(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスを発生するエンジンと、前記排出ガスを処理する後処理システムと、コントローラと、を備えた動力システムであって、
前記後処理システムは、前記エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒と、前記エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタと、前記粒子フィルタ内の煤の量の指示値を提供するセンサと、を含み、
前記コントローラは、前記センサによって判断される前記粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたときであって、エンジン速度およびトルクが限界速度−トルク曲線より低くなったときに、前記動力システムの動作パラメータを変化させて排出ガスのＮＯｘ／煤比を上昇させ、３５／１より高くすることで、前記粒子フィルタが再生されるようにする、
ことを特徴とする動力システム。
【請求項２】
前記コントローラはまた、前記動力システムの動作パラメータを変えることで前記排出ガスの温度を上昇させ、２００℃超の後処理温度を実現することを特徴とする請求項１に記載の動力システム。
【請求項３】
前記コントローラはまた、前記粒子フィルタ内の煤の量が前記スレッショルドを超えたときに、エンジンの燃料噴射圧力を高めることを特徴とする請求項１または２に記載の動力システム。
【請求項４】
前記動力システムは排気システムをさらに含み、前記排気システムは、前記エンジンの前記排出ガスを前記後処理システムと前記排気システム内に配されて前記コントローラにより作動される背圧弁とに向けるためのものであり、前記コントローラは、前記粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたことが前記センサによって判断されたときに、前記背圧弁を少なくとも部分的に閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の動力システム。
【請求項５】
前記コントローラによって作動される排出ガス再循環システムをさらに含み、前記排出ガス再循環システムは、前記エンジンの吸気側と前記排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁とに戻るように前記エンジンの前記排出ガスを再循環させるものであり、前記コントローラは、背圧弁が少なくとも部分的に閉じたときに、前記排出ガス再循環弁を閉鎖することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の動力システム。
【請求項６】
燃料のメインショットの噴射を行うために燃料システムが設けられ、前記コントローラは、前記粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたときに、前記燃料のメインショットの噴射タイミングを変化させるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の動力システム。
【請求項７】
前記燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うよう構成され、前記コントローラは、前記粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたときに、前記燃料のメインショットの前または後に、燃料の付加的なショットを追加するよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載の動力システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記エンジンの速度およびトルクがスレッショルドの速度およびトルク曲線を下回ったときに、前記エンジンの動作パラメータを変化させるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の動力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出ガス後処理システムに関し、特にディーゼル微粒子除去装置（diesel particulate filter）の再生に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
後処理システムは、再生されるべき、そして硫黄によって不活性化され得るディーゼル微粒子除去装置を含むことができる。特許文献１は、エンジンの負荷および速度を変化させて排出ガスの温度を限界温度よりも高くするエンジン制御システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願第０８１６０２７６．５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一形態において、本開示は、排出ガスを発生するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料システムと、排出ガスの処理を行う後処理システムと、コントローラと、を具える動力システムを提供する。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒と、エンジンから出る煤をトラップする微粒子除去装置と、微粒子除去装置内の煤の量の指示値を提供するセンサと、を含む。コントローラは、微粒子除去装置内の煤の量がスレッショルドを超えたときにエンジンの燃料噴射圧力を増大させる。
【０００５】
他の形態では、排出ガスを発生するエンジンと、排出ガスの処理を行う後処理システムと、コントローラと、を具える動力システムが開示される。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒と、エンジンから出る煤をトラップする微粒子除去装置と、微粒子除去装置内の煤の量の指示値を提供するセンサと、を含む。コントローラは、微粒子除去装置内の煤の量がスレッショルドを超えたときに、動力システムの動作パラメータを変更し、排出ガス内のＮＯｘ／煤比を上昇させ、３５／１より大となるようにする。
【０００６】
さらに他の形態では、燃料噴射圧力を少なくとも部分的に増大させることにより、エンジンが発生する排出ガス内のＮＯｘ／煤比を一時的に上昇させ、３５／１より大となるようにする方法が開示される。
【０００７】
本開示の他の特徴および形態は、以下の説明および添付の図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】動力システムの線図である。
【図２】第１作動モードおよび第２作動モードの期間におけるディーゼル微粒子除去装置内の煤の蓄積（loading）をグラフで表したものである。
【図３】第２作動モードが有効とされる境界速度−トルク曲線およびエンジン速度−トルクマップをグラフで表したものである。
【図４】第２作動モードにおいて用いられる方略のブロック線図である。
【図５】ディーゼル微粒子除去装置内の煤の蓄積をグラフで表したものであり、遅延期間および移行期間を示している。
【図６】ディーゼル微粒子除去装置内の煤の蓄積をグラフで表したものであり、遅延期間および移行期間を示している。
【図７】スレッショルドを超えるディーゼル微粒子除去装置内の煤の蓄積をグラフで表したものであり、エンジンの応答を示している。
【図８】炭化水素除去キャリブレーションの間におけるディーゼル微粒子除去装置内の炭化水素レベルをグラフで表したものである。
【図９】硫黄検出ルーチンの間における煤蓄積プロフィールおよび温度プロフィールをグラフで表したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に見られるように、動力システム１はエンジン１０および他の複数のシステムを含んでいる。これらのシステムには、燃料システム２０、吸気システム３０、排気システム４０、後処理システム５０、排出ガス再循環（ＥＧＲ）システム６０および電気システム７０が含まれる。動力システム１０は、冷却システム、周辺装置、動力伝達コンポーネントなど、不図示の他の特徴部を含むことができる。
【００１０】
エンジン１０は動力システム１のための動力を発生する。エンジン１０はブロック１１、シリンダ１２およびピストン１３を含む。ピストン１３はシリンダ１２内で往復動し、クランクシャフトを駆動する。エンジン１０は、いかなる種類のエンジン（内燃機関、ガス機関、ディーゼル機関、ガス燃料機関、天然ガス機関、プロパン機関など）であってもよく、いかなる数のシリンダを持ついかなる寸法のもの、およびいかなる構造（「Ｖ」字型、インライン、放射状など）のものであってもよい。エンジン１０は、オン・ハイウェイトラックあるいは車両、オフ・ハイウェイトラックあるいは車両、土木設備、発電機、航空宇宙への応用、機関車への応用、海洋への応用、ポンプ、固定設備またはその他への応用を含む、いかなる機械またはその他の装置に動力を供給するためにも用いることができるものである。
【００１１】
燃料システム２０は燃料をエンジン１０に供給する。燃料システム２０は、燃料タンク２２、燃料ライン２３、燃料ポンプ２４、燃料フィルタ２５、燃料レール２６および燃料噴射器２７を含む。燃料タンク２２は燃料２１を収容し、燃料ライン２３は燃料２１を燃料タンク２２から燃料レール２６に供給する。燃料ポンプ２４は燃料タンク２２から燃料２１を引き込み、燃料レール２６へと通過させる。いくつかの実施形態では、上流側燃料ポンプ２４よりも高い圧力性能を有する下流側燃料ポンプ２４をもつものとして、１以上の燃料ポンプ２４を用いることができる。燃料２１はまた、１以上の燃料フィルタ２５を通過することで清浄化される。
【００１２】
燃料２１は燃料レール２６を介して燃料噴射器２７へと通過し、そして燃料２１は対応する燃料噴射器２７を介して各シリンダ１２に供給される。燃料噴射器２７は、噴射を実現するためのソレノイド弁あるいは圧電弁を含むことができる。燃料レール２６は燃焼ポンプ２４の作動により加圧される。燃料ポンプ２４は、その圧縮比を制御する斜板２８を含むことができる。燃料ポンプ２４に対する斜板２８の変化あるいはその他の変化を用いることで、燃料レール２６内の燃料２１の圧力を変化させ、それによってエンジンの燃料噴射圧力を変化させることができる。燃料システム２０をコモンレールの燃料システムとして上述したが、ユニットインジェクターシステムなど他の燃料システムに対して他の実施形態を適応させることもできる。
【００１３】
吸気システム３０は取り入れた新鮮空気をエンジン１０に供給する。吸気システム３０は、空気ライン３２、空気清浄器３３、圧縮機３４、吸気冷却器３５、吸気弁３６、吸気ヒータ３７および吸気マニホールド３８を含む。新鮮空気３１はまず空気清浄器３３を通して引かれ、続いて圧縮機３４で圧縮され、次に吸気冷却器３５により冷却される。そして新鮮空気３１は吸気弁３６および吸気ヒータ３７を通過することができる。続いて、新鮮空気３１は吸気マニホールド３８を介してエンジン１０に供給される。各シリンダ１２に組み合わされたエンジン吸気弁を用いて、燃焼のために新鮮空気３１をシリンダ１２に供給することができる。
【００１４】
排気システム４１は、エンジン１０から出る未処理の（raw）排出ガスを後処理システム５０へ向ける。排気システム５０は排気マニホールド４２、ターボ４３および背圧弁４４を含む。背圧弁４４は排出路に配設された制御可能な制限器（controllable restriction）を含むことができ、これには高性能の（smart）エンジンブレーキが含まれる。
【００１５】
ターボ４３は圧縮機３４、タービン４５、ターボシャフト４６およびウェイストゲート（wastegate）４７を含む。タービン４５はターボシャフト４６を介して圧縮機３４に回転接続される。ウェイストゲート４７はウェイストゲート通路４８およびウェイストゲート弁４９を含む。ウェイストゲート通路４８はタービン４５の上流側から下流側までを接続し、ウェイストゲート弁４９はウェイストゲート通路４８の内側に配置される。いくつかの実施形態においては、ウェイストゲート４７は必要とされないか、または含まれないものとすることができる。いくつかの実施形態においては、ターボ４３は非対称タービン４５を含むことができ、排気マニホールド４２を分割してＥＧＲを駆動するのに使用できるようにする。いくつかの実施形態においては、ターボ４３は可変タービン（variable geometry turbine）４５を含むことができ、排気マニホールド４２を分割してＥＧＲを駆動するのに使用できるようにする。いくつかの実施形態では、直列または並列に接続された１以上の付加的なタービンを含むこともできる。
【００１６】
