(57)【要約】定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定するシステムであって、微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）を測定する差圧センサ（２９）と、微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑｖｏｌ）を推定または測定する手段（３０）と、電子制御ユニット（２４）とを有し、上記電子制御ユニット（２４）は、差圧（Ｐｄｉｆｆ）および体積流量（Ｑｖｏｌ）と微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）と、差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段（３４）と、上記格納マッピングおよび差圧（Ｐｄｉｆｆ）の値から、微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定する推定器（３２）とを有する。
2008519193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定するシステムであって、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）を測定する差圧センサ（２９）と、上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑｖｏｌ）を推定または測定する手段（３０）と、電子制御ユニット（２４）とを有し、上記電子制御ユニット（２４）は、
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）および上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑｖｏｌ）と上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）と；
−上記圧力センサ（２９）によって提供された上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段（３４）と；
−上記検出手段（３４）が上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下であって、上記あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔において上記あらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記圧力センサ（２９）によって提供された上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定する推定器（３２）と
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記検出手段（３４）は上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下の開始時間（ｔｄ）と、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下の終了時間（ｔｆ）とを検出することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記推定器（３２）は上記格納マッピング（３３）および上記開始時間（ｔｄ）前に上記微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の推定量の最大値（ＭＡ）から上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
上記推定器（３２）は上記最大値（ＭＡ）と上記終了時間（ｔｆ）後に上記微粒子フィルタ（２２）に溜まった上記微粒子の量とを合計することによって上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記推定器（３２）は上記格納マッピング（３３）から上記終了時間（ｔｆ）後に上記微粒子フィルタ（２２）に溜まった上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
上記あらかじめ定めた圧力低下は５０〜５００ｍｂａｒであり、上記あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量を推定する方法であって、
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）および上記微粒子フィルタ（２２）の上流のガスの体積流量（Ｑｖｏｌ）と上記微粒子フィルタ（２２）に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング（３３）を使用し；
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出し；そして
−上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下が検出されたとき、上記格納マッピング（３３）および上記微粒子フィルタ（２２）の両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の値から、上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定する
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
上記微粒子フィルタの両端の差圧（Ｐｄｉｆｆ）の低下の開始時間（ｔｄ）と終了時間（ｔｆ）とを検出することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記格納マッピングおよび上記開始時間（ｔｄ）前に上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の推定量の最大値（ＭＡ）から上記微粒子フィルタ（２２）に存在する上記微粒子の量を推定することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車、特にディーゼルエンジンを備えた自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル型の内燃機関は大気に汚染物質微粒子を放出するが、微粒子の量を減少すべきである。この微粒子は内燃機関における不完全燃焼によって生じた煤からなり、排気ガス中の微粒子は内燃機関の燃焼室の下流の排気パイプに微粒子フィルタを設けることによって除去される。このフィルタはフィルタを通過する排気ガス内に存在する微粒子を止めることができるように設計されている。内燃機関の動作によって、フィルタに微粒子が溜まり、排気ガスに高い背圧が発生することとなり、また微粒子フィルタの両端の差圧が増加して、内燃機関の性能がかなり低下する。
