遅延期間再生支援
排気物を生成するエンジン（１０）と、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタ（５４）と、エンジンにかかる負荷の変化、およびエンジンにかかる負荷の変化後に経過するゼロ超の閾値時間に応答して、パワー系統を第１の動作モード（１０１）から第２の動作モード（１０２）へ切り替えて、パティキュレートフィルタを再生する制御装置（７１）とを含むパワー系統（１）。制御装置は、エンジンにかかる負荷の変化後に排気背圧弁（４４）の動作を遅延させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジン排気後処理系に関し、より詳細には、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
後処理系は、ディーゼルパティキュレートフィルタを含み、ディーゼルパティキュレートフィルタは、再生する必要があり、かつ硫黄によって失活され得る。（特許文献１）には、排気ガスの温度を限界温度超にもたらすエンジンの負荷および回転数を変更するエンジン制御システムが説明されている。
【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】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、エンジンにかかる負荷の変化、およびエンジンにかかる負荷の変化後に経過したゼロ超の閾値時間に応答して、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてパティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統が説明されている。
【０００５】
別の態様では、排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、エンジン負荷の変化後に背圧弁の動作を遅延させる制御装置とを含むパワー系統が説明されている。
【０００６】
さらに別の態様では、パワー系統を制御する方法であって、パワー系統を第１の動作モード下で動作させること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出すること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出した後、ゼロ超の閾値時間の間待機すること、および閾値時間の待機後に、パワー系統を第２の動作モード下で動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援することを含む方法が説明されている。
【０００７】
本開示の他の特徴および態様は、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】パワー系統の線図である。
【図２】第１の動作モードおよび第２の動作モードの期間中のディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図３】エンジン回転数−トルクマップ、および限界回転数−トルク曲線のグラフ表示であり、この限界回転数−トルク曲線を下回ると第２の動作モードが付勢される。
【図４】第２の動作モードで使用される戦略のブロック図である。
【図５】遅延期間および移行期間を示す、ディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図６】遅延期間および移行期間を示す、ディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図７】閾値を超えるディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況およびエンジンの応答を示すグラフ表示である。
【図８】炭化水素除去校正モードの期間中のディーゼルパティキュレートフィルタにおける炭化水素レベルのグラフ表示である。
【図９】硫黄検出ルーチンの期間中の温度プロファイルおよび煤負荷プロファイルのグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１から分かるように、パワー系統１は、エンジン１０および複数の他のシステムを含む。これらのシステムは、燃料系２０、吸気系３０、排気系４０、後処理系５０、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置６０、および電気系統７０を含む。パワー系統１は、図示しない他の機能、例えば冷却系、周辺部品、駆動伝達系部品などを含んでもよい。
【００１０】
エンジン１０は、パワー系統１のための動力を生み出す。エンジン１０は、ブロック１１、シリンダー１２、およびピストン１３を含む。ピストン１３はシリンダー１２内で往復運動して、クランクシャフトを駆動する。エンジン１０は、任意のタイプのエンジンとし（内燃機関、ガス、ディーゼル、ガス燃料、天然ガス、プロパンなど）、任意の数および任意の形態（「Ｖ字」、直列、ラジアルなど）のシリンダーを備える任意のサイズとし得る。エンジン１０を使用して、オンハイウェイ（ｏｎ−ｈｉｇｈｗａｙ）用のトラックまたは車両、オフハイウェイ用のトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙応用、機関車応用、海洋応用、ポンプ、固定設備、または他のエンジンを動力源とする応用を含め、任意の機械または他の装置に動力を供給してもよい。
【００１１】
燃料系２０は、燃料２１をエンジン１０に送る。燃料系２０は、燃料タンク２２、送油経路２３、燃料ポンプ２４、燃料フィルタ２５、燃料レール２６、および燃料噴射装置２７を含む。燃料タンク２２は燃料２１を含み、送油経路２３が燃料タンク２２から燃料レール２６へ燃料２１を送る。燃料ポンプ２４は、燃料タンク２２から燃料２１を汲み上げて、燃料レール２６へ燃料２１を移す。一部の実施形態では、２つ以上の燃料ポンプ２４を、下流燃料ポンプ２４が上流燃料ポンプ２４よりも高い圧力性能を有する状態で、使用してもよい。燃料２１はまた、燃料２１を清浄にする１つ以上燃料フィルタ２５を通過してもよい。
【００１２】
燃料２１は、燃料レール２６を経由して燃料噴射装置２７まで移動し、燃料２１は、対応する燃料噴射装置２７を経由して各シリンダー１２まで送られる。燃料噴射装置２７は、噴射を送るためにソレノイドまたは圧電バルブを含んでもよい。燃料レール２６は、燃料ポンプ２４が動作することによって加圧される。燃料ポンプ２４は、燃料ポンプ２４の圧縮比を制御する斜板２８を含み得る。斜板２８の変更または燃料ポンプ２４の動作の他の変更を使用して、燃料レール２６における燃料２１の圧力を変動させることができ、それゆえ、エンジンの燃料噴射圧力を変更できる。燃料系２０は、上記では共通のレール式の燃料系として説明したが、他の実施形態は、他の燃料系、例えばユニット式の噴射装置などに適合されてもよい。
【００１３】
吸気系３０はエンジン１０に新鮮な吸気３１を送る。吸気系３０は、送気管３２、エアクリーナ３３、コンプレッサ３４、吸気冷却装置３５、吸気バルブ３６、吸気加熱装置３７、および吸気マニホールド３８を含む。新鮮な吸気３１は送気管３２から吸い込まれて、シリンダー１２に入る。新鮮な空気３１は、まず、エアクリーナ３３を経て引き込まれ、コンプレッサ３４によって圧縮され、次に、吸気冷却装置３５によって冷却される。その後、新鮮な空気３１は、吸気バルブ３６および吸気加熱装置３７を通過し得る。次いで、新鮮な空気３１は、吸気マニホールド３８を経由してエンジン１０に送られる。各シリンダー１２に関連したエンジンの吸気バルブを使用して、空気を、燃焼させるためにシリンダー１２に送る。
【００１４】
排気系４０は、エンジン１０からの生の排気物４１を後処理系５０へ送る。排気系４０は、排気マニホールド４２、ターボ過給機（ｔｕｒｂｏ）４３、および背圧弁４４を含む。背圧弁４４は、スマートエンジンブレーキ（ｓｍａｒｔ ｅｎｇｉｎｅ ｂｒａｋｅ）を含め、排気系に配置されたいずれかの制御可能な制限部を含んでもよい。
【００１５】
ターボ過給機４３は、コンプレッサ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４７を含む。タービン４５は、ターボシャフト４６を介してコンプレッサ３４に回転式に接続されている。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バルブ４９を含む。ウェイストゲート通路４８は、タービン４５の上流から下流までをつなぎ、ウェイストゲートバルブ４９はウェイストゲート通路４８の内部に配置される。一部の実施形態では、ウェイストゲート４７は、必須でなくても、含まれなくてもよい。一部の実施形態では、ターボ過給機４３は、非対称的なタービン４５と、ＥＧＲを駆動するために使用し得る別個の排気マニホールド４２とを含み得る。他の実施形態では、ターボ過給機４３は、可変形状タービン４５と、ＥＧＲを駆動するために使用し得る別個の排気マニホールド４２とを含み得る。一部の実施形態はまた、１つ以上の追加的なターボ過給機４３を直列または並列で含み得る。
【００１６】
背圧弁４４は、タービン４５の下流、かつ後処理系５０の上流にある。他の実施形態では、背圧弁４４を、後処理系５０に、排気マニホールド４２に、またはエンジン１０の下流のどこかに配置してもよい。
【００１７】
生の排気物４１は、エンジンの排気弁を通ってエンジン１０から排出され、かつ排気マニホールド４２を通ってタービン４５に送られる。熱い生の排気物４１はタービン４５を駆動し、タービン４５はコンプレッサ３４を駆動して新鮮な吸気３１を圧縮する。ウェイストゲートバルブ４９が開放しているときには、ウェイストゲート通路４８によって生の排気物４１はタービン４５を迂回することができる。ウェイストゲート通路４８を制御してターボ過給機４３の給気圧を調整し、かつ、ウェイストゲートバルブ４９は、閾値の給気圧に達したら開放するように構成し得る。
【００１８】
後処理系５０は生の排気物４１を受け取って精製し、清浄な排気物５１を生成し、それを大気に送る。後処理系５０は、排気管５２、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）５３、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５４（触媒ＤＰＦ５４とし得る）を含む。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４は、図示のような単一のキャニスタ５５に収容しても、または個別のキャニスタに収容してもよい。後処理温度は、キャニスタ５５の内部でのＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の温度を表す。後処理系５０には消音器も含まれていてもよい。
【００１９】