背圧弁４４はタービン４５の下流側かつ後処理システム５０の上流側にある。他の実施形態では、背圧弁４４を後処理システム５０内、排気マニホールド４２内、あるいはエンジン１０の下流側のいずれかの部位に配置することができる。
【００１７】
未処理の排出ガス４１は排気弁を介してエンジン１０から払拭され、排気マニホールド４２を通ってタービン４５に送られる。熱い未処理の排出ガス４１はタービン４５を駆動し、これが圧縮機３４を駆動することで、吸入した新鮮空気３１が圧縮される。ウェイスト通路４８は、ウェイスト弁４９が開放されているときには、未処理の排出ガス４１がタービン４５をバイパスするのを許容する。ウェイスト通路４８はターボ４３の給気圧を調節するべく制御され、ウェイスト弁４９は給気圧がスレッショルドに達すると開放されるように構成することができる。
【００１８】
後処理システム５０は未処理の排出ガス４１を受容し、不純物を除去して浄化された排出ガス５１を生成し、これを大気に向ける。後処理システム５０は、排出導管５２、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５３およびディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）５４を含み、後者は触媒されたＤＰＦ５４とすることができる。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４は図示のように単一のコンテナ５５内に収容されるものでもよいし、個々のコンテナに収容されるものでもよい。後処理温度はコンテナ５５内のＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の温度を表す。後処理システム５０には消音器が含まれていてもよい。
【００１９】
ＤＯＣ５３は一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）とする。ＤＯＣ５３は触媒ないしは基体上にコーティングされた貴金属を含む。基体はハニカムまたはその他の細長いチャネル構造、あるいは高表面積構造を有するものとすることができる。基体はコーディエライトまたはその他の適切なセラミックあるいは金属で作製することができる。貴金属コーティングは主としてプラチナからなるものとすることができるが、他の触媒金属が用いられてもよい。一実施形態では、ＤＯＣ５３は、２００〜６００セル／１平方インチのＤＯＣで１立方フィートあたり１０〜５０グラムの重量の貴金属を有するものとすることができる。パラジウムコーティングを用いてもよいが、通常これは５００℃を超える温度安定性のために用いられるものであることから、これを不要とすることもできる。ＤＯＣはまた、貴金属コーティングの保持を補助し、付加的な反応部位を提供するためにウォッシュコートコーティングを含むことができる。ウォッシュコートはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）ベースのものであってもよいし、他の適切な金属をベースとするものであってもよい。
【００２０】
異なるＤＰＦ５４の再生法を用いる異なる種類の後処理システムに対して、異なる種類のＤＯＣ類が構成される。異なるＤＰＦ５４の再生法には、低温、添加（dosing）および上流加熱（upstream heat）が含まれ得る。現在の後処理システム５０のＤＯＣ５３は低温後処理システム５０として特徴づけることができる。ＤＰＦ５４が比較的低温で受動的に再生されるからである。所要レベルのＮＯ2の生成を実現するために低温ＤＯＣ類は貴金属が高い重量であることを必要とするが、熱的安定性に関してパラジウムは必要ないものとすることができる。
【００２１】
添加ＤＯＣ類は、所要量の発熱反応を生じさせるために貴金属が高い重量であることを必要とする。添加ＤＯＣ類はまた熱的安定性に対してパラジウムは必要とし得るが、これは温度が関与し得るからである。添加ＤＯＣ類の貴金属の全体的な重量は、上述した低温ＤＯＣの貴金属重量と同様とすることができる。
【００２２】
上流加熱ＤＯＣ類は、ヒータあるいはバーナなどの熱源がＤＰＦ５４の上流にあってＤＰＦ５４の再生のための熱を提供する後処理システムに対して用いられる。他の熱源から熱が入来するため、上流加熱ＤＯＣ類は貴金属が高い重量であることを必要としない。しかしながら、より高い温度が関与し得ることから、上流加熱ＤＯＣ類は熱的安定性のためにパラジウムを要し得る。これらのシステムにおいては、５００℃超の後処理温度がしばしば必要である。上流加熱ＤＯＣは２００〜４００セル／１平方インチのＤＯＣで１立方フィートあたり５〜２５グラムの重量の貴金属を有し得る。貴金属が低重量であることから、上流加熱ＤＯＣ類は低温ＤＯＣ類や添加ＤＯＣ類に比べて廉価なものとなり得る。
【００２３】
ＤＰＦ５４は粒子状物質（particulate matter；ＰＭ）すなわち煤を捕集する。ＤＰＦ５４はまた、触媒ないしは貴金属と、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）とするＤＯＣ５３を補助するウォッシュコートと、を含むことができる。ＤＰＦ５４の触媒はハニカムまたはその他の細長いチャネル構造の基体を被覆する。ＤＰＦ５４の基体はＤＯＣ５３の基体よりもさらに多孔質のものとすることができ、チャネルは１つおきに、入口端でチャネルの半分が閉鎖され、出口端で半分が閉鎖されたものとすることができる。そのような多孔率の増大および閉鎖チャネルによって、排出ガスの壁流が促進される。壁流はＤＰＦ５４における煤の濾過および捕集をもたらすものである。
【００２４】
ＤＯＣと同様に、異なるＤＰＦ５４の再生法を用いる異なる種類の後処理システムに対して、異なる種類のＤＰＦが構成される。例えば、上流加熱後処理システムでは、いくらかあるいは唯一の比較的少量の触媒をもつＤＰＦは不要とされ得る。比較的少ない受動的再生で足りるからである。
【００２５】
後処理システム５０に変更を加えることが可能である。例えば、ＤＰＦ５４の触媒の必要性に応じてＤＯＣ５３を拡大したり、縮小したり、あるいは取り除いたりすることができる。また、ＤＰＦ５４を拡大し、被覆される触媒の量を増加させて、ＤＯＣ５３の必要性を除くことができる。
【００２６】
後処理システム５０はまた、ＮＯおよびＮＯ2をＮ2に還元する選択的接触還元（ＳＣＲ）システムを含むことができる。ＳＣＲシステムはまた、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒中の還元剤の供給量を増大する還元剤システムと、を含んでいてもよい。
【００２７】
ＥＧＲシステム６０は、未処理の排出ガス４１を吸気システム３０に向ける。吸気システム３０では未処理の排出ガス４１が新鮮空気３１と混合し、混合空気６１が生成される。そして混合空気６１はエンジン１０に供給される。未処理の排出ガス４１は既にエンジン１０で燃焼したものであるので、新鮮空気よりも酸素が少なく、より不活性である。従って、エンジン１０での混合空気６１の燃焼による発熱は少なく、ＮＯｘの形成が抑制される。
【００２８】
ＥＧＲシステム６０は、ＥＧＲ取り出し部（take-off）６２、ＥＧＲライン６３、ＥＧＲ冷却器６４、ＥＧＲ弁６５、リード弁６６、ＥＧＲ導入ポート６７および１以上のＥＧＲ混合器６８を含む。ＥＧＲ取り出し部６２は排気マニホールド４２およびＥＧＲライン６３と流体結合している。他の実施形態においては、ＥＧＲ取り出し部６２は単一のシリンダまたは単一セットのシリンダに対して分離したものとされていてもよい。さらに他の実施形態では、ＥＧＲ取り出し部６２はさらに下流側にあってもよく、後処理システム５０内またはその後ろに配することもできる。ＥＧＲシステム６０はまたシリンダ内への組み込み（in-cylinder）に適合したものであってもよい。ＥＧＲ冷却器６４は、ＥＧＲ取り出し部６２の下流のＥＧＲライン６３に配設される。いくつかの実施形態では、ＥＧＲ冷却器６４と吸気冷却器３５とを組み合わせることができる。また、いくつかの実施形態ではリード弁６６が含まれなくてもよい。
【００２９】
ＥＧＲ弁６５はＥＧＲ冷却器６４の下流のＥＧＲライン６３に配設される。リード弁６６はＥＧＲ弁６５の下流のＥＧＲライン６３に配設される。他の実施形態では、ＥＧＲ弁６５および／またはリード弁６６がＥＧＲ冷却器６４の上流に配設されていてもよい。ＥＧＲ導入ポート６７はリード弁６６の下流においてＥＧＲライン６３に流体接続されている。ＥＧＲ混合器６８は吸気ライン３２内へと延在し、未処理の排出ガス４１を導入して新鮮空気３１と混合させ、混合空気６１を生成する。いくつかの実施形態では、リード弁６６およびＥＧＲ混合器６８が不要とされるか、または含まれないものとされ得る。
【００３０】
電気システム７０は動力システム１のセンサ類からデータを受信し、そのデータを処理し、動力システム１内の複数のコンポーネントの動作を制御する。電気システム７０は、コントローラ７１、配線用ハーネス７２および複数のセンサを含む。コントローラ７１は、所要のデータの受信、処理および通信が可能な電子制御モジュール（ＥＣＭ）または他のプロセッサとして実現することができる。コントローラ７１はまた、協働する複数のユニットとして実現することもできる。コントローラ７１は、本実施形態に示されたものより多数または少数のコンポーネントに対する通信および／または制御を行い得る。コントローラ７１は、データを受信し、ここで説明した動力システム１のコンポーネントの制御を行うよう構成され、またはプログラミングされたものである。
【００３１】
センサはすべて配線用ハーネス７２を介してコントローラ７１に接続される。他の実施形態として、配線用ハーネス７２の代わりに無線通信が用いられていてもよい。センサは煤蓄積センサ７３、後処理入口温度センサ７４、吸気温度センサ７５、気圧センサ７６、レール燃料温度センサ７７、レール燃料圧力センサ７８、ＥＧＲガス温度センサ７９、ＥＧＲ弁入口圧力センサ８０、ＥＧＲ弁出口圧力センサ８１、吸気マニホールド温度センサ８２、吸気マニホールド圧力センサ８３およびエンジン速度センサ８４を含むことができる。ＥＧＲ弁位置センサも含まれていてもよく、公知のコマンド信号に基づいてＥＧＲ弁の位置が判断されるようにすることができる。
【００３２】
煤蓄積センサ７３はＤＰＦ５４に蓄積された煤の量の指示値を提供する。煤蓄積センサ７３はＤＰＦ５４の単位容積あたりの煤の質量ないし量に対応した読みを提供する。煤の蓄積量はＤＰＦ５４が受容可能な煤蓄積の最大値の％として表現される。ＤＰＦ５４が受容可能な煤蓄積の最大値は、ＤＰＦ５４内で熱イベントが生じる可能性が任意の限界値またはスレッショルド量より高くなる蓄積量として決定される。従って、煤蓄積の％は１００％を超えることが可能であるが、それは望ましいことではない。
【００３３】
煤蓄積値は、気圧センサ７６により判断される高度ないしは気圧の違いによって補正される必要があり得る。また、煤蓄積値は、時間とともに堆積する灰に対しても補正される必要があり得る。この補正は、灰の量を推定するセンサまたはモデルを用いて行うことができる。より正確で応答性の良い煤蓄積センサ７３を用いれば、より正確に１００％煤蓄積値を与える（assign）ことができる。
【００３４】
一実施形態においては、煤蓄積センサ７３を無線周波数（ＲＦ）センサとして具現化することができる。かかるＲＦセンサは、ＤＰＦ５４に無線周波数を通し、ＤＰＦ５４内の粒子蓄積の読みとしての減衰周波数を測定することができる。煤蓄積センサ７３はまた、煤蓄積の指示値としての、ＤＰＦ５４の内側の、またはＤＰＦ５４にわたる他の特徴（aspect）を測定することができる。例えば、煤蓄積センサ７３はＤＰＦ５４にわたる圧力差あるいは温度差を測定することができる。また、煤蓄積センサ７３は、時間に応じた粒子の蓄積を予測するコンピュータマップ、モデルまたはアルゴリズムとして具現化されたものであってもよい。
【００３５】
後処理入口温度センサ７４は、後処理システム５０に入る未処理の排出ガス４１の温度を測定する。後処理温度は後処理入口温度センサ７４を介して判断することができる。後処理温度は他の方法で判定されるものでもよい。例えば、エンジンマップ、赤外線温度センサ、上流または下流に配された温度センサ、あるいは圧力センサから後処理温度を判断ないしは外挿することができる。
【００３６】
吸気温度センサ７５は吸気システム３０に入る新鮮空気３１の温度を測定する。気圧センサ７６は、高度の指示値として動力システム１の環境の大気圧を測定する。レール燃料温度センサ７７およびレール燃料圧力センサ７８は、燃料レール２６の内側の温度およびエンジン燃料噴射圧力である燃料レール２６の内側の圧力を測定する。ＥＧＲガス温度センサ７９は新鮮空気３１に混合される未処理の排出ガス４１の温度を測定する。ＥＧＲ弁入口圧力センサ８０およびＥＧＲ弁出口圧力センサ８１は、ＥＧＲ弁６５の各側の圧力を測定する。吸気マニホールド温度センサ８２および吸気マニホールド圧力センサ８３は、吸気マニホールド３８の内側の温度および圧力を測定する。エンジン速度センサ８４は、カムシャフト、クランクシャフトまたは他のエンジンコンポーネントの速度を測定することによって、エンジン１０の速度を測定することができる。
