JP2008519193A

JP2008519193A - 自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する装置

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Publication number: JP2008519193A
Application number: JP2007538479A
Authority: JP
Inventors: エリクドュフェイ; アドゥリーアンピロ
Original assignee: ルノー・エス・アー・エス
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: FR2877393B1; FR2877393A1; WO2006048567A1; JP4744529B2; EP1809877A1

Abstract

定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定するシステムであって、微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）を測定する差圧センサ（２９）と、微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑ_ｖｏｌ）を推定または測定する手段（３０）と、電子制御ユニット（２４）とを有し、上記電子制御ユニット（２４）は、差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）および体積流量（Ｑ_ｖｏｌ）と微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）と、差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段（３４）と、上記格納マッピングおよび差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の値から、微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定する推定器（３２）とを有する。

Description

本発明は自動車、特にディーゼルエンジンを備えた自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する装置および方法に関するものである。

内燃機関、特にディーゼル型の内燃機関は大気に汚染物質微粒子を放出するが、微粒子の量を減少すべきである。この微粒子は内燃機関における不完全燃焼によって生じた煤からなり、排気ガス中の微粒子は内燃機関の燃焼室の下流の排気パイプに微粒子フィルタを設けることによって除去される。このフィルタはフィルタを通過する排気ガス内に存在する微粒子を止めることができるように設計されている。内燃機関の動作によって、フィルタに微粒子が溜まり、排気ガスに高い背圧が発生することとなり、また微粒子フィルタの両端の差圧が増加して、内燃機関の性能がかなり低下する。

内燃機関の性能を回復するために、溜まった微粒子を燃焼することによりフィルタを再生することが知られている。この燃焼操作は微粒子フィルタの内部温度を上昇することにより実行することができる。これは一般に内燃機関の燃焼室への燃料噴射を遅らせることによって達成することができる。燃料は特に排気行程の上死点の直後に噴射され、これにより排気ガスの温度を上昇することができる。上死点後の遅れた噴射は１回または複数回行なってもよい。このように噴射された燃料は内燃機関の燃焼室内では燃えないで、たとえば排気パイプに設けられた触媒反応装置内で燃え、微粒子フィルタを通過するガスの温度が上昇する。

微粒子フィルタはフィルタの上流側に設けられた触媒反応装置とともに設けられ、微粒子フィルタは有害物質の排出を減少する。触媒反応装置は微粒子フィルタと一体に設けることができ、触媒反応装置は白金のような触媒物質を有する。遅れて噴射され、燃焼室に遅く噴射することによって発生した不燃の炭化水素および一酸化炭素は、触媒物質で酸化され、微粒子フィルタ内の温度を上昇させる。

微粒子フィルタはフィルタ内の微粒子の量が多くなるとすぐに、再生行程の間定期的に再生される。再生行程は自動車の運転者が意識しなくとも内燃機関の動作中に起こる。

従来、微粒子フィルタをこのように定期的に操作するために、２つの段階がある。第１の段階においては、フィルタは内燃機関から放出された微粒子を溜め、第２の段階においては、フィルタを再生するためにフィルタに溜まった微粒子を燃焼する。

排気の背圧すなわち微粒子フィルタの両端の圧力差つまり差圧から微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定するシステムが有用である。

文献ＦＲ２７８１２５１は、内燃機関の下流に設けられた微粒子フィルタに溜まった煤の量を決定する方法に関する。フィルタは煤が過度に溜まる前に煤を燃焼することにより、定期的に再生される。煤の溜まった程度はフィルタの両端の差圧および内燃機関のガス流を現す量Ａから決定される。

文献ＥＰ１２８１８３４には、内燃機関の下流に設けられた微粒子フィルタに溜まった煤の量を決定する方法が記載されている。フィルタは煤が過度に溜まる前に煤を燃焼することにより、定期的に再生される。煤の溜まった程度はフィルタの両端の差圧および微粒子フィルタを通過するガスを表す量Ｑ_ｖｏｌから決定される。煤の溜まった程度は、微粒子フィルタに溜まった煤の質量をｍとすると、式ΔＰ＝ｆ(Ｑ_ｖｏｌ，ｍ)によって決定される。
ＦＲ２７８１２５１ＥＰ１２８１８３４

