JP2022524685A - 車両の少なくとも一つのｓｃｒ触媒コンバータを制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

車両のＳＣＲ触媒コンバータを制御するための方法であって、少なくとも一つのＳＣＲ触媒コンバータを複数のＮＨ３貯蔵セル（セル１、セル２、．．．セルｎ，セル１、セル２．．セルｎ，セル１、セル２、．．．、セルｎ）としてモデル化する第１ステップと、基準値に基づくフィードバック制御により複数の貯蔵セルの第１（セル１）のみを制御する第２ステップと、複数の貯蔵セルの少なくとも別の貯蔵セルの貯蔵レベルに基づいて基準値を適応化する第３ステップとを包含し、排気ガス循環によるＳＣＲ触媒コンバータの入口に第１貯蔵セルが配置される。

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１８年１２月２１日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１８００００２０８５１号の優先権を主張し、同出願の開示全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、特に車両内燃機関の分野において車両の少なくとも一つのＳＣＲ触媒コンバータを制御するための方法および装置に関する。

現在および今後の排ガス法を遵守しなければならない多くの内燃機関は、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出を削減するために選択触媒還元（ＳＣＲ）システムを使用する。

現在稼働のシステムでは、ＳＣＲ触媒の上流で排気ガスに尿素溶液が注入される。尿素はアンモニア（ＮＨ３）に変換され、そしてＳＣＲ触媒でＮＯｘが無害な窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに還元される。触媒表面へのアンモニアの吸着の後で、関連の化学反応が起こる。

概して、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ変換効率は、貯蔵（つまり吸着）アンモニアの量、温度、空間速度つまり時間単位当たりの触媒でのガス処理量、ＮＯｘのＮＯ２／ＮＯ比、そして他の条件に依存する。温度と空間速度とは通常、エンジン動作に依存し、ＳＣＲ制御装置による直接の影響を受けない。貯蔵アンモニアの量は通常、推定によるアンモニアレベルを制御する専用の制御装置により調節される。ＮＯ２／ＮＯ比は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の性能と、ＳＣＲ触媒の上流に配置されるディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）とに依存する。

現在のＳＣＲ制御システムは、ＳＣＲ触媒が一つのＮＨ３貯蔵タンクとしてモデル化されるモデルを使用する。注入された尿素から、そしてＳＣＲ反応により消費されたＮＨ３の量から、貯蔵ＮＨ３の量が計算される。その際には所望のＮＯｘ変換効率が達成されるように、貯蔵アンモニアの量が調節される。それから、モデルによる推定と測定でのＮＯｘ変換効率が収束するように、ＮＯｘ測定装置を使用する外部制御ループが注入尿素の分量を調節するのに使用される。

特許文献１は、ＳＣＲ触媒での還元剤の空間依存表面被覆率を計算して、一以上の空間位置での還元剤の空間依存表面被覆率が還元剤の最大表面被覆率を超えた時に還元剤の注入を実質的に停止させるように構成されるフィードバック制御装置を含む排出制御システムを開示している。

表面被覆率観察装置はＳＣＲ触媒のモデルを含み、フィードフォワード制御装置のメモリとして作用する。表面被覆率観察装置は、各セルが表す触媒コンバータのエリアでの表面被覆率を計算するのに使用される直列配置の二つのセルを含む。第１セルの最大表面被覆率値は参照表を使用して判断され、第１セルについて計算された表面被覆率と比較される。計算による表面被覆率値が最大表面被覆率より大きい場合に、表面被覆率観察装置は、注入されるアンモニアの量を所与の値だけ減少させる。

先行技術の制御システムは、とりわけＮＨ３スリップを回避するために貯蔵レベルを制御することを目標とする。

ＮＨ３スリップ、つまり排気ガスへのＮＨ３の過度の散布を制限するために、並列計算が実行されうる。

技術水準についての図１は、実在ＳＣＲ触媒２と、尿素投与モジュール３と、ＮＯｘセンサ４と、ＮＨ３センサ５と、上流および下流の温度センサ６，７とを包含する物理的な排気管路１の一例を開示している。

入力９での排気質量流量、触媒上流でのＮＯｘ（ＮＯとＮＯ２）濃度、注入尿素の量、そして上流および下流の排気温度など、物理的に関連する入口および出口での分量がＮＨ３貯蔵モデル８に提供される。

ＮＯｘおよびＮＨ３のそれぞれの推定によるセンサ出力１０は、センサ４および５の測定出力と比較される。そして、計算されたセンサ出力が測定による出力に収束するように、各セルでの貯蔵アンモニアの量である推定モデルの状態変数を修正するのに、所与の利得を持つ観察装置ループ１１で誤差が使用される。

