(57)【要約】      （修正有）【課題】排気後処理システムの三元触媒の健全性を監視するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システムは、燃焼エンジンに結合された三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリの酸化状態を監視するようにプログラム設定されたコントローラを備える。コントローラは、ＴＷＣアセンブリの入口の上流と出口の下流の両方の流体における酸素（Ｏ2）濃度を表す信号を受信し、ＴＷＣアセンブリ内に配設された少なくとも１つの高周波（ＲＦ）プローブからＴＷＣアセンブリの測定Ｏ2蓄積量を表す信号を受信し、モデルを利用してＴＷＣアセンブリの上流と下流の両方の流体におけるＯ2濃度に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリの推定Ｏ2蓄積量を生成し、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量を比較し、この推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量の比較に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリのための制御動作を出力するようにプログラム設定されている。【選択図】図１
2016169733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１２）からの放出物を処理するように構成された排気後処理システム（１０）であって、
入口および出口を有し、前記燃焼エンジン（１２）から流体（２２）を受け取るように構成された三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（１４）、
前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の前記入口の上流に配設された第１の酸素（Ｏ2）センサ（３４）、
前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の前記出口の下流に配設された第２のＯ2センサ（３６）、
前記ＴＷＣアセンブリ（１４）内に配設されるとともに前記ＴＷＣアセンブリのＯ2蓄積量を測定するように構成された少なくとも１つの高周波（ＲＦ）プローブ（３８）
を備えた排気後処理システム（１０）と、
前記排気後処理システム（１０）に通信可能に結合されたコントローラ（２４）と
を備えたシステムであって、
前記コントローラ（２４）は、前記第１のＯ2センサ（３４）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）におけるＯ2濃度を表す第１の信号を受信し、前記第２のＯ2センサ（３６）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）におけるＯ2濃度を表す第２の信号を受信し、前記少なくとも１つのＲＦプローブ（３８）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の測定Ｏ2蓄積量（６０）を表す第３の信号を受信し、モデル（５２）を利用して前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に少なくとも基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の推定Ｏ2蓄積量（５４）を生成し、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）を比較し、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）の前記比較に少なくとも基づいて前記排気後処理システム（１０）のための制御動作を出力するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記コントローラ（２４）は、前記燃焼エンジン（１２）の１つまたは複数の動作パラメータ（４２）を受信し、前記モデル（５２）を利用して前記１つまたは複数の動作パラメータ（４２）、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度、および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の前記推定Ｏ2蓄積量（５４）を生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記モデルを利用して前記１つまたは複数の動作パラメータ、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度、および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に基づいて前記ＴＷＣアセンブリから出る前記流体における推定窒素酸化物（ＮＯX）濃度と推定一酸化炭素（ＣＯ）濃度の両方を生成するように構成されている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラ（２４）は、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）との間の差分（６８）を決定し、前記差分（６８）が閾値差分（７０）よりも大きいか決定することによって前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）を比較するように構成されている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）よりも大きい場合に、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための診断モジュールを実行するように構成されている、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）より少ないまたは等しい場合に、前記推定ＮＯX濃度がＮＯX濃度範囲（７８）内またはＮＯX濃度閾値未満であるか決定するように