JP2009531580A - 粒子フィルタ再生装置、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

粒子フィルタ再生装置、システムおよび方法が開示される。この装置は、主排気チャネル（１２４）から排気ガスを排出し、粒子フィルタ（２１４）の上流で排気ガスを主排気チャネル内に再導入するように構成されたバイパス排気チャネル（４０２）と、バーナ（４０４）と、再生モジュール（３０４）と、を具え、再生モジュール（３０４）は、排気ガス変量をモニタリングし、排気ガス変量に応じて、排気ガスの一部をそらせバイパス排気チャネルに通す。このシステムは、トランスミッション（１０４）および前記装置に接続する内燃機関を有する乗物（１００）を具える。本発明の方法は、主排気チャネル（１２４）から排気ガスを排出し、この排気ガスを主排気チャネル（１２４）に再導入するステップと、排気ガスの温度を上昇させるステップと、排気ガス変量をモニタリングし、排気ガス変量に応じて排気ガスの一部を選択的にそらせるステップと、を具える。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に、フィルタシステムに関し、より具体的には、粒子フィルタ再生に関する。

環境保護局（ＥＰＡ）によって設けられた粒子状物質排出基準は、都市バスおよび大型トラックの全てに、粒子状物質の排出が０．１ｇｍ／ｈｐ−ｈｒ未満であることを必要とする。これらの粒子は、１２５°Ｆの温度で周囲空気を用いて希釈した後、標準的なフィルタによって回収可能である凝結水以外の内燃機関の排気中の全ての物質として、ＥＰＡによって規定されている。このような定義に含まれるのは、周知のカルシノゲンや硫酸塩などの、凝集した炭素粒子、吸収された炭化水素である。

これらの粒子は、寸法が極めて小さく、塊の平均直径は０．５〜１μｍであり、かさ密度が極めて低い。通常の乗物の使用期間中、捕捉しなければならない約２０立方フィートの粒子状物質が、１００，０００マイルのエンジン運転ごとに排出されている。この約１００ｌｂｓ又はそれ以上の粒子状物質の量は、乗物の種類に大きく依存している。粒子１ポンドが約３５０立方インチの体積を占めるので、この粒子状物質は、乗物内に蓄積することはできないのは明らかである。従って、これらの乗物の排気エミッションから粒子を効率的かつ確実に除去するフィルタシステムが求められている。

このような解決法の１つは、電気ヒータおよび触媒ベッドである。通常の運転条件では、内燃機関からの排気ガスは、外側通路を通って流れ、引き続き、システムの端部に配置されたフィルタを流れ、ここで排気中の粒子状物質の一部が捕捉され、残りは大気中に放出される。システムが十分な量の粒子が回収されたことを感知すると、排気ガス流の一部を内側流路に通して、電気ヒータおよび触媒ベッドを通って流れるように方向付ける。この触媒ベッドは、排気流と燃料を混合させ約１２００°Ｆに触媒ベッドの温度を上昇させる吸引装置に具え付けられている。この温度は、フィルタにある炭素粒子を燃焼させ始めるのに十分である。この燃焼サイクルが完了すると、排気は再度外側通路を通るようにルート化される。なお、この燃焼サイクル中の過剰な排気流れは、大気中に直接放出される。再生されるフィルタと燃料供給部との間に触媒ベッドを配置することによって、触媒ベッドは、吸気された燃料および極めて高温に直接晒される。これによって、高額な修復またはシステム全体の交換を必要とする硫酸の形成および触媒の焼損を阻止することが可能となる。

他の解決法は、粒子トラップの上流に触媒を配置し、吸気した燃料に触媒を直接晒すことことである。この燃料は、排出の一部と混合され、触媒を介して消費され、温度が６００°Ｃまで上昇する。この加熱された混合物は、次いで、粒子トラップで保持される粒子状物質を酸化するために、粒子トラップを通るように案内される。再度、触媒を吸気燃料および高温に晒すことによって、望まない硫酸塩が形成され、触媒が焼損する可能性がある。

粒子トラップおよび粒子トラップ再生システム内で排出された粒子を捕捉するさらなる試みは、粒子トラップの再生目的に使用されるディーゼル燃料バーナーの下流の排気流内に配置される粒子トラップを含む。通常運転中、エンジン排気は、粒子トラップを通り、粒子トラップの下流に配置されたマフラに向かい、次いで、大気中に放出される。十分な圧力が形成されたことが制御システムによって感知されると、再生サイクルが開始される。これと同時に、排気ガスが、バイパス管を通り、マフラーを通り、大気中に放出される。ディーゼル燃料は、ディーゼル燃料バーナ内に吸気され、燃料−空気混合物を形成し、制御システムによって感知された条件に応じてスパークプラグによって点火される。燃焼混合物は、１２００〜１４００°Ｆの間の温度で維持され、トラップ中に保持された粒子を適宜酸化する。混合気および粒子は、トラップから除去されてから、さらに、大気中に放出される。このような工程において、再生サイクル中に放出される排気ガスとともにこれらの粒子は、さらに処理されることなく大気中に直接放出される。これらの未処理のエミッションは、ＥＰＡ基準を超える粒子が検出されることとなる。

