(57)【要約】内燃機関（１８）用の排気微粒子フィルタシステム（２０）を操作する方法が、例えば、捕捉された煤を含む排気微粒子フィルタ（２２）を通して、約２ＧＨｚを超える周波数を有する電磁エネルギーを送信するステップを含む。送信された電磁エネルギーは、捕捉されている煤に応じて減衰されることがあり、フィルタ煤装填値が、電磁エネルギーの減衰と、フィルタ（２２）の温度と、捕捉された煤の質量との間の相関に少なくとも一部基づいて計算される。相関を表す式の偏微分に基づくアルゴリズムを、フィルタ煤装填値および得られる煤質量を計算する際に使用することができる。計算された煤質量が、灰装填に関する情報と共に、フィルタ（２２）の相対煤装填状態を求めるために使用される。相対煤装填状態が再生適性条件を満たしているという判断に応じて、再生開始指令を出力することができる。
2014504690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１８）用の排気微粒子フィルタシステム（２０）を操作する方法であって、
捕捉された煤および灰を含む排気微粒子フィルタ（２２）を通して電磁エネルギーを送信するステップと、
捕捉された煤に応じて、送信された電磁エネルギーを減衰させるステップと、
捕捉された灰の量を示す灰値を求めるステップと、
送信された電磁エネルギーの減衰と、捕捉された灰の量とに応じて、再生適性信号を出力するステップと
を含む方法。
【請求項２】
さらに、減衰と、捕捉された灰の量とに応じて、排気微粒子フィルタ（２２）の相対煤装填状態を示す煤値を求めるステップを含み、出力するステップが、求められた煤値に応じて、再生適性信号を出力するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
求めるステップが、さらに、利用可能なフィルタ体積に対する捕捉された煤の割合を示す煤値を計算するステップを含み、
方法が、さらに、減衰を示すデータを受信するステップと、データの分散に対する計算の感度を低くするステップとを含む
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
送信するステップが、さらに、排気微粒子フィルタ（２２）の少なくとも１つの共鳴周波数を含む電磁周波数の集合を送信するステップを含み、
感度を低くするステップが、さらに、少なくとも一部には、非共鳴周波数を有する電磁周波数の集合を優位にすることによって、計算の感度を低くするステップを含む
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電磁周波数の集合が、約２ＧＨｚよりも大きい請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、電磁周波数の集合で送信された電磁エネルギーを受信するステップと、電磁周波数の集合での電磁エネルギーの送信強度と受信強度の差に応じて減衰値を計算するステップとを含み、
減衰値を計算するステップが、平均減衰値を計算するステップを含み、
煤値を求めるステップが、平均減衰値に応じて煤値を求めるステップを含む
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
内燃機関（１８）用の排気微粒子フィルタシステム（２０）であって、
排気入口（２５）と、排気出口（２７）と、フィルタ媒体（２６）とを有するハウジング（２４）を含む排気微粒子フィルタ（２２）であって、フィルタ媒体（２６）が、排気入口（２５）と排気出口（２７）の間を通る内燃機関（１８）からの排気中の煤および灰を捕捉するように構成される、排気微粒子フィルタ（２２）と
制御システム（４０）であって、制御システム（４０）が、排気微粒子フィルタ（２２）に結合され、排気微粒子フィルタ（２２）を通して電磁エネルギーを送信するように構成された送信機（４６）と、排気微粒子フィルタ（２２）に結合され、送信された電磁エネルギーを感知するように構成された受信機（４８）とを含む、制御システム（４０）と
を備え、
制御システム（４０）が、さらに、データ処理装置（４５）を含み、データ処理装置（４５）が、送信機（４６）および受信機（４８）に結合され、捕捉された煤に応じた送信された電磁エネルギーの減衰を示すデータを受信するように構成され、データ処理装置（４５）が、さらに、排気微粒子フィルタ（２２）内部の捕捉された灰の量を示す灰値を求め、減衰と、捕捉された灰の量とに応じて、再生適性信号を出力するように構成される
排気微粒子フィルタシステム（２０）。
【請求項８】
データ処理装置（４５）が、さらに、減衰と、捕捉された灰の量とに応じて、排気微粒子フィルタ（２２）の相対煤装填状態を示す煤値を求めるように構成され、
データ処理装置（４５）が、さらに、求められた煤値を記憶されている基準値と比較し、それに応じて再生適性信号を出力するように構成され、
送信機（４６）が、さらに、約２．０ＧＨｚ〜約２．５ＧＨｚの間の周波数帯域内での電磁エネルギーを送信するように構成される
請求項７に記載の排気微粒子フィルタシステム（２０）。
【請求項９】
制御システム（４０）が、さらに、灰値を計算するように構成される請求項７に記載の排出微粒子フィルタシステム（２０）。
【請求項１０】
内燃機関（１８）用の排気微粒子フィルタシステム（２０）を操作する方法であって、
捕捉された煤および灰を含む排気微粒子フィルタ（２２）を通して、ある送信強度で電磁エネルギーを送信するステップであって、送信される電磁エネルギーが、約２ＧＨｚよりも大きい周波数を有するステップと、
捕捉された煤に応じて、送信された電磁エネルギーを減衰した後に、送信された電磁エネルギーの減少された強度を感知するステップと、
捕捉された灰の量を示す灰値を求めるステップと、
捕捉された灰の量、および送信強度と減少した強度との差に応じて信号を出力するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、内燃機関に関連して使用されるタイプの排気微粒子フィルタシステムに関し、より詳細には、電磁エネルギーの減衰と、捕捉された灰の量とに応じて排気微粒子フィルタシステムを再生することに関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年来、内燃機関に関連して、多くの異なるタイプの後処理システムが使用されている。多くの場合、内燃機関からの排気中の微粒子を除去することが望ましく、この目的で、排気微粒子フィルタまたは「トラップ」が広く使用されている。多くの排気微粒子フィルタは、煤の捕捉にかなり効果的であるが、場合によっては、捕捉された煤の量は、エンジンの引き続きの操作に問題が生じる、もしくは操作の効率が悪くなる点に達する、または排気微粒子フィルタの損壊の危険を生じる。「再生」は、捕捉された煤の排気微粒子フィルタを洗浄するプロセスを述べるために一般に使用される用語である。典型的な手法の１つは、捕捉された煤を燃焼し、比較的望ましい、またはより容易に処理される排出物に煤を変換するのに十分な点までフィルタ内部の温度を上昇させることを含む。
【０００３】
多くの異なる再生技法がよく知られており、広く使用されている。これらの中には、排気微粒子フィルタ内部に内在する、またはエンジン燃料中で搬送される触媒の使用がある。触媒は、通常必要となり得る温度よりも比較的低い温度での煤の燃焼を支援することができる。他の再生技法は、排気ガス中への燃料の注入に依拠し、これは、その後、排気微粒子フィルタの上流で点火するか、または排気微粒子フィルタに入った後に点火して、フィルタ内部の温度を増加させる。さらに他の技法は、シリンダ内での投与、またはエンジンの下流およびフィルタの上流での投与を利用して、実際には点火せずに発熱反応によってフィルタ温度を上昇させる燃料を送達する。電動式ヒータおよびその類、従来と異なるエンジンタイミングおよび／または燃料供給技法、ならびに背圧発生流量制限器も使用される。触媒を利用する再生技術は、かなり高価になる傾向があり、一方、電気ヒータまたは特殊化されたエンジン動作ストラテジを採用する技法は、エンジンからのエネルギーを流用することがある。排気ガス中への燃料の送達は、燃料を直接消費するが、発生する背圧により、排気ガスがエンジンから出にくくなることがある。したがって、すべてではないにせよほとんどの再生ストラテジは、コスト面または効率面で何らかの不利益を有することが容易に明らかであろう。