【００３７】
配線ハーネス７２は、背圧弁４４、ウェイストゲート弁４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射器２７、ＥＧＲ弁６５、吸気弁３６および吸気ヒータ３７にも接続されている。コントローラ７１は、背圧弁４４、ウェイストゲート弁４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射器２７、ＥＧＲ弁６５、吸気弁３６および吸気ヒータ３７を制御する。
【００３８】
エンジン１０は煤を発生し、これはＤＰＦ５４に捕集される。煤の主成分は炭素（Ｃ）である。未処理の排出ガスに含まれるＮＯは、ＤＯＣを通過するにつれてＮＯ2に変換される。ＮＯ2は次にＤＰＦ５４にトラップされた炭素と接触する。そしてＤＯＣ５３からのＮＯ2とＤＰＦ５４にトラップされた炭素とが反応し、煤が燃焼してＣＯ2およびＮＯが生成される。ＤＰＦに触媒作用が及ぼされていれば、ＮＯが再びＮＯ2に変換されることで、さらなる煤酸化が可能となる。
【００３９】
後処理着火（aftertreatment light-off）温度より高い温度では、上述した反応は、少なくともトラップされている量と同じ量の煤を燃焼させる、ないしはＤＰＦ５４を連続的に再生するのに十分な速度で生じ得る。後処理着火温度はほぼ２３０℃であり得る。他の実施形態では、後処理着火温度はほぼ２００℃〜２６０℃であり得る。後処理温度が着火温度より高くなるにつれて、上述した反応速度が増大し、ＤＰＦ５４がより速く再生する。これらの条件下での再生を低温再生と称することができる。
【００４０】
図２、図３および図５〜図８は、動力システムの作動条件をグラフで表したものである。示された値は本発明の形態を例示することを意図したものであって、必ずしも予測または経験による代表的なデータセットではないことを理解すべきである。
【００４１】
図２に示すように、いくつかのエンジン１０の動作またはデューティサイクルまたは環境の下では、後処理速度は、ＤＰＦ５４を連続して再生するのに足る時間にとって十分に高い。しかしながら、図２はまた、いくつかのデューティサイクルまたは環境では後処理温度が不十分となり得、ＤＰＦ内の煤蓄積が再生活発化の煤スレッショルド（regeneration activation soot threshold）１０３に達し得ることを示している。
【００４２】
再生活発化の煤スレッショルドに達する状況を明らかにするため、エンジン１０は第１動作モード１０１または第２動作モード１０２で動作する制御システム１００を含んでいる。第２動作モード１０２は、再生支援キャリブレーションとも称され得るが、ＤＰＦ５４の再生につながる動力システム１の条件を生成する。多くのエンジン１０の動作またはデューティサイクルまたは環境の下で、ＤＰＦ５４が再生活発化の煤スレッショルドにある間は、制御システム１００はエンジン１０を第１動作モード（標準キャリブレーションとも称され得る）で動作させる。第２動作モード１０２は低温後処理システムで用いられるように説明されるが、再生を支援するべく、添加（dosing）ないしは上流加熱（upstream heat）後処理システムと関連付けて用いることもできる。
【００４３】
図３はエンジン速度に対するエンジントルクを表すグラフである。このグラフは最高定格速度−トルク曲線１０４およびスレッショルドないし限界（boundary）速度−トルク曲線１０５を含んでいる。限界速度−トルク曲線１０５はエンジン１０の条件に組み合わせることができ、通常の動作条件下でＤＯＣの着火温度を超える後処理温度をもたらすことで、ＤＰＦ５４の連続再生を可能にする。一実施形態では、着火温度を約２３０℃とすることができる。他の実施形態では、速度−トルク曲線１０５を他の後処理温度のスレッショルドと組み合わせることができる。
【００４４】
動力システム１およびその取付装置に従って、限界速度−トルク曲線１０５を変えることができる。エンジン１０の速度は、エンジン速度センサ８４によって判断される。エンジン１０のトルクは、エンジン１０の速度および噴射される燃料２１の量の関数として計算される。限界速度−トルク曲線１０５の下にある領域は、エンジン速度およびトルク値を入力したマップによって判断することができる。
【００４５】
エンジン１０の速度−トルクが限界速度−トルク曲線１０５を超えると第２動作モード１０２が無効となり、第１動作モード１０１のみが用いられる。ＤＰＦ５４が再生活発化の煤スレッショルド１０３に達し、エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５より低くなると、制御システム１００はエンジン１０を第２動作モードで動作させる。
【００４６】
再生不活発化の煤スレッショルド（regeneration deactivation soot threshold）１０６に達すると、制御システム１００は再び第１動作モードを起動する。再生不活発化の煤スレッショルド１０６未満となるこの降下の後には、再生活発化の煤スレッショルド１０３に再度達するまでは、第２動作モード１０２が再起動されることはない。
【００４７】
再生活発化の煤スレッショルド１０３および再生不活発化の煤スレッショルド１０６の確立は、可能な限り第２動作モード１０２の使用を排除するために判断される。いくつかの実施形態においては、再生活発化の煤スレッショルド１０３を約９０％とすることができる。他の実施形態においては、再生活発化の煤スレッショルド１０３を７０％〜１００％、８５％〜９５％、８０％超または９０％超とすることができる。いくつかの実施形態においては、再生不活発化の煤スレッショルド１０６を約８０％とすることができ、他の実施形態においては、再生不活発化の煤スレッショルド１０６を６５％〜８５％、７０％超または８０％超とすることができる。
【００４８】
エンジン１０が第２動作モード１０２にある間にエンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を超えると、第２動作モード１０２を中断することができ、第１動作モード１０１が起動される。この中断後、エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を下回り、煤蓄積が再生不活発化の煤スレッショルド１０６を超えた場合には、第２動作モード１０２が再起動される。エンジン１０が停止すると、第２動作モード１０２がアクティブであったか、あるいは中断が生じたかに関する履歴は失われてもよいし、もしくは、中断が生じなかったかのように第２動作モードを継続するべく保持されてもよい。エンジン停止後の所定すなわちスレッショルドの量の後に履歴が失われるように構成されていてもよい。
【００４９】
図４は第２動作モード１０２を示す。第２動作モード１０２は、１セットの再生方略を用いてエンジンアウトカム２０５を生成する。エンジンアウトカム２０５には、より高い排気温度およびより高いＮＯｘ／煤比が含まれる。このようにして制御システム１００は、図２に示すように、目標ＮＯｘ／煤比１０７および目標再生温度１０８を得て、ＤＰＦ５４の再生を達成する。目標ＮＯｘ／煤比１０７は低温連続再生の加速をもたらし、それによって第２動作モード１０２が必要である時間を短縮することができる。
【００５０】
第１動作モード１０１の間に、エンジン１０によって生じるＮＯｘ／煤比は、ＮＯｘ２０グラム／煤１グラムよりも大であり得る。第２動作モード１０２の間には、エンジン１０によって生じる目標ＮＯｘ／煤比１０７を、ＮＯｘ３５グラム／煤１グラムよりも大であるように上昇させることができる。他の実施形態では、第２動作モード１０２の間の目標ＮＯｘ／煤比１０７をＮＯｘ４５グラム／煤１グラムよりも大としてもよい。さらに他の実施形態では、第２動作モード１０２の間の目標ＮＯｘ／煤比１０７をＮＯｘ５０グラム／煤１グラムよりも大としてもよい。第２動作モード１０２の間、目標ＮＯｘ／煤比１０７をＮＯｘ４５〜５５グラム／煤１グラムとすることもできる。いくつかの実施形態では、エンジン１０によって生じるＮＯｘ／煤比をＮＯｘ約５０グラム／煤１グラムとすることができる。
【００５１】
第２動作モード１０２の間、目標再生温度を着火温度より高くし、２００℃〜４００℃の範囲とすることができる。他の実施形態では、第２動作モード１０２の間の目標再生温度は２３０℃より高い。
【００５２】
上述したように、ＤＯＣはＮＯをＮＯ2に転換し、ＮＯ２がＤＰＦ５４内で炭素と反応することでＣＯ２およびＮＯが生成される。第２動作モード１０２は未処理の排出ガス４１中のＮＯｘ／煤比を増加させ、より多くのＮＯ2を得て煤と反応させることで、より迅速にＣＯ2およびＮＯが生成される。先に言及したように、これらの反応を可能にするべく、第２動作モード１０２は未処理の排出ガス４１の温度も増加させ、後処理温度を着火温度より高く上昇させなければならない。第２動作モード１０２はまた、未処理の排出ガス４１内の煤の量を低減することで、より少量の炭素がトラップされ、ＤＰＦ内の煤の全蓄積量がより迅速に低減されるようになる。
【００５３】
アウトカム２０５を得るために、第２動作モード１０２は、エンジンの動作パラメータを変更する複数の再生方略２００を用いる。これらの再生方略２００は、背圧弁方略２１０、ＥＧＲ弁方略２２０、燃料噴射タイミング方略２３０、燃料ショットモード方略２４０、燃料圧力方略２５０および吸気ヒータ方略２６０を含むことができる。各別の方略が異なる方法でＮＯｘ、温度および煤に影響を及ぼし得る一方で、それらのすべてが協働して後処理温度および排出ガス４１のＮＯｘ／煤比を上昇させる。
【００５４】
ここで説明する種類の再生方略は、燃料効率の低下、エンジン１０の騒音の増大、過渡応答性の低下およびコストの追加や複雑さのいくつかにつながる。しかしながら、ここで開示する動力システム１および制御システム１００はこれらの問題を最小限にするものである。
【００５５】
大部分の動作条件下では、第２動作モード１０２は稀にしか必要とされないか、あるいは使用されないであろう。第２動作モード１０２および再生方略の使用はまた、他のＤＰＦ再生システムで必要とされる追加のハードウェア（ヒータ，バーナ，添加器（doser）等）を実際に減らすものである。複数の再生方略を共に用いることはまた、ＮＯｘ／煤比および温度を最大限にする助けとなり得、再生を補助し、またはＤＰＦ５４の再生の加速を実現し、第２動作モード１０２が利用または必要とされる時間の長さを減らすものとなる。第２動作モード１０２は、煤の量の増大をもたらし得る一方で、ＮＯｘの量をより増大させるので、結果としてＮＯｘ／煤比が高くなる。あるいは、第２動作モード１０２は、ＮＯｘを減少させるとともに煤をより減少させることでＮＯｘ／煤比を高くするものであってもよい。
【００５６】
ＮＯｘ／煤比を高くすることで、温度およびＦＰＦ５４の再生に必要な温度での時間も減り、ＤＰＦ５４の熱応力およびＤＰＦ５４の経年劣化ないし失活が低減されることになる。ＤＰＦ５４の経年劣化には、チャネルを閉鎖したり、時間および温度の関数である性能を低下させたりすることがある触媒の焼結が含まれ得る。
【００５７】
再生不活発化の煤スレッショルド１０６未満となるようＤＰＦ５４の煤蓄積を低下させるために第２動作モード１０２に必要とされる時間は、約２０分〜６０分の範囲であり得る。必要な時間は、後処理温度にも影響を与える様々な条件に大きく依存して変化し、ここに述べた時間よりも長くなったり短くなったりする。再生不活発化の煤スレッショルド１０６未満となるようＤＰＦ５４の煤蓄積を低下させるために第２動作モード１０２に必要とされる時間に影響を及ぼす条件には、外気温度、寄生蓄積（parasitic load）レベル、エンジンのアイドル速度が低いこと、排出導管５２の長さ、吸気システム３０の設計および寸法、ターボ４３の構成、断熱、エンジン室の寸法およびその他の多くの要因が含まれ得る。
【００５８】
背圧弁方略２１０には背圧弁４４の閉鎖が含まれる。背圧弁４４を閉鎖すると排気システム４０内の圧力が増大し、エンジン１０の速度を維持するよう、ガバナがエンジン１０に噴射される燃料２１の量を増大させるようにさせる。噴射される燃料２１を増大させることは、燃料効率の低下につながるが、未処理の排出ガス４１の温度および後処理温度の増加にもつながる。
【００５９】
背圧弁４４が閉じられる量はエンジン１０の速度に依存する。エンジン１０が失速するのを避けながら、必要な後処理温度を得る量だけ背圧弁４４が閉じられる。低速では背圧弁４４を最大９８％閉じることができる一方、より高速では背圧弁４４は最大でも６０％閉じられるだけである。背圧弁４４が閉じられるパーセンテージは、背圧弁４４が全開であるときと比較した、塞がれている排出導管の断面積のパーセンテージである。背圧弁が閉じられるパーセンテージは、用いられている弁設計の仕様に基づいて変えることができる。
