、NOxの負荷又は残存しているNOxの貯蔵能力に関連し得る。脱硝の開始ポイントは、条件が脱硝のために適当であるときの脱硝の時間を進めたり、又は、エンジン１０１によって発生されたNOxの減少のための要求の現在のレベルがピーク未満であるときの脱硝を延期するために変更される。
【００４４】
脱硫を開始する基準は、一般的にＬＮＴ１０５の状態に関連する。一実施例では、脱硫は、ＬＮＴ１０５に蓄えらえた硫酸量の推定値に基づいて開始される。蓄えられた硫酸量は、例えば、ＬＮＴ１０５のＳＯＸの吸収効率の推定値と、エンジンのＳＯＸの算出量の推定値との積を積分することによって推定可能である。エンジンのＳＯＸの生成速度は、消費される燃料の量に基づいて推定可能である。他の例では、脱硫は、エンジン動作の固定期間（固定間隔）の後又は脱硝の固定回数の後に開始される。さらなる実施例では、脱硫は、排気後処理システム１０５のNOx混合性能又はある基準レベルを満足するＬＮＴ１０５を含むいくつかの部分に基づき開始する。脱硝と同様に、条件が脱硫に適合しているときの脱硫時間を進めたり、又は、エンジン１０１によってなされるNOx減少の要請の現在のレベルがピーク未満であるときの脱硫を延長するための、脱硫を開始ポイントが変更される。ＬＮＴ１０５が比較的低い燃料代で脱硫可能なときの条件が一般に最適と考えられる。例えば、通常のエンジン動作は、比較的低い排出酸素の流速度の期間となるときには、ＬＮＴ１０５を脱硝することはしばしば適当である。
【００４５】
ＬＮＴ１０５を脱硫することは、ＬＮＴ１０５を脱硫温度に加熱すること、及び、ＬＮＴ１０５に、全体が高濃度の還元剤-排気混合物を具備させることを含む。ＬＮＴ１０５を加熱する最初のメカニズムは、燃料改質器１０４からの熱の対流（伝達）である。すなわち、燃料改質器１０４が加熱され、かつ、排気ガスが、ＬＮＴ１０５に下流の熱を運ぶ。発明者らのコンセプトに大いに関連するが、ＬＮＴ１０５を加熱する他のメカニズムは、ＬＮＴ１０５の内部の燃焼である。
【００４６】
ＬＮＴ１０５の内部の燃焼は、全体が希薄濃度である条件下であって、ＬＮＴ１０５に供給された酸素と共に全体が高濃度の条件の下において、ＬＮＴ１０５に供給された還元剤の反応を通じて起こり得る。合成ガス及び非改質又は一部改質の燃料のような還元剤は、高濃度段階でＬＮＴ１０５に滑り込む（滑るように入っていく）。これらの還元剤は、高濃度段階中、前の希薄濃度段落からＬＮＴに蓄えられた酸素と反応できる。このメカニズムは、ＬＮＴ１０５に酸素貯蔵能力を具備させることによって促進可能である。代わりに又は加えて、還元剤は、高濃度段階中に、ＬＮＴ１０５内で吸収されかつ蓄えられ、並びに、希薄濃度段階中にＬＮＴ１０５に供給された酸素と反応する。炭化水素は、合成ガスよりも吸収及び貯蔵のためのよりよい候補である。このメカニズムは、ＬＮＴ１０５に炭化水素吸収能力を具備させることによって促進可能である。燃料改質器１０４からの炭化水素の滑り込みのいくらかは、このメカニズムを促進するのに望ましい。他のメカニズムは、希薄濃度段階及び高濃度段階からのガスを混合すること、並びに、ＬＮＴ１０５から上流にある壁又は他の箇所における、還元剤又は酸素の貯蔵を含みながら燃焼という結果を得る。メカニズムに無関係に、ＬＮＴ１０５の内部の燃焼による加熱の程度は、希薄濃度段階と高濃度段階の間で遷移する周波数によって制御することに影響を受け易い。
【００４７】
