JP2009513870A - パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定及び前記パティキュレートフィルタの再生の制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気通路内に使用するのに適したパティキュレートフィルタ（４）内の煤付着の均一性を測定する方法であって、パティキュレートフィルタ（４）の異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流のそれぞれの固有量を同時に又は順次に測定するステップと、このようにして得られた固有量を相互に比較するステップとを含む方法に関する。また、本発明は、パティキュレートフィルタ（４）の再生を制御する方法であって、パティキュレートフィルタ（４）内の煤付着の均一性を測定するステップと、得られた均一性の値に応じて再生のパラメータを調整するステップとを含む方法に関する。

Description

本発明は、一般に内燃機関におけるディーゼル燃料の燃焼によって生成される煤を除去するためにエンジンの排気通路に使用されるハニカムのパティキュレートフィルタの分野に関する。特に、本発明はパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を測定するための方法及びパティキュレートフィルタの再生を制御するための方法に関する。

圧縮点火エンジンいわゆる「ディーゼル」エンジンは大量の煤を生成することが知られている。これは、燃焼炎内部に酸素がないために生じる炭化水素の熱分解、及びこれによって生成された全ての煤の微粒子を燃焼するには不十分な燃焼室の高温の結果として生じる。車外に排出されるとこの煤は未燃炭化水素が凝結する種として作用し、それによって吸入可能な固体の粒子状物質を構成する。この粒子はサイズが小さいので肺細胞に達する可能性がある。

車外への煤の排出を制限し、益々厳しくなる環境基準を満たすために、任意に触媒装置と結合される又はこれを含む濾過装置を排気通路に配置する方法が知られている。触媒装置は汚染排気ガスを不活性ガスに変換する機能を有する。汚染排気ガスとしては、特に未燃炭化水素及び酸化窒素（ＮＯ_x）又は一酸化炭素（ＣＯ）を挙げることができる。

通常「パティキュレートフィルタ」と呼ばれる煤の濾過装置は、一般に多孔性セラミックフィルタ媒体から成る。この媒体は一般にハニカム構造を有し、濾過対象の排気ガスはこの構造の一方のサイドから入り、濾過された排気ガスは他方のサイドから出て行く。フィルタ構造は、以下それぞれ上流サイド及び下流サイドと呼ばれるこの両サイドの間に、多孔性の壁で分離される一連の長手方向のかつ平行の流路を有する。この流路は、排気ガスが多孔性の壁を通過するようにするためにその端の１つで閉塞される。全体的な気密性を良くするために、構造の周囲部分はコーティングセメントと呼ばれるセメントで取り囲まれる。また、パティキュレートフィルタは、グラスファイバマット及び金属エンベロープから成るしばしば「キャンニング」と呼ばれる外殻によって取り囲まれる。より良い熱衝撃抵抗を付与するために、パティキュレートフィルタは、しばしばハニカム構造を有する「セグメント」と呼ばれる一体式で平行六面体形状の要素の組立体から成る。前記要素はセメントを用いて組み立てられる。「セグメント化」フィルタと呼ばれるこの種のフィルタの例は、特許文献１から４において説明されている。

最もよく使用されるセラミックはコージライト（Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₂Ｏ₁₈）又は炭化珪素（ＳｉＣ）である。後者のほうが熱伝導率及び耐食性の点で好ましい。

エンジンの運転中、パティキュレートフィルタには煤の微粒子が装荷され、煤の微粒子は多孔性の壁に付着する。燃焼室内と同様に、煤の燃焼のために必要とされる最低温度から問題が生じる。煤がパティキュレートフィルタに保持されると、燃焼速度が燃焼室内より遅くなり、それによって煤の燃焼温度を約６００℃まで下げる。しかし、このゲインはエンジン動作範囲全体に亘るパティキュレートフィルタ内の煤を燃焼するようにするためには不十分である。従って、濾過サイクル後に再生サイクルを設けて、この間に煤を燃焼する必要がある。

従ってパティキュレートフィルタは下記の実施形態によって動作する：
−排気ガス温度によって可能である場合には、煤の濾過と燃焼を略同時に行う。
−排気ガス温度が低すぎるときにはパティキュレートフィルタ内で煤の微粒子の保持及び蓄積を行う。
−煤の蓄積による圧力低下が許容できなくなる前にパティキュレートフィルタの再生を行う。

