(57)【要約】      （修正有）【課題】触媒コンバータの性能に基づいて空燃比を制御し良好なエンジン性能および排出ガスを得る。【解決手段】本システム１０は、プロセッサを有する制御器１６を備える。プロセッサは、第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサ３０Ａから第１の信号を受信し、第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサ３０Ｂから第２の信号を受信するように構成されている。第１の酸素センサ３０Ａは、触媒コンバータシステム３２の上流に配設されており、第２の酸素センサ３０Ｂは、触媒コンバータシステム３２の下流に配設されている。プロセッサは、第１の信号、第２の信号、および触媒コンバータモデル３２に基づいて複数の酸素貯蔵推定値を得るようにも構成されている。複数の酸素貯蔵推定値の各々は、前記触媒コンバータシステム３２内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値を表す。【選択図】図１
2016114056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータシステム（３２）の上流に配設されている第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサ（３０Ａ）から第１の信号を受信し、
前記触媒コンバータシステム（３２）の下流に配設されている第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサ（３０Ｂ）から第２の信号を受信し、
前記第１の信号、前記第２の信号、および触媒コンバータモデル（６４）に基づいて、前記触媒コンバータシステム（３２）内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値をそれぞれ含む複数の酸素貯蔵推定値を得、
前記複数の酸素貯蔵推定値に基づいてシステム酸素貯蔵推定値を得、
前記触媒コンバータモデル（６４）に基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）についてのシステム酸素貯蔵設定値を得、
前記システム酸素貯蔵推定値を前記システム酸素貯蔵設定値と比較する
ように構成されているプロセッサ（４６）を備えた制御器を備え、前記プロセッサ（４６）が、ガスエンジン（１２）の制御中に前記比較を適用するように構成されているシステム。
【請求項２】
前記プロセッサ（４６）は、
前記比較に基づいて空燃比（ＡＦＲ）設定値（８１）を得、
前記ＡＦＲ設定値（８１）に基づいて前記ガスエンジン（１２）内に配設された燃料アクチュエータを調整する
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】
前記プロセッサ（４６）は、前記ガスエンジン（１２）の動作環境を表すデータを受信するように構成され、前記プロセッサ（４６）が、前記データに基づいて複数のオフラインの触媒コンバータモデル（６４）から前記触媒コンバータモデル（６４）を選択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４】
前記制御器は、アンチワインドアップモードを有する比例積分微分（ＰＩＤ）制御器を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサ（４６）は、
前記複数の前記酸素貯蔵推定値の組合せに基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）内の前記複数のセルのサブセットについての第２のシステム酸素貯蔵推定値を得、
前記第２のシステム酸素貯蔵推定値の少なくとも一部に基づいて前記システム酸素貯蔵推定値を得る
ように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサ（４６）は、
前記触媒コンバータシステム（３２）内に配設されている第３の酸素測定値を示す第３の酸素センサから第３の信号を受信し、
前記第１の信号、前記第２の信号、前記第３の信号、および前記触媒コンバータモデル（６４）に基づいて前記複数の酸素貯蔵推定値を得る
ように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサ（４６）は、前記複数の酸素貯蔵推定値の加重平均に基づいて前記システム酸素貯蔵推定値を得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８】
前記プロセッサ（４６）は、前記触媒コンバータシステム（３２）の化学反応速度論に基づいて前記複数のセルごとの前記酸素貯蔵推定値を得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９】
前記プロセッサ（４６）は、前記触媒コンバータシステム（３２）の一酸化炭素酸化効率を少なくとも改善するように前記システム酸素貯蔵設定値を得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】
触媒コンバータシステム（３２）に流体連結されたガスエンジン（１２）を備えたガスエンジンシステム（１０）と、
前記ガスエンジン（１２）に動作可能に結合され前記触媒コンバータシステム（３２）に通信可能に結合されている触媒制御器であって、
ガスエンジン（１２）排気口の下流かつ前記触媒コンバータシステム（３２）の上流に配設されている第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサ（３０Ａ）から第１の信号を受信し、
前記触媒コンバータシステム（３２）の下流に配設されている第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサ（３０Ｂ）から第２の信号を受信し、
複数のオフラインの触媒コンバータモデル（６４）から第１の触媒コンバータモデル（６４）を選択し、ここで、前記選択した触媒コンバータモデル（６４）は、前記触媒コンバータシステム（３２）の挙動の推定値に対応しており、
前記第１の信号、前記第２の信号、および前記第１の触媒コンバータモデル（６４）に基づいて、前記触媒コンバータシステム（３２）内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値をそれぞれ含む複数の酸素貯蔵推定値を得、
