JP2005521821A - 微粒子フィルタの逆洗手段を管理するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃エンジン（Ｍ）、特に自動車（Ｖ）へ装備される内燃エンジンの排気ガス（Ｇ）の、浄化されることになる微粒子フィルタを、加熱によって逆洗するための方法に関する。この方法は、前記エンジン（Ｍ）が予め定められた下側スレッショルド（Ｃｂａｓ）においてエンジン・トルクを引き渡しているときに、フィルタ（Ｆ）を加熱するための手段（１）のスタートアップをコントロールすることを含むことを特徴とする。

Description

本発明は、内燃エンジン、特に自動車に装備される内燃エンジンからの排気ガスの浄化に適した微粒子フィルタを、加熱により逆洗する方法に関する。

微粒子フィルタは、従来から、ディーゼル車両によって放出される粒子をフィルタリングするためのフィルタ本体を形成するハネカム多孔性構造を備えている。これらのフィルタ本体は、一般的にセラミクスから作られている（菫青石、炭化ケイ素等）。これらはワンピース構成あるいは多様なユニットから構成されることがある。後者の場合においては、セラミック・セメントを用いて接着することによってユニットが組み立てられる。結果として得られるアッセンブリは、続いて、通常は円または楕円である必要な断面に加工される。結果として得られたフィルタ本体は、一端が閉じられた通路と他端が閉じられた通路からなる複数の通路を含み、それらの断面には、異なる形状ならびに半径を持たせることができる。このフィルタ本体は、概して金属エンクロージャ内へ、たとえば特許文献１に記述されているエンクロージャ内へ挿入される。

使用においては、フィルタ本体の通路内、特に入口通路内に煤煙が蓄積し、それがフィルタ本体によって生じるヘッド・ロスを増加し、したがってエンジンのパフォーマンスを低下させる。この理由から、フィルタ本体は定期的に、たとえば５００キロメートルごとに再生処理が行われなければならない。

再生処理は「逆洗」としても知られ、煤煙の酸化を含む。これを達成するためには、フィルタの加熱が必要になる。煤煙のフラッシュ・ポイントは、標準動作条件下において６００℃台となるが、排気ガスの平均的な温度は、３００℃台にしかならない。しかしながら、燃料に添加剤を加えて、煤煙の酸化反応に触媒作用を与え、フラッシュ・ポイントを約１５０℃まで下げることが可能である。

排気ガスまたはフィルタ本体を加熱するか、煤煙を直接加熱する。各種の技術が開発されている。

最近のアプローチの１つは、フィルタ本体の上流側における局部加熱であり、燃焼を起こし、続いてそれをフィルタ本体の全体へ漸進的に伝播させる態様で行われる。このタイプの技術は、たとえば、特許文献２および特許文献３に記述されている。

加熱手段は、一般的に乗り物の電源へ接続される。

これらには、本件出願人によって２０００年１０月３１日に出願された特許文献４に記述されているような、セラミック・プラグ、たとえばディーゼル・エンジンのグロー・プラグ、単純な電気的エレメント、またはセラミック点火器を含めることができる。

エンジンの動作条件は、再生処理の開始、つまり加熱手段たとえばセラミック点火器の起動時から煤煙が実際に発火する瞬間までの間において著しく変動することがある。動作条件における変動は、効率を大きく低下する可能性がある。

ＦＲＡ２ ７８９ ３２７ ＦＲ Ａ ２ ７７１ ４４９ ＤＥＡ１９５３０７４９ 仏国特許出願第００１３９９８号 米国特許第５，０８５，８０４号 米国特許第５，０４５，２３７号 米国特許第５，１９１，５０８号 米国特許第４，４２９，００３号 米国特許第３，９７４，１０６号

本発明の目的は、フィルタの再生処理の効率の低下を抑えることができる逆洗方法を提供することである。

上記の目的は、内燃エンジン、特に自動車に装備される内燃エンジンからの排気ガスを浄化するための微粒子フィルタを加熱することによる逆洗の方法によって達成され、特に、フィルタ用の加熱手段の始動が、エンジンが予め定められた下側スレッショルドより低いトルクを伝えているときにコマンドされる点が注目される。