【０００４】
したがって、多くの再生ストラテジにおいて、比較的高精度で正確にフィルタ内部の捕捉された煤の量を検出することが望まれる。一方で、典型的には、フィルタが過度に詰まった状態でのエンジンシステムの動作を避けることが望ましく、他方で、エネルギーおよび／または反応物を消費する再生ストラテジの過剰使用を避けることが望ましい。これらの理由から、技術者は、再生の過小使用および過剰使用を避けることができるように、捕捉された煤の実際の量をより正確に高精度で検出するための技法を引き続き求めている。煤装填量の検出、したがって適切な再生条件の検出の一見小さな改良でさえ、実世界において効率面で大きな利得をもたらすことがある。
【０００５】
煤検出技術の一般的なクラスの１つは、電磁エネルギーを採用し、電磁エネルギーは、排気微粒子フィルタを通して送信され、捕捉された煤によって電磁エネルギーの一部が吸収されるときに強度が減少される。これらの技法は長年知られているが、それらの理論的な可能性を完全には実現していない。これらのストラテジのいくつかは、捕捉された煤を通して送信される電磁エネルギーにおける周波数偏移または他の信号属性などの現象の観察に基づいて煤を検出することを試みる。他のストラテジは、信号強度の減少の大きさを煤量に関連付けることを試みている。捕捉された煤に応じた電磁エネルギー損失を利用する１つの例示的なストラテジが、Ｗａｌｔｏｎへの（特許文献１）に教示されている。これらの既知の技法は、計算が難しくなる傾向があり、比較的高価で複雑なハードウェアの使用を必要とし、または他の欠点を有する。さらに、研究室では許容範囲内で行われると思われたストラテジが、しばしば、実際の現場条件にはあまり適していないことが判明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，４９７，０９９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第１２／８４１，３０８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、内燃機関用の排気微粒子フィルタシステムを操作する方法が、捕捉された煤および灰を含む排気微粒子フィルタを通して電磁エネルギーを送信するステップと、捕捉された煤に応じて、送信された電磁エネルギーを減衰するステップとを含む。この方法は、さらに、捕捉された灰の量を示す灰値を求めるステップと、送信される電磁エネルギーの減衰および捕捉された灰の量に応じて、再生適性信号を出力するステップとを含む。
【０００８】
別の態様では、内燃機関用の排気微粒子フィルタシステムが、排気入口と、排気出口と、フィルタ媒体とを有するハウジングを含む排気微粒子フィルタを含み、フィルタ媒体が、排気入口と排気出口の間を通る内燃機関からの排気中の煤および灰を捕捉するように構成される。このシステムは、さらに微粒子監視システムを含み、微粒子監視システムは、排気微粒子フィルタに結合され、排気微粒子フィルタを通して電磁エネルギーを送信するように構成された送信機と、排気微粒子フィルタに結合され、送信された電磁エネルギーを感知するように構成された受信機とを有する。制御システムは、さらにデータ処理装置を含み、データ処理装置は、送信機および受信機に結合され、捕捉された煤に応じた送信された電磁エネルギーの減衰を示すデータを受信するように構成され、データ処理装置は、さらに、排気微粒子フィルタ内部の捕捉された灰の量を示す灰値を求め、減衰と、捕捉された灰の量とに応じて、再生適性信号を出力するように構成される。
【０００９】
さらに別の態様では、内燃機関用の排気微粒子フィルタを操作する方法が、捕捉された煤および灰を含む排気微粒子フィルタを通して、ある送信強度で電磁エネルギーを送信するステップであって、送信される電磁エネルギーが、約２ＧＨｚよりも大きい周波数を有するステップと、捕捉された煤に応じて、送信された電磁エネルギーを減衰した後に、送信された電磁エネルギーの減少された強度を感知するステップとを含む。この方法は、さらに、捕捉された灰の量を示す灰値を求めるステップと、捕捉された灰の量、および送信強度と減少した強度との差に応じて信号を出力するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による機械の概略側面図である。
【図２】図１の機械で使用するのに適したエンジンシステムの概略側面図である。
【図３】本開示による排気微粒子フィルタシステムの３つの異なる灰装填量に関して、煤質量に対する減衰を示すグラフである。
【図４】３つの異なるフィルタ条件に関して、煤質量に対する減衰を示すグラフである。
【図５】３つの異なるフィルタ条件に関して、煤質量に対する減衰を示す別のグラフである。
【図６】３つの異なるフィルタ条件に関して、煤質量に対する減衰を示す別のグラフである。
【図７】一実施形態による例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図８】一実施形態による例示的な煤質量計算を示すフローチャートである。
【図９】一実施形態による煤質量を計算するための計算図である。
【図１０】図９の煤質量計算に関する別の計算図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、一実施形態による機械１０が図示されている。機械１０は、フレーム１２と、フレーム１２に結合された地面係合要素１４とを有するオフハイウェイトラックの文脈で図示されている。他の実施形態では、機械１０は、推進車輪ではなく、地面係合線路を有する線路タイプの機械、あるいは、モータグレーダ、バックホー、ホイールローダ、スクレーパ、さらには船舶など、さらなる別のタイプの機械を含むことがある。また、機械１０は、発電機、圧縮機、またはポンプなど、定置式機械を含むこともある。機械１０は、エンジンシステム１６を装備されることがあり、エンジンシステム１６は、フレーム１２に結合され、圧縮点火ディーゼルエンジンなどの内燃機関１８を含み、地面係合要素１４に原動力を提供する。また、排気微粒子フィルタシステム２０がフレーム１２に結合されることがあり、エンジン排気中の煤や灰などの微粒子を捕捉するために、エンジン１８に流体接続された排気微粒子フィルタ２２を含む。以下の説明からさらに明らかになるように、排気微粒子フィルタシステム２０は、フィルタ２２内に捕捉された煤を検出し、それに応じてフィルタ再生を制御するように独特に構成することができる。
【００１２】
フィルタ２２は、キャニスタまたはハウジング２４を含むことがあり、キャニスタまたはハウジング２４は、従来の様式でエンジン１８に結合された排気管路２８に流体接続された排気入口２５と、出口管路３２に結合された排気出口２７とを有し、出口管路３２がさらに、従来の様式で排気スタックまたはテールパイプ（図示せず）に接続する。エンジン１８とフィルタ２２の間に再生メカニズム３４を流体的に位置決めすることができ、本明細書でさらに述べる様式および環境下でフィルタ２２の再生を可能にする。また、エンジン１８とフィルタ２２の間にディーゼル酸化触媒５１を流体的に位置することもできる。いくつかの実施形態では、選択的触媒還元（「ＳＣＲ」）モジュールもフィルタシステム２０に結合させることができる。フィルタ媒体２６が、ハウジング２４内部に位置決めされ、エンジン１８からの排気中の煤や灰などの微粒子を捕捉するように構成される。さらに、フィルタシステム２０は、フィルタ２２に関する制御システム４０を含むことがあり、制御システム４０は、本明細書でさらに述べる特徴および機能を有する様々な構成要素を含む。