法規制では、ＮＯｘ低減装置、すなわち効率および迅速性に関して一層安定したＳＣＲシステムが必要とされる。ゆえに、大型のＳＣＲ装置が必要とされるか、二つのＳＣＲ触媒によるカスケードが具備されることが多く、図１に開示されているシステムは充分でない。

冷間始動時に、尿素ベース還元剤は、高温の排気ガスで―熱分解―、そして触媒入口表面で―加水分解―、ＮＨ３に分解される。そして形成されたＮＨ３は触媒の入口から出口へ気相で伝搬し、自由貯蔵状態の発生時には常に触媒表面に吸着される。触媒表面にＮＨ３が吸着されると、ＳＣＲ反応が行われてＮＯｘの排出を削減する。ＮＨ３伝搬およびＮＯｘ削減は、触媒表面でのＮＨ３の非常に不均質な軸方向分散をもたらす。

ゆえに、冷間始動時に、システム全体の急速かつ高精度なＮＨ３の飽和はかなり困難であり、ＮＯｘ変換効率の損失が生じる。

米国特許出願公開第２００９／００４９８２７号明細書

それゆえ、上記の問題／欠点を克服する、車両のＳＣＲ触媒コンバータを制御するための方法および装置を提供することが、本発明の主な目的である。

本発明のさらなる態様によれば、ＳＣＲ触媒は複数のカスケード接続セルに分割されると考えられ、第１セルの貯蔵レベルが設定点に関して制御されるのに対して、後続セルの一つ、好ましくは排気ガス循環による最終セルの貯蔵レベルは、上述した第１セルの設定点を適応化するのに使用される。

後続セルの少なくとも一つに基づいて第１セルを制御するように実行される設定点の適応化により、ＳＣＲ触媒の規模または二以上のカスケード接続ＳＣＲ触媒の具備に関係なく、冷間始動時にＳＣＲの最適飽和の達成が可能となり、実際に、この後者のケースでは、最終ＳＣＲ触媒のセル、好ましくは最終セルの貯蔵レベルに基づいて、実行される設定点が適応化されながら第１触媒の第１セルが制御される。

ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）の計算およびメモリリソースは制限されるので、本方法の有利な実行例では、ＳＣＲ触媒を幾つかの貯蔵セルを包含するものとして考えるステップが提供されるが、二つまたはわずかな貯蔵セルのみが、幾つかの貯蔵セルすべてにわたるＮＨ３貯蔵分散を管理すると考えられる。

それゆえ、精度が著しく向上するので多数セルアプローチが有利であるが、しかしながら計算コストはやはり制限される。

本明細書の一体的部分を成す添付の請求項に記載される方法および装置によって、以上およびさらなる目的が達成される。

単に例示的で非限定的な例として挙げられて添付図面の図を参照して解釈される以下の詳細な説明から、本発明が充分に明白になるだろう。
周知のＳＣＲ制御方式を示す。 本発明の第一実施形態によるＳＣＲモデルベース制御方式を示す。 本発明の第二実施形態によるＳＣＲモデルベース制御方式を示す。

図において同じ参照番号および文字は、同じであるか機能的に同等の部品を指す。

本発明によれば、「第２要素」の語は「第１要素」の存在を含意せず、第１、第２等は明細書の明瞭性を改良するためにのみ使用され、限定的に解釈されるべきではない。

本発明による方法および装置は、ＳＣＲ触媒コンバータにおいてＮＨ３の適切な貯蔵を制御することを目標とする。

以下で明瞭化されるように、ＳＣＲ触媒コンバータは、例えば各々が独自の筐体を含む二以上のＳＣＲ装置を含む。ゆえに、状況に応じて、市販の二以上のＳＣＲ装置が組み合わされてＳＣＲ触媒コンバータを構成するので、本発明による方法および装置は特に効果的である。ゆえに、ある種のＳＣＲ装置全体はＮＨ３の貯蔵とＮＯｘの変換とに適している。

先行技術に開示されている解決法のように、本発明も、ＳＣＲ触媒コンバータ貯蔵のセルモデル化に基づく。

このようなモデルが実在または仮想（モデル化）センサからの幾つかの入力を使用することは、明白である。

貯蔵容量は、エンジン作用点に依存するＳＣＲの温度と空間速度とに確実に相関する。

ＮＨ３貯蔵の制御は、ＳＣＲ触媒コンバータの上流に配置される尿素ベース薬剤投与モジュールを制御することを実質的に目標とする。

図２および３を参照すると、物理的ＳＣＲ触媒コンバータは、複数のＮＨ３貯蔵セルを含むＮＨ３貯蔵モデルを通してモデル化される。

「複数の」により、三以上のセルが想定される。

排気ガス循環による第１ＮＨ３貯蔵セルから最終ＮＨ３貯蔵セルまでＮＨ３貯蔵レベルが低下することは、図２および３から明白である。

ゆえに、慣例通り、セル１により、ＳＣＲモデルの入口の近くに配置されたＮＨ３貯蔵セルを、セルｎにより、ＳＣＲモデルの出口の近くに配置された最終ＮＨ３貯蔵セルを意味するものとする。