前記複数の酸素貯蔵推定値の組合せに基づいて前記触媒コンバータモデル（６４）についてのシステム酸素貯蔵推定値を得、
前記第１の触媒コンバータモデル（６４）に基づいて、前記触媒コンバータシステム（３２）内の前記複数のセルのうち前記対応するセルについての酸素貯蔵設定値（７６）をそれぞれ含む複数の酸素貯蔵設定値（７６）を得、
前記複数の酸素貯蔵設定値（７６）の組合せに基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）についてのシステム酸素貯蔵設定値を得、
前記システム酸素貯蔵推定値を前記システム酸素貯蔵設定値と比較し、
前記比較に基づいて空燃比（ＡＦＲ）設定値（８１）を得て、前記ＡＦＲ設定値（８１）が、前記ガスエンジン（１２）を制御するために適用される
ように構成されているプロセッサ（４６）を備えた触媒制御器と
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記ガスエンジン（１２）に動作可能に結合された燃料制御器を備え、前記触媒制御器は、前記ＡＦＲ設定値（８１）を前記燃料制御器へ送信するように構成されており、前記燃料制御器は、前記ＡＦＲ設定値（８１）に基づいて１つまたは複数の燃料アクチュエータを調整する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の燃料アクチュエータは、前記ガスエンジン（１２）に燃料を供給する弁を備える、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサ（４６）は、前記複数の酸素貯蔵推定値に基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）の健全状態を決定するように構成されている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
前記健全状態は、酸素飽和量、貯蔵されている酸素の量、反応種変換率、またはそれらの組合せのうち少なくとも１つを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
触媒コンバータシステム（３２）の上流に配設されている第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサ（３０Ａ）から第１の信号を受信し、
前記触媒コンバータシステム（３２）の下流に配設されている第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサ（３０Ｂ）から第２の信号を受信し、
前記第１の信号、前記第２の信号、および触媒コンバータモデル（６４）に基づいて、前記触媒コンバータシステム（３２）内の複数のセルの各々についての酸素貯蔵推定値をそれぞれ含む複数の酸素貯蔵推定値を得、
前記複数の酸素貯蔵推定値の組合せに基づいてシステム酸素貯蔵推定値を得、
前記触媒コンバータモデル（６４）に基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）についての酸素貯蔵設定値（７６）を得、
前記システム酸素貯蔵推定値を前記酸素貯蔵設定値（７６）と比較する
ように構成されている実行可能命令を含む有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記命令は、ガスエンジン（１２）の動作環境を説明する複数のデータを受信するように構成されており、前記命令は、前記複数のデータに基づいて複数のオフラインの触媒コンバータモデル（６４）から前記触媒コンバータモデル（６４）を選択するように構成される、請求項１５記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記命令は、前記第１の信号および前記第２の信号をデータリポジトリに記憶されたデータとして記憶し、前記第１の信号、前記第２の信号、および前記記憶されたデータに基づいて前記触媒コンバータモデル（６４）を調整するように構成されている、請求項１５記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記複数のデータは、前記ガスエンジン（１２）の総空気流量、前記ガスエンジン（１２）の排ガスの温度、前記触媒コンバータシステム（３２）の酸化構造（４０）の酸素貯蔵能力、前記触媒コンバータシステム（３２）の前記酸化構造（４０）のギブスエネルギー、前記ガスエンジン（１２）の吸入ガス組成、またはそれらの組合せのうち少なくとも１つを含む、請求項１７記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記命令は、前記複数の前記酸素貯蔵推定値に基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）内の位置についての第２のシステム酸素貯蔵推定値を得るように構成されている、請求項１５記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記命令は、前記複数の酸素貯蔵推定値および前記システム酸素貯蔵推定値に基づいて前記触媒コンバータシステム（３２）の健全状態を決定するように構成されている、請求項１５記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された主題は、ガスエンジンシステムのための触媒コンバータシステムに関する。具体的には、後述の主題は、対応する触媒コンバータシステムに基づいてガスエンジンシステムの空燃比を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンシステムは、石油およびガスを処理するシステム、商工業ビル、および自動車などの様々な用途にパワーを与える。多くのガスエンジンシステムは、ガスエンジンシステムの動作を監督する制御システムを備える、またはそれに結合されている。制御システムは、ガスエンジンシステムの効率を改善することができるとともに、他の機能を提供する。例えば、制御システムは、ガスエンジンの空燃比を制御することによってガスエンジンシステムの効率を改善することができ、これは、ガスエンジンに供給される燃料の量に対するガスエンジンに供給される空気の量を表す。所望の用途に応じて、制御システムは、全ての燃料が利用可能な酸素の全部を用いて燃焼される理想的な比である化学量論に近い空燃比を維持しようとし得る。他の応用は、濃厚（すなわち、超過燃料）と希薄（すなわち、超過空気）の間の範囲内の空燃比を維持することができる。
