(57)【要約】      （修正有）【課題】触媒モデルパラメータ同定のためのシステムおよび手法を提供する。【解決手段】エンジンのための触媒装置と、熱モデル要素、吸脱着要素、化学反応要素、および大域要素を備える、前記触媒装置の触媒モデルとを備え、前記熱モデル要素が、ガスからモノリスへの熱伝達、モノリスからハウジングへの熱伝達、およびハウジングから環境への熱伝達から成る群から選択される、前記触媒装置の熱伝達を表し、前記吸脱着要素が反応のための化学種の蓄積を組み込み、前記化学反応要素が化学反応のための反応機構を組み込む。【選択図】図１
2016183667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのための触媒装置と、
熱モデル要素、
吸脱着要素、
化学反応要素、および
大域要素
を備える、前記触媒装置の触媒モデルとを備え、
前記熱モデル要素が、ガスからモノリスへの熱伝達、モノリスからハウジングへの熱伝達、およびハウジングから環境への熱伝達から成る群から選択される、前記触媒装置の熱伝達を表し、
前記吸脱着要素が反応のための化学種の蓄積を組み込み、
前記化学反応要素が化学反応のための反応機構を組み込む、同定装置。
【請求項２】
前記触媒モデルのためのパラメータが決定され、
前記パラメータの値が決定され、
前記熱モデルのパラメータが、エンジン上または反応熱が抑制されるフローベンチのデータから自動的に推定される値を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
フローベンチデータが利用できるが、実質的にすべての化学反応と共に推定されるとき、前記吸脱着要素の吸脱着が独立して推定される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各化学反応が、１つの反応が１つずつ起こるという点で同定工程の間その他から単離され得るという点で、前記化学反応要素が分離可能な化学反応を組み込む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記化学反応要素が１つまたは複数の分離不可能な化学反応をさらに組み込み得る、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
定常状態データが同定において使用され得、
定常状態データに基づく同定が、過渡状態データに基づく同定のための推定値であり、
過渡状態データが同定において使用され得る、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
触媒モデル同定のための方法であって、
触媒モデルを開発するステップと、
前記触媒モデルの１つまたは複数のパラメータのための初期値の特定を備える第１の段階を処理するステップと、
要素レベル同定を備える第２の段階を処理するステップと、
システムレベル同定を備える第３の段階を処理するステップとを備え、
前記第１、第２および第３の段階がコンピュータによって処理される、方法。
【請求項８】
要素レベル同定が熱モデル、吸脱着および化学反応を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
化学反応において１つの汚染物質があれば、その化学反応は１つの要素のであり、前記要素のパラメータは化学フローベンチデータから他の要素とは独立して同定され得る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒モデルを開発するステップが、エンジン用途のための実質的にすべての必要とされる要素をもつ前記触媒モデルを構成するステップを備え、
前記触媒モデルの１つまたは複数のパラメータのための初期値の前記特定が、
実質的にすべての必要とされるパラメータの前記初期値を推定するステップと、
触媒モデル要素を選択するステップとを備え、
システムレベル同定が、前記触媒モデルの同定を行って前記触媒モデルのパラメータの最終的な集合を得るステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
要素レベル同定が定常状態同定および過渡状態同定を備え、
システムレベル同定が定常状態同定および過渡状態同定を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
触媒モデル化機構であって、
コンピュータと、
前記コンピュータにおいてそのエンジンモデルが開発されて記憶されるエンジンと、
前記エンジンに接続され、前記コンピュータにおいてその触媒モデルが開発されて記憶される触媒装置とを備え、
前記モデル化が同定手順によって達成され、
前記同定手順が触媒パラメータ同定手順を備え、
前記触媒パラメータ同定手順が、
前記触媒装置のためのパラメータの決定、
前記パラメータのための値の特定、
要素レベル同定、および
システムレベル同定を備える、触媒モデル化機構。
【請求項１３】
要素レベル同定が定常状態同定および過渡状態同定を備え、
システムレベル同定が定常状態同定および過渡状態同定を備える、請求項１２に記載の機構。
【請求項１４】
要素レベル同定が、前記エンジンからの排気ガス組成の準備を許可するフローベンチのデータから得られ、
システムレベル同定が前記エンジンからの前記排気ガス組成のデータから得られ、
要素レベル同定がエンジン上データから成る群から選択されるデータから決定される、請求項１２に記載の機構。
【請求項１５】
前記要素レベル同定の結果がシステムレベル同定のための起点として使用され得、
