(57)【要約】ディーゼル動力車にＮＯｘ排出物に変換を受けさせる目的で外部の還元剤を用いるＳＣＲシステム（５０、５１、５４、５６、４２）を還元用触媒が受けるＮＯｘ過渡排出の影響がなくなるような様式で取り付ける。エンジンが発生する実際のＮＯｘ排出量に可変ＮＯｘ時間定数（これは還元用触媒が現時温度で還元剤／ＮＯｘを貯蔵する能力と相互に関係している）を用いたフィルターにかけることで、ＮＯｘ過渡排出によると考えられるＳＣＲシステムにおける変化の影響をなくす。触媒の温度を可変触媒時間定数（排気ガスの現時空間速度に相当する）を用いたフィルターにかけることで、ＮＯｘ過渡排出によると考えられる触媒温度変化の影響をなくす。そのフィルターにかけて補正したＮＯｘ濃度をＮＳＲ比［これはフィルターにかけて補正した還元用触媒（４２）の温度が基になっている］に適用することを基にして還元剤を計量注入する。
2004518053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元用触媒が備わっているＳＣＲシステムに外部の還元剤を供給することによって自動車内燃機関用途で発生するＮＯｘ排出量を減少させる方法であって、
ａ）１種以上のエンジン操作パラメーターを感知することで前記エンジンが発生する実際のＮＯｘ排出量の指標となるＮＯｘ排出濃度を予測し、
ｂ）前記実際のＮＯｘ排出濃度が変化しそして前記還元用触媒の温度が設定範囲内の時には前記実際のＮＯｘ排出濃度に時間定数による修正を受けさせて前記実際のＮＯｘ排出濃度とは異なる計算されたＮＯｘ排出濃度を生じさせ、そして
ｃ）前記ＳＣＲシステムに入っている前記還元用触媒に外部の還元剤を前記還元用触媒が前記計算されたＮＯｘ排出濃度を低くするに充分な速度で計量注入し、前記還元剤の計量注入によって過渡的ＮＯｘ排出によると考えられる前記ＳＣＲシステムに対する影響をなくす、
段階を含んで成る方法。
【請求項２】
前記実際のＮＯｘ排出が増加した時には前記時間定数によって前記内燃機関が発生するその増加した実際のＮＯｘ排出濃度よりも小さい計算されたＮＯｘ排出濃度を生じさせる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記実際のＮＯｘ排出が減少した時には前記時間定数によって前記内燃機関が発生するその減少した実際のＮＯｘ排出濃度よりも大きい計算されたＮＯｘ排出濃度を生じさせる請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記時間定数が所定の還元用触媒がこの所定の還元用触媒の現時の温度において前記外部の還元剤を貯蔵する能力に少なくとも相当しそして設定した温度範囲内でいろいろな触媒温度毎に変わる請求項３記載の方法。
【請求項５】
ｄＴ／ｄｔ関係［ここで、Ｔは前記還元用触媒の温度でありそしてｔは時間である］に従って前記触媒の温度が時間に関して変化する割合を考慮することによって前記実際の排出量の変化を増加または減少として確実に決定する請求項４記載の方法。
【請求項６】
更に、前記還元用触媒の温度が前記範囲未満であるか或は前記エンジンが減速している時には還元剤の計量注入を止める段階も包含する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記時間定数が、所定触媒が所定量の還元剤を前記設定触媒温度範囲内の所定触媒温度の時に貯蔵および／または放出し得る時間と相互に関係している変数であり、ここで、前記貯蔵時間は前記触媒温度が前記設定温度範囲内で高くなると短くなる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記還元剤がアンモニアでありそして前記還元用触媒の貯蔵および放出能力に前記排気ガスが上を流れる前記触媒の表面積および前記表面領域上のアンモニア吸着／吸収部位の数および強度を含める請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記触媒の前記貯蔵能力にまた前記触媒が前記触媒温度範囲内の所定温度でＮＯｘを貯蔵する能力も含める請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記時間定数をＮＯｘフィルターに通して実行する請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ＮＯｘフィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記ＮＯｘフィルターが連続時間変域の中で前記実際のＮＯｘ排出濃度を伝達関数
【数１】
2004518053.tif 000013
［ここで、τ１はτ２に等しくそしてこれは前記還元用触媒の機能の関数である］に従ってフィルターにかける請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
τが前記還元用触媒の温度の関数であり、これが、前記還元用触媒がこの触媒の温度で前記還元剤を少なくとも貯蔵する能力（τＮＯｘで表示）と相互に関係している請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ＮＯｘフィルターが離散形態でありそしてこれがマイクロプロセッサーで実行され、前記離散形態の前記ＮＯｘフィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記離散形態の１番目のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数２】
2004518053.tif 000014
で表されそして２番目の離散形態のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数３】
2004518053.tif 000015
［ここで、
τＮＯｘ１はτＮＯｘ２に等しく、ＮＯｘＥｎｇＯｕｔは前記実際のＮＯｘ排出量であり、ＮＯｘＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後のＮＯｘ値でありそしてこれは中間値であり、そしてＮＯｘＦｉｌｔ２は前記計算されたＮＯｘ排出量である］
で表される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
更に、前記排気ガスの温度を感知または計算することで前記還元用触媒の温度を決定しそして触媒温度フィルターを用いて前記排気ガスの温度を前記排気ガスの変化する空間速度の関数としてフィルターにかけることで機能触媒温度を確立し、前記機能触媒温度を用いて前記計算されたＮＯｘ排出濃度を決定する段階を包含する請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記触媒温度フィルターが連続時間変域の中で伝達関数
【数４】
2004518053.tif 000016
［ここで、τ１はτ２に等しくそしてこれは前記排気ガスの空間速度の関数である］
で表される請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記触媒温度フィルターが離散形態でありそしてこれがマイクロプロセッサーで実行され、前記離散形態の前記フィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記離散形態の１番目の触媒フィルターが差分方程式
【数５】
2004518053.tif 000017
で表されそして２番目の離散形態の触媒フィルターが差分方程式
【数６】
2004518053.tif 000018
［ここで、
τＣＡＴ１はτＣＡＴ２に等しく、ＴＥｘｈａｕｓｔは前記排気ガスの温度であり、ＴＣａｔＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後の触媒温度でありそしてこれは中間的な温度であり、そしてＴＣａｔＦｉｌｔ２は前記機能触媒温度である］
で表される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
【数７】
2004518053.tif 000019
ここで、
Ｍは、前記触媒の質量であり、
Ｖは、前記触媒の体積であり、
ＣｐＣＡＴは、前記触媒の熱容量であり、
ＰＧＡＳは、排気ガスの密度であり、
ＣｐＧＡＳは、前記排気ガスの熱容量であり、そして
ＳＶは、排気ガスの空間速度である、
請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
更に、周囲温度を感知しそして前記自動車用途において前記エンジンが停止した時点で前記機能触媒温度を前記周囲温度の影響を前記エンジンが停止した時間の関数として用いてフィルターにかけることで冷却機能触媒温度を決定しそして前記エンジンを再始動させる時に前記冷却温度を前記機能触媒温度として用いる段階も包含する請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記機能触媒温度をフィルターにかけて前記冷却触媒温度を生じさせる前記段階が一次冷却フィルターで表され、前記冷却フィルターが連続時間変域の中で伝達関数
【数８】
2004518053.tif 000020
［ここで、τは時間の関数、例えばタイマーまたは停止時の周囲温度と触媒温度の間の差で実行される時間の関数である］
で実行される請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記冷却フィルターが離散形態で前記マイクロプロセッサーによって実行される請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記冷却フィルターが、前記触媒フィルターの中で、前記エンジンが停止した後には前記１番目の触媒フィルターと２番目の触媒フィルターを平行配列に切り替えそしてエンジンが始動した後には前記１番目の触媒フィルターと２番目の触媒フィルターを前記直列関係に戻すことによって実行される請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記離散形態の冷却フィルターが差分方程式
【数９】
2004518053.tif 000021
［ここで、ＴＡｍｂは前記周囲温度であり、ＴＣｏｏｌＦｉｌｔ１，２は両方のフィルターに関する冷却中の前記冷却触媒温度であり、そしてτＣｏｏｌ１＝τＣｏｏｌ２であり、これは、停止時触媒温度における時間の関数、例えばタイマーが記録した時間の関数または周囲温度と触媒停止温度の間の差の関数としての時間定数として確立された時間定数である］
で表される請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
更に、ＮＯｘ排出量が設定量になった時に設定量の還元剤を排気流れに注入する時の還元剤とＮＯｘの正規化した化学量論的比率（ＮＳＲ）を決定しそして前記計算されたＮＯｘ排出量を前記ＮＳＲで因数に分解することで前記外部の還元剤を前記還元用触媒に計量注入すべき速度を決定する段階も包含する請求項１６記載の方法。
【請求項２７】
前記ＮＳＲを決定する前記段階が前記機能触媒温度を用いて前記外部の還元剤と前記計算されたＮＯｘ排出量の間の所望の化学量論が基になった関係に相当するＮＳＲ値を選択する段階を包含する請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
更に、前記還元用触媒の老化と相互に関係している追加的係数を用いて前記ＮＳＲ値を調整し、それによって、前記還元用触媒が老化するにつれて注入速度を遅くする段階も包含する請求項１２記載の方法。
【請求項２９】
前記還元用触媒がゼオライトであるか或はチタン、バナジウム、タングステンおよび／またはモリブデンの酸化物の混合物である請求項１２記載の方法。
【請求項３０】
車の排気システムにおける触媒の機能温度を決定する方法であって、
ｉ）排気ガスの温度および前記触媒を通る前記排気ガスの空間速度を感知または計算で決定し、
ｉｉ）変化する空間速度の関数として決定される時間定数を実行して排気ガスの温度をフィルターにかける触媒フィルターを用いて前記排気ガスの温度をフィルターにかけることで前記触媒の機能温度を得る、
段階を含んで成る方法。
【請求項３１】
前記排気ガスの温度が前記還元用触媒の入り口の所で感知または計算された排気ガス温度である請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記ＳＣＲの上流の前記排気ガスの温度を決定する目的で感知する前記操作パラメーターに下記：
ｉ）周囲温度の参考を伴うか或は伴わないエンジン冷媒温度、
ｉｉ）燃料供給および燃焼用空気の温度、および
ｉｉｉ）前記ＳＣＲ触媒の上流の排気ガスの温度、
の１つ以上を含める請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記触媒フィルターが連続時間変域の中で伝達関数
【数１０】
2004518053.tif 000022
［ここで、τ１はτ２に等しくそしてこれは前記排気ガスの空間速度の関数である］
で表される請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
前記触媒フィルターが離散形態でありそしてこれがマイクロプロセッサーで実行され、前記離散形態の前記フィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記離散形態の１番目の触媒フィルターが差分方程式
【数１１】
2004518053.tif 000023
で表されそして２番目の離散形態の触媒フィルターが差分方程式
【数１２】
2004518053.tif 000024
［ここで、
τＣＡＴ１はτＣＡＴ２に等しく、ＴＥｘｈａｕｓｔは前記排気ガスの温度であり、ＴＣａｔＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後の触媒温度でありそしてこれは中間的な温度であり、そしてＴＣａｔＦｉｌｔ２は前記機能触媒温度である］
で表される請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
【数１３】
2004518053.tif 000025
ここで、
Ｍは、前記触媒の質量であり、
Ｖは、前記触媒の体積であり、
ＣｐＣＡＴは、前記触媒の熱容量であり、
ＰＧＡＳは、排気ガスの密度であり、
ＣｐＧＡＳは、前記排気ガスの熱容量であり、そして
ＳＶは、排気ガスの空間速度である、
請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
更に、周囲温度を感知しそして前記自動車用途において前記エンジンが停止した時点で前記機能触媒温度を前記周囲温度の影響を前記エンジンが停止した時間の関数として用いるか或は周囲温度と冷却温度の間の差を用いてフィルターにかけることで冷却機能触媒温度を決定しそして前記エンジンを再始動させる時に前記冷却温度を前記機能触媒温度として用いる段階も包含する請求項３０記載の方法。
【請求項３８】
前記機能触媒温度をフィルターにかけて前記冷却触媒温度を生じさせる前記段階が一次冷却フィルターで表され、前記冷却フィルターが連続時間変域の中で伝達関数
【数１４】
2004518053.tif 000026
［ここで、τは時間の関数、例えばタイマーまたはエンジン停止時の触媒温度と周囲温度の間の差で実行される時間の関数である］
で実行される請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
更に、前記エンジンが停止した後の周囲温度を感知しそして停止時の所定触媒温度においてエンジンが停止した時から経過した時間の関数としてか或は周囲温度と停止時触媒温度の間の温度の差の関数として確立される冷却時間定数を用いた一次フィルターで前記触媒温度をフィルターにかけ、それによって、エンジンを再始動させた後の触媒温度を決定する段階も包含する請求項３０記載の方法。
【請求項４０】
内燃機関によって動力が与えられる車に適用されるＳＣＲシステムに入っている還元用触媒に外部の還元剤を計量注入するためのシステムであって、
ａ）前記車およびエンジンの操作状態を感知して計算および／または測定で前記エンジンが排出する実際のＮＯｘ排出量、前記排気ガスの温度および前記排気ガスの空間速度を示すシグナルを生じさせる手段、
ｂ）前記ＮＯｘシグナルが変化しそして前記触媒の温度が設定温度範囲内の時には前記実際のＮＯｘ排出シグナルをＮＯｘ時間定数によるフィルターにかけて前記実際のＮＯｘシグナルとは異なる計算されたＮＯｘシグナルを生じさせる手段、
ｃ）前記空間速度シグナルが変化した時には前記排気ガス温度シグナルを触媒時間定数によるフィルターにかけて前記排気ガス温度とは異なる機能触媒温度シグナルを生じさせる手段、
ｄ）前記機能触媒温度シグナルおよび空間速度シグナルを因数分解して還元剤とＮＯｘ排出量の正規化した化学量論的比率を示すＮＳＲシグナルを生じさせる手段、および
ｅ）前記計算されたＮＯｘシグナルを前記ＮＳＲシグナルで因数分解して前記外部の還元剤を計量注入する装置を制御する計量注入シグナルを発生させることによって前記還元剤を前記還元用触媒に計量注入する手段、
を含んで成るシステム。
【請求項４１】
前記ＮＯｘ排出量をフィルターにかける前記手段がＮＯｘフィルターを包含しそして前記排気ガス温度をフィルターにかける前記手段が触媒フィルターを包含し、前記ＮＯｘフィルターおよび触媒フィルターの両方が連続時間変域の中で差分方程式
【数１５】
2004518053.tif 000027
