(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターセット（１）からなるフィルターユニットであって、
複数個のフィルター素子（１１，１２，１３）を含むフィルターセット（１）と、
フィルター素子の排気ガス流れ方向における一部分である領域（１２１，１２２，１２３）を加熱するための、各フィルター素子について少なくとも１個の抵抗素子（３）と、
前記フィルターセット（１）の汚れを測定する手段と、
フィルターセット（１）の汚れの程度にしたがって前記抵抗素子のそれぞれへの電力供給を独立して制御する制御手段（５）と、
制御手段（５）と連動した利用可能電力の測定手段と
からなることを特徴とするジーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフィルターユニット。
【請求項２】
前記各フィルター素子が、排気ガス流れ方向に沿って複数個の前記抵抗素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィルターユニット。
【請求項３】
抵抗素子（３）がフィルター素子（１１，１２，１３）の領域（１２１，１２２等）の周囲に螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルターユニット。
【請求項４】
各抵抗素子の電力が利用可能な総電力と比較して低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルターユニット。
【請求項５】
さらに少なくとも１個の温度検出装置を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルターユニット。
【請求項６】
さらにフィルター素子（１１，１２，１３）と連動した少なくとも１個の絞り手段（３１，３２，３３）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフィルターユニット。
【請求項７】
さらに制御手段（５）と連動したアクセルペダル位置の検出手段を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフィルターユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のフィルターユニットを使用するためのプロセスであって、
フィルターセットをいくつかのフィルター素子（１１，１２，１３）に分割し、フィルター素子（１１，１２，１３）に、前記フィルター素子を局部的に加熱するための少なくとも１個の抵抗素子（３）を設け、
フィルターセット（１）の汚れを検出し、
車の利用可能な電力を評価し、
制御手段によって、検出された汚れと電力に応じて抵抗素子または素子群を選択的に稼働させることからなるプロセス。
【請求項９】
各領域が交互に加熱されることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
さらにフィルターセット（１）のいろいろな点で温度を検出することを特徴とする請求項８または９に記載のプロセス。
【請求項１１】
フィルターセット（１）の最も温度の低い領域を加熱することを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
フィルターセット（１）の温度の最も高い領域を加熱することを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
絞り手段（３１，３２，３３）を前記フィルター素子（１１，１２，１３）の少なくとも１個と連動させることによって前記素子を独立させることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
汚れが再生に適しているフィルター領域で加熱を行うことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
消費電力が利用可能電力に依存していることを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
抵抗素子がエンジンのある種の作動状態に応じて稼働されることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１７】
抵抗素子がアクセルペダルの位置に応じて稼働されることを特徴とする請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
アクセルペダルの位置が最高速度位置にあるとき抵抗素子が稼働停止されることを特徴とする請求項１７に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジーゼル車から排出される排気ガスの後処理に関する。
最近、ヨーロッパでは微粒子排出基準が制定された。これらの基準は、近い将来ますます厳しくなるものと考えられる。排出される微粒子の可溶性部分に特に有効な酸化触媒マフラーを装着しても、そのときまでにエンジンおよび燃料を改良することは困難であると思われる。
