JP4744528B2 - 粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、自動車用のディーゼルエンジンに結合された排気回路に配置された粒子フィルタの再生の分野に関する。

特に本発明は、粒子フィルタの入口における温度設定値に相当する出力を、４つの入力に関連付けるマップ（ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｅ）の作成方法に関し、このマップは、粒子フィルタの状態についての情報を実時間で与える入力に応じて、再生中における粒子フィルタの入口における温度設定値を変更させるためのものである。

また本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に装備するためのこのようなマップと、このマップを備えた制御装置を含む自動車と、このマップを使用して実行される再生の制御方法にも関する。

従来技術において、粒子フィルタの入口における温度設定値の作成は、通常、再生の実験によって、実験的に行われる。このため、ディーゼルエンジンと、再生開始の値まで煤が充填され粒子フィルタとを用いて、再生を開始し、アイドル回転へ戻す。

このとき、粒子フィルタの出口の温度が、許容最高温度を超えることがないことを確認する。この許容最高温度は、それを越えると粒子フィルタが損傷する可能性がある温度である。

もし許容最高温度を超えたら、粒子フィルタの入口における温度設定値を下げて、粒子フィルタの出口の高められた温度が、アイドル回転へ戻っている間に、許容最高温度以下になるまで、１または複数の実験を継続する。

勿論、この操作は、ディーゼルエンジンの動作範囲が完全に走査されるまで繰り返される。

粒子フィルタの入口における温度設定値のこの作成技術は、再生による過熱による粒子フィルタの破壊のリスクを制限することを可能にするが、大きな問題を有する。

すなわち、上述した作業によって、全ての再生に適用される固定された値の設定値が得られるが、このような固定された設定値は、再生の各瞬間における再生速度を最大化することを可能にしない。

したがって、粒子フィルタの再生は、従来から知られているように排気ガスの温度を上昇させることによって定期的に実行されるが、再生過程の持続時間は引き伸ばされ、最適化されない。このため、エンジンの潤滑オイルの物理化学的特性の劣化、タービンの機械的な疲労、あるいは酸化触媒の酸化機能の低下等の、有害な結果をもたらす可能性がある。
ＥＰ １ ４２６ ５９１ Ａ

したがって、本発明は、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法を提供することを目的とする。このマップは、粒子フィルタの破損のリスクを完全に回避しながら、再生速度を最大化且つ最適化するために、粒子フィルタの状態に応じて、再生中の粒子フィルタの入口における温度設定値の値を変更することを可能にするためのものである。

上記目的を達成するために、本発明は、粒子フィルタが配置された排気回路が設けられた自動車用のディーゼルエンジンの制御装置に装備するための、上記粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法であって、上記粒子フィルタは、上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼による再生を受けることが可能であり、上記再生は、上記粒子フィルタへ流入する排気ガスの温度の上昇によって惹き起こされ、上記温度の上記上昇は、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値によって決定される、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法を対象とする。

本発明によれば、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法は、上記再生の瞬間ｔにおける状態：
（ａ）上記粒子フィルタの中に存在する煤の質量と；
（ｂ）上記粒子フィルタの出口における温度と；
（ｃ）上記粒子フィルタを通過する空気の流量と；
（ｄ）上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼速度と；
の組み合わせの集合に属する各組み合わせに対して、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値に充当する値を決定することからなるステップを含み、上記値は、上記瞬間ｔにおける減速の開始の後で、上記減速の態様の集合の中から、どんな上記減速の上記態様が選ばれたとしても、上記粒子フィルタの上記出口における上記温度が、それを越えると上記粒子フィルタが損傷する可能性がある温度である許容最高温度以下に留まるように求められる。

したがって、このようにして得られたマップは、その利用の際に、実時間における粒子フィルタの状態に関する４つの入力すなわち上記のパラメータ応じて、再生過程中における粒子フィルタの入口における温度設定値を変えることを可能にすることが分かる。

したがって、再生速度をこのようにして最適化および最大化することができ、エンジンの潤滑オイルの物理化学的特性の劣化、タービンの機械的な疲労、あるいは酸化触媒の酸化機能の低下に関する、従来技術の実行に伴うリスクが、大きく有利に減少される。