これらのエンジン動作条件の下においては、フィルタのフィルタ本体内に蓄積された煤煙の発火と煤煙の燃焼の伝播がエンジンの動作条件によって大きく影響されないことがわかった。したがって、加熱手段を本発明に従ってコントロールすることによって、エンジンの動作条件における変動と実質的に独立した、フィルタの効率的な再生処理手段が達成される。

このように、加熱手段の起動は、エンジンが下側スレッショルド未満のエンジン・トルクを伝えている場合にコマンドされるのが好ましい。

本発明のこのほかの特徴によれば：
前記加熱手段の起動は、前記エンジンのアイドリング時、もしくは前記エンジンに燃焼がないときにコマンドされる、
前記下側スレッショルドは、前記エンジンの最大エンジン・トルクの１０％に等しいかそれ未満とする、
前記加熱手段の起動が、少なくとも予め定められた時間にわたって前記エンジンが上側スレッショルドを超えるエンジン・トルクを伝達した後にコマンドされる、
前記上側スレッショルドは、前記エンジンの最大エンジン・トルクの３０％に等しいかそれを超える、
前記予め定められた時間は、１分より長いかそれに等しい、
前記加熱手段の起動は、前記フィルタおよび／または前記エンジンが、それぞれのスレッショルド温度を超える温度にあるときに限ってコマンドされる、
前記加熱手段の起動は、前記フィルタ内における最小質量の煤煙の検出の後にコマンドされる、
前記加熱手段の起動は、前記エンジンが前記下側スレッショルド未満のエンジン・トルクを伝達し始めてから少なくとも１分後にコマンドされる、
前記加熱手段の起動は、前記エンジンが前記下側スレッショルド未満のエンジン・トルクの伝達を開始した直後にコマンドされる、
前記加熱手段は、起動後、少なくとも５秒間にわたって動作が維持される、
前記エンジンによって伝達される前記エンジン・トルクは、アクセル・ペダルのポジションを測定することによって評価される、
前記加熱手段は、起動されている６秒内に、２０℃に等しいかそれより高い温度から、１０００℃に等しいかそれより高い温度まで上昇するホット・チップを含む、
前記加熱手段は、ＭｉｎｉＩｇｎｉｔｅｒ（登録商標、ミニ点火器）タイプの点火器を含む。

また本発明は、上記の逆洗方法を具体化するための装置も提供する。その装置は、フィルタを加熱するための加熱手段、前記加熱手段をコントロールするためのコントロール手段、前記コントロール手段を管理するためのコンピュータを含む。

この装置は、さらに、エンジンが予め定められた下側スレッショルドより低いエンジン・トルクが伝達されたことを検出するための検出手段を含み、前記コンピュータが前記検出に応答して前記加熱手段の起動をコマンドする点において特に注目される。

本発明の装置のこのほかの特徴によれば：
前記加熱手段は、直接接触によって、前記フィルタのフィルタ本体に堆積された粒子を加熱するようになっている、
前記加熱手段は、少なくとも１つのセラミック点火器を含む、
前記加熱手段のホット・チップが、前記フィルタ本体内に配置されるか、あるいは前記フィルタ本体の外側側面の表面上に、好ましくは前記表面からの突出を伴うことなく配置される、
この装置は、前記エンジンの回転を検出するための検出手段を含む。

本発明のこのほかの特徴ならびに利点については、以下の説明および添付図面から明らかになろうが、その図には、本発明の好ましい実施態様を構成する装置を図式的に表現した単一の図面が与えられている。

図１に示されている本発明の装置は、乗り物Ｖの内燃エンジンＭからの排気ガスＧを浄化するための微粒子フィルタＦを加熱することができる態様で配置されたセラミック点火器１を含む。