【０００２】
【従来の技術】
微粒子フィルターは、排気ガスの後処理技術としてよく知られている。これによって、８０％以上の濾過効果を得ることができる。今日までに、多くの濾過技術が開発されている。その例は、コーニング社によって販売されているセラミックモノリスまたは特許出願WO-95/27,843で開示されているコイル状セラミックフィルターである。
【０００３】
このようなシステムを開発する上で遭遇する技術的困難は、沈着したすすを燃焼させることによってフィルターを定期的に再生しなければならないことである。このような燃焼は、ガス温度が微粒子の酸化開始に必要なレベルにまで達すると自然に起こることがある。しかし、平均的な作動条件では、到達温度が微粒子の自然燃焼開始温度よりもはるかに低い。そのためフィルターが目詰まりを起こし、エンジン効率の低下、ひいては作動を脅かす恐れがある。したがって、人為的にフィルターの再生を行う必要がある。そのために、多くの技術が開発されている。  これらは、エンジンの作動変更、すなわち吸気の絞り、排気の絞り、または噴射遅れの改良に基づくもの、排気ガスまたはフィルターへのエネルギー供給に関連したものである（レジスター、バーナー、マイクロウエーブ等）。したがって、コンピュータで作動する外部制御手段によって、これら各種の装置を制御する必要がある。最も頻繁に採用されている再生開始基準は、排気ラインの背圧である。
【０００４】
微粒子フィルター再生を促進するために、添加物、例えばすす沈着物中に存在し、一般に着火温度を下げ、したがって再生頻度を増加せる有機金属添加物の添加からなる化学的な試みも行われている。
【０００５】
添加物として最も一般的に用いられているものは、銅、鉄、セリウム、ナトリウム等である。試験の結果、このような添加物が存在すると、排気ガス温度が比較的低く（約２００℃）ても部分的な生成が自然に起こることが認められている。
しかし、ある種の走行モードでは、依然として背圧に関連した問題が存在し、したがって電気加熱等のエネルギーを外部から供給する必要がある。
【０００６】
エネルギー消費に関して、電気ヒーターを用いる公知のシステムのほとんどはフィルター素子全体を加熱する。したがって、多かれ少なかれ制御されているとしても、エネルギー消費の増加につながる。一般に、フィルターの完全再生の開始に必要な電気エネルギーは高く、車に搭載されている電源では間に合わない場合が多い。特許EP-B1-0,485,179には、この原理に基づくシステムが開示されている。
【０００７】
さらに、再生条件は、フィルターの汚れ状態に高度に依存する。公知の電気加熱手段は、フィルターの汚れ状態によっては効果がない。本発明は、車の操作条件には関係なく、電力をフィルターに供給できる利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
換言すれば、本発明の全体的な効果は排気の平均背圧を良好に制御し、したがってエンジン効率の低下を制限することである。本発明は、いくつかのパラメータおよびフィルター素子の“過去”を同時に考慮するとにより、前記フィルターの再生に要するエネルギーを最少限にすることができる利点がある。
換言すれば、本発明はエネルギー節約のみならず信頼性に関しても微粒子フィルターの作動を改善することができる。
さらに、本発明は知的な再生管理によって、過剰放熱によるフィルター素子の劣化リスクを最小限に抑制することができる。
したがって、本発明の目的はジーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフィルターセットからなるフィルターユニットを提供することである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を行い本願発明に到達した。本発明は以下の発明および実施態様を包含する。
【００１０】
（ａ）  フィルターセット（１）からなるフィルターユニットであって、
複数個のフィルター素子（１１，１２，１３）を含むフィルターセット（１）と、
フィルター素子の排気ガス流れ方向における一部分である領域（１２１，１２２，１２３）を加熱するための、各フィルター素子について少なくとも１個の抵抗素子（３）と、
前記フィルターセット（１）の汚れを測定する手段と、
フィルターセット（１）の汚れの程度にしたがって前記抵抗素子のそれぞれへの電力供給を独立して制御する制御手段（５）と、
制御手段（５）と連動した利用可能電力の測定手段と
からなることを特徴とするジーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフィルターユニット。
（ｂ）前記各フィルター素子が、排気ガス流れ方向に沿って複数個の前記抵抗素子を備えることを特徴とする（ａ）に記載のフィルターユニット。
【００１１】