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラ（２４）は、前記推定ＮＯX濃度が前記ＮＯX濃度範囲（７８）内でないまたは前記ＮＯX濃度閾値未満でない場合に、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための前記診断モジュールを実行するように構成されている、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）より少ないまたは等しい場合に、前記推定ＣＯ濃度がＣＯ濃度範囲（８０）内またはＣＯ濃度閾値未満であるのか決定するように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラ（２４）は、前記推定ＣＯ濃度が前記ＣＯ濃度範囲（８０）内でないまたは前記ＣＯ濃度閾値未満でない場合に、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための前記診断モジュールを実行するように構成されている、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記排気後処理システム（１０）に結合された前記燃焼エンジン（１２）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
燃焼エンジン（１２）に結合された三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（１４）の酸化状態を監視するようにプログラム設定されたコントローラ（２４）を備えたシステムであって、
前記コントローラ（２４）は、第１のＯ2センサ（３４）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の入口の上流の流体（２２）におけるＯ2濃度を表す第１の信号を受信し、第２のＯ2センサ（３６）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の出口の下流の前記流体（２２）におけるＯ2濃度を表す第２の信号を受信し、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）内に配設された少なくとも１つの高周波（ＲＦ）プローブ（３８）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の測定Ｏ2蓄積量（６０）を表す第３の信号を受信し、モデル（５２）を利用して前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に少なくとも基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の推定Ｏ2蓄積量（５４）を生成し、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）を比較し、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）の前記比較に少なくとも基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための制御動作を出力するようにプログラム設定されたシステム。
【請求項１２】
前記コントローラ（２４）は、前記燃焼エンジン（１２）の１つまたは複数の動作パラメータ（４２）を受信し、前記モデル（５２）を利用して前記１つまたは複数の動作パラメータ（４２）、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度、および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の前記推定Ｏ2蓄積量（５４）を生成するようにプログラム設定された、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラ（２４）は、前記モデルを利用して前記１つまたは複数の動作パラメータ、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度、および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に基づいて前記ＴＷＣアセンブリから出る前記流体における推定窒素酸化物（ＮＯX）濃度と推定一酸化炭素（ＣＯ）濃度の両方を生成するようにプログラム設定されている、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラ（２４）は、前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）との間の差分（６８）を決定し、前記差分（６８）が閾値差分（７０）よりも大きいか決定することによって前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）を比較するようにプログラム設定された、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）よりも大きい場合に、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための診断モジュールを実行するようにプログラム設定された、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）より少ないまたは等しい場合に、前記推定ＮＯX濃度がＮＯX濃度範囲（７８）内またはＮＯX濃度閾値未満であるのか決定するようにプログラム設定された、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラ（２４）は、前記推定ＮＯX濃度が前記ＮＯX濃度範囲（７８）内でないまたは前記ＮＯX濃度閾値未満でない場合に、前記ＴＷＣアセンブリ（１４）のための前記診断モジュールを実行するようにプログラム設定されている、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラ（２４）は、前記差分（６８）が前記閾値差分（７０）より少ないまたは等しい場合に、前記推定ＣＯ濃度がＣＯ濃度範囲（８０）内またはＣＯ濃度閾値未満であるのか決定するようにプログラム設定された、請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラ（２４）は、前記推定ＣＯ濃度が前記ＣＯ濃度範囲（７８）内または前記ＣＯ濃度閾値未満でない場合に、前記ＴＷＣアセンブリのための前記診断モジュールを実行するようにプログラム設定された、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