ＤＯＣ５３は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）にする。ＤＯＣ５３は、支持体上に触媒または貴金属コーティングを含む。支持体は、ハニカムまたは他の細長いチャネル構造または他の高表面積形態を有し得る。支持体は、コーディエライトまたは別の好適なセラミックまたは金属から作製し得る。貴金属コーティングは、主に白金で構成し得るが、他の触媒コーティングを使用してもよい。一実施形態では、ＤＯＣ５３の貴金属の負荷は、ＤＯＣ１平方インチ当たり２００〜６００セルで、１立方フィート当たり１０〜５０グラムとし得る。パラジウムコーティングを使用してもよいが、これは必須ではない。なぜなら、これは通常、摂氏５００度超の温度安定性のために使用されるためである。ＤＯＣはまた、ウォッシュコート（ｗａｓｈｃｏａｔ）コーティングを含んで、貴金属コーティングの保持を助け、かつ追加的な反応部位を提供してもよい。ウォッシュコートは、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）ベース、または別の好適な材料をベースとしたものとし得る。
【００２０】
異なるタイプのＤＯＣを、ＤＰＦ５４の異なる再生戦略による異なるタイプの後処理系のために構成する。これらの異なるＤＰＦ５４再生戦略は、低温、ドーシング、および上流加熱を含み得る。現在の後処理系５０のＤＯＣ５３は、ＤＰＦ５４が比較的低温において受動的に再生されるため、低温後処理系ＤＯＣ５３を特徴とし得る。これらの低温ＤＯＣは、必要なＮＯ２生成レベルを達成するために貴金属の高負荷を必要とするが、熱安定性のためにはパラジウムを必要としないことがある。
【００２１】
ドーシングＤＯＣは、必要な発熱反応量を生み出すために貴金属の高負荷を必要とする。これらのドーシングＤＯＣはまた、それに伴い得る温度ゆえに、熱安定性のためにパラジウムを必要とし得る。これらのドーシングＤＯＣの貴金属の総負荷は、上述の低温ＤＯＣの貴金属の負荷と同様とし得る。
【００２２】
上流加熱ＤＯＣは、ＤＰＦ５４の上流にヒータまたはバーナなどの熱源があり、ＤＰＦ５４の再生のために熱をもたらす後処理システムに使用される。これらの上流加熱ＤＯＣは、熱が別の源から来るため、貴金属の高負荷を必要としない。しかしながら、これらの上流加熱ＤＯＣは、高い温度が伴い得るゆえに、熱安定性のためにパラジウムを必要とし得る。摂氏５００度を上回る後処理温度がこれらのシステムに必要とされることが多い。これらの上流加熱ＤＯＣの貴金属の負荷は、ＤＯＣ１平方インチ当たり２００〜４００セルで、１立方フィート当たり５〜２５グラムとし得る。貴金属の負荷が低いために、上流加熱ＤＯＣは、低温またはドーシングＤＯＣよりも安価となり得る。
【００２３】
ＤＰＦ５４は、粒子状物質（ＰＭ）または煤を捕集する。ＤＰＦ５４はまた、触媒または貴金属およびウォッシュコートを含んで、ＤＯＣ５３がＮＯを二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化させるのを助けてもよい。ＤＰＦ５４の触媒は、ハニカムまたは他の細長いチャネルまたは薄壁構造の支持体に被覆される。ＤＰＦ５４の支持体は、ＤＯＣ５３の支持体よりも多孔性であり、および他のすべてのチャネルは、チャネルの半分が入口端部で遮断されかつ半分が出口端部で遮断された状態で、遮断され得る。この多孔性の増大および遮断されたチャネルにより、排気物の壁流が促される。壁流によって、ＤＰＦ５４において煤がフィルタリングおよび捕集されるようにする。
【００２４】
ＤＯＣのように、異なるタイプのＤＰＦは、ＤＰＦ５４の異なる再生戦略による異なるタイプの後処理系のために構成される。例えば、上流加熱後処理システムは、あまり受動的でない再生を必要としているため、全く触媒のないまたは触媒が比較的少量であるＤＰＦを必要としないようにしてもよい。
【００２５】
後処理系５０のバリエーションも可能である。例えば、ＤＯＣ５３を拡大して、ＤＰＦ５４上の任意の触媒の必要性を減少または不要にしてもよい。ＤＰＦ５４を同様に拡大して、被覆される触媒量を増やし、ＤＯＣ５３の必要性を不要にしてもよい。また、触媒のタイプを変更してもよい。触媒はまた、燃料供給装置に加えてもよい。
【００２６】
後処理系５０はまた、選択触媒還元（ＳＣＲ）システムを含んで、ＮＯおよびＮＯ２をＮ２に還元し得る。ＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒において還元剤の供給を加える還元剤系とを含み得る。
【００２７】
ＥＧＲシステム６０は生の排気物４１を吸気系３０に送り、そこで、生の排気物４１は新鮮な空気３１と混合され、混合空気６１が生成される。次いで、混合空気６１はエンジン１０に送られる。生の排気物４１はエンジン１０によって既に燃焼されているため、酸素含有量が少なく、新鮮な空気３１よりも不活性である。それゆえ、エンジン１０による混合空気６１の燃焼は、あまり熱を発生させず、ＮＯｘの生成を抑制する。
【００２８】
ＥＧＲシステム６０は、ＥＧＲ出発点６２、ＥＧＲ管路６３、ＥＧＲ冷却装置６４、ＥＧＲ弁６５、リード弁６６、ＥＧＲ投入口６７、および１つ以上のＥＧＲ混合器６８を含む。ＥＧＲ出発点６２は、排気マニホールド４２とＥＧＲ管路６３とに流体連通している。他の実施形態では、ＥＧＲ出発点６２は、単一のまたは単一セットのシリンダーによって隔離され得る。さらに他の実施形態では、ＥＧＲ出発点６２は、さらに下流に、おそらく後処理系５０の後にまたはその中にあってもよい。ＥＧＲシステム６０はまた、シリンダー内に適合され得る。ＥＧＲ冷却装置６４は、ＥＧＲ出発点６２の下流のＥＧＲ管路６３に配置される。一部の実施形態では、ＥＧＲ冷却装置６４および吸気冷却装置３５を組み合わせてもよい。一部の実施形態はまた、リード弁６６を含まなくてもよい。
【００２９】
ＥＧＲ弁６５は、ＥＧＲ管路６３においてＥＧＲ冷却装置６４の下流に配置される。リード弁６６は、ＥＧＲ管路６３においてＥＧＲ弁６５の下流に配置される。他の実施形態では、ＥＧＲ弁６５および／またはリード弁６６は、ＥＧＲ冷却装置６４の上流に配置してもよい。ＥＧＲ投入口６７は、リード弁６６の下流でＥＧＲ管路６３に流体接続される。ＥＧＲ混合器６８は吸気管路３２まで延在し、生の排気物４１を新鮮な空気３１に投入して混合し、混合空気６１を生成する。一部の実施形態では、リード弁６６およびＥＧＲ混合器６８は、必須でなくても、または含まれていなくてもよい。
【００３０】
電気系統７０は、パワー系統１のセンサーからデータを受信し、そのデータを処理し、およびパワー系統１の複数の構成要素の動作を制御する。電気系統７０は、制御装置７１、ワイヤリングハーネス７２、および複数のセンサーを含む。制御装置７１は、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、または必要なデータを受信、処理、および通信できる別のプロセッサを供し得る。制御装置７１はまた、共に働く複数のユニットを供し得る。制御装置７１は、現在の実施形態に示すものよりも多くのまたはそれよりも少ない構成要素と通信し得るおよび／またはそれらを制御し得る。制御装置７１は、本明細書で説明するように、データを受信しかつパワー系統１の構成要素を制御するように構成またはプログラムされている。
【００３１】
センサーは全て、ワイヤリングハーネス７２を介して制御装置７１に接続されている。他の実施形態では、ワイヤリングハーネス７２の代わりに無線通信が使用され得る。センサーは、煤負荷センサー７３、後処理入口温度センサー７４、空気取り入れ口温度センサー７５、気圧センサー７６、レール燃料温度センサー７７、レール燃料圧力センサー７８、ＥＧＲガス温度センサー７９、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０、ＥＧＲ弁出口圧力センサー８１、吸気マニホールド温度センサー８２、吸気マニホールド圧力センサー８３、およびエンジン回転数センサー８４を含み得る。ＥＧＲ弁位置センサーも含んでもよいし、またはＥＧＲ弁の位置は、公知の指令信号に基づいて判断してもよい。
【００３２】
煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４に負荷をかけている煤の量を表示する。煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４の体積当たりの煤の質量または量に対応する読み取り値を提供する。煤の負荷量は、ＤＰＦ５４に対する煤の最大許容負荷量の何％に当たるかで表し得る。ＤＰＦ５４に対する煤の最大許容負荷は、ＤＰＦ５４における熱事象の可能性が任意の制限値または閾値の量よりも高くなる負荷であると、判断され得る。それゆえ、煤負荷％が１００％を上回ることが可能であるが、これは望ましくない。
【００３３】
煤負荷値は、気圧センサー７６によって決定され得る異なる高度または気圧に対して、補正する必要があり得る。煤負荷値はまた、時間の経過につれたＤＰＦ５４への灰の蓄積も補正する必要があり得る。この補正は、灰の量を推定するモデルまたはセンサーを使用してなされてもよい。煤負荷センサー７３がより正確かつより応答性が良ければ、より正確に１００％の煤負荷値にすることができる。
【００３４】
一実施形態では、煤負荷センサー７３は、無線周波数（ＲＦ）センサーを供し得る。そのようなＲＦセンサーは、ＤＰＦ５４に無線周波数を通過させ、およびＤＰＦ５４における粒子の負荷を表示するものとして減衰周波数を測定する。煤負荷センサー７３はまた、ＤＰＦ５４の内部またはそれ全体にわたる他の状況を、煤負荷を表示するものとして測定し得る。例えば、煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４全体にわたる圧力差または温度差を測定し得る。煤負荷センサー７３はまた、時間が経つにつれた粒子負荷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を供し得る。
【００３５】
後処理入口温度センサー７４は、後処理系５０に入る生の排気物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ー７４を介して測定され得る。後処理温度はまた、他の方法でも決定され得る。例えば、後処理温度は、エンジンマップ、赤外線温度センサー、上流または下流に配置された温度センサー、または圧力センサーから決定または推定され得る。
【００３６】
空気取り入れ口温度センサー７５は、吸気系３０に入る新鮮な空気３１の周囲温度を測定する。気圧センサー７６は、パワー系統１の環境の気圧を高度の表示として測定する。レール燃料温度センサー７７およびレール燃料圧力センサー７８は、エンジン燃料噴射圧力である燃料レール２６内部の温度および圧力を測定する。ＥＧＲガス温度センサー７９は、新鮮な空気３１と混合さ得る生の排気物４１の温度を測定する。ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０およびＥＧＲ弁出口圧力センサー８１は、ＥＧＲ弁６５のいずれかの側の圧力を測定する。吸気マニホールド温度センサー８２および吸気マニホールド圧力センサー８３は、吸気マニホールド３８内部の温度および圧力を測定する。エンジン回転数センサー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１０の構成部品の回転数を測定することによって、エンジン１０の回転数を測定し得る。