【０００３】
内燃機関の性能を回復するために、溜まった微粒子を燃焼することによりフィルタを再生することが知られている。この燃焼操作は微粒子フィルタの内部温度を上昇することにより実行することができる。これは一般に内燃機関の燃焼室への燃料噴射を遅らせることによって達成することができる。燃料は特に排気行程の上死点の直後に噴射され、これにより排気ガスの温度を上昇することができる。上死点後の遅れた噴射は１回または複数回行なってもよい。このように噴射された燃料は内燃機関の燃焼室内では燃えないで、たとえば排気パイプに設けられた触媒反応装置内で燃え、微粒子フィルタを通過するガスの温度が上昇する。
【０００４】
微粒子フィルタはフィルタの上流側に設けられた触媒反応装置とともに設けられ、微粒子フィルタは有害物質の排出を減少する。触媒反応装置は微粒子フィルタと一体に設けることができ、触媒反応装置は白金のような触媒物質を有する。遅れて噴射され、燃焼室に遅く噴射することによって発生した不燃の炭化水素および一酸化炭素は、触媒物質で酸化され、微粒子フィルタ内の温度を上昇させる。
【０００５】
微粒子フィルタはフィルタ内の微粒子の量が多くなるとすぐに、再生行程の間定期的に再生される。再生行程は自動車の運転者が意識しなくとも内燃機関の動作中に起こる。
【０００６】
従来、微粒子フィルタをこのように定期的に操作するために、２つの段階がある。第１の段階においては、フィルタは内燃機関から放出された微粒子を溜め、第２の段階においては、フィルタを再生するためにフィルタに溜まった微粒子を燃焼する。
【０００７】
排気の背圧すなわち微粒子フィルタの両端の圧力差つまり差圧から微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定するシステムが有用である。
【０００８】
文献ＦＲ２７８１２５１は、内燃機関の下流に設けられた微粒子フィルタに溜まった煤の量を決定する方法に関する。フィルタは煤が過度に溜まる前に煤を燃焼することにより、定期的に再生される。煤の溜まった程度はフィルタの両端の差圧および内燃機関のガス流を現す量Ａから決定される。
【０００９】
文献ＥＰ１２８１８３４には、内燃機関の下流に設けられた微粒子フィルタに溜まった煤の量を決定する方法が記載されている。フィルタは煤が過度に溜まる前に煤を燃焼することにより、定期的に再生される。煤の溜まった程度はフィルタの両端の差圧および微粒子フィルタを通過するガスを表す量Ｑｖｏｌから決定される。煤の溜まった程度は、微粒子フィルタに溜まった煤の質量をｍとすると、式ΔＰ＝ｆ(Ｑｖｏｌ，ｍ)によって決定される。
【特許文献１】ＦＲ２７８１２５１
【特許文献２】ＥＰ１２８１８３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、これらの文献は、不活性再生と呼ばれる化学反応：ＮＯ２＋Ｃ→ＣＯ＋ＮＯによって、微粒子フィルタの煤の溜まった程度が一様ではないことを考慮していない。この反応は自動車の都市外の走行で生じる温度（微粒子フィルタの上流で３５０〜５００℃）で起こる。この反応は、実際には微粒子が燃えていないのに、微粒子フィルタの両端の差圧に急激な低下をもたらす。微粒子フィルタの両端の差圧の低下はフィルタの煤の溜まった程度の推定を不正確にし、微粒子フィルタの破損が生じる。事実、推定された煤の質量は実際の煤の質量よりも少なく、フィルタの燃焼による再生の間に、過度の燃焼反応が起こり、微粒子フィルタの破損が生じる。
【００１１】
本発明は化学的不活性再生反応の影響を考慮して、燃焼による再生における微粒子フィルタの破損のリスクを避けることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの側面によれば、定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定するシステムであって、上記微粒子フィルタの両端の差圧を測定する圧力センサと、上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量を推定または測定する手段と、電子制御ユニットとを有するものが提供される。上記電子制御ユニットは、上記微粒子フィルタの両端の差圧および上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量と上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量との関係を示す格納マッピングと、上記圧力センサによって提供された上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する検出手段とを有する。また、上記電子制御ユニットは、上記検出手段が上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記圧力センサによって提供された上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する推定器を有する。
【００１３】
たとえ、不活性再生と呼ばれる化学反応が起こったとしても、推定された微粒子フィルタに存在する微粒子の量は正確である。このため、フィルタに存在する微粒子の量を少なく推定することによる、過度のフィルタ再生燃焼反応による微粒子フィルタの破損のリスクを除去することができる。
【００１４】
好ましい実施の形態において、上記検出手段は上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の開始時間と、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の終了時間とを検出する。
【００１５】