【０００３】
理解されるように、ガスエンジンシステムは、燃料を燃焼させた結果として排ガスを生じ、放出された排ガスのタイプは、ガスエンジンシステムに供給された燃料のタイプおよび量に一部依存し得る。多くの産業および司法制度（例えば、石炭燃焼設備、連邦政府および州政府など）は、様々なガスエンジンシステムが放出することが許可されている排ガスのタイプおよび量を特定する規制および規則を有し得る。
【０００４】
規制および規則を順守するために、ガスエンジンシステムは、ガスエンジンに結合された触媒コンバータシステムを含むこともできる。触媒コンバータシステムは、排ガスを受け取り、排ガスを規制および規則によって許可された他のタイプのガスに実質的に変換する。触媒コンバータシステムの性能は、ガスエンジンの性能に影響を及ぼす可能性があり、逆の場合も同じである。制御システムを介してガスエンジンおよび触媒コンバータシステムの性能を改善することが利益である。
【発明の概要】
【０００５】
元々権利主張した発明の範囲内で同等の広がりを有するいくつかの実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、権利主張した発明の範囲限定する意図はなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要を与えるためだけであることが意図される。実際は、本発明は、以下に記載される実施形態と同様であり得るまたはそれと異なり得る様々な形態を含み得る。
【０００６】
第１の実施形態では、システムは、プロセッサを有する制御器を備える。このプロセッサは、第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサから第１の信号を受信し、第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサから第２の信号を受信するように構成されている。第１の酸素センサは、触媒コンバータシステムの上流に配設されており、第２の酸素センサは、触媒コンバータシステムの下流に配設されている。プロセッサは、第１の信号、第２の信号、および触媒コンバータモデルに基づいて複数の酸素貯蔵推定値を得るようにも構成されている。複数の酸素貯蔵推定値の各々は、触媒コンバータシステム内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値を表す。さらに、プロセッサは、複数の酸素貯蔵推定値に基づいて触媒コンバータシステムについてのシステム酸素貯蔵推定値を得るように構成されている。プロセッサは、触媒コンバータモデルに基づいて触媒コンバータシステムについてのシステム酸素貯蔵設定値を得るようにも構成されている。次いで、プロセッサは、ガスエンジンの制御中にシステム酸素貯蔵推定値をシステム酸素貯蔵設定値と比較し、この比較を適用するように構成されている。
【０００７】
第２の実施形態では、システムは、触媒コンバータシステムに流体連結されたガスエンジンと、ガスエンジンに動作可能に結合され触媒コンバータに通信可能に結合されている触媒制御器とを有するガスエンジンシステムを含む。触媒制御器は、第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサから第１の信号を受信し、第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサから第２の信号を受信するように構成されたプロセッサを有する。第１の酸素センサは、触媒コンバータシステムの上流に配設され、第２の酸素センサは、触媒コンバータシステムの下流に配設されている。プロセッサは、複数のオフラインの触媒コンバータモデルから第１の触媒コンバータモデルを選択するようにも構成されている。選択した触媒コンバータモデルは、触媒コンバータシステムの挙動の推定値に対応している。そして、プロセッサは、第１の信号、第２の信号、および第１の触媒コンバータモデルに基づいて複数の酸素貯蔵推定値を得るようにさらに構成されている。複数の酸素貯蔵推定値の各々は、触媒コンバータシステム内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値を表す。プロセッサは、複数の酸素貯蔵推定値の組合せに基づいて触媒コンバータシステムについてのシステム酸素貯蔵推定値を得るようにも構成されている。さらに、プロセッサは、第１の触媒コンバータモデルに基づいて複数の酸素貯蔵設定値を得るように構成されている。複数の酸素貯蔵設定値の各々は、触媒コンバータシステム内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵設定値を表す。次いで、プロセッサは、複数の酸素貯蔵設定値の組合せに基づいてシステム酸素貯蔵設定値を得るように構成されている。さらに、プロセッサは、システム酸素貯蔵推定値をシステム酸素貯蔵設定値と比較し、この比較に基づいて空燃比（ＡＦＲ）設定値を得るように構成されている。ＡＦＲ設定値は、ガスエンジンを制御するように適用される。
【０００８】
第３の実施形態では、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は、実行可能命令を含む。この命令は、第１の酸素測定値を示す第１の酸素センサから第１の信号を受信し、第２の酸素測定値を示す第２の酸素センサから第２の信号を受信するように構成されている。第１の酸素センサは、触媒コンバータシステムの上流に配設されており、第２の酸素センサは、触媒コンバータシステムの下流に配設されている。命令は、第１の信号、第２の信号、および触媒コンバータモデルに基づいて複数の酸素貯蔵推定値を得るようにも構成されている。複数の酸素貯蔵推定値の各々は、触媒コンバータシステム内の複数のセルのうち対応するセルについての酸素貯蔵推定値を表す。さらに、命令は、複数の酸素貯蔵推定値に基づいて触媒コンバータシステムについてのシステム酸素貯蔵推定値を得るように構成されている。命令は、触媒コンバータモデルに基づいて触媒コンバータシステムについての酸素貯蔵設定値を得、システム酸素貯蔵推定値を酸素貯蔵設定値と比較するようにも構成されている。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、後述の詳細な説明を添付図面を参照して読むときにより良く理解されよう。同じ符号は、図面全体を通じて同じ部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本手法の一実施形態による、ガスエンジンシステムのブロック図である。
