JP2008544155A - 粒子フィルタの再生制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は概して、粒子フィルタの再生を制御する方法に関する。
更に詳細には、本発明は、内燃エンジンの排気管に設けられる粒子フィルタの再生を制御する方法に関連するものであり、本方法は、
− 粒子フィルタの動作データを求めるステップであって、これらのデータが、時刻tでのフィルタ内の温度を表わす少なくとも一つの温度T(t)である構成のステップと、
− フィルタを再生するステップであって、フィルタの再生において、前記フィルタの温度を、前記フィルタに堆積した煤が燃焼する第1閾値温度よりも高い温度に上昇させるステップと、
− 時間と共に変化することができ、かつ時刻tにおいて再生プロセスに伴うエネルギーの量を表わすパラメータdinst(t)を計算するステップとを含む。
内燃エンジンによって外気に放出される粒子の量を減らすために、粒子フィルタを排気管に設けて燃焼ガスをエンジンから排出する方法が知られている。この粒子フィルタは、フィルタの濾過機能を良好に維持するために、再生する必要があり、このような再生では、フィルタ内の温度を上昇させて、フィルタに堆積した煤を燃焼させる。
このような現象が発生するので、粒子フィルタを装着した排気管を組み込んだ内燃エンジンの多くの製造業者は、フィルタ再生プロセスを制御する種々の解決方法を開発しているのである。
この文献はフィルタの再生を制御する方法を提示しており、フィルタ再生の間、時間と共に変化することができ、かつ再生に伴うエネルギーの量を表わすパラメータdinst(t)が計算される。このパラメータdinst(t)は比で求まり、この比は、1秒当たりに燃焼する煤の質量としての煤の燃焼速度Vr(t)を、排気ガス質量としての排気ガス流量Qm(t)で割った計算値である。このような比で表わされるので、燃焼速度Vr(t)が大きくなると、煤の燃焼によって所定時刻tに生成されるエネルギーの量が大きくなる。同様に、排気ガス流量Qm(t)が大きくなると、煤の燃焼エネルギーをより迅速に除去することができる。
このような背景から、本発明の目的は再生を制御する方法を提案することにあり、この方法によって、フィルタの再生処理中に粒子フィルタにダメージを与える危険を小さくすることができる。
この目的を達成するために、上の序文に示される一般的な定義も満たす本発明の再生制御方法は基本的に、前記方法が、関数dinst(t)×Gtemp(t)によって少なくとも部分的に定義される重み付けパラメータDinstwt(t)を計算するステップを含み、Gtemp(t)は時刻(t)とともに変化することができ、かつ前記代表温度T(t)の関数として表わされることを特徴とする。
上の式では、Vr(t)は時刻tにおいて粒子フィルタに堆積した煤の燃焼速度であり、そしてQm(t)は時刻tにおいて推定される、または測定される排気ガス質量流量である。このパラメータdinst(t)は特に、関数Gtemp(t)と組み合わせて表現して、再生の変化を観察し、そして当該変化の挙動を予想する。
上の式では、
− msoot(t)は時刻tにおいてフィルタに堆積した煤の質量の推定値であり、
− βは煤の燃焼に関する反応の順序であり、
− k0は一定の頻度因子であり、
− Eaは、系の触媒活性によって変わる活性化エネルギーであり、この活性化エネルギーは、フィルタ内の煤燃焼反応の温度に対する感度を表わし、
− Rは完全ガス定数であり、
− P02(t)は時刻tにおいて、フィルタに含まれるガス中の酸素の量を圧力の単位で表わした酸素分圧、すなわちPO2(t)=PT×XO2であり、PTは合計圧力であり、そしてXO2は酸素のモル分率であり、そして
− αは酸素に関する反応の順序である。
− Gtemp=Ts/Te(この場合、Ts及びTeはそれぞれ、時刻tにおける粒子フィルタのガス排出口温度、及びガス流入口温度である)
− Gtemp=1/Te
− Gtemp=1/(Ts−Te)
− Gtemp=(1/Te 2)
− Gtemp=1/Ti(この場合、Tiは時刻tでのフィルタの内部温度である、及び
− Gtemp=1/Ti 2
から成るグループに属する複数の公式の内のいずれか一つの公式によって得られるように決定することもできる。
従って、代表温度はTeまたはTi、あるいはTsとすることができ、Teは、粒子フィルタの上流の、すなわちフィルタの流入口でのガスの温度であり、Tiは、フィルタ内のガスの温度であり、Tsは、フィルタの排出口でのガスの温度である。
Gtemp=Teの場合、フィルタの流入口でのガスの温度を考慮に入れるので、この温度Teとフィルタの最大許容温度との差を求めることができる。温度Teが高くなると、除去できる再生に伴う熱量が少なくなる。
構成は、Dinstwt(t)=dinst(t)×Gtemp(t)が確実に成り立つように決定することもできる。この場合、dinst(t)及びGtemp(t)のみを考慮に入れて再生の変化を観察する。