有利な実施の形態において、上記推定器は上記格納マッピングおよび上記開始時間前に上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の推定量の最大値から上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する
好ましい実施の形態において、上記推定器は上記最大値と上記終了時間後に上記微粒子フィルタに溜まった微粒子の量とを合計することによって上記微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する。
【００１６】
好都合には、上記推定器は上記格納マッピングから上記終了時間後に上記微粒子フィルタに溜まった微粒子の量を推定する。
【００１７】
たとえば、上記あらかじめ定めた圧力低下は５０〜５００ｍｂａｒであり、上記あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓである。
【００１８】
本発明の他の側面によれば、定期的に燃焼により再生する自動車の微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する方法が提供される。この方法において、上記微粒子フィルタの両端の差圧および上記微粒子フィルタの上流のガスの体積流量と微粒子フィルタに存在する微粒子の量との関数を示す格納マッピングを使用する。上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出する。さらに、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下であって、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい差圧の低下を検出したとき、上記格納マッピングおよび上記微粒子フィルタの両端の差圧の値から、上記微粒子フィルタに存在する上記微粒子の量を推定する。
【００１９】
好ましい実施において、上記微粒子フィルタの両端の差圧の低下の開始時間と終了時間とを検出する。
【００２０】
好都合には、上記格納マッピングおよび上記開始時間前に上記微粒子フィルタに存在する微粒子の推定量の最大値から上記微粒子フィルタに存在する微粒子の量を推定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の他の目的、特徴および効果は、もっぱら非限定的な例として示された記述を、添付の図面を参照して読むことによって明らかになるであろう。添付の図面において、
−図１は本発明装置の実施の形態の１つを示す概略図、
−図２は本発明の微粒子フィルタの両端の差圧の低下を示す図、
−図３は本発明の作用を示す図である。
【００２２】
図に示すように、概略的に示す内燃機関１は複数の燃焼室を有し、このような燃焼室２は図のピストン４が移動するシリンダ３の内部の上部に示される。吸気弁５は燃焼室２に接続された吸気ダクト６を開閉することにより吸気を制御する。排気弁７は燃焼室２から排気パイプ８への排気ガスの通路を開閉するのに使用される。
【００２３】
大気圧の新鮮な空気が矢印９に示されるように配管１０に入る。空気圧は配管１０に設けられたコンプレッサ１１によって増加する。コンプレッサはタービン１３と共有の軸１２に設けられ、この例ではタービン１３は排気パイプ８に設けられている。タービン１３を通過する排気ガスはコンプレッサ１１を駆動し、吸気ダクト６を介して燃焼室２に入る空気の圧力を増加する。
【００２４】
例示されているように、内燃機関は入口の排気ガスの一部を再導入するシステムを有している。この目的のために、枝管１４は排気パイプ８のタービン１３よりも上流に接続されている。「ＥＧＲ弁」と呼ばれる制御弁１５は排気ガスの量を制御し、排気ガスはライン１６を介して吸気ダクト６に再導入され、その後混合室１７内で適切に混合される。また、調整案内フラップ１８が圧縮空気吸気ライン１０のコンプレッサ１１よりも下流でかつ混合室１７よりも上流に設けられている。
【００２５】
排気パイプ１９はタービン１３の出口と大気すなわち符号２０の排気ガス出口とを接続する。排気パイプ１９のタービン１３の下流に触媒反応装置２１が設けられ、排気パイプ１９の触媒反応装置２１の下流に微粒子フィルタ２２が設けられている。微粒子フィルタ２２は従来型であり、内燃機関１から排出されかつ排気ガスによって排気パイプ１９に運ばれた微粒子をたとえば静電的に除去する手段を有する。消音器２３は排気ノイズを制限するために微粒子フィルタの下流に設けられている。
【００２６】
電子制御ユニット２４は内燃機関１の動作を調整し、この目的のために、内燃機関１の動作の所定のデータを受け取る。図示しない種々のセンサが配管に設けられ、センサの信号が電子制御ユニット２４に伝達される。
【００２７】
電子制御ユニット２４は特にＥＧＲ弁１５の位置をコネクション（connexion）２５により制御することができ、可動フラップ１８の位置をコネクション２６により制御することができる。また、電子制御ユニットは燃料噴射装置２７をコネクション２８により制御する。
【００２８】
微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量を推定するために、装置は微粒子フィルタ２２の両端の圧力差すなわち差圧Ｐｄｉｆｆを測定することができる差圧センサ２９を有し、また電子制御ユニット２４に利用できるデータから微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌを推定するためのモジュール３０が設けられている。これらのデータは、たとえば、内燃機関の新鮮空気吸気流量、ＥＧＲ弁による再循環流量および内燃機関動作データである。圧力センサ２９はコネクション３１によって電子制御ユニット２４に接続されている。
【００２９】
代替の実施の形態においては、微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌを推定するためのモジュール３０の代わりに、微粒子フィルタ２２の上流に設けられた流量計、温度センサおよび圧力センサを用いてもよい。
【００３０】
電子制御ユニット２４は微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量の推定器３２を有し、また微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆおよび微粒子フィルタ２２の上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌと微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量との関係を示す格納マッピング３３を有する。