【図２】本手法の一実施形態による、図１のガスエンジンシステムのためのエンジン制御ユニットのブロック図である。
【図３】本手法の一実施形態による、図１のガスエンジンシステムに含まれた触媒コンバータシステムの断面図である。
【図４】本手法の一実施形態による、図１のガスエンジンシステムに含まれた触媒監視システムのブロック図である。
【図５】本手法の一実施形態による、図４の触媒監視システムの動作方法を示す流れ図である。
【図６】本手法の一実施形態による、図５の方法から得られた制御プロセスを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うことを目指すため、実際の実施の全ての特徴が本明細書に記載されたわけではない可能性がある。何らかのエンジニアリングまたは設計プロジェクトと同様に、任意のそのような実際の実施の開発において、実施に特有の多数の決定が、実施ごとに変わり得るシステムに関連した制約およびビジネスに関連した制約の順守など開発者の特定の目標を実現するためになされなければならない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あり時間がかかるものであり得るが、とは言っても本開示の利益を有する当業者にとって設計、製作、および製造の日常業務であることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、要素が１つまたは複数あることを意味することが意図される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む、備える）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包括的であることが意図され、列挙された要素以外に追加の要素があってもよいことを意味する。
【００１３】
本実施形態は、ガスエンジンに結合された触媒コンバータの観察に基づいてガスエンジンの空燃比（ＡＦＲ）を制御することに関する。本明細書に記載された実施形態は、例えば以下により詳細に説明されるいくつかのモデルを実行することによって、触媒コンバータの挙動を推定する監視システムに関する。この監視システムは、ガスエンジンおよび触媒コンバータの様々な動作状態および状況を説明することができ、これにより推定値の精度を向上させることができる。この監視システムは、触媒コンバータについての性能設定値を決定することもできるとともに、推定値を性能設定値と比較することができる。次いで、ガスエンジンの動作を監督する制御システムは、触媒コンバータの性能設定値と推定値の間の比較に基づいてＡＦＲについての設定値を決定することができる。次いで、制御システムは、それに応じてＡＦＲを調整することができる。監視システムは、診断目的のために触媒コンバータの推定された挙動を使用することもできる。
【００１４】
次に図１を参照すると、発電システム、油およびガスのシステム、商工業ビル、自動車、廃棄物処分場、および廃水処理などの様々な用途のためのパワーを生み出すために燃料を燃焼するのに適したガスエンジンシステム１０が示されている。ガスエンジンシステム１０は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社から市販のＷａｕｋｅｓｈａ（商標）ガスエンジンなどのガスエンジン１２を備える。ガスエンジンシステム１０は、ガスエンジン１２に結合されたスロットル１４も備える。このスロットル１４は、弁とすることができ、この弁の位置により、ガスエンジン１２に供給される燃料または空気の量を制御する。したがって、スロットル１４の位置は、ガスエンジン１２の空燃比（ＡＦＲ）を一部決定する。このＡＦＲは、燃焼に利用可能な酸素の量とガスエンジン１２に供給された燃料の量との間の比を表す。
【００１５】
ガスエンジンシステム１０は、ガスエンジンシステム１０の動作を制御することができるエンジン制御ユニット１６をさらに備え、以下、これをより詳細に説明する。その目的のために、ガスエンジンシステム１０は、様々なタスクを実行するためにエンジン制御ユニット１６によって使用され得るセンサおよびアクチュエータも備える。例えば、図１に示されるように、ガスエンジンシステム１０は、ガスエンジンシステム１０内の異なる位置に配設されているとともにこの特定の位置についての酸素測定値と相関する信号を供給する２つの酸素センサ３０Ａおよび３０Ｂを備えることができる。
【００１６】
ガスエンジン１２は、使用した燃料のタイプに基づいていくつかのタイプおよび量の排ガスを放出し得る。いくつかの業界および組織（例えば、油およびガスの業界、石炭燃焼設備、連邦政府および州政府など）は、ガスエンジンが放出することが許可されている排ガスのタイプおよび量を特定する規制および規則を有し得る。
【００１７】
これらの規制および規則を順守するために、ガスエンジンシステム１０は、ガスエンジン１２の排気管路３４に結合された触媒コンバータシステム３２を備える。この触媒コンバータシステム３２は、ガスエンジン１２から排ガスを受け取り、排ガスを捕獲し、および／または排ガスを規制および規則によって許可されている他のタイプの放出物に変換する。例えば、図１に示した触媒コンバータシステム３０は、３つの変換、すなわち、１．）窒素酸化物を窒素および酸素に変換すること、２．）一酸化炭素を二酸化炭素に変換すること、および３．）未燃炭化水素を二酸化炭素および水に変換することを実行することができる。すなわち、図１に示された触媒コンバータシステム３２は、三元触媒である。他の実施形態は、他のタイプの触媒コンバータを使用することができる。次いで、変換されたガスは、ガスエンジンシステム１０の別の構成要素（例えば、別の触媒コンバータ３２、熱回収システム）または排出口へ通じ得る出力管路３６を介して触媒コンバータシステム３２から出て行くことができる。
【００１８】