［ここで、τ１はτ２に等しく、そしてこれは、前記ＮＯｘフィルターに関しては前記還元用触媒の機能の関数であり、そして前記触媒フィルターに関しては前記排気ガスの空間速度の関数である］
で表される伝達関数を実行するように機能し得る請求項４０記載のシステム。
【請求項４２】
ＮＯｘフィルターと触媒フィルターの両方が二次フィルターとして離散形態で実行され、前記二次フィルターの各々が２番目の一次フィルターと直列連結している一次フィルターを包含する請求項４１記載のシステム。
【請求項４３】
前記離散形態の１番目のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数１６】
2004518053.tif 000028
で表されそして２番目の離散形態のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数１７】
2004518053.tif 000029
［ここで、
τＮＯｘ１はτＮＯｘ２に等しく、ＮＯｘＥｎｇＯｕｔは前記実際のＮＯｘ排出量であり、ＮＯｘＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後のＮＯｘ値でありそしてこれは中間値であり、そしてＮＯｘＦｉｌｔ２は前記計算されたＮＯｘ排出量である］
で表される請求項４２記載のシステム。
【請求項４４】
前記離散形態の１番目の触媒フィルターが差分方程式
【数１８】
2004518053.tif 000030
で表されそして２番目の離散形態の触媒フィルターが差分方程式
【数１９】
2004518053.tif 000031
［ここで、
τＣＡＴ１はτＣＡＴ２に等しく、ＴＥｘｈａｕｓｔは前記排気ガスの温度であり、ＴＣａｔＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後の触媒温度でありそしてこれは中間的な温度であり、そしてＴＣａｔＦｉｌｔ２は前記機能触媒温度である］
で表される請求項４３記載のシステム。
【請求項４５】
前記還元用触媒がゼオライトであるか或はチタン、バナジウム、タングステンおよび／またはモリブデンの酸化物の混合物である請求項４４記載のシステム。
【請求項４６】
ＩＣエンジンが備わっている自動車の用途において前記エンジンがもたらす過渡的ＮＯｘ排出をなくす目的で還元用触媒を含有するＳＣＲシステムに供給される外部の還元剤の用量を制御する方法であって、
ａ）前記エンジンが発生する実際のＮＯｘ排出量を測定することでＮＯｘ実際シグナルを生じさせ、
ｂ）前記還元用触媒が設定温度変化内の時に前記ＮＯｘ実際シグナルをフィルターにかけることで前記ＮＯｘ実際シグナルに可変遅れを生じさせ、そして
ｃ）前記遅れたＮＯｘ実際シグナルの値の時に実時間で前記還元剤を計量注入する、
段階を含んで成る方法。
【請求項４７】
前記フィルターにかける段階が前記還元用触媒がこの触媒の温度の時に示す能力の関数として決定されるＮＯｘ時間定数を有するＮＯｘフィルターで実行される請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記時間定数が、所定触媒が所定量の還元剤を前記設定触媒温度範囲内の所定触媒温度の時に貯蔵および／または放出し得る時間と相互に関係している変数であり、ここで、前記貯蔵時間は前記触媒温度が前記設定温度範囲内で高くなると短くなる請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記ＮＯｘフィルターが連続時間変域の中で前記実際のＮＯｘ排出濃度を伝達関数
【数２０】
2004518053.tif 000032
［ここで、τ１はτ２に等しくそしてこれは前記還元用触媒の機能の関数である］に従ってフィルターにかける請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記ＮＯｘフィルターが離散形態でありそしてこれがマイクロプロセッサーで実行され、前記離散形態の前記ＮＯｘフィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
前記離散形態の１番目のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数２１】
2004518053.tif 000033
で表されそして２番目の離散形態のＮＯｘフィルターが差分方程式
【数２２】
2004518053.tif 000034
［ここで、
τＮＯｘ１はτＮＯｘ２に等しく、ＮＯｘＥｎｇＯｕｔは前記実際のＮＯｘ排出量であり、ＮＯｘＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後のＮＯｘ値でありそしてこれは中間値であり、そしてＮＯｘＦｉｌｔ２は前記計算されたＮＯｘ排出量である］
で表される請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
更に、前記排気ガスの温度を感知または計算することで前記還元用触媒の温度を決定しそして前記排気ガスの空間速度が変化する時には触媒フィルターを用いて前記排気ガスの温度をフィルターにかけることで機能触媒温度を確立する段階も包含する請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
前記触媒フィルターが連続時間変域の中で伝達関数
【数２３】
2004518053.tif 000035
［ここで、τ１はτ２に等しくそしてこれは前記排気ガスの空間速度の関数である］
で表される請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
前記触媒フィルターが離散形態でありそしてこれがマイクロプロセッサーで実行され、前記離散形態の前記フィルターが互いに直列連結している２つの一次フィルターを包含する請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
前記離散形態の１番目の触媒フィルターが差分方程式
【数２４】
2004518053.tif 000036
で表されそして２番目の離散形態の触媒フィルターが差分方程式
【数２５】
2004518053.tif 000037
［ここで、
τＣＡＴ１はτＣＡＴ２に等しく、ＴＥｘｈａｕｓｔは前記排気ガスの温度であり、ＴＣａｔＦｉｌｔ１は前記１番目のフィルターにかけられた後の触媒温度でありそしてこれは中間的な温度であり、そしてＴＣａｔＦｉｌｔ２は前記機能触媒温度である］
で表される請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
【数２６】
2004518053.tif 000038
ここで、
Ｍは、前記触媒の質量であり、
Ｖは、前記触媒の体積であり、
ＣｐＣＡＴは、前記触媒の熱容量であり、
ＰＧＡＳは、排気ガスの密度であり、
ＣｐＧＡＳは、前記排気ガスの熱容量であり、そして
ＳＶは、排気ガスの空間速度である、
請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
更に、前記エンジンが停止した後の周囲温度を感知しそして停止時の所定触媒温度においてエンジンが停止した時から経過した時間の関数としてか或は周囲温度と停止時触媒温度の間の温度の差の関数として確立される冷却時間定数を用いた一次フィルターで前記触媒温度をフィルターにかけ、それによって、エンジンを再始動させた後の触媒温度を決定する段階も包含する請求項４６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一般に車（ｖｅｈｉｃｌｅ）の内燃機関が発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）、より詳細には、選択的接触還元（ＳＣＲ）方法を用いたＮＯｘ排出量低下を制御するシステム（ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【０００２】
本発明は、特に、ディーゼルエンジンによって動力が与えられる車が発生するＮＯｘ過渡排出（ＮＯｘ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）の影響を考慮してＳＣＲシステムに入っている還元用触媒への外部の還元剤であるアンモニアの供給を調節する制御システムに適用可能であり、それを具体的に言及することで記述する。しかしながら、本分野の技術者は、本制御システムはより幅広い用途を有していて他の還元剤、例えば燃料油または炭化水素などが用いられるＳＣＲシステムにも適用可能なばかりでなく他の自動車内燃機関用途、例えば「希薄燃焼」技術が用いられているガソリンエンジンなどで用いられるＳＣＲシステムにも適用可能であることを理解するであろう。
【０００３】
（引用による組み込み）
下記の特許および出版物は引用することによって本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を構成する。
１）日付が１９８３年９月１３日で表題が「ＡＭＭＯＮＩＡ／ＦＵＥＬ  ＲＡＴＩＯ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＮＩＴＲＯＧＥＮ  ＯＸＩＤＥ  ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ」のＪｏｈｎ  Ｒ．Ｇｌａｄｄｅｎの米国特許第４，４０３，４７３号、
２）日付が１９９５年１０月１６−１９日で表題が「ＡＮ  ＵＲＥＡ  ＬＥＡＮ  ＮＯｘ  ＣＡＴＡＬＹＳＴ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＬＩＧＨＴ  ＤＵＴＹ  ＤＩＥＳＥＬ  ＶＥＨＩＣＬＥＳ」のＨ．Ｌｕｄｅｒｓ、Ｒ．ＢａｃｋｅｓおよびＧ．Ｈｕｔｈｗｏｈｌ（ＦＥＶ  Ｍｏｔｏｒｅｍｔｅｃｈｎｉｋ）およびＤ．Ａ．Ｋｅｔｃｈｅｒ、Ｒ．Ｗ．Ｈｏｒｒｏｃｋｓ、Ｒ．Ｇ．ＨｕｒｌｅｙおよびＲ．Ｈ．Ｈａｍｍｅｒｌｅ（Ｆｏｒｄ  Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏ．）によるＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．９５２４９３（７頁を参照）。
３）日付が１９９２年９月１４−１７日で表題が「ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ  ＯＦ  ＡＮ  ＡＭＭＯＮＩＡ／ＳＣＲ  ＮＯｘ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  Ａ  ＨＥＡＶＹ  ＤＵＴＹ  ＮＡＴＵＲＡＬ  ＧＡＳＵ  ＥＮＧＩＮＥ」のＪ．Ｗａｌｋｅｒ（Ｏｒｔｅｃｈ）およびＢ．Ｋ．Ｓｐｅｒｏｎｅｌｌｏ（Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ  Ｃｏｒｐ．）によるＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．９２１６７３。
４）日付が１９９７年３月４日で表題が「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＳＴＩＭＡＴＩＮＧ  ＴＨＥ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＯＦ  ＡＮ  ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ  ＣＡＴＡＬＹＴＩＣ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ」のＮａｏｋｉ  Ｔｏｍｉｓａｗａの米国特許第５，６０６，８５５号、および
５）日付が１９９６年２月６日で表題が「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＵＮＩＴ  ＦＯＲ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＡＮＤ  ＴＯＴＡＬ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＴＨＥＲＥＦＯＲ」のＭｉｎｏｗａ他の米国特許第５，４９０，０６４号。
【０００４】
この上で引用した資料はいずれも本発明の如何なる部分も構成しない。この資料は引用することによって本明細書に組み入れられ、その結果として、ＳＣＲシステムに関係した詳細、例えばアンモニアまたは炭化水素である還元剤を用いたＳＣＲシステムの操作、還元剤の計量注入（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）、エンジン操作の原理および制御などを本明細書に詳細に挙げる必要も記述する必要もないであろう。
【０００５】
（背景）
本発明は、空気を化学量論的燃焼で要求される量よりも大過剰量で用いた燃焼状態、即ち希薄状態で作動する内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することに向けたものである。不幸なことには、空気を過剰量で存在させると窒素酸化物に接触還元を受けさせるのが困難になる。排出規制は、車が特定の運転サイクル中に放出してもよい特定排出物（ＮＯｘを包含）の量に制限を課しており、例えばｉ）低荷重トラック（ｌｉｇｈｔ  ｄｕｔｙ  ｔｒｕｃｋｓ）に関して米国ではＦＴＰ（「連邦試験手順」）を課しており、またはヨーロッパではＭＶＥＧ［「自動車排出群（ｍｏｂｉｌｅ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｇｒｏｕｐ）」］を課しており、またはｉｉ）高荷重トラック（ｈｅｖｙ  ｄｕｔｙ  ｔｒｕｃｋｓ）に関して米国ではＨｅａｖｙ  Ｄｕｔｙ  Ｃｙｃｌｅを課しており、またはヨーロッパではＥＳＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｔｅａｄｙ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｙｃｌｅ）またはＥＴＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｃｙｃｌｅ）を課している。このような規制によって通常の運転サイクル中に放出してもよい窒素酸化物の量が益々制限されてきている。
【０００６】
ＮＯｘを廃ガスから除去する方法は本技術分野で数多く知られている。本発明はＮＯｘを除去するに適した接触還元方法に向けたものである。接触還元方法は本質的に排気ガスを触媒床の上に還元ガスの存在下で通すことでＮＯｘを窒素に変化させることを含んで成る。通常は、車の排気を処理してＮＯｘを減少させる方法は３種類存在する。１番目の方法は非選択的接触還元（ＮＳＣＲ）である。２番目の方法は選択的非接触還元（ＳＮＣＲ）でありそして最後の方法は選択的接触還元（ＳＣＲ）である。本発明はＳＣＲシステムに関する。
【０００７】
ディーゼルエンジンでは、ディーゼルエンジンに例えばＥＧＲを組み込むことなどで燃焼を改善することで現在の規制に合致するに充分なＮＯｘ減少を達成してきた。突出した排出濃度は燃焼およびエンジンの改善がより厳格な濃度に合致するに充分でないような濃度である。ディーゼルの排気ガスには酸素が過剰量で存在することから、濃厚または化学量論的空気／燃料下でＮＯｘ減少の機会を得るのは不可能である。ＳＣＲは、ＮＯｘを酸素が豊富な排気から除去する時に有効であることが示された技術である。インフラ懸念が理由でディーゼル燃料またはディーゼル油が還元剤源として用いられるＳＣＲシステムが数多く開発されてきた。不幸なことには、現時点では、ディーゼルエンジンの作動範囲全体に渡って充分な活性を示して有効であるＨＣ還元用触媒はいまだ開発されていない。
【０００８】
産業用途で長年に渡って用いられている通常の窒素酸化物還元剤はアンモニアである。エンジンの作動範囲全体に渡って有効なＮＯｘ還元用触媒は開発されていない。尿素を自動車用途で用いることに関係したインフラ懸念ばかりでなくアンモニアのブレイクスルー（ｂｒｅａｋ−ｔｈｒｏｕｇｈ）またはスリップ（ｓｌｉｐ）の潜在的な危険があるにも拘らず、より厳格なＮＯｘ排出量に合致させる目的で、自動車用途ではアンモニアＳＣＲシステムが好んで選択されるようになってきている。即ち、その理由は、とりわけ、アンモニアを用いると高いＮＯｘ変換パーセントを達成することができることに加えて燃料の消費量を最小限にしながら動力出力が最大限になるように燃焼過程を最適にすることができることにある。
【０００９】
アンモニアが基になったＳＣＲシステムは固有の利点を有すると述べることができるにも拘らず、今日の制御システムは過度に複雑でありそして／またはＮＯｘ過渡排出がＳＣＲシステムに与える影響を考慮した時にＳＣＲシステムを制御するには有効でなかった。以下に示すように、ＳＣＲ制御システムを用いて過渡的ＮＯｘ排出量を充分に少なくすることができないと、厳格なＮＯｘ排出規制に合致しなくなってしまうであろう。
【００１０】
