JP5345301B2 - ディーゼル粒子フィルターの再生管理 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）の再生管理に関する。

周知のように、大気汚染を低減するために、内燃機関によって生成される排気の組成物に対して大半の国の基準はますます厳しい制約を課している。

特に、ディーゼルエンジンに関する主な問題は、排気ガス中に存在する窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子に代表され、炭素酸化物（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）は特別問題にならない。

これまで、環境中に導入される排気ガス中に存在する粒子量を最小値にするために、多くの方法が提案された。しかし、これらの中で、疑いもなく、自動車エンジンの分野において、「煤煙捕捉器」または「煤煙トラップ」としても知られるディーゼル粒子フィルターのガス排気管を提供することが、ディーゼルエンジンの粒子の排出問題に対する最終的な解決策であると長年にわたって認識されてきた。

特に、ディーゼル粒子フィルターは、一般的に交互に遮断された多孔質壁を備える平行なチャンネルから構成される。その遮りは、排気ガスをチャンネルの側壁のあちこちを移動させるので、粒子を構成する不燃粒子は最初に側壁自体の多孔質中に保持され、それらが完全に充填されると、次いでチャンネルの壁の内面に蓄積し、蓄積物の層を形成する。

チャンネル壁の内面における粒子の蓄積が増加すると、ディーゼル粒子フィルターの圧力降下およびディーゼル粒子フィルター自体によって発生する逆圧力も増加する。

したがって、高い蓄積によって、
エンジンの性能、駆動力および消費の低下を招き、制限された条件下でエンジン自体が停止したり、粒子の自己発火および制御されない燃焼の場合にディーゼル粒子フィルターの破壊を招く限り、粒子は無限に蓄積することはできず、実際に、多くの粒子の蓄積が存在する下で、特定の走行条件下において、突然かつ制御されない粒子の燃焼にある「危機的な」再生現象が引き起こされることがあり、その結果、ディーゼル粒子フィルターのセラミック母材内に発生する高い温度がそれに損傷を与えることがある。

したがって、蓄積した粒子を定期的に除去して、ディーゼル粒子フィルターのいわゆる「再生」を行う必要がある。特に、自動車エンジン分野において、ディーゼル粒子フィルターの「再生」は、（主として炭素Ｃからなる）蓄積した粒子の燃焼であると理解され、これは排気ガス中に存在する酸素と接触して一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ₂に変わる。

しかし、この反応は約６００℃よりも高い温度でのみ自然に（すなわち、添加剤を使用せずに）起こり、前記温度レベルは、エンジンの通常運転の条件下で、ディーゼル粒子フィルターの入り口で測定される温度よりもはるかに高い。

したがって、特定の条件下で、すなわち、一定レベルの粒子蓄積がディーゼル粒子フィルター中に検出されるとき、粒子の燃焼の自己点火が得られるまで、ディーゼル粒子フィルター自体の入り口での排気ガスの温度を人工的に上昇させることが必要である。

ディーゼル粒子フィルターの再生は、自動車分野における前記タイプのフィルターの使用に伴う主要な問題を構成する。

特に、粒子の燃焼の自己点火方法は、採用される手法のタイプによって広く２つの範疇に分けることができ、第１の範疇に属するのはディーゼル燃料中の添加剤の使用に基づく自己点火方法であり、これは、触媒として作用することによって、再生開始温度を約１００〜１５０℃下げることを可能にし、第２の範疇に属するのはエンジンの燃焼の制御に基づく粒子の燃焼の自己点火方法である。

多くの欠点を考慮して、事実上全ての主要自動車製造業者は第１の範疇に属する方法を断念し、第２の範疇に属する方法を選んだ。

上記目的のために、１つの同じエンジンサイクル間に各シリンダーにおいて２つの連続的な噴射を行うことのできる第１世代の共通軌道噴射システムの登場は、ディーゼル粒子フィルター再生の分野を進展させた。

例えば、本願出願人の名義で１９９５年７月２１日に出願された特許出願ＰＣＴ／ＩＴ９５／００１２４号および１９９６年２月８日に公開された国際公開ＷＯ９６／０３５７１号において、主噴射に加えて膨張段階の間に後噴射を行うことによって、ディーゼル粒子フィルターの入り口での排気ガスの温度上昇を得る手法が提案されている。主噴射に対する後噴射の時間的調節（フェージング）および噴射される燃料の量は、膨張段階の燃料の燃焼がディーゼル粒子フィルターの再生を自己開始させるのに十分な排気ガスの温度上昇を定めるように決定される。