触媒コンバータシステム３２を監督するために、ガスエンジンシステム１０は、図１に示されるようにかつ以下により詳細に説明されるように、触媒監視システム４４を備える。この触媒監視システム４４は、エンジン制御ユニット１６の一部であってもよく、またはエンジン制御ユニット１６と通信する別個のシステムであってもよい。
【００１９】
次に、図２を参照すると、図２に示されるように、エンジン制御ユニット１６は、プロセッサ１８と、メモリ２０と、他のシステム、構成要素、および装置への通信リンク２２と、センサ２６とアクチュエータ２８とのインタフェースをとるのに適しているハードウェアインターフェース２４とを備える。プロセッサ１８は、例えば、汎用のシングルチッププロセッサまたはマルチチッププロセッサを備えることができる。加えて、プロセッサ１８は、特定用途向けプロセッサまたは回路などの任意の従来の専用プロセッサであり得る。プロセッサ１８および／または他のデータ処理回路は、エンジン制御ユニット１６を実行するための命令を実行するようにメモリ２０に動作可能に結合され得る。これらの命令は、メモリ２０内に記憶されているプログラムに符号化され得る。メモリ２０は、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体の一例であり得るとともに、プロセッサ１８を介して命令を実行するためにアクセスおよび使用され得る。
【００２０】
メモリ２０は、大容量記憶装置（例えば、ハードドライブ）、フラッシュメモリデバイス、着脱式メモリ、または任意の他の非一時的なコンピュータ可読媒体であり得る。加えて、または代替として、命令は、上記のようなメモリ２０と同様のやり方でこれらの命令またはルーチンを少なくとも一括して記憶する少なくとも１つの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を備えた追加の適切な製品内に記憶されてもよい。通信リンク２２は、エンジン制御ユニット１６と他のシステム、構成要素、および装置との間の有線リンク（例えば、有線の電気通信のインフラまたはイーサネット(登録商標）を用いるローカルエリアネットワーク）ならびに／または無線リンク（例えば、セルラーネットワーク、または８０２．１１ｘ  ＷｉＦｉネットワーク）であり得る。
【００２１】
センサ２６は、様々な信号をエンジン制御ユニット１６に供給することができる。例えば、上述したように、ガスエンジンシステム１０内の異なる位置に配設された酸素センサ３０Ａおよび３０Ｂは、その特定の位置についての酸素測定値と相関する信号を供給する。アクチュエータ２８は、制御動作を実行するのに役立つ弁、ポンプ、位置決め装置、入口案内翼、スイッチなどを含むことができる。例えば、スロットル１４は、特定のタイプのアクチュエータ２８である。
【００２２】
センサ２６から受信した信号に基づいて、エンジン制御ユニット１６は、ガスエンジンシステム１０の１つまたは複数の制御態様がアクチュエータ２８を用いて変更されるべきか、それに応じて制御態様を調整するか決定することができる。例えば、エンジン制御ユニット１６は、ガスエンジン１２のＡＦＲを制御することによってガスエンジン１２の効率を改善しようと努めることができる。詳細には、エンジン制御ユニット１６は、化学量論の近くなどで所望の比でガスエンジン１２のＡＦＲを維持しようとすることができる。先に述べたように、化学量論は、供給された燃料の全部が利用可能な酸素の全部を用いて燃焼される理想的なＡＦＲ比を説明する。他の実施形態では、エンジン制御ユニット１６は、ＡＦＲが所望のエンジン１２の用途に応じて濃厚（すなわち、超過燃料）燃焼、および希薄（すなわち、超過空気）燃焼を含む値を含む許容値の狭い帯域内でガスエンジン１２のＡＦＲを維持しようとすることができる。
【００２３】
次に、図３を参照すると、触媒コンバータシステム３２は、少なくとも２つの触媒構造と、還元触媒３８と、酸化触媒４０とを備えることができる。触媒構造の両方は、白金、ロジウム、およびパラジウムなどの金属触媒でコーティングされたセラミック構造であり得る。触媒構造は、ハニカム状またはセラミックビーズとすることができ、セルに分割することができ、これは平方インチあたりで測定される。
【００２４】
図３に示されるように、まず、排気管路３４から来た排ガスは、還元触媒３８に遭遇する。この還元触媒３８は、白金およびロジウムでコーティングすることができ、排ガス中の窒素酸化物を窒素および酸素へ還元する。次に、このガスは、パラジウムおよびロジウムでコーティングすることができる酸化触媒４０に遭遇する。酸化触媒３８は、排ガス中の未燃炭化水素を二酸化炭素および水に酸化させ、排ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へ酸化させる。最後に、変換されたガスは、出力シャフト３６を介して触媒コンバータシステムから出て行く。
【００２５】
いくつかの実施形態では、触媒コンバータシステム３２は、排気シャフト３４と還元触媒３８の間に配置されたディフューザ４２を備えることができる。ディフューザ４２は、触媒コンバータシステム３２内の触媒構造の幅にわたって排ガスを均一に散乱させる。結果として、大量の排ガスが触媒構造の前端と接触することができ、それらがより短い距離の範囲内で大量の排ガスを変換することを可能にする。さらに、ディフューザ４２を用いて排ガスを散乱させることにより、触媒構造の異なる領域は、特定の領域内で排ガスの濃度が異なることにより様々な割合で経年変化が起こるという可能性を下げることもできる。
【００２６】
上述したように、エンジン制御ユニット１６は、ガスエンジン１２の効率を改善するようにガスエンジン１２のＡＦＲを制御することができる。それをするために、エンジン制御ユニット１６は、ガスエンジン１２のＡＦＲの任意の調整を決定するために、触媒コンバータシステム３２に入るおよび／または出て行く排ガスの組成などのいくつかのファクタを監視することができる。多くの状況では、触媒コンバータシステム３２の性能は、ガスエンジン１２のＡＦＲが調整されるべきか、およびガスエンジン１２のＡＦＲがどのように調整されるべきかの目安を与えることもできる。例えば、排ガスの酸化の量がある閾値未満である場合、ガスエンジンは十分な酸素を受けておらず、空燃比がより薄くなるように調整されるべきであるということの目安であり得る。
【００２７】