燃焼エンジン（１２）に結合された三元触媒（ＴＷＣ）アセンブリ（１４）の酸化状態を監視する方法であって、
第１のＯ2センサ（３４）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の入口の上流の流体（２２）における酸素（Ｏ2）濃度を表す第１の信号をコントローラ（２４）で受信するステップと、
第２のＯ2センサ（３６）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の出口の下流の前記流体（２２）におけるＯ2濃度を表す第２の信号を前記コントローラ（２４）で受信するステップと、
前記ＴＷＣアセンブリ（１４）内に配設された少なくとも１つの高周波（ＲＦ）プローブ（３８）から前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の測定Ｏ2蓄積量（６０）を表す第３の信号を前記コントローラ（２４）で受信するステップと、
前記コントローラ（２４）を介して、モデル（５２）を利用して前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の上流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度および前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の下流の前記流体（２２）における前記Ｏ2濃度に少なくとも基づいて前記ＴＷＣアセンブリ（１４）の推定Ｏ2蓄積量（５４）を生成するステップと、
前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）を前記コントローラ（２４）を介して比較するステップと、
前記推定Ｏ2蓄積量（５４）と前記測定Ｏ2蓄積量（６０）の前記比較に少なくとも基づいて前記ＴＷＣアセンブリのための制御動作を前記コントローラ（２４）を介して出力するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示した主題は、内燃機関のための排気後処理システムに関し、より具体的には、排気後処理システムの三元触媒（ＴＷＣ：ｔｈｒｅｅ−ｗａｙ  ｃａｔａｌｙｓｔ）の健全性を監視することに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（例えば、レシプロエンジンまたはガスタービンなどの内燃機関）は、燃料と空気の混合気を燃焼して、エンジンの構成要素に駆動力を加える（例えば、ピストンを移動させるまたはタービンを駆動させる）燃焼ガスを発生させる。続いて、燃焼ガスは、エンジンから排気として外に出て、この排気は、１つまたは複数の触媒コンバータ（例えば、ＴＷＣアセンブリ、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）アセンブリなど）を備える排気処理（例えば、後処理）システムにかけて、窒素酸化物（ＮＯX）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および他の放出物の放出を減少させることができる。しかしながら、健全性（例えば、酸化状態）が厳重に監視されていない場合、放出物を減少させることにおける触媒の有効性は経時的に下がり得る。
【発明の概要】
【０００３】
以下、元の請求項に記載された発明の範囲に等しいいくつかの実施形態の概要を示す。これらの実施形態は請求項に記載された発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は本発明の可能性ある形態の概要を示すためだけのものである。実際は、本発明は、以下に記載される各実施形態と同様または異なり得る様々な形態を包含し得る。
【０００４】
第１の実施形態によれば、システムは、燃焼エンジンからの放出物を処理するように構成された排気後処理システムを備える。排気後処理システムは、入口および出口を有し、燃焼エンジンから流体を受け取るように構成されＴＷＣ触媒を備える。排気後処理システムは、ＴＷＣアセンブリの入口の上流に配設された第１の酸素（Ｏ2）センサと、ＴＷＣアセンブリの出口の下流に配設された第２のＯ2センサと、ＴＷＣアセンブリ内に配設されるとともにＴＷＣアセンブリのＯ2蓄積量を測定するように構成された少なくとも１つの高周波（ＲＦ）プローブとをさらに備える。システムは、排気後処理システムに通信可能に結合されたコントローラも備える。コントローラは、第１のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの上流の流体におけるＯ2濃度を表す第１の信号を受信し、第２のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの下流の流体におけるＯ2濃度を表す第２の信号を受信し、少なくとも１つのＲＦプローブからＴＷＣアセンブリの測定Ｏ2蓄積量を表す第３の信号を受信し、モデルを利用してＴＷＣアセンブリの上流の流体におけるＯ2濃度およびＴＷＣアセンブリの下流の流体におけるＯ2濃度に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリの推定Ｏ2蓄積量を生成し、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量を比較し、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量の比較に少なくとも基づいて排気後処理システムのための制御動作を出力するように構成されている。
【０００５】