【００３７】
ワイヤリングハーネス７２はまた、背圧弁４４、ウェイストゲートバルブ４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射装置２７、ＥＧＲ弁６５、吸気バルブ３６、および吸気加熱装置３７に接続される。制御装置７１は、背圧弁４４、ウェイストゲートバルブ４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射装置２７、ＥＧＲ弁６５、吸気バルブ３６、および吸気加熱装置３７を制御する。
【００３８】
エンジン１０は煤を発生させ、その煤はＤＰＦ５４によって捕集される。煤の主成分は炭素（Ｃ）である。生の排気物４１に含有されるＮＯは、ＤＯＣを通過するとＮＯ２に変換される。次いで、ＮＯ２を、ＤＰＦ５４に捕捉された炭素と接触させる。その後、ＤＯＣ５３からのＮＯ２と、ＤＰＦ５４に捕捉された炭素とが反応して、ＣＯ２およびＮＯを生成し、煤を燃焼する。ＤＰＦが触媒作用を受ける場合、ＮＯは再びＮＯ２に変換されて、さらに煤の酸化を可能にする。
【００３９】
後処理のライトオフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度超では、上述の反応は、少なくとも捕捉されている煤を可能な限り燃焼させる、またはＤＰＦ５４を連続的に再生するのに十分な割合で発生し得る。後処理のライトオフ温度は摂氏約２３０度とし得る。他の実施形態では、後処理のライトオフ温度は摂氏約２００度〜２６０度とし得る。後処理温度がライトオフ温度超まで上昇すると、上述の反応率が増加し、ＤＰＦ５４はより速く再生する。これらの条件下での再生を低温再生と称する。
【００４０】
図２、図３、および図５〜図８は、パワー系統の動作状態を示すグラフである。提示された値は本開示の態様を示すことを意味し、必ずしも予想されたすなわち経験によるデータセットを表しているわけではないことを理解されたい。
【００４１】
図２から分かるように、いくつかのエンジン１０の運転またはデューティサイクルまたは環境下では、後処理温度は、十分な時間、十分に高くなり、ＤＰＦ５４を連続的に再生する。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であり、ＤＰＦにおける煤負荷が、再生活性化煤閾値１０３に達し得ることを示す。
【００４２】
再生活性化煤閾値１０３に達した状況の理由を説明する。エンジン１０は、第１の動作モード１０１または第２の動作モード１０２のいずれかで動作する制御システム１００を含む。第２の動作モード１０２は再生支援校正モードとも呼ばれ、ＤＰＦ５４の再生をもたらすパワー系統１の条件を生み出す。ほとんどのエンジン１０の運転またはデューティサイクルまたは環境下では、およびＤＰＦ５４が再生活性化煤閾値１０３を下回る場合には、制御システム１００はエンジン１０を、標準校正モードとも呼ばれ得る第１の動作モード１０１で動作させる。第２の動作モード１０２は、低温後処理系で用いられると説明するが、再生を支援するためにドーシングまたは上流加熱後処理系と併せて使用されてもよい。
【００４３】
図３は、エンジン回転数対エンジントルクのグラフを示す。グラフは、最高定格回転数−トルク曲線１０４、および閾値または限界回転数−トルク曲線１０５を含む。限界回転数−トルク曲線１０５は、通常の動作条件下でＤＯＣのライトオフ温度を上回る後処理温度をもたらしてＤＰＦ５４の連続的な再生を可能にする、エンジン１０の条件に関連し得る。一実施形態では、ライトオフ温度は摂氏約２３０度とし得る。他の実施形態では、回転数−トルク曲線１０５は、他の後処理温度閾値に関連し得る。
【００４４】
限界回転数−トルク曲線１０５の形状は、パワー系統１およびその設置箇所に依って変化し得る。エンジン１０の回転数は、エンジン回転数センサー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の回転数および燃料２１の噴射量に応じて計算される。限界回転数−トルク曲線１０５の下側の領域は、エンジン回転数およびトルクの値を用いて作成されたマップによって決定し得る。
【００４５】
エンジン１０の回転数−トルクが限界回転数−トルク曲線１０５を上回る場合、第２の動作モード１０２は無効になり、第１の動作モード１０１のみが用いられる。ＤＰＦ５４が再生活性化煤閾値１０３に達し、かつエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、制御システム１００はエンジン１０を第２の動作モード１０２で動作させる。
【００４６】
再生失活煤閾値１０６に達すると、制御システム１００は再び第１の動作モード１０１を起動させる。この再生失活煤閾値１０６よりも低くなる降下の後、再生活性化煤閾値１０３に再び達するまでは第２の動作モード１０２は再起動されない。
【００４７】
再生活性化煤閾値１０３および再生失活煤閾値１０６の規定は、第２の動作モード１０２を、可能な限り使用回避するように決定される。一部の実施形態では、再生活性化煤閾値１０３は約９０％とし得る。他の実施形態では、再生活性化煤閾値１０３は７０％〜１００％、８５％〜９５％、８０％超、または９０％超とし得る。一部の実施形態では、再生失活煤閾値１０６は約８０％とし、他の実施形態では、再生失活煤閾値１０６は６５％〜８５％、７０％超、または８０％超とし得る。
【００４８】
エンジン１０が第２の動作モード１０２にある間にエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５より上に上昇する場合、第２の動作モード１０２は中断され、第１の動作モード１０１が起動され得る。この中断に続いて、エンジン１０の回転数およびトルクが再び限界回転数−トルク曲線１０５を下回り、かつ煤負荷が再生失活煤閾値１０６を上回る場合、第２の動作モード１０２が再起動される。エンジン１０が遮断されると、第２の動作モード１０２がアクティブであったかどうかまたは中断が発生したかどうかのいずれの履歴も失われ得るか、または、中断が発生しなかったかのように、第２の動作モード１０２の動作を継続するために、保持され得る。履歴はまた、エンジン１０の遮断後の予め定められた量または閾値の量の後で失われるように構成し得る。
【００４９】
第２の動作モード１０２を図４に示す。第２の動作モード１０２は一連の再生戦略２００を用いて、エンジン出力２０５を生み出す。エンジン出力２０５は排気温度が高く、およびＮＯｘ／煤比が高い。このように、制御システム１００は目標のＮＯｘ／煤比１０７および目標再生温度１０８を達成して、図２から分かるようにＤＰＦ５４を再生させる。目標のＮＯｘ／煤比１０７は加速低温連続再生をもたらし、それにより第２の動作モード１０２を必要とする時間を短縮させ得る。
【００５０】
第１の動作モード１０１の期間中、エンジン１０によって生じたＮＯｘ／煤比は、１グラムの煤当たり２０グラム超のＮＯｘとし得る。第２の動作モード１０２の期間中、エンジン１０によって生じた目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり３５グラム超のＮＯｘに上昇し得る。他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり４５グラム超のＮＯｘとし得る。さらに他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり５０グラム超のＮＯｘとし得る。目標のＮＯｘ／煤比１０７はまた、第２の動作モード１０２の期間中、１グラムの煤当たり４５〜５５グラムのＮＯｘとし得る。一部の実施形態では、エンジン１０によって生じる目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり約５０グラムのＮＯｘとし得る。
【００５１】
第２の動作モード１０２の期間中、目標再生温度１０８はライトオフ温度を上回り、摂氏２００〜４００度の範囲とし得る。他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標再生温度１０８は摂氏２３０度を上回る。
【００５２】
上述の通り、ＤＯＣはＮＯをＮＯ２に変換し、ＮＯ２は、ＤＰＦ５４中の炭素と反応してＣＯ２とＮＯとを生成する。第２の動作モード１０２は、生の排気物４１中のＮＯｘ／煤比を高めるため、より多くのＮＯ２が煤との反応に利用可能となり、より速い速度でＣＯ２およびＮＯを生成する。上述の通り、第２の動作モード１０２はまた、生の排気物４１の温度を上昇させ、後処理温度をライトオフ温度超に上昇させて、これら反応を可能にする必要がある。第２の動作モード１０２はまた、生の排気物４１中の煤量を低下させ、捕捉される炭素を少なくし、ＤＰＦ中の全煤負荷を迅速に低下させる。
【００５３】
出力２０５を達成するために、第２の動作モード１０２は、エンジンの運転パラメーターを変更させる複数の再生戦略２００を用いる。これらの再生戦略２００は、背圧弁戦略２１０、ＥＧＲ弁戦略２２０、燃料噴射タイミング戦略２３０、燃料ショットモード戦略２４０、燃料圧力戦略２５０、および吸気加熱装置戦略２６０を含み得る。それぞれ個々の戦略は、ＮＯｘ、温度、および煤に異なる方法で影響を及ぼし得るが、それら戦略は全て一体となって働いて、後処理温度および生の排気物４１のＮＯｘ／煤比を上昇させる。
【００５４】
本明細書で説明する再生戦略のタイプは、燃料効率の低下、エンジン１０の騒音増加、過渡応答の低下、および追加コストおよび複雑さのいくつかに関連付けられる。しかしながら、本開示のパワー系統１および制御システム１００はこれらの懸念を最小限に留める。
【００５５】
第２の動作モード１０２は、ほとんどの動作条件下で、必要とされたりまたは使用されたりすることがまれである。また、第２の動作モード１０２と、再生戦略２００の使用とにより、他のＤＰＦ再生システムで必要とされる追加的なハードウェア（ヒータ、バーナ、線量計（ｄｏｓｅｒ）など）を実際に減少させる。また、複数の再生戦略２００を一緒に使用することにより、ＮＯｘ／煤比および温度を最大にしてＤＰＦ５４の再生を支援するかまたは加速再生を達成し、かつ第２の動作モード１０２が利用されるまたは必要とされる時間の長さを短縮してもよい。第２の動作モード１０２は、煤の量を増加させ得るが、ＮＯｘの量も増加させ、その結果ＮＯｘ／煤比を高くする。あるいは、第２の動作モード１０２はＮＯｘを減らし、かつ煤をさらに減らし、その結果、ここでもＮＯｘ／煤比を高くする。
【００５６】
高いＮＯｘ／煤比はまた、温度を低下させ、かつＤＰＦ５４の再生に必要な温度の時間を短縮し、それにより、ＤＰＦ５４にかかる熱応力を低下させ、およびＤＰＦ５４のいずれのエージングまたは失活も低減させる。ＤＰＦ５４のエージングは触媒の焼結を生じ、これは、チャネルを詰まらせて、時間および温度に応じて性能を低下させ得る。