ガスエンジン１２のＡＦＲの制御を改善するために、エンジン制御ユニット１６は、触媒監視システム４４と協働することができる。すなわち、エンジン制御ユニット１６は触媒監視システム４４からのフィードバックに基づいてガスエンジン１２のＡＦＲを制御することができる。図４に示されるように、触媒監視システム４４は、プロセッサ４６と、メモリ４８と、通信リンク５０と、ハードウェアインターフェース５２とを備えることができる。これらの構成要素は、エンジン制御ユニット１６のプロセッサ１８と、メモリ２０と、通信リンク２２と、ハードウェアインターフェース２４と同様のハードウェア構成要素を備えることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、触媒監視システム４４は、アンチワインドアップモードを備えた比例積分微分（ＰＩＤ）制御器であり得る。理解されるように、ワインドアップは、物理的に実現できないグレードに従ってアクチュエータをどのように調整するのか制御器が決定するときにＰＩＤ制御器において生じる。例えば、実際には弁が１５０度しか開くことができないときに、ワインドアップのあるＰＩＤ制御器は、弁は１７５度開かれるべきであると決定する可能性がある。したがって、本明細書に記載されるようにアンチワインドアップモードを備えたＰＩＤ制御器を使用することが有利であり得、それによって対応するアクチュエータの物理的制限に関してのＰＩＤ制御器の評価尺度を揃えることができる。
【００２９】
上述したように、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２の動作を監視する。詳細には、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性を監視する。理想的には、触媒コンバータシステム３２は、燃料または酸化構造４０から適切な酸素を受け取って未燃炭化水素および／または一酸化炭素を酸化させる。すなわち、そこで、燃料から受け取ったまたは酸化構造４０内に貯蔵された酸素の量は、その主要な機能のうち２つについての触媒コンバータシステム３２の性能を決定し、未燃炭化水素を二酸化炭素および水へ、一酸化炭素を二酸化炭素へ変換することができる。したがって、触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性は、触媒コンバータシステム３２の性能の適切な指標であり得る。しかしながら、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２についての他の性能の指標を監視するために使用することができることを理解されたい。
【００３０】
触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性を評価するために、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性を推定する。また、触媒監視システムは、触媒コンバータシステム３２についてのシステム酸素貯蔵設定値も、触媒コンバータシステム３２のセルごとの個々の酸素貯蔵設定値も決定し、次いで、これらは酸素貯蔵推定値と比較される。次いで、エンジン制御ユニット１６は、酸素貯蔵推定値と酸素貯蔵設定値の間の比較に基づいてガスエンジン１２のＡＦＲについての設定値を決定し、それに応じてＡＦＲを調整する。いくつかの実施形態では、触媒監視システム４４が、エンジン制御ユニット１６の代わりに、ＡＦＲ設定値を決定することができる。さらに、いくつかの実施形態において、触媒監視システム４４は、ＡＦＲを調整することができる。とにかく、次いで、ＡＦＲ設定値は、エンジン制御ユニット１６によって使用されて燃料供給アクチュエータなどを含む様々なアクチュエータの制御を行うことができる。
【００３１】
図５は、触媒監視システム４４についての動作のプロセス６０の一実施形態を示す。プロセス６０が以下で詳細に説明されるが、プロセス６０は、図５に示されていない他のステップを含んでもよい。さらに、図示されたステップは、同時にまたは異なる順序で実行されてもよい。さらに、理解されるように、プロセス６０のステップの一部は、ガスエンジンシステム１０がオフラインの（すなわち、動作していない）間に実行することができる。
【００３２】
ブロック６２から始まるとき、触媒監視システム４４は、物理的触媒コンバータモデル６４のセットを生成する。触媒監視システム４４は、ガスエンジンシステム１０の動作状態および状況が個々の状態として取り扱われるモデルベース制御（ＭＢＣ：ｍｏｄｅｌ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ）技法を用いることができる。そのような実施形態では、触媒監視システム４４は、個々の各動作状態、個々の各動作状況、または個々の動作状態と動作状況の各組合せに基づいて触媒コンバータモデル６４を生成することができる。触媒コンバータモデル６４は、ガスエンジンシステム１０のオフラインシミュレーション中に生成され、次いでプロセス６０の他のステップ中にアクセスするための（例えば、ルックアップテーブルのような）メモリ４８に保存することができる。
【００３３】
ブロック６６において、触媒監視システム４４は、ガスエンジンシステム１０および触媒コンバータシステム３２の状態に関しての様々な入力を受信する。詳細には、触媒監視システム４４は、少なくとも酸素センサ３０Ａおよび３０Ｂからのデータを受信し、そのうち前者は触媒コンバータシステム３２の上流に配設され（触媒前Ｏ２センサ）、そのうち後者は触媒コンバータシステム３２の下流に配設されている（触媒後Ｏ２センサ）。いくつかの実施形態では、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３０内に配設された酸素センサ（例えば、触媒中Ｏ２センサ）からデータを受信することもできる。
【００３４】
次いで、ブロック６８において、触媒監視システム４４は、受信した入力に基づいて触媒コンバータモデル６４を選択する。これらの入力は、総空気流量、排ガス温度、酸化構造４０の酸素貯蔵能力、酸化構造４０のギブスエネルギー、吸入ガス組成などを含むことができる。受信した入力は、メモリ４８に記憶され得る触媒コンバータシステム３２の物理的特徴（例えば、酸素貯蔵能力、および酸化構造４０のギブスエネルギー）も、１つまたは複数のセンサ２６によって測定される実験データ（例えば、排ガス温度および吸入ガス組成）も含む。
【００３５】