が確実に成り立つように決定することもでき、この式では、t1及びt2は固定期間である時間区間の限界値であり、時間と共に遷移する。
この関数によって、t1とt2との間の時間区間に渡って時間tで積分した、dinst(t)及びGtemp(t)の瞬時積の和を計算することにより、dinst(t)及びGtemp(t)の経時変化が考慮され、この場合、t1及びt2は時間と共に遷移する。
この場合、dinst(t)×Gtemp(t)によって時間軸で定義される曲線の勾配が計算される。この勾配が急なほど、フィルタにダメージを与える危険が大きくなるが、これは、フィルタが非常に短い時間区間に渡って大きな熱変動及び温度変動に曝されることを意味するからである。
− 第1閾値を下回る場合に、再生が制御されることを示す信号が送出される処理、及び/又は、
− 前記第1閾値を上回り、かつ第2閾値を下回る場合に、フィルタを劣化させる危険があることを示す第1信号が送出される処理、及び/又は、
− 前記第2閾値を上回る場合に、再生が制御されないことを示す信号が送出される処理が確実に行なわれるように決定することもできる。
上に説明したように、所定の閾値を設定することにより、更にこれらの値を計算基準値Dinstwt(t)と比較することにより、フィルタにダメージを与える危険が大きい、または小さいことを模式的に示す信号を送出することが可能になる。
この所定の中止閾値は、第1閾値と第2閾値との間の値であることが好ましく、かつ第1閾値と等しくすることができる。
この機能によって、再生を制御することができない状態になることによる粒子フィルタを劣化させる危険を小さくすることができ、再生を制御することができない状態は、過熱によって、そして/またはフィルタ内部の圧力/温度の急激かつ制御不能な上昇によって顕在化する。
これらの値をメモリに保存することにより、粒子フィルタの動作を表わす履歴を保持することが可能になる。このような履歴によって、粒子フィルタの磨耗の程度に関する指標が得られ、かつフィルタが誤動作する前にフィルタを使用するために残される平均時間に関する指標も得られる。
フィルタ1には徐々に燃焼ガスに含まれる粒子3が堆積する。
コンピュータ4をセンサに接続して、粒子フィルタ1に関するデータを収集する。この場合、測定データはフィルタ上流のガス流入口温度Te、フィルタ内のガスの内部温度Ti,及びフィルタのガス排出口温度Tsである。これらの温度パラメータは、コンピュータ4に接続される3つの個別のセンサによって収集される。
これらのパラメータを使用して、コンピュータは、再生の変化を表わすパラメータdinst(t)を生成する。
燃焼ガスの流れる量が大きくなると、フィルタから除去可能な熱量が大きくなり、従って、パラメータdinst(t)は質量流量Qm(t)によって最小化される。
従って、この比dinst(t)は、時刻tにおいてフィルタから除去可能な熱量の大きさを示唆することができる。
詳細には、時刻tにおけるdinst(t)を、温度パラメータの関数として重み付けすることにより、フィルタの再生処理時の変化をより正確に表示することができる。
上の式では、Cpexはケルビン/モルで表わされる排気ガスの比熱であり、そしてΔHは、煤1モル当たりのジュール/ケルビンで表わされる煤の単位質量当たりの燃焼エンタルピーである。次の公式も使用する。
上の式では次式のような関係があり、Kは定数である。
上の式では、フィルタ内の煤の質量msoot(t)はg(グラム)で表わされ、そしてコンピュータ4によって推定される値である。この質量は次のようにして推定することができる。
− エンジンが消費する燃料の量を分析し、そして/または
− フィルタの両端部での背圧を分析し、この場合、背圧は煤によるフィルタの目詰まりを表わし、従って背圧によってフィルタ内の煤の質量を間接的に推定する。
k0は一定の頻度因子または前指数因子である。
Eaは活性化エネルギーであり、系の触媒活性の関数である。このエネルギーは、炭素+酸素→二酸化炭素で表わされる反応の温度に対する感度を表わす。Eaは煤1モル当たりのジュールで表わされる。
Rは完全ガス定数であり、約8.314である。
T(t)は時刻tでのフィルタ内の温度をケルビンで表わした値である。この温度T(t)は内部温度であり、Tiとも表記される。
P02(t)は時刻tでの酸素分圧であり、フィルタの流入口での燃焼ガス5に含まれる酸素の量を表わす。この量はセンサによって測定、またはエンジンパラメータに基づいて推定される。
αは酸素に関する反応の順序である。
この計算を行なうために、Gtemp(t)は次式で表わされるGtempから選択される。
− Gtemp=1/Teまたは、
− Gtemp=1/(Ts−Te)または、
− Gtemp=1/Te 2)または、
− Gtemp=1/Ti,この場合、Tiは時刻tでのフィルタの内部温度であり、または、
− Gtemp=1/Ti 2
− Dinstwt(t)=dinst(t)×Gtemp(t)