【００１３】
また、ここで図２を参照すると、エンジンシステム１６のいくつかの構成要素および特徴がさらに詳細に図示されている。上述したように、再生メカニズム３４は、例えば、フィルタ２２内の捕捉された煤の量が所望のしきい値を超えたときにフィルタ２２を再生するように構成することができる。排気微粒子フィルタのフィルタ媒体内部に煤粒子が捕捉される一般的な現象は、当業者にはよく知られている。時間と共に、捕捉された煤が除去されない場合には、フィルタ効率が劣化傾向を示す、排気背圧が上昇される、および／またはフィルタ損壊の危険が生じる点まで煤が蓄積することがある。本開示では、フィルタ媒体２６は、コージエライトのようなセラミックフィルタ媒体、炭化ケイ素濾過媒体、またはさらなる別のタイプのフィルタ媒体など、任意の多様な異なるフィルタ媒体タイプを含むことができる。本開示の範囲から逸脱することなく、交換可能なフィルタカートリッジまたはモノリシックフィルタ媒体を使用することもできる。さらに、煤の燃焼を支援するために、フィルタ媒体２６が、内在する触媒物質を含むことがあり、または触媒がエンジン燃料中で搬送される、もしくは他の方法で供給されることがある。いずれにせよ、一実施形態では、再生メカニズム３４は、管路２８とフィルタ２２の間を進む排気ガスのストリーム中に空気を供給するための空気入口３６を含むことがある。また、再生メカニズム３４は、燃料ノズル３８などの燃料送達デバイス、または他の燃料送達メカニズムを含むことができ、これらの燃料送達メカニズムは、液体ディーゼル留分などの燃料を排気ガス中に供給して燃焼させ、それによりフィルタ２２に進むガスの温度を上昇させて、フィルタ２２の内部に捕捉された煤の燃焼を開始および／または維持するためのものである。排気ガス中に燃焼から燃料を供給する上記のストラテジではなく、定量供給システムや、フィルタ２２の下流の背圧発生流量制限器など、任意の他の適切な再生技法を使用することもできる。
【００１４】
さらに、制御システム４０は、感知メカニズム４２と、感知メカニズム４２に結合され、感知メカニズム４２からの入力を受信するように構成されたデータ処理装置４４とを含むことがある。データ処理装置４４は、電子制御ユニット４５の一部でよく、電子制御ユニット４５は、専用のフィルタ制御ユニットを含み、さらにエンジン制御ユニットを備えることもある。すなわち、電子制御ユニット４５は、フィルタシステム２０を監視および制御するように構成することができるが、さらに、エンジン１８、ならびにシステム１６および／または機械１０の他の構成要素の動作態様を監視および制御するように構成することもできる。コンピュータ可読メモリ５４が、データ処理装置４４と結合されることがあり、データ処理装置４４によって実行されるコンピュータ可読コードを記憶する。コンピュータ可読コードは、煤検出および／または再生制御アルゴリズムを含むことがあり、その意義は、以下の説明からさらに明らかになろう。メモリ５４は、ハードドライブやフラッシュメモリなど任意の形態の適切なメモリを含むことがある。
【００１５】
一実施形態では、感知メカニズム４２は、煤センサを含むことがあり、煤センサは、電子制御ユニット４５と通信するコンピュータ５２を有し、また送信機４６および受信機４８を含み、送信機４６および受信機４８は、ハウジング２４の内部に位置決めされ、それぞれ電磁エネルギーを送信および受信するように構成される。送信機４６および受信機４８はそれぞれ、当業者に知られているように電磁エネルギーを送信または受信することが可能なアンテナを含むことがある。独自のデータ処理装置を含むコンピュータ５２は、送信機４６によってフィルタ媒体２６を通して送信され、受信機４８によって受信または感知される電磁エネルギーの減衰を示すデータを符号化する信号を電子制御ユニット４５に出力するように構成することができる。送信される電磁エネルギーの減衰は、フィルタ２２の相対煤装填状態を示すことがあり、したがって、データ処理装置４４は、フィルタ２２の相対煤装填状態および本明細書でさらに述べる他の因子に応じて、再生メカニズム３４の動作を指令することができる。
【００１６】
実用的な一実装ストラテジでは、フィルタ２２を通して送信される電磁エネルギーは、送信機４６によって送信され、受信機４８によって受信される一連の離散パルスを含むことがある。パルスは、ある送信強度で送信され、捕捉された煤に応じて減衰された後に、減少された強度で感知されることがある。各離散パルスが異なる周波数を含むことがあり、それにより、一実施形態では連続的な周波数帯域を定義する周波数の集合が、送信機４６によってフィルタ媒体２６を通して送信され、受信機４８によって受信される。１つの例示的なプロトコルは、第１の周波数で１ミリ秒のパルスを送信し、次いで、異なる周波数で第２の１ミリ秒のパルスを送信し、次いで、さらに別の周波数で第３の１ミリ秒のパルスを送信し、以下同様に、約２００メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数帯域が送信および受信されるまで行うことを含む。一実施形態では、送信される周波数の集合は、約２ギガヘルツ（ＧＨｚ）よりも大きい周波数を含むことがある。より特定的には、送信される周波数は、約２．０ＧＨｚ〜約２．５ＧＨｚの間でよく、１つの実用的な実装ストラテジでは、約２．１ＧＨｚ〜約２．２ＧＨｚの間でよい。本明細書で使用するとき、用語「約」は、数桁の有効数字の文脈で理解すべきである。すなわち、約２ＧＨｚは、１．５ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの間を意味し、約２．１ＧＨｚは、２．０５ＧＨｚ〜２．１４ＧＨｚの間を意味し、他も同様である。各パルスの送信強度と各パルスの受信強度の差は、コンピュータ５２からデータ処理装置４４への出力において符号化することができる。したがって、そのような出力は、フィルタ媒体２６を通して送信される電磁エネルギーの減衰を示すものと理解される。データ処理装置４４は、コンピュータ５２からの出力を受信し、それに応じてフィルタ２２の相対煤装填状態を決定することができる。一実施形態では、本明細書でさらに述べるように、コンピュータ５２またはデータ処理装置４４は、ある時間間隔で、上記の周波数帯域での周波数の集合に関する平均減衰値を計算し、その平均値と前の平均値との差に基づいて相対煤装填状態を求めることができる。電磁エネルギーの減衰と相対煤装填状態との関係を決定するためのいくつかの技法が当技術分野で知られている。本明細書で述べる教示により、従来の技法で利用可能なよりも高いエンジンシステム効率を達成するために、優れた精度での相対煤装填状態の計算、およびフィルタ再生タイミングに関する優れた制御が可能である。
【００１７】
さらに、感知メカニズム４２は、温度センサ５０を含むことがあり、温度センサ５０は、例えば、フィルタ２２の入口または取込口温度を感知し、フィルタ温度を示す温度データをデータ処理装置４４に出力するように構成された温度センサである。排気微粒子フィルタ内部の温度は、捕捉された煤を含むフィルタ媒体を通して送信されるときに電磁エネルギーが減衰される大きさに影響を及ぼすことがある。一般に、減衰は、本明細書でさらに論じる注目すべき例外を伴って、温度に相関される。したがって、より高い温度は、より大きい減衰、すなわち受信される電磁エネルギーの減少された強度を意味することがある。また、煤検出の精度に関する他の因子も、温度に応じて変わることがあり、したがって、データ処理装置４４は、送信される電磁エネルギーの減衰、温度、および本明細書でさらに述べるさらなる他の因子に応じてフィルタ２２の相対煤装填状態を決定するように構成されることがある。
【００１８】