ディーゼル粒子フィルターの入り口での排気ガスの温度上昇を得るための異なる手法として、主噴射に加えて排気段階の間に後噴射を行うことが考えられる。実際には、一般的にディーゼル粒子フィルターは、ディーゼル粒子フィルター自体の上流に配置された不燃焼炭化水素および一酸化炭素を低減するための酸化触媒変換器と一緒に単一のキャニスター中に一体化されるので、一般にエンジンの排気段階に行われる燃料の後噴射は、噴射された燃料が運動トルクを発生する燃焼に僅かしか貢献せず、したがって、触媒変換器を直接不燃焼状態に到達させ、このようにして排気ガス中に存在する炭化水素ＨＣが増加することを決定付け、それらは、順次、酸化触媒変換器内で酸化されることを意味する。酸化触媒変換器内で生じる酸化の発熱反応は、周知のように、酸化触媒変換器の下流に配置されているディーゼル粒子フィルターの入り口での排気ガス温度を上昇させ、したがって、ディーゼル粒子フィルター自体の再生を可能にする。

その後、ディーゼル粒子フィルターの再生の分野における大きな進歩は、１つの同じエンジンサイクルの間に各シリンダーにおいて６つまでの連続的な噴射を行うことのできる、第２世代の共通軌道噴射システムの出現で達成された。複数の噴射に関する主題をさらに詳細に取り扱うために、本願の出願人の名義で２０００年３月３日に出願された欧州特許出願ＥＰ００１０４６５１．５号および２０００年９月１３日に公開されたＥＰ１０３５３１４号を参照することができ、その内容は本明細書に完全に導入されると考えられる。

例えば、本願の出願人の名義で２００２年８月２日に出願された欧州特許出願ＥＰ０２０１７３８７号および２００３年２月５日に公開されたＥＰ１２８１８５２号において、ディーゼル粒子フィルターの非再生条件下における噴射自体のフェージングに関して、単に１つ以上の噴射のフェージングを変更することによって、排気ガス温度の上昇を得ることが提案されている。

第一世代のディーゼル粒子フィルターは、非常に高い熱機械的耐久性を備えるセラミック材料（炭化ケイ素）を用いて作られ、これらの強度特性は、特別に正確な方法ではないが、できる限り短時間で再生を行う目的だけをもって再生管理を可能にする。

したがって、現在車両で実施されている再生の手法は、できる限りディーゼル粒子フィルターの暖機ステップを加速し、場合によって、粒子の消滅を加速するように一種の温度上昇を提供することであると考えられる。

この種の手法は、禁忌として高い温度ピークと高い熱勾配を出現させ、これは、特に臨界的な場合には、ディーゼル粒子フィルターの損傷またはその故障さえも招きかねない。この種の故障は通常複合的であり、したがって、欧州基準（Ｅｕｒｏ−４）による濾過効率を低下させない。しかし、将来、新しい基準の出現によって、ディーゼル粒子フィルターが故障した車両は、おそらく法律で考えられる制限をもはや満足できないであろう。

さらに、目的が、強度の低いセラミック材料、したがって、現在用いられているものよりも低コストでディーゼル粒子フィルターを作製することであるならば、ディーゼル粒子フィルターの再生を管理する現在の方式はその経時的な信頼性を保証しないであろう。

本発明の目的は、上で示した欠点を少なくとも部分的に克服することができるディーゼル粒子フィルターの再生を管理する方法を提供することである。

本発明によれば、添付請求項で定義されるディーゼル粒子フィルターの再生を管理する方法が提供される。

ここで、本発明をさらによく理解するために、添付図面を参照して、純粋に限定されない例示として、好ましい実施形態を説明する。

大まかに言えば、本発明は、フィルター内で引き起こされる酸化反応、すなわち、
Ｃ＋Ｏ₂＝ＣＯ₂
Ｃ＋１／２Ｏ₂＝ＣＯ
の観測に基づいている。

これは実際に反応自体の速度に比例する高い熱勾配及び高い温度ピークを発生する発熱反応である。

特に、Ａ．Ｙｅｚｅｒｅｔｓ、Ｎ．Ｗ．Ｃｕｒｒｉｅｒ、およびＨ．Ａ．Ｅａｄｌｅｒによる２００３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ Ｓｏｏｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｂｙ Ｏ₂−Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ、ＳＡＥ ２００３−０１−０８３３に記述されているように、酸化反応の動力学は次の式で表すことができる。
ｒ＝ｋ・［Ｃ］^a・［Ｏ₂］^b・［Ｈ₂Ｏ］^c
式中、ｒはモル／ｓで表した反応速度であり、
ｋは、ｋ＝Ａ・ｅ^(-E/RT)（Ａは頻度因子であり、ＥはＪ／モルでの反応の起動エネルギーであり、Ｒは理想気体定数８．３１４５Ｊ／（モル・Ｋ）であり、Ｔは酸化反応が起こる温度である）で与えられる反応速度定数であり、
［Ｃ］はモルで表した粒子の量であり、
［Ｏ₂］および［Ｈ₂Ｏ］は、それぞれ、モルで表した酸素と水の濃度であり、
ａ、ｂ、ｃはそれぞれの反応次数である。

したがって、酸化反応の動力学を適切に制御することによって、ディーゼル粒子フィルター内に発生する温度のピークを制御することができ、したがって、ディーゼル粒子フィルターを損傷し得る温度ピークと熱勾配を防止することができる。

