JP4734340B2 - 自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子フィルタが装備されたディーゼルエンジンに関し、特にこのような粒子フィルタに適用される再生操作の中止の制御に関する。

ディーゼルエンジンは、その特有の動作のために、排気ガスの中に、粒子とも呼ばれる有害な煤を特に放出する。

このような粒子の環境の中への放出を制限するために、エンジンの燃焼室の下流の排気ラインの中に、粒子フィルタが取り付けられる。粒子フィルタは、粒子を捕捉し、捕捉された粒子は、エンジンの使用中に粒子フィルタに中に蓄積される。蓄積された粒子は、粒子フィルタを詰まらせ、エンジンの排気に対する強い背圧を生じる。すなわち、排気ラインにおける排気ガスの経路に対する障害物を生じる。したがって、ディーゼルエンジンの性能は著しく低下する。

エンジンの性能を回復するために、粒子フィルタの中に含まれる粒子は、焼却される。この操作は、粒子フィルタの再生と呼ばれる。

粒子フィルタの中の粒子の燃焼の開始と維持は、粒子フィルタの中の温度を増加させることによって行われる。

このことを実行するために、通常、多数回燃料噴射、すなわち、通常のディーゼル燃料の噴射に加えて少なくとも１回の燃料噴射を追加する。例えば、エンジンの燃焼室の中へ遅延された燃料噴射を導入する。すなわち、エンジンサイクルの上死点（ＰＭＨ）の後の膨張過程の際に、ディーゼル燃料が噴射される。このことは、排気ガスの温度、したがって粒子フィルタの中の温度の上昇をもたらす。

また、燃料の遅延噴射の原理も知られている。この原理は、上死点の後までの、より長時間、ディーゼル燃料を噴射することである。この結果、ディーゼル燃料は、燃焼室の中だけではなく、そこで発生する燃焼の性質から触媒部と呼ばれる、排気ラインの一部においても燃焼するようになる。この触媒部は、例えば、粒子フィルタの上流に配置された酸化触媒、あるいは粒子フィルタの中の単純な触媒材料（例えばプラチナのような）からなる。この触媒サイトにおいて、遅延噴射された燃料のＨＣ及びＣＯ成分が酸化されて、排気ガスの温度が上昇する。

この粒子フィルタの再生操作は、粒子フィルタの中の粒子の量が過大になると直ちに、周期的に実行される。この再生は、エンジンの作動中に再生が行われていることにユーザが気付くことなく実行される。

再生操作中に実行される多数回燃料噴射は、ディーゼル燃料によるエンジンの潤滑油の著しい希釈をもたらす。

このようにして、上死点後に長時間実行される燃料の遅延された噴射によって、露出しているシリンダの広範囲にわたってディーゼル燃料が吹きかけられる。この状況は、シリンダの壁を覆っている潤滑油と噴射中のディーゼル燃料との混合を著しく助長し、潤滑油の「希釈」現象をもたらす。

燃料の遅延噴射も、多数回燃料噴射と同様の現象をもたらす。燃料の遅延噴射は、上死点の後のみではなく、更に長時間実行される。したがって、噴射されたディーゼル燃料は、この場合もシリンダの壁へ直接到達し、シリンダの壁を覆う潤滑油と混合するようになる可能性を有する。

潤滑油の希釈が増加すると、潤滑油は正常な潤滑の役割を果たさなくなり、エンジンが破損するリスクが生じる。

このため、粒子フィルタの再生操作は、粒子フィルタの再生を最適に実行するとともに、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を最小限にするように、できるだけ短時間である必要がある。

現在用いられている方法は、完全再生と呼ばれる再生を適用する。換言すれば、この再生操作は、粒子フィルタが可燃性の粒子を含まなくなったときに中止される。

ところで、粒子フィルタがほとんど空であるときには、粒子フィルタに粒子が多く含まれているときよりも、煤の所定量を燃焼させるために、はるかに多くのエネルギを要することが分った。

換言すれば、粒子が多く含まれている粒子フィルタの中の煤は、概ね清浄な粒子フィルタの中の煤よりも、より容易に燃焼される。
ＪＰ ２００３ １２０３９０ Ａ ＥＰ １ ４３７ ４８６ Ａ ＪＰ １０ ３１７９３６ Ａ ＦＲ ２ ８３３ ０３７ Ａ