ＬＮＴ１０５内の燃焼及び加熱を生じさせる、希薄濃度段階と高濃度段階を交互に行うための燃料注入のパルス化は、いくつかの理由のために、脱硫中に望ましいことである。パルス化は、燃料改質器１０４が加熱する速度を制御する方法として、及び、ＬＮＴ１０５からＨ２Ｓを減少させる方法として、望ましい。発明者のコンセプトによれば、パルス化は、燃料改質器１０４の温度とは別個のＬＮＴ１０５の温度を制御するのに使用可能である点においてさらに望ましい。望むならば、ＬＮＴ１０５は、燃料改質器１０４よりも高い温度で動作可能である。その結果、ＬＮＴ１０５がその貯蔵及び脱硫に最も適切な温度範囲で動作可能である一方、燃料改質器１０４は、貯蔵及び性能に最も適切な温度範囲で動作可能である。パルス化はまた、脱硫期間の延長及び還元剤の浪費のような不利な点も含みうるが、これらの不利益は、発明者の好適実施形態及びいくつかの利点によって払拭される。
【００４８】
発明者のコンセプトを着目する１つの方法は、最小及び最大の、改質器温度による。どのように改質器及びＬＮＴの温度が制御されようとも、改質器温度は、高濃度段階の最後付近でピークに達し、そして、希薄濃度段階の最後付近で最小値に達する。従来技術では、より高いＬＮＴ温度が望まれたときは、改質器１０４は加熱されることになるであろう。制御に係る攻略法が燃料改質器温度に着目していたかどうかにかかわらず、最小及び最大の両方がパルス周波数内の体系的な変化がないために上昇するであろう。パルス周波数への変更のいかなるものも、同一視されかつ小さなものであるだろう。対照的に、本発明者らのコンセプトによれば、パルス周波数の変更は、パルス周波数が操作される量として明らかに取り扱われるかどうかにかかわらず、最重要である。パルス周波数が変更されると、最小及び最大の温度は異なる速さで変わる。好適には、最大値は、最小値の半分以下で迅速に変わる。その結果、パルス周波数の変更は、ＬＮＴ温度に実質的にインパクトを与えるように期待され得る。
【００４９】
制御式でパルス周波数を明らかに取り扱うことなく、パルス周波数が実質的に変更される好適実施形態は、最小改質器温度を操作することによってＬＮＴ温度を制御する一方、最大改質器温度を実質的に変わらないように維持することである。この実施形態では、所定のピーク改質温度に達する又はその近くに近づくまで、高濃度段階が延長する。高濃度段階が停止するときに希薄濃度段階が始まる。所定の最小改質器温度に達する又はそのすぐ近くに近づくまで、希薄濃度段階が連続する。
【００５０】
この実施形態では、所定の最小値が、推定ＬＮＴ温度と設定ポイント（目標）のＬＮＴ温度との間の差に基づいて操作される。推定値が設定ポイント未満の場合は、最小改質温度が上昇する。ただし、当該上昇のさらなる加速がオーバーシュート（過度）の結果となり得る場合に、ＬＮＴ温度がすでに十分迅速に上昇しないことを条件とする。仮に、推定ＬＮＴ温度が設定ポイントより高いならば、推定値が十分に急速に減少されるものと考えられる場合を除き、最小改質器温度が低められる。最小改質器温度は、ＬＮＴ温度上昇の速度に上げるために高くされ、かつ、最小改質器温度は、ＬＮＴ温度上昇の速さに下げるために低くされる。最小改質器温度を上昇すると同時に最大改質器温度を一定に維持することは、パルス周波数を増加する。最小改質器温度を低くすると同時に最大改質器温度を一定に維持することは、パルス周波数を減少させる。
【００５１】
ＬＮＴ１０５の温度が大変頻繁に測定される一方、最小改質器温度は各燃料パルス期間（間隔）においてただ１つの値を含みうる。すなわち、最小改質器温度を、各間隔で一度よりも多い回数で調整して得ることはほとんどない。いかなる適切な温度をも用いることができるが、温度は、先行する間隔（期間）を越えて達したピークＬＮＴ温度であるのが常であることが好ましい。
【００５２】