酸化反応は次の物理量で制御することができる。
・酸化反応に関与する粒子の量（［Ｃ］）
・ディーゼル粒子フィルター内の温度（Ｔ）
・酸化反応に関与する酸素の量（［Ｏ₂］）

したがって、本発明の基になる発明の考えは、ディーゼル粒子フィルター内で起こる粒子の酸化反応速度、したがって、粒子自体の焼却時と燃焼伝播の間の両方で生じる温度ピークと熱勾配を減衰させるように上述の物理量を操作して、単位時間当たりに除去（焼却）される粒子の量で定義されるディーゼル粒子フィルター自体の再生速度を適切に制御することである。

特に、本発明の基になる発明の考えは、２つの異なる再生ステップを連続して行ってディーゼル粒子フィルターの再生中の再生速度を変化させることであり、第１ステップでは、酸化反応の進展を遅らせるために酸化反応の最初の瞬間に展開される熱量を制御して「減衰」させるように、ディーゼル粒子フィルターが通常行われる再生よりも低い速度で再生され、第２ステップでは、ディーゼル粒子フィルターが現在行われているディーゼル粒子フィルターの再生速度で再生される。ディーゼル粒子フィルター７において、その再生を起動させるために必要な熱−流体−動力学条件が存在しない場合、上述の２つのステップの再生に先立って、該条件を正確に作り上げるように設計されたディーゼル粒子フィルター７の暖機ステップを行うことができるであろう。

２つの異なる再生速度は、第１の再生ステップ中の粒子燃焼をできる限り遅くし、替わりに、第２の再生ステップ中の粒子燃焼をできる限り速くすることのできる排気ガスを得ることを可能にするエンジンの適切な較正によって得られる。

エンジン較正の観点から、エンジンの運転の有孔板上に上述の結果を得るために、エンジンの入り口で空気が制御され、特に吸気管に設けられたスロットルバルブ、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ、およびターボスーパーチャージャーのブレードの位置（および吸気管に設けられた小さなスロットルバルブを経由して取り込まれる空気流の渦）を操作することによって空気が制御される。

図１は本発明の実施を可能にするディーゼル粒子フィルターの再生を管理するためのシステム図を示す。

特に、図１において、１で全体を示したのは内燃機関、特に車両、特に路上車両（図示されない）のスーパーチャージドディーゼルエンジンであり、その中で本発明の理解に必要な部品のみが示されている。

エンジン１には可変形状を有するターボスーパーチャージャー２と、共通軌道燃料噴射系３と、吸気系２１と、燃焼によって生成したガスのための排気系４と、排気ガス再循環（ＥＧＲ）系５と、エンジン１の様々な系を制御するための電子制御系６とが設けられる。

詳細には、吸気系２１は、吸気マニホルド８と、吸気マニホルド８に沿って設けられた電子制御スロットルバルブ９とを含む。

共通軌道燃料噴射系３は、エンジン１の各シリンダー１１に１つずつ（図には１つだけが示される）の、燃料を高圧でエンジン１のシリンダー１１に供給する複数の噴射器１０と、噴射器１０に高圧で燃料を供給する高圧供給回路（図示されない）と、燃料を低圧で高圧供給回路に供給する低圧供給回路（図示されない）とを含む。共通軌道燃料噴射系３は、エンジン１の各エンジンサイクルおよび各シリンダー１１において、前述の特許出願ＥＰ１０３５３１４号に記載されている連続的な複数の噴射の起動を構想する燃料噴射の手法の実行を可能にする。

ガス排気系４は、ガス排気マニホルド１２を含み、それに沿って、ターボスーパーチャージャー２、ターボスーパーチャージャー２の近接位置に設けられた酸化触媒予備変換器１３、およびディーゼル粒子フィルター７がカスケード式に配置されている。

排気ガス再循環系５は、エンジン１によって生成された排気ガスの一部を吸気マニホルド８中に再導入して燃焼の温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の形成を低減させる目的を有し、排気ガス再循環管１４として概略的に表されており、これは、ターボスーパーチャージャー２の上流に設けられた地点における排気マニホルド１２を、スロットルバルブ９の下流に設けられた地点における空気吸い込みマニホルド８に接続し、吸気管８中に発する地点では、排気ガス再循環管１４の終端部に設けられた、「ＥＧＲソレノイドバルブ」としても知られる制御ソレノイドバルブ１５に接続する。

電子制御系６は、スロットルバルブ９の上流で吸気管８に沿って設けられ、吸い込まれた空気の流れを示す電気信号ＡＩＲ_MEASを出力で供給する空気流量計（デビメーター）１６と、ターボスーパーチャージャー２と酸化触媒予備変換器１３の間にガス排気管１２に沿って設けられ、排気ガス中の酸素のパーセントを示す、さらに詳細には排気でのタイター力価、すなわち、燃焼混合物の空気／燃料比（Ａ／Ｆ）に比例する電気信号を出力で供給する比例式の酸素濃度センサー１７と、酸化触媒予備変換器１３の出口に設けられ、酸化触媒予備変換器１３の出口でのディーゼル粒子フィルター７へ入る排気ガスの温度を示す電気信号を出力で供給する温度センサー１８と、ディーゼル粒子フィルター７の入り口と出口の間でガス排気管１２に沿って設けられ、ディーゼル粒子フィルター７の入り口と出口の間の圧力の差を示す電気信号を出力で供給する示差圧力センサー１９と、空気流量計１６、酸素濃度センサー１７、温度センサー１８、および示差圧力センサー１９に接続され、噴射器１０、ＥＧＲソレノイドバルブ１５、およびスロットルバルブ９を起動するための信号を供給し、以下で図２の機能ブロック図を参照して説明する本発明によるディーゼル粒子フィルター７の再生を管理するための方法を実施する電子制御ユニット２０とを含む。