前記触媒モデルのシステムレベル同定が行われて前記触媒モデルのパラメータの最終的な集合を得る、請求項１４に記載の機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は後処理機構付きエンジンに関し、特にそれらのモデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は排気汚染物質の重大な発生源のようであり、そして排出物を可能な限り削減する傾向が現れる。制限は、たとえば欧州においてはＥＵＲＯとして知られる、様々な排出基準によって規定されうる。排出制限を達成するために、新技術および新機軸を導入する必要が生じる。典型的な監視される汚染物質は、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、粒子状物質（ＰＭ）などを含むことがある。これらの汚染物質を削減するために様々な技術を使用することができお、たとえばディーゼルエンジンのためにはＮＯｘを大幅に削減するために排気ガス再循環（ＥＧＲ）が導入され得る。一般に、汚染物質を左右する方法には、１）設定量を越える汚染物質の形成を防止することを組み込む、および２）すでに生成された汚染物質を削減する、いくつかの手法があり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、触媒装置のためのパラメータの決定、パラメータのための値の特定および要素レベル同定を含むことができる触媒パラメータ同定手順を組み込むことができる同定手順によってモデル化が達成される触媒モデルパラメータ同定のためのシステムおよび手法を明らかにする。要素レベル同定は熱モデル、吸脱着および化学のとすることができ。触媒パラメータの最終的な推定値を得るために、次いでシステムレベル同定とし得る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】基本作業フローチャートの図である。
【図１ａ】基本的な触媒パラメータおよび定数の表一覧の図である。
【図１ｂ】熱モデルに関連するパラメータを一覧にする表の図である。
【図１ｃ】吸脱着に関連するパラメータを一覧にする表の図である。
【図１ｄ】化学反応に関連するパラメータの表の図である。
【図２】選択接触還元（ＳＣＲ）触媒のための要素触媒ツリーの図である。
【図３】ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）のための要素触媒ツリーの図である。
【図４】触媒要素のためのパラメータを一覧にする表の図である。
【図５】熱モデルのためのパラメータを一覧にする表の図である。
【図６】手動較正による過渡状態応答を有する熱モデルのプロットの図である。
【図７】自動較正による定常状態応答を有する熱モデルのプロットの図である。
【図８】自動較正による過渡状態応答を有する熱モデルのプロットの図である。
【図９】要素レベル同定と関連して、特定の吸着剤のためのパラメータを伴う吸脱着の表一覧の図である。
【図１０】要素レベル同定のための手動較正による吸脱着活動を明らかにするグラフの図を図示する。
【図１１】測定アンモニア出口に基づく記憶容量の自動較正による吸脱着の要素レベル同定のためのグラフの図である。
【図１２】過渡状態挙動に対する自動較正による吸脱着の要素レベル同定のためのグラフの図である。
【図１３】要素レベル同定のための分離可能な反応に対するパラメータを図示する表の図である。
【図１４】要素レベル同定のための手動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフの図である。
【図１５】要素レベル同定のための自動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフの図である。
【図１６】出口温度に対する手動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフの図である。
【図１７】要素レベル同定の非分離可能な反応のためのパラメータの表の図である。
【図１８】ＮＯのための変換ファイルを伴う要素レベル同定のための手動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図１９】ＮＯ２のための変換ファイルを伴う要素レベル同定のための手動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図２０】ＮＨ３のための変換ファイルを伴う要素レベル同定のための手動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図２１】ＮＯのための変換プロファイルを伴う要素レベル同定のための自動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図２２】ＮＯ２のための変換プロファイルを伴う要素レベル同定のための自動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図２３】ＮＨ３のための変換プロファイルを伴う要素レベル同定のための自動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロットの図である。
【図２４】出口温度に対する自動較正による非分離可能な反応のためのグラフの図である。
【図２５】ＳＣＲのためのブロックレイアウトの図である。
【図２６】ＤＯＣのためのブロックレイアウトの図である。
【図２７】入力および出力を図示するＳＣＲブロックの図である。
【図２８】入力および出力を図示するＤＯＣブロックの図である。
【図２９】システムレベル同定のためのパラメータを図示する表の図である。
【図３０】ＳＣＲ定常状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの図である。
【図３１】ＳＣＲ過渡状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの図である。
【図３２】ＤＯＣ定常状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの図である。
【図３３】ＤＯＣ過渡状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本システムおよび手法は、本明細書に記載および／または図示される実装において、１つまたは複数のプロセッサ、コンピュータ、コントローラ、ユーザインタフェース、無線および／もしくは有線接続、ならびに／または同様のものを組み込んでよい。
【０００６】
この説明は、本システムおよび手法を実装する１つまたは複数の例示的かつ具体的な例または方法を提供する。本システムおよび手法を実装する多数の他の例または方法があり得る。
【０００７】