しかし、これらの文献は、不活性再生と呼ばれる化学反応：ＮＯ_２＋Ｃ→ＣＯ＋ＮＯによって、微粒子フィルタの煤の溜まった程度が一様ではないことを考慮していない。この反応は自動車の都市外の走行で生じる温度（微粒子フィルタの上流で３５０〜５００℃）で起こる。この反応は、実際には微粒子が燃えていないのに、微粒子フィルタの両端の差圧に急激な低下をもたらす。微粒子フィルタの両端の差圧の低下はフィルタの煤の溜まった程度の推定を不正確にし、微粒子フィルタの破損が生じる。事実、推定された煤の質量は実際の煤の質量よりも少なく、フィルタの燃焼による再生の間に、過度の燃焼反応が起こり、微粒子フィルタの破損が生じる。

本発明は化学的不活性再生反応の影響を考慮して、燃焼による再生における微粒子フィルタの破損のリスクを避けることを目的とする。

本発明の１つの側面によれば、定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定するシステムであって、上記微粒子フィルタの両端の差圧を測定する圧力センサと、上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量を推定または測定する手段と、電子制御ユニットとを有するものが提供される。上記電子制御ユニットは、上記微粒子フィルタの両端の差圧および上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量と上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量との関係を示す格納マッピングと、上記圧力センサによって提供された上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段とを有する。また、上記電子制御ユニットは、上記検出手段が上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記圧力センサによって提供された上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する推定器を有する。

たとえ、不活性再生と呼ばれる化学反応が起こったとしても、推定された微粒子フィルタに存在する微粒子の量は正確である。このため、フィルタに存在する微粒子の量を少なく推定することによる、過度のフィルタ再生燃焼反応による微粒子フィルタの破損のリスクを除去することができる。

好ましい実施の形態において、上記検出手段は上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の開始時間と、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の終了時間とを検出する。

有利な実施の形態において、上記推定器は上記格納マッピングおよび上記開始時間前に上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の推定量の最大値から上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する
好ましい実施の形態において、上記推定器は上記最大値と上記終了時間後に上記微粒子フィルタに溜まった微粒子の量とを合計することによって上記微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する。

好都合には、上記推定器は上記格納マッピングから上記終了時間後に上記微粒子フィルタに溜まった微粒子の量を推定する。

たとえば、上記あらかじめ定めた圧力低下は５０〜５００ｍｂａｒであり、上記あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓである。

本発明の他の側面によれば、定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する方法が提供される。この方法において、上記微粒子フィルタの両端の差圧および上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量と微粒子フィルタに存在する微粒子の量との関数を示す格納マッピングを使用する。上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する。さらに、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する。

好ましい実施において、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の開始時間と終了時間とを検出する。

好都合には、上記格納マッピングおよび上記開始時間前に上記微粒子フィルタに存在する微粒子の推定量の最大値から上記微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する。

本発明の他の目的、特徴および効果は、もっぱら非限定的な例として示された記述を、添付の図面を参照して読むことによって明らかになるであろう。添付の図面において、
−図１は本発明装置の実施の形態の１つを示す概略図、
−図２は本発明の微粒子フィルタの両端の差圧の低下を示す図、
−図３は本発明の作用を示す図である。

図に示すように、概略的に示す内燃機関１は複数の燃焼室を有し、このような燃焼室２は図のピストン４が移動するシリンダ３の内部の上部に示される。吸気弁５は燃焼室２に接続された吸気ダクト６を開閉することにより吸気を制御する。排気弁７は燃焼室２から排気パイプ８への排気ガスの通路を開閉するのに使用される。

大気圧の新鮮な空気が矢印９に示されるように配管１０に入る。空気圧は配管１０に設けられたコンプレッサ１１によって増加する。コンプレッサはタービン１３と共有の軸１２に設けられ、この例ではタービン１３は排気パイプ８に設けられている。タービン１３を通過する排気ガスはコンプレッサ１１を駆動し、吸気ダクト６を介して燃焼室２に入る空気の圧力を増加する。

例示されているように、内燃機関は入口の排気ガスの一部を再導入するシステムを有している。この目的のために、枝管１４は排気パイプ８のタービン１３よりも上流に接続されている。「ＥＧＲ弁」と呼ばれる制御弁１５は排気ガスの量を制御し、排気ガスはライン１６を介して吸気ダクト６に再導入され、その後混合室１７内で適切に混合される。また、調整案内フラップ１８が圧縮空気吸気ライン１０のコンプレッサ１１よりも下流でかつ混合室１７よりも上流に設けられている。