第２の実施形態によれば、システムは、燃焼エンジンに結合されたＴＷＣアセンブリの酸化状態を監視するようにプログラム設定されたコントローラを備える。コントローラは、第１のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの入口の上流の流体におけるＯ2濃度を表す第１の信号を受信し、第２のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの出口の下流の流体におけるＯ2濃度を表す第２の信号を受信し、ＴＷＣアセンブリ内に配設された少なくとも１つのＲＦプローブからＴＷＣアセンブリの測定Ｏ2蓄積量を表す第３の信号を受信し、モデルを利用してＴＷＣアセンブリの上流の流体におけるＯ2濃度およびＴＷＣアセンブリの下流の流体におけるＯ2濃度に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリの推定Ｏ2蓄積量を生成し、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量を比較し、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量の比較に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリのための制御動作を出力するようにプログラム設定されている。
【０００６】
第３の実施形態によれば、燃焼エンジンに結合されたＴＷＣアセンブリの酸化状態を監視する方法が提供される。この方法は、第１のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの上流の流体におけるＯ2濃度を表す第１の信号をコントローラで受信するステップを含む。上記方法は、第２のＯ2センサからＴＷＣアセンブリの下流の流体におけるＯ2濃度を表す第２の信号をコントローラで受信するステップも含む。上記方法は、ＴＷＣアセンブリ内に配設された少なくとも１つのＲＦプローブからＴＷＣアセンブリの測定Ｏ2蓄積量を表す第３の信号をコントローラで受信するステップをさらに含む。上記方法は、コントローラを介して、モデルを利用してＴＷＣアセンブリの上流の流体におけるＯ2濃度およびＴＷＣアセンブリの下流の流体におけるＯ2濃度に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリの推定Ｏ2蓄積量を生成するステップをまたさらに含む。上記方法は、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量をコントローラを介して比較するステップをまたさらに含む。上記方法は、推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量の比較に少なくとも基づいてＴＷＣアセンブリのための制御動作をコントローラを介して出力するステップもさらに含む。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読んだときにより良く理解されよう。図面全体を通じて同じ符号は同じ部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】エンジンに結合された排気処理（例えば、後処理）システムの一実施形態の概略図である。
【図２】エンジンに結合された触媒アセンブリ（例えば、ＴＷＣアセンブリ）の健全性（例えば、酸化状態）を監視するコンピュータが実行する方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の１つまたは複数の特定の実施形態が説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、実際の実施にかかる全ての特徴が本明細書中に説明されているのではない場合がある。あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトにあるような何らかのそのような実際の実施の開発では、システム関連の制約およびビジネス関連の制約の尊守など開発者の特定の目標を実現するために実施に特有の多数の決定がなされなければならず、これは実施により異なり得ることを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかり得るが、それにもかかわらずこの開示の利益を有する当業者にとっては設計、製作、および製造の日常的な作業であることを理解されたい。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することが意図される。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることが意図され、挙げられた要素以外に追加の要素が存在し得ることを意味する。
【００１１】
本開示は、燃焼エンジン（例えば、レシプロ内燃機関またはガスタービンエンジン）に結合された触媒アセンブリまたは触媒コンバータ（例えば、ＴＷＣアセンブリ）の健全性（例えば、酸化状態）を監視するシステムおよび方法に向けられている。詳細には、本開示の実施形態は、燃焼エンジンに結合され、燃焼エンジンからの（例えば、エンジン排気中の）放出物（例えば、ＮＯX、ＨＣ、ＣＯなど）を処理するように構成された後処理（例えば、排気処理）システムを含む。後処理システムは、触媒ベースのシステム、化学物質注入システム、または他のタイプのものを含むことができる。開示した実施形態は、燃焼エンジンの１つまたは複数の動作パラメータ（例えば、実際のまたは推定の動作パラメータ）を測定または取得し、Ｏ2センサによって触媒アセンブリの上流および下流の両方の流体（排気または処理済みの排気）におけるＯ2濃度を測定し、１つまたは複数のＲＦプローブまたはセンサによって触媒アセンブリのＯ2蓄積量を測定することを含む。開示した実施形態は、コントローラ（例えば、エンジン制御装置（ＥＣＵ））を介して、モデルを利用して、触媒アセンブリの上流および下流の両方の流体における測定Ｏ2濃度、ならびに／あるいは燃焼エンジンの１つまたは複数の動作パラメータに基づいて触媒アセンブリから触媒アセンブリのＯ2蓄積量およびある種の化学種（例えば、ＮＯXおよびＣＯ）の放出量を推定する。コントローラは、ＴＷＣアセンブリの推定Ｏ2蓄積量とＴＷＣアセンブリの測定Ｏ2蓄積量を比較することができる。触媒アセンブリの推定Ｏ2蓄積量あるいは推定放射物の１つまたは複数が望ましい制限内にない場合、出力制御動作は、（例えば、触媒アセンブリに対しての診断モジュールを実行する）コントローラによって自動的に作動させられ得る。開示した技法によって触媒アセンブリの健全性（例えば、酸化状態）を監視することにより、燃焼エンジンの使用が長期間、放出コンプライアンス内に留まることを可能にする。加えて、触媒アセンブリの保全を最小にすることができる。さらに、開示した実施形態は、内蔵診断能力を提供する。