煤を保持する間、パティキュレートフィルタが徐々に詰まることによって圧力低下が増大し、その結果エンジンの燃料消費が増大する。

再生ステップはポスト噴射を用いて排気ガスの温度を上げることによって行われる。ポスト噴射は燃料のエンジンサイクルにおける遅延した噴射から成り、その燃料は排気通路内で燃焼される。

再生中、煤の発熱燃焼によって、パティキュレートフィルタは高温に曝される。好ましくは、煤の微粒子はパティキュレートフィルタの中央部とその下流部に付着するので、パティキュレートフィルタの材料内で温度は均一ではなく、パティキュレートフィルタは、材料に微細な割れを生じさせ、その濾過能力を部分的に又は全面的に損失させる原因となる高い熱衝撃を受ける。

欧州特許出願公開第８１６０６５号明細書 欧州特許出願公開第１１４２６１９号明細書 欧州特許出願公開第１４５５９２３号明細書 国際公開第２００４／０６５０８８号パンフレット

従って、パティキュレートフィルタ内の煤の分布のある程度の均一性は、パティキュレートフィルタが受ける可能性のある熱衝撃に直接影響を与えるので、評価のために特に重要なパラメータである。従って、パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を評価するための方法を提案することが本発明の目的である。

このために、本発明はエンジンの排気通路内に使用するのに適したパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を測定するための方法に関するものであり、この方法は、パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流のそれぞれの固有量を同時に又は順次に測定するステップと、その後このようにして測定された固有量を比較するステップとを含む。

本発明において、「長手方向部分」とは長手方向の流路に平行に上流サイドと下流サイドとの間に延びるパティキュレートフィルタの部分を意味する。

従って、長手方向部分は、単一の長手方向の流路及びその境界を形成するパティキュレートフィルタの多孔性の壁、又は一連の長手方向の流路を含んでもよい。パティキュレートフィルタがセグメント化される場合、１つの長手方向部分は例えば１つのセグメントに対応する。

ガス流の固有量は速度または流量から有利に選択されるが、速度は測定が比較的容易なので、特に好ましい。

使用されるガスは方法の実施条件に応じて異なる。方法がインラインで（即ち運転中のエンジンの排気通路内で）使用される場合、ガスはこのエンジンの排気ガスである。このタイプの測定をオフライン、例えば試験台で行うことができ、空気などのガスを使用することができる。

ガス流の固有量の様々な測定を順次に又は同時に行うことができる。同時に行う場合は、測定手段の横移動のための手段を必要としないので好ましい。

発明者は、パティキュレートフィルタに存在する煤の量がパティキュレートフィルタを通過したガス流の速度又は流量と比例して変化したので、特にパティキュレートフィルタの上流の圧力を考慮に入れて、例えば同種のパティキュレートフィルタに較正を加えた後に得られる予め定められた値と、測定速度とを比較することによってこれらのパラメータのうち第一のパラメータを正確に決定するのに役立つと判断した。煤の量に伴う圧力低下の変動は直線的ではないので、パティキュレートフィルタの圧力低下の測定を含む通常の制御方法に比べてより正確かつ確実にパティキュレートフィルタの再生処理を制御するために、この速度又は流量の測定を行うことができる。パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分（例えば異なる長手方向の流路）を通過した各種のガス流の速度又は流量を直接比較することは、事前の較正なしにパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を評価するのに役立つ。

第一の実施形態によれば、前記パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した一連のガス流のそれぞれの速度が測定され、前記長手方向部分は１つの軸線に沿って又は横断面の２つの直交する軸線に沿って予め定められたピッチで配置される。ピッチは長手方向の流路の幅に等しいかこれより小さいことが好ましい。横断面に沿って速度マップを作り、最大速度と最小速度との比較又は速度分布の標準偏差の計算など各種の数学的方法によって煤付着の均一性を評価することができる。ガス流の速度ではなくその流量を考慮することによってこの種の測定を行うこともできる。

別の実施形態によれば、それぞれパティキュレートフィルタの略中央部にある長手方向部分及びパティキュレートフィルタの略周囲部にある長手方向部分を通過した２つのガス流のそれぞれの速度が測定される。絶対速度差ΔＶはパティキュレートフィルタの均一性に固有の量である。この方法は２つの速度測定手段しか必要としないので、より単純であるという利点を有する。この方法は、煤が一般にパティキュレートフィルタの中央部により多く付着するので、速度極値はそれぞれパティキュレートフィルタの中央部及び周囲部において観測されるという事実も考慮に入れている。この場合にも、ガス流の流量の測定をガス流の速度の測定に置き換えることができる。