減衰および温度に加えて、本開示による相対煤装填状態の決定は、フィルタ２２の相対灰装填状態に関する情報に一部基づくことがある。このために、データ処理装置４４は、さらに、フィルタ２２内部の捕捉された灰の量を示す灰値を求め、送信される電磁エネルギーの減衰および捕捉された灰の量に応じて再生適性信号などの信号を出力するように構成することができる。上で論じたように、データ処理装置４４は、平均減衰値を受信または計算することができ、平均減衰値は、電磁周波数の集合での電磁エネルギーの送信強度と受信強度の差に基づく。平均減衰値と灰値に少なくとも一部基づいて、データ処理装置は、フィルタ２２の相対煤装填状態を示す煤値を求め、煤値を、記憶されている基準値と比較することができる。一実施形態では、求められた煤値は、利用可能なフィルタ体積に対するグラム／リットル単位での煤量を示す値を含むことがあり、記憶されている基準値は、利用可能なフィルタ体積１リットル当たりの「ｘ」グラムの煤量など、記憶されている基準値を含むことがある。記憶されている基準値は、再生が適当となる相対煤装填状態を示すことがある。データ処理装置４４は、求められた煤値を、記憶されている基準値と比較して、比較された値の差に応じて再生適性信号を出力することができる。したがって、一般的に、データ処理装置４４は、フィルタ２２内の煤装填に関する情報およびまた灰装填に関する情報に基づいて、またいくつかの実施形態では、本明細書でさらに述べるフィルタ温度に関する情報に一部基づいて、フィルタ２２の再生の適性を決定することができる。
【００１９】
排気微粒子フィルタ内部の灰の蓄積が、煤を正確に検出する試みに影響を及ぼすことがあることが判明している。煤検出の精度に対する灰の影響は、さらに、フィルタ再生を最適にタイミング調整することができる機能に影響を及ぼすことがある。図２で、フィルタ媒体２６の第１の区域Ｑが、灰で実質的に満たされており、フィルタ媒体２６の第２の区域Ｐが、捕捉された煤を含む。エンジンシステム１６の動作中に時間と共に灰が蓄積するにつれて、煤を捕捉するために利用可能なフィルタ２２の体積が減少することがある。したがって、区域Ｑが比較的大きい場合には、フィルタ２２の比較的小さい割合が、捕捉された煤を収容するために利用可能である。例えば、灰を含まないフィルタまたはほぼ灰を含まないフィルタでは、内部に位置決めされたハードウェア以外のフィルタ２２の実質的にすべての体積が、捕捉された煤を収容するために利用可能である。しかし、数年にわたるエンジン動作での灰の蓄積は、捕捉された煤を収容するために利用可能なフィルタ体積を減少させる傾向がある。その結果、フィルタ２２は、より低い灰装填量の条件下よりも、より高い灰装填量の条件下で、再生が望まれるしきい値煤装填状態に比較的すぐに達することがある。最適な動作のために、フィルタ２２内部に蓄積する灰が多くなればなるほど、時間と共にフィルタ再生の頻度を高めることが必要となることがあり、少なくとも最終的には灰清掃が行われる。さらに、コンピュータ可読メモリ５４は、データ処理装置４４が上述した煤値を求めるために使用することができる総フィルタ体積などの情報を記憶することができる。一実施形態では、求められる煤値は、利用可能なフィルタ体積に対する捕捉された煤の割合を示す値を含むことがある。灰量、煤量、および総フィルタ体積に関する情報に基づいて、データ処理装置４４は、利用可能なフィルタ体積に対する捕捉された煤の割合、またはその割合を示す値を計算、推定、または推論することができる。煤値は、例えば、直接計算することができ、またはマップによって決定することができる。本開示は、灰装填と最適な再生タイミングとの関係に関する前述の洞察を利用して、捕捉された灰の量とは無関係にフリーサイズ（ｏｎｅ−ｓｉｚｅ−ｆｉｔｓ−ａｌｌ）の手法が一般に使用されていた従来の設計よりも効率を改良する。
【００２０】
フィルタ２２の灰装填状態に関する情報をデータ処理装置４４に提供するための様々なストラテジが、本明細書で企図される。一実施形態では、灰装填は、燃料消費および燃料タイプに関するデータに少なくとも一部基づいて推定することができる。例えば、いくつかのバイオディーゼル燃料およびブレンドは、従来のディーゼル燃料よりも、消費される燃料の所与の体積に関して、比較的大量の灰を生成する傾向がある。他の例では、灰装填は、最も最近の灰清掃以降のエンジン稼動時間に基づいて推定することができる。さらなる他の例では、灰値は、データ処理装置４４または別のオンボードエンジンコンピュータによって計算することができる。排気微粒子フィルタ内部の捕捉された灰の相対量を示す値を計算する一例は、本願と同時係属中の、本願と同一所有者の（特許文献２）に教示されている。
【００２１】
さらに、利用可能なフィルタ体積に対する捕捉された煤の割合を求める精度は、送信される電磁エネルギーの減衰の分散によって影響を及ぼされることがあることが判明している。そのような分散は、１つまたは複数の特定の電磁周波数での非常に高い減衰、または非常に低い減衰、またはゼロ減衰により生じる偏位の形態を取ることがある。１つの実用的な実装ストラテジでは、ある電磁周波数帯域にわたる周波数掃引を使用することができることを想起されたい。フィルタ２２および／または内部に捕捉された微粒子は、周波数帯域内の特定の周波数に対して異なる応答を示すことがあり、いくつかの例では、変化する応答は、補償のための何らかの措置を行わない限り煤検出の精度が損なわれる可能性があるほど極端なものであることがある。求められる煤値の精度が偏位によって低下されることがある一例は、送信される電磁周波数の１つまたは複数がフィルタ２２の共鳴周波数を含む場合である。送信される周波数の集合がフィルタ２２の共鳴周波数を設計上含まない実施形態が企図される。関連の実装ストラテジでは、送信機４６によって送信される電磁周波数掃引は、１つまたは複数の共鳴周波数を飛ばすことがある。共鳴周波数は、フィルタごとに異なることがあり、さらには、時間と共に、および／または所与のフィルタ内の微粒子の蓄積もしくは他の因子に応じてずれることがある。多くの例で、特に現場条件下では、フィルタの実際の共鳴周波数を決定するのが難しいことがある。したがって、１つのさらなる実用的な実装ストラテジは、フィルタ２２の少なくとも１つの共鳴周波数、および複数の他の非共鳴周波数を含む電磁周波数の集合を送信することを含む。任意の微粒子フィルタと共に使用されるストラテジは、１つまたは２つの共鳴周波数を送信し、かつ１００個を超える非共鳴周波数を送信することを含むことがある。非共鳴周波数を含む電磁周波数の集合を優位にするこの一般的なストラテジにより、減衰を示すデータ中の共鳴によって誘発された偏位に対して、煤値の決定の感度を低くすることができるようになる。この原理の別の形での理解は、非共鳴周波数での減衰を示すデータが、共鳴周波数での減衰を示す任意のデータよりも圧倒的に大きくなると予想することができるように、固有周波数、周波数範囲、数、または周波数の多様性を選択することができるというものである。すなわち、平均減衰値の計算は、データでの比較的極端な偏位が最終結果に実質的に影響を及ぼさないことを保証することができる。さらなる他の実施形態は、減衰を示すデータをフィルタして、ある度合いだけ平均からずれたデータを排除または修正することができ、次いで、煤検出のための基礎となる調節された平均値が求められる。
【００２２】
次に図３を参照すると、フィルタ２２など排気微粒子フィルタ内部の捕捉された煤の質量に対する、周波数の集合に関する電磁エネルギーの平均減衰のグラフが図示されている。３つの異なる信号トレースが示されており、排気微粒子フィルタ２２の低い灰量の条件に対応する第１のトレースＬＡと、中間の灰量の条件に対応する第２のトレースＭＡと、高い灰量の条件に対応する第３のトレースＨＡとを含む。各信号トレースが異なるプロファイルを有し、これは、捕捉された灰の異なる相対量に関して、フィルタ２２および内部に捕捉された微粒子が、送信される電磁周波数の同じ集合に対して異なる応答を示すことに留意することができる。すなわち、ＬＡ、ＭＡ、およびＨＡは、３つの異なる時点でのフィルタ２２の３つの異なる煤装填サイクルを監視することにより得ることができ、ここで、捕捉された灰の相対量は、３つの異なる時点それぞれで異なる。煤の蓄積の割合と比較して灰の蓄積の割合が比較的遅いことを前提として、トレースＬＡ、ＭＡ、およびＨＡで表されるデータが得られる各期間は、エンジン動作で数百時間ほど離れていることがある。例示される実施形態では、信号トレースＬＡは、例として０％の灰装填状態を表し、信号トレースＭＡは、例として５０％の灰装填状態を表し、信号トレースＨＡは、例として１００％の灰装填状態を表す。例えば、５０％灰装填状態は、フィルタ２２の体積の５０％が灰で満たされていることを必ずしも意味せず、フィルタ２２が、所期の灰装填容量の約半分を捕捉していることを意味することを理解すべきである。