図２から図４は、動力発生システム１００のようなシステムへの実施形態の適用の結果を示すプロットである。図２は、ＬＮＴ１０５の出口における排気酸素濃度のプロットである。最初の約１００秒間、排気は連続して希薄な濃度である。この期間（間隔）にわたる燃料注入は、燃料改質器１０４を加熱するために使用される。約１００秒後、希薄濃度段階と高濃度段階を交互に行うためのパルス化が始まる。最初、パルス化が比較的迅速であるが、それはＬＮＴ１０５を加熱させる。ＬＮＴ１０５が当該設定ポイント温度に近づくにつれ、パルス化が、かなり緩やかになる。パルス周波数は、脱硫サイクルを通じて、ＬＮＴ温度を制御するために実質的に変化し続けるが、パルス周波数は、初期のウォームアップ期間（間隔）と比較して比較的低いままである。
【００５３】
図３は、結果として得られたＬＮＴ温度（直線）及びＬＮＴ設定ポイント温度（鎖線）をプロットする。一旦、ＬＮＴ１０４が加熱されると、設定ポイントの約１０℃から約３０℃の範囲内でそのままに維持される。上記設定ポイントを超えたオーバーシュートは、設定ポイント未満のオーバーシュートよりも、かなり小さい。後者の設定ポイントは、望ましくは、加熱し過ぎによる熱の非活性化のリスクが、大変低く維持される。ＬＮＴ温度は設定ポイントを越えた、約１０℃よりも高くならないように上昇する。
【００５４】
図４は、燃料改質器ブリック温度（鎖線）及び燃料改質器クーラント温度（直線）をプロットする。クーラントは、実験的にセットアップして使用されており、典型的な商業的適用ではない。図４は、燃料改質器１０４の温度変数が、ＬＮＴ１０５の温度変数よりも大きいことを示す。最小改質器温度は、ＬＮＴ１０５が設定ポイントの温度にある期間（間隔）と比較して、ＬＮＴ１０５の加熱期間（間隔）の間、ずっと高い。最小燃料改質器温度と最大燃料改質器温度との差は、ＬＮＴ１０５がその設定ポイントの温度にある期間（間隔）と比較して、ＬＮＴ１０５の期間（間隔）の間は、ずっと小さい。
【００５５】
温度推定値はセンサー値に基づく。センサーは厳密に正確な情報を提供しないが、制御アルゴリズムにおいて使用される推定値を得るための様々な態様におけるプロセスセンサデータに役立つことは知られている。温度センサー１０９及び１１１からのデータは、乱雑な外乱及び測定器に悪影響を及ぼす雑音によって不正確になり得る。データはまた、測定値を得るときの遅延によって現在の値にならない点で不正確になりえる。一般に、値は状態推定器を通じて処理され、状態推定器は、データからシステムの状態を決定するために使用されるいかなるアルゴリズムであってよい。状態推定器は、単純なフィルターであってよく、又はシステムのモデルを使用できる。この場合には、状態推定器は、観察者として考えられる。状態推定器は、例えば、時間平均の移動を与えたり、一連の測定の異常値を捨てたり、及び／又は、センサーがアサートしていることを備えたモデルに基づいて予想可能なこととの均衡を取るように状態を推定するような、多くの態様で動作可能である。
【００５６】
状態推定器は、改質器温度を測定するときの遅延を補償するために使用可能である。遅延の一つのタイプは、センサーの読取り内容の中の遅延である。この遅延のための補正は、一連の僅かに外にずれてデータ化された温度測定に基づいて現在の改質器温度を推定することを含む。この遅延のタイプの補償は、測定の遅延の単純な外挿及び知識を用いて成し遂げられ得る。遅延の他のタイプは、変化に対するシステムの反応における遅延である。燃料の注入が途切れたときに、改質器温度上昇をすぐに停止しない。改質器温度は、システム内に既にある炭化水素によって短い間隔で上昇を続ける。特に、炭化水素のいくつかが、高い濃度段階の間に典型的な燃料改質器の中に吸収されることが見出された。この吸収された炭化水素は、燃料注入が停止した後の加熱の原理的な因子である。
【００５７】