上記から明らかのように、ディーゼルエンジン排気から放出される粒子の量を大量かつ確実に低減させる排気粒子トラップおよびその再生システムが差し迫って必要とされている。

本発明は、当分野の現状、特に、現在入手可能な粒子フィルタ再生システムによって十分に解決されていないこの分野における問題および必要性に答えて開発された。従って、本発明は、当分野の上述した欠点の多くのあるいは全てを克服する粒子フィルタ再生装置、システムおよび方法を提供する。

粒子フィルタ再生装置に、粒子フィルタの再生に必要なステップを機能的に実行するように構成された複数のモジュールを含むロジックユニットが提供される。実施例に記載されたこれらのモジュールは、エンジンから排気ガスを排出するように構成された主排気チャネルと、この主排気チャネルに接続するバイパス排気チャネルであって、主排気チャネルから排気ガスを排出し、続いて、排気ガスが粒子フィルタを流れる前に、主排気チャネル内に排気ガスを再導入するように構成されたバイパス排気チャネルと、を具える。

さらに、この装置は、排気ガスに点火して排気ガスの温度を上昇させるように構成されたバイパス排気チャネルの内側面に結合されたバーナを含み、粒子フィルタは主排気チャネルと一体化され、バイパス排気チャネルの下流に配置される。一実施例において、この装置は、複数の排気ガス変量をモニタリングして、これらの複数の排気ガス変量に応じて、排気ガスの一部を選択的にそらしてバイパス排気チャネルを通るように構成された再生モジュールを具える。

さらなる実施例において、装置は、さらに、再生モジュールと接続し、かつ再生モジュールからの指令に応じて排気ガスの一部をバイパス排気チャネルに通して案内するように構成されたバルブを具える。この再生モジュールは、バルブに指令を送り、約５〜２５％の範囲の排気ガスをバイパス排気チャネルに通して案内するように構成されてもよい。

バーナは、排気ガスの温度を所定の温度まで上昇させるように構成されてもよく、排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との差は、約１００〜４００°Ｃの範囲である。一実施例において、この装置は、バイパス排気チャンバ内に未点火の燃料を注入するように構成されたインジェクタを含む。他の実施例において、排気ガスの変量は、温度、圧力、酸素含有量、窒素酸化物含有量および流量からなる群から選択される。

本発明のシステムは、粒子フィルタを再生することを提供する。特に、一実施例において、本発明のシステムは、トランスミッションと、内燃機関からの排気ガスを排出するように構成された主排気チャネルと、主排気チャネルに接続され、かつ主排気チャネルから排気ガスを排出するように構成され、続いて、主排気チャネル内に排気ガスを再導入するように構成されたバイパス排気チャネルと、を具える。

さらに、本発明のシステムは、バイパス排気チャネルの内部面に接続され、かつ排気ガスを点火し、続いて排気ガスの温度を上昇させるように構成されたバーナと、主排気チャネルと一体化され、バイパス排気チャネルの下流に配置された粒子フィルタと、を具え、この粒子フィルタは、排気ガスから粒子を除去するように構成されている。他の実施例において、このシステムは、複数の排気ガス変量をモニタリングし、複数の排気ガス変量に応じて排気ガスの一部をバイパス排気チャネルに通して選択的に迂回させるように構成された再生モジュールを含む。

本発明の方法は、さらに、粒子フィルタ再生を提供する。開示された実施例における方法は、記載された装置およびシステムの運転に関して上述の機能を実施するために必要なステップを実質的に含む。一実施例において、この方法は、内燃機関から排気ガスを排出するステップと、主排気チャネルから排気ガスを排出するステップと、次いで、主排気ガスへこの排気ガスを再導入するステップと、を具える。

本発明の方法は、さらに、排気ガスを点火するステップと、次いで、排気ガスの温度を上昇させるステップと、複数の排気ガス変量をモニタリングするステップと、複数の排気ガス変量に応じて排気ガスの一部をそらしてバイパス排気チャネルを通すステップと、を具える。

さらなる実施例において、本発明の方法は、再生モジュールからの指令に応じて排気ガスの一部をバイパス排気チャネルに通して案内するステップを具える。さらに、この方法は、排気ガスの温度を所定の温度まで上昇させるステップと、バイパス排気チャンバ内に未点火燃料を注入するステップと、を具える。