また、再生による過熱のリスクが高いのは、アイドルへ戻る場合もそうでない場合も、減速の際であることが経験から分かっており、粒子フィルタの状態の各組み合わせに対する、粒子フィルタの入り口における温度の設定値に充当するべき値の決定のステップは、減速時に再生による過熱が生じないことを条件としてきた。この理由から、本発明による粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法は、急激な停止から、ギヤシフトを伴う下り坂における長時間の減速までを包含する減速の集合に属する、減速の各態様に関連して上記条件を考慮に入れるので、減速とアイドルへ戻ることとの少なくとも一方の間における、粒子フィルタの再生による過熱と破壊との少なくとも一方のリスクは、ほとんどゼロに減らされる。

換言すれば、このようなマップによって、再生の任意の瞬間ｔにおいて、粒子フィルタの入口における温度設定値は、この瞬間ｔにおいて有害なタイプの減速が発生したとしても、粒子フィルタが再生によって過熱されず、完全な状態に維持されるように、有利に適応化される。

また本発明は、粒子フィルタが配置された排気回路が設けられた自動車用のディーゼル
エンジンの制御装置に装備するための、上記粒子フィルタの入口における温度設定値のマップであって、上記粒子フィルタは、上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼による再生を受けることが可能であり、上記再生は、上記粒子フィルタへ流入する排気ガスの温度の上昇によって惹き起こされ、上記温度の上記上昇は、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値によって決定される、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップを対象とする。本発明によれば、上記マップは、それぞれ：
（ａ）上記粒子フィルタの中に存在する煤の質量と；
（ｂ）上記粒子フィルタの出口における温度と；
（ｃ）上記粒子フィルタを通過する空気の流量と；
（ｄ）上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼速度と；
に該当する４つの入力を含む。

更に、上記マップは、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値に該当する１つの出力を含む。

また、上記再生中における上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値の値を変化することを可能にするように構想された上記マップは、上記に示したような、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法によって作成される。

また本発明は、ディーゼルエンジンと、粒子フィルタが装備された排気回路と、上記に示したような上記粒子フィルタの入口における温度設定値のマップを備えた上記ディーゼルエンジンの制御装置とを含む自動車も対象とする。

最後に、本発明は、自動車用のディーゼルエンジンの排気回路に配置された粒子フィルタの再生制御方法を対象とし、上記粒子フィルタの再生制御方法は、上記に示したような、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップを使用して実行される。

本発明のその他の利点及び特徴は、添付図面を参照する以下の非限定的な説明において明らかとなるであろう。これらの図面において：
−図１は、自動車用のディーゼルエンジン組立体の模式図であり、このディーゼルエンジン組立体は、本発明の望ましい実施の形態による粒子フィルタの入口における温度設定値のマップが装備された制御装置を含み；
−図２は、図１に示すマップの拡大模式図であり；
−図３は、図２のマップによって与えられる再生中における粒子フィルタの入口に
おける温度設定値と、粒子フィルタの入口における温度と、粒子フィルタの出口における温度の変化の概略を示すグラフである。

最初に図１を参照する。図１には、自動車用のディーゼルエンジン組立体１が示されており、このディーゼルエンジン組立体１は、ディーゼルエンジン２と、空気の入口４と、排気回路６とを含む。排気回路６には酸化触媒８と、在来型または触媒付きの粒子フィルタ１０が装備されている。更に、ディーゼルエンジン組立体１には、ディーゼルエンジン２の制御装置１２が装備されている。制御装置１２は、当業者に周知の従来の手段１４と、粒子フィルタの入口における温度設定値のマップ１６とを含む。粒子フィルタの入口における温度設定値を、以下の説明においてはＴＥＦＡＰ設定値と呼ぶ。

粒子フィルタ１０の内部における煤の質量が大であることが検出されると始動される粒子フィルタ１０の再生中には、適用されるＴＥＦＡＰ設定値の値は、排気ガスの加熱の大きさに直接影響を及ぼす。この加熱は、燃焼による煤の除去をもたらす。また、この加熱は、燃料の主噴射の遅延、主噴射に近接した後噴射の流量の増加、主噴射から遅れた後噴射の流量の増加のような、幾つかの従来の技術によって得られる。

図２を参照すると、マップ１６は、４つの入力１８、２０、２２、２４と１つの出力２６を有する。出力２６は、ＴＥＦＡＰ設定値に該当する。ＴＥＦＡＰ設定値は、粒子フィルタ１０の再生中に、４つの入力の値に応じて変化することができる。勿論、このマップ１６は、粒子フィルタ１０の再生中にのみ使用され、排気ガスの温度の増加に関する特定な制御が通常は行われない、ディーゼルエンジン２の通常の運転中には使用されない。また、以下に詳細に説明するように、マップ１６は、ＴＥＦＡＰ設定値の所定の値を、以下に説明する４つの入力についての可能性のある組み合わせそれぞれに関連付けるものである。