【００３１】
さらに、電子制御ユニット２４は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの低下を検出するための検出モジュール３４を有し、上記圧力センサ２９によって供給された微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの値から、あらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔において差圧Ｐｄｉｆｆの低下があらかじめ定めた圧力低下よりも大きいことを検出する。あらかじめ定めた圧力低下は、たとえば、５０〜５００ｍｂａｒであり、あらかじめ定めた時間間隔は１０〜１００ｓである。
【００３２】
推定器３２は格納マッピング３３および圧力センサ２９によって供給された微粒子フィルタ２２の両端の差圧の値からフィルタに存在する微粒子の量を推定する。
【００３３】
図２は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの低下を示し、その差圧の低下はあらかじめ定めた時間間隔よりも短い時間間隔においてあらかじめ定めた圧力低下よりも大きい。これは、たとえば、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆが値Ｐ１からＰ１よりも低いＰ２に低下している差圧Ｐｄｉｆｆの低下を示す。ここで、差Ｐ１−Ｐ２はあらかじめ定められた圧力低下よりも大きい。さらに、差圧Ｐｄｉｆｆの低下の開始時間をｔｄ、終了時間をｔｆとすると、開始時間ｔｄと終了時間ｔｆとの時間間隔はあらかじめ定められた時間間隔よりも短い。時間t２は開始時間ｔｄに接近した時間であり、時間t２と時間ｔｄとの間に差圧Ｐｄｉｆｆの小さい変化を伴う過渡的現象が起こっている。時間ｔ１は終了時間ｔｆに接近した時間であり、時間tｆと時間ｔ１との間に差圧Ｐｄｉｆｆの小さい変化を伴う過渡的現象が起こっている。時間ｔは内燃機関１の動作の時間間隔を示し、微粒子フィルタ２２の燃焼による前の再生の終了時間を考慮した時間である。
【００３４】
図３に図２に示した差圧の低下に基づく推定器の作用が示される。
【００３５】
図３にフィルタに存在する微粒子の量（質量）を示す曲線ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４およびｍ５が示され、これは微粒子フィルタ２２の両端の差圧および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌと微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量との関係を示す。この例においては、ｍ１＜ｍ２＜ｍ３＜ｍ４＜ｍ５である。これらの各曲線はそれぞれ時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５と関連する。なぜなら、内燃機関１の２つの別個の動作時間において、微粒子フィルタ２２は２つの別個の微粒子の量を有する。
【００３６】
検出モジュール３４は微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの低下の開始時間ｔｄおよび終了時間ｔｆを検出することができる。
【００３７】
推定器３２は上記の開始時間ｔｄすなわち時間ｔ２前に微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の推定量の最大値ＭＡを格納しており、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの関連する値Ｐ１および、微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌの関連する値Ｑ１を格納している。微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の推定量の最大値ＭＡは格納マッピング３３、微粒子フィルタ２２の両端の差圧ＰｄｉｆｆのＰ１および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量ＱｖｏｌのＱ１から決定される。
【００３８】
また、推定器３２は時間ｔ１、微粒子フィルタ２２の両端の差圧Ｐｄｉｆｆの値Ｐ２および微粒子フィルタの上流のガスの体積流量Ｑｖｏｌの値Ｑ２における微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量ＭＢを格納している。
【００３９】
そして、推定器３２は開始時間ｔｄ前の推定量の最大値ＭＢと終了時間ｔｆ後に微粒子フィルタ２２にたまった微粒子の量とを加算することによって微粒子フィルタ２２に存在する微粒子の量を推定する。終了時間ｔｆ後に微粒子フィルタ２２に溜った量は終了時間ｔｆ後の微粒子の量の最小値ＭＢからの微粒子の量の推定増加量に相当する。換言すれば、終了時間ｔｆ後に微粒子フィルタ２２にたまった量は時間ｔにおいて推定される微粒子の量と量ＭＢとの差である。これらの最大値ＭＡ、最小値ＭＢは、フィルタ２２の両端の差圧の低下の不安定な状態の期間以外の安定した状態の値に相当する。
【００４０】
この例では、ＭＡ＝ｍ２であり、ＭＢ＝ｍ１であるが、この微粒子の量すなわち質量は一般に格納マッピング３３の曲線ｍ１からの推定によって計算される。
【００４１】
本発明は、微粒子フィルタの両端の差圧から微粒子フィルタに存在する微粒子の量を正確に推定するのに有用であり、都市外のドライブで起こる化学的不活性再生反応を考慮し、微粒子フィルタが故障するのを避けるために微粒子フィルタの燃焼による再生を作用させるために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明装置の実施の形態の１つを示す概略図である。
【図２】本発明の微粒子フィルタの両端の差圧の低下を示す図である。
【図３】本発明の作用を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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