特に、系の初期の較正ステップでは、ディーゼル粒子フィルター７の再生管理に必要な複数の限界値（図２には示されない）が電子制御ユニット２０中に記憶されている。すなわち、
・ディーゼル粒子フィルター７の入り口での限界温度Ｔ_{ＩＮ−ＴＨ}、例えば４００℃、
・ディーゼル粒子フィルター７内部の限界温度Ｔ_Ｆ−ＴＨ、例えば５５０℃、
・ディーゼル粒子フィルター７の再生の第１ステップ中に用いられるディーゼル粒子フィルター７の入り口での目標温度Ｔ_{ＩＮ−ＴＡＲＧ−１}、例えば６００℃、
・ディーゼル粒子フィルター７の再生の第２ステップ中に用いられるディーゼル粒子フィルター７の入り口での目標温度Ｔ_{ＩＮ−ＴＡＲＧ−２}、例えば６５０℃、
・ディーゼル粒子フィルター７の再生の第１ステップ中に用いられる排気ガス中の第１目標酸素濃度Ｋ_{Ｏ２−ＴＡＲＧ−１}、例えば、排気ガス容積の７％未満の任意の値、
・ディーゼル粒子フィルター７の再生の第２ステップ中に用いられる排気ガス中の第２目標酸素濃度Ｋ _{Ｏ２−ＴＡＲＧ−２} 、例えば、物理的に得ることのできる最大酸素濃度、
・ディーゼル粒子フィルター７に供給される限界熱エネルギーＰ_Ｔ−ＴＨ、例えば、４００００ｋＪ、
・車両の現在の走行プロファイル（市街走行、郊外走行、自動車道走行等）を識別することの可能な参照値、例えば、車両の速度、エンジンのｒｐｍ、負荷など、
・走行プロファイルの関数としての第１再生ステップと第２再生ステップの最大期間ｔ_{ＭＡＸ−１}およびｔ_{ＭＡＸ−２}、例えば、それぞれ約４００秒及び２００秒の範囲、
・再生ステップ全体の最大期間ｔ_ＭＡＸ、例えば、６００秒、
・それを超えるとディーゼル粒子フィルター７の再生を起動することが必要になるディーゼル粒子フィルター７中に蓄積された粒子の限界量Ｍ_{Ｐ−ＴＨ１}、
・それを超える第２再生ステップへの進行は、ディーゼル粒子フィルター７を損傷し得るディーゼル粒子フィルター７中に存在する粒子の限界量Ｍ_{Ｐ−ＴＨ２}、

次に、本発明による方法を実施するために、電子制御ユニット２０は上記の様々なセンサーによって測定される以下の量を連続的に入手する。すなわち、
・デビメーター１５によって測定される取り込まれる空気量ＡＩＲ_MEAS、
・排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2、
・ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_IN、
・ディーゼル粒子フィルター７の入り口と出口の間の圧力差。

図２を参照すれば、次に電子制御ユニット２０は、以下を決定する。
・ディーゼル粒子フィルター７自体の物理的モデルによるディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_INに基づくディーゼル粒子フィルター７内の温度Ｔ_F、あるいは、ディーゼル粒子フィルター７内の温度Ｔ_Fは、ディーゼル粒子フィルター７内に配置された意図的に設けた温度センサー（図１には示されない）によって直接測定することも可能だろう。
・ディーゼル粒子フィルター７内を流れる排気ガスの流量及び温度に基づくディーゼル粒子フィルター７へ供給される現在の熱エネルギーＰ_T、それ自体公知の方法であり、したがって詳細には説明されないが、排気ガスの流量は、吸い込まれる空気の流量ＡＩＲ_MEASとシリンダー１１に噴射される燃料Ｑ_FUELの流量の総計に等しい（燃料流量は電子制御ユニット２０が知る量である）。
・エンジンｒ．ｐ．ｍ．および負荷などのエンジン量に基づく車両の走行プロファイル。
・以下に詳細を説明する方法で、ディーゼル粒子フィルター７中に蓄積される粒子の量Ｍ_P。

ディーゼル粒子フィルター７の再生を行うために、電子制御ユニット２０は、図３で最終的な状態機械の形で表される調整器３０（図２に示される）を実行し、その時の展開は、ディーゼル粒子フィルター７に供給される熱エネルギーＰ_Tと、系の熱状態と、エンジンおよび車両の使用条件とに依存し、特に、排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2、ディーゼル粒子フィルター７の入り口と内部の温度Ｔ_INおよびＴ_F、ディーゼル粒子フィルター７に供給される熱エネルギーＰ_T、ディーゼル粒子フィルター７に蓄積された粒子の量Ｍ_P、および車両の現在の走行プロファイルの関数である。