【００５７】
ＤＰＦ５４の煤負荷を再生失活煤閾値１０６未満に低下させるために第２の動作モード１０２に必要な時間は、約２０分〜６０分の範囲とし得る。必要な時間は、同様に後処理温度に影響を与える種々の条件に依存して大きく変動し、上述の時間よりも長くまたは短くなり得る。第２の動作モード１０２がＤＰＦ５４の煤負荷を再生失活煤閾値１０６未満に低下させるのに必要な時間に影響を及ぼす条件は、周囲空気温度、寄生負荷レベル、エンジンの低アイドル回転数、排気管５２の長さ、吸気系３０の設計およびサイズ、ターボ過給機４３の構成、絶縁状態、エンジンルームのサイズ、および他の多くの要因を含み得る。
【００５８】
背圧弁戦略２１０は、背圧弁４４の閉成を含む。背圧弁４４を閉成することによって、排気系４０の圧力が高まり、ガバナが、エンジン１０への燃料２１の噴射量を増加させるようにして、エンジン１０の回転数を維持する。噴射される燃料２１が増加すると、燃料効率が低下するが、生の排気物４１の温度および後処理温度を上昇させもする。
【００５９】
背圧弁４４が閉成される量は、エンジン１０の回転数に依存する。背圧弁４４は、エンジン１０の失速を回避しつつも、必要な後処理温度を達成するのに必要な量だけ閉成される。低速では、背圧弁は最大でも９８％閉成され得るが、高速では、背圧弁４４は最大でも６０％しか閉成されない。背圧弁４４が閉成される割合は、背圧弁４４が完全に開放しているときと比較した、排気管の断面積が閉成される割合である。背圧弁が閉成されている割合は、使用される特定の弁設計に基づいて変動し得る。
【００６０】
低速では、背圧弁４４の閉成によって吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間に、閉成されていないときは３〜７ｋＰａの圧力差であるのに対して、１５０〜３００ｋＰａの圧力差を発生させ得る。高速では、背圧弁４４の閉成によって吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間に、閉成されていないときは４０〜５０ｋＰａの圧力差であるのに対して、５０〜１００ｋＰａの圧力差を発生させ得る。上に挙げた圧力差の範囲は、ターボ過給機４３のサイズおよび整合性、および他のパワー系統１の変更に基づいて変動し得る。
【００６１】
背圧弁４４の閉成は、排気マニホールド４２内の圧力をゆっくりとした制御された速度で高めるために、ゆっくりとした速度で行われ得る。背圧弁４４が閉成される量および上述のそれに対応した圧力差は、ターボ過給機４３のタイプ／サイズ／整合性、吸気マニホールド３８のサイズ、排気マニホールド４２のサイズ、ＥＧＲ管路６３のサイズ、後処理系５０からの背圧を含む複数の要因、および他の多く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との間で測定または決定された圧力差によって制御される。吸気マニホールド３８の圧力は、吸気マニホールド圧力センサー８３によって決定される。排気マニホールド４２の圧力は、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０によって決定される。下記で説明するように、ＥＧＲ弁６５は、第２の動作モード１０２の期間中、閉成されるので、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０の圧力は排気マニホールド４２の圧力と同じとなる。別の実施形態では、排気マニホールド４２の圧力は、排気マニホールド４２に追加された圧力センサーによって決定され得る。排気マニホールド４２に圧力センサーを追加することは、別の実施形態においてＥＧＲ弁が完全に閉成されないまたはＥＧＲシステム６０が含まれないもしくは変更されない場合に、必要である。
【００６３】
背圧弁４４の動作はまた、後処理温度によって制御され得る。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、より応答性を高くし得る。背圧弁４４の動作を制御するために後処理温度を使用することは、圧力差の結果として温度が上昇するのを待機することを必要とし得る。
【００６４】
後処理温度に基づいた制御は、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いた制御がＤＯＣ５３のライトオフ温度超の後処理温度を生じない場合に、使用され得る。吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の目標圧力差を達成したにもかかわらず、所望の後処理温度に到達しないということは、低温の周囲条件、または後処理系５０の設置箇所がかなり下流であることの結果とし得る。これらの状況では、背圧弁４４は、後処理温度に基づいて制御されて、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決定されるものよりも大きな割合で閉成され得る。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との間の圧力差は、最大値（例えば３００ｋＰａ）を超えることは禁止される。
【００６５】
また、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いた制御が、予め決められた値または閾値の後処理最高温度（例えば摂氏４００度）を超える後処理温度を生じる場合に、後処理温度に基づいた制御が使用され得る。後処理最高温度を超えることは、上述の通り、ＤＯＣ５３および／またはＤＰＦ５４に損傷をもたらし得る。これらの状況では、背圧弁４４は、後処理温度に基づいて制御され、かつ吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差によって決定されるものよりも大きな割合で、開放され得る。後処理最高温度を超えることはまた、操作者への警告を生じ得る。
【００６６】
背圧弁４４の動作はまた、排気マニホールド４２の絶対圧力によって制御され得る。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との間の圧力差を使用することによって、高度が絶対圧力に与える影響を考慮する必要性を低下させ得る。
【００６７】
背圧弁４４が閉成しないまたはコマンドに応答しない場合、第２の動作モード１０２は、多かれ少なかれ他の再生戦略２００を使用するおよび／またはエンジン１０を性能低下させる（ｄｅ−ｒａｔｅｄ）ように修正され得る。
【００６８】
背圧弁４４が適切に機能するように保つために、および過酷な環境におけるその動作を試験するために、背圧弁４４を動かし得る。これらの動きは周期的に（例えば３０分ごとに）行われ得る。動きの程度は排気質量流量に依存し、大きな動きは排気質量流量が低いときに行われ、小さな動きは排気質量流量が高いときに行われ得る。排気質量流量は、エンジン１０の回転数、センサー、出力、または別のパワー系統１の条件に応じて決定され得る。大きな動きは、背圧弁４４の動作および試験により利益をもたらす一方、小さな動きは、高速で必要とされ、試験中のエンジン１０のパフォーマンスへのインパクトを低下させ得る。背圧弁４４の動きはまた、パフォーマンスインパクトが懸念しているものよりも小さい低いエンジン１０の回転数でのみ発生するように制限され得る。
【００６９】
追加的な戦略、または背圧弁戦略２１０に代わるものは、吸気バルブ戦略とし得る。吸気バルブ３６または背圧弁４４のいずれかまたは双方を再生バルブ（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）と称し、これらは、ＤＰＦ５４の再生の支援に使用され得る。一実施形態では、吸気バルブ３６の閉成によって、エンジン１０への新鮮な吸気３１の供給量を低下させ、ポンプ損失を増加させ、それにより温度を上昇させる。背圧弁戦略２１０は、吸気バルブ戦略よりも効果的とし得る。なぜなら、背圧弁戦略２１０はマニホールド圧力を低下させず、それゆえ、不点火（ｍｉｓｆｉｒｅ）の影響をより受けにくくなるためである。一部の実施形態では、吸気バルブ３６は、パワー系統１に必要とされなくても、または含まれなくてもよい。
【００７０】
ＥＧＲ弁戦略２２０は、第２の動作モード１０２の期間中にまたは背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間に、ＥＧＲ弁６５を閉成することを含む。しかしながら、ＥＧＲ弁６５は、背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間、特に背圧弁４４が、他の後処理装置、例えばＳＣＲシステムまたはＤＯＣ５３の温度管理に使用されている場合、常に閉成されている必要があるわけではない。ＥＧＲシステム６０の閉成は、ＮＯｘの生成量を増加させる。ＥＧＲシステム６０の閉成はまた、背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間に、高レベルの流れがＥＧＲシステム６０を流れることを防止する。この流れは、混合空気６１における生の排気物４１対新鮮な空気３１の不均衡の原因となり、背圧弁戦略２１０の有効性を低下させ得る。
【００７１】
一部の実施形態では、背圧弁４４は、完全に開放した状態に保たれるか、またはＥＧＲ弁６５の閉成の失敗が発生した場合よりも大きく開放される。ＥＧＲ弁戦略２２０は、ＥＧＲシステムのないパワー系統において除外され得るか、またはシリンダー内ＥＧＲシステムを有するパワー系統において修正され得る。
【００７２】
燃料噴射タイミング戦略２３０は、主噴射のタイミングを前倒しさせるまたは遅延させることを含む。燃料噴射のタイミングを前倒しするかまたは遅延させるかどうかは、一部には、第１の動作モード１０１において、第２の動作モード１０２の起動前に、現在のエンジン１０の回転数およびトルクに関して現在の燃料噴射のどういうタイミングにあるかに依存する。燃料噴射のタイミングの変更の影響は燃焼力学への依存度が極めて高く、燃焼力学は、ピストンおよびヘッドの幾何学的形状、燃焼噴霧パターン、空気／燃料比、または他の要因の影響を受け得る。これらの不確実性にもかかわらず、燃料噴射のタイミングの前倒しは、煤の低減およびＮＯｘの増加に関連付けられ、燃料噴射のタイミングの遅延は、温度の上昇、煤の増加、およびＮＯｘの低下に関連付けられ得る。
【００７３】
これらの競合する利益のために、燃料噴射のタイミングを前倒しさせるかまたは遅延させるかは、第２の動作モード１０２における他の再生戦略２００が所与のエンジン１０の回転数およびトルクで温度、ＮＯｘ、および煤に与え得る影響に依存する。例えば、限界回転数−トルク曲線１０５下でエンジン１０の高い回転数およびトルクでは、ライトオフ温度超の後処理温度は、他の戦略によって容易に得ることができるので、燃料噴射のタイミングを前倒しして煤を低減させ得る。反対に、限界回転数−トルク曲線１０５を下回る、エンジン１０の低い回転数およびトルクでは、ライトオフ温度超の後処理温度は、他の戦略によって得ることが困難であるため、燃料噴射のタイミングを遅延させて、後処理温度の上昇を支援し得る。