本発明の目的は、粒子フィルタの再生のために燃焼室の中へ噴射されるディーゼル燃料の消費を制限するように制御することを可能にする、部分再生を実行する、粒子フィルタの再生方法及び装置を提供することにある。

したがって、関連する目的は、粒子フィルタの再生によってもたらされるディーゼル燃料による潤滑油の希釈を抑制することにある。

本発明のより一般的な目的は、エンジンを正常な作動状態に維持する、粒子フィルタの再生方法及び装置を提供することにある。

上記目的は、本発明によれば、進行中の再生過程の開始以後に除去された煤の量の見積もり手段を含む、自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置によって達成される。上記装置は、進行中の上記再生過程の間に生じたディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値の見積もり手段と、上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との比をモニタする手段とを含み、上記モニタする手段は、上記比の変化に関する所定の評価基準が満たされたことを確認し、上記所定の評価基準が満たされたときに、上記再生過程の中止を開始することが可能である。

進行中の上記再生過程の間に生じた上記希釈の値は、上記再生過程の開始から考慮対象の瞬間までに生じた希釈の相次ぐ各値の、経過時間中における累積値である。

上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段は、上記比が、経過時間中における上記比の値における最小値に達したことを確認することが可能であり、上記比の値が上記最小値に達したときに、上記再生過程の中止を開始することが可能であることが望ましい。

１変形によれば、上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段は、経過時間中における上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比の変化を表す曲線の変曲点において、上記再生過程の中止を開始することが可能な手段である。

上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段は、一連の物理的データのセンサと、数学モデルを作動させるコンピュータとを有利に含み、上記数学モデルは、上記センサによってリアルタイムに取得されたデータに基づいて上記比の見積もり値を発生する。

上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段は、例えば、上記粒子フィルタとシリンダの近傍に配置された一連の物理的データの上記センサを含む。

使用される上記数学モデルは、典型的には、上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比の少なくとも１つの値に関連する確率の形の結果を作り出す。

また本発明は、進行中の再生過程の開始以後に除去された煤の量を見積もることからなる段階を含む、ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止方法を提供する。上記方法は、上記再生過程の間に生じたディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値を見積もることからなる段階と、生じた上記希釈を表す上記値と上記除去された煤の量との比を作成することからなる段階と、上記比の変化中に、上記比が所定の評価基準を満たしたことを確認することからなる段階も含むことが望ましい。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照する、詳細な説明を読むことによって明らかとなるであろう。これらの図面において：
−図１は、粒子フィルタと、本発明による装置が装備された、エンジンブロックの機能図であり；
−図２は、本発明による装置によって使用される、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値と除去された煤の量との比の変化を示す曲線である。

図１に示された全ての部品は、自動車のディーゼルエンジンのシリンダ１０の周囲に配置されている。給気管１１、排気管１２及び燃料噴射装置１３が図示されている。排気管１２に、ターボコンプレッサ２０が装備されている。

排気管１２は、ターボコンプレッサ２０のタービン２０ａの下流に、触媒装置１４と、粒子フィルタ３０を有する。また、図示された全体の中に、給気管１１と排気管１２との間を接続する、排気ガスをシリンダ１０の周りで再循環させるための装置がある。この装置はＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（排気ガス再循環））装置として知られており、図１に符号４０を付して示されている。

また、粒子フィルタの再生過程の制御装置、特に再生過程の中止の制御装置として機能する、コンピュータ（ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値の見積もり手段、希釈を表す値と除去された煤の量との比をモニタする手段）５５が図示されている。

粒子フィルタの再生過程を制限及び中止するために、コンピュータ５５は、シリンダ１０における燃料噴射弁１３ａを制御する。燃料噴射弁１３ａを介して、粒子フィルタ３０を加熱するために燃料を噴射するか否かが、物理的に制御される。

コンピュータ５５が、それによって粒子フィルタの再生の中止を決定する方法を提案する。

コンピュータ５５は、粒子フィルタ３０の近傍における一連の物理データを入力として受ける。すなわち、コンピュータ５５は、図１に符号３１、３２、３３、３４、３５で示す一連のセンサ（除去された煤の量の見積もり手段の一部を構成する）から伝達される信号を受ける。

温度センサ３１は、粒子フィルタ３０の上流の温度を検出し、温度センサ３２は、粒子フィルタ３０の下流の温度を検出する。

圧力センサ３３と圧力センサ３４は、それぞれ粒子フィルタ３０の上流と下流の圧力を検出する。

流量計３５も、粒子フィルタの近傍に配置される。

粒子フィルタ３０の近傍で検出され、コンピュータ５５の入力として供給される温度データのほかに、その他のデータも検出されてコンピュータ５５へ供給され、粒子フィルタの再生を開始または中止する決定に到達するために、コンピュータによって実行される計算に使用される。この決定は、接続５０を介して、燃料噴射装置１３へ伝達される。