【００２３】
また、信号トレースＨＡが、ほぼ煤質量Ｍ１で変曲点または最小値を有し、信号トレースＭＡが、ほぼ煤質量Ｍ２で変曲点または最小値を有することに留意することができる。信号トレースＬＡは、図３では、変曲点／最小値に達していないように見える。それにも関わらず、信号トレースＬＡは、図３に示される範囲を超える煤質量の増加と共に測定が継続された場合には、変曲点／最小値に達すると予想することができるが、当業者に容易に明らかな理由から、フィルタ２２をそのような状態にさらすことは望ましくないことがある。信号トレースの変曲点／最小値は、そこを超えると、送信される電磁エネルギーに対するフィルタ２２および内部に捕捉された微粒子の応答がより大きな減衰を示さなくなる飽和点と理解することができる。これは、既に捕捉されている煤を、煤のさらなる蓄積が、送信される電磁エネルギーから「遮蔽」し、したがって電磁エネルギーには、煤蓄積の増加と共に減少された量の煤しか「見え」なくなることに起因すると考えられる。異なる形でプロファイルされた信号トレースの飽和点が、捕捉された煤の異なる質量で生じることに留意することができる。これは、より高い灰装填量の条件下で、より低い灰装填量の条件下よりも速く煤が詰まって、比較的高密度の煤ケーキになることに起因すると考えられる。また、捕捉された灰がフィルタ２２内部の体積を占有することにより、信号トレースＬＡ、ＭＡ、およびＨＡの任意の１つに関連付けられるデータによって示される煤の質量は、典型的には、利用可能なフィルタ体積に対する捕捉された煤体積の異なる割合に対応することに留意することができる。
【００２４】
各信号トレースＬＡ、ＭＡ、およびＨＡは、比較的不規則である。ほぼ任意の煤検出ストラテジで、雑音のみの場合には、いくらかの信号トレース不規則性が予測されることがあるが、少なくとも一部にはフィルタ温度の変化により、各信号トレースＬＡ、ＭＡ、およびＨＡでのほぼ周期的な上昇および低下が生じる。比較的高い温度では、捕捉された煤に応じた電磁エネルギーの減衰が、比較的低い温度での減衰よりも大きいことがある。例えば、より低い温度「Ｔ−１」では、送信される電磁エネルギーの強度は、質量「Ｙ」の捕捉された煤を通して送信されたときに量「Ｘ」だけ減少されることがあり、一方、より高い温度「Ｔ」では、送信される電磁エネルギーの強度は、質量「Ｙ」の捕捉された煤を通して送信されたときに量「Ｘ＋１」だけ減少されることがある。しかし、捕捉された煤の質量が変化するにつれて、減衰後の温度の影響の性質および度合いも変化することがある。捕捉された煤の質量が増加するにつれて、煤を通して送信される電磁エネルギーの減衰に温度が及ぼす影響の度合いも増加することがあることが判明している。この関係は、図３で少し見られる。全体の信号が平均では平坦であっても、煤質量の増加と共にトレースＬＡ、ＭＡ、およびＨＡの上昇および低下が継続することに留意することができる。温度に依存する減衰と煤質量との関係をおそらく最も良く示すトレースＬＡの場合、トレースが質量Ｍ２を超えて平坦であるときでさえ、温度偏位は上昇および低下の形で明らかである。また、少なくともいくつかの例において、飽和点を超える減衰に対する温度の影響は逆になることがあることが判明している。本開示による煤検出では、減衰に対する温度の影響が煤の増加と共に変化するのに対する補償を利用することができ、以下により詳細に論じる。これらの原理の別の形での理解は、少なくともいくつかのシステムにおいて、および電磁エネルギーのいくつかの周波数に関して、減衰を煤質量と連関させることができるだけでなく、温度とも連関させることができ、減衰に対する温度の影響の大きさおよび性質自体を煤質量に連関させることができるというものである。
【００２５】
前述した論述に鑑みて、当業者は、温度、減衰、および煤質量の因子が様々な形で相互に連関されることを理解されよう。さらに、当業者は、電磁エネルギーの減衰に関する２組の同様または同一のデータ、例えばデジベル単位での定量化された減衰データが、実際には、相互に連関された関係により、捕捉された煤の２つの異なる質量を表すことがあることを理解されよう。すなわち、「Ｚ」デジベルの同じ減衰が、煤質量と温度の異なる組合せで観察されることがある。さらに、捕捉された灰の量が変化するにつれて利用可能なフィルタ体積が変化することにより、捕捉された煤の質量の所与の決定は、再生を最適にタイミング調整するのに十分な情報ではないことがある。本開示は、煤を検出し、比較的高い精度で、かつ本明細書で述べる様々な相互依存関係を考慮に入れてフィルタ再生をタイミング調整することが可能なストラテジを包含する。これらの機能は、少なくとも一部には、電磁エネルギーの減衰、フィルタ温度、および捕捉された煤の質量の間で見出された相関によって可能になる。対象の相関の温度は、煤温度でよく、これは、典型的には、中間の排気温度および基板温度である。煤温度を直接感知することは常に実用可能なわけではないので、本明細書でさらに述べるように、フィルタ入口温度の感知を使用し、感知される入口温度と煤温度との差の補償を行うことができる。また、温度は、対象の相関を使用する煤検出の特定の実装形態で感知するのではなく、モデル化することもできる。相関の表現の１つは、以下の式によるものである。
【００２６】
【数１】
2014504690.tif 000003
【００２７】
ここで、
Ｓ＝減衰であり、
Ａ＝実効フィルタ体積であり、
ＢおよびＣは定数である。
【００２８】
上式で表される相関、および一般的な数学的な関係のさらなる表現および／またはより洗練された表現により、データ処理装置４４は、フィルタ２２内部の捕捉された煤の質量を示すフィルタ煤装填値、捕捉された煤の質量の変化、または捕捉された煤の質量の変化率を計算できるようになる。データ処理装置４４は、例えばフィルタ再生のタイミング調整に使用するために、求められたフィルタ煤装填値をコンピュータ可読メモリ５４に記録することができる。上で論じたように、データ処理装置が「煤値」を計算することができることを想起されたい。「煤値」は、「フィルタ煤装填値」と同じであることも、そうでないこともある。本明細書で開示する方法のいくつかは、上の相関に基づいて煤検出が行われるかどうかに関わらず、煤検出およびフィルタ再生に広範に適用可能であると予想される。したがって、上の相関が煤検出で利用されるいくつかの例では、「煤値」と「フィルタ煤装填値」は同じであることがあり、異なる煤検出技法が使用される他の例では、２つの用語は必ずしも交換可能ではないことがある。
【００２９】
計算されたフィルタ煤装填値は、フィルタ２２を再生するための条件の適性を判断するために使用することも、他の目的で、例えば、任意の所与の時点でフィルタ２２内部の煤の質量、または実効フィルタ体積もしくは利用可能なフィルタ体積に対する煤質量の割合を単に計算するために使用することもできる。上の相関に少なくとも一部基づいて、電磁エネルギーの１つまたは複数の周波数の減衰を示す単一の値「Ｓ」と、フィルタ２２内での入口温度などの温度を示す単一の温度入力「Ｔ」と、Ａ、Ｂ、およびＣに関して経験的に求められた値とを使用して、フィルタ２２内部の捕捉された煤の質量を計算することができる。そのような例示的な実装形態では、計算されたフィルタ煤装填値は、捕捉された煤の質量でよく、またはそれを示すものでよい。それにも関わらず、実用的な実装ストラテジは、本明細書でさらに述べるように、離散値ではなく、様々な因子の変化に関係する上の相関の変形を利用することもできる。