初期の特許では、排出量を定常状態で制御することを考慮してアンモニアの計量注入を制御していた。例えば、Ｇｌａｄｄｅｎの米国特許第４，４０３，４７３号（１９８３年９月１３日）では、いろいろな速度範囲におけるＮＯｘ放出量を考慮して、燃料流量とＮＯｘの間に線状関係が存在すると結論付けた［それより早い時期の１９８０年２月１２日付けのＧｌａｄｄｅｎの米国特許第４，１８８，３６４号では、アンモニア触媒はアンモニアを２００℃より低い温度で吸着しそして２００−８００℃の範囲の温度で脱離させることから、アンモニアとＮＯｘの間の完全な反応が達成されるようにＳＣＲシステムをより高い温度で操作すべきであると結論付けていた］。このように、Ｇｌａｄｄｅｎの’４７３では、燃料の質量流量を感知しそして触媒コンバーターの中の気体の温度が設定範囲内であることを条件として燃料流量があるパーセントになった時にＮＨ３の流れを押さえている。今日では大部分の自動車でそのような基本的な制御概念、即ちアンモニアＳＣＲシステムが用いられている。例えば、Ｋｏｂａｙａｓｈｉ他の米国特許第５，１１６，５７９号（１９９２年５月２６日）では、流入空気の湿度およびエンジンパワー、流入空気の温度、燃料消費量および排気ガス温度の中の１種以上の操作パラメーター（ｏｅｐｒａｔｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を追加的に測定することでアンモニア比制御弁（ａｍｍｏｎｉａ  ｒａｔｉｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ）の設定を行っている。アンモニアとＮＯｘのモル比をアンモニアスリップ（ａｍｍｏｎｉａ  ｓｌｉｐ）が最低限になるように１未満（化学量論的量以下）に設定している。
【００１１】
そのような還元剤を典型的には通常の燃料注入器の操作で用いられている様式に類似した様式で排気ガス流れの中にパルス計量注入する（ｐｕｌｓｅ  ｍｅｔｅｒｅｄ）。Ｂｒａｎｄ他の米国特許第４，９６３，３３２号（１９９０年１０月１６日）では、触媒コンバーターの上流および下流のＮＯｘを感知しそしてその上流および下流のシグナルを用いてパルス型ドーシングバルブ（ｐｕｌｓｅｄ  ｄｏｓｉｎｇ  ｖａｌｖｅ）を制御している。Ｌａｎｅ他の米国特許第５，５２２，２１８号（１９９６年６月４日）では、排気ガス温度およびエンジン操作条件、例えばエンジンのｒｐｍ、トランスミッションギアおよびエンジン速度などのマップ（ｍａｐｓ）を用いて還元剤注入器のパルス幅を制御している。
【００１２】
示したように、本産業技術ではＮＯｘ排出量を典型的にはセットポイントコントロールループ（ｓｅｔ  ｐｏｉｎｔ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌｏｏｐｓ）、例えばＰｏｌｃｅｒの米国特許第５，０４７，２２０号（１９９１年９月１０日）［そこでは、下流のＮＯｘセンサーを用いてコントロールループの中にトリムシグナル（ｔｒｉｍ  ｓｉｇｎａｌ）を発生させている］に示されている如きそれを用いて制御する目的でアンモニアをＳＣＲシステムで長年に渡って用いてきた。本産業技術ではまたタービン、炉などによる負荷が変化するとアンモニアＳＣＲシステムが影響を受けることも認識されている。このように、Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ他の米国特許第４，３１４，３４５号（１９８２年２月２日）では、排気ガスの温度を感知することを通して負荷の変動を測定している。排気ガスの温度が特定の範囲の時に負荷の変動が起こると仮定しそして異なるか或は予測したＮＨ３／ＮＯｘモル比を用いて触媒の吸着／脱離特性を説明している。より複雑なモル比制御システムがＷａｔａｎａｂｅの米国特許第４，７５１，０５４号に開示されている。Ｗａｔａｎａｂｅはモル比を補正するシグナルを設定する目的で上流および下流のＮＯｘセンサーを用いるばかりでなくまた温度、流量およびＮＨ３検出器も用いている。Ｃａｒｂｅｒｇ他の米国特許第４，４７３，５３６号（１９８４年９月２５日）では、タービンが発生するＮＯｘを予測する目的でタービンの入り口の空気流れ、排出圧力、排出温度および質量燃料流量を感知し、そのシグナルにＮＯｘ誤差に関する補正を時間遅れ（ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙｅｄ）ＮＯｘセンサー測定値を用いて受けさせている。Ｃａｒｂｅｒｇは、タービンの負荷が変化するとある時間枠（ｔｉｍｅ  ｆｒａｍｅ）内で通常のＮＯｘセンサーを用いて気体サンプルに入っているＮＯｘ排出量を測定するに必要な１分プラス（１  ｐｌｕｓ  ｍｉｎｕｔｅ）よりも速くＮＯｘ排出量が変化する可能性があり、従って予測を行っているが、その予測に実時間に関する補正を受けさせるのは不可能であることを認識している。産業用システム（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、大部分が、車のエンジンが突然のＮＯｘ過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）をもたらすことを特徴とする高度に過渡的な条件下では機能しない。また、産業用システムが機能するのは、発生するガスのサンプルを採取してＮＯｘ含有量を正確に測定して密封型ループコントロールでアンモニア計量注入用バルブを調整すると言った環境の時である。
【００１３】
自動車用途におけるＮＯｘ排出量の制御では、アンモニア、即ち還元剤の計量注入を制御する目的でエンジンの操作パラメーターを感知するシステムに加えて他のアプローチも用いられている。Ｆｒａｅｎｋｌｅ他の米国特許第５，８４５，４８７号（１９９８年１２月８日）では排気ガスの温度を感知している。排気ガスの温度がＳＣＲシステムが有効に働く温度範囲の外側、即ち操作温度未満になると、エンジンに燃料を注入する時期を遅らせ、それによって燃焼を変えることでＮＯｘを減少させている。Ｋｉｂｅの米国特許第５，８４２，３４１号（１９９８年１２月１日）では、還元剤の量を決定する目的で空間速度と排気ガス温度を測定している。加うるに、触媒コンバーターの入り口および出口温度も測定して、入り口と出口の間の温度差が大きくなり始めた時点で還元剤の流量を定常状態より下げることも行っている。Ｋｉｂｅの好適な態様にＨＣとして開示されている還元剤は、Ｋｉｂｅに従い、発熱的ＨＣ酸化反応以外には触媒塊の加熱にも触媒床の加熱にも貢献していない。触媒の温度が操作温度範囲内に保持されるように還元剤の量を少なくしている。
【００１４】
恐らくは尿素／アンモニアシステムを自動車用途で用いるより複雑なアプローチの１つがＳｃｈｍｅｌｚの米国特許第５，８３３，９３２号（１９９８年１１月１０日）、Ｎｅｕｆｅｒｔ他の米国特許第５，７８５，９３７号（１９９８年７月２８日）、Ｓｃｈｍｅｌｚの米国特許第５，６４３，５３６号（１９９７年７月１日）およびＳｃｈｍｅｌｚの米国特許第５，６２８，１８６号（１９９７年５月１３日）を包含する一連の特許の中に開示されている。これらの特許に還元用反応体が一般的な意味で考察されてはいるが、それらは明らかに還元剤を尿素／アンモニアに限定している。そのようなシステムによれば、前記’９３２特許に明記されている組成を有する触媒コンバーターが単位長さ当たりに示す還元剤貯蔵能力は気体流れの方向に高くなる。それによって、前記’５３６特許に開示されているように、触媒の中に貯蔵されているアンモニアの量を測定する目的で計器を触媒の長さ方向に沿って位置させてもよい。触媒コンバーターの中に貯蔵されている還元剤を用いて過渡的排出量を変えることができるように触媒に還元剤を仕込んでいる。しかしながら、前記’１８６特許は、本発明の場合と同様に、如何なる特定の触媒にも限定されない制御システムに向けたものである。この’１８６特許では、この章で考察したいくつかの従来技術引用文献の場合と同様に、ｉ）負荷が突然に大きくなることから還元剤を少なくする必要がある（そして同様に負荷が突然に小さくなることから還元剤を多くする必要がある）こと、そしてｉｉ）還元用触媒が還元剤を貯蔵および放出する能力はそれの温度の影響を受けること（この’１８６特許ではまた排気ガスの圧力も要求している）が認識されている。この’１８６特許では、触媒が還元剤を吸着または脱離する速度を気体圧力および触媒温度の変化から判断している。その後、エンジンが発生するＮＯｘ排出量を計算しそして還元剤を触媒に計量注入する時の還元剤／ＮＯｘ排出量を化学量論的比率以下に設定している。次に、その計量注入する還元剤の速度がその測定した還元剤吸着／脱離速度に等しくなるようにそれを上方または下方に調整する。測定用基準値がエンジン始動時に健全であることを確保しかつスリップに対する防護を行う目的で触媒が明らかに「空になる（ｅｍｐｔｙ）」ようにバーナーを装備している。そのような吸着／脱離理論および測定能力が「健全」であると仮定して、そのようなシステムは多種多様なセンサーが要求されかつ広範な計算を行う必要があっても健全であると仮定している。
【００１５】
アンモニアＳＣＲ  ＮＯｘ還元システムを調査した論文が前記引用文献の中に多数公開されておりかついくつかの論文にはその調査されたＳＣＲ  ＮＯｘシステムを最適にする制御方策が考察されている。Ｊ．ＷａｌｋｅｒおよびＢ．Ｋ．Ｓｐｅｒｏｎｅｌｌｏによる表題が「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ａｍｍｏｎｉａ／ＳＣＲ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａ  Ｈｅａｖｅｙ  Ｄｕｔｙ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ  Ｅｎｇｉｎｅ」（１９９２年、９月）のＳＡＥ論文９２１６７３では、エンジンの速度および負荷が定常状態の時に最適なＮＯｘ変換率を得る目的でいろいろなエンジン速度および負荷の時にアンモニアをいろいろな量で注入した。その速度および負荷のマップを作って、それを参照用表（ｌｏｏｋ−ｕｐ  ｔａｂｌｅ）［各エンジンおよび各ＳＣＲ触媒に特定の］に記憶させた後、アンモニア計量注入速度を設定する目的でそれに定期的にアクセスしている（ａｃｃｅｓｓｅｄ）。このようなオープンループフィードフォーワード（ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ，ｆｅｅｄ  ｆｏｒｗａｒｄ）技術が通常用いられており、定常状態の場合には良好な変換比がもたらされる。
【００１６】
Ｄｒ．Ｃｏｒｎｅｌｉｓ  ＨａｖｅｎｉｔｈおよびＲｕｕｄ  Ｐ．Ｖｅｒｂｅｅｋ（本主題出願の共同発明者）による１９９７年２月付けの「Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｕｒｅａ  ｄｅＮＯｘ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  Ｈｅａｖｙ−Ｄｕｔｙ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅｓ」であるＳＡＥ論文９７０１８５には、過渡排出中にアンモニアの計量注入調整を行うことが調査されている。制御装置に送られるエンジン速度および負荷センサーデータ読みを用いて定常状態の時のＮＯｘ排出量に対する化学量論的関係においてアンモニアの量を脈動させる（ｐｕｌｓｅ）パルス型尿素投入装置（ｐｕｌｓｅｄ  ｕｒｅａ  ｄｏｓａｇｅ  ｄｅｖｉｃｅ）が開示されている。ステップ−尿素（ｓｔｅｐ−ｕｒｅａ）、ステップ−ロード（ｓｔｅｐ−ｌｏａｄ）および過渡サイクル中には化学量論的関係を弱めそして過渡またはステップまたはロードが完了した後には尿素を追加的量で注入する動的制御方策を採用した。ＮＯｘ排出量が低下したと報告されているが、前記動的制御方策、前記過渡中に追加的還元剤を添加することまたはこれらの組み合わせが理由でＮＯｘ排出量低下が達成されたか否かは疑問視される。
【００１７】
Ｓ．Ｌｅｐｐｅｒｈｏｆｆ、Ｓ．ＨｕｔｈｗｏｈｌおよびＦ．Ｐｉｓｃｈｉｎｇｅｒによる１９９２年３月の「Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＯｘ  ｉｎ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｘｈａｕｓｔ」であるＳＡＥ論文９２５０２２が過渡システムを評価する目的でステップロード変化を考察した初期の論文である。この論文では、ｒｐｍが一定の時にエンジンにかかる負荷が変化した場合にはＮＯｘ排出量が高くなり、温度が高くなりそして全排気流量が増加することを認識している。エンジン操作条件が段階的に変化することに対して示す触媒の反応をステップロードテストと呼んでいる。エンジンの負荷が高くなる時にアンモニアスリップが起こるが、その論文は、前記スリップと前記触媒に貯蔵されているアンモニアが相互に関係していると結論付けている。アンモニアスリップを回避するには制御プログラムまたは制御システムがエンジンのＮＯｘ排出量、触媒の温度およびこの触媒の中に貯蔵されているアンモニアを考慮に入れる必要があるであろうと提案した。
【００１８】
Ｈ．Ｌｕｄｅｒｓ、Ｒ．Ｂａｃｋｅｓ、Ｇ．Ｈｕｔｈｗｏｈｌ、Ｄ．Ａ．Ｋｅｔｃｈｅｒ、Ｒ．Ｗ．Ｈｏｒｒｏｃｋｓ、Ｒ．Ｇ．ＨｕｒｌｅｙおよびＲ．Ｈ．Ｈａｍｍｅｒｌｅによる１９９５年１０月の「Ａｎ  Ｕｒｅａ  Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｕｔｙ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ」であるＳＡＥ論文９５２４９３では、アンモニアＳＣＲシステムを用いてディーゼルのＮＯｘ排出量を制御することができると結論付けている。その研究で用いられた制御方策はこの上に示したＧｌａｄｄｅｎおよびＬａｎｅの特許に開示されている方策に類似している、即ちマイクロプロセッサーを用いてエンジンから出るＮＯｘ排出量および触媒コンバーター温度のマップを作成すると言った方策である。エンジンの速度およびトルクを用いてエンジンから出るＮＯｘを推測した。次に、ＮＯｘ排出量データ（ＮＯｘ  ｏｕｔ  ｄａｔａ）と一緒に空間速度（吸気質量流量）および触媒温度を用いて最大のＮＯｘ減少速度を設定した。過渡的操作を定常状態から数値的にモデル化した。アンモニア貯蔵および熱慣性を変換率に影響を与える要因として注目したが、考察された制御システムには数値的モデル化以外には特殊な方策は全く用いられていない。
【００１９】
Ｈ．Ｔ．Ｈｕｇ、Ａ．ＭａｙｅｒおよびＡ．Ｈａｒｔｅｎｓｔｅｉｎによる１９９３年３月の「Ｏｆｆ−Ｈｉｇｈｗａｙ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ａｆｔｅｒ−Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  Ｕｒｅａ−ＳＣＲ，Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｔｒａｐｓ」であるＳＡＥ論文９３０３６３には、エンジンマップ化条件（ｅｎｇｉｎｅ  ｍａｐｐｅｄ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を基にしてアンモニアを遅れなしに化学量論的に注入することが記述されている。過渡排出に関しては触媒の間隙率が重要であると述べられている。計量用の注入ノズルが開示されている。
【００２０】
Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１２１巻の８５−１０２頁（１９９６）に公開されたＭ．Ｋｏｅｂｅｌ、Ｍ．ＥｌｓｅｎｅｒおよびＴ．Ｍａｒｔｉによる表題が「ＮＯｘ−Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  ｗｉｔｈ  Ｕｒｅａ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」である論文には、「負荷が急激に変化する時」に実施した実験が記述されている。負荷が急激に小さくなってもアンモニアスリップは起こらないが、負荷が急激に高くなるとアンモニアスリップが起こった。この論文では、温度が低い時には触媒が吸着したアンモニアで飽和状態になり、負荷が大きくなるとＮＯｘ排出量が有意に高くなり、負荷が高くなると触媒の温度がゆっくり高くなることを観察している。そのような急激な負荷変化が始まる時に起こるアンモニアスリップの度合は、アンモニアの脱離が起こっている時にはアンモニアが過剰量で存在していることから高いが、触媒床の大部分は非常に冷えていることからその脱離したアンモニアとＮＯｘの反応はＮＯｘの濃度が高くても有効には起こらない。この上に考察した従来技術の文献のいくつかにもそのような観察が示されている。アンモニアの添加を負荷の上昇に関係させて遅らせることが推奨されている。
【００２１】
この上で考察した従来技術引用文献の一般的で総括的な要約として、ディーゼルエンジンによって動力が与えられる車が発生する排出物を制御する目的でアンモニアＳＣＲシステムを有効用いることができること、還元用触媒は低い温度の時にアンモニアを吸着して貯蔵しそして排気ガスの温度がより高くなるとその貯蔵していたアンモニアを脱離すること、定常状態のＮＯｘ排出量をマップ化した（ｍａｐｐｅｄ）エンジン速度および負荷条件から判断しそしてそのＮＯｘ排出量に対する化学量論的関係でアンモニアを計量注入することでそれを容易に制御することができること、尿素をポンプ輸送し、尿素を反応させてアンモニアを生じさせそしてアンモニアのパルス型注入を制御することで排気ガスへのアンモニア注入を止める速度を正確に制御することができること、そして過渡排出によってＮＯｘの濃度が過渡的に高くなることに付随して排気ガスの温度が高くなることから温度上昇の結果として起こる脱離が原因であると考えられるアンモニア存在量の上昇を均衡させる目的でアンモニア計量注入速度を遅くする必要があることは公知である。注目すべきは、過渡排出中の計量注入速度を定常状態操作条件中に還元剤を計量注入するのと同様に迅速かつ有効に調整する能力を有する簡潔な制御システムはその考察した自動車用途のいずれにも存在しない。