【００１２】
次に、図面を見て図１を参照すると、エンジン１２に結合された後処理システム１０の概略図が示されている。以下により詳細に説明されるように、開示した後処理システム１０は、後処理システム１０の触媒アセンブリ１４の健全性（例えば、酸化状態）を監視し、必要に応じて、触媒アセンブリ１４についての診断を行う。エンジン１２には、レシプロエンジン（例えば、２ストロークエンジン、４ストロークエンジン、６ストロークエンジン等などのマルチストロークエンジン）、またはガスタービンエンジンなどの内燃機関が含まれ得る。エンジン１２は、様々な燃料（例えば、天然ガス、ディーゼル、合成ガス、ガソリン、燃料（例えば、メタン、プロパン、エタンなど）のブレンドなど）で動作することができる。エンジン１２は、過濃燃焼エンジンとして動作することができる。エンジン１２は、システム１０は、１０ｋＷから１０ＭＷの範囲内で電力を発生させる発電システムの一部であり得る。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、およそ１８００回未満の毎分回転数（ＲＰＭ）で動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、およそ２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭ未満で動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、およそ８００〜２０００ＲＰＭ、９００〜１８００ＲＰＭ、または１０００〜１６００ＲＰＭの間で動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、およそ１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで動作することができる。例えば、例示的なエンジン１２は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒエンジン（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒタイプ２、タイプ３、タイプ４、タイプ６、またはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａエンジン（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を含み得る。
【００１３】
動作中、エンジン１２は、エンジン１２の構成要素（例えば、シリンダ内で往復運動する１つまたは複数のピストン、または１つまたは複数のタービン）に駆動力を加えるために使用される燃焼ガス１６を発生させる。続いて、燃焼ガス１６は、エンジン１２から排気１６として出て、これは様々な放出物（例えば、ＮＯX、ＨＣ、ＣＯなど）を含む。排気処理システム１０は、これらの放出物を処理してあまり強くない放出物（二酸化炭素（ＣＯ2）、水など）を発生させる。図示するように、排気処理システム１０は、触媒コンバータまたは触媒アセンブリ１４を備える。触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣアセンブリ）は、エンジン１２から流体１６（例えば、排気）を受け取る入口１８と、流体２２（例えば、処理済みのエンジン排気）を排出する出口２０とを備える。いくつかの実施形態では、触媒アセンブリ１４はＴＷＣアセンブリを含む。ＴＷＣアセンブリは、その触媒作用によって、複数の反応を介してＮＯXを還元する。例えば、ＮＯXは、ＣＯによって還元されてＮ2およびＣＯ2を発生させることができ、ＮＯXはＨ2によって還元されてＮＨ3および水を発生させることができ、ＮＯXは炭化水素（例えば、Ｃ3Ｈ6）によって還元されてＮ2、ＣＯ2、および水を発生させることができる。ＴＷＣアセンブリは、ＣＯを酸化させてＣＯ2にするとともに、未燃焼のＨＣを酸化させてＣＯ2および水にする。ＴＷＣアセンブリを含む各実施形態では、エンジン１２は、過濃燃焼エンジン（例えば、おおよそ０．９９９、０．９９８、０．９９７、０．９９６、０．９９５、０．９９４、０．９９３、０．９８０、０．９７０、０．９６０、０．９５０、または任意の他の１．０よりも小さい値などの等量比（すなわち、実際のＡＦＲ対化学量論のＡＦＲの比）、または１．０よりも小さい値であるラムダ（λ））として動作し、ＴＷＣアセンブリにおける触媒作用を最大にすることができる。ＡＦＲは、空気と燃料の質量比である。他の実施形態では、触媒アセンブリ１４は、任意の他のタイプの酸化触媒（例えば、二元触媒（ｔｗｏ−ｗａｙ  ｃａｔａｌｙｓｔ）、炭化水素酸化触媒、ディーゼル酸化触媒など）を含むことができる。いくつかの実施形態では、後処理システム１０は、触媒アセンブリ１４の上流および／または下流に配設された１つまたは複数の追加の触媒アセンブリ（例えば、エンジン１２と触媒アセンブリとの間に配設されたＡＳＣアセンブリ）を備えることができる。いくつかの実施形態では、後処理システム１０は、他の構成要素（例えば、オキシダント（例えば、空気、Ｏ2、Ｏ2富化空気、またはＯ2減少空気）を流体１６に注入するオキシダント注入システム）を備えることができる。
【００１４】