【００３０】
利用可能なフィルタ体積または「実効」フィルタ体積は、フィルタ２２内部の灰の蓄積に基づいて変わることがあることを想起されたい。したがって、上式において、Ａは、総フィルタ体積に関する情報と、灰によって占有される総フィルタ体積の割合に関する情報とに基づいて決定することができる。利用可能なフィルタ体積と、灰によって占有される体積との差が、利用可能なフィルタ体積または実効フィルタ体積である。図４を参照すると、煤質量に対する減衰のグラフが図示されており、３つの異なる実効フィルタ体積状態が曲線Ａ、Ａ’、およびＡ’’によって示されている。図４で、操作される唯一の変数が実効フィルタ体積であると仮定することができる。曲線Ａ’’は、比較的小さい実効フィルタ体積を示し、曲線Ａは、中間の実効フィルタ体積を示し、曲線Ａ’は、比較的大きい実効フィルタ体積を示す。曲線Ａ、Ａ’、およびＡ’’は、例示のために正規化されているが、それらは、図３の信号トレースＭＡ、ＬＡ、およびＨＡにそれぞれほぼ対応することに留意することができる。したがって、時間と共に灰が蓄積するにつれて、Ａの絶対値は減少すると予想することができる。
【００３１】
上式での定数Ｂは、周波数定数として理解することができ、フィルタハウジング幾何形状と、フィルタ２２を通して送信される電磁エネルギーの周波数の平均とに少なくとも一部基づくことがある。図５を参照すると、煤質量に対する減衰のグラフが図示され、ここで、他の係数は変えずに定数Ｂを変える影響が示される。応答曲線の初期部分は、定数Ｂが比較的小さい場合には、比較的急峻な傾きを有することがあり、図５の曲線Ｂ’として示される。Ｂが比較的大きい場合には、比較的浅い傾きが予想されることがあり（曲線Ｂ’’によって示される）、Ｂが中間の値の場合には、中間の傾きが予想されることがある（曲線Ｂによって示される）。
【００３２】
上式での定数Ｃは、清浄校正定数として理解することができ、一般に、フィルタハウジング幾何形状と、フィルタハウジングに含まれる物質の幾何形状および性質とに基づくことがある。図６は、煤質量に対する減衰のグラフを示し、ここで、定数Ｃは、比較的低い値（曲線Ｃ’）、中間値（曲線Ｃ）、および比較的高い値（曲線Ｃ’’）の間で変えられる。送信機と受信機の間の電磁周波数伝送での「カップリング」の概念は、当業者によく知られている。理想的な場合には、完全なカップリングにより、Ｃは０になる。しかし、任意の実世界のフィルタでは、また、任意の物品がフィルタ内部に配置される場合には、カップリングは、典型的には理想的な場合からはずれる。したがって、Ｃは、選択された周波数または周波数範囲で、および所与のフィルタ幾何形状に関して、フィルタ２２の清浄校正値に依存することがある。さらに、曲線Ｃ’が、曲線ＣおよびＣ’’よりも比較的低い範囲の減衰値を捕捉することに留意することができる。したがって、定数Ｃを変えることで、関連のシステムの感知範囲を効果的に変えることができる。本明細書でさらに論じるように、煤検出は、上式から導出されるが、Ｃが相殺された数学的な関係に基づくこともある。
【００３３】
したがって、Ａ、Ｂ、およびＣは数値を表し、それらの数値は、所与の排気微粒子フィルタシステム設計に関して経験的なデータを収集することによって決定することができ、または数値の一般的な範囲を決定することができる。図４、図５、および図６それぞれにおいて、ラインＲＰは、再生を行うことができる適当な煤質量を表す。本明細書で述べるように、再生タイミングは、利用可能なフィルタ体積のリットル当たりの煤質量に依存することがあるので、様々な灰装填量条件下で、再生が望まれる実際の煤質量の量は変わることができ、したがって、実世界の場合、ラインＲＰは、実際にはそれぞれのグラフで異なる相対位置であることがある。図３に示されるものなど減衰のプロファイルが、特定のシステム仕様、例えば所望の煤質量検出範囲または電磁エネルギー強度感知範囲に適するように、排気微粒子フィルタシステム特性を変えることによってＡ、Ｂ、およびＣを操作することができる。比較的低い信号強度を感知することが望まれる場合、減衰のプロファイルが、低い信号強度範囲に達する前に平坦にならないこと、または逆戻りして上昇傾向を示さないことを保証するように、Ａ、Ｂ、およびＣを変えることができる。ＢおよびＣは、本明細書では「定数」として述べているが、ＢおよびＣはそれぞれ、ハードウェアおよび周波数に依存することがあり、実際には、フィルタ設計および煤検出ストラテジに応じて幾分変化することがあることを理解すべきである。さらに、ＢおよびＣが、他は固定した条件下で実際に一定である、またはほぼ一定である実施形態が企図されるが、ＢおよびＣは、異なるフィルタ温度など異なる動作条件下では、ある程度変化することがあることが観察されている。したがって、温度変化が最小化された、またはなくされた研究実装形態では、ＢおよびＣは、真の定数として挙動することがある。本開示で述べる概念の実施は、典型的には、排気微粒子フィルタシステム内部で温度が変化している条件を含むので、ＢおよびＣは、温度によって誘発されるそれらの値の変化を見込むように、動作中に校正されることがある。したがって、ＢおよびＣを本明細書では「定数」と記載するが、これらは、本明細書でさらに述べるように、制御された研究室条件下では少なくとも理論的には値が変化しないが、実際の適用例では典型的には変化し、校正する必要があり得る数量と理解すべきである。
【００３４】
上で示唆したように、前述の式で表される相関は、データ処理装置４４によって実行される煤検出アルゴリズムを変更せずに使用することができる。しかし、実用的な実装ストラテジでは、煤検出アルゴリズムは、前述の式の微分に少なくとも一部基づくことがあり、したがって、減衰の変化が、捕捉された煤の質量の変化に関係付けられる。ある時間間隔にわたる減衰の変化に基づいて、捕捉された煤の質量の変化を計算することによって、その時間間隔に煤質量が増加した量を計算することが可能である。一般に、これにより、データ処理装置４４が煤量の計算を開始できるようになり、煤質量が分かっている場合には再生後に清浄なフィルタ状態から始まり、再生が適当である煤質量に達するまで、次の時間間隔にわたって煤質量の変化を追跡する。一実施形態では、データ処理装置４４は、ある時間間隔にわたる捕捉された煤の質量の計算された変化を、前の時間間隔にわたる捕捉された煤の質量の変化と数値積分して、総計の煤質量を計算することができる。フィルタ煤装填値が、総計の煤質量を含む、または示すことがあることを想起されたい。総計の煤質量またはそれを示す値から、データ処理装置４４は、利用可能なフィルタ体積に対する現在の煤質量の割合を示す値を求め、上で論じたのと同様の様式で、求められた値を、記憶されているしきい値と比較することができる。求められた値と、記憶されているしきい値との比較に応じて、データ処理装置４４は、フィルタ再生をトリガすることができ、または、まだ再生を行うに値しないと判断することができる。したがって、本明細書で述べる「再生適性信号」は、値０または１を有する信号を含むことがあり、値０は、再生を開始すべきでないことを示し、値１は、再生を開始するためのアクションをトリガする。
【００３５】