このセラミック点火器を、同様にガスＧの加熱もしくは煤煙の直接的な加熱を行う態様で配置することもできる。

セラミック点火器１は、小さいコンポーネントであり、その中に電流が流れると、局部的に非常に高い温度（１２００〜１４００℃）まで加熱される。これらの点火器は、通常、炭化ケイ素等の高抵抗セラミック材料から作られ、場合によっては別のセラミック・コンポーネントと混合される。

これらのセラミック点火器は、特許文献５、６に記述されているものが好ましい。

特許文献５に記述されている点火器は、主として、体積比５〜５０％のケイ化モリブデンおよび体積比５０〜９５％の炭化ケイ素と窒化ケイ素の混合物の焼結混合物からなるホット領域を備えている。

オープン・ポアの含有率は、４％に等しいかそれ未満であり、標準スレッショルドにおける曲げ抵抗は、少なくとも２０７ＭＰａ（３０，０００ｐｓｉ）である。

特許文献５に記述された点火器の室温における固有抵抗と１２００℃における固有抵抗の間の比は、１９．８未満であるが、０．２まで低くすることができる。この大きさの比は、非常に短い応答時間を示しており、応答時間は、この比と同じ方向に変化する。

特許文献５に記述された点火器のホット領域は、次のように定義することができる：
（１）少なくとも０．０５０８ｃｍ（０．０２０ｉｎ）の厚さもしくは幅、または少なくとも０．００２５８ｃｍ²（０．０００４ｉｎ²）の断面積。
（２）多くとも０．１２７ｃｍ（０．０５０ｉｎ）の厚さもしくは幅、または多くとも０．０１６１ｃｍ²（０．００２５ｉｎ²）の断面積。
（３）狭い断面について、ホット領域の長さが多くとも約２．５３ｃｍ（１ｉｎ）であり、長さ／面積の比が、多くとも約２５００対０．０２５８ｃｍ²（０．００４ｉｎ²）である。
（４）短い、太い形状については、ホット領域の長さが少なくとも０．５０８ｃｍ（０．２ｉｎ）である。

特許文献６に記述されている点火器は、主として、体積比５〜５０％のケイ化モリブデンおよび体積比５０〜９５％の炭化ケイ素と窒化アルミニウムの混合物の焼結混合物からなるホット領域を有している。これらの点火器のこのほかの特徴ならびにパフォーマンスは、特許文献５に記述されている点火器のそれに類似である。

セラミック点火器の構造ならびに製造に関する詳細な情報は、特許文献７、特許文献５、特許文献６、特許文献８、特許文献９にあるＮＯＲＴＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ（ノートン・カンパニー）の特許に見つけることができる。

セラミック点火器１は、好ましくは、フィルタのフィルタ本体に堆積された粒子を加熱するべく配置される。

セラミック点火器が、完全に、または部分的にフィルタ本体内へ押し込まれ、セラミック点火器１のホット・チップが、フィルタＦのフィルタ本体の内側にあるのが望ましい。

これは、フィルタＦのフィルタ本体内に蓄積される煤煙への効率的な熱エネルギの伝達を可能にするという利点を有する。

本発明の１つの変形においては、セラミック点火器がフィルタ本体の円筒状外側側面２上にあり、好ましくは相補形状の、表面２を形成しているハウジング内へ押し込まれる。このハウジングの形状は、好ましくは、表面２から点火器が突出しないように決定される。

セラミック点火器の配置に関するより詳細な情報については、特許文献４を参照されたい。

しかしながら本発明が、加熱手段と煤煙の粒子の直接接触を介した加熱に限定されることはない。排気ガスまたはフィルタ本体を加熱してもよい。

セラミック点火器１は、それらに点火電流を選択的に給電するようにされたコントロール手段５へ電気ワイヤ３によって接続されている。

本発明に従えば、さらにこの装置はコンピュータ７と評価手段９を含む。コンピュータ７はコントロール手段５を管理するためのもので、評価手段９はエンジンＭによって伝達されるエンジン・トルクを、たとえばアクセル・ペダル１０のポジションを測定することによって評価するためのものである。