入力１８は粒子フィルタ１０の中に存在する煤の質量に該当し、入力２０は粒子フィルタの出口の温度に該当する。粒子フィルタの出口の温度を、以下ＴＳＦＡＰと呼ぶ。同様に、粒子フィルタの入口の温度を、ＴＥＦＡＰと呼ぶ。

また、入力２２は粒子フィルタ１０を通過する空気の流量に該当し、入力２４は、粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼速度に関する。

参考として、これらの４つの入力パラメータは、再生中の任意の瞬間ｔにおける粒子フィルタ１０の状態に関するきわめて満足な情報を与えることを可能にするので採用されている。また、これらの４つの入力パラメータは、粒子フィルタの再生中の動作の充分な解析の結果適切に選ばれたものであり、この解析は、ＴＳＦＡＰが、単位時間当たりに燃焼される煤に質量（すなわち燃焼速度）と、粒子フィルタ１０を通過する空気の流量との間の調整に依存するという事実を明確にすることを可能にしている。またこの解析は、再生速度が、粒子フィルタの入口における酸素の比率と、粒子フィルタの温度とに依存することを明らかにすることを可能にしている。粒子フィルタの温度は、ＴＥＦＡＰに、既に除去された煤の燃焼によって放出された熱が加えられた温度に相当する。

参考までに、再生中に、一緒に所定の組み合わせを構成し、この組み合わせに対してマップ１６がＴＥＦＡＰ設定値の所定の値を関係付ける、４つの入力１８、２０、２２、２４の値は、ディーゼルエンジン組立体１に存在するセンサと、場合によっては１または複数の計算モジュールを使用して行う推定との少なくとも一方を使用して、ほぼ実時間に定期的に更新される。

図３を参照すると、従来と同様に始動され、次いで本発明の対象であるマップ１６によって制御される粒子フィルタ１０の再生中における、様々な温度の変化を時間の関数として表すグラフが示されている。このグラフにおいて、曲線ａはＴＥＦＡＰ設定値を、曲線ｂはＴＥＦＡＰを、曲線ｃはＴＳＦＡＰを表す。

図からわかるように、再生の開始時には、ＴＥＦＡＰ設定値はその最大値にあり、実際の、または推定された、ＴＥＦＡＰは、系の慣性のために、僅かな時間後にＴＥＦＡＰ設定値に達する。ＴＥＦＡＰが明らかに増加したときに、ＴＥＦＡＰ設定値は僅かに減少し始める。これは、粒子フィルタ１０の中において煤が燃焼し始める瞬間の僅か後でもある。煤の明確な燃焼後には、再生の終りにおける新しい最大値に達するまで、ＴＥＦＡＰ設定値を増加させることができる。

これらの曲線は、マップ１６から発生されたＴＥＦＡＰ設定値がマップ１６の作成中に確認された事実を充分に表すこと、すなわち、一方では、ＴＳＦＡＰがＴＥＦＡＰよりも低いほどＴＥＦＡＰ設定値を上げることができ、他方では、煤の質量が大きいほど同じくＴＥＦＡＰ設定値を上げることができることを特に示す。

さて、本発明の望ましい実施の形態による、粒子フィルタ１０に関するＴＥＦＡＰ設定値のマップ１６の作成方法を説明する。

最初に、マップ１６の作成は、特に、粒子フィルタ１０の中に存在する煤の燃焼の動的なコンピュータモデル（図示しない）に基づいて、ディーゼルエンジン２の開発時に実施される。このコンピュータモデルは、シミュレートされた再生中の各瞬間に、ＴＥＦＡＰと、再生開始の瞬間における煤の質量と、粒子フィルタ１０を通過する空気の流量と、粒子フィルタの入口における酸素の比率とに関するデータに基づいて、粒子フィルタ１０の中に存在する煤の質量と、ＴＳＦＡＰと、粒子フィルタ１０の中に存在する煤の燃焼速度を計算することが可能である。上記のデータは、推定によって、または、ディーゼルエンジン２を含むテストベンチに配置されたセンサを使用して直接得られる。