発明者は、また、パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定を考慮に入れることが再生の調整又は制御の改良に役立つとも判断した。

付着した煤の量は、一般に圧力低下を測定することによって、即ちパティキュレートフィルタの両サイド間の圧力差を測定することによってインラインで評価される。現在再生条件の決定はこのパラメータに従っており、圧力低下が予め定められた値に達すると再生が開始又は完了される。しかし、圧力低下の測定はパティキュレートフィルタ内に付着した煤の全量にしか関係せず、煤付着の均一性とは関係がない。発明者は、煤付着の広範囲の不均一が存在するのに再生を完了する可能性があり、それがその後の再生中パティキュレートフィルタの損傷の原因となることを立証した。従って、以下の説明の中で不完全と見なされるこのような再生はパティキュレートフィルタの長い耐用期間にとっては有害である。

従って、パティキュレートフィルタが脆弱化の原因となる過度の熱衝撃を受けることを防止するために再生条件の制御を改良することが、本発明のさらなる目的である。

このために、本発明は、パティキュレートフィルタの煤付着の均一性を測定するステップと、得られた均一性の値に応じて再生のパラメータを調整するステップとを含む、パティキュレートフィルタの再生を制御するために方法に関する。

従って、均一性測定に応じた再生条件の調整は、不完全な再生を回避するために役立つ。これによってパティキュレートフィルタは過剰な熱衝撃を受けることを免れ、パティキュレートフィルタの耐用年数を長くし、及び／又は、熱機械特性の点で劣る性能を持つ材料を使用できるようになる。

不完全な再生が生じないようにするために修正される再生パラメータは、ポスト噴射時間及び／又は流量であることが好ましい。

パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定は、上述の方法によって、即ちパティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流のそれぞれの固有量を測定し、その後このように測定された固有量（流量又は速度など）を相互に比較することによって行われることが好ましい。

パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定が、再生処理を制御するために使用できる唯一の測定ではないことが好ましい。再生が周知の先行技術の方法、特に圧力低下の測定を用いる方法又は所定のマイル数を走行したら再生が開始されるという方法によって或る程度制御されることが好ましい。再生を開始及び／又は完了する時点は、例えばパティキュレートフィルタの圧力低下を測定し、その後測定値を予め定められた値と比較することによって或る程度決定される。
−ポスト噴射の流量を制御するために、圧力低下の測定によって開始される再生の開始時、
−ポスト噴射時間を延長すべきか否かを決定するために圧力低下の測定によって決定された再生の完了時、
を交互に又は同時に、煤付着の均一性の測定を考慮に入れることができる。

再生の開始時にパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性が測定される第一の実施形態によれば、均一性が不十分である場合、特に測定値が予め定められた値を上回る場合、ポスト噴射の流量を減少させる。ポスト噴射の流量の減少は煤付着の均一を考慮に入れない場合にこの流量が示すであろう値に対して相対的に行われる。

再生の終了時にパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性が測定される第二の実施形態においては、ポスト噴射時間は一般に均一性が再び満足できるものになるのに充分な時間である。本発明による方法は、特に測定から得られた均一性の値と予め定められた値とを比較することによって行われた再生の不完全性を診断する第一のステップと、再生が不完全と診断されが場合にポスト噴射時間を延長する第二のステップとを含む。延長時間を予め定めるか又は許容可能な均一性の値の達成と相関させることができる。ポスト噴射時間の延長と同時に、例えばポスト噴射の流量を増大するために他の再生パラメータを調整することができる。

特に先行技術の周知の方法で、特にパティキュレートフィルタの圧力低下を測定することによって制御される再生の後、本発明による方法を実施することができ、再生後にのみ、煤付着の均一性が評価され、ポスト噴射時間の延長の形で修正が行われ、これが不完全と判断される場合にこれに付随して任意にポスト噴射の流量を増大させる。ポスト噴射の延長時間を予め定めることができる。例えば延長時間は正規の再生時間の所定の割合である。均一性の値が再び充分なものになったとき、特に予め定められた値より下に下がったとき、再生を停止することができる。