【００６０】
低速時には、背圧弁４４は、非閉鎖時の吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差が３〜７ｋＰａであるのに対して、閉鎖時には両者間に１５０〜３００ｋＰａの圧力差を生じさせることができる。高速時には、背圧弁４４は、非閉鎖時の吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差が４０〜５０ｋＰａであるのに対して、閉鎖時には両者間に５０〜１００ｋＰａの圧力差を生じさせることができる。ここで挙げた圧力差の範囲は、ターボ４３の寸法や他の動力システム１の変更に基づいて変わり得るものである。
【００６１】
背圧弁４４の閉鎖を低速で行うことで、排気マニホールド４２内において低く制御された速度で圧力が上昇するようにすることができる。上述した背圧弁４４の閉鎖量および対応する圧力差、ターボ４３の種類／寸法／適合性（match）、吸気マニホールド３８の寸法、排気マニホールド４２の寸法、ＥＧＲライン６３の寸法、後処理システム５０からの背圧およびその他多くの要因を含む、多数の要因に大きく依存し得る。
【００６２】
背圧弁４４の動作は、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の測定または判断された圧力差によって制御される。吸気マニホールド３８内の圧力は吸気マニホールド圧力センサ８３によって判断される。排気マニホールド４２内の圧力はＥＧＲ弁入口圧力センサ８０によって判断される。上述したように、ＥＧＲ弁６５は第２動作モード１０２の間は閉じられており、従ってＥＧＲ弁入口圧力センサ８０での圧力は排気マニホールド４２での圧力と等しいものとなる。代替的な実施形態として、排気マニホールド４２内の圧力が排気マニホールド４２内に付加された圧力センサによって判断されるものであってもよい。排気マニホールド４２内に対する圧力センサの付加は、代替的な実施形態においてＥＧＲ弁が完全には閉じられないか、もしくはＥＧＲシステム６０が含まれていない、または変更されない場合に必要となり得る。
【００６３】
背圧弁４４の動作は後処理温度によって制御されるものとすることもできる。しかしながら、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差は応答性が高いこともあり得る。背圧弁４４の動作を制御するために後処理温度を用いることは、圧力差の結果として温度が上昇するのを待つ必要を生じさせることがある。
【００６４】
後処理温度に基づく制御は、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差に基づく制御がＤＯＣ５３の着火温度を超える後処理温度をもたらさない場合に用いることができる。吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間で目標圧力差が得られているにも拘らず所要の後処理温度に到達し損ねるのは、外気が冷たい条件にあるか、あるいは後処理システム５０が下流側に離れて組み込まれていることの結果であり得る。これらの場合、背圧弁４４を後処理温度に基づいて制御し、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差によって指示されるものよりも高いパーセンテージで閉鎖されるようにすることができる。しかしながら、一実施形態では、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差が最大値（例えば３００ｋＰａ）を超えることが許容されないようにされる。
【００６５】
後処理温度に基づく制御は、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差に基づく制御が所定またはスレッショルドの最大後処理温度（例えば４００℃）を超える後処理温度をもたらす場合に用いることができる。最大後処理温度を超える後処理温度は、上述したように、ＤＯＣ５３および／またはＤＰＦ５４を損傷させることにつながり得る。これらの場合、背圧弁４４を後処理温度に基づいて制御し、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差によって指示されるものよりも高いパーセンテージで開放されるようにすることができる。最大後処理温度を超えることを操作者に対して警告することもできる。
【００６６】
背圧弁４４の動作を排気マニホールド４２内の絶対圧力によって制御するようにしてもよい。しかしながら、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差を用いれば、高度が絶対圧力に及ぼす影響を考慮する必要性を低減することができる。
【００６７】
背圧弁４４が閉鎖し損ねたり、あるいはコマンドに対して応答し損ねたりする場合には、多かれ少なかれ他の再生方略２００を用いるよう、および／または、エンジン１０の出力を低下させるよう、第２動作モード１０２を修正すればよい。
【００６８】
背圧弁４４の機能を適切に保ち、かつ過酷な環境下での動作を試験する目的で、背圧弁４４の移動を実施することができる。これらの移動は周期的（例えば３０分毎）に行うことができる。移動の程度は排気の質量流量に従い、排気の質量流量が少なければより大きな移動量とし、排気の質量流量が多ければより小さな移動量とすることができる。排気の質量流量は、エンジン１０の速度、センサ、出力または動力システム１０の他の条件の関数として判断することができる。移動量を大きくするほど背圧弁４４の動作および試験にとって有利であるが、高速時においては、試験の間にエンジン１０の性能に与える影響を低減するために、より小さな移動量が必要となり得る。性能に与える影響がさほど問題とならないのであれば、背圧弁４４の移動がエンジン１０の低速時にのみ生じるよう制限することもできる。
【００６９】
背圧弁方略２１０の代替例または付加的な方略は吸気弁方略であり得る。吸気弁３６および背圧弁４４の一方または双方は、ＤＰＦ５４の再生を支援するのに用いられる再生バルブとして参照することができる。一実施形態では、吸気弁３６を閉じることで、エンジン１０に供給される新鮮吸気３１を減らすとともにポンプ動作の損失を増し、温度を上昇させる。背圧弁４４方略２１０は吸気弁方略よりも効果的であり得る。背圧弁方略２１０はマニホールドの圧力を低下させないためにミスファイヤの影響を受けにくいからである。いくつかの実施形態では、吸気弁３６を動力システム１に含めないものとするか、または不要なものとすることができる。
【００７０】
ＥＧＲ弁方略２２０は、第２動作モード１０２の間または背圧弁４４が少なくとも部分的に閉鎖されている間にＥＧＲ弁６５を閉鎖することを含んでいる。しかしながら、背圧弁４４が少なくとも部分的に閉鎖されている間、特に背圧弁４４がＳＣＲシステムあるいはＤＯＣ５３など他の後処理デバイスの熱の管理を行うのに用いられている場合に、ＥＧＲ弁６５が常に閉鎖されていなければならないのではない。ＥＧＲシステム６０を閉鎖することによって、発生するＮＯｘの量は増加する。ＥＧＲシステム６０を閉鎖することによって、背圧弁４４が部分的に閉鎖されている間にＥＧＲシステム６０を通る流れが高レベルとなることが阻止される。この流れは、混合空気６１中の新鮮空気３１と未処理の排出ガス４１とのバランスを悪くし、また背圧弁方略２１０の効果を低下させ得るものである。
【００７１】
いくつかの実施形態においては、背圧弁４４は全開の状態に保たれるか、あるいはＥＧＲ弁６５を閉じることができない故障が起こり得る範囲よりも大きい範囲の開放状態に保たれることになる。ＥＧＲ弁方略２２０は、ＥＧＲシステムのない動力システムでは除外することができ、また、シリンダ内へ組み込まれたＥＧＲシステムを有する動力システムでは変更することができる。
【００７２】
燃料噴射タイミング方略２３０は、主噴射のタイミングを進ませることあるいは遅らせることのいずれかを含む。主噴射のタイミングを進ませることあるいは遅らせることを行うか否かは、第２動作モード１０２を起動する前に、現在のエンジン１０の速度およびトルクに対して現在の燃料噴射タイミングが第１動作モード１０１内でどのようであるかに部分的に依存する。燃料噴射タイミングを変更することの影響は、ピストンおよびヘッドの幾何学的形状（geometries）、燃料噴射パターン、空燃比又はその他の影響を受け得る燃焼力学に強く依存し得る。これらの不確定要素に関わりなく、燃料噴射タイミングを進めることは煤の減少およびＮＯｘの増大を伴う一方、燃料噴射タイミングを遅らせることは温度の上昇、煤の増大およびＮＯｘの減少を伴うものとなり得る。
【００７３】
これらの相反する利点のために、燃料噴射タイミングを進ませる、または遅らせるかは、第２動作モード１０２における他の再生方略２００の影響に依存し、所与のエンジン１０の速度およびトルクでの温度、ＮＯｘおよび煤量を有し得る。例えば、限界速度−トルク曲線１０５の下でエンジン１０が高速および高トルクであるときは、他の方略を通じて着火温度超の後処理温度を得ることが容易であろうから、噴射タイミングを進ませて煤を減少させるようにする。これに対し、限界速度−トルク曲線１０５の下でエンジン１０が低速および低トルクであるときは、他の方略を通じては着火温度超の後処理温度を得ることが困難となり得るので、噴射タイミングを遅らせることで後処理温度の上昇を助けるようにする。
【００７４】
燃料ショットモードの方略２４０は燃料噴射器２７によって燃料ショットを追加することを含む。一実施形態では、燃料ショットモードの方略２４０は、早期パイロットショット（上死点のピストン１３の位置の前１０〜４０度）、近接連動（close coupled）パイロットショット（上死点のピストン１３の位置の前５〜２０度）、近接連動ポスト（上死点のピストン１３の位置の後５〜３０度）、または遅発ポスト（上死点のピストン１３の位置の後１０〜４０度）を追加することができる。他の実施形態は広範な代替燃料噴射ショットパターンを含むことができる。
【００７５】
これらのショットは、特に他の再生方略２００と連動したときに、ＤＰＦ５４の再生を実現することに有利となり得る異なる影響を及ぼす。燃料噴射タイミングの方略２３０と同様、早期パイロットまたは遅発ポストまたはその双方を用いるかは、エンジン１０の速度およびトルクと、ＤＰＦ５４の再生に必要な温度、ＮＯｘおよび煤のレベルを得る他の再生方略２００の能力とに依存する。遅発ポストショットの追加は、煤の減少および温度の増加をもたらすことができるので、しばしば燃料ショットモードの方略２４０の一部となり得る。
【００７６】
燃料圧力方略２５０は、エンジンの燃料噴射圧力を増大させるために燃料レール２６内の燃料圧力を増大させることを含む。燃料噴射圧力が増大すると騒音レベルが高くなるとともに、ＮＯｘの増加および煤の減少をもたらすことになり得る。燃料噴射圧力が高くなるほど燃焼室内の燃料１２１の気化が促進され、これがＮＯｘの増加を引き起こす。燃料噴射圧力が増大すると温度の低下も生じるが、この影響を補償して温度を上昇させるために他の再生方略２００を用いることができる。
【００７７】
第２動作モード１０２の間の燃料噴射圧力は、第１動作モード１０１の間の燃料噴射圧力の１．５倍、２倍または２．５倍超とすることができる。加えて、第２動作モード１０２の間、燃料噴射圧力をランプ状に漸増させることができる。一実施形態では、第１動作モード１０１の間の燃料噴射圧力が３０〜４０ＭＰａであるのに対し、第２動作モード１０２の間の燃料噴射圧力を６０〜７０ＭＰａとすることができる。
【００７８】
吸気ヒータ方略２６０は吸気ヒータ３７を作動させることを含む。吸気ヒータ３７が作動するとエンジン１０に寄生負荷（parasitic load）が加わり、燃焼シリンダ１２に供給される吸気が加熱される。かかる効果の双方が排気温度の上昇をもたらし、再生を助ける。いくつかの実施形態では、吸気ヒータ３７は必要ないか、または含まれないものとすることができる。
【００７９】
しかしながら、エンジン１０の低アイドル速度では、吸気ヒータ３７とエンジンまたは機械の他の電気部品とに電力を供給するオルタネータが十分な電力を供給できなくなることがある。よって、必要時に必要な程度だけ吸気ヒータ３７を作動させる方略が必要となる。従って、吸気温度および燃料消費量に基づく閉ループ制御システムにより吸気ヒータ３７を作動させるようにすることができる。吸気温度および燃料消費量は、吸気ヒータ３７の所与の使用の結果生じる未処理の排出ガス４１の温度を予測するために用いられる。そして吸気ヒータ３７を必要な程度だけ作動させることで、所望の未処理の排出ガス４１の温度が実現される。吸気温度は吸気マニホールド温度センサ８２によって判断することができる。質量気流および燃焼熱が変化すると未処理の排出ガス４１の温度に影響が及ぶことになるので、燃料消費量をエンジン１０の負荷または速度−トルクに基づいて補正するようにしてもよい。