このようにして、コンピュータモデルは、シミュレートされた再生の全ての瞬間ｔに、作成するべきマップ１６の４つの入力１８、２０、２２、２４の値を知ることが可能であることが分かる。これらの入力の値は、瞬間ｔにおける所定の組み合わせを構成する。

また、後にディーゼルエンジン２と共に装着するために準備された粒子フィルタの特定の型にコンテンツが適合化されたこのコンピュータモデルは、同じディーゼルエンジン２を用いて、検討対象の粒子フィルタがテストベンチに実際に存在することを必要とすることなく、テストを実行しながらマップ１６を作成することを有利に可能にする。

このように、再生の瞬間ｔにおける前記４つの入力の所定の組合せに対して、実験によってＴＥＦＡＰ設定値に充当する値を決める。この値は、瞬間ｔにおける減速の開始後にＴＳＦＡＰが、それを越えると粒子フィルタ１０が損傷する可能性がある許容最高温度以下に留まり、これは、動作制御される減速の全期間中続く。勿論、減速は、この場合、特定の、テストベンチのディーゼルエンジン２に適応された制御の適用によって実行される。

与えられた同じ組み合わせに対して、減速の態様の集合に属する全ての減速の態様に対するテストを実行することによって、ＴＥＦＡＰ設定値に充当する値が求められる。この集合は、急停止から、ギヤシフトを伴う、下り坂における長い減速までの、全ての場合を包含することが望ましい。

この観点からは、減速の態様の集合は、実験によって、またはシミュレーションによって、時間の関数として変化するパラメータ、すなわち、ＴＥＦＡＰと、粒子フィルタ１０を通過する空気の流量と、粒子フィルタの入口における酸素の比率を用いて設定される。

参考として、与えられたＴＥＦＡＰの初期値に対して、減速中にＴＥＦＡＰが変化する
様式は、特に、空気の流量と、排気管と酸化触媒８のような上流の部品の熱慣性、並びにこれらの部品の冷却に影響を及ぼす自動車の速度に関係する。他方では、与えられた空気の流量の初期値に対して、空気の流量が変化する様式は、特に、自動車がそこまで減速する速度と、エンジンの空気充填率に関係する。最後に、酸素の比率については、変化はほぼ瞬間的であり、減速中のこの比率は、経験的に、２１％に維持される。

勿論、粒子フィルタ１０の再生速度を最大化するためには、ＴＥＦＡＰ設定値として採用される値は、検討される減速の全ての態様に対して、減速の開始に対応する燃料噴射のカットの開始の瞬間後のＴＳＦＡＰに関する条件を満たす、最大値であることが望ましい。

また、マップ１６の作成のために、ＴＥＦＡＰ設定値の値は、望ましくは、変化の全空間を包含する組み合わせの集合に属する各組み合わせに対して、決定される必要がある。

これらの全ての作業を、コンピュータプログラムによって自動化すると有利である。このコンピュータプログラムは、粒子フィルタの状態の可能な各組み合わせに対して、その値が、後にこのマップ１６が装備されたディーゼルエンジン組立体１の作動の際に、また運転者が、同一の再生中に相次ぐ２つの減速を実行し、２つの減速の間で再加速する際にも、再生による過熱を惹き起こすリスクのない、ＴＥＦＡＰ設定値の正確な値を最終的に充当することを可能にする。

勿論、当業者は、非限定的な例としてのみ説明した、マップ１６の作成方法及びこのマップ１６に、広範囲の変更をもたらすことが可能である。

自動車用のディーゼルエンジン組立体の模式図である。 図１に示すマップの拡大模式図である。 図２のマップによって加えられる再生中における粒子フィルタの入口における温度設定値と、粒子フィルタの入口における温度と、粒子フィルタの出口における温度の変化の概略を示すグラフである。

Claims (5)