特に、パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定が、パティキュレートフィルタの略中央部に位置する長手方向部分及び前記パティキュレートフィルタの略周囲部に位置する長手方向部分を通過した２つのガス流のそれぞれの速度を測定し、絶対速度差ΔＶを決定することによって行われる場合、絶対速度差ΔＶが予め定められた値ΔＶ₁を上回る場合に再生は不完全であると診断されることが好ましく、再生が不完全であると診断される場合にポスト噴射時間は絶対速度差ΔＶが第二の予め定められた値Ｖ₂以下に下がるために必要な時間だけ延長される。その代わりに、ポスト噴射時間を予め決められた時間だけ増大することができ、煤付着の均一性の新たな測定が延長された再生の終了時に行われ、再生がまだ不完全であるか否か及びポスト噴射時間の新たな延長が必要であるか否かを決定するために役立てることができる。

その代わりに、上述の予め定められた値を固定閾値、又は、エンジン及び／又はパティキュレートフィルタの動作パラメータに応じて修正が加えられる値とすることができる。その場に応じた値の正確な決定は当業者の判断の範囲であり、特定のケースにのみ応用される明確な値を本明細書において示すことは妥当ではないだろう。

別の態様によれば、本発明は、上述の煤付着の均一性を測定するための方法又は再生を制御するための方法を実施するための装置に関する。

例えば「インライン」、即ち自動車のエンジンの排気通路において、又は（均一性測定の場合）「オフライン」特にパティキュレートフィルタの性能及び／又は所定のパティキュレートフィルタに最も適する再生特性を実験的に検査するために設計された試験台においてなど、様々な状況において前記方法を実施することができる。

後者の場合、この種の装置は特に
−パティキュレートフィルタの中へ空気などガスを送るための手段と、
−パティキュレートフィルタの中へ導かれる空気流を閉じ込めるための手段と、
−パティキュレートフィルタの中へ導かれる空気の流量及び（又は）圧力を調整するための手段と、
−パティキュレートフィルタの要素を通過する空気などガスの流れの固有量をパティキュレートフィルタの出口で測定するための手段と、
を含む。

固有量が速度である場合、測定手段は、例えば羽根型風速計、ホットワイヤ、ピトー管、ホットボールシステム、熱膜システム、ＰＩＶ（粒子画像速度計）型システム、風速に関連付けられるドップラー効果を測定するＬＤＡ（レーザードップラー風速計）型システムから選択される。

インライン実施の場合、本発明による方法は、エンジン好ましくはディーゼルエンジンの排気通路においてガス流の固有量（例えば速度又は流量）を測定するための少なくとも１つの手段並びに任意に比較及び再生制御のための手段を用いることによって有利に実施される。

従って本発明のさらなる内容は、パティキュレートフィルタ及び各々前記パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流の速度又は流量を測定するための少なくとも１つの手段を含むエンジン（特にディーゼルエンジン）の排気通路である。

ガス流の速度又は流量を測定するための各手段は、対応する長手方向部分に面してパティキュレートフィルタの下流サイド直後に配置される。

第一の実施形態によれば、排気通路はガス流の速度又は流量を測定するための２つの手段を含み、前記手段はそれぞれパティキュレートフィルタの中央部及び周囲部に固定される。

第二の実施形態によれば、排気通路はガス流の速度を測定するための手段を含み、前記手段は横向きに移動可能である。ただし、実施が容易であるため第一の実施形態のほうが好ましい。

測定される固有量が速度である場合、ガス流の速度を測定するための手段はピトー管であることが好ましい。上述の他の手段を使用することもできるが、コストの点からまた１０００℃を越える温度に耐える金属からこれを作ることができることから、ピトー管のほうが好ましい。

本発明に従って再生制御の方法を実施するために、排気通路は再生制御システムを含むことが好ましい。このシステムは、均一性の値を決定するために排気ガス流の速度又は流量を比較するための手段と、この均一性の値を予め定められた値と比較するための手段と、再生パラメータ、特にその時間及びポスト噴射の流量を制御するための手段とを含む。

比較の手段は例えば当業者には周知の任意のタイプの車搭載コンピュータから較正できる。予め定められた値を固定閾値又はエンジン及び／又はパティキュレートフィルタの動作パラメータに応じて修正が加えられる値とすることができる。