エンジン１２および後処理システム１０は、エンジン１２の動作を制御するとともに監視するコントローラ２４（例えば、エンジン制御装置（ＥＣＵ））に（例えば、通信可能に）結合されている。例えば、コントローラ２４は、エンジン１２のオキシダント燃料比（例えば、空気燃料比）を調節または調整する。ＡＦＲは、空気と燃料の質量比である。コントローラ２４は、後処理システム１０の動作も制御するとともに監視する。例えば、以下により詳細に説明されるように、コントローラ２４は、後処理システム１０の触媒アセンブリ１４の健全性（例えば、酸化状態）を監視することができ、必要に応じて、触媒アセンブリ１４についての診断を行う。いくつかの実施形態では、コントローラ２４は、互いに通信する複数のコントローラ（例えば、エンジン１２および後処理システム１０のためのそれぞれのコントローラ）を備えることができる。コントローラ２４は、処理回路（例えば、プロセッサ２６）と、メモリ回路（例えば、メモリ２８）とを備える。プロセッサ２６には、複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つまたは複数の専用マイクロプロセッサ、および／または１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）デバイス、またはいくつかの他のプロセッサ構成が含まれ得る。例えば、プロセッサ２６には、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサ、または複合命令セット（ＣＩＳＣ）プロセッサが含まれ得る。プロセッサ２６は、エンジン１２および／または後処理システム１０の動作を実施するための命令を実行することができる。これらの命令は、メモリ２８などの有形の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、光ディスク、ソリッドステートデバイス、チップ、ファームウェアなど）に記憶されたプログラムまたはコードの中にエンコードすることができる。いくつかの実施形態では、メモリ２８は、コントローラ２４から完全にまたは部分的に取り外し可能であり得る。
【００１５】
メモリ２８は、様々なテーブル（例えば、ルックアップテーブル（ＬＵＴ））を記憶することができる。メモリ２８は、（例えば、ＲＦプローブ３８から受け取った電圧測定値に類似する）対応する電圧対Ｏ2蓄積量値（例えば、ＴＷＣにおけるＯ2蓄積量比を表すθ）を表にするＬＵＴを記憶することができる。また、メモリ２８は、いくつかの閾値または範囲を記憶することができる。例えば、メモリ２８は、望ましい限度を表す様々な放出物（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）についての閾値および／または範囲を記憶することができる。メモリ２８は、触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣ）についての推定Ｏ2蓄積量値と（例えば、ＲＦプローブ３８によって測定された）触媒アセンブリ１４についての測定Ｏ2蓄積量値との間の差分についての公称または最小量の差分（例えば、閾値）を記憶することもできる。メモリ２８は、モデル（例えば、エンジン１２、後処理システム１０、および／またはそれらの各構成要素の様々な態様を表すおよび／またはシミュレートするソフトウェアモデル）も記憶することができる。例えば、メモリ２８は、エンジン動作パラメータを推定するために１つまたは複数のモデルを記憶することができる。他の実施形態では、メモリ２８は、触媒アセンブリ１４の酸化状態（例えば、Ｏ2蓄積量）を推定するおよび／または触媒アセンブリ１４の出口２０から出る流体２２における様々な放出物（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）の濃度を推定するために１つまたは複数のモデルを記憶することができる。この１つまたは複数のモデルは、触媒アセンブリ１４から出る様々な放出物（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）の触媒アセンブリ１４の酸化状態および／または濃度を推定するために、触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣアセンブリ）および／または１つまたは複数のエンジン動作パラメータ（例えば、実際のエンジン動作パラメータおよび／またはモデルによって得られるような推定エンジン動作パラメータ）の上流および下流の流体１６、２２における（例えば、Ｏ2センサ３４、３６から受け取った）Ｏ2濃度の測定値を利用することができる。コントローラ２４は、エンジン１２および後処理システム１０のセンサ、アクチュエータ、および他の構成要素（例えば、ユーザインターフェース）から１つまたは複数の入力信号（ｉｎｐｕｔ1．．．ｉｎｐｕｔn）を受信し、エンジン１２および／またはシステム１０のセンサ、アクチュエータ、および他の構成要素へ１つまたは複数の出力信号（ｏｕｔｐｕｔ1．．．ｏｕｔｐｕｔn）を出力する。コントローラ２４は、１つまたは複数のタイプのモデル（例えば、プロセッサによって実行可能なソフトウェアベースのモデル）を利用することができる。例えば、モデルは、設備故障のリスクまたは設備保全の必要性を予測するために使用できる低サイクル疲労（ＬＣＦ）寿命予測モデル、計算流体力学（ＣＦＤ）モデル、有限要素解析（ＦＥＡ）モデル、ソリッドモデル（例えば、パラメトリックおよび非パラメトリックモデリング）、および／または３次元から２次元へのＦＥＡマッピングモデルなどの物理ベースのモデルを含み得る。モデルは、統計モデル、例えば、回帰分析モデル、データマイニングモデル（例えば、クラスタリングモデル、分類��デル、連関モデル）などを含むこともできる。例えば、クラスタリング技法は、何らかのやり方で「類似する」データ中の群または構造を発見することができる。分類技法は、ある種のグループ、例えば、予定外の保全イベントにあう確率がより高いフィールドデバイスのメンバーとしてデータ点を分類することができる。回帰分析は、ある誤差範囲内の将来動向をモデル化できる関数を見つけるために使用することができる。連関技法は、変数間の関係を見つけるために使用することができる。また、ファジー理論モデルが利用されてもよい。また、モデルと共に利用されるデータには、履歴データ、経験的データ、知識ベースのデータなどが含まれ得る。
【００１６】
