JP2006503226A - 粒子フィルタの堆積を検知する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は粒子フィルタ、特に内燃機関の排ガスを濾過するための粒子フィルタ（１０）の堆積を検知する方法に関し、粒子フィルタ（１０）の流動抵抗を特徴づける値を、粒子フィルタ（１０）における温度と粒子フィルタ（１０）における圧力とから出発して決定し、流動抵抗から粒子フィルタ（１０）の堆積を推量することを特徴としている。

Description

本発明は粒子フィルタ、特に内燃機関の排ガスを濾過するための粒子フィルタの堆積を検知する方法に関する。

従来技術
ＤＥ１００１４２２４Ａ１号明細書には排ガス処理システムを有する内燃機関を制御する方法及び装置であって排ガス処理システムの状態を特徴づける値が内燃機関の少なくとも１つの運転特性値により決定される形式のものが開示されている。

ＤＥ１０１００４１８Ａ１号明細書からは排ガス後処理系を制御するための方法と装置であって、内燃機関が第１の運転状態にある場合に、少なくとも１つの、排ガス後処理システムの前の圧力と排ガス後処理システムの後の圧力との間の圧力差から出発して排ガス後処理システムの状態を前もって与えることができ、第２の運転状態にある場合には内燃機関の少なくとも１つの運転特性値から出発して、排ガス後処理システムを特徴づける状態値がシミュレートされる形式のものが公知である。この場合には運転特性値としては排ガス容積流、回転数、噴射燃料量、供給された新鮮空気量又は走行要求に関連した値が使用される。この排ガス後処理システムの場合には粒子フィルタの堆積状態は前記差圧により求められる。これによって堆積状態のきわめて正確な検知が可能である。これに対し第２の運転状態では堆積状態のシミュレートが行われる。この第２の運転状態は、例えば所定の運転状態では測定値が不正確であるので正確な検出を可能にしないことによって特徴づけられる。これは特に排ガス容積流が小さな値しかとらない場合である。粒子フィルタを介する圧力差を検出することによって粒子フィルタに集積した煤量の逆推論は可能ではある。しかし測定しようとするフィルタを介した圧力差は、フィルタにおける流れ状態及び特に考慮されない排ガス容積流に関連する。

したがって本発明の課題は粒子フィルタの堆積を検出する方法であって、粒子フィルタの堆積の検知の精度の一層の上昇を可能にし、特に粒子フィルタを流過する排ガス容積流をも考慮した方法を提供することである。

発明の利点
前記課題は請求項１の特徴によって解決された。当該方法の有利な構成は従属請求項の対象である。

本発明の根本思想は堆積のための特徴的な値としてフィルタの流動抵抗を用いることである。この流動抵抗はフィルタを介する圧力損失の検出及びフィルタを通る排ガス流の決定とによって求められる。このような形式で、運転点に関連しない堆積数を求めることができる。つまり、粒子フィルタの堆積状態はエンジン負荷点とは無関係に与えられることができる。

粒子フィルタの温度は、有利には流動方向で粒子フィルタの前後にて温度センサを用いて検出された温度からモデルによって決定される。

粒子フィルタの温度は唯一の温度センサしか必要ではない他の構成の方法では、流動方向で粒子フィルタの前で検出された温度から出発してモデルによって反復的に決定されることもできる。

粒子フィルタにおける圧力を決定するためには有利な形式で粒子フィルタを介する圧力差が決定される。この圧力差から発して、前記圧力は該圧力に影響を及ぼす粒子フィルタにおける別の値を考慮してモデル化されることができる。

前記方法形式、つまり測定された物理的な特性値がフィルタにおける状態、特にフィルタにおける温度と圧力とを算出するために使用される利点は堆積装備の著しく高い精度にある。

本発明のさらなる利点と特徴は以下の説明及び図示の実施例の対象である。

実施例の説明
図１に示された粒子フィルタには排ガス導管２０を介して排ガス（矢印３０によって概略的に図示）が供給される。導管２２を介して、フィルタ１０にて浄化された排ガスは大気へと達する。フィルタ１０は例えばＤＥ１００１４２２４Ａ１号明細書、特に第１欄の第６７行目から第３欄までに示されている排ガス後処理システムに用いられる。したがってこの関点からその内容はこの出願にも援用することにする。