本発明の例示的な実施形態を参照して以下に本発明について説明するが、これに限定されることはない。

実施例１は、煤付着の均一性を測定するため及びパティキュレートフィルタの再生状態を診断するための方法の「オフライン」実施に関する。

この実施例において、パティキュレートフィルタに煤が装荷され、その後以下に説明される手順によってエンジン試験台で再生される。その後以下に詳細に説明される図１の装置を用いて煤付着の均一性が測定される。

使用されるパティキュレートフィルタは複数の一体式ハニカム要素を結合してフィルタブロックにする。射出成形要素は再結晶炭化珪素（Ｒ−Ｓｉｃ）から作られる。焼成後、機械加工され、炭化珪素を主原料とするセメントを用いて接着することによって組み立てられる。このようにして得られる構造はその後周知の技法を用いてコーティングセメントでコーティングされる。この種のフィルタ構造の製造は、特に特許文献１から４において開示されている。

その幾何学的特徴は表１に示される通りである。

パティキュレートフィルタに煤を装荷するため及び再生のために使用されるエンジン試験台は２．０Ｌ立方の容量及び直接噴射のディーゼルエンジンを含む。使用される燃料は５０ｐｐｍ未満の硫黄を含有するディーゼル燃料である。

煤装荷の間、エンジン動作点は、５０Ｎｍのトルクのとき速度３０００回転／分である。

再生中、速度は９５Ｎｍのトルクで１７００回転／分である。ノーマルと呼ばれる再生サイクルは約１０分間のポスト噴射を含む。

煤装荷及び／又は再生の後、煤付着の均一性が図１の装置を用いて「オフライン」で評価される。

この装置は、以下のものが連続的に配置される管状部材１である。

（１）エアフィルタ２
このエアフィルタは任意であり、システムにおける大気中に存在するダストの蓄積を防止する機能を有する。

（２）蝶形弁３
この蝶形弁はパティキュレートフィルタ４の入口の流量及び圧力を大雑把に制御するのに役立つ。

ただし、空気流量の最低値を得るためにこの蝶形弁３を精密弁５と結合すると有利である。この精密弁５は例えばギロチン式であり、略一定の温度を持つ空気流で動作するために役立つ。この精密弁５を追加することは１ｍ³／ｈ（立方メートル／時）より正確な流量精度及び空気の流れの方向にパティキュレートフィルタ４の上流近傍での圧力のより容易な調節を可能にする。得られる圧力の精度は約１ｍｂａｒ（１ｂａｒ＝０．１ＭＰａ）である。

（３）送風器６
送風器はパティキュレートフィルタ４の中へ空気を送り込むのに役立つ。最大送風空気流量は３５０ｍ³／ｈである。

（４）流量計７
流量計は取り扱い中、空気流量をチェックし制御するために役立つ。

（５）送風器６と末広ノズル９との間で調整されるチューブ８の長さ
送風器と末広ノズルとの間のチューブ８の長さはチューブの直径の５０倍より大きいと有利である。この形態は特にチューブ８の出口においてガス流線の略一定の速度を、即ち末広ノズルの入口において安定したガス流を得るために役立つ。

（６）末広ノズル９
末広ノズルの壁における空気流の脱離及び乱気流を防止するために、広がり頂点角は７度より小さいことが好ましく、例えば６°である。この形態は特にパティキュレートフィルタの入口に達するガス流線の均一性を得るために役立つ。

本発明の望ましい実施形態において、パティキュレートフィルタの入口及び末広ノズルの出口は直接接合される。しかし、パティキュレートフィルタのエンベロープ１０（技術上「キャニング」と呼ばれる）がパティキュレートフィルタ４の長さより長い長さを有し、末広ノズル９の出口１１とパティキュレートフィルタ４の入口１２との間にスペースが存在しても本発明の範囲内にある。例えば、本願出願人によって行われたテストの結果は、１０インチの長さのキャニングを用いて６インチの長さのフィルタ（１インチ＝２．５４ｃｍ）がパティキュレートフィルタの入口から４インチの距離に配置されるとき（図１を参照のこと）満足できる結果が得られることを立証した。

（７）圧力センサ１３
圧力センサは空気の流れの方向においてパティキュレートフィルタのすぐ上流に配置される末広ノズルの部分における絶対圧力及び／又はゲージ圧力をチェックし制御する機能を有する。