（ｃ）  抵抗素子（３）がフィルター素子（１１，１２，１３）の領域（１２１，１２２等）の周囲に螺旋状に設けられていることを特徴とする（ａ）または（ｂ）に記載のフィルターユニット。
【００１２】
（ｄ）  各抵抗素子の電力が利用可能な総電力と比較して低いことを特徴とする（ａ）〜（ｃ）のいずれかに記載のフィルターユニット。
【００１３】
（ｅ）  さらに少なくとも１個の温度検出装置を含むことを特徴とする（ａ）〜（ｄ）のいずれかに記載のフィルターユニット。
【００１４】
（ｆ）  さらにフィルター素子（１１，１２，１３）と連動した少なくとも１個の絞り手段（３１，３２，３３）を含むことを特徴とする（ａ）〜（ｅ）のいずれかに記載のフィルターユニット。
【００１５】
（ｇ）  さらに制御手段（５）と連動したアクセルペダル位置の検出手段を含むことを特徴とする（ａ）〜（ｆ）のいずれかに記載のフィルターユニット。
【００１６】
（ｈ）  （ａ）〜（ｇ）のいずれかに記載のフィルターユニットを使用するためのプロセスであって、
フィルターセットをいくつかのフィルター素子（１１，１２，１３）に分割し、フィルター素子（１１，１２，１３）に、前記フィルター素子を局部的に加熱するための少なくとも１個の抵抗素子（３）を設け、
フィルターセット（１）の汚れを検出し、
車の利用可能な電力を評価し、
制御手段によって、検出された汚れと電力に応じて抵抗素子または素子群を選択的に稼働させることからなるプロセス。
【００１７】
（ｉ）  各領域が交互に加熱されることを特徴とする（ｈ）に記載のプロセス。
【００１８】
（ｊ）  さらにフィルターセット（１）のいろいろな点で温度を検出することを特徴とする（ｈ）または（ｉ）のいずれかに記載のプロセス。
（ｋ）  フィルターセット（１）の最も温度の低い領域を加熱することを特徴とする（ｊ）に記載のプロセス。
【００１９】
（ｌ）  フィルターセット（１）の温度の最も高い領域を加熱することを特徴とする（ｊ）に記載のプロセス。
【００２０】
（ｍ）  絞り手段（３１，３２，３３）を前記フィルター素子（１１，１２，１３）の少なくとも１個と連動させることによって前記素子を独立させることを特徴とする（ｈ）〜（ｌ）のいずれかに記載のプロセス。
【００２１】
（ｎ）  汚れが再生に適しているフィルター領域で加熱を行うことを特徴とする（ｈ）〜（ｍ）のいずれかに記載のプロセス。
【００２２】
（ｏ）  消費電力が利用可能電力に依存していることを特徴とする（ｈ）〜（ｎ）のいずれかに記載のプロセス。
【００２３】
（ｐ）  抵抗素子がエンジンのある種の作動状態に応じて稼働されることを特徴とする（ｈ）〜（ｏ）のいずれかに記載のプロセス。
【００２４】
（ｑ）  抵抗素子がアクセルペダルの位置に応じて稼働されることを特徴とする（ｐ）に記載のプロセス。
【００２５】
（ｒ）  アクセルペダルの位置が最高速度位置にあるとき抵抗素子が稼働停止されることを特徴とする（ｑ）に記載のプロセス。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるフィルターユニットは、
複数個のフィルター素子と、
フィルター素子ゾーンを加熱するための、各フィルター素子について少なくとも１個の抵抗素子と、
前記フィルターセットの汚れを測定する手段と、
フィルターセットの汚れに応じて前記レジスターのそれぞれへの電力供給を独立して制御するための制御手段と、制御手段と連動し、利用可能電力を測定するための手段とからなる。
【００２７】
特に、前記抵抗素子または素子群は、フィルター素子ゾーンの周囲を螺旋状に設けられている。
【００２８】
各抵抗素子の電力は、利用可能な総電力に比較して低いことが特徴である。
また、本発明に係わるフィルターユニットは、少なくとも１個の温度検出装置を含でもよい。
【００２９】
また、本発明に係わるフィルターユニットは、フィルター素子と連動した少なくとも１個の絞り手段を含んでもよい。
【００３０】
さらに、本発明に係わるフィルターユニットは、制御手段と連動したアクセルペダル位置検出手段を含んでもよい。
【００３１】
さらに、本発明は、上記フィルターユニットを使用するためのプロセスに関する。
【００３２】
特に、前記プロセスは主として、
フィルターセットをいくつかのフィルター素子に分割し、フィルター素子に、前記フィルター素子を局部的に加熱するための少なくとも１個の抵抗素子を設け、
フィルターセットの汚れを検出し、
車の利用可能な電力を評価し、
制御手段によって、検出された汚れと電力に応じて抵抗素子または素子群を選択的に稼働させることからなる。
【００３３】
したがって、本発明の最も単純な実施例によると、例えば背圧が閾値に達したとき、フィルターセットの単一領域を加熱することができる。
本発明の別の実施例によると、いろいろな領域を交互に加熱することができる。さらに、当該プロセスはフィルターセットのいろいろな点の温度を検出するように構成してもよい。
【００３４】
本発明の別の実施例によると、フィルターセットの最も温度の低い領域を加熱する。本発明の別の実施例によると、フィルターセットの最も温度の高い領域を加熱する。