粒子フィルタ１０における流れ状態は概略的に図２に示されている。流過するフィルタにおける圧力損失は近似的にいわゆるＤａｒｃｙの法則によって決定される。この場合、フィルタ１０は多孔質の媒体として解される。流れが定常あるとの仮定のもとでかつ流入及び流出損失の並びにＤａｒｃｙの法則の２乗的な修正を無視すれば以下の圧力勾配が与えられる：
-dp／dx＝（v／K）・u
この場合、vはガスの粘度、Kはフィルタの透過性、uは流動ガスの速度である。粒子フィルタ１０の流動抵抗resflow_ＤＰＦはフィルタ１０を介する圧力差とフィルタ１０を流過する排ガス容積流とからの商として決定される。

resflow_ＤＰＦ＝(p_ｖＤＰＦ-p_ｎＤＰＦ)／(dV_{Ａｂｇａｓ}／dt)＝Δp_ＤＰＦ／(dV_{Ａｂｇａｓ}／dt)
この場合、p_ｖＤＰＦはフィルタの前の圧力でp_ｎＤＰＦはフィルタのあとの圧力、dV_{Ａｂｇａｓ}／dtは排ガスの容積流である。この排ガス容積流は下記の等式によって決定されることができる。この場合、空気質量流dm_Ｌｕｆｔ／dtは空質量測定器によって決定されかつ燃料の質量流、例えばディーゼル燃料の質量流dm_{Ｄｉｅｓｅｌ}／dtは制御装置にて決定されることができる。

dV_{Ａｂｇａｓ}／dt＝((dm_Ｌｕｆｔ／dt)+(dm_{Ｄｉｅｓｅｌ}／dt))・R・T／p
先きの等式と関係式
U・A=dV_{Ａｂｇａｓ}／dt
とから、ガスの粘度vが同様に温度に関連していることを考慮して流動抵抗には以下の関係が与えられる。：
resflow_ＤＰＦ＝Δp_ＤＰＦ／(dV_{Ａｂｇａｓ}／dt)＝(L・v(t))／(A・K)
この場合、Ｌはフィルタ１０の長さでＡはフィルタの横断面積である。これらの値は変化せず、フィルタ１０の特性値である。上記関係はフィルタ１０に煤が堆積していない限り当て嵌まる。フィルタ１０における煤の堆積は透過性K、ひいては流動抵抗resflow_ＤＰＦを変化させる。堆積に関連した透過性K*で流動抵抗に対しては以下の関連が成立する：
resflow*_ＤＰＦ=(Δp_ＤＰＦ*／(dV_{Ａｂｇａｓ}／dt))・(v(T_ｏ)／v(T))=(L／A)・(v(T_ｏ)／K*)=const／K*
換言すれば粒子フィルタ１０の透過性、ひいては流動抵抗は前記堆積に関連して変化する。この場合、流動抵抗を決定するためにはフィルタ１０における温度Ｔと圧力Ｐとが公知でなければならない。これを求めるためには種々の方法が採用されている。

例えばフィルタ１０における温度を求めるためには、排ガス流動方向で見て温度センサ４０がフィルタ１０の前にかつ温度センサ５０がフィルタの後ろに配置されていることができる。フィルタ１０の前の温度T_ｖＤＰＦとフィルタ１０の後の温度T_ｎＤＰＦを検出することで、この両方の温度を伝えることにより平均的なガス温度T_{Ｇａｓ＿ｍｉｔｔｅｌ}が決定される。

T_{Ｇａｓ＿ｍｉｔｔｅｌ}＝0,5・(T_ｖＤＰＦ+T_ｎＤＰＦ)
さらにフィルタ材料を流過する場合の排ガス温度はフィルタ１０自体の温度に相応するとの仮定のもとでフィルタ１０における熱収支はモデル化の改善につながる。この場合、模造は以下の計算規定に従って行われる。

T_ＤＰＦ＝(1／C_ＤＰＦ)・∫(dm_{Ａｂｇａｓ}／dt)・c_{ｐＡｂｇａｓ}・(T_ｎＤＰＦ-T_ｖＤＰＦ)・dt
この場合、C_ＤＰＦはフィルタの固有熱容量を意味し、かつc_{ｐＡｂｇａｓ}は排ガス流dm_{Ａｂｇａｓ}／dtの熱容量を意味する。