− または、
− または、dinst(t)×Gtemp(t)を時間tで微分する。
好ましくは、
であり、この式では、Tiはフィルタ内のガスの内部温度である。
後出の重み付けパラメータはフィルタの動作状態が極端な場合を表わす。
dinst(t)の値が0.02を超え、かつ0.03未満である場合には、すなわち図3に示す事例では、フィルタ再生を制御することができない危険があり、熱量が高くなり過ぎることが分かる(700℃に近い)。このような状況では、エンジン調整による介入を行なって、進行中の再生操作を停止する、または制限する必要がある場合が多い。
dinst(t)の値が0.03を超える場合には、すなわち図4に示す事例では、再生をもはや制御することができず、粒子フィルタにダメージが加わる危険が非常に大きくなることが分かる。
従って、本発明によれば、再生反応を解析することが更に容易になるようにdinst(t)に重み付けし、これにより図4に示す状況を回避することができる。
Claims (10)
- 内燃エンジンの排気管に設けられる粒子フィルタの再生を制御する方法であって、前記方法は、
− 粒子フィルタの動作データを求めるステップであって、これらのデータが時刻tでのフィルタ内の温度を表わす少なくとも一つの温度T(t)である構成のステップと、
− フィルタを再生するステップであって、フィルタの再生において、前記フィルタの温度を、前記フィルタに堆積した煤が燃焼する第1閾値温度よりも高い温度に上昇させるステップと、
− 時間と共に変化することができ、かつ時刻tにおいて再生プロセスによって生成されるエネルギーの量を表わすパラメータdinst(t)を計算するステップとを含み、
前記方法は、関数dinst(t)×Gtemp(t)によって少なくとも部分的に定義される重み付けパラメータDinstwt(t)を計算するステップを含み、Gtemp(t)は時刻(t)とともに変化することができ、かつ前記代表温度T(t)の関数として表わされることを特徴とする、方法。 - dinst(t)は次の公式:
により得られることを特徴とし、上の式では、
− msoot(t)は時刻tにおいてフィルタに堆積した煤の質量の推定値であり、
− βは煤の燃焼に関する反応の順序であり、
− k0は一定の頻度因子であり、
− Eaは、系の触媒活性によって変わる活性化エネルギーであり、この活性化エネルギーは、フィルタ内の煤燃焼反応の温度に対する感度を表わし、
− Rは完全ガス定数であり、
− P02(t)は時刻tでの酸素分圧であり、時刻tにおいてフィルタに含まれるガスの中の酸素の質量割合として表わされ、そして
− αは酸素に関する反応の順序である、
請求項1及び2のいずれか一項に記載の方法。 - Gtemp(t)は、次の等式:
− Gtemp=Ts/Te(この場合、Ts及びTeはそれぞれ、時刻tにおける粒子フィルタのガス排出口温度、及びガス流入口温度である)
− Gtemp=1/Te
− Gtemp=1/(Ts−Te)
− Gtemp=(1/Te 2)
− Gtemp=1/Ti,(この場合、Tiは時刻tでのフィルタの内部温度である)、及び
− Gtemp=1/Ti 2、
から成るグループに属する複数の公式の内のいずれか一つの公式によって得られることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - Dinstwt(t)=dinst(t)×Gtemp(t)が成り立つことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- Dinstwt(t)はdinst(t)×Gtemp(t)を時間tで微分した値に等しいことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 計算される重み付けパラメータDinstwt(t)が、
− 第1閾値を下回る場合に、再生が制御されることを示す信号が送出され、そして/または、
− 前記第1閾値を上回り、かつ第2閾値を下回る場合に、フィルタを劣化させる危険があることを示す第1信号が送出され、そして/または
− 前記第2閾値を上回る場合に、再生が制御されないことを示す信号が送出されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記方法が、再生を中止するステップを含み、このステップでは、計算される重み付けパラメータDinstwt(t)が所定の中止閾値を上回る場合に、再生を中断することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 計算される重み付けパラメータDinstwt(t)が時間tの経過と共に採る値がメモリに保存されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
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