（８）パティキュレートフィルタの入口１２近くの任意の温度センサ１４

（９）空気の速度を測定するためのシステム１５
本発明に従ってガス流の速度を測定するための流体力学の分野において周知の任意のシステムから測定システムを選択することができる。例えば、本発明に従って下記のものを使用することが可能であるが、これらは限定的であると見なされないものとする：
−本発明の装置の出口においてパティキュレートフィルタの下流表面を掃引する１つ又はそれ以上の羽根型風速計
−パティキュレートフィルタの背部に固定式に又は可動式に及び／又は数ヶ所に配置される一連の又は１組の風速計
−ワイヤの熱損失に応じてガス速度を測定する１つ又はそれ以上のホットワイヤ又は１組のホットワイヤ
−１つ又はそれ以上のピトー管
−ホットボールシステム
−熱膜システム
−ＰＩＶ（粒子画像速度計）型システム
−空気速度に関連付けてドップラー効果を測定するＬＤＡ（レーザードップラー風速計）型システム

望ましい測定システム１５は横断面に可動式の風速計から成る。

パティキュレートフィルタの背部１６と空気測定システム１５との間の距離は一般に測定システム自体の寸法によって必要とされるスペースとパティキュレートフィルタの出口における空気流の力との間の折衷による。

実際には、ガス速度の測定を阻害する原因となる出口ガス流の「バックミキシング」を避けるためにこの距離を最小限に抑える形態が選択される。

一般に、パティキュレートフィルタ及び測定システム間の距離は０から数センチメートルまでであり、０から２ｃｍまでであることが好ましい。

実施例１の実施において、末広ノズルは６°の頂点角を有する。ガス速度測定システムは、十字に配置される２つのシリンダに取り付けられそれによって横断面の２つの走行軸Ｘ及びＹに沿った動きを可能にする、ＲＢＩインストゥルメンテーションズ（ＲＢＩ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ）が販売するシュルケネクト（Ｓｃｈｉｌｔｋｎｅｃｈｔ）ブランドの羽根型風速計から成る。直径９ｍｍの風速計がパティキュレートフィルタの前面から２ｍｍに配置される。パティキュレートフィルタ上流の圧力は１２ｍｂａｒである。

システムは第一のライン上をＸ方向に段階的に移動する。そのステップは１．８ｍｍに設定される。最良の識別能を得るために、ステップは流路の幅に等しくなるよう選択される。走行軸Ｘに沿ったラインが完了したら、システムは走行軸Ｙに沿って１刻みずつ下がる。Ｘ方向又はＹ方向の風速計の各動きにおいて、ガス速度の局部測定が行われる。このようにしてガス流の完全なＸＹマッピングが得られる。

パティキュレートフィルタには３つの異なるレベル、即ち、０．６９ｇ／Ｌ、１．４６ｇ／Ｌ及び５．５４ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１リットル当たりの煤のグラム数）の煤が装荷される。

下の表２は煤装荷レベルの各々に関してパティキュレートフィルタの中央部及び周囲部においてパティキュレートフィルタの下流で測定された速度を示している。より明確に言うと、３つの測定値はそれぞれＸ軸の値２．５ｃｍ（Ｐ₁）、８．５ｃｍ（Ｃ）及び１２．５ｃｍ（Ｐ₂）についてＸ軸のライン上で行われる。最後の欄はパティキュレートフィルタの中央部と周囲部との間の相対的な速度変化をパーセントで表す。

結果は、パティキュレートフィルタに付着した煤の量に応じてパティキュレートフィルタ下流の空気速度が変動することを示している。また、煤量が低い値（０．６９ｇ／Ｌ及び１．４６ｇ／Ｌ）の場合、速度値が略同じなので、パティキュレートフィルタの中央部と周囲部の付着は比較的均一であることも分かる。それに対して、使用される煤装荷条件において煤の量が大きい場合、付着は非常に不均一であり、パティキュレートフィルタの中央部により大きな量が付着される。従って、付着の不均一性はこの場合パティキュレートフィルタの２つ又は３つの異なる長手方向部分を通過したガス（この場合には空気）の２つ又は３つの速度の比較によって特徴付けられる。