【００８０】
他の実施形態では、吸気ヒータ方略２６０および吸気ヒータ３７が必要でないこともある。吸気ヒータ方略２６０および吸気ヒータ３７は、外気温度が非常に低い場合（例えば零下２５℃未満）や、エンジン１０が頻繁に低負荷またはアイドルで運転される応用に対してのみ必要となり得る。
【００８１】
他の代替的実施形態では、第２動作モード１０２の間、エンジン１０のアイドル速度を増加させることもできる。所定すなわちスレッショルドの外気温未満（例えば０℃未満）の環境下でエンジン１０のアイドル速度を増加させるようにしてもよい。環境の外気温度は新鮮空気の吸気温度センサ７５によって判断することができる。他の実施形態では、新鮮空気の吸気温度センサ７５が含まれないことがあり、エンジン１０の始動時であってエンジン１０が温まる前に、他の温度センサにより環境の温度が判断されるものとすることができる。
【００８２】
他の代替的実施形態では、第２動作モード１０２の部分として、エンジン１０の１以上の寄生負荷を含むことができる。エンジン１０の負荷は、エンジン１０からエネルギを取り出す送水ポンプ、空調機、油圧ポンプ、発電機、ファン、暖房システム、コンプレッサ、ライトまたはその他のシステムを作動させることで増大させることができる。ＳＣＲシステムが用いられているのであれば、第２動作モード１０２が起動するまで、および／または第２動作モード１０２の間に還元剤の供給量を増やし、第２動作モード１０２で生成される高レベルのＮＯｘに対応するようにすることができる。
【００８３】
制御システム１００の形態をさらに説明するために、図５、図６および図７は図３の限界速度−トルク曲線１０５を時間の関数として表したものを含んでいる。簡単化のために、図５、図６および図７では限界速度−トルク曲線１０５が平坦な線で示され、限界速度−トルク曲線１０５に対するエンジン１０の速度およびトルクを表す線も示されている。このように、図５、図６および図７はエンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を超えるときおよび未満となるときの時間を示している。
【００８４】
図５は、制御システム１００が遅延期間１０９をも含み得ることを示している。遅延期間１０９は、煤蓄積量が再生活発化の煤スレッショルド１０３を超えているか、並びにエンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５未満であるかに関わりなく、第２動作モード１０２が起動する前の遅延である。従って、遅延期間１０９の間、第１動作モード１０１がアクティブである。
【００８５】
第２動作モード１０２の起動は応答性および性能に負の影響を及ぼし得る。よって、エンジン１０の速度およびトルクの上昇が起こりそうなときには、第２動作モード１０２の起動は避けるべきであり得る。エンジン１０の速度およびトルクの上昇は、しばしば、エンジン１０の速度およびトルクの低下の直後に起こる。例えば、操作者および機械は、タスクを完了した後、他の動作ないしギア切り換えを開始する前に、しばしば休止する。
【００８６】
図５に示すように、遅延期間１０９は、この休止の間にエンジン１０を第１動作モード１０１に保つことによってエンジンの過渡応答性を改善するために用いることができる。そのように、遅延期間１０９は、第２動作モード１０２の起動直後の休止によって、エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を超えて戻ってしまう可能性を低減する助けとなるものである。エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を超えて戻ると、遅延期間１０９は終了する。
【００８７】
遅延期間１０９はまた、ゼロより大である所定すなわちスレッショルドの時間が経過したときにも終了する。一実施形態では、遅延期間１０９を０秒と５０秒との間、１０秒超、または５０秒未満とすることができる。遅延期間１０９の長さは経験的な稼動条件に基づいて確立することができるものであり、従って大きく変化し得るものである。
【００８８】
図６は、遅延期間１０９を煤蓄積のレベルに基づいて変化させることもできることを示している。エンジン１０が限界速度−トルク曲線１０５未満となったときの煤蓄積量は図５よりも図６の方が多い。煤蓄積量が多くなることで、起こり得るエンジン１０の速度およびトルクの増大に対する応答性よりも高い優先度がＤＰＦ５４の再生に与えられる。そのために遅延期間１０９が短縮される。遅延期間１０９の長さを煤蓄積量の関数としてスライドさせて短縮することができる。
【００８９】
一実施形態においては、煤蓄積量が再生活発化の煤スレッショルド１０３より１０％増加した後に遅延期間１０９を約３秒に短縮することができる。他の実施形態では、煤蓄積量が再生活発化の煤スレッショルド１０３より１０％増加した後に、遅延期間１０９を１〜３０秒、１〜７秒、３秒超、３秒未満または０秒に短縮することができる。遅延期間１０９の長さはまた、機械装置の状況、機械のギア、エンジン１０のアイドルあるいは操作者の存在に基づいて変化し得る。
【００９０】
遅延期間１０９をすべての再生方略２００に適用することもできるし、あるいは採用される再生方略２００の一部にのみ適用することもできる。一実施形態では、遅延期間１０９は背圧弁方略２１０にのみ適用することができる。制御システム１００のいくつかの実施形態は、遅延期間１０９または変化する遅延期間１０９を含まないものとすることができる。
【００９１】
図５はまた、制御システム１００が移行期間１１０を含んでいてもよいことを示している。移行期間１１０が第２動作モード１０２の終わりに追加されることで、第１動作モード１０１に戻る移行を円滑にすることができる。移行期間１１０はまた、エンジン１０の他のキャリブレーションまたは動作モードの変更の間に追加されてもよい。
【００９２】
移行期間１１０の間、再生方略２００は第２動作モード１０２からゆっくりと変化して第１動作モード１０１に戻る。このゆっくりとした変化によって、変化の間に操作者が気付く騒音、振動および／または性能の変化を減少させることができる。
【００９３】
一実施形態では、移行期間１１０を背圧弁方略２１０に適用することができる。第２動作モード１０２の間、背圧弁４４は部分的に閉鎖される。背圧弁４４を急激に開放すると、圧力が速やかに解放されるために負荷騒音および振動の可能性が生じ得る。よって、移行期間１１０の間に背圧弁４４をゆっくりと開放することで、圧力をゆっくりと解放することができる。このゆっくりとした圧力の解放によって、エンジン１０が第１動作モード１０１に復帰するときに起きる騒音および振動その他を低減することができる。
【００９４】
背圧弁４４の移動の速度は大きく変化し得るが、一例では、移行期間１１０の間に４〜５秒の時間で完全な移動が実現される速度で背圧弁４４を移動させることができる。他の実施形態では、１〜１０秒、３〜６秒、５秒超、２秒超または１秒超で完全な移動が実現される速度で背圧弁４４を移動させることができる。生じている背圧、質量気流および受容可能な圧力解放速度に基づいて、背圧弁４４を移動させる速度を変更することができる。
【００９５】
図６に示されるように、この移行期間１１０および背圧弁４４のゆっくりとした移動は常に許容されるものではない。移行期間１１０はエンジン１０の過渡応答性を低下させ得るからである。エンジン１０に負荷がかかると、エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５を超え、第２動作モード１０２が終了することになり、そして第１動作モード１０１に戻る前に、制限された移行期間１１０が１つだけ含まれるか、あるいはこれが含まれないものとなり得る。この状態では、背圧弁４４は、可能な限り迅速に、または移行期間１１０の間よりも迅速に開放されることになる。
【００９６】
移行期間１１０がない場合、背圧弁４４は１秒未満の時間で完全な移動を行い得る。一実施形態では、移行期間１１０が含まれない場合、背圧弁４４は１５０ミリ秒で完全な移動の９０％を行うことができる。この迅速な開放によって、排気システム４０の急速な減圧すなわち圧力解放が生じ得る。この急速な減圧によっていくらかの騒音および振動の可能性が生じ得るが、エンジン１０の速度およびトルクが高くなることでだいぶ部分はマスクされる。他の実施形態では、エンジン１０の速度およびトルクが高速に変化している間には移行期間１１０の使用を禁止することができる。
【００９７】
図７に示すように、ＤＰＦ５４内の煤蓄積量が再生活発化の煤スレッショルド１０３より大となる場合には、付加的な補正動作を行うことができる。これは種々の理由によって生じ得るが、その理由には極端に冷たい外気温度、高高度、後に詳述するＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４の硫黄による不活性化（sulfur deactivation）、エンジン１０の故障、あるいは意図されたものではない応用の装置構成が含まれる。
【００９８】
煤蓄積量が再生活発化の煤蓄積スレッショルド１０３より高い軽度ディレート（mild de-rate）煤スレッショルド１１１に達すると、操作者に警告するとともに、エンジン１０は煤減少キャリブレーション１１２に入る。煤減少キャリブレーション１１２はエンジン１０が限界速度−トルク曲線１０５より高い状態にあるか低い状態にあるかに拘らず使用することができる。いくつかの実施形態では、軽度ディレート煤スレッショルド１１１を約１００％とすることができる。他の実施形態では、軽度ディレート煤スレッショルド１１１を８０％〜１１０％、９５％〜１０５％、９０％超または１００％超とすることができる。
【００９９】
煤低減キャリブレーション１１２は、ＤＰＦ５４内の煤蓄積を低減する取り組みにおいて、エンジン１０が発生する煤の量を低減する。煤低減キャリブレーション１１２は、第２動作モード１０２において用いられる再生方略２００のすべてを用いなくてもよい。一実施形態において、煤低減キャリブレーション１１２は、第１動作モード１０１が必要とする以上にＥＧＲ弁６５を閉鎖し、ＥＧＲ流の減少を実現する。ＥＧＲ流の減少によって燃焼効率が高まり、煤が低減される。しかしながら、第１動作モード１０１の他の形態は
煤低減キャリブレーション１１２によって変更されないものであってもよい。
【０１００】
煤低減キャリブレーション１１２はまた、エンジン１０の軽度ディレート１１３を含むこともできる。軽度ディレート１１３の間にエンジン１０に提供される燃料の量は個別のエンジン１０および個別の装置あるいは応用に依存して変わり得る。エンジン１０の軽度ディレート１１３は、エンジン１０に通常提供される燃料量の約８５％の燃料量を含むことができる。他の実施形態において、エンジン１０の軽度ディレート１１３は、エンジン１０に通常提供される燃料量のほぼ５０％と９５％の間、７０％と９０％の間または９５％未満の燃料量を含むことができる。また、煤蓄積量の増大に応じ、使用される軽度ディレート１１３の度合いをスライドさせて増すこともできる。
【０１０１】
軽度ディレート１１３の間に燃料量を減少させることはまた、エンジン１０の速度を低下させ、（負荷に従い）エンジン１０の速度およびトルクを限界速度−トルク曲線１０５未満にする助けともなる。エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５未満となったときには、第２動作モード１０２を使用することができる。
【０１０２】
煤蓄積が軽度ディレート煤スレッショルド１１１より高い全ディレート煤スレッショルド１１４に達すると、操作者に警告し、エンジン１０を全ディレート１１５に置くことができる。上述した煤低減キャリブレーション１１２を用いてもよいし、用いなくてもよい。エンジン１０が限界速度−トルク曲線１０５より高いか低いかに関わりなく全ディレート１１５を使用することができる。いくつかの実施形態においては、全ディレート煤スレッショルド１１４を約１２０％とすることができる。他の実施形態では、全ディレート煤スレッショルド１１４を９０％と１４０％との間、１１５％と１２５％との間、１００％超または１２０％超とすることができる。
【０１０３】
全ディレート１１５はエンジン１０に通常提供される燃料量の約５０％の燃料量を含むことができる。他の実施形態において、エンジン１０の全ディレート１１５は、エンジン１０に提供される通常の燃料量のほぼ２０％と８０％の間、４０％と６０％の間または７０％未満の燃料量を含むことができる。
【０１０４】