内燃機関は排気汚染物質の重大な発生源のようであり、そして排出物を可能な限り削減する傾向が現れる。制限は、たとえば欧州においてはＥＵＲＯとして知られる、様々な排出基準によって規定されうる。排出制限を達成するために、新技術および新機軸を導入する必要が生じる。典型的な監視される汚染物質は、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、粒子状物質（ＰＭ）などを含むことがある。これらの汚染物質を削減するために様々な技術を使用することができお、たとえばディーゼルエンジンのためにはＮＯｘを大幅に削減するために排気ガス再循環（ＥＧＲ）が導入され得る。一般に、汚染物質を左右する方法には、１）設定量を越える汚染物質の形成を防止することを組み込む、および２）すでに生成された汚染物質を削減する、いくつかの手法があり得る。
【０００８】
第１の手法は、エンジンが許容量以下の監視排気物を生成することを意味し得る。これは一定の閾値までのみ可能に思われ、そして燃費低下が損失となるので、それは自由にはできない。この手法によるさらなる削減への制約は、燃焼工程および総合エンジン効率の技術的かつ物理的限界を包含し得る。他方では、この手法は、特別なハードウェアなしでエンジンのわずかな変形のみ（排気ガス再循環）を必要とするだろう。
【０００９】
第２の手法は、エンジンアウト汚染物質を削減するために追加の機器を必要とするだろう。着想はエンジンに一定量の汚染物質を生成させることでよいが、しかし汚染物質は後処理系統によって直ちに削減されてよいだろう。利点はエンジンそのものの燃費の改善取り得る。他方では、後処理システムが必要とされることがあり、これはエンジン用途のための追加費用を意味する。さらにまた、いくつかの後処理システム（たとえば、選択接触還元（ＳＣＲ）、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）または選択接触還元式フィルタ（ＳＣＲＦ））は還元剤（たとえば、アンモニアまたは尿素）を使用する必要があることがあり、これは総合エンジン燃料（または流体）経済性を算定するときに考慮されるべき追加費用を意味し得る。
【００１０】
ＮＯｘを削減するＳＣＲの導入は制御観点からの課題となりえ、また高度制御システム手法の候補であり得る。エンジンは後処理システムと共に、精密制御を必要とするシステムでよい。エンジン全体最適化は、高度制御システム手法および様々な最適化手法、たとえばモデルベース予測制御（ＭＰＣ）を使用することによって達成され得る。高度制御システムはモデルベースとすることができ、したがってエンジンおよび後処理システムモデル化を取扱うために必要に思われる。
【００１１】
自動車用途のための触媒（たとえば、ＳＣＲ、ＳＣＲＦ、ＬＮＴまたはＤＯＣ）の数学的モデル化はパラメータ同定手順を包含してもよい。触媒モデルの自動パラメータ同定手順の存在は実用的な数学的モデルにとって重要となり得る。手順はできるだけ単純であり、堅牢であり、かつ所与の用途のために必要とされる精度の結果を提供する必要があるべきである。同定手順を数理最適化問題として公式化することによって、実用的な同定手順が得られ得る。本手法は触媒パラメータ同定を提供し得る。
【００１２】
自動車用途のための触媒は高非線形挙動をもつ装置とすることができる。モデル化およびモデル同定手法が使用され得る。モデルは多くのパラメータを有し得る。これらのパラメータを同定する手法は、さらに実質的にすべてのパラメータを同時に同定するために、なんらかの非線形最適化手法を使用してよい。そのような手法はいくつかの理由のために必ずしも適切ではない。すなわち、局所的極値点の存在の可能性があってよい。非線形性は数値不安定性を引き起こすことがあるか、または最適化問題はあまりに大きくなり得、したがってなんらかの合理的な解を得るために多くの時間がかかることがある。
【００１３】
加えて、モデルフィッティングのための測定データがエンジン上の実験だけからとられる場合、装置の一定の主要な挙動は触媒への入力性質の相互依存のため観察するのが困難であることがある。
【００１４】
以下の本手法が使用されてよい。同定手順はいくつかのより小さくかつよりよく定義される同定下位論点に分解されてよい。触媒パラメータ同定のための本手法は主段階を有してよい。段階１はパラメータの初期値の特定とすることができる。段階２はいわゆる要素レベル同定とすることができる。段階３はシステムレベル同定とみなされ得る。さらにまた、後者の２つの段階は定常状態同定および過渡状態同定に分割してもよい。
【００１５】
段階２の要素レベル同定は、化学フローベンチからデータを収集することによってまたは他の適切な手法によって行われ得る。フローベンチは、実験によって必要とされるような排気ガス組成を準備することを可能にし、したがって要素レベル同定に適切に思われる。段階３のシステムレベル同定は、排気ガスエンジンアウトデータを使用することによって達成され得る。
【００１６】
段階１はパラメータの初期値（データなし）を含むことができる。段階１は、ユーザが触媒のための実質的にすべてパラメータの初期値を準備するよう求められるところでよい。この段階は、それが自動同調手順の性能を左右し得るので、重要な部分となり得る。自動同調手順は最適化作業の数値解法でよい。それは、いくつかの初期条件から始まり、次いで起点に近い局所的最適解まで繰り返すことができる。起点が大域的最適解に近ければ、最適化手順は大域的最適解を見つけることができる。この段階の間にユーザによって特定される初期値は段階２のための起点とすることができる。
【００１７】
段階２は要素レベル同定（たとえば、フローベンチからのデータを使用する）とすることができる。触媒モデルは、それらのパラメータがその他の要素とは独立して同定されてよいので個別要素とみなされ得る少数の基本要素を有してよい。基本個別要素は、１）熱サブシステムまたは熱モデル、２）吸脱着、および３）化学反応を組み込むことができる。
【００１８】
熱サブシステムはすなわち触媒における熱伝達を包含することができる。ＳＣＲシステムを前提とする。ＳＣＲにおいて、熱挙動に対する化学反応の影響は無視できるほどであることがあり、したがってこのサブシステムのパラメータは他のサブシステムとは別々に同定され得る。パラメータは、すなわち、ガス、モノリス、ハウジングおよび環境と熱挙動を左右する他のパラメータとの間の熱伝達率とし得る。