この実施例は本発明に従って煤付着の均一性を測定するため及び再生を制御するための方法の「インライン」実施を示している。

パティキュレートフィルタは、各々７ｇ／Ｌの煤装荷及びその後の再生を含むサイクルを特定回数経る。第一の比較実施形態によれば、再生は測定された圧力低下によってのみ制御される。本発明の１つの実施形態によれば再生条件はパティキュレートフィルタにおける煤付着の均一性を測定することによっても制御される。

この実施例において、使用されるパティキュレートフィルタは実施例１のパティキュレートフィルタと同様である。同じエンジン試験台も使用されるが、この場合には排気通路はそれぞれパティキュレートフィルタの中央部及び周囲部に配置されるパティキュレートフィルタの下流の２つのピトー管を含むことが相違である。このピトー管はそれぞれパティキュレートフィルタの中央及び周囲長手方向部分を通過した２つの排気ガス流の速度のインラインの測定に役立つ。パティキュレートフィルタに付着する煤の均一性は２つの測定速度の間の速度差ΔＶの絶対値として特徴付けられる。従って、排気通路は、２つの測定速度を比較するための手段と、ΔＶの値を計算するための手段と、この値を予め定められた値と比較するための手段と、ΔＶの値がこの予め定められた値を上回り煤付着の過剰な不均一性を立証する場合に特定の再生パラメータを制御するための手段とを含む。

「圧力低下効率」又は「ΔＰ効率」は、煤装荷後の圧力低下の値マイナス再生後の圧力低下の値と、煤装荷後の圧力低下の値マイナス新しいフィルタの圧力低下の値との間の比率によって定められる。圧力低下効率が７ｇ／Ｌの煤の量に対応する予め決められた値、この場合には９０％より低いとき再生が開始される。

煤装荷後、実施例１の場合と同様１７００回転／分の速度及び９５Ｎｍのトルクに対応するエンジン速度で１０分間のポスト噴射を含む、ノーマルと呼ばれる再生が開始される。この再生は圧力低下の値を９０％又はそれ以上のＤＰ効率に対応する値まで回復させるのに役立つ。

実施例の比較実施形態によれば、再生パラメータは煤付着の均一性に応じて修正はされない。

本発明の実施形態によれば、ノーマル再生（ΔＰ効率の測定によって決定される）後ΔＶの値が２ｍ／ｓ（不完全な再生に対応する）に等しい予め定められた値ΔＶ₁より大きい場合、約２０％のポスト噴射時間の延長が適用される。ΔＶの値を大きく下げるのに役立つのでこの時間の増大が選択される。本発明を実施するための他の手順を選択して動作条件（エンジン及びフィルタなどのタイプ）に適応させることができることは明らかである。特に、ポスト噴射時間の延長に付随してポスト噴射の流量を増大させることができる。延長時間は固定でなく、特定の値ΔＶ₂と関連付けることができ、ΔＶの値がこの値ΔＶ₂以下に下がったら再生は停止される。

表３及び４はそれぞれ比較実施形態及び本発明による実施形態について得られた結果を示している。

いずれの場合にも、パティキュレートフィルタは前に定義したとおり各々煤装荷及び再生を含む８サイクルを経た。

各サイクルに関して、表はノーマル再生の終了時に測定された様々なデータ、即ちΔＰ効率、ΔＶの値、及び適用される場合には１０分間に対応するノーマル時間と比較したポスト噴射時間の延長、を示している。

再生後の圧力低下効率の高い値は、煤の全体量の減少の点で再生が効果的であることを示している。しかし、それぞれのサイクル間の中央部と周囲部との間の速度差ΔＶにおいて相関的な高い増大が観測され、これはパティキュレートフィルタの煤分布の均一性の低下を立証する。６番目及び７番目の再生は２ｍ／秒より大きい速度差と関連付けられるので、テスト状態においてこれらの再生を不完全と見なすことができる。しかし８番目の再生が完了すると、均一性は満足できる値に戻る。パティキュレートフィルタの試験はパティキュレートフィルタの急激な清浄に付随してパティキュレートフィルタの割れが生じたことを示している。

従って、圧力低下のみを測定してパティキュレートフィルタにおける煤付着の均一性を考慮に入れずに再生を制御することは、その後の再生中パティキュレートフィルタの熱衝撃及び機械的劣化を生じる原因となる煤付着の高い不均一性に関連した不完全な再生を生じる原因となる。