特性、利点または同様の用語に関する本明細書中の示唆は、本発明によって実現される全ての特徴および利点が本発明のいずれか１つの実施例において実現されることを意味していない。むしろ、これらの特徴および利点を示唆する用語は、本発明の少なくとも１つ実施例を含む実施例に関連して記載される特定の特性、利点または特徴の意図するところを理解されたい。従って、特性および利点ならびに同様の用語の議論は、必ずしも必要ではないが、本発明の実施例を意味する。

さらに、記載された本発明の特性、利点および特徴は、１又はそれ以上の実施例において適宜な態様で組み合わせることができる。当業者であれば、本発明は、特定の実施例の１又はそれ以上の特別な特性または利点なしでも、実施され得ることを理解されたい。他の例においては、さらなる特性および利点は、本発明の全ての実施例に記載されてなくても、いくつかの実施例において、理解されるであろう。

本発明の特性および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになり、または、以下に記載される本発明の実施例によって理解されるであろう。

本明細書に記載される多数の機能ユニットは、実施の独立性（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ）をより強化するために、モジュールとしての分類される。例えば、モジュールは、カスタムＶＬＳＩ回路、ゲートアレイ、ロジックチップ、トランジスタまたは他の個別部品など入手可能な半導体を具えるハードウェア回路として実装することができる。モジュールは、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイスなどプログラム可能なハードウェアデバイスに実装することが可能である。

さらに、モジュールは、ソフトウェアに実装され、各種プロセッサによって実行することができる。実行可能なコードからなる周知なモジュールは、例えば、対象、手順または機能などで構成され得る機械語指令（コンピュータインストラクション）の１又はそれ以上の物理ブロックまたは論理ブロックを具える。しかしながら、このような特定のモジュールの実行ファイルは、物理的に一緒に配置される必要はないが、別の位置に記録した種々の指令を具え、これらの指令は、論理的に結合（演算）された場合、このモジュールを具え、このモジュールに記載されている目的を達成する。

実際、実行可能なコードからなるモジュールは、１つの指令または多数の指令でもよく、いくつかの異なるコードセグメントの上に、様々なプログラムに共通して、いくつかのメモリデバイスにわたって分布している。同様に、操作データはモジュール内に識別され、説明され、適宜の種類のデータ構造内で構成される。操作データは、１つのデータセットとして集積され、様々な記憶装置を含む様々な位置に亘って分散され、少なくとも部分的に、システムまたはネットワークの電気信号として単に存在する。

本明細書中の「一実施例」「実施例」または同様の用語は、本発明の少なくとも１つの実施例が含まれる実施例に関連して記載された特定の特性、構造または特徴を意味する。従って、本明細書中の「一実施例において」「実施例において」または同様の用語は、必ずしもではないが、本発明の実施例を意味する。

単一の担持媒体は、信号を発生させることができるいずれかの形態をとることができ、信号を発生させ、デジタル処理装置上で機械読み取り可能な指令からなるプログラムの実行する。信号担持媒体は、伝送回線、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気テープ、ベルヌーイドライブ、磁気ディスク、パンチカード、フラッシュメモリ、集積回路またはその他のデジタル処理装置メモリデバイスによって具体化される。

さらに、本発明の記載された特性、構造または特徴は、１又はそれ以上の実施例において適宜な状態で組み合わされる。以下の記載において、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザセレクション、ネットワークトランスアクション、データベースクエリ、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップなど、多数の特別な詳細が提供され、本発明の実施例が完全に理解される。しかしながら、当分野の当業者であれば、１又はそれ以上の詳細なしで、または、その他の方法、構成要素、材料などを用いて本発明を実行できることが理解されるであろう。他の例では、周知の構造、材料または操作は、本発明の態様を不明瞭にするのを避けるために、詳細に示さず、記載しなかった。

図１は、粒子フィルタ再生システムの一実施例を例示する概略的ブロック図である。一実施例において、本システムは、乗物１００を具える。この乗物１００は、自動車、トラック、バスまたはその他の内燃機関で駆動する乗物でもよい。乗物１００は、トランスミッション１０４に結合された内燃機関１０２を具える。内燃機関１０２（以後、「エンジン１０２」）は、圧縮着火（ＣＩ）を具えた４ストロークディーゼル燃料型でもよい。代替としては、エンジン１０２は、限定する趣旨ではないが、２ストロークディーゼル燃料型、スパーク着火（ＳＩ）型エンジン、もしくは、ガス燃料型またはガソリン燃料型などの各種エンジンでもよい。トランスミッション１０４を具えたエンジン１０２は、一般的に「ドライブトレーン」と呼ばれる。