【００１９】
吸脱着は、たとえば、様々な温度のための触媒ウォッシュコートにおけるアンモニア（還元体）のであってよい。必要とされるデータを収集するために、フローベンチ機器が使用されなければならないことがある。
【００２０】
少数のパラメータをもつ少数の化学反応が推定される必要があることがある。パラメータは、すなわち、反応速度、たとえば前指数因子、活性化エネルギー、反応次数、反応速度指数、反応熱などに関連するものとすることができる。ＳＣＲ触媒において考慮される反応は、標準ＳＣＲ反応、高速ＳＣＲ反応、低速ＳＣＲ反応、尿素分解およびアンモニア酸化と称されることがある。反応において汚染物質が１つだけ、たとえば標準ＳＣＲ反応ＮＯであれば、反応は１つの要素とみなされてよく、そのパラメータは、たとえばフローベンチデータを使用することによって他の要素とは独立して同定され得る。段階２の結果は段階３のための起点として使用されてよい。段階３はシステムレベル同定のためであってよい。
【００２１】
繰り返すと、本手法は、いくつかがエンジン研究室において実行されかつ他がコンピュータプログラムによって実行される一連のステップとして実装され得る。ステップは以下のように使用されてよい。１）エンジン用途のための実質的にすべての必要とされる要素をもつ触媒数学的モデルを準備および構成する；２）（段階１）文献およびユーザの経験に基づいて実質的にすべての必要とされるパラメータの初期値を推定する；３）個別触媒モデル要素（熱サブシステム、吸脱着サブシステム、化学反応など）を選択し、かつフローベンチが要素レベル同定のための実質的にすべての必要とされるデータを得るように同定実験を設計する；４）実験のためにフローベンチに現実の触媒を取り付け、実験を行い、かつ必要とされるデータを収集する；５）（段階２）フローベンチデータに基づいて要素レベル同定を行う；６）実験がエンジンに接続される現実の触媒に基づいてよい触媒モデルシステムレベル同定のための同定実験を設計する；７）テストベンチ上でエンジンに触媒装置を取り付け、実験を行って必要とされるデータを収集する；８）（段階３）触媒モデルのシステムレベル同定を行って触媒モデルパラメータの最終的な集合を得る。
【００２２】
目的は、後処理システム、すなわちＤＯＣ、ＳＣＲおよびＳＣＲＦ触媒のための同定手順の大まかな概要を略述することでよい。触媒モデル構造に言及されよう。触媒モデルは、個別要素として扱われ得るいくつかの部分を有してよい。１つの要素は、ガスからモノリスへの、モノリスからハウジングへのおよびハウジングから環境へのすなわち熱伝達を含む熱モデルを組み込んでよい。別の要素は、反応のための化学種、たとえばＳＣＲのためのアンモニアおよびＤＯＣのための酸素の蓄積を含む吸脱着を組み込んでよい。この要素は、ＤＯＣ冷間始動のための炭化水素蓄積をモデル化するためにも使用されてよい。追加の要素は、化学反応および反応機構を含む化学を組み込んでよい。
【００２３】
同定概念に言及されよう。同定は単純で、操作しやすくあるべきであり、また必要データ量は最小化されるべきである。データのいくつかの可能な集合は、触媒生産者によって提供される情報、フローベンチデータおよびエンジン上データを組み込んでよい。基本作業フローチャート１０が図１に図示される。
【００２４】
幾何学的パラメータおよび定数に言及されよう。固定物理的パラメータは、既知であるかまたは直接測定され得るようなパラメータでよい。基本的な必要とされるパラメータは、図１ａの表に一覧にされるように、触媒長、触媒直径、ハウジング壁厚、前面流れ面積およびガスのモル重量でよい。
【００２５】
パラメータの初期値に言及されよう。作業フローチャート１０におけるこのステップは、実質的にすべてのパラメータのための初期値の特定を表してよい。ユーザが任意の値を特定することができない場合のためにいくつかのデフォルト値が定義されるべきであることがわかってよい。
【００２６】
熱モデルに言及されよう。熱モデルは、排気ガスからモノリスへのおよびモノリスから触媒ハウジングを通して環境へのすなわち熱伝達を含んでよい。これは、パラメータが自動的にデータから推定される第１のステップでよい。データはエンジン上またはフローベンチでよい。著しい反応熱を伴う反応が、このステップのための実質的にすべてのデータに関して、抑制される必要があることに言及してよい。関連するパラメータは、図１ｂの表に一覧にされるように、ガス／モノリス面、水力直径、モノリスの比熱、モノリス質量および環境への熱伝導率でよい。
【００２７】
吸脱着に言及されよう。吸脱着はフローベンチデータが利用できるときにだけ独立して推定されてよく、さもなければ、それらは（実質的にすべての）化学反応と共に推定される必要があってよい。吸着速度係数、脱着前指数因子、脱着活性化エネルギーおよび触媒容量（サイト）などのパラメータが、図１ｃの表に図示されるように、吸脱着のために関連してよい。
【００２８】
分離可能な化学反応に言及されよう。分離可能な化学反応は、同定実験（１つの反応だけが起こる）の間にその他から単離され得るような反応でよい。ＳＣＲ触媒における分離可能な化学反応の例は：
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
前指数因子、活性化エネルギー、反応速度指数および反応熱などの各化学反応のためのパラメータが図１ｄの表に一覧にされてよい。
【００２９】
残りの化学反応に言及されよう。このステップは、分離され得ない化学反応または利用できない対応するフローベンチデータの同定を含んでよい。各残りの化学反応のためのパラメータは、図１ｄの表に一覧にされるように、分離可能な化学反応のためと同じでよい。
【００３０】
触媒パラメータをスケーリングすることに言及されよう。これは、触媒をスケーリングするために使用される任意選択のステップでよい。触媒の１つのブロックだけがフローベンチ上で使用されること、次いで適切な触媒パラメータ（たとえば、触媒長、直径、体積、ハウジング壁厚、前面流れ面積、ガスのモル重量など）を使用することによって、モデルがスケーリングされることが常套手段でよい。
【００３１】