コントローラ２４は、エンジン１２および排気処理システム１０に関連した各センサに結合することができる。例えば、エンジン１２は、エンジン１２の１つまたは複数の動作パラメータ（例えば、実際の動作パラメータ）を測定するエンジン１２内および／またはエンジン１２の出口３２付近にエンジン１２に配設された１つまたは複数のセンサ３０を備えることができる。センサ３０には、圧力センサ、温度センサ、速度センサなどの大気センサおよびエンジンセンサが含まれ得る。いくつかの実施形態では、センサ３０は、エンジン１２から出た流体１６における異なる化学種（例えば、放出物）の濃度を測定することができる。例えば、センサ３０には、Ｏ2またはラムダセンサ、エンジン吸気温度センサ、エンジン吸気圧力センサ、ジャケット水温センサ、エンジン排気温度センサ、およびエンジン排気圧力センサが含まれるが、これらに限定されない。加えて、１つまたは複数のＯ2センサまたはラムダセンサ３４は、流体１６におけるＯ2の濃度または量を測定するために、触媒アセンブリ１４の入口１８の上流（例えばエンジン１２と触媒アセンブリ１４との間）に配設することができる。さらに、１つまたは複数のＯ2センサまたはラムダセンサ３６は、流体２２におけるＯ2の濃度または量を測定するために触媒アセンブリ１４の出口２０の下流に配設することができる。またさらに、１つまたは複数のＲＦプローブまたはセンサ３８は、触媒アセンブリ１４のＯ2蓄積量を測定するために触媒アセンブリ１４内に配設することができまたは触媒アセンブリ１４に結合することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦプローブ３８からのＯ2蓄積量の測定値は、電圧測定値の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、この電圧測定値は、（例えば、ＬＵＴを利用して）Ｏ2蓄積量値θに変換することができる。
【００１７】
センサ３０、Ｏ2センサ３４、３６、および１つまたは複数のＲＦプローブ３８からのフィードバックに少なくとも基づいて、コントローラ２４は、後処理システム１０の触媒アセンブリ１４の健全性（例えば、酸化状態）を監視し、必要に応じて、触媒アセンブリ１４についての診断を行う。例えば、コントローラ２４は、触媒アセンブリ１４の酸化状態（例えば、Ｏ2蓄積量）の推定および／または触媒アセンブリ１４から出る放出物（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）の推定を生成するために、１つまたは複数のエンジン動作パラメータ（例えば、センサ３０によって測定された実際の動作パラメータおよび／または推定された動作パラメータ）、ならびにモデル（例えば、ソフトウェアベースのモデル）における触媒アセンブリ１４の上流および下流の（例えば、Ｏ2センサ３４、３６から受信した）測定Ｏ2濃度を利用する。コントローラ２４は、触媒アセンブリ１４について（例えば、ＲＦプローブ３８からのフィードバックに基づいて）推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量を比較することができる。触媒アセンブリ１４の推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量との間の差がかなり大きい（例えば、例えば２パーセント、５パーセント、１０パーセント、または任意の他の所望のパーセントだけ所望の閾値よりも大きい）場合、コントローラ２４は、触媒アセンブリ１４に関して診断モジュール（例えば、ＴＷＣ診断モジュール）を実施することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ２４は、Ｏ2蓄積量における検出された差分および診断モジュールの性能の（例えば、可聴的、可視的、質感的などの）ユーザが認知できる示度を与えることもできる。触媒アセンブリ１４の推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量との間の差が所望の閾値に等しいまたはそれ未満である場合、コントローラ２４は、推定した放出量（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）をそれぞれの閾値および／または範囲と比較して、放出量が許容できる範囲内または望ましい制限内であるか決定することができる。ＮＯXまたはＣＯが許容できる範囲内または望ましい制限内でない（すなわち、範囲外または閾値を超える）場合、コントローラ２４は、触媒アセンブリ１４について診断モジュール（例えば、ＴＷＣ診断モジュール）をさらに実行することができる。開示した技法によって触媒アセンブリ１４の健全性（例えば、酸化状態）を監視することは、燃焼エンジン１２の使用が長期間、放出コンプライアンス内に留まることを可能にする。加えて、触媒アセンブリ１４の保全を最小にすることができる。さらに、開示した技法は、内蔵診断能力を提供する。
【００１８】
図２は、エンジン１２に結合された触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣアセンブリ）の健全性（例えば、酸化状態）を監視するコンピュータが実行する方法４０の一実施形態の流れ図である。方法４０のステップの全部または一部は、コントローラ２４によって（例えば、メモリ２８に記憶されたプログラムを実行するとともにデータにアクセスするためにプロセッサ２６を利用して）実行することができる。加えて、これらのステップの１つまたは複数は、他のステップと同時に実行することができる。方法４０は、エンジン動作パラメータ４２またはこれらのパラメータ４２を表す信号を受信することを含む（ブロック４４）。エンジン動作パラメータ４２は、エンジン１２に関連付けられた１つまたは複数のセンサ３０によって測定された実際のエンジン動作パラメータを含むことができる。エンジン動作パラメータ４２は、上述したように、例えば、１つまたは複数のモデルを利用して推定されたエンジン動作パラメータの推定を含むこともできる。方法４０は、プレ触媒４６（Ｏ2 PRE-CAT）および／またはポスト触媒４８（Ｏ2 POST-CAT）のＯ2測定値、または（例えば、Ｏ2センサ３４、３６からの）これらの測定値を表す信号を受信することを含むこともできる（ブロック５０）。方法４０は、触媒アセンブリ１４の酸化状態（例えば、推定Ｏ2蓄積量５４、θ）、触媒アセンブリ１４から出る流体２２におけるＮＯX５６（ＮＯX,EST）、触媒アセンブリ１４から出る流体２２におけるＣＯ５８（ＣＯEST）を決定または推定するために、１つまたは複数のモデル５２を利用することをさらに含む（ブロック５５）。いくつかの実施形態では、酸化触媒のタイプに応じて、１つまたは複数のモデル５２を利用して他の放出物についての推定を生成することができる。
【００１９】