一実施例において、ドライブトレーン１０６は、地面に接地しているホイール１０８の形状の一対の回転推進部材を具える。エンジン１０２の出力シャフト１１０は、エンジン１０２をトランスミッション１０４のトルクコンバータ１１２に連結する。このトランスミッションは、マニュアル、自動、または自動マニュアルトランスミッションを具える。

推進シャフト１１４は、トランスミッション１０４の駆動シャフト１１６に回転可能に結合され、エンジン１０２からホイール１０８にトルクを伝達し、乗物を推進する。ドライブトレーン１０６のこのような記載は、標準的な構成要素を有するドライブトレーン１０６の主な構成要素に関するもので、このような標準的な構成要素は、当分野の当業者に周知である標準構成要素として特に記載していない。

一実施例において、エンジン１０２は、吸気マニホールド１１８、排気マニホールド１２０、ターボチャージャ１２２および排気システム１２４を具える。排気ガスおよび燃焼ガスは、通常、矢印１２６によって示される方向に流れる。当分野の当業者に周知なように、排気ガスは、エンジン１１２から、排気マニホールド１２０へと排気され、ターボチャージャ１２２を介して排気システム１２４へと押し出される。ターボチャージャ１２２は、この排気ガスの流れを利用して、吸気マニホールド１１８を介し燃焼ガス流を加速させ、続いて、エンジン１１２の性能を向上させる。代替として、乗物１００は、ターボチャージャ１２２を実装していなくてもよい。

乗物１００を運転中、運転者は、スロットル１２８、ギアセレクションモジュール１３０、および、ステアリングホイールなどの複数の入力デバイス（図示せず）を使用する。一実施例において、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１３２は、複数の入力デバイス、スロットル１２８およびギアセレクションモジュール１３０から制御データを受信するように構成されている。このＥＣＭ１３２は、さらに、データを読み取って、エンジン１３２に指令信号を送信するように構成されている。当分野の当業者であれば、ＥＣＭ１３２は、燃料システムなどの複数のシステムへの指令が可能であることを理解されるであろう。

一実施例において、ＥＣＭ１３２は、データネットワーク１３４中の乗物１００の各種システムに接続されるように構成されている。このデータネットワーク１３４は、スロットル１２８およびギアセレクションモジュール１３０が指令を伝える共通データパスでもよい。さらに、このデータネットワーク１３４は、複数のデバイス１２８，１３０および１３２の各々の間の個別のワイヤ接続またはワイヤレス接続を具える。代替として、各デバイス１２８、１３０および１３２は、他のデバイスの各々に個別に接続してもよい。

乗物１００は、さらに、排気システム１２４に結合し、かつターボチャージャ１２２の下流に配置された統一型ハウジング１３６を含んでもよい。本明細書中に使用されるように、「下流」は、テールパイプ（図示せず）などの排気出口へより近い方向、またはその位置を意味する。一実施例において、統一型ハウジング１３６は、エンジン１０２からの粒子状物質排出を低減する粒子トラップシステムを具える。

図２は、先行技術による粒子フィルタ再生用システム２００の一実施例を例示する概略的ブロック図である。一実施例において、システム２００は、ＥＣＭ１３２、統一型ハウジング（以後、「ハウジング」）１３６、燃料ポンプ２０２、燃料圧力センサ２０４、燃料インジェクタ２０５、複数の温度センサ２０６、複数の圧力センサ２０８および圧力モジュール２１０を具える。さらに、ハウジング１３６は、酸化触媒２１２、および、触媒化煤煙フィルタ（ｃａｔａｌｙｚｅｄ ｓｏｏｔ ｆｉｌｔｅｒ）又は粒子フィルタ２１４を具える。

一実施例において、燃料ポンプ２０２は、燃料タンクから燃料を送出するインタンク（ｉｎ−ｔａｎｋ）燃料ポンプ（図示せず）でもよい。燃料ポンプ速度および燃料流は、ＥＣＭ１３２から送られる指令に基づいて変化する。ソレノイドなどの他の送出デバイスは、一定圧力で燃料を送出するために使用される。燃料圧力センサ２０４は、ＥＣＭ１３２と燃料圧力情報を通信するように構成することができる。他の実施例において、システム２００は、さらに、燃料ポンプ２０２と燃料インジェクタ２０５との間に燃料ライン２１８に配置された燃料遮断バルブ２１６を含む。さらに、燃料圧力センサ２０４は、燃料遮断バルブ２１６と接続しており、燃料遮断バルブ２１６を開閉するように構成されている。

記載された実施例において、第１の温度センサ２０６ａは入口２１８のすぐ上流に配置され、第２の温度センサ２０６ｂは酸化触媒２１２のすぐ下流に配置され、第３の温度触媒は出口２２０のすぐ下流に配置されている。単純化のために、第１、第２および第３の温度センサ２０６ａ、２０６ｂおよび２０６ｃは、まとめて「複数の温度センサ２０６」と呼ぶことがある。