軽度ディレート１１３と同様、全ディレート１１５はエンジン１０の速度を低下させ、（負荷に従い）エンジン１０の速度およびトルクを限界速度−トルク曲線１０５未満にする助けともなる。エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５未満となったときには、第２動作モード１０２を使用することができる。
【０１０５】
煤蓄積が全ディレート煤スレッショルド１１４より高い停止煤スレッショルド１１１に達すると、エンジン停止イベント１１７が生じる。いくつかの実施形態においては、停止煤スレッショルド１１１を約１４０％とすることができる。他の実施形態では、停止煤スレッショルド１１１を１１０％と１６０％との間、１２５％と１５５％との間、１１０％超または１４０％超とすることができる。
【０１０６】
また、所定またはスレッショルド値よりも、あるいは予測よりも頻繁に第２動作モード１０２が用いられる場合には、エンジン出力を低下させること、および／または、操作者に警告することができる。
【０１０７】
特定の後処理温度未満では、煤蓄積センサ７３をキャリブレートしなくてもよい。この温度未満でエンジン１０が長期間にわたり動作している場合には、制御システム１００は第１動作モード１０１を一時的に修正して後処理温度を上げ、煤蓄積センサ７３から読みを取得する。煤蓄積センサ７３が故障している場合には、ＤＰＦ５４の煤蓄積量が常に再生活発化の煤蓄積スレッショルド１０３より高く、かつ中間ディレート煤スレッショルド１１１未満であると仮定することができる。
【０１０８】
特定の実施形態では、エンジン１０の始動後、エンジン１０をウォームアップしている間には第２動作モード１０２を無効にすることができる。始動後の所定すなわちスレッショルドの時間にわたり、またはクーラントあるいはオイルが始動後に所定すなわちスレッショルドの温度に達するまでの間、第２動作モード１０２を無効にすることもできる。エンジン１０を始動した後、エンジン１０がウォームアップする前には、しばしば燃焼性が悪い。第２動作モード１０２を起動するとさらに燃焼性が低下し得る。
【０１０９】
図８は、制御システム１００が炭化水素除去キャリブレーション１１８を含むこともできることを示している。エンジン１０の排出ガスには炭化水素類（ＨＣ）が含有されていることも知られており、それは触媒の着火温度未満の温度で後処理システム５０に捕集され得る。炭化水素類のほとんどはＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４を通過するが、いくらかは触媒に捕集され、貯蔵される。増大すれば、エンジン１０の速度およびトルクが増加し、排出ガス流が多くなったときに炭化水素類は白煙を発生することになる。
【０１１０】
炭化水素除去温度１１９を超えると、炭化水素類を後処理システム５０から除去することができる。炭化水素除去温度１１９を超えると、炭化水素類は反応して二酸化炭素（ＣＯ2）および水（Ｈ2Ｏ）を形成する。炭化水素除去温度１１９は約１８０℃であり得る。
【０１１１】
第２動作モード１０２が起動されると炭化水素除去温度１１９を優に上回る温度に達するので、第２動作モード１０２が起動されると炭化水素類が除去されることになる。また、エンジン１０の速度およびトルクが炭化水素除去温度１１９を超える後処理温度を生じさせれば、いつでも炭化水素類が除去されることになる。
【０１１２】
しかしながら、後処理温度が長期間にわたり炭化水素除去温度１１９を超えず、第２動作モード１０２のトリガとなるのに十分なＤＰＦ５４内の煤蓄積量を生じさせるには不十分な量の煤しかエンジン１０が発生しないようなことがある。これは、エンジン１０が低アイドルまたは低負荷で長期間運転されている場合に生じ得る。これらの場合、炭化水素除去キャリブレーション１１８を用いることができる。
【０１１３】
炭化水素除去キャリブレーション１１８は第２動作モード１０２と同様のものとすることができる。しかしながら、炭化水素除去キャリブレーション１１８は、第２動作モード１０２のように高温に達すること、あるいは、ＤＰＦ５４の再生に要するようなＮＯｘ／煤レベルを得ることは必要としない。よって、炭化水素除去キャリブレーション１１８は、第２動作モード１０２よりも少ない方略を用い得るものであるか、あるいは程度の小さい方略を用い得るものである。例えば、炭化水素除去キャリブレーション１１８は、第２動作モード１０２が必要とする吸気マニホールド３８および排気マニホールド４２間の圧力差の０％〜７０％のみを含むものである。
【０１１４】
制御システム１００はまた、硫黄による不活性化検出を行う硫黄検出ルーチン３００を含むことができる。硫黄による不活性化は、低硫黄または超低硫黄燃料２１の使用を通じて阻止または低減させ得る。硫黄検出ルーチン３００は硫黄による不活性化が生じていることを検出し、従って低硫黄燃料が使用されていなかったことの指示値を提供することができる。
【０１１５】
図９に示すように、硫黄検出ルーチン３００は、プレ再生キャリブレーション３０１で、その後硫黄除去キャリブレーション３０２で、その後ポスト再生キャリブレーション３０３でエンジン１０を動作させることを含む。プレ再生キャリブレーション３０１およびポスト再生キャリブレーション３０３は実質的に、第２動作モード１０２と同じ再生方略２００を実施することができる。一実施形態では、プレ再生キャリブレーション３０１および／またはポスト再生キャリブレーション３０３は第２動作モード１０２と同じである。硫黄を除去するべく、硫黄検出ルーチン３００とは独立して、硫黄除去キャリブレーション３０２またはそのバリエーションを単独で使用することができる。硫黄検出ルーチン３００は再生方略２００以外の方略を用いることもできる。例えば、エンジン１０の他の動作パラメータ、燃料バーナ（fuel fired burner）、電気ヒータ、炭化水素注入およびその他の技術に影響を与えることで、硫黄検出ルーチン３００において所望の後処理温度を実現することができる。
【０１１６】
煤蓄積センサ７３はこの硫黄検出ルーチン３００の間に煤を測定し、コントローラ７１はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４が硫黄によって不活性になっているかを判定する。硫黄による不活性化はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の性能に影響を及ぼす。燃焼の間、燃料２１内の硫黄はＳＯ2を形成する。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の触媒はＳＯ2を酸化してＳＯ3を形成し、これは貴金属触媒に貯蔵される。また硫黄がウォッシュコートに貯蔵されるようにしいてもよい。
【０１１７】
ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４に貯蔵された硫黄は反応部位をマスクし、触媒反応を低下させるので、ＮＯ2の生成量が低下する。ＮＯ2の生成量が低下すると、煤の燃焼速度が低下する。煤の燃焼速度が低下することによって、ＤＰＦ５４は限界速度−トルク曲線１０５を超えて再生することができなくなり始める。従って、第２動作モード１０２が頻繁に必要となり得る。硫黄による不活性化はまた、第２動作モード１０２を無効にしてしまい得る。反応部位を回復し、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４から硫黄を排除するために、３００℃を超える後処理温度を用いることができる。
【０１１８】
第２動作モード１０２が頻繁に用いられ、またはＤＰＦ５４が再生できなくなると、硫黄検出ルーチン３００を用い、動力システム１の他の故障ではなく燃料中の硫黄が原因であることを判断することができる。かかる故障には、ＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４の失活や、第２動作モード１０２の無効化を引き起こし得る動力システム１の他のコンポーネントの故障が含まれる。
【０１１９】
図９は硫黄検出ルーチン３００の間の温度プロフィールを示している。硫黄検出ルーチンを開始するために、ＤＰＦ５４へのある程度の煤蓄積が必要である。その煤蓄積の程度は８０％超であり得る。他の実施形態では、９０％超の煤蓄積が必要となり得る。操作者または保守技術者が硫黄検出ルーチンを開始させることもでき、それを保守ルーチンの一部として行うこともできる。他の実施形態として、硫黄検出ルーチン３００が自動的に行われるようにしてもよい。
【０１２０】
硫黄検出ルーチン３００はプレ再生キャリブレーション３０１とともに始まる。第２動作モード１０２に関して上述したように、プレ再生キャリブレーション３０１の間に、ＤＰＦ５４を再生する目標再生温度１０８および再生ＮＯｘ／煤比が得られる。
【０１２１】
硫黄除去キャリブレーション３０２の間に、後処理温度は脱硫酸化（desulphation）温度３０５に上昇する。脱硫酸化温度３０５を目標再生温度１０８より高くすることができ、３００℃〜５００℃とすることができる。一実施形態では、脱硫酸化温度３０５を４００℃〜４５０℃とすることができる。
【０１２２】
ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４のために硫黄の全部または一部を除去する時間にわたって、硫黄除去キャリブレーション３０２を実行することができる。吸気および排気マニホールドの圧力差および／または後処理吸気センサ７４によって温度を制御することができる。５００℃超の後処理温度に達すると、上述したように、パラジウムまたはその他の高温スタビライザが付加されていない限り、ＤＯＣ５３が損傷し得る。脱硫酸化温度３０５は上述した最高後処理温度より高くてもよい。硫黄検出ルーチン３００は稀に使用され、比較的短時間で脱硫酸化温度３０５に達するからである。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、硫黄除去キャリブレーション３０２の間に、ＮＯｘ／煤比ではなく排気温度を最高にしてＮＯｘ／煤比３０７を低減する方略が用いられてもよい。ＮＯｘ／煤比３０７を低減することで、再生の速度を低下させ、硫黄除去キャリブレーション３０２の間に全部の煤が除去されないようにすることができる。一実施形態では、ＮＯｘ／煤比３０７は３５／１未満である。
【０１２４】
次に、ポスト再生キャリブレーション３０３の間に、上述したように、後処理温度が目標温度１０８に低下するとともに再生ＮＯｘ／煤比１０７が実現され、ＤＰＦ５４が再生される。得られる目標再生温度１０８は２００〜４００℃である。
【０１２５】
ポスト再生キャリブレーション３０３は、所定すなわちスレッショルドの時間にわたって、あるいは再生不活発化の煤スレッショルド１０６が得られた後にのみ、実行するようにしてもよい。一実施形態では、プレ再生キャリブレーション３０１およびポスト再生キャリブレーション３０３をそれぞれ約３０分にわたって実行するものとすることができる。硫黄除去キャリブレーション３０２は、相当量の硫黄を除去するのに十分な所定すなわちスレッショルドの時間にわたって実行するものとすることができる。一実施形態では、硫黄除去キャリブレーション３０２を３０〜６０分にわたって実行するものとすることができる。他の実施形態では、硫黄除去キャリブレーション３０２を３０分未満の時間実行するものとすることができる。
【０１２６】
図９はまた、煤検出ルーチン３００の間における、硫黄による不活性化が生じていない場合の煤蓄積プロフィールおよび硫黄による不活性化が生じている場合の煤蓄積プロフィールを示している。硫黄検出ルーチン３００は、プレ再生キャリブレーション３０１の間のプレ煤除去速度３０９とポスト再生キャリブレーション３０３の間のポスト煤除去速度３１１とを比較する。ポスト煤除去速度３１１がプレ煤除去速度３０９よりも有意に速いないしは高い場合には、硫黄による不活性化が生じているものと判断される。
【０１２７】
他の実施形態では、煤除去キャリブレーション３０２の間の煤除去速度の変化を用いて硫黄による不活性化を検出することができる。硫黄による不活性化が生じていた場合、より多くの硫黄が除去されるので煤除去速度は時間とともに増すことになる。また、他の実施形態として第２動作モード１０２の間の速度を予測速度と比較するようにすることもできるが、これらの比較は他の制御されていない変化によって正確でないものとなり得る。
【０１２８】