【００２２】
これに関して、この上に示したように、車用途における突然の過渡的排出量変化を伴わない産業方法（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）では、セットポイント制御装置（ｓｅｔ−ｐｏｉｎｔ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ）によって制御される密封型ループにＮＯｘセンサーを用いることができる。車用途で要求される応答時間（ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｉｍｅ）を有するＮＯｘセンサーは商業的に全く入手不能である。従って、自動車用途用の如何なるＳＣＲ制御システムも必然的にオープンループ（ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ）である。
【００２３】
（発明の要約）
従って、本発明の主目的は、ＮＯｘ  ＳＣＲ自動車排出量低下システム（ＮＯｘ  ＳＣＲ  ｍｏｂｉｌｅ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）が還元剤のスリップなしに定常状態のＮＯｘ排出量ばかりでなく過渡的ＮＯｘ排出量を減少させるように前記システムを制御する能力を有するそれ用の制御装置（ｃｏｎｔｒｏｌ）を提供することにある。
【００２４】
ＳＣＲシステムに外部の還元剤を供給することによって自動車ディーゼル用途（ｍｏｂｉｌｅ  ｄｉｅｓｅｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）で発生するＮＯｘ排出量を減少させる方法にａ）１種以上のエンジン操作パラメーター（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を感知することで前記エンジンが発生する実際のＮＯｘ排出量の指標となるＮＯｘ排出濃度を予測し、ｂ）前記実際のＮＯｘ排出濃度が変化しそして前記還元用触媒の温度が設定範囲内の時には前記実際のＮＯｘ排出濃度に時間定数（ｔｉｍｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）による修正を受けさせることで前記実際のＮＯｘ排出濃度とは異なる計算されたＮＯｘ排出濃度を生じさせ、そしてｃ）前記ＳＣＲシステムに入っている還元用触媒に外部の還元剤を前記還元用触媒が前記計算されたＮＯｘ排出濃度を低くするに充分な速度で計量注入し、前記還元剤の計量注入によって過渡的ＮＯｘ排出によると考えられる前記ＳＣＲシステムに対する影響をなくす（ａｃｏｕｎｔ  ｆｏｒ）段階を含めることで、本目的に加えて本発明の他の特徴を達成する。より詳細には、ＮＯｘ定数（ｃｏｎｓｔａｎｔ）は、ＮＯｘ排出量が増加した時には還元剤のスリップが回避されるように前記実際のＮＯｘ排出濃度を低くしそしてＮＯｘ排出量が低下した時には触媒が還元剤を貯蔵する能力が利用されるように前記実際のＮＯｘ排出量を高くする働きをする。
【００２５】
本発明の重要な特徴に従い、ＮＯｘ時間定数は、触媒の温度が所定の触媒がその温度で還元剤を貯蔵する能力に関係するように設定した温度範囲内の触媒温度の関数である。触媒の貯蔵能力は、一般に、前記触媒温度範囲内で触媒温度が高くなるにつれて低下し、それによって、ＳＣＲシステムで用いられている所定触媒が還元剤を貯蔵する能力を基にして還元剤をＮＯｘ過渡期（ＮＯｘ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）中および後に計量注入することで、還元剤のスリップが起こる可能性を最小限にする。
【００２６】
所定触媒が還元剤を貯蔵する能力を所定触媒が所定触媒温度で還元剤を貯蔵するに要する相対時間（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｔｉｍｅ）として表すことで、通常の参照用表の貯蔵時間定数−触媒温度関係を通してアクセス可能な変化する時間定数を生じさせることが本発明の目立った特徴である。この時間定数を用いることで、際限のない方法、例えば時間が変わることによって変動するＮＯｘ排出量平均値を測定し、各時間と時間定数を現時の触媒温度に関する参照用表で相互に関係付け、それによって、数多くのパラメーターを感知して数多くの計算を実施する必要なく現時の触媒の貯蔵能力を定期的に測定して還元剤の用量を決定し、それによって還元剤の計量注入速度を設定することなどで、ＮＯｘ排出濃度が変わることによって触媒がＮＯｘ過渡期に対して示す反応が遅れることがないようにする。
【００２７】
しかしながら、過渡期ＮＯｘ排出が原因と考えられる触媒システムの遅れをなくす目的でフィルター（ｆｉｌｔｅｒ）を用いることが本発明の目立った特徴であり、ここでは、前記フィルターを用いて、実際のＮＯｘ排出量（増加または減少）が現時の温度における触媒の還元剤貯蔵能力を超えないＮＯｘ濃度になるように健全な反応し得る制御（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ａｎｄ  ｒｏｂｕｓｔ  ｃｏｎｔｒｏｌ）でフィルターにかける（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）。本発明のこの特徴に従うフィルターでは、連続時間変域（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ）の中で伝達関数（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）：
【００２８】
【数２７】
2004518053.tif 000003
【００２９】
で表される直列連結した２つの一次フィルター（ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ  ｆｉｌｔｅｒｓ）を設けることで、触媒温度の範囲が低い方の温度の時には触媒が還元剤を貯蔵する能力を用いる一方でまた還元剤が尿素水溶液の時には尿素の加水分解が向上するようにすることを用いる。実際のＮＯｘ排出濃度をフィルターにかける時、可変ＮＯｘ時間定数、即ちτＮＯｘをこの上に示した参照用表から触媒温度の関数として決定する。本発明のより幅広い範囲に従い、二次フィルター（ｓｅｃｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ  ｆｉｌｔｅｒ）は、触媒の温度に依存した何らかの関係に関する遅れ（ｌａｇ）を導入するに有効であり、それには、これらに限定するものでないが、触媒がこの触媒の温度範囲内の特定の温度で還元剤を貯蔵する能力の単なる直線または一定近似値（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｓ）であるそれが含まれる。
【００３０】
本発明の別の目立った面に従い、本システムでは、この上に示した連続形態で表される如き二次フィルターを用いて、ＮＯｘ過渡排出によると思われる触媒床を通って動く熱前線（ｈｅａｔ  ｆｒｏｎｔｓ）の変化の影響をなくし、それによって、触媒床の前方または後方または中央部の温度を感知することで達成されるそれよりも正確な温度である機能触媒温度（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を得る。本発明のこの面に従い［ＮＯｘ濃度を因数に分解する制御システムへの適用に限定するものでなく、何らかの理由で触媒の温度を測定または感知する如何なる自動車システム（ｍｏｂｉｌｅ  ｓｙｓｔｅｍ）にも適用可能である］、触媒時間定数τＣａｔは、排気ガスが触媒の中を通る空間速度の関数である。
【００３１】
本発明のこの目立った特徴に従い、車の排気システムにおける触媒機能温度（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を決定する方法に、ｉ）排気ガスの温度および触媒を通る排気ガスの空間速度を感知または計算で決定し、そしてｉｉ）触媒フィルター（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｉｌｔｅｒ）を用いて前記排気ガスの温度をフィルターにかけることで前記触媒機能温度を得る段階を含める。重要なことは、排気ガスの温度をフィルターにかける触媒フィルターを用いて時間定数を変化する空間速度の関数として決定することを実行し、そしてこれを、この上に挙げた如き二次フィルターによって連続時間変域の中で実行する。
【００３２】
本発明のさらなる特徴に従い、本発明のＮＯｘフィルターおよび触媒フィルターに関する伝達関数であるＨ（ｓ）は際限ない離散形態（ａｎｙ  ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｆｏｒｍｓ）で車の現存マクロプロセッサーの中で容易に実行され得る、と言うのは、離散形態の伝達関数を実行する通常の差分方程式のいずれも記憶集約的（ｍｅｍｏｒｙ  ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ）でないからである。
【００３３】
本発明の更に別の面に従い、エンジンが休止した後、機能触媒温度を構成する２つの一次フィルターを直列関係から２つの個々別々の平行な機能一次フィルター（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ  ｆｉｌｔｅｒｓ）に分け、周囲温度を触媒の温度にフィルターインプット（ｆｉｌｔｅｒ  ｉｎｐｕｔ）として送り込み、その結果として、短時間のエンジン停止後／始動期間に触媒の冷却温度（ｃｏｏｌｅｄ  ｄｏｗｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を二次触媒フィルターとして用いることでエンジン再始動後に還元剤のスリップが起こらないようにする。本発明のこの面に従い、冷却時間定数（ｃｏｏｌ  ｄｏｗｎ  ｔｉｍｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）であるτＣｏｏｌを車の停止から経過した時間の関数または温度差を表すパラメーターとして決定する。両方のフィルターを各々が同じ情報を受け取るように平行に配列することで、車の再始動時に前記フィルターを切り替えて直列関係に戻す時に２番目の平行なフィルターがフリージング（ｆｒｅｅｚｉｎｇ）もドリフティング（ｄｒｉｆｔｉｎｇ）も起こさないようにする。
【００３４】
本発明の特定の特徴に従い、外部の還元剤はアンモニアでありそして所定触媒の時間定数τＮＯｘを設定する時に用いる還元用触媒の貯蔵能力はａ）排気ガスが上を流れる触媒の表面積、ｂ）表面領域上の吸着／吸収部位の数および強度およびｃ）触媒ウォッシュコート（ｗａｓｈｃｏａｔ）が設定温度範囲内の所定温度でＮＯｘを貯蔵する能力の関数であり、それによって、ある制御方法では、所定触媒の性能を最適にする目的で良く知られた還元剤を用いるばかりでなくまた規制運転サイクルＮＯｘ排出要求に合致するように所定エンジン／車組み合わせ用の還元用触媒の大きさを最適にする方法を提供する。
【００３５】
本発明のさらなる特徴に従い、外部の還元剤を現時の機能触媒温度［触媒ＮＯｘ定数（ｃａｔａｌｙｓｔ  ＮＯｘ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）で決定される如き］に関して確立した還元剤とＮＯｘ排出量の正規化した化学量論的比率で計量注入し、それによって、本方法の必須段階の各々、即ちＮＯｘ排出量、触媒機能温度（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）およびＮＳＲ比率の全部をＮＯｘ過渡排出をもたらすエンジン操作条件の結果としてもたらされるＳＣＲシステムに対する不可避的影響がなくなるように調整した（さもなければ、ＳＣＲシステムの機能が悪影響を受ける）。再び、還元剤の率を設定する時に、触媒の現時の状態を感知する必要も感知した触媒の状態を基にして広範な計算を行う必要もない。
【００３６】
本発明の更に別の特定の包含特徴（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ  ｆｅａｔｕｒｅ）は、内燃機関によって動力が与えられる車に適用されているＳＣＲシステムに入っている還元用触媒に外部の還元剤を計量注入する方法を提供し、この方法は、
ａ）前記車およびエンジンの操作状態を感知して計算および／または測定で前記エンジンが排出する実際のＮＯｘ排出量、前記排気ガスの温度および前記排気ガスの空間速度を示すシグナルを生じさせ、
ｂ）前記ＮＯｘシグナルが変化した時に前記触媒の温度が設定温度範囲内の時には前記実際のＮＯｘ排出シグナルをＮＯｘ時間定数によるフィルターにかけて前記実際のＮＯｘシグナルとは異なる計算されたＮＯｘシグナルを生じさせ、
ｃ）前記空間速度シグナルが変化した時には前記排気ガス温度シグナルを触媒時間定数によるフィルターにかけて前記排気ガス温度とは異なる機能触媒温度シグナル（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｉｇｎａｌ）を生じさせ、
ｄ）前記機能触媒温度シグナルおよび空間速度シグナルを因数分解（ｆａｃｔｏｒｉｎｇ）して還元剤とＮＯｘ排出量の正規化した化学量論的比率を示すＮＳＲシグナルを生じさせ、そして
ｅ）前記計算されたＮＯｘシグナルを前記ＮＳＲシグナルで因数分解して前記外部の還元剤を計量注入する装置を制御する計量注入シグナル（ｍｅｔｅｒｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）を発生させることによって前記還元剤を前記還元用触媒に計量注入する、
段階を包含する。
【００３７】
本発明の一般的な目的は、ディーゼル動力車が発生するＮＯｘ排出のための窒素が基になったＳＣＲ制御システムを提供することにある。
【００３８】
本発明の別の一般的な目的は、ＳＣＲ触媒が還元剤を貯蔵する能力を利用すると同時に還元剤のスリップを最小限にする自動車ＩＣエンジン用途用外部還元剤ＳＣＲ制御システムを提供することにある。
【００３９】
本発明の１つの目的は、以下に特徴を示す特性のいずれか１つまたは任意組み合わせを有する自動車ＮＯｘ  ＳＣＲシステム用制御システムを提供することにある：
ａ）定常状態のＮＯｘ排出量ばかりでなく過渡期のＮＯｘ排出量の低下を制御する能力、
ｂ）ＮＯｘ過渡排出中に起こる還元剤のスリップを防止する能力、
ｃ）ＥＣＵに記憶させると言った大きな記憶要求を必要としないプログラム可能ルーティーンで簡単に実行可能、
ｄ）健全で安定で経時的に大きなドリフト（ｄｒｉｆｔ）を受けない、
ｅ）触媒の熱老化の影響をなくさせる能力、
ｆ）ＯＢＤ診断システムで簡単に実行可能、
ｇ）最新のシステムで現在用いられている部品または構成要素以外の追加的部品も構成要素も必要でないことから安価、
ｈ）如何なる特定の運転サイクルにも試験サイクルにも限定されない、そして
ｉ）温度および／または負荷および／またはＮＯｘ排出の不定変化に敏感でないこと。
【００４０】
関係しているが別の目立った本発明の目的は、定常状態における触媒の温度を測定する目的でどの方法論が用いられているかに拘わらず機能触媒温度（ＮＯｘ過渡排出によると考えられる変化が起こることでもたらされた如何なる制御型のシステムで用いられているＳＣＲ触媒でも）を決定する方法を提供することにある。
【００４１】
関係しているが独立している本発明の更に別の目的は、如何なる排出システム（ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）に入っている如何なる触媒でもそれの始動温度を確かめる方法を提供することにある。
【００４２】
本発明の更に別の目的は、自動車のエンジン用途の目的で商業的に受け入れられる時間応答センサー（ｔｉｍｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ）が開発されたと仮定して制御システムにＮＯｘおよび／または還元剤センサーが用いられる可能性があるにも拘らずＮＯｘ過渡排出によると考えられるＳＣＲシステムへの変化の影響をなくさせる能力を有する自動車ＩＣエンジンＳＣＲ用途用制御システムを提供することにある。
【００４３】
本発明の更に別の目的は、ＳＣＲシステムで用いられる如何なる設計または如何なる種類の還元用触媒であってもそれと一緒に機能し得る外部還元剤使用自動車ＩＣ用途用ＳＣＲ制御システムを提供することにある。
【００４４】
本発明の別の目的は、所定のエンジン／車組み合わせに適した所定の還元用触媒を最適に選択する基礎を与える外部還元剤使用自動車ＩＣ用途用ＳＣＲ制御システムを提供することにある。
【００４５】
本発明の更に別の目的は、エンジンが発生するＮＯｘ過渡排出の結果として起こる特定の触媒がＮＯｘ排出量を減少させる能力の影響がなくなるような様式で還元剤の計量注入を制御する目的で所定のＳＣＲ触媒が還元剤を貯蔵／放出する能力およびＮＯｘ排出を決定しそして使用する外部還元剤用ＳＣＲ制御システムを提供することにある。
【００４６】
本発明の更に別の目的は、高いＮＯｘ変換率を維持しながら還元剤の使用率を最小限になるようにＳＣＲシステムが備わっている自動車ＩＣエンジンに供給される外部の還元剤を制御するシステムを提供することにある。
【００４７】
本発明の別の目的は、温度の関数として決定される時間定数を有する直列連結した２つの簡単な一次フィルターを用いてＮＯｘ過渡排出後の触媒の遅れをエミュレートする（ｅｍｕｌａｔｅｓ）外部還元剤ＳＣＲシステム用制御システムを提供することにある。