他の実施例において、第１の圧力センサ２０８ａは粒子フィルタ２１４のすぐ上流に配置され、第２の圧力センサ２０８ｂは粒子フィルタ２１４のすぐ下流に配置されている。単純化のために、第１および第２の圧力センサ２０８ａおよび２０８ｂは、まとめて「複数の圧力センサ２０８」と呼ぶことがある。この圧力モジュール２１０は、複数の圧力センサ２０８と接続し、複数のセンサ２０８を継続的にモニタリングするように構成されてもよい。さらに、圧力モジュール２１０は、ＥＣＭ１３２と圧力情報を通信することができる。

酸化触媒２１２は、未燃焼の炭化水素を酸化するために、金属性またはセラミック性基体を介する流れの上に貴金属酸化触媒を具えていてもよいが、システム２００の操作性は、特定の種類の酸化触媒に依存しない。粒子フィルタ２１４は、未触媒化壁流モノシリック型または未触媒化セラミックフォーム型であってもよい。壁流モノシリックおよびセラミックフォーム型は双方共、排気ガス流中の炭素原子を十分に捕捉する。

このシステム２００は、酸化触媒２１２および粒子フィルタ２１４を通る全ての排気ガスをルート化して排出物を制御するように構成されている。排気ガスの組成物は、ＥＣＭ１３２によって制御できる。ＥＣＭ１３２は、シリンダ内（ｉｎ−ｃｙｌｉｎｄｅｒ）エンジンを制御し、燃料インジェクタ２０５を介して排気を燃料に加えることによって、排気ガスの組成物を調節する。

図３は、本発明による粒子フィルタ再生システム３００の一実施例を示す概略的なブロック図である。システム３００は、電気加熱触媒３０２を具えることができる。電気加熱触媒３０２は、燃料インジェクタ２０５によって注入される燃焼可能な燃料を酸化するように構成される。電気加熱触媒３０２を流れる電流は、電気加熱触媒３０２を加熱する。この熱は、燃料と排気ガスの混合物を触媒酸化燃焼させる。他の実施例において、電気加熱触媒３０２は、注入した燃料を利用しないで、排気ガスを加熱するように構成される。

一実施例において、ＥＣＭ１３２は、再生モジュール３０４を具える。再生モジュール３０４は、複数の排気ガス変量をモニタリングし、所定の閾値に達したことに対応して、電気加熱触媒３０２を活性化するように構成される。排気ガス変量は、限定する趣旨ではないが、排気物温度、排気圧力、酸素含有量、窒素酸化物含有量および排気流を具える。電気加熱触媒３０２は、排気温度を、粒子フィルタ２１４に捕捉された粒子を焼却するレベルまで上昇させる。このようにして、粒子フィルタ２１４は再生される。

図４は、本発明による粒子フィルタ再生システム３００の一実施例を示す概略的なブロック図である。システム３００は、排気システム１２４に結合したバイパスチャネル４０２を具える（以後、「主排気チャネル」）。このバイパスチャネル４０２は、主排気チャネル１２４から排気ガスを排出し、続いて、排気ガスが粒子フィルタ２１４を流れる前に、主排気チャネル内に排気ガスを再導入するように構成される。

一実施例において、バーナ４０４は、バイパスチャネル４０２の内側面に結合されている。バーナ４０４は排気ガスを点火し、排気ガスが、主排気チャネル１２４を流れる排気ガスと再混合される前に、排気ガス温度を上昇させるように構成されている。バーナ４０４は点火モジュール４０６に結合してもよい。点火モジュール４０６はＥＣＭ１３２と通信し、ＥＣＭ１３２からの指令に応答するように構成されている。さらなる実施例において、バーナ４０４は、外部の酸素源を必要とせず、酸素源として未燃焼の排気ガスを用いてディーゼル燃料を点火するように構成したディーゼル燃料バーナである。

記載された実施例において、システム３００は、複数の燃料インジェクタ２０５を具える。第１の燃料インジェクタ２０５ａは、排気ガスの流れ全体を放射する「自動放射（ｄｏｓｉｎｇ）インジェクタ」とも呼ばれる。第２の燃料インジェクタ２０５ｂは、バイパスチャネル４０２内の排気ガス流に対するより細かい温度調節を可能とする「バーナインジェクタ」を指す。一実施例において、第１および第２の燃料インジェクタ２０５ａおよび２０５ｂは、酸化触媒２１２などの下流の触媒要素の排気組成物および排気温度を独立して制御することを可能とする。さらに、これによって、粒子フィルタ再生のための排気流、排気温度および酸素含有量の作動範囲がより広くなる。