図３に示した状態機械を参照すれば、ディーゼル粒子フィルター７に蓄積された粒子の量Ｍ_Pが、記憶された限界値Ｍ_P-TH1よりも低い限り、再生は引き起こされず、最終的な状態機械は図３において文字Ａで示される初期の待機状態に留まり、その間にディーゼル粒子フィルター７内に粒子の通常の蓄積が起こる。

ディーゼル粒子フィルター７に蓄積された粒子の量Ｍ_Pが、記憶された限界量Ｍ_P-TH1に達するとき、電子制御ユニット２０はディーゼル粒子フィルター７の再生の起動に必要な以下の条件が満たされるかどうかを予備的に求める。
・ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_INは記憶された限界温度Ｔ_IN-THに等しいかそれより高い、
・ディーゼル粒子フィルター７内の温度Ｔ_Fは記憶された限界温度Ｔ_F-THに等しいかそれより高い、
・ディーゼル粒子フィルター７に供給される熱エネルギーＰ_Tは記憶された限界熱エネルギーＰ_T-THに等しいかそれよりも高い。

前述の条件が満たされる場合、最終的な状態機械が待機状態Ａからディーゼル粒子フィルター７の再生の第１状態へ展開するように、ディーゼル粒子フィルター７の再生を即座に起動させることのできる、図２において５０で表され図３において文字Ｃで表される条件が存在し、これは以下でさらに詳細に説明する。

そうではなく、前述の条件が満たされない場合、ディーゼル粒子フィルター７の再生を即座に起動させることのできる条件が存在せず、そのため最終的な状態機械が、待機状態Ａから、図２において４０で表され図３において文字Ｂで表されるディーゼル粒子フィルター７の暖機状態へ展開し、ディーゼル粒子フィルター７は、ディーゼル粒子フィルター７自体の入り口および内部の温度が、記憶された限界温度Ｔ_IN-TH及びＴ_F-THに達するまで暖機される。該暖機はディーゼル粒子フィルター７内を流れる排気ガスの温度と流量、結果的に、ディーゼル粒子フィルター７自体へ供給される熱エネルギーを増加させることによって得られる。特に排気ガスの温度上昇は前述の特許出願ＥＰ１２８１８５２号に記載されているようにして得られ、すなわち、ディーゼル粒子フィルター７の非再生条件下でその段階に関して行われる複数の噴射の１つ以上のフェージングを変化させることによって得られる。特に、排気ガスの温度上昇は、後噴射ＰＯＳＴ中の燃料噴射の量を増加させることによって、及び、燃焼ができる限り排気バルブの開放部近くで起き、排気ガスが冷却される時間がなく、その結果、ディーゼル粒子フィルター７を高い温度に到達させるように後噴射ＰＯＳＴを遅らせることによって得られる。

ディーゼル粒子フィルター７へ供給される熱エネルギーＰ_Tが、燃料の後噴射ＰＯＳＴで実施された動作に続く再生の第１の様態の起動を可能にするには不十分であった場合、電子制御ユニット２０は、ディーゼル粒子フィルター７へ供給される熱エネルギーＰ_Tが限界熱エネルギーＰ_T-THに達するまで、吸気の流量ＡＩＲ_MEAS、したがって排気ガスの流量が増加するようにスロットルバルブ９の開放を制御する。

状態機械が暖機状態Ｂにあるときに、例えば、再生ステップ全体の最大期間ｔ_MAXを超えたため、またはエラーが発生し、もしくは診断が開始されたためのいずれかによってエンジンが停止されたために再生の実行を防げる事態が発生した場合、状態機械は再び待機状態Ａに戻る。

ディーゼル粒子フィルター７の再生の起動を可能にするのに必要な条件が生じると、最終状態機械は、暖機状態Ｂから、電子制御ユニット２０が上述の第１再生ステップを起動する上述の第１再生状態Ｃへ進み、その間は、酸化反応の最初の瞬間に展開された熱量を「減衰」させるように、ディーゼル粒子フィルター７は再生が通常行われる速度よりも遅い速度で再生され、すなわち、その間に酸化反応、したがって、粒子の燃焼がゆっくり行われ、このように、ディーゼル粒子フィルター７自体を損傷させやすい高温ピークと高い熱勾配が防止される。

特に、低速での第１再生ステップは、ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_INおよび排気ガスの酸素濃度Ｋ_O2の目標値として、それぞれ記憶された目標温度Ｔ_IN-TARG-1および限界濃度Ｋ_O2-TARG-1を設定して、ディーゼル粒子フィルター７内の温度ならびにディーゼル粒子フィルター７内に起こる酸化反応に関与する酸素濃度の閉ループ制御によって行われる。

ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度は、前述の方法で排気ガスの温度を制御することによって、すなわち、後噴射ＰＯＳＴの遅れおよび後噴射ＰＯＳＴの間に噴射される燃料量の増加を操作することによって、電子制御ユニット２０によって制御される。

代わりに、排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2の制御は、それ自体周知の方法で、したがって、詳細には述べないが、以下を適切に制御することによって行われる。
・スロットルバルブ９を介して吸い込まれる空気ＡＩＲ_MEASの流量、
・ＥＧＲソレノイドバルブ１５を介して再循環される排気ガスの流量、及び
・ターボスーパーチャージャー２のブレードの位置。

さらに、排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2は、噴射ＡＦＴＥＲの間に噴射される燃料のタイミング及び量を適切に制御することによって調節することができ、これは燃焼チャンバーの温度を上昇させ、残留酸素をさらに消費する。

第１再生ステップの期間は、主としてそれが行われる走行プロファイルならびにディーゼル粒子フィルター７に供給される現在の熱エネルギーＰ_Tに依存する。特に、第１再生ステップが市街走行プロファイルの間に行われるならば、ディーゼル粒子フィルター７に熱衝撃を与える可能性が非常に高く、第１再生ステップの期間を延長する必要があるが、第１再生ステップが郊外走行プロファイルの間に行われる場合、ディーゼル粒子フィルター７の温度は通常高く、第１再生ステップの期間は市街走行サイクルの間の起動の期間よりも短くなるであろう。

この理由により、第１再生ステップの起動の前に、電子制御ユニット２０は現在の走行プロファイルに基づいて第１再生ステップの最大期間ｔ_MAX-1を選択する。

第１再生ステップの間に、例えば、エンジンが停止され、または第１再生ステップの最大期間ｔ_MAX-1あるいは再生ステップ全体の最大期間ｔ_MAXを過ぎ、またはさもなければエラーが発生し、または診断が開始されたことによって、該ステップを中断する事態が発生した場合、状態機械は再び待機状態Ａに戻る。

さらに、第１再生ステップを行うとき、電子制御ユニット２０はディーゼル粒子フィルター７中の粒子の残量Ｍ_Pを監視し、それを記憶された限界量Ｍ_P-TH2と比較する。

ディーゼル粒子フィルター７中の粒子の残量Ｍ_Pが限界量Ｍ_P-TH2よりも多いか、さもなければ第１再生ステップの期間が最大期間ｔ_MAX-1よりも短い限り、最終状態機械は第１再生状態Ｃに留まり、したがって、ディーゼル粒子フィルター７の第１再生ステップを継続するが、ディーゼル粒子フィルター７中の粒子の残量Ｍ_Pが限界量Ｍ_P-TH2に等しいかそれよりも少ないとき、または第１再生ステップの期間が最大期間ｔ_MAX-1を過ぎるとき、最終状態機械は第１再生状態Ｃから、図２において６０、および図３において文字Ｄで示される第２再生状態に移行して、電子制御ユニット２０がディーゼル粒子フィルター７の第２再生ステップを起動し、その間は第１再生ステップの燃焼量に比べて単位時間あたり多量の粒子が燃焼する、すなわち、その間に第１再生ステップの燃焼量に比べてより速い速度で酸化反応が起き、粒子はより急速に燃焼する。

第２再生ステップでディーゼル粒子フィルター７の再生工程を完了して、ディーゼル粒子フィルター７の全体的な洗浄を得ることが可能であり、第１再生状態Ｃから第２再生状態Ｄへ徐々に移行することによって、ディーゼル粒子フィルター７を損傷しやすい高い温度ピークと高い熱勾配が防止される。

また、この状況において第２再生ステップを行うことができるためには、酸化反応が、第１再生ステップの酸化反応が起こる速度よりも速い速度で有効に起こるように、フィルター内の温度ならびに反応に関与する酸素濃度を制御することが必要である。

特に、高速での第２再生ステップは、ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_INおよび排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2の目標値として、それぞれ記憶された目標温度Ｔ_IN-TARG-2および限界濃度Ｋ_O2-TARG-2を設定して、ディーゼル粒子フィルター７内の温度ならびにディーゼル粒子フィルター７内で起こる酸化反応に関与する酸素濃度の閉ループ制御によって行われる。

ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度および排気ガス中の酸素濃度Ｋ_O2の制御は第１再生ステップを参照して前に述べたものと同様に行われる。

第２再生ステップの期間は、主として、実施される走行プロファイルならびにディーゼル粒子フィルター７へ供給される熱エネルギーＰ_Tに依存する。したがって、第２再生ステップの起動の前に、電子制御ユニット２０は現在の走行プロファイルに基づいて第２再生ステップの最大期間ｔ_MAX-2を選択する。