すべてまたは選択されるパラメータに言及されよう。このステップは、フローベンチデータが利用できないときはいつでも、または特定のエンジンデータを使用することによってフィッティングを向上させるために使用されてよい。同定のためのパラメータの任意の部分集合がユーザによって選択され得ることを前提とされてよい。この部分は自由度の意味では最も柔軟な部分でよい。
【００３２】
定常状態データを使用することによる同定に言及されよう。定常状態同定は同定手順における任意のステップで使用されてよい。それは高速で、かつ過渡状態同定部分に良好な初期推定値を提供してよい。
【００３３】
過渡状態データを使用することによる同定に言及されよう。過渡状態同定は同定手順の任意のステップで使用されてよい。定常状態同定は過渡状態同定に良好な初期推定値を提供してよいので、過渡状態同定は定常状態同定の後にくるべきである。
【００３４】
触媒同定作業フローが図１のチャート１０に言及されよう。開始１１から、ブロック１２で幾何学的パラメータおよび定数がベンダデータ１３から得られる。パラメータおよび定数は先験的知識でよい。パラメータの初期値がブロック１４で任意選択のベンダデータ１５から得られてよい。値は生の推定値でよい。
【００３５】
熱モデル３１１の要素レベル同定（ＩＤ）が判定されてよい。熱モデル（反応熱を除く）がブロック１６でエンジン上データおよび／またはフローベンチデータ１７から得られてよい。
【００３６】
吸着／脱着３１２の要素レベル同定が近づくにつれて、シンボル１８でフローベンチデータが使用されるべきかどうかに関しての質問が求められてよい。回答がはいであれば、吸着／脱着反応がブロック１９でフローベンチデータ２１から着目されてよい。化学３１３の要素レベル同定が近づくにつれて、分離可能な化学反応（反応熱を含む）がブロック２２で変換効率をもつベンダデータ２４と共にフローベンチデータ２３から着目されてよい。残りの化学反応（反応熱を含むがブロック２５で変換効率をもつベンダデータ２７と共にフローベンチデータ２６から着目されてよい。任意選択で、ブロック２８で、触媒パラメータがスケーリングされてよい。
【００３７】
シンボル２９で、エンジンデータが使用されるべきかどうかに関しての質問が求められてよい。回答がはいであれば、ブロック３１で着目されるように、定常状態または過渡状態性質のシステムレベル同定３１４にすべての化学反応で同時に移り得るか、またはパラメータの選択される部分集合が使用されてよい。エンジン上データ３２および変換効率３３をもつベンダデータ３２がブロック３１に提供されてよい。次いで、作業フローはシンボル３４で完了されてよい。
【００３８】
シンボル２９での質問に対する回答がいいえであれば、作業フローはシンボル３４で完了されてよい。
【００３９】
シンボル１８での質問に対する回答がフローベンチデータの使用に関していいえであれば、シンボル３５はユーザが手動較正を使用するつもりかどうかの質問である。もし質問に対する回答がいいえであれば、ブロック３１への移行がなされてよい。質問に対する回答がはいであれば、吸着／脱着要素レベル同定がブロック３６でシミュレーションのみで達成されてよい。化学の要素レベル同定が、反応熱を含む分離可能な化学反応に関してシミュレーションのみによってブロック３７で、および反応熱を含む残りの化学反応に関してブロック３８でシミュレーションのみによってブロック３８で達成される。次いで、触媒パラメータが任意選択でブロック２８でスケーリングされてよい。本手順は続いて、本明細書に示されるように、シンボル２９以降へ進んでよい。
【００４０】
要素レベル同定のためのステップの順序は触媒同定作業フローのために必要とされる。
【００４１】
要素レベル同定のためのデータセット型は大域定常状態／過渡状態データおよびフローベンチデータを組み込んでよい。大域定常状態データはすべての反応およびエンジン上の実験のそれを組み込んでよい。フローベンチデータは、各個別の分離可能な反応のためにおよび各吸着／脱着反応のために進行中の反応のいくつかの集合のみを組み込んでよい。変換効率は特定の反応のために着目されてよい。
【００４２】
ＳＣＲ触媒のための要素触媒ツリー４１が図２において図示されてよい。ツリー４１は、熱モデル、アンモニアの吸着／脱着反応、アンモニア酸化、ＳＣＲ  ＮＯ２反応および標準ＳＣＲ反応の分離可能な反応を示してよい。非分離可能な反応は高速ＳＣＲ反応を包含してよい。
【００４３】
ＤＯＣのための要素触媒ツリー４２は図３において図示されてよい。ツリー４２は、熱モデル、酸素および水素−炭素の吸着／脱着反応、ならびにＮＯ酸化、ＣＯ酸化およびＨＣ酸化の分離可能な反応を示してよい。分離可能な反応が必ずしもあるわけではない。
【００４４】
図４は、触媒要素のためのパラメータの表４４を図示する。触媒長、直径、ハウジング壁厚、ガスのモル重量、チャネル横断面積、チャネル密度、前面面積、触媒有効体積およびセルの数などの、実に一般的な触媒パラメータが組み込まれる。表内の１つ星は、前面流れ面積および触媒有効体積がその他のパラメータから算定されてよいか、またはそれらが定められなければ、生の推定値が設定されてよいことを意味する。２つ星は、セルの数がデフォルト値に設定され、かつ非表示に設定されてよいことを意味する。
【００４５】
図５は、熱モデルのパラメータの表４５を図示する。パラメータはモノリス質量、モノリスから環境への熱伝達補正係数を包含してよい。モノリスの比熱は動的挙動だけを左右するパラメータである。パラメータは環境への熱伝導率、水力直径および対流の特性寸法も含んでよい。
【００４６】
熱モデルの要素レベル同定は反応熱なしでデータセットを有してよく、また定常状態または過渡状態であり得る。必要とされてよい信号は、たとえば、入口／出口温度、入口圧力、入口流れおよび周囲温度である。定常状態同定は散布図および決定係数（ＣｏＤ）を組み込んでよい。過渡状態同定は触媒力学などの信号比較を有するプロットを組み込んでよい。
【００４７】
図６は、手動較正を伴う熱モデルのプロット４６の図である。シミュレーションはランダムなまたは所定の入口温度プロファイルを含んでよい。プロット４６はガス入口、環境、モノリスプロファイルおよびガス出口を図示する。
【００４８】