【００７４】
燃料ショットモード戦略２４０は、燃料噴射装置２７による燃料噴射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戦略２４０は、早期のパイロットショット（上死点のピストン１３の位置の１０〜４０度前）、密結合のパイロットショット（上死点のピストン１３の位置の５〜２０度前）、密接なポスト（上死点のピストン１３の位置の５〜３０度後）、または後期のポスト（上死点のピストン１３の位置の１０〜４０度後）を追加し得る。他の実施形態は、多種多様な別の燃料噴射ショットパターンを含み得る。
【００７５】
これらのショットの各々は、特に他の再生戦略２００と組み合わせられるときに、ＤＰＦ５４の再生を達成するのに有益とし得る、異なる影響を有する。燃料噴射タイミング戦略２３０のように、早期のパイロットもしくは後期のポストまたはそれら双方が使用されるかどうかは、エンジン１０の回転数およびトルクや、他の再生戦略２００がＤＰＦ５４の再生に必要とされる温度、ＮＯｘ、および煤のレベルに達成するの能力に依存する。後期のポストショットの追加は、煤の低減および温度の上昇に関連付けられ、それゆえ燃料ショットモード戦略２４０の一部とし得ることが多い。
【００７６】
燃料圧力戦略２５０は、エンジンの燃料噴射圧力を高めるために燃料レール２６の燃料圧力を高めることを含む。燃料噴射圧力の増大は、騒音レベルを増加させるだけでなく、ＮＯｘを増加させ、かつ煤を低減させる。燃料噴射圧力が高いと、燃焼室において燃料２１の蒸発を促し、これにより、ＮＯｘが増加され得る。燃料圧力の増加はまた、温度を低下させるが、他の再生戦略２００を使用して、この影響を補償しかつ温度を上昇させることができる。
【００７７】
第２の動作モード１０２の期間中の燃料噴射圧力は、第１の動作モード１０１の期間中の燃料噴射圧力の１．５倍超、２倍超、または２．５倍超とし得る。加えて、燃料噴射圧力は、第２の動作モード１０２の期間中に、傾斜に沿って徐々に上昇され得る。一実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中の燃料噴射圧力は、第１の動作モード１０１の期間中は３０〜４０ＭＰａであるのに対して、６０〜７０ＭＰａとし得る。
【００７８】
吸気加熱装置戦略２６０は、吸気加熱装置３７の起動を含む。吸気加熱装置３７を起動することによって、エンジン１０に寄生負荷を加え、燃焼シリンダー１２に送られる吸気を加熱する。両効果とも排気温度を高くし、再生を支援する。一部の実施形態では、吸気加熱装置３７は必須でなくても、または含まれなくてもよい。
【００７９】
しかしながら、エンジン１０の低アイドル回転数では、吸気加熱装置３７およびエンジン１０または機械の他の電機部品に電力をもたらすオルタネータは、十分な動力をもたらすことができない可能性がある。それゆえ、ある程度まで、かつ必要なときに、吸気加熱装置３７のみを起動する戦略が必要とされる。従って、吸気加熱装置３７は、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って起動され得る。吸気温度および燃料消費量を使用して、吸気加熱装置３７の所与の使用において得られる生の排気物４１の温度を予測する。次いで、吸気加熱装置３７は、所望の生の排気物４１の温度を達成するのに必要な程度までのみ、起動される。吸気温度は、吸気マニホールド温度センサー８２によって決定され得る。燃料消費値は、多量の空気流および燃焼熱が変化して生の排気物４１の温度に対して影響を与えるときに、エンジン１０の負荷または回転数−トルクに基づいて補正され得る。
【００８０】
別の実施形態では、吸気加熱装置戦略２６０および吸気加熱装置３７は必須でなくてもよい。吸気加熱装置戦略２６０および吸気加熱装置３７は、周囲温度が非常に低いときにのみ（例えば摂氏マイナス２５度未満）、または、エンジン１０の低いアイドリングまたは負荷が低い状態で動作することが多いアプリケーションにのみ、必要とされ得る。
【００８１】
他の別の実施形態では、エンジン１０のアイドル回転数も、第２の動作モード１０２の期間中に増加する。エンジン１０のアイドル回転数はまた、予め決められた値または閾値の周囲温度を下回る環境（例えば、摂氏０度未満）において増加し得る。環境の周囲温度は、新鮮な空気取り入れ口温度センサー７５によって決定され得る。他の実施形態では、新鮮な空気取り入れ口温度センサー７５は含まれなくてもよく、環境の温度は、エンジン１０の始動時、エンジン１０が温まる前に、他の温度センサーによって決定され得る。
【００８２】
他の別の実施形態はまた、第２の動作モード１０２の一部として、エンジン１０への１つ以上の寄生負荷の使用を含んでもよい。エンジン１０への負荷は、ウォータポンプ、空調装置、液圧ポンプ、発電機、ファン、暖房装置、コンプレッサ、ライト、またはエンジン１０からエネルギーを引き出す任意の他のシステムを起動させることによって、増加し得る。ＳＣＲシステムが用いられる場合、第２の動作モード１０２が生じる高レベルのＮＯｘを考慮して、還元剤の供給量を、第２の動作モード１０２を起動させるまでおよび／または第２の動作モード１０２の起動中に増加する。
【００８３】
制御システム１００の態様をさらに説明するために、図５、図６、および図７は、図３からの限界回転数−トルク曲線１０５の、時間に応じた表示を含む。簡単にするために、図５、図６、および図７は、限界回転数−トルク曲線１０５を平らな線として示し、かつ限界回転数−トルク曲線１０５と比較したエンジン１０の回転数およびトルクを表す線も含む。このように、図５、図６、および図７は、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を上回るおよび下回る時間を示す。
【００８４】
図５は、制御システム１００が遅延期間１０９も含むことを示す。遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を上回りかつエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回っているにもかかわらず、第２の動作モード１０２が起動されていない状態での遅延である。従って、第１の動作モード１０１は、遅延期間１０９の期間中、アクティブである。
【００８５】
第２の動作モード１０２の起動は、応答性および性能に悪影響を及ぼすことがある。それゆえ、第２の動作モード１０２の起動は、エンジン１０の回転数およびトルクの増加が起こりうるときには、回避する必要があり得る。エンジン１０の回転数およびトルクの増加は、エンジン１０の回転数およびトルクの低下の直後に続くことが多い。例えば、操作者および機械は、仕事を完了した後、別のアクションの開始またはギヤの切り替え前に、休止することが多い。
【００８６】
図５に示すように、遅延期間１０９を使用して、この休止期間中にエンジンを第１の動作モード１０１に保つことによって、エンジン１０による過渡応答を改善してもよい。このように、遅延期間１０９は、これらの休止が第２の動作モード１０２の起動直後であるために、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５超に戻る見込みを減らすのに役立つ。遅延期間１０９は、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５超に戻ると、終了する。
【００８７】
遅延期間１０９はまた、ゼロ超の、予め決められた時間または閾値時間後に終了する。一実施形態では、遅延期間１０９は約３０秒とし得る。他の実施形態では、遅延期間１０９は０〜５０秒、１０秒超、または５０秒未満とし得る。遅延期間の長さは、経験した作業条件に基づいて規定されるので、著しく変動し得る。
【００８８】
図６はまた、遅延期間１０９の長さが、同様に煤負荷のレベルに基づいて変化し得ることを示す。図６の煤負荷は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５未満に落ち込んでいるとき、図５よりも高い。煤負荷が高いために、発生し得るエンジン１０の回転数およびトルクの増加に応答性をもたらすよりも、ＤＰＦ５４の再生が重視される。それゆえ、遅延期間１０９の長さは短縮される。遅延期間１０９の長さは、煤負荷に応じてスライド式に短縮され得る。
【００８９】
一実施形態では、遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を１０％超だけ上回って増加した後、約３秒まで短縮され得る。他の実施形態では、遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を１０％超だけ上回って増加した後、１〜３０秒、１〜７秒、３秒超、３秒未満、またはゼロ秒まで短縮され得る。遅延期間１０９の長さはまた、機械の実装ステータス、機械の歯車、エンジン１０のアイドリング、または操作者の存在に基づいて、変化し得る。
【００９０】
遅延期間１０９は、全ての再生戦略２００に適用してもよいし、または用いる再生戦略２００の一部分にのみ適用してもよい。一実施形態では、遅延期間１０９は、背圧弁戦略２１０にのみ適用される。制御システム１００の一部の実施形態はまた、遅延期間１０９または変化する遅延期間１０９を含まなくてもよい。
【００９１】
図５はまた、制御システム１００が移行期間１１０を含み得ることを示す。移行期間１１０は、第１の動作モード１０１に滑らかに移行して戻るために、第２の動作モード１０２の最後に追加してもよい。移行期間１１０はまた、他のエンジン１０の校正または動作モードの変更間に追加されてもよい。
【００９２】
移行期間１１０の期間中、再生戦略２００は、第２の動作モード１０２から第１の動作モード１０１に戻るようにゆっくりと変化する。このゆっくりとした変化は、変化中に操作者が気づく騒音、振動、および／または性能における変化を小さくし得る。
【００９３】
一実施形態では、移行期間１１０は背圧弁戦略２１０に適用してもよい。第２の動作モード１０２の期間中、背圧弁４４は少なくとも部分的に閉成されている。背圧弁４４を直ぐに開放すると、圧力がすぐに解放されるため、負荷騒音および発生し得る振動の原因となり得る。それゆえ、移行期間１１０の期間中、背圧弁４４はゆっくりと開放されて、圧力をゆっくりと解放し得る。この圧力のゆっくりとした解放は、エンジン１０が第１の動作モード１０１に戻るときに経験されるものよりも騒音および振動を低減させる。
【００９４】
背圧弁４４の動きの速度はかなり変動するが、一例では、背圧弁４４は、移行期間１１０の期間中、４〜５秒の時間で十分な動きを達成するような速度で動いてもよい。他の実施形態では、背圧弁４４は、１〜１０秒、３〜６秒、５秒超、２秒超、または１秒超で十分な動きを達成するような速度で動いてもよい。背圧弁４４が動く速度は、伴う背圧、質量空気流、および許容可能な圧力解放速度に依存して変動し得る。
【００９５】