高速でのその再生ステップの間に、例えば、エンジンの停止、または第２再生ステップの最大期間ｔ_MAX-1あるいは再生ステップ全体の最大期間ｔ_MAXを超えたことによって、またはさもなければエラーが発生し、または診断が開始されたことによって該ステップの中断が起こる事態が発生した場合、最終状態機械は再び待機状態Ａに戻り、ディーゼル粒子フィルター７全体が空になっている場合にもその状態に進む。図４はディーゼル粒子フィルター７自体の再生ステップ全体の間の、ディーゼル粒子フィルター７の入り口での温度Ｔ_INおよびディーゼル粒子フィルターの内部を流れる排気ガス中の酸素濃度の（再生ステップ全体の最大期間に対して正規化された）時間による進展を表すグラフを示している。図４において、暖機ステップ中は、これらの条件では粒子は燃焼しないので、酸素濃度が制御されない限り酸素濃度の進展は示されないことを付記するのがよいであろう。

最終的に、ディーゼル粒子フィルター７中に蓄積された粒子の量Ｍ_Pの概算に関しては、これは数種類の方法で行うことができ、例えば以下に基づいて概算することができる。
・本願の出願人の名義で２００３年１月２３日に出願された欧州特許出願ＥＰ０３００１５６２．２号および２００３年８月６日に公開されたＥＰ１３３３１６５号に記載されたものと同じ型式の物理モデルは、その内容が本明細書に完全に組み込まれると考えられるべきであり、該物理モデルは、エンジンの運転条件およびディーゼル粒子フィルター中の粒子の蓄積の履歴の関数として、空間分布および／または粒子自体の物理化学特性において起こり得る変化の評価に基づいて、一定の時間において蓄積された粒子量の概算を可能にする。特に、その物理モデルは、ディーゼル粒子フィルターに蓄積された粒子の量とディーゼル粒子フィルター自体の圧力降下の間の関係を画定するパラメーターの複数の参照値を最初に求め、その参照値の各々は、粒子がディーゼル粒子フィルター自体に蓄積されるエンジンの運転のそれぞれの静止条件に関連する。次いで、エンジン運転の一定の条件において、該パラメーターの運転値はエンジンの運転の同じ静止条件に対応するパラメーター自体の参照値の関数として、およびディーゼル粒子フィルター中の粒子蓄積の履歴の関数として求められる。次いで、該パラメーターの運転値はディーゼル粒子フィルターに蓄積した粒子の量の計算に用いられる。
・本願の出願人の名義で２００４年１２月１０日に出願された欧州特許出願ＥＰ０４１０６４５４．４号および２００５年６月１５日に公開されたＥＰ１５４１８２９号に記載されたものと同じ型式の統計モデルは、その内容が本明細書に完全に組み込まれると考えられ、該統計モデルは、市場及び実験的な試験で行われたエンジンの広範囲の走行条件、例えば、無負荷条件、市街走行、郊外走行、及び自動車道走行の条件、並びに高トルク高出力の条件下の複数のディーゼル粒子フィルターの性能に関するデータ収集に基づくものである。集められたデータは、エンジン運転の時間および地点が変化する間、ディーゼル粒子フィルター内の粒子の蓄積の統計を作成することを可能にする。実際に、ディーゼル粒子フィルター内の粒子の蓄積は時間に依存する顕著な非線形工程であるが、エンジンの運転地点にも顕著に影響を受ける。該市場でのデータ収集は、各エンジン地点を、一定の時間において時間中に蓄積された粒子量の合計に等しい、単位時間当たりにディーゼル粒子フィルター内に蓄積された粒子量に対応する値と相関を取り、最終結果として、再生工程が開始される最適粒子量のパーセントとして表される蓄積された粒子量の概算を得ることが可能である。或いはまた、
・前述の欧州特許出願ＥＰ１５４１８２９号に記載されたものと同じ型式の混合モデルであり、統計モデルの特性を物理モデルの特性と組み合わせる。

本発明の利点は前に説明したことから明らかである。特に、本発明の主題を形成する方法は、以下を可能にする。
・ディーゼル粒子フィルターの再生工程の最適化、およびエンジンの運転範囲全体にわたるディーゼル粒子フィルター内の温度ピークを制御することによって高い温度ピークと高い熱勾配に起因するあらゆる損傷からのディーゼル粒子フィルターの保護。
・対応する熱機械的特性に応じてディーゼル粒子フィルターのための異なるタイプの基材の取り扱い。
・車両の寿命期間中のディーゼル粒子フィルターの故障の低減。
・起動の瞬間に存在する熱流体動力学の関数として暖機ステップの最適化。

本明細書において説明し図示した方法は、添付の請求項に定義された本発明の保護の範囲から逸脱することなく修正および変更を加えることができるのは明らかである。

例えば、ディーゼル粒子フィルターの再生は、上述のものとは異なる基準に基づいて起動することができるであろう。特に、ディーゼル粒子フィルター中に蓄積した粒子の量が一定の限界値を超えるときに起動する替わりに、ディーゼル粒子フィルターの再生は、ディーゼル粒子フィルターの入り口と出口間の圧力差が、フィルター自体の閉塞を示す一定の限界値を超えるとき、あるいは、例えば、車両の移動距離に関連付けられた頻度で、例えば５００または１０００ｋｍごとに、車両の有効な使用を示す基準に基づいて起動することができるであろう。