システムの反応における遅延を補償する１つの方法は、人為的に加速されるダイナミックスを含むモデルを使う観察者が、燃料改質器温度を推定することである。好適なモデルは、燃料改質器温度への意義ある貢献を獲得するまとまったパラメータモデルである。これらの貢献は、燃料改質器１０４への熱対流、燃料改質器１０４から外への熱対流、周囲への熱的損失、燃料注入の反応による熱生成、吸収された燃料の燃焼による熱生成、及び燃料改質器１０４による注入された燃料の反応による熱の吸収を含む。モデルダイナミックスを加速することによって、高濃度段階の最後における改質器温度の推定値は、燃料改質器１０４が到達するピーク温度の推定値に、事実上なる。したがって、この解決の糸口は、最大改質器温度をより正確に制御することを許容する。そして、これは、燃料改質器１０４を、そのピーク設計温度の、より近くにおける動作を許容する一方、燃料改質器１０４を過度に加熱する危険性を最小化する。
【００５８】
制御式においてパルス周波数を明らかに取り扱うことなく、パルス周波数を操作するという発明者らのコンセプトの他の実施形態は、低濃度段階の持続時間を操作することによってＬＮＴの温度を制御することである。推定されたＬＮＴ温度が設定ポイント未満の場合は、もし推定ＬＮＴ温度がまだ十分に迅速に上昇しないのであれば、希薄濃度段階の持続段階が減じられる。仮に推定ＬＮＴ温度が設定ポイントよりも大きい場合は、推定値が十分に迅速に減少するものと考慮されるときを除き、希薄濃度段階の持続時間が長くなる。希薄濃度段階の持続時間は、ＬＮＴの温度上昇の速さを引き上げるために短くされ、かつ、希薄濃度段階の持続時間は、ＬＮＴ温度の上昇を低下させるために長くされる。高濃度段階の持続時間は、いかなる適切な態様においても決定可能であるが、ＬＮＴ温度とは別個な態様で一般的に決定される。高濃度段階は、固定間隔で、又は、例えば所定の最大改質器に達するまで、延ばすことが可能であろう。希薄濃度段階を長くすることはパルス周波数を減少させる一方、希薄濃度段階を短縮することはパルス周波数を増加させる。
【００５９】
発明者のコンセプトのさらなる実施形態では、パルス周波数が直接的に制御される。命令を受けたパルス周波数は、希薄濃度段階のための最終ポイントを決定するために、パルス周波数を使うことによって実行可能である。好適には、高濃度段階の最終ポイントが、到達される所定の最大燃料化改質物温度に基づき定義されるけれども、高濃度段階のための最終ポイントは、そのときに、適当な態様で定義可能である。推定ＬＮＴ温度が設定ポイント未満の場合は、推定ＬＮＴ温度がすでに十分迅速に上昇していない場合は、パルス周波数は減じられる。推定ＬＮＴ温度が設定ポイントよりも高い場合は、推定値が十分迅速に減少していると考える場合を除き、パルス周波数は増加される。パルス周波数は、ＬＮＴ温度の上昇速度を加速するために増加され、かつ、ＬＮＴ温度の上昇速度を減速するために減じられる。
【００６０】
上述の議論から、発明者らのコンセプトの態様は、希薄濃度段階の最後の燃料改質器のための最小温度、希薄濃度段階の長さ、及びパルス周波数の一以上を含む変数を操作することによって、ＬＮＴに関連する変数を制御する方法である。「…を含む変数」という表現は、どこで、変数が列挙されたリストの一部である１つの構成要素を含むベクトルであるような場合を考慮するのに使用される。例えば、操作される量はベクトルでよい。そのベクトルのために、基礎となる関数は、最小燃料改質器温度における１度の減少及び最大燃料改質器温度における１／４度の増加であり、これらによって、最小及び最大の燃料改質器温度は一対で操作される。この実施例は、好適実施形態ではないが、それにもかかわらず、発明者らのコンセプトの効果的実施となり得よう。好適実施形態では、最大燃料改質器温度は、実質的に一定に維持される。
【００６１】