図６から分かるように、この移行期間１１０、および背圧弁４４のゆっくりとした動きは、移行期間１１０がエンジン１０の過渡応答を低下させるため、常に可能なわけではない。エンジン１０に負荷がかけられ、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を超えて第２の動作モード１０２を終了させる場合、第１の動作モード１０１に戻る前に移行期間１１０が含まれることはないか、または含まれる移行期間１１０は限られ得る。この状況では、背圧弁４４は、可能な限り迅速に開放されるか、または移行期間１１０の期間中よりも迅速に開放される。
【００９６】
移行期間１１０がないと、背圧弁４４は、１秒未満の時間で十分な動きを達成し得る。一実施形態では、移行期間１１０が含まれないとき、背圧弁４４は、１５０ミリ秒でその十分な動きの９０％を達成し得る。この迅速な開放によって、排気系４０における迅速な圧力の減圧または圧力の解放が起こり得る。この迅速な圧力の減圧は、ある程度の騒音および発生し得る振動の原因となり得るが、エンジン１０の回転数およびトルクを増加させることによって、ほとんどをマスキングすることができる。他の実施形態では、移行期間１１０の使用は、エンジン１０の回転数およびトルクの変化の速度が速い間は禁止され得る。
【００９７】
図７から分かるように、ＤＰＦ５４の煤負荷が再生活性化煤閾値１０３超に上昇する場合には、追加的な補正措置が取られてもよい。これは、超低温の周囲温度、高い高度、ＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４の硫黄失活（下記で説明する）、エンジン１０の不具合、または意図されたものでないアプリケーションのインストール構成を含め、種々の理由により発生し得る。
【００９８】
煤負荷が、再生活性化煤閾値１０３を上回る、軽い性能低下（ｍｉｌｄ ｄｅ−ｒａｔｅ）煤閾値１１１に達する場合、操作者は警告される可能性が有り、エンジン１０は煤低減校正モード１１２に入る。煤低減校正モード１１２の使用は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５を上回るかまたは下回るかを問わないとし得る。一部の実施形態では、軽い性能低下煤閾値１１１を約１００％とし得る。他の実施形態では、軽い性能低下煤閾値１１１を８０％〜１１０％、９５％〜１０５％、９０％超、または１００％超とし得る。
【００９９】
煤低減校正モード１１２は、ＤＰＦ５４における煤負荷を低減させるために、エンジン１０によって生成される煤の量を低減させる。煤低減校正モード１１２は、第２の動作モード１０２において使用される全ての再生戦略２００を使用しなくてもよい。一実施形態では、煤低減校正モード１１２は、ＥＧＲの流れを低下させるために第１の動作モード１０１によって必要とされているよりも多く、ＥＧＲ弁６５を閉成する。ＥＧＲの流れの減少は燃焼効率を高め、煤を低減させ得る。しかしながら、第１の動作モード１０１の他の態様は、煤低減校正モード１１２によって変更されなくてもよい。
【０１００】
煤低減校正モード１１２はまた、エンジン１０の軽い性能低下モード１１３を含んでもよい。軽い性能低下モード１１３の期間中にエンジンにもたらされる燃料の量は、特定のエンジン（１０）および特定の設置またはアプリケーションに依存して変動し得る。エンジン１０の軽い性能低下モード１１３は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約８５％を伴い得る。他の実施形態では、エンジン１０の軽い性能低下モード１１３は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約５０％〜９５％、７０％〜９０％、または９５％未満を伴い得る。使用される軽い性能低下モード１１３の程度はまた、煤負荷が増加すると、スライド式に増加し得る。
【０１０１】
軽い性能低下モード１１３の期間中のこの燃料量の減少はまた、エンジン１０の回転数を低下させ、かつ、エンジン１０の回転数およびトルクを限界回転数−トルク曲線１０５の下で動かすのを助ける（負荷に依存する）。エンジン１０の回転数−トルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、第２の動作モード１０２を使用してもよい。
【０１０２】
煤負荷が、軽い性能低下煤閾値１１１を超える完全な性能低下（ｆｕｌｌ ｄｅ−ｒａｔｅ）煤閾値１１４に達する場合、操作者は再び警告される可能性が有り、エンジン１０は完全な性能低下モード１１５に入る。上述の煤低減校正モード１１２は、使用してもまたは使用しなくてもよい。完全な性能低下モード１１５の使用は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５を上回るかまたは下回るかを問わないとし得る。一部の実施形態では、完全な性能低下煤閾値１１４を約１２０％とし得る。他の実施形態では、完全な性能低下煤閾値１１４を９０％〜１４０％、１１５％〜１２５％、１００％超、または１２０％超とし得る。
【０１０３】
完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約５０％を伴い得る。他の実施形態では、エンジン１０の完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約２０％〜８０％、４０％〜６０％、または７０％未満を伴い得る。
【０１０４】
軽い性能低下モード１１３のように、完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０の回転数を低下させ、かつエンジン１０の回転数およびトルクを限界回転数−トルク曲線１０５の下で動かすのを助け得る（負荷に依存する）。エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、第２の動作モード１０２を使用してもよい。
【０１０５】
煤負荷が、完全な性能低下煤閾値１１４を上回る停止煤閾値１１６に達する場合、エンジン停止事象１１７が発生し得る。一部の実施形態では、停止煤閾値１１６を約１４０％とし得る。他の実施形態では、停止煤閾値１１６を１１０％〜１６０％、１２５％〜１５５％、１１０％超、または１４０％超とし得る。
【０１０６】
第２の動作モード１０２が、予め決められた値または閾値よりも、または予想よりも頻繁に使用されている場合には、操作者が同様に警告を受け取ってもよいしおよび／またはエンジン１０の性能低下とし得る。
【０１０７】
煤負荷センサー７３は、所定の後処理温度未満には校正されない。エンジン１０が長期間、この後処理温度未満で動作している場合、制御システム１００は一時的に第１の動作モード１０１を修正して後処理温度を上昇させ、煤負荷センサー７３から読み取り値を得てもよい。煤負荷センサー７３が故障している場合、ＤＰＦ５４の煤負荷は、常に再生活性化煤閾値１０３を上回りかつ軽い性能低下煤閾値１１１を下回っていると仮定されてもよい。
【０１０８】
所定の実施形態では、第２の動作モード１０２は、エンジン１０の始動後のエンジン１０の暖機中に無効にされてもよい。第２の動作モード１０２は、始動後の、または始動後に予め決められたまたは閾値の冷却剤またはオイルの温度に達するまで、予め決められた時間または閾値時間、無効にされてもよい。燃焼性は、エンジン１０の始動後かつエンジン１０の暖機前は劣っていることが多い。第２の動作モード１０２の起動は、燃焼性をさらに低下させ得る。
【０１０９】
図８は、制御システム１００が炭化水素除去校正モード１１８を同様に含んでもよいことを示す。エンジン１０の排気物はまた、炭化水素（ＨＣ）を含有していることが知られており、その炭化水素は、触媒のライトオフ温度未満の温度で後処理系５０において捕集され得る。ほとんどの炭化水素はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４を通過するが、一部は触媒に捕集または蓄積され得る。炭化水素は、蓄積可能な場合、エンジン１０の回転数およびトルクが増加しかつ高い排気流が発生するときに、白煙を生成する。
【０１１０】
炭化水素除去温度１１９超では、炭化水素を後処理系５０から除去できる。この炭化水素除去温度１１９超では、炭化水素は、二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とを生成するように反応する。炭化水素除去温度１１９は摂氏約１８０度とし得る。
【０１１１】
第２の動作モード１０２が起動されると、炭化水素除去温度１１９よりもはるかに高い温度に達するため、第２の動作モード１０２が起動されると炭化水素は除去される。炭化水素はまた、エンジン１０の回転数およびトルクによって後処理温度が炭化水素除去温度１１９を超えることになるときはいつでも、除去される。
【０１１２】
しかしながら、後処理温度が長い間炭化水素除去温度１１９を超えず、かつ第２の動作モード１０２をトリガするのに十分な煤負荷をＤＰＦ５４に発生させるために、エンジン１０によって十分な煤が生成されないときがある。これは、エンジン１０が長い間低いアイドルでまたは低負荷下で運転している場合に発生し得る。これらの時間の期間中、炭化水素除去校正モード１１８を使用してもよい。
【０１１３】
炭化水素除去校正モード１１８は第２の動作モード１０２と同様とし得る。しかしながら、炭化水素除去校正モード１１８は、第２の動作モード１０２と同じ高さの温度に到達する、またはＤＰＦ５４の再生に必要なＮＯｘ／煤レベルを得る必要はない。それゆえ、炭化水素除去校正モード１１８が用いる戦略は少なくなり、および／または炭化水素除去校正モード１１８が戦略を用いる程度は第２の動作モード１０２よりも小さくなり得る。例えば、炭化水素除去校正モード１１８は、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差を、第２の動作モード１０２が必要とするよりも０％〜７０％少なくしか含まなくてもよい。
【０１１４】
制御システム１００はまた、硫黄失活を検出するために硫黄検出ルーチン３００を含んでもよい。硫黄失活は、低または超低硫黄燃料２１を使用することによって回避または低減し得る。硫黄検出ルーチン３００は、硫黄失活が発生した時点を検出するので、低硫黄燃料が使用されなかったことを表示し得る。
【０１１５】
図９から分かるように、硫黄検出ルーチン３００は、再生前校正モード３０１で、続いて硫黄除去校正モード３０２で、その後再生後校正モード３０３で動作するエンジン１０を含む。再生前校正モード３０１、および再生後校正モード３０３は、第２の動作モード１０２と同じ再生戦略２００を実質的に供し得る。一実施形態では、再生前校正モード３０１および／または再生後校正モード３０３は、第２の動作モード１０２と同一である。硫黄除去校正モード３０２、または硫黄除去校正モード３０２の変形例はまた、硫黄を除去するために、硫黄検出ルーチン３００とは無関係に単独で使用してもよい。再生戦略２００以外の戦略も硫黄検出ルーチン３００によって使用され得る。例えば、硫黄検出ルーチン３００の所望の後処理温度は、他のエンジン１０の運転パラメーター、燃料バーナ、電気ヒータ、炭化水素ドーシング、および他の技術に影響を与えることによって、達成し得る。