エンジン・トルクを評価するための評価手段９は、ライン１１によってマネジメント・コンピュータ７へ接続されている。

本発明の装置は、好ましくはさらに、フィルタＦの詰まりを測定するための測定手段１３とエンジンＭの回転を検出するための検出手段１５を含み、それぞれライン１７、１９を介してデータがコンピュータ７へ伝達される。

本発明の装置は、次に示す方法に従って動作する。

フィルタＦの詰まりを測定するための測定手段１３は、再生処理オペレーションの起動を必要とする程度の詰まりを検出すると、それをコンピュータ７へ通知する。

コンピュータ７は、セラミック点火器１を起動する前に次に示す条件（ａ）および（ｂ）が満たされていることを検証する：
（ａ）エンジンＭが回転し、フィルタＦ内の空気を新しくすることが可能になっていること。空気が新しくならない場合には、煤煙の燃焼が迅速に停止する。コンピュータ７へ、検出手段１５によってエンジンＭの回転もしくは停止状態が通知される。
（ｂ）フィルタが暖まっていること、つまりその温度が最低温度を超えていること。コンピュータ７は、好ましくはエンジンＭが予め定められた時間にわたって、たとえば数キロメートルを乗り物Ｖが走行する間に、予め定められた上側スレッショルドＣｔｏｐを超えるエンジン・トルクを伝達したとき、後者の条件が満たされたと見なす。上側スレッショルドＣｔｏｐは、このエンジンＭが提供することのできる最大エンジン・トルクＣｍａｘの３０％に等しいか、それより大きい値に設定されるのが好ましい。予め定められた時間は、好ましくは少なくとも１分とする。

本発明によれば、これら２つの条件（ａ）と（ｂ）が満たされると、コンピュータ７が第３の条件（ｃ）すなわち、エンジンＭが予め定められた下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍより低いエンジン・トルクを伝えているという条件が満たされるまで待機する。

下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍは、好ましくは最大エンジン・トルクＣｍａｘの１０％に等しいかそれ未満とする。

エンジンＭは、特に次の２つの主要な状況、すなわち燃焼がないときとアイドリング時において下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍより低いエンジン・トルクを伝達している。

ここで用いている（エンジン内の）『燃焼がないとき』とは、エンジンのいずれのシリンダ内においても燃焼を生じていないエンジンの動作段階をいう。

内燃エンジンによって推進される乗り物においては、特に、乗り物の運転者がアクセル・ペダル１０の押し下げを止めることによって燃料が遮断されたときにこの段階を生じる。『熱電気』ハイブリッドの乗り物においては、電気モータによって乗り物を推進するためのすべての動力が供給されているときにもこれらの段階を生じることがある。フィルタＦの再生処理については、それにもかかわらず条件（ａ）を満たすために、熱エンジンＭが回転を維持している必要がある。

評価手段９は、コンピュータ７へ、モータＭによって伝えられるモータ・トルクの評価をアクセル・ペダル１０のポジションの関数として提供する。これによりコンピュータ７は、エンジンＭが下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍ未満のトルク、または上側スレッショルドＣｔｏｐを超えるトルクを伝達するときを検出することができる。

エンジンＭが下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍより低いエンジン・トルクを伝達していなければならないという条件（ｃ）は、エンジンＭから到来してフィルタＦへ入る排気ガスＧが高い酸素含有量を保持しており、フィルタＦ内に存在する煤煙の発火およびフィルタ本体内のすべての煤煙への燃焼の伝播を促進するために、セラミック点火器をオンにする前に求められる。

条件（ｃ）が満たされた後、可能な限りすぐに、好ましくは１分の最大遅延以内に、コンピュータ７は、コントロール手段５に、セラミック点火器１を通るイグニション電流を流させる。

本発明の１つの変形においては、コンピュータ７は、条件（ｃ）が満たされるとすぐに、事前にフィルタの詰まりの程度、もしくはその温度、またはエンジンの回転をチェックすることを必要とせずに、セラミック点火器１をオンにするべくコマンドする。これは、煤煙の発火の確率を下げるが、装置のアーキテクチャが簡単になる。