コンピュータ５５は、噴射されるディーゼル燃料の流量の値もリアルタイムで入力として受ける。コンピュータ５５は、ディーゼル燃料の流量を積分することによって、進行中の粒子フィルタの再生過程の開始からの、噴射されたディーゼル燃料の全体の量も利用可能である。

コンピュータ５５は、図１に図示していない対応するセンサからの信号を受ける、追加の入力５６と５７を有する。入力５６に連結されたセンサは、エンジン回転数のリアルタイムの値を伝達し、入力５７に連結されたセンサは、例えば、シリンダ１０の温度の値を伝達する。

検出され、コンピュータへ伝達されたデータから、コンピュータは２つの見積もりを実行することができる。

第１に、コンピュータは、進行中の粒子フィルタの再生過程における現在までに生じた、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を見積もる。第２に、コンピュータは、粒子フィルタの再生過程中における現在までに燃焼された煤の量を見積もる。

潤滑油の希釈を表す値は、ここでは、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈の典型的な変化を、温度と圧力の関数として決定する、あらかじめ記録されたモデルを使用して得られる。

この見積もりは、上述したデータの様々な値と、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈とを対応付ける、あらかじめ記録されたデータの利用に依存する。このディーゼル燃料による潤滑油の希釈は、実験室における試験の際に、ディーゼル燃料の中に希釈された潤滑油を排気管の入り口で物理的に採取することによって、あるいは、あらかじめ作成された物理モデルに基づく計算の結果として、確認することができる。

したがって、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値は、考慮対象の瞬間と、進行中の粒子フィルタの再生過程の先行する瞬間において、例えば実際に適用された多数回噴射を必要とする条件の変化を考慮に入れて見積もられる、考慮対象の瞬間において存在するディーゼル燃料による潤滑油の希釈に相当する。

コンピュータは、ここでは、粒子フィルタの再生過程の開始以後の全ての経過時間中に生じた、様々な希釈の値の累積和の形で、ディーゼル燃料による潤滑油の希釈を見積もる。この累積和は、例えば、引き続く各希釈の値の時間に関する積分の形で、コンピュータのよって計算される。

このディーゼル燃料による潤滑油の希釈を示す値を、「再生開始からの累積希釈」と呼ぶ。

採取されたデータに直接依存するこのようなモデルの他に、変形として、統計型のモデルを採用することができる。

このような統計型のモデルは、設計段階において実験的な記録を元にして設定される。

並行して、コンピュータは、第２の見積もりを、この場合もリアルタイムで実行する。この見積もりは、粒子フィルタの再生の開始からの、燃焼した煤の量の見積もりである。この場合も、この煤の量は、コンピュータ５５に入力された圧力と温度のデータに基づく、物理的または統計的なモデルを用いて決定される。

ディーゼル燃料による潤滑油の累積希釈と燃焼した煤の量との、これらの２つの見積もりによって、コンピュータ５５は、あらゆる瞬間に、比：
累積希釈（ｔ）／燃焼した煤の質量（ｔ）
を設定する。

この場合、粒子フィルタは部分的にしか再生されない。幾らかの煤は、この操作の終りに残存する。この結果、粒子フィルタの再生操作は、完全再生方法よりも頻繁に実行される。各部分再生時に、粒子フィルタは、完全再生の終りにおけるよりも多くの煤を含む。しかしながら、与えられた粒子の量を焼却するのに幾つかの部分再生を用いることによって、１回の完全再生におけるよりも、全体として少ないエネルギが消費される。

実行される部分再生過程を最適に制御するために、コンピュータ５５は、希釈を表す値と除去された煤の量との比の値の、リアルタイムでのモニタを実施する。この比の時間に対する典型的な変化を表す曲線が、図２に示されている。ここでは、この比は、ｒと記されている。

この曲線は、希釈を表す値と除去された煤の量との比における最初のジャンプ６０の外に、水平安定部６５と、引き続く上昇部７０を示す。上昇部７０の勾配は、線形増加領域８０において安定する迄、時間とともに増加する。