第１ループ制御はＮＨ３貯蔵レベルｃＨＮ３，Ｃｅｌｌ１に基づき、これは基準値ｃＮＨ３，ＳＰＣｏｒｒと比較され、制御信号ｒＮＨ３を発生させることにより制御装置Ｃｔｒｌ２を通して対応の誤差がフィルタリングされる。制御信号ｒＮＨ３の増加は、投与モジュール内へ注入される尿素ベース薬剤の量の増加につながり、逆もまた同様である。

本発明によれば、上記のループは内側ループである。実際に外側ループは後続のＮＨ３貯蔵セルであるセル２．．．セルｎでのＮＨ３貯蔵レベルを活用して基準値ｃＮＨ３，ＳＰＣｏｒｒを調節する。

実際に、上述した基準値は、固定の設定点ではなく、上記の後続ＮＨ３貯蔵セルの一つのＮＨ３貯蔵レベルｃＮＨ３，Ｃｅｌｌｘに応じた可変の設定点である。

ＮＨ３貯蔵レベルｃＮＨ３，Ｃｅｌｌｘが固定の基準値ｃＮＨ３，ＳＰと比較され、この比較により生じる誤差が制御装置Ｃｔｒｌ１を通してフィルタリングされる。

凡例：
ｃＮＨ３，ＳＰ＝ＮＨ３レベル固定設定点
ｃＮＨ３，ＳＰＣｏｒｒ＝ＳＣＲ１の第１セルについてのＮＨ３レベル可変設定点：一種の補正設定点
ｒＮＨ３＝尿素ベース薬剤投与モジュールのための制御信号に対応する要求ＮＨ３ガス濃度
ｃＮＨ３，Ｃｅｌｌ１＝ＳＣＲ全体の第１セルのＮＨ３レベル
ｃＮＨ３，Ｃｅｌｌｘ＝ＳＣＲ全体の第ｘセルのＮＨ３レベル
ｄｍＥｘｈ＝排気質量流量
ｔＥｘｈ＝排気温度
ｒＮＯｘ＝上流ＮＯｘ排出
ｒＮＯｘ，Ｏｕｔ＝下流ＮＯｘ排出
最後の四つの入力ｄｍＥｘｈ、ｔＥｘｈ、ｒＮＯｘ、ｒＮＯｘ，Ｏｕｔは実在または仮想センサから取得され、ＮＨ３貯蔵モデルＳＣＲから必要とされる。

例えば、排気温度は通常、安価な物理的温度センサにより測定され、上流のＮＯｘ排出は物理的ＮＯｘセンサにより測定される。

ＮＨ３スリップに対する感受性による、ＳＣＲの下流に配置されたＮＯｘセンサでの周知の曖昧性のため、下流のＮＯｘ排出はＮＯｘセンサモデルにより推定されうる。

図３は、直列配置された二つのＳＣＲ装置ＳＣＲ１，ＳＣＲ２の実行例という点でのみ図２と異なっている。

このケースで、両方のＳＣＲ装置がモデル化され、複数のＮＨ３貯蔵セルは、二つの装置ＳＣＲ１およびＳＣＲ２により形成されるＳＣＲ触媒コンバータにおいて、好ましくは貯蔵容量に関して適正に分散されていると考えられる。

三以上のＳＣＲ装置によるカスケードにも、同じ概念が適用されうる。

このケースでは、排気循環による第１のＳＣＲ１の第１ＮＨ３貯蔵セルであるセル１と、最終ＳＣＲ装置のＮＨ３貯蔵セル。

最終ＮＨ３貯蔵セルのＮＨ３貯蔵レベルに基づく内側ループの設定点の調節により、冷間開始時、すなわちＮＨ３貯蔵が非常に不均質である条件でＮＨ３の安定した飽和を得ることが可能である。

制御ユニット、好ましくはディーゼルエンジンを制御するように配置されるのと同じ制御ユニットＥＣＵによって、尿素ベース投与モジュールの管理が本発明により実現されうることは明白である。

図２および３でのモデルベースの両方式によれば、ＮＨ３貯蔵セルのグループのＮＨ３貯蔵レベルをフィードバックするのに適したスイッチが開示される。このようなＮＨ３貯蔵セルのグループは実質的に、ＳＣＲ触媒コンバータの最終の２，３個のセルを含む。これは、二以上のＳＣＲ装置が具備される時に最終セルが最終ＳＣＲ装置に属することを意味する。本明細書によれば、ＳＣＲ装置とＮＨ３貯蔵セルに言及する際の第１、第２等の語は、エンジン排気管路における対応の配置を表し、ゆえに第１は、第１のＳＣＲ装置または排気ガスを受け取るセルである。