【００３５】
さらに、本発明に係わる絞り手段は、前記フィルター素子の少なくとも１個と連動と連動させることによって、前記素子を独立させてもよい。
さらに、他の領域よりも汚れがひどいフィルター領域、すなわち再生がより好ましい領域を加熱してもよい。
【００３６】
別の実施例によると、すすの性質が再生により好ましいフィルターの領域を加熱してもよい。
本発明の興味ある特徴によると、エンジンの作動条件、例えばアクセルペダルの位置にしたがって抵抗素子を選択的に活性化する。
【００３７】
したがって、本発明の利点および特徴は、一方でレジスターをいくつかの領域に分け、それぞれを独立に設ける点にあり、他方では本発明にしたがって実行される方策はエンジンの作動条件、走行モード、利用可能エネルギー減、フィルターセットの汚れ特性に特に適している。
【００３８】
本発明のその他の特徴、利点および詳細は、ここに添付図面を参照し、後記の説明を熟読することによって明らかになると思うが、本発明は以下の記載に限るものではない。
【００３９】
図１は、本発明に係わるユニットのフローシートである。
図２は、本発明に係わるフィルター素子の詳細な模式図である。
図３は、バルブの開放、使用電力およびフィルターセットの温度の関係を示す一連の曲線である。
【００４０】
図１で、一般的に微粒子フィルターと呼ばれるフィルターセット１が二重矢印で示す排気ガスの流路に設けてある。フィルターセット１は、例えばアメリカの会社３Ｍによって販売されているフィルターカートリッジからなるいくつかのフィルター素子１１、１２、１３で構成されている。
パーティション６のような手段を設けることによりフィルターセット１を分割し、フィルター素子１１、１２、１３を独立させる。
【００４１】
フィルター素子１２を図２に示す。この素子にはいくつかの抵抗素子３を設け、それぞれの抵抗素子によってフィルター素子１２の領域１２１、１２２、１２３、１２４を加熱する。さらに正確に述べると、ここに示すレジスターはフィルターカートリッジ１２の周囲に螺旋状に設けてある。
【００４２】
最も単純な実施例によると、単一の抵抗ワイヤー３がフィルター素子１２の領域１２１の周囲に螺旋状に設けてある。
【００４３】
本発明の範囲から逸脱することなく、同様に各フィルター素子に単一領域を設けることができる。
【００４４】
以下に述べる図２は、これらの素子について考えらえる配置の１つを詳細に説明するものである。
【００４５】
各抵抗素子に、車に搭載されているバッテリーまたはオルタネータ７等の電源が接続されている。
【００４６】
電力継電器４またはその他の手段によって、各抵抗素子への電流を供給または遮断する。コンピュータ５によって、電力継電器４を以下に説明する方策にしたがって制御する。
【００４７】
各フィルター素子１１、１２、１３上または各フィルター素子の間におけるレジスター３は、実行する方策に最も適したように分布させる。換言すると、必ずしも全てのフィルター素子に同じ数の加熱レジスター３を設ける必要はない。
さらに、１個またはそれ以上の絞り手段３１、３２、３３を前記フィルターセットに設けてもよい。これら絞りバルブによって、特に後に述べるように電力消費に関して、再生の改善が可能になる。フィルター素子１１、１２、１３に、少なくとも１個の絞り手段３１、３２、３３を設ける。
【００４８】
さらに、各種の検出装置（図１に示さず）によって、コンピュータ５にデータをインプットする。フィルターセットの汚れの程度を測定するため、少なくとも１個の圧力検出装置をフィルターセットの上流に設ける必要がある。
【００４９】
図２は、フィルターカートリッジ１２等の本発明に係わるフィルター素子の簡単な模式図である。処理すべき排気ガスは、矢印Aで示すように、カートリッジを通って流れる。フィルターセット１に設けるカートリッジの数は、処理すべき排気ガスの流れが最高になるように設定する。
【００５０】
さらに、方策によっては、温度検出装置、例えば加熱フィルムフローメーター等のマス流速測定手段等の他の検出装置を用いる（図示せず）。
【００５１】
図２に模式的に示すように、各カートリッジ１２には、カートリッジ１２のいろいろな領域１２１、１２２、１２３、１２４を加熱できるようにＮ個所に加熱ワイヤーを設ける。本発明のこの実施例によると、これに限定するものではないが、カートリッジの全長をカバーするように相互に独立した加熱ワーヤーを４個所に巻き付ける。レジスターの数およびレジスターによってカバーされるカートリッジの長さは、規定した方策に適している。
【００５２】
加熱ワイヤーは、例えばサーモコアックス社によって販売されているワイヤーであってもよい。
【００５３】
個々の抵抗素子は消費電力が小さいので、抵抗素子３の電源として車のオルタネータを用いてもよい。電力供給量は前記電源の瞬間電力および消費制限をしたときの必要電力と一致しなければならない。各抵抗素子３には、電力継電器４が接続されている。各電力継電器４は、特にエンジンの作動条件およびフィルターセットの汚れを考慮してあらかじめ設定された方策にしたがって、コンピュータ５によって制御される。これらの方策は、コンピュータ５に記憶されている。方策の定義は、一方ではエンジンが受ける背圧を制限し、他方ではフィルターの早期性能低下の原因となる物質の局部的蓄積を防止するために、汚れをある閾値以下に保つものでなければならない。