一旦粒子フィルタの再生が着手されると、すなわち一旦最初のジャンプ６０を越えると、換言すれば、一旦粒子フィルタの温度が上昇し、燃焼が開始すると、最適であることが明らかとなった上記の曲線の点において、再生操作を中止することを決心する。

このためには、希釈を表す値と除去された煤の量との比が最小になる点で、すなわち、水平安定部６５の終りに位置する短い最小値（所定の評価基準）６６の点で、粒子フィルタの再生を中止することが望ましい。

このため、コンピュータは、希釈を表す値と除去された煤の量との比の変化の勾配をリアルタイムで計算する。勾配がゼロになると、コンピュータは、最小値に達したと推定する。変形によれば、コンピュータは、希釈を表す値と除去された煤の量との比の時間に対する変化を表す曲線上の変曲点の出現を判定する。コンピュータは、変曲点の出現を、最小値に達したことの表示として解釈する。

燃焼された煤の質量に対する潤滑油の希釈をコストに換算して、コストの関数を導入することによって、経過時間中におけるコスト曲線の最小値６６も明らかにすることができる。この最小値６６は、部分再生過程の終りとして採用可能な再生の進捗度において達成される。すなわち、この最小値６６は、この再生が、部分的ではあっても、充分な煤の質量の除去に相当するのに充分な再生進捗度において生じる。

したがって、所定の量の粒子を燃焼する際に、幾つかの部分再生を繰り返しても、潤滑油の希釈は僅かしかないということになる。このような最適化された部分再生を繰り返すことによって、このような最適な選択が潤滑油の希釈に対して有する経済的な効果が増加される。

コンピュータ５５が、統計的な潤滑油の希釈モデルを使用するときには、コンピュータは、希釈を表す値と除去された煤の量との比を作成し、この比が所定の閾値を超えたことに基づいて、再生を停止する時点の決定を行う。例えば、コンピュータは、希釈を表す値と除去された煤の量との比に対する最小閾値が下方へ超えることを監視する。

また、コンピュータは、図２に示すように、希釈を表す値と除去された煤の量との比の変化の最小値６６を決定することもできる。

Claims (7)

1. 粒子フィルタの再生過程の開始以後に除去された煤の量の見積もり手段（３１、・・・、３４）を含む、自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタ（３０）の再生過程の中止装置において、粒子フィルタの上記再生過程の間に生じたディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値の見積もり手段（５５）と、上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との比をモニタする手段（５５）とを含み、上記モニタする手段（５５）は、上記比の変化に関する所定の評価基準（６６）が満たされたことを確認し、上記所定の評価基準（６６）が満たされたときに、上記再生過程の中止を開始することが可能であることを特徴とする、自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
2. 粒子フィルタの上記再生過程における現在までに生じた上記希釈を表す値は、上記再生過程の開始（６０）から現在までに逐次的にそれぞれ算出された希釈の値の累積値であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
3. 上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段（５５）は、上記比が、上記比の経過時間中における変化を表す曲線上の水平安定部の終りに位置する最小値（６６）に達したことを確認することが可能であり、上記比の値が上記最小値（６６）に達したときに、上記再生過程の中止を開始することが可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
4. 上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段（５５）は、上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比の経過時間中における変化を表す曲線上の水平安定部の終りに位置する変曲点（６６）において、上記再生過程の中止を開始することが可能な手段であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
5. 上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段（５５）は、一連の物理的データのセンサ（３１、・・・、３４）と、数学モデルを作動させるコンピュータとを含み、上記数学モデルは、上記センサ（３１、・・・、３４）によってリアルタイムに取得されたデータに基づいて上記比の見積もり値を発生することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
6. 上記希釈を表す値と上記除去された煤の量との上記比をモニタする上記手段（５５）は、上記粒子フィルタ（３０）の近傍に配置された一連の物理的データの上記センサ（３１、・・・、３４）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止装置。
7. 粒子フィルタの再生過程の開始以後に除去された煤の量を見積もることからなる段階を含む、ディーゼルエンジンの粒子フィルタ（３０）の再生過程の中止方法において、上記再生過程の間に生じたディーゼル燃料による潤滑油の希釈を表す値を見積もることからなる段階と、生じた上記希釈を表す上記値と上記除去された煤の量との比を作成することからなる段階と、上記比の変化中に、上記比が所定の評価基準（６６）を満たしたことを確認することからなる段階とを含むことを特徴とする、自動車用ディーゼルエンジンの粒子フィルタの再生過程の中止方法。

Images