セラミック点火器１は、非常に短い応答時間を有している。標準のスパーク・プラグは、１０００℃まで到達するために１０〜４０秒を要するが、セラミック点火器１は、わずかに３〜６秒で同じ温度まで到達する。加熱が充分に迅速でない場合には、煤煙が発火に向かうよりは、発火を伴うことなく消費される傾向となり、燃焼を妨げることから、このことが非常に重要になる。

セラミック点火器１は、好ましくは１５０℃／秒を超える温度上昇レートを、より好ましくは２００℃／秒より大きい、さらに好ましくは３００℃／秒より大きい温度上昇レートを有する。

本発明に好ましいセラミック点火器は、ＳＡＩＮＴＧＯＢＡＩＮ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＣＥＲＡＭＩＣＳ（セントゴーバイン・アドバンスド・セラミクス）のＭｉｎｉＩｇｎｉｔｅｒ（登録商標、ミニ点火器）であり、その特性を以下の表１に要約する。

一般に自動車で利用可能な電圧を前提とすると、１２ボルトにおいて動作する３００モデルおよび２４ボルトにおいて動作する４０１ならびに４０５モデルが好ましい。

エンジンが、下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍ未満のエンジン・トルクを伝達するエンジンの動作段階は、概して数秒にわたり、たとえば乗り物Ｖが減速して停止するまでに要する時間となる。これらの数秒の間が加熱手段をオンにし、煤煙を発火させる上で充分となるためには、これらの手段が非常に短い応答時間を有することが有利である。

したがってセラミック点火器１は、特にフィルタ本体内へのホット・チップの配置を提供することから、本発明の管理方法に対して特に適合されている。

コンピュータ７は、セラミック点火器１を通るイグニション電流を予め定められた時間にわたって維持し、好ましくはそれを少なくとも５秒とする。

イグニション電流は、好ましくはこの予め定められた時間全体にわたって、その間にエンジンＭによって供給されるエンジン・トルクが再び下側スレッショルドＣｂｏｔｔｏｍを超えることがあっても維持される。

本発明の方法は、任意の加熱手段へ好適に適用可能であるが、特にその応答時間によって燃焼のない段階の間に、つまり熱形乗り物の場合には約１０秒の最大時喚起館内に煤煙の発火を可能にする加熱手段に適している。

煤煙の燃焼は、すべての煤煙が消費されるか、燃焼に関する条件が満たされなくなるまで継続する。この後者の場合には、煤煙が自発的に消火される。

当然ではあるが、本発明は、例示ならびに非限定的な例により説明し、示した実施形態に限定されない。

特に、それが特定タイプのフィルタに限定されることはない。たとえば、フィルタＦが触媒補助であるか否かにかかわらずそれを適用することは可能である。

また、１ないしは複数の添加剤が加えられた、特に煤煙の酸化反応に触媒作用を与えるか、かつ／またはフラッシュ・ポイントを下げることが意図された添加剤が加えられた燃料の燃焼の結果としてもたらされる排気ガスが通過するフィルタも包含される。

最後に、本発明の具体化には、標準的な付勢により２０℃の室温から１０００℃もしくはそれを超える温度まで、６秒内に温度上昇することのできるホット・チップを有する任意の加熱手段が適している。

本発明の好ましい実施形態を構成する装置を図式的に表現したブロック図である。

Claims (19)