さらに、第２再生ステップは上述のものとは異なる基準に基づいて起動することができるであろう。特に、第１再生ステップの期間が車両の走行プロファイルの関数である限界期間を超えたとき、そうでなければ、ディーゼル粒子フィルター内に存在する残留粒子量が前もって設定された残量以下に低下したときに起動する替わりに、上述の２つの基準の１つだけに基づいて第２再生ステップを起動することができるであろう。

さらに、第２再生ステップは上述のものとは異なる基準に基づいて停止させることができるであろう。特に、第２再生ステップの期間が車両の走行プロファイルの関数である限界期間を超えたときに停止する替わりに、ディーゼル粒子フィルター内に存在する残留粒子量が前もって設定された残量以下に低下したとき、好ましくはディーゼル粒子フィルターが完全に空にされたときに停止させることができるであろう。したがって、該目的のために、本発明は第１再生ステップの間だけではなく、第２再生ステップの間もディーゼル粒子フィルター内の残留粒子量を計算することも考えられ、これは、第２再生ステップを停止するため、および後続のその再生の起動のために用いられるディーゼル粒子フィルター中に蓄積された粒子量の初期の計算値の両方に用いられる値である。

ディーゼル粒子フィルターを設けた内燃機関エンジンのための噴射系および排気系を示す図である。 本発明による、ディーゼル粒子フィルターの再生起動方法の動作ブロック図である。 本発明による方法の状態図である。 本発明による、ディーゼル粒子フィルターの入り口の温度および再生中にディーゼル粒子フィルター内へ流れる排気ガスの酸素濃度のグラフを示す図である。

Claims (5)

1. 車両の内燃機関（１）のガス排気系（４）のためのディーゼル粒子フィルター（７）の再生を管理する方法であって、
   ディーゼル粒子フィルター（７）の再生速度を変化させることを含み、
   ディーゼル粒子フィルター（７）の再生速度を変化させることが、
   その間にディーゼル粒子フィルター（７）が第１再生速度で再生される第１再生ステップを実行することと、
   続いて、その間にディーゼル粒子フィルター（７）が第１再生速度よりも速い第２再生速度で再生される少なくとも１つの第２再生ステップを実行することを含み、
   ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップを起動する条件が存在するかどうかを検証することと、
   前記条件が存在する場合、ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップを起動することと、
   前記条件が存在しない場合、ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップを起動するための条件を作ることをさらに含み、
   ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップを起動するための前記条件が、
   ディーゼル粒子フィルター（７）の入り口での温度が第１限界温度（Ｔ_IN-TH）と等しいかそれよりも高いことと、
   ディーゼル粒子フィルター（７）内の温度が第２限界温度（Ｔ_F-TH）と等しいかそれよりも高いことと、
   ディーゼル粒子フィルター（７）に供給される熱エネルギー（Ｐ_T）が限界熱エネルギー（Ｐ_T-TH）と等しいかそれよりも高いことを含み、
   第１再生ステップの起動の前に、現在の車両の速度、エンジンのｒｐｍ、又は、負荷のいずれかに基づいて第１再生ステップの最大期間（ｔ_MAX-1）を選択することと、
   第２再生ステップの起動の前に、現在の車両の速度、エンジンのｒｐｍ、又は、負荷のいずれかに基づいて第２再生ステップの最大期間（ｔ_MAX-2）を選択することを含み、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）内の粒子の残留量（Ｍ _P ）が限界量（Ｍ _P-TH2 ）より少ないか等しいとき、又は、第１再生ステップの期間が予め定めた期間（ｔ _MAX-1 ）を過ぎるとき、前記第１再生ステップから前記第２再生ステップへ移行することを含むことを特徴とする方法。
2. 前記ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップの起動のための条件を作ることが、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）の入り口での温度を第１限界温度（Ｔ_IN）まで上昇させることと、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）内の温度を第２限界温度（Ｔ_F）まで上昇させることと、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）に供給される熱エネルギー（Ｐ_T）を前記限界熱エネルギー（Ｐ_T-TH）まで増加させることを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記ディーゼル粒子フィルター（７）の第１再生ステップを実行することが、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）の入り口での温度を第１目標温度（Ｔ_IN-TARG-1）に維持することと、
   前記排気ガス中の酸素濃度（Ｋ_O2）を第１目標濃度（Ｋ_O2-TARG-1）に維持することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記ディーゼル粒子フィルター（７）の第２再生ステップを実行することが、
   前記ディーゼル粒子フィルター（７）の入り口での温度を第２目標温度（Ｔ_IN-TARG-2）に維持することと、
   前記排気ガス中の酸素濃度（Ｋ_O2）を第２目標濃度（Ｋ_O2-TARG-2）に維持することを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記第２目標温度（Ｔ_IN-TARG-2）が前記第１目標温度（Ｔ_IN-TARG-1）よりも高く、前記第２目標濃度（Ｋ_O2-TARG-2）が前記第１目標濃度（Ｋ_O2-TARG-1）よりも高い請求項４に記載の方法。

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