方法４０は、触媒アセンブリ１４の（例えば、ＲＦプローブ３８からの）Ｏ2蓄積量ローディング６０の測定値または測定値を表す信号を受信することを含む（ブロック６２）。いくつかの実施形態では、Ｏ2蓄積量値（例えば、ＴＷＣにおけるＯ2蓄積量比を表すθ）に対応する（例えば、ＲＦプローブ３８から受信した電圧測定値に類似する）電圧を含むＬＵＴ６４を利用して、ＲＦプローブ３８からの測定値をＯ2蓄積量値に変換することができる。方法４０は、推定Ｏ2蓄積量５４の値と測定Ｏ2蓄積量値６０を比較することも含む。いくつかの実施形態では、比較は、まず、推定Ｏ2蓄積量値５４が測定Ｏ2蓄積量値６０におおよそ等しいか決定することを含むことができる（ブロック６６）。推定Ｏ2蓄積量値５４が測定Ｏ2蓄積量値６０に（例えば、１パーセントよりも大きい差分でもって）あまり等しくない場合、方法４０は、推定Ｏ2蓄積量５４と測定Ｏ2蓄積量値６０との間の差分６８、Δθを利用し、それと公称差分または閾値差分７０、ΔθNOMを比較することを含む（ブロック７２）。ΔθNOMは、推定Ｏ2蓄積量５４と測定Ｏ2蓄積量６０との間で２パーセント、５パーセント、１０パーセント、または任意の他の所望のパーセントの差分であり得る。ΔθがΔθNOMよりも大きい場合、方法４０は、制御動作を出力することを含む（ブロック７４）。この制御動作は、触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣ診断モジュール）に対して診断モジュールを実行する（例えば、触媒アセンブリ１４にわたる圧力降下を測定する）ことを含むことができる。制御動作は、検出されたΔθがΔθNOMよりも大きいことおよび／または診断モジュールの性能について（例えば、可聴的、可視的、質感的などの）ユーザが認知できる示度を与えることを含むこともできる。いくつかの実施形態では、ブロック６６は省かれてもよく、方法４０はブロック７２に自動的に進むことができる。
【００２０】
推定Ｏ2蓄積量５４の値が測定Ｏ2蓄積量値６０にほぼ等しい（例えば、１パーセントに等しいまたはそれ未満である）、またはΔθがΔθNOM未満である場合、方法４０は、ＮＯX,ESTおよびＣＯESTが望ましい制限内であるか決定することを含む（ブロック７６）。具体的には、方法４０は、ＮＯX,ESTが所望のＮＯXの閾値未満または所望のＮＯXの範囲７８内であるか決定することを含む。方法４０は、ＣＯESTが所望のＣＯの閾値未満または所望のＣＯの範囲８０内であるか決定することも含む。ＮＯX,ESTおよびＣＯESTの両方が、それらのそれぞれの所望の範囲７８、８０内またはそれらのそれぞれの所望の閾値７８、８０未満である場合、方法４０は、この方法４０を初めからループすることを含む（ブロック８２）。ＮＯX,ESTまたはＣＯESTがそれらのそれぞれの所望の範囲７８、８０から外れる、あるいはそれらのそれぞれの所望の閾値７８、８０に等しいまたはそれよりも大きい場合、方法４０は、上述したように、制御動作を出力することを含む（ブロック７４）。
【００２１】
開示した各実施形態の技術的効果は、燃焼エンジン１２に結合された触媒アセンブリ１４（例えば、ＴＷＣアセンブリ）の健全性（例えば、酸化状態）を監視する（例えば、コンピュータが実行する）システムおよび方法を提供することを含む。詳細には、各実施形態は、触媒アセンブリ１４におけるＯ2蓄積量の推定値、および触媒アセンブリ１４から出る放出物（例えば、ＮＯX、ＣＯなど）の推定値を生成するために、エンジン動作パラメータ４２、および触媒アセンブリ１４の上流および下流の流体１６、２２におけるＯ2濃度の測定値をモデルの入力として利用することを含む。各実施形態は、触媒アセンブリ１４の健全性を決定するために、（例えば、触媒アセンブリ１４内のＲＦプローブ３８からの測定値に基づいて）推定Ｏ2蓄積量と測定Ｏ2蓄積量を比較することも含む。各実施形態は、触媒アセンブリ１４の健全性を決定するために、推定した放出量が限界の範囲内であるか決定するように、推定した放出量とそれぞれの範囲および／または閾値を比較することをさらに含む。開示した各実施形態による触媒アセンブリ１４の健全性（例えば、酸化状態）を監視することにより、燃焼エンジン１２の使用が長期間、放出コンプライアンス内に留まることを可能にする。加えて、触媒アセンブリ１４の保全を最小にすることができる。さらに、開示した実施形態は、内蔵診断能力を提供する。
【００２２】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために例を用いており、任意の装置またはシステムを作製および使用し、任意の組み込まれた方法を実行するなど当業者が本発明を実施することを可能にもする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が思いつく他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構成要素を含む場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言からわずかに異なる同等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００２３】
１０  後処理システム、排気処理システム
１２  エンジン
１４  触媒アセンブリ
１６  燃焼ガス、排気、流体
１８  入口
２０  出口
２２  流体
２４  コントローラ
２６  プロセッサ
２８  メモリ
３０  センサ
３２  出口
３４  Ｏ2センサ、Ｏ2またはλセンサ
３６  Ｏ2センサ、Ｏ2またはλセンサ
３８  ＲＦプローブ、ＲＦプローブまたはセンサ
４０  方法
４２  エンジン動作パラメータ、パラメータ、動作パラメータ
４６  プレ触媒（Ｏ2 PRE-CAT）
４８  ポスト触媒（Ｏ2 POST-CAT）
５２  モデル
５４  推定Ｏ2蓄積量、推定Ｏ2蓄積量値
５６  ＮＯX（ＮＯX,EST）
５８  ＣＯ（ＣＯEST）
６０  Ｏ2蓄積量ローディング、測定Ｏ2蓄積量値、測定Ｏ2蓄積量
６４  ＬＵＴ
６８  差分Δθ
７０  公称差分または閾値差分ΔθNOM
７８  ＮＯXの範囲、範囲、閾値
８０  ＣＯの範囲、範囲、閾値
【図１】
2016169733.tif 000003
【図２】
2016169733.tif 000004
【外国語明細書】
2016169733000001.pdf