【０１１６】
煤負荷センサー７３は、この硫黄検出ルーチン３００の期間中に煤を測定し、および制御装置７１は、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４が硫黄によって失活されたかどうかを決定する。硫黄失活はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の性能に影響を与える。燃料２１の硫黄は、燃焼中にＳＯ２を生成する。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４上の触媒は、ＳＯ２を酸化させてＳＯ３を生成し、それが、貴金属触媒に蓄積される。硫黄はまた、ウォッシュコートにも蓄積される。
【０１１７】
ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４に蓄積された硫黄は、反応部位をマスキングし、触媒反応の効率を低下させ、それによりＮＯ２の生成を減らす。ＮＯ２の生成が減ることによって、煤が燃える割合も減る。このように煤の燃える割合が減るために、ＤＰＦ５４は、限界回転数−トルク曲線１０５を上回って再生できなくなり得る。それゆえ、第２の動作モード１０２がより頻繁に必要となり得る。硫黄失活はまた、第２の動作モード１０２が無効となる原因となり得る。摂氏３００度超の後処理温度を使用して、反応部位を回復させ、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４から硫黄を追い出してもよい。
【０１１８】
第２の動作モード１０２が頻繁に使用されるかまたはＤＰＦ５４が再生できない場合、硫黄検出ルーチン３００を使用して、原因が、パワー系統１における別の故障ではなく燃料中の硫黄であるかを決定してもよい。そのような故障は、失活したＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４、または第２の動作モード１０２を無効にする別のパワー系統１の構成部品の故障を含み得る。
【０１１９】
図９は、硫黄検出ルーチン３００の期間中の温度プロファイルを示す。硫黄検出ルーチンを開始するために、ＤＰＦ５４は、ある程度の煤負荷を必要とする。その煤負荷の程度は、８０％超とする。他の実施形態では、９０％超の煤負荷を必要とし得る。操作者または保守技術員が硫黄検出ルーチン３００を開始して、保守ルーチンの一部として行ってもよい。他の実施形態では、硫黄検出ルーチン３００を自動で行ってもよい。
【０１２０】
硫黄検出ルーチン３００は再生前校正モード３０１から始まる。再生前校正モード３０１の期間中、目標再生温度１０８および再生ＮＯｘ／煤比１０７は、ＤＰＦ５４を再生するための第２の動作モード１０２に関して上述の通り達成される。
【０１２１】
硫黄除去校正モード３０２の期間中、後処理温度は、脱硫酸温度３０５まで上昇する。脱硫酸温度３０５は、目標再生温度１０８よりも高く、摂氏３００〜５００度とし得る。一実施形態では、脱硫酸温度３０５は摂氏４００〜４５０度とし得る。
【０１２２】
硫黄除去校正モード３０２は、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の硫黄の全てまたは一部を除去する時間、実行され得る。温度は、吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との間の差および／または後処理入口温度センサー７４によって制御し得る。摂氏５００度超の後処理温度に達する場合、ＤＯＣ５３は、上述の通り、パラジウムまたは別の高温安定剤が添加されない限り、損傷を受け得る。硫黄検出ルーチン３００がほとんど使用されず、比較的短時間で脱硫酸温度３０５に達するため、脱硫酸温度３０５は上述の最高後処理温度を上回る。
【０１２３】
一部の実施形態では、戦略を使用して、硫黄除去校正モード３０２の期間中にＮＯｘ／煤比３０７の低下を達成するために、ＮＯｘ／煤比ではなく排気温度を最大にしてもよい。このＮＯｘ／煤比３０７の低下は、再生の速度をゆっくりにし、全ての煤が硫黄除去校正モード３０２の期間中に除去されないようにし得る。一実施形態では、低下したＮＯｘ／煤比３０７は３５／１未満である。
【０１２４】
次に、ＤＰＦ５４を再生するために、上述の通り再生後校正モード３０３の期間中に後処理温度は目標再生温度１０８まで低下し、かつ再生ＮＯｘ／煤比１０７が達成され、摂氏２００〜４００度の目標再生温度１０８が達成される。
【０１２５】
再生後校正モード３０３は、予め決められた時間または閾値時間実行されてもよいし、または再生失活煤閾値１０６を達成した後にのみ終了してもよい。一実施形態では、再生前校正モード３０１および再生後校正モード３０３はそれぞれ約３０分実行されてもよい。硫黄除去校正モード３０２は、相当量の硫黄を除去するのに十分な予め決められた時間または閾値時間実行されてもよい。一実施形態では、硫黄除去校正モード３０２は、３０〜６０分実行されてもよい。他の実施形態では、硫黄除去校正モード３０２は、３０分未満実行されてもよい。
【０１２６】
図９はまた、硫黄検出ルーチン３００の期間中の、硫黄失活のない煤負荷プロファイル、および硫黄失活のある煤負荷プロファイルを示す。硫黄検出ルーチン３００は、再生前校正モード３０１中のプレ煤除去速度３０９と、再生後校正モード３０３中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よりも著しく早いまたは大きい場合、硫黄失活が発生したと判断される。
【０１２７】
他の実施形態では、硫黄除去校正モード３０２の期間中の煤除去の速度の変化を使用して、硫黄失活を検出する。硫黄失活が発生した場合、煤除去の速度は、時間が経つにつれて、硫黄が除去されるにつれて、速くなる。他の実施形態はまた、第２の動作モード１０２の期間中の速度を、予想速度と比較するが、これらの比較は、他の制御されていない変化のゆえに正確ではない可能性がある。
【０１２８】
煤負荷センサー７３は、第２の動作モード１０２の使用をＤＰＦ５４の再生の実用的な方法にするために、高レベルの解像度、応答性、および／または正確さを必要とし得る。煤負荷センサー７３は、煤負荷の広範な動作範囲にわたって動作する能力を必要とし得る。例えば、圧力差煤負荷センサーは、高い負荷でのみ動作するので、９０％の再生活性化煤閾値１０３では第２の動作モード１０２をトリガするのに、または８０％の再生失活煤閾値１０６では第２の動作モード１０２を終了させるのに十分ではないとし得る。圧力差煤負荷センサーはまた、高いエンジン１０の回転数およびトルクまたは排気質量空気流でのみ動作するので、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５未満のときに第２の動作モード１０２をトリガするのに十分ではないとし得る。酸化モデルは、再生間の間隔が長くなる可能性があるときに必要とされる正確さのレベルを提供しない可能性がある。応答性および正確な煤負荷センサー７３はまた、再生の速度を決定および比較するために硫黄検出ルーチン３００によって必要とされる。
【０１２９】
ＲＦセンサーが、煤負荷センサー７３によって必要とされる解像度、応答性、および正確さのレベルを提供し得る。しかしながら、本開示は、圧力差煤負荷センサーおよび酸化モデルを含め、多種多様な煤負荷センサー７３を用いられ得ることを考慮する。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
上述の説明では、複数の異なるアイテムを説明している。排気物を生成するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料系と、排気物を処理する後処理系と、制御装置とを含むパワー系統が説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、燃料系によるエンジンの燃料噴射圧力を高める。制御装置は、追加的なパワー系統運転パラメーターを変更して排気物の温度を上昇させ、摂氏２００度超の後処理温度を達成する。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送る排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでいて、背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると少なくとも部分的に閉成するようにしてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでいて、排気ガス再循環バルブは、背圧弁が少なくとも部分的に閉成したときに、部分的に閉成するようにしてもよい。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットのタイミングを変更してもよい。燃料系はまた主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加してもよい。制御装置は、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの燃料噴射圧力または燃料レール圧力を高めてもよい。
【０１３１】
排気物を生成するエンジンと、排気物を処理する後処理系と、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、パワー系統の運転パラメーターを変更して、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超に上昇させる。制御装置はまた、パワー系統の運転パラメーターを変更して排気物の温度を上昇させ、摂氏２００度超の後処理温度を達成する。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高める。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送る排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、背圧弁を少なくとも部分的に閉成する。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでもよく、制御装置は、背圧弁が少なくとも部分的に閉成すると、排気ガス再循環バルブを閉成する。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットのタイミングを変更してもよい。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加してもよい。制御装置は、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの運転パラメーターを変更してもよい。
【０１３２】