【００４８】
以下に挙げる本発明の詳細な説明を本図と関連させて読んで理解した後の本分野の技術者に本発明の前記および他の目的、特徴および利点が明らかになるであろう。
【００４９】
（本発明の詳細な記述）
ここで、本図を参照して、図１に、１．９リットルのターボチャージ直接噴射（ＴＤＩ）ディーゼルエンジンが備わっている試験用車、即ち低荷重試験用車を用いて実施したＭＶＥＧ試験を示すが、これは本発明の好適な態様を単に説明する目的で示すものであり、本発明を限定する目的で示すものでない。本発明を全体に渡ってディーゼルエンジンに適用可能であるとして記述するが、この上に示したように、本発明は、本発明のより幅広い意味で、如何なる内燃（ＩＣ）機関にも適用可能であり、例えば希薄状態で作動、即ち「希薄燃焼」エンジン燃料方策で作動するガソリン燃料型のエンジンなどにも適用可能である。
【００５０】
図１では、ヨーロッパのＭＶＥＧサイクルを秒で表してｘ軸にプロットすることに加えて運転サイクル中に車が放出する窒素酸化物（ＮＯｘ）を左側のｙ軸にプロットしそしてこの車の速度をｋｍ／時で表して右側のｙ軸にプロットする。参照番号１０で示す低い方の線は、運転サイクルの定時部分（ｔｉｍｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）に渡る車速度のプロットである。参照番号１２で示す最も上方のプロットは、ディーゼル動力車が規則的運転サイクル中に発生するＮＯｘ排出量であり、これをむしろＮＯｘ過渡排出量の「スパイク（ｓｐｉｋｅｓ）」で劇的に特徴づける。図１のグラフに関するいくつかの事実に基づく観察は下記の通りであると特記する：
１）車が一定の速度で走行している時のＮＯｘ排出量はいくらか一定である。このことは、例えば参照番号１０Ａで示す車速度プロット部分を観察しそしてこれを参照番号１２Ａで示すＮＯｘプロット部分の中の時間の間に発生するＮＯｘ排出量の一般に平らな部分と比較することで分かるであろう。負荷が一定であると仮定すると、車の速度が一定の時に発生するＮＯｘ排出量は一定、即ち「定常状態」であろう。背景で考察したように、今日用いられているＮＯｘ制御方策は定常状態が基になっている。このように、ＳＣＲシステムで外部の還元剤を用いる場合には、この外部の還元剤を、今日の方策下では、１２Ａの所で発生した一定のＮＯｘ排出量を低くするに充分な速度で計量注入することが行われている。大部分の産業方法の場合と同様に車の速度（および負荷）がかなり一定のままであるならば、高いＮＯｘ変換効率を得ることができるであろう。図１は、自動車ＩＣエンジン用途ではそのような制御哲学が何故うまく働き得ないかを示している。
【００５１】
２）車が加速している時（例えば参照番号１０Ｂで表示する加速で示す如き）には、それに相当して、ＮＯｘ排出量が劇的に高くなる、即ちスパイク１２Ｂで示すように「先が尖り」、そして通常はそのようなＮＯｘ排出量のスパイクまたはパルスまたは上昇をＮＯｘ過渡と呼ぶ。加速度が更に高くなればなるほど（即ち、車にかかる負荷の率が大きくなればなるほど）、ＮＯｘ過渡排出量が多くなる。図１で用いた時間目盛（ｔｉｍｅ  ｓｃａｌｅ）は、過渡パルスまたは「スパイク」の各々を精査することを可能にするものでない。しかしながら、各過渡は前縁（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）と後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）を有する。前縁はエンジン内で起こる燃焼過程の不可避的結果として固有に存在し、それのピークの所は過渡排出の振幅を限定している。後縁はより緩やかな傾きを示している。図１の運転サイクルの実施では排気ガス再循環（ＥＧＲ）が備わっているディーゼル動力車を用いた。マイクロプロセッサーの技術が進展したことに加えて公知のコンピューターが基になった技術、例えばフィードフォーワード、アーティフィシャルインテリジェンス（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）、アダプティブラーニング（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｌｅａｒｎｉｎｇ）などが進展した結果として、前記過渡の後縁を弱める（ｄａｍｐｅｎ）働きをする応答がより速いＥＧＲシステムがもたらされた。しかしながら、この過渡の前縁は必ず存在するであろう。ＥＧＲ技術が恐らくは進展すると予測され、その結果として、ＮＯｘ濃度は全体として下がる可能性はある。しかしながら、そのようなシステムは本発明の制御システムの代わりになるものでも本明細書に記述する如き制御方法の必要性をなくすものでもない。即ち、ＥＧＲシステムが改良されたならばそれで本明細書に記述する制御方法を補うことで、外部の還元剤が用いられるＳＣＲシステムがエンジンの作動範囲全体に渡って完全に機能することが保証されるであろう。
【００５２】
３）車が減速、例えば参照番号１０Ｃで表示する減速の時には、ＮＯｘ排出量が降下しそして定常状態の時に存在するＮＯｘ濃度より下方に降下する［例えば、図１に参照番号１２Ｃで示す相当するＮＯｘ排出量降下で示すように］。
【００５３】
一般的要約として、図１は、ＮＯｘ過渡排出がディーゼル動力車が規則的運転サイクル中に放出するＮＯｘ排出量の有意な部分を構成していることを示している。
【００５４】
本詳細な説明および本請求の範囲で用いる時のおおよその定義として、
ａ）「減速」は、車がエンジンに動力を伝えるエンジン操作条件を意味する。
【００５５】
ｂ）「加速」は、エンジンシステムが変化する速度が速いことを包含し、これを単にエンジンのｒｐｍで表される速度変化に限定するものでなく、これにはまた、ｉ）エンジン速度の変化を伴うか否かに拘わらずエンジンの負荷が高くなることおよびｉｉ）全エンジン「システム」の操作パラメーター１種または２種以上が変化、例えばＥＧＲ流れまたは組成が変化するか或はターボチャージャーが発動することなどによる変化も含まれる。
【００５６】
ｃ）「ＮＯｘ過渡」は、図１を参照して説明するようにＮＯｘ排出量が一時的に高くなることを意味しそして「定義」では加速時に起こる。
【００５７】
ｄ）「定常状態」は一定であることを意味し、これはエンジン操作パラメーターまたはエンジン「システム」が個々の時間の間に大きくは変化しない、即ちＮＯｘの変動が±５％である時に存在する。
【００５８】
ｅ）「ＳＣＲ」は選択的接触還元を意味し、これには化学反応体によるＮＯｘの化学還元を速めるか或は高める還元用触媒１種または２種以上が含まれる。
【００５９】
ｆ）「外部の還元剤」は、エンジンの燃焼過程で発生する燃焼生成物ではない源から排気流れに供給される何らかの還元剤を意味する。好適な態様における外部の還元剤は窒素が基になった反応体、例えば還元用触媒に液体または気体形態で計量注入されるアンモニアなどである。しかしながら、この上に示したように、本発明の制御はまた他の還元剤、例えば燃料オイルなどを用いた時にも機能し得る。
【００６０】
ｇ）「正規化した化学量論的比率」または「ＮＳＲ」は、還元用触媒に注入される還元剤のモル量をＮＯｘに還元を完全に受けさせるに必要な還元剤の理論的モル量で割った値であるとして定義する。還元剤のスリップが起こらないようにＮＳＲ＜１または化学量論的以下に設定するのが通常の実施である。
【００６１】
ｈ）［空間速度」は、標準条件（１気圧で２０℃）の時の排気ガスの体積流量を触媒の体積で割った値、即ち気体の体積［ｍ３／時］／触媒の体積＝−１時−１である。
【００６２】
ｉ）「貯蔵能力」は、還元用触媒がこれの表面に還元剤および／またはＮＯｘ排出物を所定温度で吸着または貯蔵する能力である。
【００６３】
ここで、図２Ａを参照して、ヨーロッパの定常状態サイクル（ＥＳＣ）の一部、即ち高荷重試験を示す。このサイクルは一連の一定負荷と速度の組み合わせを通って進行する。示したデータはＥＧＲシステムが備わっていない１２リットルの高荷重ディーゼルエンジンから取ったデータである。触媒システムはＥｎｇｅｌｈａｒｄ  Ｃｏｒｐ．から供給されたものであり、還元用、即ちｄｅＮＯｘ触媒と酸化用触媒を含有する。外部の還元剤である尿素を以下に記述する通常様式で加えた。エンジン制御装置（ＥＣＵ）と連結した状態で制御する個別のマイクロプロセッサーを用いて還元剤の制御を行った。この制御で還元剤を本明細書で「ＮＯｘフォロイング（ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）」として表示する様式で計量注入したが、これは、選択したエンジン操作パラメーターおよび触媒入り口温度の定常状態のＮＯｘマップを用いて通常技術で予測した如きエンジンが放出する実際のＮＯｘ排出量を基にして還元剤を計量注入することを意味する。従って、図２Ａに示したデータは、定常状態のＮＯｘ排出量を決定する目的でエンジン操作パラメーターを感知した後に外部の還元剤を排気ガスの中にＮＯｘ排出物が還元用触媒の上を通る時にそれが還元を受けるに充分なＮＳＲ比で計量注入する通常の制御技術を用いた時に得られるいくらか典型的なデータである。
【００６４】
図２Ａに、ｘ軸の上に秒として示すＥＳＣサイクルの定時部分に渡っていくつかのプロットまたは線を示す。最も下方に位置する線（ｌｏｗｅｓｔ  ｍｏｓｔ  ｔｒａｃｅ）［参照番号２０で示す］はｙ軸上にプロットした負荷またはトルクである。この試験を用いると負荷が段階的にかかり、そのような負荷には、参照番号２０Ａで示す相対的に高い段階的負荷（ｓｔｅｐ  ｌｏａｄ）に続く、一連の４つの若干変動する中間的な負荷段階（ｌｏａｄ  ｓｔｅｐｓ）、そしてそれに続く相対的に低い負荷段階（参照番号２０Ｂで示す）が含まれることが容易に分かるであろう。
【００６５】
図２Ａの最も上方に位置する線は、エンジンにかかる段階的負荷（線２０で示す）の時に放出されるＮＯｘ排出量［ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）で表す］のプロットである。このプロットの排出目盛（ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｃａｌｅ）は１０００ｐｐｍのＮＯｘが限界であり、段階的負荷サイクル２０Ａの時に生じる排出量は「グラフ外（ｏｆｆ  ｔｈｅ  ｇｒａｐｈ）」である。その残りの線は目盛の範囲内であり、基本的に、エンジンに負荷がかかると結果としてその負荷によると考えられるＮＯｘ排出がもたらされると言った公知の事実と相互に関係している。ＮＯｘ濃度は基本的にエンジンにかかるトルクに相当することを注目されたい。
【００６６】
図２Ａの中央の線は還元用触媒の入り口の所の排気ガス温度のプロットであり、これを正方形を通る線で表しそしてこれを参照番号２４で示し、そして還元用触媒の出口の所の排気ガス温度のプロットを円を通る線で表しそしてこれを参照番号２５で示す。下記の２つが観察されたことを注目すべきである。１番目として、段階的負荷の変化が「有意」な時、即ち２０Ａおよび２０Ｂでは、触媒の出口の温度と触媒の入り口の温度の間に大きな遅れがあり、この遅れは数百秒になり得る。他方、負荷線の中央帯部分２０で示すように段階的負荷が有意には変動しない時には、触媒の出口温度は入り口温度に従う。
【００６７】
ここで、図２Ｂを参照して、図２Ａを参照して考察した時と同じエンジンおよび還元剤制御方策を用いて特殊に構築した段階的負荷の結果を示す。図２Ｂでは、一連の５つの急速にかかる段階的負荷がエンジンにかかった後に参照番号２７で示す最も低い線で示す如き「負荷なし」期間が存在する。その５つの急速にかかる段階的負荷は運転者が車のトランスミッションをいろいろなギア範囲でシフトする時にかかるエンジン負荷の指標であると考えることができる。予測されるように、図２Ｂの最も上方の線（参照番号２８で表示）は、負荷線２７が急速に変化することに相応してＮＯｘ排出量の増減が起こることを示している。
【００６８】
図２Ａの場合と同様に、図２Ｂの中央部分は還元用触媒の入り口の所の排気ガス温度のプロットを示しており、これは正方形を通るプロットでありそしてこれを参照番号２９で表示し、そして還元用触媒の出口の所の排気ガス温度のプロットは円を通るプロットでありそしてこれを参照番号３０で表示する。触媒の入り口の温度のプロット２９は、明らかに、過渡的ＮＯｘ排出中に排気ガスの温度が急速に高くなることを示している。温度プロット３０は、出口の所の排気ガス温度が入り口の温度に「追いつく」前に遅延または遅れが周期的に存在することを示している。図２Ｂは、エンジンの運転条件が変化すると結果としてエンジン運転条件の変化に続いて触媒の入り口温度およびＮＯｘの濃度が上昇および降下することを示している。しかしながら、還元用触媒の全体がＮＯｘ過渡排出によって引き起こされる排気ガス温度変化による影響を受ける前に周期的な時間的遅れが存在する。このことを図２Ａに示したＥＳＣ段階的負荷試験で識別するのは明らかに困難でありかつ図１に示した如き運転サイクルで識別するのは更により困難である。しかしながら、図２Ｂの特殊に構築した試験で示されたそのような関係が本発明の基礎の一部を構成している。
【００６９】
より詳細には、還元用触媒、好適には反応体である窒素と反応するように調合された還元用触媒は、還元剤および熱を貯蔵および放出する能力を有する。ＮＯｘ排出は、あらゆる意図および目的で、瞬時に発生しそして排気ガスの速度で前記システムの中を通る。この触媒が還元剤を充分に貯蔵したならば、過渡的ＮＯｘ排出物は還元剤と反応して還元を受けるであろう。過渡的ＮＯｘが触媒床を通り抜ける時間定数は温度パルス（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｕｌｓｅ）が触媒床を通り抜ける時の時間定数よりもずっと小さい（即ちガスの速度）。還元用触媒の温度が高くなるにつれてこれが還元剤およびＮＯｘを貯蔵する能力が低下する。通常の制御システムは生じる現時のＮＯｘ排出量を基準にして還元剤を計量注入するシステムである。図２Ｂは、明らかに、所定のＮＯｘ過渡が起こるのは還元用触媒の温度が先行するＮＯｘ過渡の後影響を受けている間であり得そしてそれは前記触媒が還元剤を現時のＮＯｘ過渡に求められる割合で貯蔵することができないような温度の範囲内である可能性があるばかりでなく可能性が大きいことを示している。不可避的に起こる結果は還元剤のスリップである。本発明は、以下に詳細に説明するように、エンジンが現時に生じるＮＯｘ排出物に関して触媒が所定時に還元剤およびＮＯｘ排出物を貯蔵および放出する能力の影響をなくすことによって、前記問題を取り扱うものである。
【００７０】
ここで、図３を参照して、自動車の内燃機関３２に取り付けられていて外部の還元剤が供給されるＳＣＲシステムを含んで成る構成要素を図式的に示す。吸気弁３３は、エンジンの燃焼室３４に吸気多岐管３６から入る空気を制御する弁である。排気弁３７は、生じた排気ガスが排気多岐管３８（これは排気パイプ３９につながっている）から出るのを制御する弁である。排気パイプは直動式触媒４０に連結しており、この触媒の後に還元用、即ちｄｅ−ＮＯｘ触媒４２が位置し、その後に酸化用触媒４３が位置する。
【００７１】
４０、４２、４３で示す触媒は全部通常の触媒である。還元用触媒４２は本システムがうまく働くに必要な要素ではあるが、本質的に本発明の一部ではない。即ち、本発明の方法およびシステムには、機能するように特別に調合された触媒は必要でない。還元用触媒４２は一般にゼオライトを含んで成るか或はチタン、バナジウム、タングステンおよび／またはモリブデンの酸化物の混合物を含んで成り、１種以上の還元用触媒を用いてもよいか、或はいろいろな触媒床配合を１つの還元用触媒で用いることも可能である。Ｂｙｒｎｅの米国特許第４，９６１，９１７号（適切な還元用触媒の説明に関して引用することによって本明細書に組み入れられる）を参考にすることができる。酸化用触媒は一般に支持体、例えばアルミナなどと貴金属、例えば白金などを含んで成る。一般に公知のように、酸化用触媒４３を取り付ける理由は、とりわけ、還元用触媒４２を出た後にいくらか過剰に存在する未反応のアンモニアに酸素による酸化を受けさせて窒素と水にすることにある。過剰分のアンモニアに好ましい段階的酸化を受けさせる金属が助触媒として入っている段階的ゼオライト触媒に関しては、Ｓｐｅｒｏｎｅｌｌｏ他の米国特許第５，６２４，９８１号および５，５１６，４９７号（引用することによって本明細書に組み入れら）を参考にすることができる。直動式触媒４０は冷機始動中の排出量を低下させるように設計された触媒であり、冷機始動エンジン用途で用いるに適した触媒の説明に関してはＳｕｎｇの米国特許第５，９４８，７２３号（引用することによって本明細書に組み入れら）を参考にすることができる。
【００７２】
燃料注入器４５は、燃料が燃焼室３４にパルス計量注入される時に燃料用タンク４６から加圧された燃料を受け取る。燃料要求指令、即ちアクセルのペダル（参照番号４８で図式的示す）によって燃料供給を制御し、従って車の速度／負荷を制御する。
【００７３】
図３の態様では、車に乗せる尿素／水溶液を尿素水溶液貯蔵槽５０に貯蔵しておいて、これをポンプ５１（フィルターと圧力調節装置が含まれている）で尿素注入器５４にポンプ輸送する。尿素注入器５４はライン５５によって加圧調節された空気を受け取る混合室であり、前記空気は尿素注入器５４を制御する弁によって律動的に送られる。尿素／水／空気の溶液は噴霧される結果として、ノズル５６を通って還元用触媒４２の上流に位置する排気パイプ３９の中にパルス注入される。
【００７４】