排気パイプ１９はタービン１３の出口と大気すなわち符号２０の排気ガス出口とを接続する。排気パイプ１９のタービン１３の下流に触媒反応装置２１が設けられ、排気パイプ１９の触媒反応装置２１の下流に微粒子フィルタ２２が設けられている。微粒子フィルタ２２は従来型であり、内燃機関１から排出されかつ排気ガスによって排気パイプ１９に運ばれた微粒子をたとえば静電的に除去する手段を有する。消音器２３は排気ノイズを制限するために微粒子フィルタの下流に設けられている。

電子制御ユニット２４は内燃機関１の動作を調整し、この目的のために、内燃機関１の動作の所定のデータを受け取る。図示しない種々のセンサが配管に設けられ、センサの信号が電子制御ユニット２４に伝達される。

電子制御ユニット２４は特にＥＧＲ弁１５の位置をコネクション（connexion）２５により制御することができ、可動フラップ１８の位置をコネクション２６により制御することができる。また、電子制御ユニットは燃料噴射装置２７をコネクション２８により制御する。

微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量を推定するために、装置は微粒子フィルタ２２の両端の圧力差すなわち差圧Ｐ_ｄｉｆｆを測定することができる差圧センサ２９を有し、また電子制御ユニット２４に利用できるデータから微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌを推定するためのモジュール３０が設けられている。これらのデータは、たとえば、内燃機関の新鮮空気吸気流量、ＥＧＲ弁による再循環流量および内燃機関動作データである。圧力センサ２９はコネクション３１によって電子制御ユニット２４に接続されている。

代替の実施の形態においては、微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌを推定するためのモジュール３０の代わりに、微粒子フィルタ２２の上流に設けられた流量計、温度センサおよび圧力センサを用いてもよい。

電子制御ユニット２４は微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量の推定器３２を有し、また微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆおよび微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌと微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング３３を有する。

さらに、電子制御ユニット２４は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下を検出するための検出モジュール３４を有し、上記圧力センサ２９によって供給された微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの値から、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔において差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下があらかじめ定めた圧力低下よりも大きいことを検出する。あらかじめ定めた圧力低下は、たとえば、５０〜５００ｍｂａｒであり、あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓである。

推定器３２は格納マッピング３３および圧力センサ２９によって供給された微粒子フィルタ２２の両端の差圧の値からフィルタに存在する微粒子の量を推定する。

図２は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下を示し、その差圧の低下はあらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい。これは、たとえば、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆが値Ｐ_１からＰ_１よりも低いＰ_２に低下している差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下を示す。ここで、差Ｐ_１−Ｐ_２はあらかじめ定められた圧力低下よりも大きい。さらに、差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下の開始時間をｔ_ｄ、終了時間をｔ_ｆとすると、開始時間ｔ_ｄと終了時間ｔ_ｆとの時間間隔はあらかじめ定められた時間間隔よりも短い。時間t_２は開始時間ｔ_ｄに接近した時間であり、時間t_２と時間ｔ_ｄとの間に差圧Ｐ_ｄｉｆｆの小さい変化を伴う過渡的現象が起こっている。時間ｔ_１は終了時間ｔ_ｆに接近した時間であり、時間t_ｆと時間ｔ_１との間に差圧Ｐ_ｄｉｆｆの小さい変化を伴う過渡的現象が起こっている。時間ｔは内燃機関１の動作の時間間隔を示し、微粒子フィルタ２２の燃焼による前の再生の終了時間を考慮した時間である。

図３に図２に示した差圧の低下に基づく推定器の作用が示される。

図３にフィルタに存在する微粒子の量（質量）を示す曲線ｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、ｍ_４およびｍ_５が示され、これは微粒子フィルタ２２の両端の差圧および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌと微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量との関係を示す。この例においては、ｍ_１＜ｍ_２＜ｍ_３＜ｍ_４＜ｍ_５である。これらの各曲線はそれぞれ時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４およびｔ_５と関連する。なぜなら、内燃機関１の２つの別個の動作時間において、微粒子フィルタ２２は２つの別個の微粒子の量を有する。