第２動作モード１０２を、ＤＰＦ５４を再生する実際的な方法とするために、煤蓄積センサ７３には高レベルの解像度、応答性および／または精度が必要とされ得る。煤蓄積センサ７３には、広い動作レンジの煤蓄積にわたって動作する能力が必要とされる。例えば、圧力差型の煤蓄積センサは、高負荷でのみ作動し得るものであるので、９０％の再生活発化の煤スレッショルド１０３で第２動作モード１０２をトリガし、または、８０％の再生不活発化の煤スレッショルド１０６で第２動作モード１０２を終了させるには十分でないことがあり得る。また、圧力差型の煤蓄積センサは、高いエンジン速度およびトルクまたは質量排気流でのみ作動し得るものであるので、エンジン１０の速度およびトルクが限界速度−トルク曲線１０５未満となったときに第２動作モード１０２をトリガするには十分でないことがあり得る。酸化モデルは再生間に潜在的に長いインターバルを有するのに必要なレベルの精度を提供しない。応答性に優れ、精度の高い煤蓄積センサ７３は、再生速度を判断し、比較する硫黄検出ルーチン３００にとっても必要である。
【０１２９】
ＲＦセンサは煤蓄積センサ７３が必要とするレベルの解像度、応答性および精度を提供し得る。しかしながら本開示は、圧力差型煤蓄積センサおよび酸化モデルを含め、広範な煤蓄積センサ７３が使用できることを予期する。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
上述の説明では異なる多くの事項を開示した。動力システムは、排出ガスを発生するエンジンと、燃料をエンジンに噴射する燃料システムと、排出ガスを処理する後処理システムと、コントローラと、を備えるものとして開示されている。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒と、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタと、粒子フィルタ内の煤量の指示値を提供するセンサと、を含む。コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに燃料システムによってエンジン燃料噴射圧力を高める。コントローラは、動力システムの付加的な動作パラメータを変えることで排出ガスの温度を上昇させ、２００℃超の後処理温度を実現することができる。また、動力システムは排気システムを含むことができ、これはエンジンの排出ガスを後処理システムと排気システム内に配された背圧弁とに向ける。ここで、背圧弁は、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに少なくとも部分的に閉じられるものである。また、動力システムは排出ガス再循環システムを含むことができ、これはエンジンの吸気側と排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁とに戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる。ここで、排出ガス再循環弁は、背圧弁が少なくとも部分的に閉鎖されたときに、部分的に閉じられるものである。燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うことができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの噴射タイミングを変化させることができる。また、燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うことができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの前または後に、燃料の付加的なショットを追加することができる。コントローラは、エンジンの速度およびトルクがスレッショルドの速度およびトルク曲線を下回ったときに、エンジンの燃料噴射圧力または燃料レールの圧力を上昇させることができる。
【０１３１】
また、排出ガスを発生するエンジンと、排出ガスを処理する後処理システムと、コントローラと、を備えるものとして動力システムを開示した。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒と、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタと、粒子フィルタ内の煤量の指示値を提供するセンサと、を含む。コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、動力システムの動作パラメータを変化させて排出ガスのＮＯｘ／煤比を上昇させ、３５／１より高くする。また、コントローラは、動力システムの動作パラメータを変えることで排出ガスの温度を上昇させ、２００℃超の後処理温度を実現することができる。また、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、エンジンの燃料噴射圧力を高めることができる。また、動力システムは排気システムを含むことができ、これはエンジンの排出ガスを後処理システムと排気システム内に配された背圧弁とに向ける。ここで、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、背圧弁を少なくとも部分的に閉じる。また、動力システムは排出ガス再循環システムを含むことができ、これはエンジンの吸気側と排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁とに戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる。ここで、コントローラは、背圧弁が少なくとも部分的に閉じたときに、排出ガス再循環弁を閉鎖する。燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うことができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの噴射タイミングを変化させることができる。また、燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うことができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの前または後に、燃料の付加的なショットを追加することができる。コントローラは、エンジンの速度およびトルクがスレッショルドの速度およびトルク曲線を下回ったときに、エンジンの動作パラメータを変化させることができる。
【０１３２】
また、排出ガスを発生するエンジンと、燃料をエンジンに噴射する燃料システムと、排出ガスを処理する後処理システムと、コントローラと、を備える動力システムを開示した。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換するように構成された酸化触媒と、エンジンから出る煤をトラップするように構成された粒子フィルタと、粒子フィルタ内の煤量の指示値を提供するように構成されたセンサと、を含む。コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料システムによってエンジン燃料噴射圧力を高めるように構成される。さらにコントローラは、動力システムの付加的な動作パラメータを変えることで排出ガスの温度を上昇させ、２００℃超の後処理温度を実現するように構成することができる。また、動力システムは排気システムを含むことができ、これはエンジンの排出ガスを後処理システムと排気システム内に配された背圧弁とに向けるように構成される。背圧弁は、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに少なくとも部分的に閉じるように構成することができる。また、動力システムは排出ガス再循環システムを含むことができ、これはエンジンの吸気側と排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁とに戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させるように構成される。排出ガス再循環弁は、背圧弁が少なくとも部分的に閉じたときに、部分的に閉じられるように構成することができる。燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うよう構成することができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの噴射タイミングを変化させるよう構成することができる。燃料システムは燃料のメインショットの噴射を行うよう構成することができ、コントローラは、粒子フィルタ内の煤量がスレッショルドを超えたときに、燃料のメインショットの前または後に、燃料の付加的なショットを追加するよう構成することができる。またコントローラは、エンジンの速度およびトルクがスレッショルドの速度およびトルク曲線を下回ったときに、エンジンの燃料噴射圧力を上昇させるよう構成することができる。
【０１３３】
また、エンジンの燃料噴射圧力を少なくとも部分的に高めることによって、エンジンが発生するＮＯｘ／煤比を一時的に高めて３５／１より大とする方法についても開示した。その方法はまた、次の１以上を含むことができる。すなわち、排出導管に配される背圧弁を閉鎖すること、エンジンの吸気側に戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁を閉じること、エンジン内のピストン位置に関連してエンジンに燃料の主噴射が行われる燃料噴射タイミングを変更すること、および、主噴射よりも少ない燃料ショットを主噴射の前または後のいずれか一方で噴射すること、である。また、エンジン速度およびトルクがスレッショルドの速度およびトルク曲線を下回り、排出ガスを受け取る粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたときに、排出ガス中のＮＯｘ／煤比を上昇させることができる。排出ガス中のＮＯｘ／煤比が上昇すると、排出ガスの温度は上昇し、２００度超の後処理温度が得られる。また、ＮＯｘ／煤比を５０／１より大となるように上昇させてもよい。
【０１３４】
また、排出ガスを発生するエンジンと、排出ガスを処理する後処理システムであって、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタを含む後処理システムと、後処理システムにおいて２００℃〜４００℃の温度を実現するプレ再生キャリブレーションを実行し、プレ再生キャリブレーションに続いて後処理システムにおいて３００℃〜５００℃の温度を実現する硫黄除去キャリブレーションを実行する硫黄検出ルーチンを行うよう構成されたコントローラと、を備える動力システムを開示した。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒をフィルタの上流に含むことができる。硫黄除去キャリブレーションに続いて、硫黄検出ルーチンは後処理システムにおいて２００℃〜４００℃の温度を実現するポスト再生キャリブレーションを実行することができる。また、動力システムは、粒子フィルタ内の煤量の指示値を提供するセンサを含むことができる。センサの読みは、酸化触媒および粒子フィルタの少なくとも一方が硫黄によって不活性化していることを指示するのに用いることができる。プレ再生キャリブレーションおよびポスト再生キャリブレーションは、３５／１より高い排出ガスのＮＯｘ／煤比を実現することができる。プレ再生キャリブレーション、硫黄除去キャリブレーションおよびポスト再生キャリブレーションは次の方略の少なくとも１つを含むことができる。すなわち、エンジンの燃料噴射圧力を高めること、排出導管に配される背圧弁を部分的に閉鎖すること、エンジンの吸気側に戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁を閉じること、エンジン内のピストン位置に関連してエンジンに燃料の主噴射が行われる燃料噴射タイミングを変更すること、および、主噴射よりも少ない燃料ショットを主噴射の前または後のいずれか一方で噴射すること、である。プレ再生キャリブレーション間の煤除去速度をポスト再生キャリブレーション間の煤除去速度と比較することで、酸化触媒および粒子フィルタの少なくとも一方が硫黄によって不活性化していることを指示することができる。プレ再生キャリブレーションが硫黄除去キャリブレーションの直前に実行され、ポスト再生キャリブレーションが硫黄除去キャリブレーションの直後に実行されるものとすることができる。プレ再生キャリブレーション、硫黄除去キャリブレーションおよびポスト再生キャリブレーションは所定時間にわたって実行されるものとすることができる。粒子フィルタ内の煤の量が、硫黄検出ルーチンの間に煤のすべてが除去されることを回避するのに十分となったときに、硫黄検出ルーチンが有効となるようにすることができる。
【０１３５】