本発明を図３に示した尿素水溶液計量注入配置に限定するものでない。気体状の窒素が基になった反応体が用いられることも考えられる。例えば、尿素もしくはシアヌール酸噴射注入器は固体状尿素ペレット（昇華の温度範囲は約３００から４００℃）を気化させることでその固体状還元剤を気化させて排気ガスによって加熱された室の中に計量注入する能力を有する。シアヌール酸は気化してイソシアン酸（ＨＮＣＯ）になる一方で尿素は気化してアンモニアとＨＮＣＯになる。いずれかの還元剤を用いる時にも前記室の中に加水分解用触媒を入れておいてもよく、そして前記室の中に計量注入される排気ガスのスリップ流れ（ｓｌｉｐ  ｓｔｒｅａｍ）［この排気ガスは水蒸気を充分に含有している］によってＨＮＣＯが加水分解（約１５０から３５０℃の温度で）を受けてアンモニアが生じる。
【００７５】
尿素およびシアヌール酸に加えて、本発明の制御システムで特に用いるに適した窒素が基になった他の還元用反応体または還元剤には、アメリド（ａｍｍｅｌｉｄｅ）、アメリン（ａｍｍｅｌｉｎｅ）、シアン酸アンモニウム、ビウレット、イソシアン酸、メラミン、トリシアノ尿素およびこれらの際限のない混合物が含まれる。しかしながら、より幅広い意味で、本発明を窒素が基になった還元剤に限定するものでなく、ＨＣを含有する如何なる還元剤も包含し得、例えば蒸留燃料（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ  ｆｕｅｌｓ）なども包含し、それにはアルコール類、エーテル、有機ニトロ化合物など（例えばメタノール、エタノール、ジエチルエーテルなど）、そしていろいろなアミンおよびこれらの塩（特にこれらの炭酸塩）が含まれ、それにはグアニジン、メチルアミンの炭酸塩、ヘキサメチルアミンなどが含まれる。
【００７６】
エンジン３２の運転はＥＣＵ（エンジン制御装置）６０の制御下にある。ＥＣＵ６０は、通常のＣＰＵに加えてＲＡＭ、非揮発性ＲＡＭ、ＲＯＭ、エンジンマップ作成用参照表などが入っているマイクロプロセッサーが基になった制御システムである。ＥＣＵ６０はインプットセンサーシグナルの情報を受け取り、プログラムされたルーティーンでその情報を処理しそしてアクチュエーターアウトプットシグナルを発生する。本発明のＳＣＲシステムを制御する目的で専用のプロセッサーを取り付けることも可能ではあるが、本発明の特別な特徴は、本制御システムは現存のセンサーおよびエンジン３２の運転を制御する目的で現在用いられているＥＣＵを用いることでも機能し得る点にある。
【００７７】
現在の制御システムで用いられていてＥＣＵ６０で現在処理されている通常のセンサーインプットシグナルには、速度／負荷ピックアップ６１（即ち、エンジンのトランスミッションで用いられている如き速度センサーおよびトルクセンサー）からの速度／負荷シグナル、アクセルのペダル４８から来る燃料要求シグナル、温度センサー６２から来る吸気温度シグナル（場合により追加的に湿度）、圧力もしくは空気流量センサー６４から来る空気質量流量、および場合により、温度センサー６５が車に装備されている時にはそれから来る排気ガス温度シグナルが含まれる［別法として、示していない他のセンサー、例えば周囲温度、冷媒温度、燃料供給シグナルなどによってＥＣＵ６０が排気ガス温度をモデル化することもあり得る。引用することによって本明細書に組み入れた’０６４特許を参照のこと］。追加的センサーを取り付ける必要がある場合、そのようなセンサーは、還元用触媒４２の中央床（ｍｉｄ−ｂｅｄ）の定常状態温度を計算するための触媒入り口排気ガスセンサー６７または別法として触媒入り口排気ガスセンサー６７と触媒出口排気ガスセンサー６８の形態を取るであろう。示したように、ＥＣＵ６０はセンサーのインプットシグナルを読み取り、プログラムされたルーティーンを実施するが、そのようなルーティーンは、典型的に、マップされたデータ（ｍａｐｐｅｄ  ｄａｔａ）にアクセスするように参照用表を参照しそしてアウトプットまたはアクチュエーターシグナル、例えば破線６９で示す燃料注入器アクチュエーターシグナルなどを発することを伴う。本発明の制御システムに関する限り、ＥＣＵ６０は破線７０で示す計量注入シグナルを発して尿素注入器５４に送る。
【００７８】
ここで、図４を参照して、本制御システムの流れ図を示し、この流れ図は、エンジン操作パラメーターを読み取ってエンジンが発生するＮＯｘの排出濃度をエンジンアウトＮＯｘブロック（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｕｔ  ＮＯｘ  ｂｌｏｃｋ）７５の所で決定し、還元剤とＮＯｘ排出量の正規化した化学量論的比率をＮＳＲブロック７６の所で設定し、このＮＳＲとエンジンから出るＮＯｘ排出量を基にして還元剤の率を還元剤計算ブロック（ｒｅｄｕｃｔａｎｔ  ｃａｌｃ．ｂｌｏｃｋ）７７の所で設定しそして還元剤計算ブロック７７を基にして噴霧尿素／水混合物を限定されたパルスで計量注入する指示を尿素注入器５４に注入ブロック７８の所で与える意味で通常である。
【００７９】
特に、エンジンアウトＮＯｘブロック７５は速度シグナル８０およびトルクシグナル８１を速度／負荷センサー６１から所定時間の時に受け取りそしてＥＣＵ６０の中の参照用表に記憶されているマップにアクセスすることで、その時間の時にエンジン３４が放出する実際のＮＯｘ排出量を予測する。いくつかのトルク／速度マップに関してＳＡＥ論文９２１６７３（引用することによって本明細書に組み入れられる）を参考にすることができる。いくつかの従来技術はＮＯｘ過渡排出量をマップ化（ｍａｐｐｉｎｇ）することを提案しているが、過渡が突然であることに加えて衰弱（ｄｅｃａｙ）が多様でありそしてこのことに加えて更に過渡が重なるか或は化合物が過渡期にあることが組み合わさってマップ化は実行不能であるか或はマップ化があまりにも広範に渡ることでＥＣＵ６０のメモリーを有意に大きくする必要があるであろうと考えている。
【００８０】
従来技術の範囲内で、ＮＳＲ比をＮＳＲブロック７６の所で単に還元剤のスリップまたはブレイクスルーが最小限になるようないくらか固定した化学量論的比率以下の比率に設定した。他の研究者は、触媒温度がより高い時に競合して起こる酸化反応（他の理由の中でも）を用いてＮＳＲ比を調整することで現時の触媒温度における化学量論的量以下のＮＳＲに影響を与えることを思い出すであろう。更に他の研究者は、追加的に、滞留時間、即ち還元剤と触媒が接触時間（即ち空間速度）は還元剤が拡散してＮＯｘと反応するに充分でなければならないことを思い出すであろうが、システムのデザインまたはシステムの操作は滞留時間が制限要因にならないようなデザインまたは操作にすべきであると述べるであろう。そのような従来技術のシステムでは、ＮＯｘの濃度を決定し（定常状態のエンジンのマップから予測したオープンループ）そしてそのＮＯｘ濃度になるように適用した（ａｐｐｌｉｅｄ）（即ち掛けた）ＮＳＲ（示した様式で確立）で決定される速度で還元剤を計量注入する。
【００８１】
本発明は、ＮＯｘの濃度を決定しそしてＮＳＲ値をＮＯｘ濃度に適用して還元剤を還元触媒４２の上流で計量注入する速度を決定するアプローチに一般に類似したアプローチに従う。しかしながら、記憶させた参照用表を用いてＮＳＲに外挿を受けさせ（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｅｄ）、それによって、設定した還元剤範囲より多い還元剤スリップをもたらさないＮＳＲ値を設定する、即ち５ｐｐｍのアンモニアまたは３ｐｐｍのアンモニアに設定する。実際のスリップ濃度を予測規定標準またはそれ以下に設定する。ＥＣＵ６０がアクセスする参照用表に記憶させて本発明で用いるＮＳＲマップの例を図５に含める。図５では、触媒温度をｚ軸にプロットしそしてこれに還元用触媒４２がＮＯｘ排出物に還元を受けさせ得る温度範囲、典型的には２００−４００℃、一般に１５０−６００℃の温度範囲を包含させる。空間速度をｘ軸にプロットし、典型的には５から６０，０００時−１のどこかにプロットし、そしてＮＳＲ比をｙ軸にプロットするが、これを１より若干高い値からゼロの値でプロットする（生じる還元剤スリップが限定した範囲内になるように）。空間速度および触媒の温度が変動すると結果としてＮＳＲが大きく変動することを注目されたい。
【００８２】
説明として、１９９４年１０月に発行されたＪｏｕｒａｎｌ  ｏｆ  Ａｉｒ  ＆  Ｗａｓｔｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎの１１８８−１１９４頁のＢ．Ｇｕｌｌｅｔｔ、Ｐ．Ｇｒｏｆｆ、Ｍ．Ｌｉｎｄａ  ＬｉｎおよびＪ．Ｍ．Ｃｈｅｎ著の論文「ＮＯｘ  Ｒｅｍｏｖａｌ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｎｏｎｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：Ｐｉｌｏｔ−Ｓｃａｌｅ  Ｔｅｓｔ  Ｒｅｓｕｌｔｓ」（Ｐｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅ）（引用することによって本明細書に組み入れられかつ本明細書の一部を構成する）を参考にすることができる。このＰｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅの著者は、それより早い時期に、１９９３  Ｊｏｉｎｔ  ＥＰＡ／ＥＰＲＩ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ＮＯｘ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（Ｂａｌ  Ｈａｒｂｏｕｒ、フロリダ州）において表題が「Ｐｉｌｏｔ−Ｓｃａｌｅ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ＮＯｘ  Ｒｅｍｏｖａｌ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｎｏｎ−Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」（「Ｐａｐｅｒ」）（これもまた引用することによって本明細書に組み入れられかつ本明細書の一部を構成する）の論文を提出していた。ＰａｐｅｒおよびＰｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅの両方ともハイブリッドＳＮＣＲ／ＳＣＲシステムを用いた産業用ＮＯｘ減少システムを考察しているが、それにも拘らず、本発明で利用しかつ拡張させたＳＣＲシステムに関していくつかの結論を引き出した。Ｐｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅでは、空間速度が制御因子であることは認識されてはいるが、アンモニアとＮＯｘの化学量論的比率を１以下に設定した時にはＳＣＲ触媒の性能が空間速度の影響を受けないと決定した。Ｐａｐｅｒでは高い空間速度（自動車用途で達成され得る速度を包含）が考察されているが、その化学量論的比率は高い空間速度の影響を大きく受けないと結論付けた。Ｐｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅでは、また、ＳＮＣＲシステムには最適な温度範囲が存在することも認識されていた。しかしながら、この論文は、アンモニアのスリップはアンモニア／ＮＯｘの化学量論的比率を基に決定可能でありそしてＮＯｘの量から独立していると結論付けた、即ちＰｉｌｏｔ−Ｔｅｓｔ  Ａｒｔｉｃｌｅの図７。それ以降、そのような結論は本発明が関係する自動車のＳＣＲ用途でも立証された。しかしながら、所定のＮＳＲを１以下にした場合にはアンモニアのスリップは空間速度の影響を受けるばかりでなく温度の影響も受ける（設定した温度の範囲内で）ことを確認した。重要なことに、ＮＳＲと空間速度と触媒温度の間に関係が存在していてそれによって設定した濃度の還元剤スリップがもたらされるであろうことを確認した。従って、如何なる実用的スリップ濃度に関しても空間速度と触媒温度とＮＳＲをモデル化することで所定の感知（またはモデル化またはコンピューターで計算された）触媒温度および空間速度の時のＮＳＲ値を確立することができ、それによって、計量注入すべき��元剤の速度を生じる還元剤スリップが設定した量を越えないように確立することができる。実際に数学モデルを作り出すことができたが、所定の還元剤用触媒が示すＮＳＲ値を実験的に測定してそして図５に示すようにマップにした。実質的に化学量論的量以下の範囲のＮＳＲ値を確立すると、空間速度および触媒温度の関数として設定される還元剤スリップ濃度は設定した範囲内の濃度のみであると考えており、これは、他の自動車ＳＣＲ制御システムで用いられているそれとは異なり、本発明の一部を構成するものである。本明細書に開示した発明はＮＳＲを設定する通常の従来技術システムのいずれを用いても機能するであろうことは理解されるであろう。図５に関してＮＳＲ値を確立する方法を用いると向上した結果を得ることができる。更にその上、空間速度と触媒温度とＮＳＲをそのような範囲でモデル化してＮＳＲを設定したスリップ範囲で決定するならば、還元剤の計量注入を確立する時に定常状態に頼っている通常の如何なるＳＣＲ制御システムにも還元を受けさせるべきＮＯｘ排出物の濃度を確立する他の如何なるシステムにも改良を受けさせることができる。
【００８３】
今まで記述したように、本方法を用いると、単に定常状態のエンジン運転条件ばかりでなく益々厳しくなるＮＯｘ規制も満足させるに充分なほど非常に高いＮＯｘ変換効率がもたらされる。
【００８４】
図２Ａおよび２Ｂを参照してこの上に考察したことが理由で、ＮＯｘ過渡後の影響は比較的長いいろいろな時間が経過するまでは感じられない。触媒床の能力は触媒床の温度の中央値を用いて限定されるが、温度の中央値を感知することができる床の正確な位置は触媒が過渡排出の影響を受けることから変化する。過渡波前線（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｗａｖｅ  ｆｒｏｎｔ）は還元用触媒の上流温度および下流温度を同時に感知しそして床の中央の温度を与えるいくつかの式（例えば温度を合計して２で割る）を適用したとしても前記床を通って動くことから、床の温度の中央値の指標となる瞬時の温度はもたらされないであろう。還元用触媒の温度に関する考慮とは別に、通常の定常状態のシステムでは加速時に還元剤のスリップが引き起こされることが一般に知られている。それは、結果として、過渡期には相当して還元剤を多い量で必要とする一方で触媒が貯蔵した還元剤である程度または完全に充填されておりかつ触媒床の温度の方が入り口の温度よりも実質的に低いことから結果として不可避的にスリップが起こることによる。過渡期の後にはエンジンのＮＯｘ排出量が降下しそして定常状態のシステムは還元剤の量を少なくすることを要求する。しかしながら、過渡状態は既に還元用触媒を通過しておりそして貯蔵されていた還元剤は使用されている結果として還元用触媒は還元剤を貯蔵する準備が出来ているが、そのシステムは還元剤の量を最小限にすることを要求する。
【００８５】
本発明では、ＮＯｘ過渡後の影響をなくす目的で遅れを制御システムに導入するが、それでも定常状態の制御は可能なままである。エンジンアウトＮＯｘブロック７５の中で決定された実際の排出量に遅れをＮＯｘフィルターブロック９０によって導入しそして触媒温度シグナル９１（例えば温度センサー６５もしくは６７または６７と６８によって感知されるか或はエンジン操作パラメーターによってモデル化される）に遅れを触媒フィルターブロック９２によって導入する。各フィルターブロック９０、９２は、これのインプットシグナルを、このフィルターで用いる時間定数に相当する遅れまたは遅延期間に渡って減少する様式で変える。本発明のより幅広い範囲に従い、ＮＯｘフィルターでは、シグナルをいくらかでも小さくする遅れの方が遅れがないよりも良好であることを基礎にして、不変または任意の時間定数を利用することができる。しかしながら、説明するように、本発明の特に重要な特徴は、触媒が所定温度でＮＯｘ排出量を減少させる能力と相互に関係して変わる時間定数をＮＯｘフィルターに用いる点にある。
【００８６】
ＮＯｘを計算するフィルター９０は二次フィルターであり、これは、ＳＣＲシステムが低温でＮＨ３を貯蔵する能力を用いそして同様に尿素の加水分解が向上するように設計したものである。この二次フィルターの時間定数に、以下に更に説明するように、触媒が所定温度の時に還元剤を貯蔵する能力と相互に関係した参照用表を用いた外挿を受けさせる。
【００８７】
この二次ＮＯｘフィルターの背後にある理論は下記の通りである。下記の２つの考慮が重要である：ａ）触媒が貯蔵するＮＨ３の量は触媒の温度が低くなるにつれて増加しそしてｂ）加水分解反応（尿素溶液→ＮＨ３分子）は空間速度が遅くなると向上する。
【００８８】
例えば、段階的負荷サイクル中の実際（エンジンアウトＮＯｘブロック７５）のＮＯｘシグナルおよびフィルターにかけられた（ＮＯｘフィルターブロック９０）ＮＯｘシグナルを考慮すると、フィルターにかけられたＮＯｘシグナルの方が滑らかである。それによってまた注入プロファイル（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｐｒｏｆｉｌｅ）も滑らかになる。エンジンの負荷を取り除くと、そのフィルターにかけられたシグナルが落下する速度の方が実際のＮＯｘが落下する速度よりも遅い。それと同時に空間速度も遅く、従って、ＮＳＲ参照用表から読み取られるＮＳＲ値は高いであろう。それによって、追加的尿素が「加水分解が起こり安い」条件下で注入される機会が与えられる。その追加的尿素の量は触媒の貯蔵能力によって制限され、その能力は逆に触媒の温度および排気ガスの空間速度と相互に関係している。従って、そのような相互関係に依存するフィルターを導入する。