図７は、自動較正を伴う熱モデルのプロットの図である。同定は、定常状態と共に、そしてその後図８の図におけるプロット４８の過渡状態同定と共に、自動的に移行してよい。パラメータは、ガス入口、環境、モノリスプロファイル、測定ガス出口およびシミュレートガス出口を包含してよい。
【００４９】
図９は、要素レベル同定と関連して、特定の吸着剤のためのパラメータを伴う吸着／脱着の表４９を図示する。パラメータは吸着速度指数を包含してよい。吸着速度指数は実質的に常に固定値としてみなされてよい。パラメータは、吸着前指数因子、脱着前指数因子、脱着活性化エネルギー、および動的挙動だけを左右するパラメータでよい触媒容量（サイト）も包含してよい。
【００５０】
要素レベル同定はフローベンチデータセットを有する吸着／脱着モデルを含んでよい。流れに存在する唯一の吸収剤はＮ２などのなんらかの不活性ガスでよい。データセットは、フローベンチ定常状態、フローベンチ過渡状態および蓄積曲線のそれでよい。必要とされてよい信号は、入口温度、入口圧力、入口流れ、吸収剤の入口／出口濃度および周囲温度を含む。同定工程は定常状態同定および過渡状態同定でよい。過渡状態同定はセンサ力学および触媒力学を組み込んでよい。
【００５１】
図１０は、要素レベル同定のための手動較正による吸着／脱着活動を明らかにするグラフ５１の図である。
【００５２】
図１１は、最大蓄積およびアンモニア出口に対する自動較正による吸着／脱着の要素レベル同定のためのグラフ５２の図である。図１２は、過渡状態挙動に対する自動較正による吸着／脱着の要素レベル同定のためのグラフ５３の図である。グラフ５２および５３において、同定は、定常状態と共に、そしてその後過渡状態同定と共に自動的に移行してよい。
【００５３】
図１３は、要素レベル同定のための分離可能な反応に対するパラメータを図示する表５４の図である。パラメータは、前指数因子、活性化エネルギー、反応速度指数および反応熱を包含してよい。また、パラメータは、反応そのものとでなく種と関連があるパラメータである、温度のための拡散パラメータおよび速度のための拡散を包含してよい。
【００５４】
要素レベル同定のための分離可能な反応は、定常状態（フローベンチ）および特定の反応のための効率曲線に関するデータセットを有してよい。必要とされる信号は、入口／出口温度、入口圧力、入口流れ、吸着剤の入口濃度、反応に参加する種の入口／出口濃度、および周囲温度を包含してよい。同定工程は定常状態のでよい。
【００５５】
図１４は、要素レベル同定のための、ＣＯおよびＯ２の変換プロファイルのための手動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフ５５の図である。
【００５６】
図１５は、要素レベル同定のための、ＣＯおよびＯ２の変換プロファイルのための自動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフ５７の図である。
【００５７】
図１６は、出口温度に対する手動較正による分離可能な反応のためのプロットのグラフ５９の図である。
【００５８】
図１７は、要素レベル同定の非分離可能な反応のためのパラメータの表６０の図である。それらは一緒に起こる反応の群から成る。同定のためのパラメータは単にまだ同定されていないものでよい。パラメータは、前指数因子、活性化エネルギー、反応速度指数、反応熱、速度のための拡散パラメータ、および温度のための拡散パラメータを包含してよい。パラメータはいくつかの可能なカスタム機能抑制パラメータも包含してよく、それらは抑制がオンであればＤＯＣのためにのみ使用されるパラメータであるか、またはなんらか使用されるべきものがあれば、その選択物である。
【００５９】
要素レベル同定は、定常状態フローベンチデータのセットを有してもよい非分離可能な反応（群）の場合に追求されてもよい。特定の反応のための効率曲線があってよい。必要とされてよい信号は、入口／出口温度、入口圧力、入口流れ、反応に参加する種の入口濃度、および周囲温度を包含してよい。同定工程は定常状態であってよい。
【００６０】
図１８、１９および２０は、それぞれ、ＮＯ、ＮＯ２およびＮＨ３のための変換ファイルを伴う要素レベル同定のための手動較正による分離可能な反応の各群のためのプロット６１、６２および６３の図である。
【００６１】
図２１、２２および２３は、ＮＯ、ＮＯ２およびＮＨ３のための変換プロファイルを伴う要素レベル同定のための自動較正による非分離可能な反応の各群のためのプロット６４、６５および６６の図である。図２４は、出口温度に対する自動較正による非分離可能な反応のためのグラフ６７の図である。
【００６２】
触媒実装に言及されよう。触媒は連続系モデルで、実質的に任意の種類の反応を扱うのに十分一般的で、ＭＡＴＬＡＢ  Ｃ−ＭＥＸ  Ｓ−関数で、同定のための多くのパラメータを有し、かつ選ばれる化学反応のために固定される多くのパラメータを有してよい。
【００６３】
同じブロック（ＭＡＴＬＡＢ  Ｓ−関数）がＳＣＲ、ＳＣＲＦ、ＤＯＣなどのために使用されてよい。構成およびユーザデータだけが異なってよい。
【００６４】
触媒実装に言及されよう。任意の種類の反応を処理できる非線形連続１Ｄモデルが使用されてよい。ＭＡＴＬＡＢ  Ｃ−ＭＥＸ  Ｓ−関数が組み込まれてよい。Ｃｃａ３０パラメータが同定のために使用されてよい。多くのパラメータが選ばれる化学反応のために固定されてよい。パラメータはブロックのユーザデータに保存されてよい。
【００６５】
図２５は、ＳＣＲのためのブロックレイアウト７０の図である。サブシステム１０２が尿素噴射器１０４への流出１０３をもつエンジン排気を表してよい。尿素１０５が噴射器１０４への流入として提供されてよい。結果としての流出１０６がＳＣＲ要素１０７への流入としてのＮＨ３から成ってよい。触媒周辺温度の付加入力１１１がＳＣＲ要素１０７へ行ってよい。要素１０７は、ＮＯ、ＮＯ２、ＨＣおよびＮＨ３信号をもつ修正境界ブロック１０９への流入として提供されるＮＨ３の流出１０８を有してよい。周囲圧力１１２、周囲温度１１３および周囲酸素質量分率（ＸＯ２）１１４が修正境界ブロック１０９に入力されてよい。ブロック１０９からの流出１１５がサブシステム１０２に行ってよい。入力質量流量１１６、入力圧力１１７、入力温度１１８、入力ＮＯ１１９、入力ＮＯ２  １２０、入力ＮＯｘ１２１および入力ＮＨ３  １２２がサブシステム１０２へ行ってよい。