1. 内燃エンジン（Ｍ）、特に自動車（Ｖ）へ装備される内燃エンジンの排気ガス（Ｇ）を浄化する微粒子フィルタ（Ｆ）を加熱によって逆洗する方法であって：
   前記エンジン（Ｍ）が予め定められた下側スレッショルド（Ｃｂｏｔｔｏｍ）未満のエンジン・トルクを伝えているときに、前記フィルタ（Ｆ）の加熱手段（１）の開始がコマンドされ、かつ前記加熱手段が、３〜６秒内に１０００℃の温度まで到達するようになっていることを特徴とする方法。
2. 前記加熱手段（１）の起動が、前記エンジン（Ｍ）のアイドリング時にコマンドされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記加熱手段（１）の起動が、前記エンジン（Ｍ）内に燃焼がないときにコマンドされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記下側スレッショルド（Ｃｂｏｔｔｏｍ）が、前記エンジン（Ｍ）の最大エンジン・トルク（Ｃｍａｘ）の１０％に等しいかそれ未満とすることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の方法。
5. 前記加熱手段（１）の起動が、少なくとも予め定められた時間にわたって前記エンジン（Ｍ）が上側スレッショルド（Ｃｔｏｐ）を超えるエンジン・トルクを伝達した後にコマンドされることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
6. 前記上側スレッショルド（Ｃｔｏｐ）が、前記エンジン（Ｍ）の最大エンジン・トルク（Ｃｍａｘ）の３０％に等しいかそれを超えることを特徴とする請求項第５項に記載の方法。
7. 前記予め定められた時間が、１分より長いかそれに等しいことを特徴とする請求項第５項に記載の方法。
8. 前記加熱手段（１）の起動が、前記フィルタ（Ｆ）および／または前記エンジン（Ｍ）が、それぞれのスレッショルド温度を超える温度にあるときに限ってコマンドされることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
9. 前記加熱手段（１）の起動が、前記フィルタ（Ｆ）内における最小質量の煤煙の検出の後にコマンドされることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
10. 前記加熱手段（１）の起動が、前記エンジン（Ｍ）が前記下側スレッショルド（Ｃｂｏｔｔｏｍ）未満のエンジン・トルクを伝達し始めてから少なくとも１分後にコマンドされることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
11. 前記加熱手段（１）の起動が、前記エンジン（Ｍ）が前記下側スレッショルド（Ｃｂｏｔｔｏｍ）未満のエンジン・トルクの伝達を開始した直後にコマンドされることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
12. 前記加熱手段（１）が、起動後、少なくとも５秒間にわたって動作が維持されることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
13. 前記エンジン（Ｍ）によって伝達される前記エンジン・トルクが、アクセル・ペダル（１０）のポジションを測定することによって評価されることを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
14. 前記加熱手段（１）が、起動されている６秒内に、２０℃に等しいかそれより高い温度から、１０００℃に等しいかそれより高い温度まで上昇するホット・チップを含むことを特徴とする、先行する何れかの請求項に記載の方法。
15. 前記加熱手段（１）が、ＭｉｎｉＩｇｎｉｔｅｒ（登録商標）タイプの点火器を含む請求項第１４項に記載の方法。
16. 先行する何れかの請求項に適合する逆洗方法を実施する、前記フィルタ（Ｆ）を加熱するための加熱手段（１）、前記加熱手段をコントロールするためのコントロール手段（５）、および前記コントロール手段（５）を管理するためのコンピュータ（７）を含むデバイスであって：
    前記エンジン（Ｍ）による予め定められた下側スレッショルド（Ｃｂｏｔｔｏｍ）未満のエンジン・トルクの伝達を検出する検出手段（９，１０）を含み、前記コンピュータ（７）が前記検出に応答して前記加熱手段（１）の起動をコマンドし、かつ前記加熱手段（１）が、３〜６秒内に１０００℃の温度まで到達することのできる少なくとも１つのセラミック点火器を含むことを特徴とするデバイス。
17. 前記加熱手段（１）が、直接接触によって、前記フィルタ（Ｆ）のフィルタ本体に堆積された粒子を加熱することを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記加熱手段（１）のホット・チップが、前記フィルタ本体内に配置されるか、あるいは前記フィルタ本体の外側側面（２）上に、好ましくは前記表面（２）からの突出を伴わずに配置されることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のデバイス。
19. 前記エンジン（Ｍ）の回転を検出するための検出手段（１５）を含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載のデバイス。

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