また、排出ガスを発生するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料システムと、排出ガスを処理する後処理システムであって、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタを含む後処理システムと、硫黄検出ルーチンを行うよう構成されたコントローラと、を備える動力システムを開示した。コントローラは、硫黄除去キャリブレーションを実行して後処理システムにおいて３００℃〜５００℃の温度を実現し、硫黄除去キャリブレーションに続きポスト再生キャリブレーションを実行して２００℃〜４００℃の温度を実現する。後処理システムは、エンジンから出るＮＯをＮＯ2に変換する酸化触媒をフィルタの上流に含むとともに、粒子フィルタ内の煤量の指示値を提供するセンサを含むことができる。センサの読みは、酸化触媒および粒子フィルタの少なくとも一方が硫黄によって不活性化していることを指示するのに用いることができる。
【０１３６】
また、エンジンから出る排出ガスの処理を行う後処理システム内の硫黄を検出する方法についても開示した。本方法は、硫黄除去後の粒子フィルタの再生速度を硫黄除去前の粒子フィルタの再生速度と比較することを含む。本方法は、排出ガスの温度を高め、後処理システムにおいて３００℃〜５００℃の温度を実現することにより、硫黄を除去することを含み得る。粒子フィルタの再生は、ＮＯｘ／煤比を３５／１より大とすること、および、排出ガスの温度を高め、後処理システムにおいて２００℃〜４００℃の温度を実現することを含むことができる。また、粒子フィルタの再生は次の方略の少なくとも１つを含むことができる。すなわち、エンジンの燃料噴射圧力を高めること、排出導管に配される背圧弁を部分的に閉鎖すること、エンジンの吸気側に戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁を閉じること、エンジン内のピストン位置に関連してエンジンに燃料の主噴射が行われる燃料噴射タイミングを変更すること、および、主噴射よりも少ない燃料ショットを主噴射の前または後のいずれか一方で噴射すること、である。粒子フィルタ内の煤の量が、硫黄検出ルーチンの間に煤のすべてが除去されることを回避するのに十分となったときに、本方法が有効となるようにすることができる。
【０１３７】
また、排出ガスを発生するエンジンと、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタと、粒子フィルタを再生するために動力システムを第１動作モードから第２動作モードに切り換えるコントローラと、を備える動力システムを開示した。ここで、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドに対して変化する場合、第１動作モードおよび第２動作モード間の移行は、エンジンの負荷が変化するときよりもゆっくりとした速度で行われる。第２動作モードは再生弁を作動させることを含むことができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドに対して変化する場合、再生弁は、エンジンの負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で作動するようにすることができる。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下する場合、第２動作モードから第１動作モードに戻る際の移行は、エンジンの負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で行われるようにすることができる。第２動作モードは再生弁を閉じることを含むことができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下する場合、再生弁は、エンジンの負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で開くようにすることができる。再生弁は、排出ガスを導く排出導管に配された背圧弁であってもよい。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下する場合には、背圧弁は１秒より長い時間開放され、エンジンの負荷が増大する場合には、背圧弁は１秒より短い時間開放されるものとすることができる。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下する場合には、背圧弁は２秒より長い時間開放され、エンジンの負荷が増大する場合には、背圧弁は１秒より短い時間開放されるものとすることができる。
【０１３８】
また、排出ガスを発生するエンジンと、排出ガスを導く排出導管と、排出導管に配された背圧弁と、第１条件下では背圧弁を第１速度で作動させ、第２条件下では排気弁を第１速度より速い第２速度で作動させるコントローラと、を備える動力システムを開示した。背圧弁は、それがもはや必要でなくなった後には第１速度で作動し、背圧弁がエンジンに要求する動力を抑制する場合には第２速度で作動するものとすることができる。また、動力システムは排出ガス中の煤をトラップする粒子フィルタを含むことができ、背圧弁は粒子フィルタを再生するのに用いることができる。もはや粒子フィルタを再生する必要がなくなれば、背圧弁はもはや必要ないものとなり得る。背圧弁は、粒子フィルタを再生するために閉鎖され、第１または第２速度のいずれかで開放されるものとすることができる。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下する場合には、背圧弁は第１速度で開放され、エンジンの負荷が増大する場合には、背圧弁は第２速度で開放されるものとすることができる。第１速度は背圧弁を１秒より長い時間作動させ、第２速度は背圧弁を１秒より短い時間作動させるものとすることができる。
【０１３９】
また、第１動作モードで動力システムを動作させることと、粒子フィルタの再生を支援するべく第２動作モードで動力システムを動作させることと、粒子フィルタの煤量がスレッショルド未満に低下したことに応答して第１期間にわたり第２動作モードから第１動作モードへと動力システムを移行させることと、動力システムの負荷が増大してスレッショルド量を上回ったことに応答して第１期間より短い第２期間にわたり第２動作モードから第１動作モードへと動力システムを移行させることと、を含む動力システムの制御方法を開示した。第２動作モードは再生弁を作動させることを含むことができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下したことに応答して、再生弁は１秒より長い期間にわたって作動し、動力システムの負荷が増大してスレッショルド量を上回ったことに応答して、再生弁は１秒より短い期間にわたって作動するものとすることができる。第２動作モードは再生弁を閉鎖することを含むことができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下したことに応答して、再生弁は１秒より長い期間にわたって開放され、動力システムの負荷が増大してスレッショルド量を上回ったことに応答して、再生弁は１秒より短い期間にわたって開放されるものとすることができる。再生弁は排出導管に配された背圧弁であってもよい。背圧弁は、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルド未満に低下したことに応答して１秒より長い期間にわたって開放され、動力システムの負荷が増大してスレッショルド量を上回ったことに応答して１秒より短い期間にわたって開放されるものとすることができる。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを上回り、エンジンの負荷が現在のエンジン速度についてのスレッショルド量を下回った後には、動力システムは第２動作モードの下で動作することができる。
【０１４０】
また、排出ガスを発生するエンジンと、エンジンから出る煤をトラップする粒子フィルタと、エンジンの負荷の変化および当該変化後にゼロより大となったスレッショルドの時間量に応答して、粒子フィルタを再生するために動力システムを第１動作モードから第２動作モードに切り換えるコントローラと、を備える動力システムを開示した。コントローラは、エンジンの負荷が減少して現在のエンジン速度についてのスレッショルドを下回ったときに、動力システムを第１動作モードから第２動作モードに切り換えることができる。また、コントローラは、エンジンの負荷が減少して現在のエンジン速度についてのスレッショルドを下回り、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えたときに、動力システムを第１動作モードから第２動作モードに切り換えることできる。第２動作モードは再生弁を閉鎖することを含むことができる。再生弁は、排出ガスを導く排出導管に配された背圧弁であってもよい。第２動作モードは、次の１以上を含むことができる。すなわち、エンジンの排出導管に配された背圧弁を閉鎖すること、エンジンの吸気側に戻るようにエンジンの排出ガスを再循環させる排出ガス再循環システム内に配された排出ガス再循環弁を閉じること、エンジン内のピストン位置に関連してエンジンに燃料の主噴射が行われる燃料噴射タイミングを変更すること、および、主噴射よりも少ない燃料ショットを主噴射の前または後のいずれか一方で噴射すること、である。スレッショルドの時間量は１０秒より長い時間とすることができる。また、粒子フィルタ内の煤の量が増大するにつれてスレッショルドの時間量が減少するようにすることもできる。スレッショルドの時間量は１０秒より長い時間とすることができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドより１０％超多い場合には、１０秒未満に減少させることができる。
【０１４１】
また、排出ガスを発生するエンジンと、排出ガスを導く排出導管と、排出導管に配された背圧弁と、エンジン負荷が変化した後に背圧弁の動作を遅延させるコントローラと、を備える動力システムを開示した。背圧弁の動作を１０秒超の期間遅延させるようにすることができる。コントローラは、背圧弁を動作させることで排出導管に配された粒子フィルタを再生させることができる。コントローラはまた、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えた後に背圧弁を動作させることができる。粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドを超えて上昇するにつれ、背圧弁の動作を遅延させる期間が減少するようにすることができる。また、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドの５％以内であれば１０秒超の期間、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドより１０％超多ければ１０秒未満の期間、背圧弁の動作が遅延するようにすることができる。
【０１４２】
また、第１動作モードの下で動力システムを作動させることと、動力システムの負荷の変化を検出することと、動力システムの負荷の変化が検出された後にゼロより長いスレッショルドの時間の待機を行うことと、粒子フィルタの再生を支援するべくスレッショルドの時間の待機を行った後に第２動作モードの下で動力システムを作動させることと、を含む方法について開示した。この方法はまた、粒子フィルタ内の煤の量を検出することと、スレッショルドの時間の待機を行った後であって煤の量がスレッショルドを超えたことが検出された後に第２動作モードの下で動力システムを作動させることと、を含むことができる。スレッショルドの時間は、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドの５％以内であれば１０秒超とすることができ、粒子フィルタ内の煤の量がスレッショルドより１０％超多ければ１０秒未満に減少するようにすることができる。動力システムの負荷の変化は、現在のエンジン速度についてのスレッショルド量未満となる負荷の減少であり得る。第２動作モードは、排出導管に配された背圧弁を閉鎖することを含むことができる。
【０１４３】
以上説明した本開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく包含され得るものであるが、種々の修正および変更を行い得ることは当業者であれば明白であろう。本明細書および開示の実施を考察することで、当業者であれば他の実施形態も明白であろう。本明細書および諸例は説明を企図しただけであって、真の範囲は添付の特許請求の範囲およびその等価物によって示されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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