次に、ブロック７０において、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性７１を推定する。詳細には、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２内の様々な位置における、触媒コンバータシステム３２全体についての、触媒コンバータシステム３２内のセルのサブセットについての、および触媒コンバータシステム３２内の各セルについての酸素貯蔵動特性を推定することができる。触媒監視システム４４は、選択した触媒コンバータモデル６４、ならびに触媒前酸素測定値および触媒後酸素測定値に基づいて推定値７１を決定する。触媒監視システム４４は、酸素貯蔵動特性の推定値７１を決定するときに、利用可能であれば、触媒中酸素測定値を考慮に入れることもできる。加えて、触媒監視システム４４は、排ガス中に存在する酸素の量である酸素取入れ量、および排ガス中の酸素の量が不十分であるときに放出および消費される触媒コンバータシステム３０内に貯蔵された酸素に基づいて推定値７１を決定することができる。
【００３６】
ブロック７２において、触媒監視システム４４は、全体（例えば、システム全体）の酸素貯蔵推定値７３を得ることもできる。一実施形態では、次いで、システム酸素貯蔵推定値７３は、酸素貯蔵推定値７１の１つまたは複数の数学的組合せ（例えば、平均、加重平均など）に基づいて計算することもできる。例えば、推定値７１の全部は加算され、次いでセルの総数で除算されてもよい。他の実施形態では、推定値７１の１つまたは複数が、他の推定値７１から（例えば、貯蔵値を加算または減算することによって）様々に重み付けされてもよく、次いで、重み付けされた合計は、セルの総数（例えば、推定値７１の個数）で除算されてもよい。別の例では、ニューラルネットワークは、推定値７１の値を入力として受信し、この入力を合成し、システム推定値７３を出力として生成するように訓練され得る。この訓練は、セルデータ、シミュレーションデータ、またはそれらの組合せごとに履歴データの酸素貯蔵を使用することを伴い得る。推定値７１を推定値７３に合成する他の技法は、遺伝的アルゴリズム、ファジー理論、データマイニング技法（例えば、クラスタ化）などを含み得る。
【００３７】
ブロック７４において、触媒監視システム４４は、選択した触媒コンバータモデル６４に基づいて、触媒コンバータシステム３２についての酸素貯蔵設定値７６も得る。有利には、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３２内の各セルについての酸素貯蔵設定値７６を得る。実際は、本明細書に記載された技法は、触媒コンバータシステム３２内の複数または全部のセルのモデリングを行ってセルごとの個々の設定値７６を得る。一実施形態では、個々の設定値７６は、シミュレーション（例えば、オフラインシミュレーション）によって得られ、次いで、この導出は、例えば、システム１０の動作中に使用するための１つまたは複数のルックアップテーブルに記憶することができる。他の実施形態では、個々の設定値７６は、動作中（例えば、リアルタイム導出）に得られ、エンジン制御ユニット１６または触媒監視システム４４によってリアルタイムで使用され得る。
【００３８】
次いで、触媒監視システム４４は、全体（例えば、システム全体）の酸素貯蔵設定値７８を得ることができる（ブロック７７）。システム酸素貯蔵設定値７８は、例えば数学的組合せ、ニューラルネットワーク、データマイニング技法などによって、システム酸素貯蔵推定値７３と同様のやり方で得ることができる。さらに、システム酸素貯蔵設定値７８は、化学反応速度論または特定の反応種変換に基づいてセルについての酸素貯蔵設定値７６の組合せとして計算することができる。例えば、システム酸素貯蔵設定値７８は、一酸化炭素を酸化させる効率を最大化するように計算することができる。いくつかの実施形態では、触媒監視システム４４は、触媒コンバータシステム３０内のセルのサブセットについての、および触媒コンバータシステム３０内の様々な位置についての酸素貯蔵設定値７６を得ることもできる。
【００３９】
ブロック７９において、触媒監視システム４４は、システム酸素貯蔵設定値７８および／または設定値７６を酸素貯蔵推定値７２と比較する。触媒監視システム４４は、セルごとの酸素貯蔵推定値７１をセルごとの酸素貯蔵設定値７６と比較することができ、システム酸素貯蔵推定値７３をシステム酸素貯蔵設定値７８と比較することができ、または両方を比較することができる。次いで、触媒監視システム４４は、比較の結果をエンジン制御ユニット１６に供給し、ブロック８０において、エンジン制御ユニット１６は、この比較を使用してＡＦＲ設定値８１を決定する。次いで、ブロック８２において、エンジン制御ユニット１６は、ＡＦＲ設定値を実現するように１つまたは複数のアクチュエータ２８（例えば、スロットル１４）を制御する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ブロック８４において、触媒監視システム４４は、受信した入力、選択した触媒コンバータモデル６４、および酸素貯蔵推定値７１、７３をメモリ４８に記憶することができる。次いで、ブロック８６において、触媒監視システム４４は、保存したデータを解析して触媒コンバータモデル６４の改善を決定する。これは、ニューラルネットワークおよびデータクラスタ化などの１つまたは複数の機械学習アルゴリズムを用いて行われ得る。解析したデータを用いて触媒コンバータモデル６４を改善することによって、触媒監視システム４４は、システムの経年変化および劣化などの、ガスエンジン１２および触媒コンバータシステム３２が経時的に変化することを説明することができる。理解されるように、触媒監視システム４４は、ガスエンジンシステム１０がオフラインである間に保存したデータの任意の解析を実行することができる。
【００４１】
触媒コンバータモデル６４の改善に加えて、ブロック８８において、解析したデータを使用して触媒コンバータシステム３２の診断テストを実行することもできる。解析したデータに基づいて、触媒監視システム４４は、（例えば、メンテナンスの必要性、優れた性能などにおける）健全状態９０を触媒コンバータシステム３２へ割り当てることができる。いくつかの実施形態では、健全状態９０は、酸素飽和の量、貯蔵されている酸素の量、または全ての変換からの特定の反応種変換の割合などの触媒コンバータシステム３２に関連したデータを含むことができる。次いで、触媒監視システム４４は、健全状態９０をエンジン制御ユニット１６に伝えることができ、これによって必要に応じてアクションをとることができる。