【００５４】
本発明の実行は、まず背圧が閾値を越えたとき直ちに単一レジスターを活性化させることによって、最小限のエネルギーによってエンジンに加わる背圧を低下させることである。
【００５５】
ついで、設定した方策にしたがって、残りのレジスターを同時に、または別々に活性化させる。
【００５６】
別の方法として、局部的に設けた各レジスターを活性化させることにより、通常の再生開始温度よりも低い温度にあるフィルター１の領域のみを加熱してもよい。
【００５７】
大型フィルターの場合、エンジンから最も距離が離れたフィルター領域の温度はフィルター入り口の温度よりも５０℃も低いことから、この方策は特に興味がある。この場合、最も温度の低い領域を選択的に加熱することによって、エンジンに最も近いフィルター領域で“自然の”再生が起こり、一方フィルターの末梢領域で“誘導”再生が起こるので、フィルター全体で燃焼効率が向上する。
このような部分的な加熱は、再生の伝搬に好都合である。事実、フィルターの特定部位で選択的に再生が始まると、この領域での流速が急速に増加する。これによって他の領域から酸素を奪い、そのためその領域での燃焼が困難になり、汚れが不均一になる。高度に汚れた領域が存在すると、その領域での燃焼から高い熱が放出され、フィルターの寿命が短くなる。この現象は、本発明に係わる局部的加熱によって防止することができる。
【００５８】
本発明の別の側面によると、温度が最も高く、再生開始温度に近い領域に存在するレジスターを活性化することができる。したがって、限られた数のレジスターを活性化することによって、きわめて小さな電力で燃焼を開始することができる。このようにして加熱領域における燃焼から放出される熱を利用して、隣接領域での燃焼を開始することができる。
【００５９】
本発明の範囲から逸脱することなく、フィルター素子（１１）の領域（１２１）の部分的加熱と前記素子の部分的絞りを組み合わせることは容易に想像することができる。
【００６０】
本法の操作を図３で説明する。この図で、曲線A（実線）はバルブ３１、３２、３３の閉鎖角αを示す。曲線B（破線）は、加熱に必要な電力を示し、曲線Ｃ（点線）は絞り素子の温度を示す。再生は時間ｔ1で開始させる。ついで、順次バルブを閉め、同時に絞り素子を加熱する。
【００６１】
バルブの閉鎖と加熱がほとんど同時に行われるので、両者間に相乗効果があり、バルブの閉鎖効果によって加熱効果が増加する。
所定の領域で燃焼が始まると直ちに期待した効果が現れるので、バルブを再び開放する。これにより、エネルギーを節約すると同時に再生が可能である。
本発明の別の実施例によると、各フィルター素子間で沈着したすすの量ならびに質の観点で汚れが不均一になるように、全てのバルブを制御することができる。したがって、再生に最も適した（汚れがひどく、炭化水素濃度の高いすす）フィルター素子の領域を選択的に加熱することができる。加熱されるガスの流速が低く、燃焼条件が好適であるので、再生に要する電力は少なくてすむ。
同一出願人によるフランス特許出願ＥＮ９６/１１，２９２には、不均一性を作り出す方策が開示されている。
【００６２】
最後に、本発明に係る別の操作によると、再生のために消費される総電力は利用可能な電力の関数として測定することができる。特に、エンジンの速度を考慮してオルタネーターの容量、バッテリーの電圧または利用可能な電力と関連していると思われるその他の利用可能な情報の評価、例えば再生時に作動しているその他のユーティリティーの診断を行うことができる。
【００６３】
また、本発明によると、抵抗素子を例えばアクセルペダルの位置等エンジンのある種の作動状態に応じて選択的に稼働させることも可能である。アクセルペダルが最高の位置にある場合、すなわち運転者がエンジンの最高出力を要求する場合、エネルギーの消費を抑制し、エンジンのために最高電力を確保するため、抵抗素子が自動的に稼働停止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるユニットのフローシートである。
【図２】  本発明に係わるフィルター素子の詳細な模式図である。
【図３】  バルブの開放、使用電力およびフィルターセットの温度の関係を示す一連の曲線である。
【符号の説明】
１    フィルターセット
３    抵抗素子
４    電力継電器
５    コンピュータ
６    パーティション
７    バッテリーまたはオルタネータ
３１、３２、３３    絞り手段
１１、１２、１３    フィルター素子
１２１、１２２、１２３、１２４    領域
【図１】
0004077912.tif 000002
【図２】
0004077912.tif 000003
【図３】
0004077912.tif 000004