さらに、データ処理装置４４によって実行される煤検出アルゴリズムは、煤質量に関して減衰を変化させるが温度に関しては減衰を変化させない前述の式の偏微分に少なくとも一部基づかせることができることが判明している。前述の式の全微分は、減衰の変化率、煤質量の変化率、および温度の変化率の間の関係を表すことができることを当業者は理解されよう。全微分に基づく煤検出アルゴリズムを利用する実施形態を使用することもできる。しかし、いくつかの目的では、温度を定数として扱い、所与の時間間隔にわたる煤質量の変化の計算を、温度の変化または変化率ではなく離散温度値に基づかせることによって、許容範囲内の精度、および計算の複雑さの減少を得ることができることが判明している。したがって、煤質量の変化率と、減衰の変化率と、離散温度との間の非線形相関を使用することができる。１つの実用的な実装ストラテジでは、所与の時間間隔に関する煤質量の変化の計算を、その時間間隔の終了時の温度に応じて実行することができる。上で示唆したように、「定数」ＢおよびＣに加えて、煤質量、煤質量の変化、または煤質量の変化率の計算は、経験的または理論的に得られるさらなる係数に基づくことがある。経験的に導出される上記の式の一変形形態は、以下のようである。ここで、「ｙ」は減衰であり、「ｍ」は煤質量である。
【００３６】
【数２】
2014504690.tif 000004
【００３７】
上の変形した式において、Ｃ１は、最初の式からの「Ａ」と相互交換可能であり、Ｃ２は、最初の式からの「Ｂ」と相互交換可能であり、Ｃ４およびＣ５は、追加のハードウェアに基づく係数であり、Ｃ３は、最初の式からの「Ｃ」と相互交換可能である。煤検出における係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、およびＣ５の意義およびさらなる実装は、以下の説明から明らかになり、また、上述したように、Ｃ３は、式から除去することもできる。上の変形した式では、項
【００３８】
【数３】
2014504690.tif 000005
【００３９】
は、本明細書で論じるように、飽和を補償するために使用される反射／共鳴項である。図３の前述の論述から、各信号トレースＨＡおよびＭＡが飽和点を示し、信号トレースＬＡは、外挿された場合に飽和点を示すと予想することができることを想起されたい。反射／共鳴項により、煤監視が飽和点を超えて行われる場合でさえ、煤検出を継続し、許容範囲内の精度にすることができる。上の変形した式から、温度に関してではなく煤質量に関して減衰の微分を取ることで、以下の偏微分式が得られる。
【００４０】
【数４】
2014504690.tif 000006
【００４１】
この偏微分式は、減衰がｌｏｇ１０指数減衰プロファイルを示すという追加の洞察を反映する。ｄｙ＝減衰の差として、ｄｍに関する解を得るためにこの式を書き換え、式全体にわたって、乗算される利得項「Ｋ」を挿入すると、以下の式が得られる。
【００４２】
【数５】
2014504690.tif 000007
【００４３】
上の偏微分式は、説明したフィルタ煤装填値を得るためにデータ処理装置４４が行うことができる１つの例示的な計算を表す。より単純なものも、より複雑なものも含めた多くの他の式を、本明細書に記載する教示に基づいて導出することができ、本開示の範囲から逸脱することなく、排気微粒子フィルタシステムに好適に実装することができることが企図される。ハードウェア、フィルタ幾何形状、電磁周波数、および場合によっては未発見の因子の変化は、追加または代替のハードウェアに基づく係数を考慮に入れる式および／またはアルゴリズムによって最良に対処することができる。あるいは、そのハードウェアに基づく係数は、温度以外のいくつかの因子に基づいて、または温度に加えていくつかの因子に基づいて校正されるが、その原理の基礎は、本明細書で開示する一般的な関係と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
図７を参照すると、本開示による例示的な制御プロセスを示すフローチャート１００が図示されている。フローチャート１００のプロセスは、ステップ１１０で開始することができ、次いで、ステップ１１５に進むことができ、ステップ１１５で、電磁エネルギーがフィルタ２２を通して送信される。ステップ１１５から、プロセスはステップ１２０に進むことができ、送信される電磁エネルギーの強度を感知する。ステップ１２０から、プロセスはステップ１２５に進むことができ、本明細書で述べるように、送信された電磁エネルギーに関する平均減衰値を求める。ステップ１２５から、プロセスはステップ１３０に進むことができ、ステップ１３０で、データ処理装置４４が、フィルタ２２の煤装填状態を計算し、この煤装填状態は、利用可能なフィルタ体積に対する相対煤質量を含むことがある。本明細書で述べるように、煤装填状態の計算は、フィルタ２２の相対灰装填状態を示す値を含む灰入力１３５に応じて行うことができる。ステップ１３０での計算のさらなる詳細および例示説明は、以下にさらに述べる。ステップ１３０から、プロセスはステップ１４０に進むことができ、機械１０の動作ステータスを判断する。
【００４５】
動作ステータスを判断することは、例えば、機械１０が低速および低負荷条件で動作しているかどうか判断することを含むことがあり、これは、例えば、図２に示されるエンジン速度センサ５８およびエンジン燃料センサ５９からの入力によって示されることがある。また、ステップ１４０は、機械１０が高速および／または高負荷条件、または動作因子の何らかの他の組合せで動作しているかどうか判断することもできる。ステップ１４０から、プロセスはステップ１５０に進むことができ、再生が適当であるかどうか問い合わせる。ステップ１５０で、データ処理装置４４は、フィルタ２２が再生に適した煤装填状態であるかどうか、および機械１０が再生に適切な動作状態であるかどうかを判断することができる。いくつかの例では、ステップ１５０はまた、複数の利用可能な再生プロトコルのどれが適当であるかを判断することを含むこともある。例えば、機械１０が、比較的低いエンジン速度および比較的低い負荷で動作しており、既定の期間にわたってそのように動作している場合、機械１０が空転している可能性があり、条件が再生プロトコルの１タイプに適していると結論付けることができる。他方、機械１０がより高いエンジン速度および負荷で動作している場合、第１の再生プロトコルは適当でないことがあり、異なる再生プロトコルが選択されることがあり、またはプロトコルがどれも選択されないこともある。
【００４６】
留意されるように、フィルタ２２の相対煤装填状態も、ステップ１５０での判断に影響を及ぼすことがある。例えば、フィルタ２２に装填されている煤が比較的多量である場合、機械動作ステータスに関係なく、再生を使用可能にする、または再生を見越して機械１０を停止させるように操作者に警告して、効率の損失、またはフィルタ２２の損壊など他の問題を防止することが望ましいことがある。同様に、フィルタ２２に装填されている煤がそれほど多量ではないが、機械の動作ステータスが、再生が適当と考えられるようなものである場合、理論的にはしばらくはフィルタ２２が煤をフィルタし続けることができるとしても、再生を使用可能にすべきであると結論付けられることがある。ステップ１５０での判断のさらに別の形での理解は、データ処理装置４４が、望ましい時点およびフィルタ２２の望ましい条件下で再生を使用可能にすることと、機械１０の現在の使用条件とのしばしば競合する問題の均衡を図ることができるというものである。ステップ１５０から、プロセスはステップ１６０に進むことがあり、ステップ１６０で、データ処理装置４４は、例えば、システム３４に再生開始指令を出力することによって再生を使用可能にすることができる。ステップ１５０で、再生が適当でない場合には、プロセスは、ステップ１５５で「出る」に進むことができる。すなわち、再生指令を出力する、または制御プロセスを出るために別の信号を出力する各アクションは、上述したように再生適性信号を出力するものとして理解することができる。ステップ１６０から、プロセスはステップ１６５での終了に進むことができ、またはループして繰り返す。
【００４７】