【００８９】
このフィルターは直列連結した２つの一次フィルターを含んで成り、両方の時間定数は、所定触媒機能温度（ａｎｙ  ｇｉｖｅｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）における触媒能力の関数である。言い換えれば、時間定数は互いに等しくかつ可変である。この値を、機能触媒温度がインプットとして入る参照用表から得、そしてそれを用いて、その温度で還元剤を貯蔵する能力に関係した時間定数をアウトプットとして確立する。このフィルター（直列連結している２つの一次フィルター）は連続時間変域の中で方程式１：
方程式１：
【００９０】
【数２８】
2004518053.tif 000004
【００９１】
［式中、
ＮＯｘＥｎｇＯｕｔ＝エンジンから出る予測ＮＯｘ（マップ、ブロック７５による）、
ＮＯｘＦｉｌｔ＝フィルターにかけたＮＯｘ、
τＮＯｘ１、τＮＯｘ２＝時間定数  −  触媒が還元剤およびＮＯｘを貯蔵する能力と相互に関係した触媒温度の関数、
ｓ＝微分演算子（連続変域）
注：
「ＨＮＯｘ（ｓ）」は、伝達関数、即ち「Ｈ」の一般的表示である］
として示される伝達関数［アウトプット可変ＮＯｘＦｉｌｔの変形（ＮＯｘフィルターブロック９０）とインプット可変ＮＯｘＥｎｇＯｕｔの変形（エンジンアウトＮＯｘブロック７５）の比率］で描写可能である。下付き文字「ＮＯｘ」はプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）を示しておりそして「（ｓ）」はこれが連続プロセスであることを指摘している。形態「ｓ」は、インプットに対する補正を行うのは変化が起こっている、即ち過渡状態中のみであることを意味する積分用語として認識されるべきである。
【００９２】
しかしながら、この方程式を制御装置の中で実行し、このことは、前記式を離散形態、即ち差分方程式の状態で入れておくことを意味する。離散形態の１番目の一次フィルターは方程式２：
方程式２
【００９３】
【数２９】
2004518053.tif 000005
【００９４】
で描写可能である。しかしながら、２つの一次フィルターを直列で置いたことから、実際のフィルターにかけられたＮＯｘ値は２番目の一次フィルターの結果であり、その離散式（ｄｉｓｃｒｅｅｔ  ｆｏｒｍｕｌａ）は差分方程式３：
方程式３
【００９５】
【数３０】
2004518053.tif 000006
【００９６】
［式中、
ＮＯｘＥｎｇＯｕｔ＝エンジンから出る予測ＮＯｘ（ブロック７５）、
ＮＯｘＦｉｌｔ１＝１番目のフィルターにかけられた後のＮＯｘ値、即ち中間値、
ＮＯｘＦｉｌｔ２＝２番目のフィルターにかけられた後のＮＯｘ値、即ちフィルターにかけられた最終ＮＯｘ値、
τＮＯｘ１、τＮＯｘ２＝時間定数、即ち予測温度の時の触媒の能力の関数、
注：
下付き文字「Ｆｉｌｔ１」および「Ｆｉｌｔ２」は１番目または２番目の一次フィルターの値を示している］
で描写可能である。下付き文字「ｎ」は現時サンプルの値を示している。下付き文字「（ｎ−１）」は、先行するサンプルの値を示している。方程式３に示したインプットの代わりに方程式２のアウトプットを用いる。サンプルｎを採取する時間的間隔は随意設定可能であるか或はプロセッサーの速度の関数である、と言うのは、それはプログラムされたルーティーンによってループを完成させるからである。好適な態様では、演算を実施する時間的間隔をＥＣＵ６０の操作速度に近い間隔に設定する。
【００９７】
さらなる説明として、方程式２に相当する１番目の一次フィルター９０Ａと方程式３に相当する２番目の一次フィルター９０Ｂを含んで成る離散形態のＮＯｘフィルターブロック９０を示す図６を参照することができる。１番目の一次フィルター９０Ａへのインプットは、エンジンアウトＮＯｘブロック７５および線８４でτＮＯｘとして示す時間定数から得られるアウトプットである。１番目の一次フィルター９０Ａからのアウトプットを線８５でインプットとして送ると同様に時間定数τＮＯｘを２番目の一次フィルター９０Ｂに送る。
【００９８】
本分野の技術者は、本発明はこれの離散形態において方程式２および／または３に限定されるものでなく、際限のない通常の一次フィルターを包含し得ることを理解するであろう。方程式２および／または３で定義した種類の一次フィルターを図式形態で示す図７Ａを参照することができる。ＮＯｘフィルター９０に関係した説明として、１番目の計算ブロック８２の中に入る「ｘ」で示すインプットはτＮＯｘ、τおよびエンジンアウトＮＯｘブロック７５から来る実際の排出量（μ１）である。フィードバックはμ２である。サンプルの番号から時間（即ち秒）への変換係数を積分ブロック８３で実施する。同じ用語および参照番号を用いた代替の離散的一次フィルターを示す図７Ｂを参照することができる。両方の一次フィルターの機能を図７Ｃに一般的に示し、この図では、インプットを８７で表示する線で表し、これは一般に段階的負荷の指標である。図７Ａに示した一次フィルターのアウトプットを参照番号７Ａで示しそして図７Ｂに示した一次フィルターのアウトプットを参照番号７Ｂで示す。
【００９９】
ここで、本発明のより幅広い範囲内に入るいろいろなフィルター概念を示すインプット／アウトプットグラフである図８を参照することができる。考察をＮＯｘフィルター９０に限定して（触媒フィルター９２にも適用可能であるが）、段階的負荷（図２を参照して考察した）を示すインプットを参照番号９３で表す直線で示す。ｙ軸をＮＯｘ濃度として見ることができ、そしてｘ軸の時間、即ちそのようにインプット９３は、エンジンアウトブロック７５の所で参照マップから予測される如きエンジンが発生する実際のＮＯｘ濃度である。再び、ＮＯｘフィルターブロック９０は、本発明のより幅広い面に従い、いろいろな形態を取り得る。この上で考察したように移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）が基になったフィルターを破線９４で示し、これは明らかに遅れ期間に渡る予測される実際の排出濃度の変化を示しており、その変化はフィルター遅延期間（ｆｉｌｔｅｒ  ｄｅｌａｙ  ｐｅｒｉｏｄ）に渡って小さくなる。例えば図７Ａおよび７Ｂに示した一次フィルターのみを正方形を通るアウトプット曲線で示し、これを参照番号９５で表示する。好適な二次フィルターを円を通るアウトプット曲線で示し、これを参照番号９６で表示する。以下に説明するように、あらゆるフィルターのＮＯｘ時間定数を参照用表で決定し、それによって、所定触媒のいろいろな温度に関してこの触媒が還元剤およびＮＯｘ排出物をこの触媒の能力の関数として貯蔵する時の時間応答（ｔｉｍｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の指標となる時間定数を確立する。
【０１００】
図８から分かるであろうように、負荷の上昇および負荷の低下が遅れる。過渡開始時に還元剤の添加を遅らせると還元剤スリップの起こり易さが低下する。ＮＯｘ排出量低下の認識を遅らせると結果として還元剤の量が多くなるが、ある状態、即ち排気の速度が遅くかつ温度が低い時には、加水分解反応が完全に進行する可能性がより高くなりかつ還元用触媒の貯蔵能力が高まる。
【０１０１】
更に図４を参照して、ＮＯｘ過渡排出に関連して起こる触媒の温度変化の影響をなくす（ａｃｏｕｎｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｃｈａｎｇｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）目的で還元用触媒４２の温度の測定にフィルターを適用する。インプット９８の排気ガス速度、例えば空気質量流量または圧力センサー６４で測定する如き排気ガス速度を空間速度ブロック９９の所で現時の空間速度に変換する。示す如き空間速度アウトプットを、図５に関係させてこの上で考察したように、マップに従ってＮＳＲ計算ブロック７６に送る。しかしながら、また、触媒の温度をフィルターにかける目的でも空間速度を用いる。
【０１０２】
概念的には、測定排気ガスの移動平均（ｒｕｎｎｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）（これは概念的に触媒の後方または前方のいずれかであり得る）を用いて触媒温度の予測を行うことができる。この場合、平均触媒温度を測定する目的で採取する温度サンプルの数は空間速度の値に依存するであろう。この概念の背後にある理由は、段階的負荷が高くなるか或は低くなるにつれてそれぞれ熱もしくは冷前線が触媒を貫いて動くことにあった。この前線が触媒の中を進行する速度は空間速度に依存する。
【０１０３】
本発明のより幅広い概念に従い、触媒の中央床の温度の移動平均を用いることができる（それに加えて、計算されたＮＯｘ排出量の移動平均も使用可能であるが、サンプルの数は中央床の現時温度における触媒の貯蔵能力に依存する）が、本発明の特定の面は、二次フィルターを用いて触媒の温度を予測することができる点にある、と言うのは、とりわけ、変わる時間積分（ｖａｒｉｎｇ  ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｇｒａｌ）［これの持続期間は有意に長い可能性がある］に渡る移動平均を決定する時に二次フィルターの方が数学的技術よりも実行がずっと容易であるからである。再び、その実行に可変時間定数を伴う直列連結した２つの一次フィルターを含める。時間定数は触媒の中を通る空間速度の関数である。このフィルターは、伝達関数の形態において、方程式４：
方程式４
【０１０４】
【数３１】
2004518053.tif 000007
【０１０５】
［式中、
ＴＣａｔＦｉｌｔ＝予測触媒温度、
ＴＥｘｈａｕｓｔ＝触媒の上流の測定排気ガス温度、
τｃａｔ１、τｃａｔ２＝空間速度の関数である時間定数、
ｓ＝微分演算子（連続変域）
注：
「ＨＴＣａｔ（ｓ）」は、伝達関数、即ち「Ｈ」の一般的表示である］
で定義可能である。下付き文字「ＴＣａｔ」はプロセスを示しておりそして「（ｓ）」はこれが連続プロセスであることを指摘している。再び、形態「ｓ」は、インプットに対する補正を行うのは変化が起こっている、即ち過渡状態中のみであることを意味する積分用語として認識されるべきである。
【０１０６】
再び、この方程式を制御装置の中で実行し、このことは、前記式を離散形態の状態で入れておくことを意味する。離散形態の１番目の一次フィルターは方程式５：
方程式５
【０１０７】
【数３２】
2004518053.tif 000008
【０１０８】
で定義可能である。
【０１０９】
しかしながら、２つの一次フィルターを直列に置いて二次フィルターを作り出したことから、実際のフィルターにかけられた触媒温度は、離散もしくは差分方程式６：
方程式６
【０１１０】
【数３３】
2004518053.tif 000009
【０１１１】
［式中、
ＴＥｘｈａｕｓｔ＝触媒の上流の測定排気温度、
ＴＣａｔＦｉｌｔ１＝１番目のフィルターにかけられた後の触媒温度、即ち中間温度、
ＴＣａｔＦｉｌｔ２＝予測触媒温度、即ち最終フィルターにかけられた温度、
τＣａｔ１、τＣａｔ２＝空間速度の関数である時間定数］
で示されるように、２番目の一次フィルターの結果である。
【０１１２】
注：
下付き文字「Ｆｉｌｔ１」および「Ｆｉｌｔ２」は１番目または２番目の一次フィルターの値を示している。下付き文字「ｎ」は現時サンプルの値を示している。下付き文字「（ｎ−１）」は、先行するサンプルの値を示している。
【０１１３】
触媒に関する時間定数、即ちτＣＡＴは一様に変化（直線）し、これを図４に示すグラフで図式的に示し、これを参照番号９７で表示し、これを一般的には下記のように方程式７に従って決定する：
方程式７
【０１１４】
【数３４】
2004518053.tif 000010
【０１１５】
式中、
Ｍは、前記触媒の質量であり、
Ｖは、前記触媒の体積であり、
ＣｐＣＡＴは、前記触媒の熱容量であり、
ＰＧＡＳは、排気ガスの密度であり、
ＣｐＧＡＳは、前記排気ガスの熱容量であり、そして
ＳＶは、排気ガスの空間速度である。
【０１１６】
方程式６および７は、還元用触媒の温度を実時間で測定することでＮＯｘ過渡排出によると考えられる温度変化の影響をなくす方法を与えるものである。
【０１１７】
空間速度時間定数、即ちτＣａｔを用いたフィルターによって触媒温度を測定することが本発明の必要な要素ではあるが、これを他の排出制御システムまたは他の排出関連関数で用いることも可能である。熱電対を用いて温度を直接測定することは可能であるが、車の環境の中で熱電対が示す寿命は限られている。より重要なことに、ＮＯｘ過渡排出１つまたは２つ以上の結果として生じる移動熱波前線１つまたは２つ以上はそれの熱を触媒床に均一には逸散させない。過渡の全部に関して最大または平均的熱前線が存在する正確な位置を決定するのは不可能である。一般的には、正確なＮＳＲを決定するには中央床の温度が必要であるが、波前線の位置は変動することから、触媒の正確に中央地点に存在すると厳格に述べるのは不可能である。入り口および出口の排気ガス温度センサー６７、６８は読みを与え、その差をある定数、即ち２で割ることで中央床の近似値を得ることは可能であるが、触媒温度（入り口温度と出口温度の合計の１／２）をτＣａｔ定数によるフィルターにかけて触媒を通る熱波前線が変化する性質の影響をなくすと有意により正確な結果が得られる。実際、τＣａｔは単に入り口センサー６７または排気多岐管センサー６５による排気温度（またはＥＣＵ６０を用いてモデル化した排気ガス温度でさえ）を用いて触媒温度を正確に予測することができることを見いだした。触媒機能温度（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｏｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）を本明細書および請求の範囲で用いる場合、これの言及は、還元用触媒床の平均温度または温度中央値を意味する。触媒前方（ｐｒｅｃａｔａｌｙｓｔ）の排気ガス温度に修飾を受けさせる目的でτＣａｔ定数を用いた触媒フィルターを用いると、他の公知方法を用いた場合に比べてより正確な機能触媒温度がもたらされることで、過渡排出熱波前線（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｗａｖｅ  ｆｒｏｎｔｓ）の影響がなくなる。これの裏付けで、ＥＴＣ（ヨーロッパ過渡サイクル）試験中に取った触媒温度のグラフである図９を参考にすべきである。ひし形を通る線（参照番号８７で表示）は入り口および出口センサー６７、６８が記録した平均触媒温度である。図２Ｂ（および２Ａ）に入り口温度と出口温度のそれぞれをプロットしたことを思い起こしていただきたい。入り口温度の振れ幅は有意であるが、出口温度は「減衰」していた。入り口温度の読みも出口温度の読みも過渡排出による影響を受けた時には触媒温度の影響をなくすことができない。平均触媒温度の線８７は、予想したように、入り口温度の振れ幅を減衰させる。しかしながら、振れはまだ存在しており、このことは、実際の温度測定は還元剤計量注入システムにとって適切でないことを立証している。ＥＴＣ試験中に中央床の温度を測定して、これを図７に正方形を通る線としてプロットし、これを参照番号８８で表示する。中央床の温度は排気ガスに関連した振れを示さず、予測したように、波形の形状を有する。τＣａｔを用いて決定した予測温度を円を通る線で示し、これを参照番号８９で表示する。この予測温度は単に排気ガス温度を感知することを基にした予測温度であった。予測温度線８９は中央床温度線���８に従い、このことは、明らかに、何故これが機能触媒温度を決定する時に広範な伝熱計算を行うことなく如何なる制御システムを用いても容易に実施される優れたツールであるかを示している。
【０１１８】
このフィルターの特に新規な特徴は、エンジンが短時間停止している間の冷却過程に準じる触媒温度を前記フィルターを用いて予測する点にある。これを、直列連結している２つの一次フィルターを２つの平行な機能する個別の一次フィルターに分割して、両方のフィルターに周囲温度をインプットとして送り込む。これらのフィルターのアウトプットが予測触媒温度に相当する。その一緒になっているフィルターを分割する理由は、そのようにすると触媒の冷却曲線を可変時間定数を伴う一次フィルターによって非常に良好に表すことができる点にある。この時間定数を参照用表からコンピューターで計算するが、前記参照用表にインプットとして例えばタイマーまたは予測触媒温度と周囲温度の差を入れる。このフィルターに関する連続形態の伝達関数は方程式８：
方程式８
【０１１９】
【数３５】
2004518053.tif 000011
【０１２０】
［式中、
ＴＡｍｂ＝周囲温度、
ＴＣｏｏｌ＝冷却中の触媒温度、
τＣｏｏｌ１、τＣｏｏｌ２＝時間、例えばタイマーまたは温度差の関数である時間定数］で表される。
【０１２１】
触媒フィルターブロック９２の中で冷却フィルター（ｃｏｏｌ  ｄｏｗｎ  ｆｉｌｔｅｒ）をどのように実行することができるかを図式的概念形態で示す図１０を参照すべきである。それらのフィルターを直列配置から並列配置に切り替える切り替え配置（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ａｒｒａｇｅｍｅｎｔ）を示す。前記フィルターが直列配置に切り替わり、そして図６を参照して説明したように、τＣａｔおよび１番目の一次フィルター９２Ａそして次に同じ様式で２番目の一次フィルター９２Ｂに入力される排気ガス温度インプットを伴って機能することが分かる。エンジンが停止すると、スイッチライン１０３がスイッチを作動させて破線で示す位置にする。切り替えインプットであるτＣｏｏｌおよび周囲温度がライン１０４で２番目の一次フィルター９２Ｂに送られて触媒の冷却温度を予測することをエンジン再始動時に用いる。