発明者らのコンセプトを履行すると、最小及び最大の燃料改質器温度を、ＬＮＴの加熱中より少ない程度まで、及び、ＬＮＴ１０５がその設定ポイントの温度近くであるときにより大きな程度まで、異ならせる。ＬＮＴの加熱中、燃料パルスの過程にわたり到達される最大及び最小の改質器温度は、典型的には、約１０℃から約６０℃の範囲で、より典型的には、約２０℃から約４０℃の範囲で、異なる。一旦、ＬＮＴ１０５がその設定ポイントの温度近くになると、最小及び最大改質器温度は、典型的には、約５０℃から約１２０℃の範囲で、より典型的には、約７０℃から約１００℃の範囲で、異なる。好適には、制御器１０８は、最小及び最大改質器温度の間の最小値、又は最大パルス周波数若しくは最小希薄濃度段階の持続時間のような関連する量を設定する。最小値は、典型的には少なくとも約１０℃、より典型的には少なくとも約２０℃である。
【００６２】
適当な制御攻略法（制御方法）は、誤差に基づく操作される変数を設定するために利用可能である。この誤差は、測定に基づき推定されたＬＮＴ温度と、この温度のための設定ポイントとの間の差として定義されるものである。例示的な制御攻略法は、ＰＩＤ制御の攻略法である。ＰＩＤ制御の攻略法において、操作される変数は、誤差に比例する第１項、誤差の積分に比例する第２項、及び誤差の微分に比例する第３項の合計に基づき設定される。比例項は、ＬＮＴ温度が上昇するにつれ、パルス周波数をより強く低下させるように設定する傾向のファクターに寄与する。積分項は、ＬＮＴ温度が設定ポイント未満であるときは、いつでもパルス数を上昇させる傾向があるファクターに寄与する。積分項は、一般的に、制御器が停止することを防ぐ（ワインドアップする）ために制限される。このワインドアップは、制御器が長い間隔で誤差をゼロにすることができないかどうかの結果を得ることができる積分項における過度の増加である。微分係数項は、ＬＮＴ温度が上昇するときに、パルス周波数を増加する傾向の要因に寄与する。微分係数項は、設定ポイント及び設定ポイント周辺の振動のオーバーシュートを緩和する。
【００６３】
希薄濃度段階と高濃度段階との区別を明瞭にするのに、パルス周波数は、少なくとも低いことは明らかである。これらの段階は、希薄濃度段階の間、燃料改質器１０４に入る排気-燃料混合物が全体的に高濃度であり、かつ、排気-燃料混合物が全体的に低濃度である点において異なる。このことは、いくつかの燃料付与システムにおける燃料注入速度を制御するのに使用される迅速なパルス化とは対照的である。燃料注入速度を制御することに使用されるパルス化は、連続的な注入と本質的に等価であるほど速く、そして、改質器に入る排気-燃料混合物は、これらの大変短いパルス間隔を用いて、希薄濃度全体と高濃度全体とを変更しない。
【００６４】
以下の請求項により描写された本発明は、いくつかの概念、構成要素及び特徴的事項に関連して示される及び／又は説明される。特定構成要素あるいは特徴が、いくつかの概念のうちの１つだけ、又は実施例、又は広い若しくは狭い用語のいずれかについてここに開示されると同時に、それらの広い若しくは狭い概念における構成要素又は特徴的事項は、それらの広い若しくは狭い概念における他の構成要素又は特徴的事項の１つ以上と組み合わせることができ、そのような組み合わせは、当業者により必然的に理解されるであろう。また、当該明細書は、単に一発明について説明しており、以下の請求項は、あらゆる概念、解釈、実施例、又はここに説明した実施形態を必ずしも含むものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ディーゼルおよび希薄燃焼（リーンバーン）ガソリンエンジンからのNOxの排出を制御するのに有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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