次に図８を見ると、フィルタ２２の煤装填状態を計算するプロセスにおける例示的なステップを示すフローチャート１８０が図示されている。したがって、図８に示されるプロセスステップは、例えばステップ１３０中に、フローチャート１００のプロセスと並列して、またはそのプロセスのサブループとして行うことができるステップと理解することができる。フローチャート１８０のプロセスは、ステップ１８２で開始することができ、ステップ１８４に進むことができ、平均減衰値を受信する。ステップ１８４から、プロセスはステップ１８６に進むことができ、温度入力を受信する。ステップ１８６から、プロセスはステップ１８８に進むことができ、現在の時間間隔にわたる煤質量の変化を計算し、計算された煤質量の変化をコンピュータ可読メモリ５４に電子的に記録する。計算された変化をリアルタイムで使用することができることを理解すべきであり、したがって、変化または変化を示す値を「記録」するという本明細書での記載は、後の時点で使用するために変化が記憶されることを意味するものと理解すべきではない。それにも関わらず、ステップ１８８の結果は、典型的には、一時的にのみであれ、どこかに電子的に記憶される。ステップ１８８から、プロセスはステップ１９０に進むことができ、ここで、データ処理装置４４は、煤質量の変化を、１つまたは複数の前の時間間隔にわたる煤質量変化と数値積分することができる。ステップ１９０から、プロセスはステップ１９２に進むことができ、フィルタ２２の利用可能な体積の単位当たりの煤質量を計算する。本明細書で述べるように、単位体積当たりの煤質量の計算は、灰入力１３５によって示されるフィルタ２２内部の捕捉された灰の量の考慮を含むことができる。灰入力１３５は、上で論じた求められた灰値を含む、または符号化することがある。ステップ１９２から、プロセスはステップ１９４に進むことができ、終了する。
【００４８】
次に図９を見ると、１つの実用的な実装ストラテジを示す計算図が図示されており、ここで、フィルタ２２内部の捕捉された煤の総質量が計算される。図２００は、様々な計算および信号処理ステップ／アクションを含み、ここで、平均減衰値２０２、フィルタ温度２０６、前の平均減衰値２０４、および前の煤質量合計２０８を使用して、新たな煤質量合計２１０を求める。図２００で、平均減衰値２０２および前の平均減衰値２０４は、それぞれ、時間間隔の開始時および時間間隔の終了時の、送信された電磁エネルギーの平均減衰を示す値を表す。値２０２および２０４は、前の煤質量合計２０８と同様に、主計算２１２で使用される。値２０２は、以下にさらに論じるように、生の平均減衰値から導出される温度補償平均値でよい。
【００４９】
フィルタ温度２０６は、限度マップ２１８に従って処理された後に主計算２１２で使用され、フィルタ２１４は、ループ２３８とフィルタ係数２３６を含み、これは、経験的に導出された数値を含む。フィルタ２１４で、現在のフィルタ温度入力（「ｉｎ」）と前のフィルタ温度入力（「ｏｌｄ」）の差に基づく値にフィルタ係数ｋｙを乗算した積に、前のフィルタ温度入力を足した和を計算することができ、その結果が主計算２１２で使用される。
【００５０】
また、校正係数ＫＣ２およびＫＣ５と同様に、校正係数Ｃ１およびＣ４を主計算２１２で使用することもできる。例示される実施形態では、Ｃ１マップ２２４は係数Ｃ１を校正し、Ｃ２マップ２２６は係数Ｃ２を校正し、Ｃ４マップ２３０は係数Ｃ４を校正し、Ｃ５マップ２３４は係数Ｃ５を校正する。各マップはそれぞれ、煤感知システム４２に関して使用される選択されたハードウェアに基づく２つのハードウェア座標と、排気微粒子フィルタ２２の取込サイクル温度に対応し、既知の技法によって決定される別の座標とを有する３次元マップを含むことができる。利得マップ２２８は、システム４２に関する選択されたハードウェアに基づいたハードウェア依存座標を含む第１の座標と、取込サイクル温度に対応する第２の座標と、当業者には容易に明らかである技法によって決定することができる煤体積に基づく第３の座標とを有する３次元マップを含むことができる。係数Ｃ２およびＣ５に利得Ｋを乗算することができ、それらの結果が主計算２１２で使用される。主計算２１２から、前のループ以降の計算された煤質量増加を得ることができ、次いで限度マップ２２０に従って処理することができる。限度マップ２２０は、利得Ｋに基づいて変化する上限および下限を含むことがあり、微分を実世界での変化率に限定する。また、限度マップ２２０は、初期化時に、計算された煤質量増加が跳ね上がるのを防止する。限度マップ２２０に従って処理された制限された質量の量を、加算器２１６で、前の煤質量合計２０８と積分することができ、その結果が、別の限度マップ２２２によって制限され、新たな煤質量合計２１０となる。
【００５１】
次に図１０を参照すると、別の計算図３００が図示されており、ここでは、生の平均減衰値３０２が温度補償される。生の平均減衰値３０２は、限度マップ３０８に従って処理することができ、限度マップ３０８はさらに、最大マップ３０６と最小マップ３１０に基づく最大値および最小値を有する。各マップ３０６および３１０は、フィルタ温度３０４に応じて変化する座標を有することができる。また、温度補償マップ３１２は、フィルタ温度３０４に基づいて変化する。温度補償値Ｔｅｍｐ  Ｃｏｍｐが、マップ３１２によって計算される。計算３１６で、Ｔｅｍｐ  Ｃｏｍｐ値に、フィルタ３１４からの値Ｆｉｌｔ  Ｏｕｔを乗算することができる。フィルタ３１４は、上述したフィルタ２１４と同様に実行することができ、また、同様のフィルタ係数を含むこともできる。計算３１６での乗算の積は、図２００の計算で使用される平均減衰値２０２である。一般に、フィルタ３１４で、Ｆｉｌｔ  Ｏｕｔ値を得るために、２つのサンプリング期間の間の温度変化の大きさが使用され、温度補償マップ３１２は、Ｔｅｍｐ  Ｃｏｍｐを決定するために、フィルタ温度の絶対値を使用する。したがって、図３００に示される例示的な計算は、一部は、サンプリング期間または時間間隔の終了時のフィルタ温度３０４に基づいて、また一部は、最後のサンプリング期間以降または最後の時間間隔の終了以降にフィルタ温度３０４が変化した量に基づいて、生の減衰値をどの程度調節すべきかを決定するものであると理解することができる。
【００５２】
前述したことから、煤の計算に関する多くの異なる因子が、他の因子に基づいて変化することがあり、多くの相互に連関された関係を生み出すことを理解されよう。上述したように、フィルタ温度は、排気微粒子フィルタシステム２０の動作中にほぼ連続して上昇および低下すると予想することができる。温度の変化は、少なくとも一部には、エンジン排気の温度の変化により生じ、本明細書で述べる理由から、いくつかの形で煤検出に影響を及ぼすことがある。温度の様々な影響のうち顕著なのは、捕捉された煤に応じた電磁エネルギーの減衰が温度の変化と共に変化することがあることである。捕捉された煤の量の増加が、温度に対する感度の増加に関連付けられることがあることを想起されたい。すなわち、煤質量が大きければ大きいほど、電磁エネルギーのより大きな減衰がもたらされる。また、電磁エネルギーの減衰は、上で論じた飽和点の前には、温度の大きさと相関されることがあるが、飽和点後には負の相関になることがあることを想起されたい。しかし、排気ガス温度の増加または減少は、煤温度を瞬時には変化させないので、典型的には、煤の実際の温度はフィルタ入口温度と同じではない。上述したフィルタ係数ｋｙが、この差異の補償を可能にする。本明細書で教示したのとは異なる形で煤検出および再生制御が行われるさらなる他の計算、感知、および一般的なフィルタ操作技法が存在することも、開発されることもあるが、温度の影響に関する本明細書に開示した発見をそれらに適用することができる。
【００５３】
本説明は、例示の目的にすぎず、本開示の範囲を狭めるものとはみなすべきでない。したがって、本開示の完全かつ公正な範囲および精神から逸脱することなく、本明細書に開示した実施形態に様々な変更を加えることができることを当業者は理解されよう。他の態様、特徴、および利点は、添付図面および添付の特許請求の範囲を検討すれば明らかになろう。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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