【０１２２】
２番目の平行に位置するフィルターにも同じ情報を持たせて同様に送る理由は、エンジンを短時間停止後に再び始動させる時に前記フィルター（即ち１番目の一次フィルター９２Ａ）がフリージングまたはドリフティングを起こすことで誤った値をもたらすことがないようにすることにある。これらのフィルターは再始動後に再び直列連結して、両方とも同じ値から出発して触媒温度を再び測定値を基にして正確に予測する必要がある。
【０１２３】
そのような時間定数を決定する時にコンピューターで計算された触媒温度と周囲温度の間の温度差を用いる利点は、「大きな」時間を処理する能力を有する必要があるカウンターを設ける必要がない点にある。
【０１２４】
このような特徴は試験中に非常に有用であるばかりでなくまた実際に車が短時間停止した時（燃料再注入など）にも非常に有用である。そのソフトウエアをデフォルト（リセット）値から出発させない。触媒が熱い間にデフォルト値から出発することは尿素が可能な限り早く瞬時に注入されないことを意味し、このことは変換がより遅くなることを意味する。
【０１２５】
この上に示した触媒温度フィルターの表示は連続変域に関する表示である。しかしながら、これらを制御装置内で下記の如き差分方程式９：
方程式９
【０１２６】
【数３６】
2004518053.tif 000012
【０１２７】
［式中、
ＴＡｍｂ＝周囲温度、
ＴＣｏｏｌＦｉｌｔ１，２＝冷却中の予測触媒温度、両方のフィルター、
τＣｏｏｌ１、τＣｏｏｌ２＝例えばタイマーまたは温度差の関数である時間定数］
を用いて離散形態で実施する。
【０１２８】
注：
下付き文字「Ｆｉｌｔ１、２」は平行な機能する１番目と２番目の一次フィルターの値を示している。下付き文字「ｎ」は現時サンプルの値を示している。下付き文字「（ｎ−１）」は先行するサンプルの値を示している。
【０１２９】
エンジン停止後の触媒の冷却温度を予測する目的で一次フィルターを用いることは機能触媒温度を本発明で得るか否かに拘らず如何なる排出系でも実行可能な特徴であると理解されるべきである。そのような用途では触媒の冷却温度を得る時に一次フィルターのみを用いるが、前記システムが必要としている如何なる目的でも冷却温度を用いることができる。それでも、停止時の触媒温度を基にした実時間定数（ｔｉｍｉｎｇ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）の参照用表または停止時の触媒温度を周囲温度と比較した時のそれらの間の差を基にした表を用いて冷却時間定数、即ちτＣｏｏｌを得ることも可能である。この触媒温度は、冷却フィルター（ｃｏｏｌ  ｄｏｗｎ  ｆｉｌｔｅｒ）を用いたシステムで計算した温度である。本発明のより幅広い範囲において、この冷却フィルターを還元用触媒に限定するものでない。例えば、断続的に停止と始動を行うエンジンが用いられているハイブリッド車（ｈｙｂｒｉｄ  ｖｅｈｉｃｌｅ）は、燃料注入制御の目的で触媒温度を用いることができると思われ、これを一次冷却フィルターを用いて容易に達成することができる。
【０１３０】
ＮＯｘフィルター定数、即ちτＮＯｘは、ＳＣＲシステムで用いられている還元用触媒に特異的である。これを、所定の還元用触媒が所定温度（この還元用触媒が還元剤を貯蔵する温度の範囲内）で還元剤を貯蔵（および放出）する能力の関数として決定する。このＮＯｘフィルター定数を、好適には、所定還元用触媒が外部の還元剤およびＮＯｘ排出物を貯蔵（この触媒の温度の範囲内で）する能力の関数として決定する。
【０１３１】
特定の還元用触媒４２のいろいろな機能触媒温度（触媒フィルターブロック９２で測定した如き）に関するτＮＯｘ時間定数のグラフである図１１を参照すべきである。触媒機能温度をｘ軸にプロットしそしてτＮＯｘをｙ軸に時間定数としてプロットする。このプロットした時間定数は一連の試験を通して確立した時間定数であった。この触媒にパージ洗浄を受けさせることでいくらか存在する還元剤を除去した後、既知の触媒貯蔵範囲内の温度（約２００から４００℃）に加熱した。還元剤を設定した濃度で入れておいた不活性ガスを前記触媒の中に計量注入しそして気体サンプルを時間増分で採取した。この気体サンプルが前記還元用触媒の中に計量注入される還元剤濃度とほぼ等しい濃度を示した時点で貯蔵時間を確立して、これをその温度に関してｙ軸にプロットした。次に、その結果として得たプロットを参照番号１００で表示して、これをＥＣＵ６０内の参照用表に記憶させる。この手順の実施は前記触媒の貯蔵能力を時間（この時間は触媒の温度に伴って変わる）に関係させることにあり、これを用いてＮＯｘフィルターの時間定数τＮＯｘを設定する。
【０１３２】
この時間は絶対時間量の意味で相対的であるが、あらゆる触媒に関する時間定数を確立する時に不変の基礎を与えるものである、と言うのは、ある触媒が所定温度で還元剤を貯蔵する能力が別の触媒の能力よりも大きい場合、それが還元剤（設定した濃度率で計量注入した）の貯蔵を止めるまでの時間は貯蔵能力が低い方の触媒のそれよりも長いからである。この触媒の貯蔵能力と貯蔵時間を相互に関係付けることで、ＮＯｘ排出濃度が変化することに対して触媒が反応する好時期を決定する時の基礎が存在することになる。必要なのは排出量の変化を測定することのみである、と言うのは、それによって触媒がその変化に反応して示す挙動を予測することができるからである。本制御システムは、触媒が実時間で前記変化にどのように反応するかを確かめる目的で操作パラメーターを監視する必要も還元剤の用量を調整する目的で触媒反応を基にした（最後に触媒の能力と相互に関係付ける）際限のない広範な計算を実施する必要もない。
【０１３３】
本出願の日付までに実施した試験の数は充分ではないが、いろいろな還元用触媒を用いて作成した複数のτＮＯｘ曲線から得たデータによって還元用触媒の表面領域に存在している貯蔵／放出部位の数および強度とその特定還元用触媒が示したτＮＯｘ曲線の間に相互関係が確立されると考えている。好適な還元剤であるアンモニアを用いた態様では、アンモニアの分子が結合するブレンステッド酸部位の数が単位面積当たり平均になりかつ結合強度が平均になるように還元用触媒を調合することができる。次に、この調合したウォッシュコートを用いてτＮＯｘ曲線を作成したが、これは触媒の表面積を基準にして既知の反応性を示す、即ち表面積が大きくなればなるほど時間が長くなる、即ちτＮＯｘ定数が大きくなる。τＮＯｘ曲線をこれが所定のエンジンが発生する過渡排出量に合致するように選択したことから、特定のエンジンに合致する触媒の大きさを決定する方法を確立した。ＮＯｘ規制に合致すると同時に触媒の費用を最小限にする。
【０１３４】
また、還元用触媒（特にゼオライト）がＮＯｘ排出物を貯蔵（および放出）する時の親和力も同様に触媒の温度に応じていろいろであることも知られている。本発明は、この上で説明した還元用触媒が還元剤を貯蔵する能力を決定および測定する様式と同じ様式で還元用触媒がＮＯｘを貯蔵する能力の影響をなくすことによってより正確なτＮＯｘ定数を生じさせることを包含する。このように、所定の還元用触媒が還元剤およびＮＯｘを貯蔵する能力を基にしてτＮＯｘ定数を確立する。
【０１３５】
本発明の方法は、記述したようにして、排気ガスの速度をインプット９８の所で感知して空間速度ブロック９９の所で空間速度シグナルを生じさせ、これをＮＳＲブロック７６にインプットする。また、空間速度シグナルを用いてτＣａｔ参照用表１０１の中の触媒時間定数にもアクセスし、その時間定数を触媒フィルターブロック９２にインプットすることで機能触媒温度を生じさせ、これをＮＯｘ過渡に関して調整して、これをＮＳＲブロック７６にインプットすることで、図５のマップに従ってＮＳＲ比を決定する。また、前記触媒温度を用いてＮＯｘ参照用表１０２の中のＮＯｘ時間定数にもアクセスし、これをＮＯｘフィルターブロック９０にインプットすることで計算されたＮＯｘ排出濃度を生じさせ、それによって、エンジン３２が発生する過渡的ＮＯｘ排出の影響をなくす。ＮＳＲ比と計算もしくはフィルターにかけられたＮＯｘ排出量を還元剤計算ブロック７７にインプットして、注入ブロック７８の所で還元用触媒４２の上流に注入すべき還元剤の濃度を決定し、それによって、この還元剤のパルス計量注入を制御する。過渡排出によると考えられる影響の目的でシステムのあらゆる主要な構成要素であるＮＯｘ、温度、ＮＳＲおよび還元剤計算の全部を調整することを注目されたい。
【０１３６】
本発明のシステムはＮＯｘ排出の影響を遅らせる（他の様式では還元剤の計量注入を制御する目的で感知したまま用いられていた）ことによって還元用触媒がＮＯｘ排出物に還元を受けさせる能力がエンジン操作条件の突然の変化によって実際に受ける遅れに合致させるシステムであることは明らかであろう。この遅れは相対的であるが、これが触媒がいろいろな温度でＮＯｘ排出物に還元を受けさせる相対的能力（即ち貯蔵能力）が基になっている意味で不変数、即ちτＮＯｘである。更に、前記触媒温度は、変化する排気ガス波前線を経験する触媒の遅れが基になった実時間予測である。いろいろなＮＳＲ（予測した現時の機能触媒温度および現時の空間速度）に従って計量注入を設定する。このように、本システムは、触媒性能を測定した後に還元剤計量注入速度を調整する如何なる試み（例えば前記’１８６特許に開示されている如き）も行うことなく過渡排出、温度およびＮＯｘの影響をエミュレートすることで過渡排出の影響をなくすものである。
【０１３７】
記述したように、本制御システムは充分に機能的である。しかしながら、本制御システムが全体として示す機能を向上させ得る増強、付加または修飾はいくつか存在する。特に、ｄＴ／ｄｔブロック１１０として示す温度変化制御の速度を本システムに組み込むことも可能である。この上で考察した演算は触媒温度の時間導関数によって確立され得る正の数および負の数の意味で増加／減少値の影響を本質的になくすと同時に、より長い時間に渡って、ＮＯｘ過渡によると考えられる温度上昇または減少変化の影響を本質的になくす。温度が変化する速度をｄＴ／ｄｔブロック１１０で決定すると、それに応じて、温度が低下する速度に関するτＮＯｘ定数に可変定数を適用することができ、それによって、増大および低下するＮＯｘ排出速度に非対称的なτＮＯｘ定数を適用することが可能になる。更に、ｄＴ／ｄｔブロック１１０は減速が起こっている時にブロック７７の所で減速を感知して還元剤の計量注入を止めさせることができる。これに関して、触媒温度が触媒範囲未満（即ち１５０℃未満）の時には還元剤の計量注入を行わないと理解されるべきである。車が減速する時点では還元剤の計量注入を行わない。また、触媒の温度が触媒温度範囲より高い（即ち約４００℃より高い）時には、エンジンアウトＮＯｘブロック７５によって決定されるようにして、実際に生じるＮＯｘ排出量に等しい割合で還元剤を計量注入する。そのように高い方の温度の時にはＮＯｘ時間定数、即ちτＮＯｘの値は１である。再び、ＮＯｘフィルターは触媒が還元剤を貯蔵する能力を有する設定温度範囲内において変化する状態の間に機能することを注目すべきである。その還元剤の用量をそのような範囲に設定する目的でフィルターにかけたＮＯｘ排出量は加速時にはエンジンから出る排出量よりも少なくなり得、それによってＮＯｘ過渡が減少する方向ではなく還元剤のスリップが起こる方向に向かう。
【０１３８】
本システムはまたインプット１１１の所で老化係数（ａｇｅｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）をＮＳＲブロックの所で生じるＮＳＲシグナルにインプットすることによって触媒老化の影響もなくし得る。この老化シグナルは参照用表からアクセス可能であり、前記参照用表は、車のセンサーから取ったエンジン作動時間または運転マイルとＮＳＲ比を変える老化係数を相互に関係付ける表である。
【０１３９】
車の用途に適した商業的に受け入れられる時間応答性（ｔｉｍｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）ＮＯｘセンサーが開発されたならば、そのようなＮＯｘセンサーを定常状態エンジンマップの代わりに用いてエンジンアウトＮＯｘブロック７５の所で実際のＮＯｘ排出濃度を決定することができるであろう。商業的に受け入れられる時間応答性還元剤センサー、即ちアンモニアセンサーが開発されたならば、そのようなセンサーを還元剤計算ブロック７７の所で用いて還元剤のシグナルを調整することができるであろう。
【０１４０】
本システムにまた搭載診断（ｏｎ  ｂｏａｒｄ  ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）（ＯＢＤ）用手段を含めることも可能であり、これは例えばＮＯｘセンサーまたは還元剤センサーを還元用触媒４２の下流に位置させることなどで実行可能である。この上で考察したように、現在のＮＯｘおよび／またはアンモニアセンサーは自動車のＩＣ用途の制御で用いるに充分な応答時間を持たない。しかしながら、それらは診断目的で用いるには満足されるものである。
【０１４１】
本発明の制御システムの使用有り無しで還元剤をＳＣＲシステムに計量注入した時にＥＴＣ運転サイクルの全体に渡って記録された還元剤（アンモニア）スリップの２つの線を示す図１２を参照することができる。図１２を調べることで、外側の線１２０の内部に内側の線１２１が包み込まれていることが分かる。外側の線１２０は図２Ａの記述で「ＮＯｘフォロイング」と呼んだ通常の計量注入制御、即ちエンジン操作パラメーターおよび触媒温度から生じさせた定常状態のＮＯｘ排出量マップによって決定される如きエンジンが放出する実際の予測された実際のＮＯｘ排出量を基にした還元剤計量注入を表している。内側の線１２１は、同じエンジンをＥＴＣサイクルにおいて本制御システム下で作動させた時に起こる還元剤のスリップをプロットした線である。全てのケースで、過渡排出の時の還元剤スリップが減少する。内側の線１２１のデータを集める時に実施した試験では、減速を測定するためのｄＴ／ｄｔ示差温度変化ブロック１１０を本システムに取り付けなかった。このようなスリップデータの再吟味を基にして、車が減速している間には還元剤の計量注入を停止する制御でｄＴ／ｄｔブロック１１０を実行したならばスリップのさらなる有意な減少が得られるであろうと考えている。
【０１４２】
本発明の好適および代替態様を言及することで本発明を説明してきた。本明細書に挙げた本発明の詳細な説明を読んで理解した後の本分野の技術者に本発明の修飾形および変形が思い浮かぶであろう。そのような修飾形および変形は本発明の範囲内に入ることからそれらの全部を本発明の範囲内に含めることを意図する。
【図面の簡単な説明】
本発明は本発明の一部を構成する添付図と協力しかつ一緒になって特定の部分および部分の配列の形態を取り得る。
【図１】
図１は、ディーゼル動力車がヨーロッパＭＶＥＧサイクル中に発生する排気ガスに入っているＮＯｘ排出量のグラフである。
【図２Ａ】
図２Ａに、ディーゼル動力車に段階的負荷試験を受けさせている間のトルク、触媒入り口および出口温度および発生するＮＯｘ排出量を経時的に示す一連のグラフを示す。
【図２Ｂ】
図２Ｂに、急速連続段階的負荷試験に関する図２Ａと同様な一連のグラフを示す。
【図３】
図３は、本発明の方法を用いた制御を受けさせるＳＣＲシステムの図式図である。
【図４】
図４は、ＳＣＲシステムを制御する目的で本発明で用いた段階を示す流れ図である。
【図５】
図５は、いろいろな正規化した化学量論的比をもたらす変数である空間速度および触媒温度のマップである。
【図６】
図６は、離散形態の本発明のＮＯｘフィルターを示す図式図である。
【図７Ａおよび７Ｂ】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明で用いるに適した一次フィルターの図式図である。
【図７Ｃ】
図７Ｃは、図７Ａおよび７Ｂに示したフィルターのフィルター効果を示すグラフである。
【図８】
図８は、本発明のフィルターが段階的負荷過渡排出に対して示す効果を描写するグラフである。
【図９】
図９は、本発明で予測した機能触媒温度、感知された中央床触媒温度および感知された平均触媒温度をプロットしたＥＴＣ試験グラフである。
【図１０】
図１０は、離散形態の本発明のＴＣａｔフィルターを示す図式図である。
【図１１】
図１１は、本発明で用いる可変ＮＯｘ定数、即ちτＮＯｘを示す構築グラフ（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  ｇｒａｐｈ）である。
【図１２】
図１２は、実際のＮＯｘ排出量を基にして還元剤を計量注入するシステムの場合のアンモニアスリップを本発明を用いたシステムとの比較で示すＥＴＣサイクルの一部のグラフである。
【図１】
2004518053.tif 000039
【図２】
2004518053.tif 000040
【図３】
2004518053.tif 000041
【図４】
2004518053.tif 000042
【図５】
2004518053.tif 000043
【図６】
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【図７】
2004518053.tif 000045
【図８】
2004518053.tif 000046
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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