【００６６】
図２６は、ＤＯＣのためのブロックレイアウト７１の図である。サブシステム１０２がＨＣ噴射器１２５への流出１０３をもつエンジン排気を表してよい。遠ポスト量（ＦＰＱ）１２６、遠ポストタイミング（ＦＰＴ）１２７および近ポスト量（ＣＰＱ）１２８がＨＣ噴射器１２５に入力されてよい。結果としての流出１２９が標準ＤＯＣ要素１３０への流入としてのＨＣから成ってよい。触媒周辺温度の付加入力１３１がＤＯＣ要素１３０へ行ってよい。要素１３０は、ＮＯ、ＮＯ２、ＨＣおよびＮＨ３信号をもつ修正境界ブロック１０９への流入として提供されるＨＣの流出１３２を有してよい。周囲圧力１１２、周囲温度１１３および周囲Ｏ２分率１１４が修正境界ブロック１０９に入力されてよい。ブロック１０９からの流出１１５がサブシステム１０２に行ってよい。入力質量流量１１６、入力圧力１１７、入力温度１１８、入力ＮＯ１１９、入力ＮＯ２  １２０、入力ＮＯｘ１２１、入力ＮＨ３  １２２および入力ＨＣ１２４がサブシステム１０２へ行ってよい。
【００６７】
図２７における図７３のＳＣＲブロック２１１が、それぞれＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２、Ｏ２、ガス温度（Ｔｇ）、周囲温度（Ｔａｍｂ）、入口圧力（Ｐｉｎ）および質量流量（Ｍｉｎ）に対応する入力２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８および２１９を有してよい。ＳＣＲブロック２１１は、それぞれＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｏ２および出口ガス温度（Ｔｇ）に対応する出力２２１、２２２、２２３、２２４および２２５を有してよい。
【００６８】
触媒２３０への種入力２３１が、それぞれＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２およびＯ２に対応する入力２３２、２３３、２３４および２３５を包含してよい。触媒２３０の他の入力は、ガス入力温度２３６、周囲温度２３７、ガス圧力２３８および質量流量２３９を包含してよい。触媒２３０の出力が、種出力２４１、ガス温度出力２４２、モノリス温度出力２４３、範囲プロファイル出力２４４、触媒の軸方向に沿ったガス温度プロファイル出力２４５、および触媒の軸方向に沿ったモノリス温度プロファイル出力２４６を包含してよい。種出力２４１は、それぞれＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２およびＯ２に対応する出力２４７、２４８、２４９および２５０を包含する集合に至ってよい。
【００６９】
図２８における図７４のＤＯＣブロック２６１が、それぞれＨＣ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｏ２、入口ガス温度（Ｔｇ）、周囲温度（Ｔａｍｂ）、入口圧力（Ｐｉｎ）および入口質量流量（Ｍｉｎ）に対応する入力２６２、２６３、２６４、２６５、２６６、２６７、２６８および２６９を有してよい。ＤＯＣブロック２６１は、それぞれＮＯ、ＮＯ２、ＨＣ、Ｏ２および出口ガス温度（Ｔｇ）に対応する出力２７１、２７２、２７３、２７４および２７５を有してよい。
【００７０】
触媒２８０への種入力が、それぞれ定数としてみなされてよいＣＯ、ＮＯ、ＣＨ（Ｃ３Ｈ６）、ＮＯ２およびＯ２に対応する入力２８２、２８３、２８４、２８５および２８６を包含してよい。触媒２８０の他の入力は、ガス入力温度２８７、周囲温度２８８、ガス圧力２８９および質量流量２９０を包含してよい。触媒２８０の出力が、種出力２９１、温度出力２９２、モノリス温度出力２９３、触媒の軸方向に沿った範囲プロファイル出力２９４、触媒の軸方向に沿ったガス温度プロファイル出力２９５、および触媒の軸方向に沿ったモノリス温度プロファイル出力２９６を包含してよい。種出力２９１は、ＣＯに対応する出力２９７、２９８、２９９、３００および３０１を、それぞれ終端器８、ＮＯ、ＨＣ（Ｃ３Ｈ６）、ＮＯ２およびＯ２に組み込む集合に至ってよい。
【００７１】
図２９は、システムレベル同定のためのパラメータの表７５の図である。パラメータの表は、前面流れ面積、触媒有効体積、ガスからモノリスへの熱伝達補正係数、モノリスの比熱、吸着前指数因子、吸着速度指数、脱着前指数因子、脱着活性化エネルギー、触媒容量（サイト）、前指数因子、活性化エネルギー、反応速度指数、反応熱、速度のための拡散パラメータ、温度のための拡散パラメータ、カスタム機能１の抑制パラメータおよびカスタム機能２の抑制パラメータを包含してよい。吸着速度指数は、現在固定としてみなされ、かつ同定のために使用されなくてよい。モノリスの比熱および触媒容量は、動的応答だけを左右してよい。
【００７２】
図３０は、ＳＣＲ定常状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの集合７６の図である。
【００７３】
図３１は、ＳＣＲ過渡状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの集合７７の図である。
【００７４】
図３２は、ＤＯＣ定常状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの集合７８の図である。
【００７５】
図３３は、ＤＯＣ過渡状態データフィッティングのためのナビゲーションツリー、表およびグラフの集合７９の図である。
【００７６】
要約すると、同定装置は、エンジンのための触媒装置、ならびに熱モデル要素、吸脱着要素、化学反応要素および大域要素を有する触媒装置の触媒モデルを組み込んでよい。
【００７７】
熱モデル要素は、ガスからモノリスへの熱伝達、モノリスからハウジングへの熱伝達、およびハウジングから環境への熱伝達から成る群から選択される、触媒装置の熱伝達を表してよい。吸脱着要素は、反応のための化学種の蓄積を組み込んでよい。化学反応要素は、化学反応のための反応機構を組み込んでよい。
【００７８】