他の実施例ではフィルタ１０の前の温度センサ４０だけが設けられている。この場合にはフィルタ１０の後の温度の決定は先きの等式をベースとして反復的に以下の式に従って行われる。

T_ｎＤＰＦ＝(T_ＤＰＦ・β)+(T_ｎＤＰＦ・(１-β))
この場合には制御装置（図示せず）における最初の計算に際して粒子フィルタ温度T_ＤＰＦが開始値によってあらかじめ与えられる。第２の反復ステップからは先行する反復ステップからの温度T_ＤＰＦが使用される。これはフィルタ１０の温度がモデルの計算時間よりも著しく大きい時間スケールで変化するので可能である。この場合、使用された値βは排ガス流のどの部分がフィルタ１０との熱交換に関与しているかを提示する。したがって補足(１-β)は熱交換なしでフィルタ１０を通過できる排ガス流の部分である。

フィルタにおける圧力T_ＤＰＦは以下に記載する形式で決定される。通常の形式で圧力センサ６０が流動方向で見てフィルタ１０の前にあり、圧力センサ７０が、流動方向でフィルタ１０の後ろにあるか、又はフィルタ１０を介する差圧センサが設けられる。差圧センサは、フィルタ１０を介する差圧を検出し、該差圧はフィルタ１０の圧力損失を提示する。さらに１つの圧力センサ１０だけを流動方向で見てフィルタ１０の前にフィルタ１０における圧力を決定するために使用することもできる。

フィルタ１０における圧力
p_ＤＰＦは、大気圧p_ａｔｍと排ガス導管２２に配置されている消音器（図示せず）の圧力損失Δp_{Ｓｃｈａｌｌｄａｅｍｐｆｅｒ}並びにフィルタに基づく圧力損失Δp_ＤＰＦとから以下の等式：
p_ＤＰＦ＝p_ａｔｍ＋Δp_{Ｓｃｈａｌｌｄａｅｍｐｆｅｒ}＋0,5*Δp_ＤＰＦ
で与えられる。

絶対圧力センサ６０しか粒子フィルタ１０の前に設けられていないと次式：
p_ＤＰＦ＝0,5*(p_ａｔｍ＋Δp_{Ｓｃｈａｌｌｄａｅｍｐｆｅｒ}＋p_ｖＰＦ)
が成立する。

前記方法の大きな利点はフィルタ１０を内燃機関の排ガス処理系に使用した場合に堆積度がエンジン負荷点とは無関係に提示され得ることである。フィルタ１０における状態を再現する値に測定された特性値を換算することによって堆積決定の精度は著しく高められるようになった。

本発明の方法が適用される方法の粒子フィルタの概略図。 図１に示された粒子フィルタの流動抵抗の概略的な規定を示した図。

符号の説明

１０ 粒子フィルタ
２０ 排ガス導管
２２ 導管
３０ 排ガス
４０ 温度センサ
５０ 温度センサ
６０ 圧力センサ
７０ 圧力センサ

Claims (5)

1. 粒子フィルタ、特に内燃機関の排ガスを濾過するための粒子フィルタの堆積を検知する方法において、粒子フィルタ（１０）の流動抵抗を特徴づける値を、粒子フィルタ（１０）の温度と粒子フィルタ（１０）における圧力とにより決定し、該流動抵抗により粒子フィルタ（１０）の堆積を推量することを特徴とする、粒子フィルタの堆積を検知する方法。
2. 粒子フィルタ（１０）における温度を、流動方向で粒子フィルタ（１０）の前後で少なくとも１つの温度センサ（４０，５０）を用いてモデルによって決定する、請求項１記載の方法。
3. 流動方向で粒子フィルタの前で少なくとも１つの温度センサ（４０）を用いて検出された温度から出発して粒子フィルタ（１０）の温度をモデルによって決定する、請求項１記載の方法。
4. 粒子フィルタ（１０）における圧力を決定するために粒子フィルタ（１０）を介する圧力さを決定し、この圧力差から粒子フィルタ１０における圧力をモデル化する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 粒子フィルタ（１０）における圧力を決定するために粒子フィルタの前の圧力を検出し、この圧力から粒子フィルタ（１０）における圧力をモデル化する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

Images