【００４２】
例えば、図６は、ガスエンジンシステム１０を制御するために使用できる制御プロセス１００の実施形態を示す。上述したように、制御プロセス１００は、酸素貯蔵設定値７６および／または７８を得ることまたは取り出すことから始まる。次に、ブロック１０２において、エンジン制御ユニット１６は、ＡＦＲラムダ設定値１０４を得る。ＡＦＲラムダ設定値１０４は、空燃等量比の設定値であり、これは、しばしばギリシャ文字のラムダを用いて示される。空燃等量比は、ＡＦＲの値とその特定のタイプの燃料についての当量ＡＦＲの比を測定する。したがって、上述したように、ＡＦＲラムダ設定値１０４を得ることは、ＡＦＲ設定値８０を得ることに一部依存し得る。したがって、ブロック１０２およびＡＦＲラムダ設定値１０４は、（図５に示された）ブロック８０およびＡＦＲ設定値８１の特定の例としてそれぞれ考えることができる。
【００４３】
ブロック１０６において、エンジン制御ユニット１０６は、ＡＦＲラムダ設定値１０４を実現するようにエンジン１２のＡＦＲを調整することができる。このアクションは、ブロック８２を参照して上述したように、アクチュエータ２８（例えば、スロットル１４）を制御することを含み得る。ＡＦＲを調整した後、次いで、ブロック１０８において、エンジン制御ユニット１０６は、センサ２６からのデータに基づいてエンジン１２の実際の空燃等量比を測定することができる。次いで、エンジン制御ユニット１０６は、実際の空燃等量比をＡＦＲラムダ設定値１０４と比較し、必要に応じてＡＦＲを調整し、それによってＡＦＲ内部フィードバックループ１１０を完成させる。
【００４４】
ブロック１１２において、触媒監視システム４４は、測定した空燃等量比を受信し、ブロック６２、６８、７０、および７２を参照して上述したように、この比と他の入力（例えば、触媒前酸素測定値および触媒後酸素測定値）に基づいて触媒コンバータシステム３２の酸素貯蔵動特性７１、７３を推定することができる。酸素貯蔵動特性を推定した後、ブロック１１４において、触媒監視システム４４は、上述したように酸素貯蔵設定値７６を得る。次いで、ブロック７９を参照して上述したように、新たに得られた酸素貯蔵設定値７６のうち少なくとも１つは、酸素貯蔵推定値と比較され得る。次いで、この比較を使用して新しいＡＦＲラムダ設定値１０４を得、それによって酸素貯蔵外側フィードバックループ１１６を完成させる。
【００４５】
本発明の技術的効果は、対応する触媒コンバータシステムの実際および所望の性能の一部に基づいてガスエンジンのＡＦＲを制御することを含む。いくつかの実施形態は、触媒コンバータシステムの実際の性能についてのより正確な決定を可能にすることができる。例えば、本触媒監視システムは、動作状態および状況を変化させることを説明するモデルの一部に基づいて触媒コンバータシステムの酸素貯蔵動特性を推定することができる。このモデルは、先の推定値を用いて経時的に更新することもできる。いくつかの実施形態は、触媒コンバータシステムの全部または一部についての実際および所望の性能を決定することも可能にすることができる。例えば、本触媒監視システムは、触媒コンバータシステム内の各セルについての、触媒コンバータシステム内の様々な位置での触媒コンバータシステム内のセルのサブセットについての、および触媒コンバータシステム全体についての酸素貯蔵推定値および酸素貯蔵設定値を決定することができる。いくつかの実施形態は、触媒コンバータシステムの性能を解析することと、解析に基づいて触媒コンバータシステムの健全を判定することとを含むこともできる。本明細書中の技術的効果および技術的課題は、例示的であり、限定するものではない。本明細書に記載された実施形態は、他の技術的効果を有してもよいとともに、他の技術的課題を解決することができることに留意されたい。
【００４６】
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、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の盛り込まれた方法の実施を含む本発明の実施を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、当業者に思い浮かぶ他の例を含み得る。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造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とごくわずかな差異があっても均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内になることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ガスエンジンシステム
１２  ガスエンジン
１４  スロットル
１６  エンジン制御ユニット
１８  プロセッサ
２０  メモリ
２２  通信リンク
２４  ハードウェアインターフェース
２６  センサ
２８  アクチュエータ
３０  触媒コンバータシステム
３０Ａ  酸素センサ
３０Ｂ  酸素センサ
３２  触媒コンバータシステム
３４  排気管路、排気シャフト
３６  出力管路
３８  還元触媒
４０  酸化触媒、酸化構造
４２  ディフューザ
４４  触媒監視システム
４６  プロセッサ
４８  メモリ
５０  通信リンク
５２  ハードウェアインターフェース
６０  動作のプロセス、プロセス
６４  物理的触媒コンバータモデルのセット、触媒コンバータモデル
７１  酸素貯蔵動特性、酸素貯蔵推定値、推定値
７２  酸素貯蔵推定値
７３  酸素貯蔵推定値、システム酸素貯蔵推定値、システム推定値、推定値
７６  酸素貯蔵設定値、設定値
７８  酸素貯蔵設定値、システム酸素貯蔵設定値
８１  ＡＦＲ設定値
９０  健全状態
１００  制御プロセス
１０４  ＡＦＲラムダ設定値
１０６  エンジン制御ユニット
【図１】
2016114056.tif 000003
【図２】
2016114056.tif 000004
【図３】
2016114056.tif 000005
【図４】
2016114056.tif 000006
【図５】
2016114056.tif 000007
【図６】
2016114056.tif 000008
【外国語明細書】
2016114056000001.pdf