触媒モデルのためのパラメータは決定されてよい。パラメータの値は決定されてよい。熱モデルのパラメータは、エンジン上または反応熱が抑制されるフローベンチのデータから自動的に推定される値を有してよい。
【００７９】
ベンチフローデータが利用できるが、実質的にすべての化学反応と共に推定されるとき、吸脱着要素の吸脱着は独立して推定されてよい。各化学反応が、１つの反応が１つずつ起こるという点で同定工程の間その他から単離され得るという点で、化学反応要素は分離可能な化学反応を組み込んでよい。
【００８０】
化学反応要素は１つまたは複数の分離不可能な化学反応をさらに組み込み得る。
【００８１】
定常状態データが同定において使用されてよい。定常状態データに基づく同定は、過渡状態データに基づく同定のための推定値であってよい。過渡状態データが同定において使用されてよい。
【００８２】
触媒モデル同定のための手法は、触媒モデルを開発し、触媒モデルの１つまたは複数のパラメータのための初期値の特定を有する第１の段階を処理し、要素レベル同定を有する第２の段階を処理し、システムレベル同定を有する第３の段階を処理することを組み込んでよい。第１、第２および第３の段階はコンピュータによって処理されてよい。
【００８３】
要素レベル同定は熱モデル、吸脱着および化学反応を組み込んでよい。化学反応において１つの汚染物質があれば、化学反応は１つの要素のであってよく、要素のパラメータは化学フローベンチデータから他の要素とは独立して同定され得る。
【００８４】
触媒モデルを開発することは、エンジン用途のための実質的にすべての必要とされる要素をもつ触媒モデルを構成することを組み込んでよい。触媒モデルの１つまたは複数のパラメータのための初期値の特定は、実質的にすべての必要とされるパラメータの初期値を推定し、触媒モデル要素を選択することを組み込んでよい。システムレベル同定は、触媒モデルの同定を行って触媒モデルのパラメータの最終的な集合を得ることを組み込んでよい。
【００８５】
要素レベル同定は定常状態同定および過渡状態同定を組み込んでよい。システムレベル同定は定常状態同定および過渡状態同定を組み込んでよい。
【００８６】
触媒モデル化機構は、コンピュータ、コンピュータにおいてそのエンジンモデルが開発されて記憶されるエンジン、およびエンジンに接続され、コンピュータにおいてその触媒モデルが開発されて記憶される触媒装置を組み込んでよい。
【００８７】
モデル化は同定手順によって達成されてよい。同定手順は触媒パラメータ同定手順を組み込んでよい。触媒パラメータ同定手順は、触媒装置のためのパラメータの決定、パラメータのための値の特定、要素レベル同定およびシステムレベル同定を組み込んでよい。
【００８８】
要素レベル同定は定常状態同定および過渡状態同定を組み込んでよい。システムレベル同定は定常状態同定および過渡状態同定を組み込んでよい。
【００８９】
要素レベル同定は、エンジンからの排気ガス組成の準備を許可するフローベンチのデータから得られてよい。システムレベル同定はエンジンからの排気ガス組成のデータから得られてよい。要素レベル同定はエンジン上データから成る群から選択されるデータから決定されてよい。
【００９０】
要素レベル同定の結果はシステムレベル同定のための起点として使用されてよい。触媒モデルのシステムレベル同定が行われて触媒モデルのパラメータの最終的な集合を得てよい。
【００９１】
本明細書において、別の方法または時制で述べられているものの、事項のいくつかは仮定的または予言的な性質であってよい。
【００９２】
本システムおよび／または手法を少なくとも１つの例示的な例に関して記載したが、明細書を読むことで、多くの変形および変更が当業者にとって明らかになるだろう。したがって、添付の特許請求の範囲はすべてのそのような変形および変更を含むように、関連技術の点でできるだけ広く解釈されることが意図される。
【図１】
2016183667.tif 000003
【図１ａ】
2016183667.tif 000004
【図１ｂ】
2016183667.tif 000005
【図１ｃ】
2016183667.tif 000006
【図１ｄ】
2016183667.tif 000007
【図２】
2016183667.tif 000008
【図３】
2016183667.tif 000009
【図４】
2016183667.tif 000010
【図５】
2016183667.tif 000011
【図６】
2016183667.tif 000012
【図７】
2016183667.tif 000013
【図８】
2016183667.tif 000014
【図９】
2016183667.tif 000015
【図１０】
2016183667.tif 000016
【図１１】
2016183667.tif 000017
【図１２】
2016183667.tif 000018
【図１３】
2016183667.tif 000019
【図１４】
2016183667.tif 000020
【図１５】
2016183667.tif 000021
【図１６】
2016183667.tif 000022
【図１７】
2016183667.tif 000023
【図１８】
2016183667.tif 000024
【図１９】
2016183667.tif 000025
【図２０】
2016183667.tif 000026
【図２１】
2016183667.tif 000027
【図２２】
2016183667.tif 000028
【図２３】
2016183667.tif 000029
【図２４】
2016183667.tif 000030
【図２５】
2016183667.tif 000031
【図２６】
2016183667.tif 000032
【図２７】
2016183667.tif 000033
【図２８】
2016183667.tif 000034
【図２９】
2016183667.tif 000035
【図３０】
2016183667.tif 000036
【図３１】
2016183667.tif 000037
【図３２】
2016183667.tif 000038
【図３３】
2016183667.tif 000039
【外国語明細書】
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