これは、第１のＮＨ３貯蔵セルがＳＣＲ触媒コンバータの入口に配置されるのに対して、最終セルが実質的にはＳＣＲ触媒コンバータの出口に配置されることを含意している。

本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータで作動する時にこのような方法の一以上のステップを実施するためのプログラムコード手段を包含するコンピュータプログラムにおいて有利に実行されうる。この理由から、本特許は、このようなコンピュータプログラムと、記録されたメッセージを包含するコンピュータ可読媒体も含み、このようなコンピュータ可読媒体は、このようなプログラムがコンピュータで作動する時にこのような方法の一以上のステップを実施するためのプログラムコード手段を包含する。

好適な実施形態を開示する明細書および添付図を検討した後に対象発明の多くの変更、修正、変形、そして他の使用および用途が当業者に明白となるだろう。発明の趣旨および範囲を逸脱しないこのような変更、修正、変形、そして他の使用および用途は、本発明に含まれると見なされる。

当業者は上記明細書の教示を手掛かりとして本発明を実施することが可能であるので、さらなる実行の詳細は記載されない。

１ 排気管路
２ 実在ＳＣＲ触媒
３ 尿素投与モジュール
４ Ｎｏｘセンサ
５ ＮＨ３センサ
６ 上流温度センサ
７ 下流温度センサ
８ ＮＨ３貯蔵モデル
９ 入力
１０ 出力
１１ 観察装置ループ

Claims (10)

1. 車両のＳＣＲ触媒コンバータを制御するための方法であって、前記少なくとも一つのＳＣＲ触媒コンバータを複数のＮＨ３貯蔵セル（セル１、セル２、．．．、セルｎ，セル１、セル２．．セルｎ，セル１、セル２、．．．、セルｎ）としてモデル化する第１ステップと、基準値に基づくフィードバック制御により前記複数の貯蔵セルの第１（セル１）のみを制御する第２ステップと、前記複数の貯蔵セルの少なくとも別の貯蔵セルの貯蔵レベルに基づいて前記基準値を適応化する第３ステップとを包含し、前記第１貯蔵セルが排気ガス循環による前記ＳＣＲ触媒コンバータの入口に配置される、方法。
2. 前記ＳＣＲ触媒コンバータが、カスケード接続された二以上のＳＣＲ装置を含み、前記排気ガス循環による第１ＳＣＲ装置（ＳＣＲ１）と最終ＳＣＲ装置（ＳＣＲ２）とを特定し、前記二以上のＳＣＲ装置において分散される前記複数の貯蔵セルを含むものとして前記二以上のＳＣＲ装置がモデル化され、前記第１貯蔵セル（セル１）が前記第１ＳＣＲ装置の入口に配置され、前記別の貯蔵セルが前記最終ＳＣＲ装置（ＳＣＲ２）に属する、請求項１に記載の方法。
3. 前記別の貯蔵セルが前記複数の貯蔵セルの最終貯蔵セル（セルｎ）である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記別のＮＨ３貯蔵セルでの前記ＮＨ３貯蔵量の増加に比例して前記基準値が上げられる、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記別のＮＨ３貯蔵セルが前記ＳＣＲ触媒コンバータの最終ＮＨ３貯蔵セルである、請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
6. 前記別のＮＨ３貯蔵セルが、前記ＳＣＲ触媒コンバータの最後の２～３個のＮＨ３貯蔵セルの中から反復的に選択される、請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
7. 請求項１から６のいずれかの方法を実行するように構成される制御ユニットを包含する、車両のＳＣＲ触媒コンバータを制御するための装置。
8. コンピュータプログラムがコンピュータで作動する時に、請求項１から７のいずれか一つの全ステップを実施するように適応化されたコンピュータプログラムコード手段を包含するコンピュータプログラム。
9. プログラムが記録されたコンピュータ可読媒体であって、前記プログラムがコンピュータで作動する時に請求項１から７のいずれか一つの全ステップを実施するように適応化されたコンピュータプログラムコード手段を包含するコンピュータ可読媒体。
10. ディーゼル内燃機関により発生される排気ガスに含有される汚染物を処理するように配置される後処理システムを含むディーゼル内燃機関であって、前記後処理システムが、ＳＣＲ触媒コンバータと、ディーゼル機関を制御するとともに請求項１から６のいずれか一つの全ステップに従って前記ＳＣＲ触媒コンバータでのＮＨ３貯蔵量を制御するように構成されるエンジン制御ユニットとを含む、ディーゼル内燃機関。

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