図５は、本発明による粒子フィルタ再生システム３００の一実施例を示す概略的ブロック図である。一実施例において、システム３００は、燃料をバイパスチャネル４０２に直接注入するように構成された単一の燃料インジェクタ２０５を具える。他の実施例において、システム３００は、バイパスチャネル４０２からの排気ガスを主排気ガスチャネル１２４からの排気ガスと再混合する排気ガス混合装置を具える。

記載された実施例において、排気ガス混合装置は、主排気チャネル１２４にベンチュリ装置５０２を具える。このベンチュリ装置５０２は、排気ガス流を圧縮するテーパ状入口を具える。排気ガスは、ベンチュリ装置５０２を介し加速され、続いて排気ガス圧力は低下する。低下したガス圧力は真空効果を有し、バイパスチャネル４０２から排気ガスを吸引する。これにより排気ガスが効率的に混合される。さらに、ベンチュリ装置５０２によって生じた真空は、バイパスチャネル４０２内に排気ガスを吸引させる。このベンチュリ装置５０２は、排気ガス温度を上昇させる必要性にかかわらず、バイパスチャネル４０２内にガスを吸引するように構成される。

図６は、本発明による粒子フィルタ再生システム３００の一実施例を示す概略的ブロック図である。一実施例において、このシステム３００は、再生モジュール３０４からの指令に応じて排気ガスの一部をバイパス排気チャネル４０２に通して案内するように構成されたバルブを具える。

このバルブ６０２は、排気ガスを制限しないように構成された完全に開いた位置から、実質的に１００％の排気ガスをバイパス排気チャネル４０２に通して案内するように構成された完全に閉じた位置まで、調節可能である。記載された実施例において、バルブ６０２は、中心点で回動するように構成されている。代替としては、受動機械バルブ／レギュレータが、バイパスチャネル４０２内に配置され、バイパス排気チャネル４０２を通る排気ガス流量を調節するように構成される。

以下の概略的なフローチャート図は、論理的フローチャート図として記載されている。このように、記載された順序および名称が付与されたステップは、本発明の方法の一実施例を示している。他のステップおよび方法は、例示された方法の１又はそれ以上のステップあるいはその部分に対する機能、論理または効果と等しいものと考えられる。さらに、使用されるフォーマットおよびシンボルは、本発明の方法の論理的ステップを説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないと理解されたい。各種矢印およびラインがフローチャート図に使用されているが、これらは対応する方法の範囲を限定するものではないと理解されたい。実際に、いくつかの矢印または他の接続記号は、本発明の方法の論理的流れを示唆するためにのみ使用されている。例えば、矢印は、列挙されたステップ間の非特異的時間の待機期間またはモニタリング期間を示す。さらに、特定の方法が生じる順序は、示されるステップの順序を厳密に守るものでもよく、守らなくてもよい。

図７は、本発明による粒子フィルタ再生方法７００の一実施例を示す概略的フローチャート図である。この方法７００は始動してから（ステップ７０２）、再生モジュール３０４が触媒化煤煙フィルタ２１４にわたる圧力差をモニタリングする（ステップ７０４）。一実施例において、触媒化煤煙フィルタ２１４にわたる圧力差をモニタリングすることは（ステップ７０４）、圧力センサ２０８ａで圧力を測定するステップと、圧力センサ２０８ｂで圧力を測定するステップと、続いて、圧力差を計算するステップと、を具える。圧力センサ２０８ａでの圧力の増大は、再生が必要である詰まった触媒すすフィルタを示唆している。

触媒化煤煙フィルタ２１４にわたる過剰な圧力に対する所定の閾値は、排気ガス流の特徴と組み合わされて触媒化煤煙フィルタ２１４の物理的特徴に従って設定される。排気ガス流の特徴の例には、限定する趣旨ではないが、排気量が含まれる。

再生モジュール３０４は過剰な圧力を検出し（ステップ７０６）、再生モジュールが触媒化煤煙フィルタを再生するのに十分な温度を検出すると、再生モジュールは、圧力のモニタリング（ステップ７０４）を継続する。しかしながら、再生モジュールが、複数の温度センサ２０６で捕捉された粒子を燃焼するのに十分な温度を検出すると（ステップ７０８）、再生モジュールは、バイパス排気チャネル４０２を通って迂回する排気ガスの割合を決定する（ステップ７１０）。

再生モジュール３０４は、バイパス排気チャネル４０２を介して、所定の割合の排気ガスを迂回させるためのバルブ６０２位置を設定する（ステップ７１２）ことができる。一実施例においては、再生モジュール３０４はバーナを作動させる（ステップ７１４）。代替としては、再生モジュール３０４は、バルブ６０２位置を設定する（ステップ７１２）必要はなく、むしろ、図５に関して上述したように、ベンチュリ装置５０２にバイパス排気チャネル４０２を通って排気ガスを吸引させることができる。