検出モジュール３４は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの低下の開始時間ｔ_ｄおよび終了時間ｔ_ｆを検出することができる。

推定器３２は上記の開始時間ｔ_ｄすなわち時間ｔ_２前に微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の推定量の最大値Ｍ_Ａを格納しており、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの関連する値Ｐ_１および、微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌの関連する値Ｑ_１を格納している。微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の推定量の最大値Ｍ_Ａは格納マッピング３３、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆのＰ_１および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌのＱ_１から決定される。

また、推定器３２は時間ｔ_１、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐ_ｄｉｆｆの値Ｐ_２および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑ_ｖｏｌの値Ｑ_２における微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量Ｍ_Ｂを格納している。

そして、推定器３２は開始時間ｔ_ｄ前の推定量の最大値Ｍ_Ｂと終了時間ｔ_ｆ後に微粒子フィルタ２２にたまった微粒子の量とを加算することによって微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量を推定する。終了時間ｔ_ｆ後に微粒子フィルタ２２に溜った量は終了時間ｔ_ｆ後の微粒子の量の最小値Ｍ_Ｂからの微粒子の量の推定増加量に相当する。換言すれば、終了時間ｔ_ｆ後に微粒子フィルタ２２にたまった量は時間ｔにおいて推定される微粒子の量と量Ｍ_Ｂとの差である。これらの最大値Ｍ_Ａ、最小値Ｍ_Ｂは、フィルタ２２の両端の差圧の低下の不安定な状態の期間以外の安定した状態の値に相当する。

この例では、Ｍ_Ａ＝ｍ_２であり、Ｍ_Ｂ＝ｍ_１であるが、この微粒子の量すなわち質量は一般に格納マッピング３３の曲線ｍ_１からの推定によって計算される。

本発明は、微粒子フィルタの両端の差圧から微粒子フィルタに存在する微粒子の量を正確に推定するのに有用であり、都市外のドライブで起こる化学的不活性再生反応を考慮し、微粒子フィルタが故障するのを避けるために微粒子フィルタの燃焼による再生を作用させるために有用である。

本発明装置の実施の形態の１つを示す概略図である。本発明の微粒子フィルタの両端の差圧の低下を示す図である。本発明の作用を示す図である。

Claims

定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定するシステムであって、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）を測定する差圧センサ（２９）と、上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑ_ｖｏｌ）を推定または測定する手段（３０）と、電子制御ユニット（２４）とを有し、上記電子制御ユニット（２４）は、
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）および上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑ_ｖｏｌ）と上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）と；
−上記圧力センサ（２９）によって提供された上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段（３４）と；
−上記検出手段（３４）が上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下であって、上記あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔において上記あらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記圧力センサ（２９）によって提供された上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定する推定器（３２）と
を有することを特徴とするシステム。
上記検出手段（３４）は上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下の開始時間（ｔ_ｄ）と、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下の終了時間（ｔ_ｆ）とを検出することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
上記推定器（３２）は上記格納マッピング（３３）および上記開始時間（ｔ_ｄ）前に上記微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の推定量の最大値（Ｍ_Ａ）から上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
上記推定器（３２）は上記最大値（Ｍ_Ａ）と上記終了時間（ｔ_ｆ）後に上記微粒子フィルタ（２２）に溜まった上記微粒子の量とを合計することによって上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
上記推定器（３２）は上記格納マッピング（３３）から上記終了時間（ｔ_ｆ）後に上記微粒子フィルタ（２２）に溜まった上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
上記あらかじめ定めた圧力低下は５０〜５００ｍｂａｒであり、上記あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定する方法であって、
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）および上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑ_ｖｏｌ）と上記微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）を使用し；
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出し；そして
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下が検出されたとき、上記格納マッピング（３３）および上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定する
ことを特徴とする方法。
上記微粒子フィルタの両端の差圧（Ｐ_ｄｉｆｆ）の低下の開始時間（ｔ_ｄ）と終了時間（ｔ_ｆ）とを検出することを特徴とする請求項７に記載の方法。
上記格納マッピングおよび上記開始時間（ｔ_ｄ）前に上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の推定量の最大値（Ｍ_Ａ）から上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項８に記載の方法。