1. 上記粒子フィルタの入口における温度設定値に相当する出力を、粒子フィルタ１０の中に存在する煤の質量の入力（１８）と、粒子フィルタの出口の温度の入力（２０）と、粒子フィルタ（１０）を通過する空気の流量の入力（２２）と、粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼速度の入力（２４）とからなる４つの入力に関連付けるマップ（１６）の作成方法であって、
   前記マップは、粒子フィルタ（１０）が配置された排気回路（６）が設けられた自動車用のディーゼルエンジン（２）の制御装置（１２）に装備するように構成され、
   上記粒子フィルタは、上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼による再生を受けることが可能であり、
   上記再生は、上記粒子フィルタ（１０）へ流入する排気ガスの温度の上昇によって惹き起こされ、上記温度の上記上昇は、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値によって決定される、前記マップの作成方法において、
   上記再生の瞬間ｔにおける状態：
   （ａ）上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する煤の質量と；
   （ｂ）上記粒子フィルタ（１０）の出口における温度（ＴＳＦＡＰ）と；
   （ｃ）上記粒子フィルタ（１０）を通過する空気の流量と；
   （ｄ）上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する煤の燃焼速度と；
   の組み合わせの集合に属する各組み合わせに対して、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値に充当する値を決定することからなるステップを含み、
   上記値は、上記瞬間ｔにおける自動車の減速の開始の後で、上記減速の態様の集合の中から、どんな上記減速の上記態様が選ばれたとしても、上記粒子フィルタ（１０）の上記出口における上記温度（ＴＳＦＡＰ）が、それを越えると上記粒子フィルタ（１０）が損傷する可能性がある温度である許容最高温度以下に留まるように求められ、
   上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する上記煤の上記燃焼の動的なコンピュータモデルに基づいて実行され、上記コンピュータモデルは、上記再生の各瞬間における、上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する上記煤の上記質量と、上記粒子フィルタ（１０）の上記出口における上記温度（ＴＳＦＡＰ）と、上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する上記煤の上記燃焼速度を、上記粒子フィルタの上記入口における温度（ＴＥＦＡＰ）と、上記再生の開始の瞬間において上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する上記煤の上記質量と、上記粒子フィルタ（１０）を通過する上記空気の上記流量と、上記粒子フィルタ（１０）の上記入り口における酸素の比率とに関するデータに基づいて計算することが可能であることを特徴とする、マップの作成方法。
2. 上記減速の上記態様の上記集合は、実験によって、またはシミュレーションによって、時間とともに変化する以下のパラメータ：
   −上記粒子フィルタの上記入口における上記温度（ＴＥＦＡＰ）と；
   −上記粒子フィルタ（１０）を通過する上記空気の上記流量と；
   −上記粒子フィルタ（１０）の上記入り口における上記酸素の上記比率；
   を用いて設定されることを特徴とする、請求項１に記載の粒子フィルタの入口における温度設定値のマップの作成方法。
3. 上記粒子フィルタの入口における温度設定値に相当する出力を、粒子フィルタ１０の中に存在する煤の質量の入力（１８）と、粒子フィルタの出口の温度の入力（２０）と、粒子フィルタ（１０）を通過する空気の流量の入力（２２）と、粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼速度の入力（２４）とからなる４つの入力に関連付けるマップ（１６）であって、
   前記マップは、粒子フィルタ（１０）が配置された排気回路（６）が設けられた自動車用のディーゼルエンジン（２）の制御装置（１２）に装備するように構成され、
   上記粒子フィルタは、上記粒子フィルタの中に存在する煤の燃焼による再生を受けることが可能であり、
   上記再生は、上記粒子フィルタ（１０）へ流入する排気ガスの温度の上昇によって惹き起こされ、
   上記温度の上記上昇は、上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値によって決定される、前記マップにおいて、それぞれ：
   （ａ）上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する煤の質量と；
   （ｂ）上記粒子フィルタ（１０）の出口における温度（ＴＳＦＡＰ）と；
   （ｃ）上記粒子フィルタ（１０）を通過する空気の流量と；
   （ｄ）上記粒子フィルタ（１０）の中に存在する煤の燃焼速度と；
   に該当する４つの入力（１８、２０、２２、２４）を含み、
   上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値に該当する１つの出力（２６）を含み、
   上記再生中における上記粒子フィルタの上記入口における上記温度設定値の値を変化することを可能にするように構想された上記マップ（１６）は、請求項１又は２に記載のマップの作成方法によって作成されることを特徴とする、マップ。
4. ディーゼルエンジン（２）と、粒子フィルタ（１０）が装備された排気回路（６）と、上記粒子フィルタの入口における温度設定値のマップ（１６）を備えた上記ディーゼルエンジン（２）の制御装置（１２）とを含む自動車において、上記マップ（１６）は、請求項３に記載のマップであることを特徴とする自動車。
5. 自動車用のディーゼルエンジン（２）の排気回路（６）に配置された粒子フィルタ（１０）の再生制御方法において、請求項３に記載のマップ（１６）を使用して実行されることを特徴とする、粒子フィルタの再生制御方法。

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