さらなる実施例において、再生モジュール３０４は、主排気チャネル１２４に注入する（ステップ７１６）ように燃料圧力センサ２０４に指令することができ、代替としては、バイパス排気チャネル４０２に直接入れるように燃料圧力センサ２０４に指令することができる。この再生モジュールは、バーナの作動と、それに続く高温を維持し（ステップ７１８）、バイパス排気チャネル４０２の排気ガスは、主排気チャネル１２４の排気ガスと再混合され、酸化触媒２１２および触媒化煤煙フィルタ２１４を通過させる。

高温にすることによって、詰まった粒子を着火させ、これにより、詰まった粒子を除去することで、触媒化煤煙フィルタ２１４が再生される。再生モジュール３０４は、触媒化煤煙フィルタ２１４にわたる圧力差をモニタリングし続けて、圧力差が閾値圧力に達したとき（ステップ７２０）、再生モジュール３０４は、バーナの動作を停止する（ステップ７２２）。さらなる実施例において、再生モジュールは、乗物の運転中、バルブを開き（ステップ７２４）、乗物１００が作動している間、圧力をモニタリングを続ける（ステップ７０４）。

本発明は、本発明の精神および本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態において実施される。記載された実施例は、例示のみを目的として、限定を意図するものではない。本発明の範囲は、従って、上述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される。特許請求の範囲と同等の手段およびその範囲内の変形は、本発明の範囲に含まれる。

本発明の利点を十分理解するために、上述された本発明のより詳細な説明は、添付の図面に示される具体的な実施例を参照することによってなされる。これらの図面は、本発明の典型的な実施例のみを示しているので、従って、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明は添付の図面の利用を介してさらなる特徴部および詳細について記載され、説明される。
図１は、粒子フィルタ再生システムを有する乗物の実施例を示す概略的なブロック図である。 図２は、先行技術による粒子フィルタ再生システムの一実施例を示す概略的なブロック図である。 図３は、本発明による粒子フィルタ再生システムの一実施例を示す概略的なブロック図である。 図４は、本発明による粒子フィルタ再生システムの一実施例を示す概略的なブロック図である。 図５は、本発明による粒子フィルタ再生システムの一実施例を示す概略的なブロック図である。 図６は、本発明による粒子フィルタの一実施例を示す概略的なブロック図である。 図７は、本発明による粒子フィルタ再生に関する方法７００の一実施例を示す概略的フローチャートである。

Claims (25)