表４は本発明による実施形態を示している。

表３に示される比較実施形態と異なり、再生パラメータ、この場合にはポスト噴射時間が、ノーマル再生が不完全と診断された後に、特にパティキュレートフィルタにおける煤付着の不均一性が高すぎる場合には、修正される。

６−１で示される６番目のノーマル再生の後、ΔＶの値２．２は予め定められたΔＶ₁の値２．０より大きい。この再生は不完全と診断されるので、ポスト噴射時間の２０％増しが適用される。６−２で示される６番目のサイクルのこの第二の部分はΔＶの値を許容可能な値に回復するのに役立ち、従って、ポスト噴射時間の第二の延長は適用されない。

第８番目の再生後、パティキュレートフィルタには割れ又は機械的脆弱性は存在しない。従って、本発明に従って再生を診断し制御するための方法はパティキュレートフィルタの耐用期間を増大及び／又は熱機械特性の点で劣った性能を有する材料の使用を可能にするのに役立つ。

煤定着の均一性を測定するための「オフライン」方法を実施するための装置を示している。

Claims (16)

1. 排気通路内に使用するのに適したパティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を測定する方法であって、前記パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流のそれぞれの固有量を同時に又は順次に測定するステップと、該測定された固有量を相互に比較するステップとを含む方法。
2. 前記固有量が速度又は流量から選択される請求項１に記載の方法。
3. 前記パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した一連のガス流のそれぞれの速度が測定され、前記長手方向部分が１つの軸線に沿って又は横断面の２つの直交する軸線に沿って予め定められたピッチで配置されている請求項２に記載の方法。
4. 前記ピッチが長手方向の流路の幅に等しいか又はこれより小さい請求項３に記載の方法。
5. 前記パティキュレートフィルタの略中央部に位置する長手方向部分及び前記パティキュレートフィルタの略周囲部に位置する長手方向部分を通過した２つのガス流のそれぞれの速度が測定されると共に絶対速度差ΔＶが決定される請求項２に記載の方法。
6. パティキュレートフィルタの再生を制御する方法であって、前記パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性を測定するステップと、得られた均一性の値に応じて前記再生のパラメータを調整するステップとを含む方法。
7. 前記パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性の測定が、請求項１から５のいずれか１つに記載の方法を用いて行われる請求項６に記載の方法。
8. 前記パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性が再生開始時に測定され、前記均一性が不充分である場合にポスト噴射の流量を減少させる請求項６又は７のいずれかに記載の方法。
9. 前記パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性が再生終了時に測定され、前記均一性が不充分である場合にポスト噴射時間を延長する請求項６及び７のいずれかに記載の方法。
10. 前記再生終了時に請求項５に記載の方法によって前記パティキュレートフィルタ内の煤付着の均一性が測定され、前記絶対速度差ΔＶが予め定められた値ΔＶ₁を上回る場合に前記絶対速度差ΔＶを第二の予め定められた値ΔＶ₂以下に下げるために必要な時間だけ前記ポスト噴射時間を増大する請求項９に記載の方法。
11. パティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの異なる長手方向部分を通過した少なくとも２つのガス流の速度又は流量を測定するための少なくとも１つの手段とを含む、エンジン、好ましくはディーゼルエンジンの排気通路。
12. 前記ガス流の速度又は流量を測定するための手段が、対応する前記長手方向部分に面する前記パティキュレートフィルタの下流サイドの直後に配置される請求項１１に記載の排気通路。
13. 前記ガス流の速度又は流量を測定するための２つの手段を含み、該手段がそれぞれ前記パティキュレートフィルタの中央部及び周囲部に固定され配置される請求項１１又は１２のいずれかに記載の排気通路。
14. 前記ガス流の速度を測定するための手段を含み、該手段が横向きに移動可能である請求項１１又は１２のいずれかに記載の排気通路。
15. 再生制御システムを更に含み、該再生制御システムが、均一性の値を決定するために排気ガス流の速度又は流量を比較するための手段と、前記均一性の値を予め決められた値と比較するための手段と、前記再生のパラメータを制御するための手段とを含む請求項１１から１４のいずれか１つに記載の排気通路。
16. 前記ガス流の速度を測定するための手段がピトー管である請求項１１から１５のいずれか１つに記載の排気通路。

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