1. 粒子フィルタ再生装置において、
   エンジンから排気ガスを排出するように構成された主排気チャネルと、
   前記排気チャネルに結合したバイパスチャネルであって、前記主排気チャネルから排気ガスを排出し、次いで、排気ガスが粒子フィルタを通る前に、前記排気ガスを前記主排気チャネルに再導入するように構成されたバイパス排気チャネルと、
   前記排気ガスを点火し、前記排気ガスの温度を上昇させるように構成された、バイパス排気チャネル内側面に結合したバーナと、
   前記主排気チャネルと一体化され、かつ前記バイパス排気チャネルの下流に配置される前記粒子フィルタであって、前記排気ガスから粒子を除去するように構成される前記粒子フィルタと、
   複数の排気ガス変量をモニタリングし、かつ複数の前記排気ガス変量に応じて排気ガスの一部がバイパス排気チャネルを通り選択的に迂回するように構成された再生モジュールと、
   を具えることを特徴とする粒子フィルタ再生装置。
2. 前記再生モジュールに接続しており、かつ前記再生モジュールからの指令に応じて排気ガスの一部をバイパス排気チャネルに通して案内するように構成されたバルブを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記再生モジュールは、約５〜２５％の範囲の排気ガスを前記バイパス排気チャネルに通して案内する指令を前記バルブにするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記バーナが、前記排気ガスの温度を所定の温度まで上昇させるように構成され、排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との差が、約１００〜４００°Ｃであることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との差が、約２００°Ｃであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記バイパス排気チャンバ内に未点火燃料を注入するように構成されたインジェクタをさらに具えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記複数の排気ガス変量が、温度、圧力、酸素含有量、窒素酸化物含有量および流量からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 粒子フィルタ再生システムにおいて、
   トランスミッションに結合された内燃機関を有する乗物と、
   前記内燃機関から排気ガスを排出するように構成された主排気チャネルと、
   前記主排気チャネルに接続されたバイパス排気チャネルであって、前記主排気チャネルから排気ガスを排出し、前記排気ガスを前記主排気チャネルに再導入するように構成されたバイパス排気チャネルと、
   前記排気ガスを点火し、続いて前記排気ガスの温度を上昇させるように構成された、バイパス排気チャネル内側面に結合されたバーナと、
   前記主排気チャネルと一体化され、かつ前記バイパス排気チャネルの下流に配置された粒子フィルタであって、前記粒子フィルタが前記排気ガスから粒子を除去するように構成される、粒子フィルタと、
   複数の排気ガス変量をモニタリングし、前記複数の排気ガス変量に応じて前記排気ガスの一部が前記排気チャネルに通って選択的に迂回するように構成された再生モジュールと、
   を具えることを特徴とする粒子フィルタ再生システム。
9. 前記再生モジュールと接続しており、かつ前記再生モジュールからの指令に応じて前記排気ガスの一部を前記バイパス排気チャネルに通して案内するように構成されたバルブを更に具えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記再生モジュールが、約５〜２５％の間の範囲の排気ガスをバイパス排気チャネルに通して案内する指令を前記バルブにするように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記バーナが、所定温度まで排気ガス温度を上昇させるように構成され、排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との差が、約１００〜４００°Ｃの範囲であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
12. 前記排気ガスの初期温度と燃焼後の温度の差が、約２００°Ｃであることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 未点火燃料をバイパス排気チャンバ内に注入するように構成されるインジェクタをさらに具えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
14. 前記複数の排気ガス変量が、温度、圧力、酸素含有量、窒素酸化物含有量および流量からなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
15. 粒子フィルタを再生する操作を行うために、デジタル処理装置によって実行可能である機械読み取り可能な指令のプログラムから構成される信号担持媒体であって、前記操作が、
    内燃機関から排気ガスを排出するステップと、
    主排気チャネルから排気ガスを排出し、続いて、前記主排気チャネル内に排気ガスを再導入するステップと、
    前記排気ガスを点火し、続いて、前記排気ガスの温度を上昇させるステップと、
    前記排気ガスから粒子を除去するステップと、
    複数の排気ガス変量をモニタリングし、前記複数の排気ガス変量に応じて前記排気ガスの一部をバイパス排気チャネルを介して迂回させるステップと、
    を具えることを特徴とする信号担持媒体。
16. 前記指令が、再生モジュールからの指令に応じて、前記排ガスの一部を前記バイパス排気チャネルに通して案内する操作をさらに具えることを特徴とする請求項１５に記載の信号担持媒体。
17. 前記指令は、約５〜２５％の間の範囲の排気ガスを前記バイパス排気チャネルに通して案内する操作をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の信号担持媒体。
18. 前記指令が、前記排気ガス温度を所定の温度まで上昇させる操作をさらに具え、前記排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との差が、約１００〜４００°Ｃの範囲であることを特徴とする請求項１６に記載の信号担持媒体。
19. 前記指令が、未点火燃料を前記バイパス排気チャンバに注入する操作をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の信号担持媒体。
20. 粒子フィルタ再生方法であって、前記方法が、
    内燃機関から排気ガスを排出するステップと、
    主排気チャネルから排気ガスを排出し、続いて、前記排気ガスを前記主排気チャネルに再導入するステップと、
    前記排気ガスを点火し、続いて前記排気ガスの温度を上昇させるステップと、
    前記排気ガスから粒子を除去するステップと、
    複数の排気ガス変量をモニタリングし、複数の排気ガス変量に応じて前記排ガスの一部を選択的にそらせてバイパス排気チャネルを通すステップと、
    を具えることを特徴とする粒子フィルタ再生方法。
21. 前記排気ガスの一部を前記排気チャネルに通して案内するステップをさらに具えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 約５〜２５％の範囲の排気ガスを前記バイパス排気チャネルに通して案内するステップをさらに具えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記排気ガスの温度を所定温度まで上昇させるステップをさらに具え、前記排気ガスの初期温度と燃焼後の温度との間の差が、約１００〜４００°Ｃの範囲であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 未点火燃料を前記バイパス排気チャンバに注入するステップをさらに具えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
25. 粒子フィルタ再生装置であって、前記装置が、
    内燃機関から排気ガスを排出する手段と、
    主排気チャネルから排気ガスを排出し、続いて、前記排ガスを前記主排気チャネルに再導入する手段と、
    前記排気ガスを点火し、続いて、前記排気ガスの温度を上昇させる手段と、
    前記排気ガスから粒子を除去する手段と、
    複数の排気ガス変量をモニタリングし、前記複数の排気ガス変量に応じて前記排気ガスの一部を選択的にそらせてバイパス排気チャネルに通す手段と、
    を具えることを特徴とする粒子フィルタ再生装置。

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