エンジン、燃料系、後処理系、および制御装置を含むパワー系統も説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換するように構成された酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するように構成されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するように構成されたセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高めるように構成されている。さらに、制御装置は、追加的なパワー系統の運転パラメーターを変更して、摂氏２００度超の後処理温度を達成するように構成されてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送るように構成された排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでもよい。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、少なくとも部分的に閉成するように構成されてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させるように構成された排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでもよい。排気ガス再循環バルブは、背圧弁が少なくとも部分的に閉成すると、閉成するように構成されてもよい。燃料系は、主燃料ショットを噴射するように構成されてもよく、および制御装置は、主燃料ショットのタイミングを変更し、かつパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加するように構成されてもよい。制御装置はまた、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高めるように構成されていてもよい。
【０１３３】
エンジンによって生成される排気物中のＮＯｘ／煤比を、少なくともある程度エンジンの燃料噴射圧力を高めることによって、３５／１超に一時的に上昇させる方法も説明されている。この方法はまた：排気管に配置された背圧弁を閉成すること、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること、エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射をエンジンに噴射する燃料噴射のタイミングを変更すること、および主噴射の前後いずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの１つ以上を含んでもよい。排気物中のＮＯｘ／煤比はまた、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回りかつ排気物を受けるパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、上昇し得る。排気物の温度は、排気物中のＮＯｘ／煤比が上昇すると、摂氏２００度超の後処理温度を達成するように、上昇し得る。ＮＯｘ／煤比はまた、５０／１超に上昇する。
【０１３４】
排気物を生成するエンジンと、排気物を処理し、かつエンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含む後処理系と、硫黄検出ルーチンを実行するように構成された制御装置であって、硫黄検出ルーチンは、再生前校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にし、かつ再生前校正モードに続いて硫黄除去校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にする、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。後処理系は、フィルタの上流に、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を含む。硫黄検出ルーチンは、硫黄除去校正モードに続いて再生後校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にするようにしてもよい。パワー系統はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーを含んでもよい。センサーからの読み取り値を使用して、酸化触媒およびパティキュレートフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活したことを示してもよい。再生前校正モードおよび再生後校正モードは、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超にし得る。再生前校正モード、硫黄除去校正モード、および再生後校正モードは、以下の戦略：エンジンの燃料噴射圧力を高めること、排気管に配置された背圧弁を部分的に閉成すること、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること、エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンに噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの少なくとも１つを含んでもよい。再生前校正モードの期間中の煤除去の速度を、再生後校正モードの期間中の煤除去の速度と比較して、酸化触媒およびパティキュレートフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活されたことを示してもよい。再生前校正モードは、硫黄除去校正モードの直前に実施してもよく、再生後校正モードは、硫黄除去校正モードの直後に実施してもよい。再生前校正モード、硫黄除去校正モード、および再生後校正モードは、予め決められた時間実施されてもよい。硫黄検出ルーチンは、操作者によってトリガされ得る。硫黄検出ルーチンは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が、硫黄検出ルーチンの期間中に全ての煤が除去されないようにするのに十分なとき、動作可能にされてもよい。
【０１３５】
排気物を生成するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料系と、排気物を処理し、かつエンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含む後処理系と、硫黄検出ルーチンを実行するように構成された制御装置とを含むパワー系統も説明されている。制御装置は、硫黄除去校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にし、硫黄除去校正モードに続いて再生後校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にする。後処理系はまた、フィルタの上流に、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含んでもよい。センサーからの読み取り値を使用して、酸化触媒およびフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活したことを示してもよい。
【０１３６】
エンジンからの排気物を処理する後処理系中の硫黄を検出する方法も説明されている。この方法は、硫黄除去後のパティキュレートフィルタの再生速度を、硫黄除去前のパティキュレートフィルタの再生速度と比較することを含む。この方法は、排気物の温度を上昇させることによって硫黄を除去して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にすることを含んでもよい。パティキュレートフィルタの再生は、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超に上昇させること、および排気物の温度を上昇させて後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にすることを含んでもよい。パティキュレートフィルタの再生はまた、以下の戦略：エンジンの燃料噴射圧力を高めること；排気管に配置された背圧弁を部分的に閉成すること；エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること；エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンへ噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの少なくとも１つを含んでもよい。この方法は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が、硫黄の除去中に全ての煤を除去しないようにするのに十分であるとき、動作可能にされてもよい。
【０１３７】
排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えて、パティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統であって、第１の動作モードと第２の動作モードとの間の移行が、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値に対して変化するときに、エンジンにかかる負荷が変化するときよりもゆっくりとした速度で発生する、パワー系統についても説明されている。第２の動作モードは、再生バルブを起動させることを含んでもよく、再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値に対して変化するときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で起動させてもよい。第２の動作モードから第１の動作モードへ戻る移行は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で発生し得る。第２の動作モードは再生バルブを閉成することを含んでもよく、再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で開放し得る。再生バルブは、排気物を送る排気管に配置された背圧弁とし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、１秒超開放してもよく、背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、１秒未満開放してもよい。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、２秒超開放してもよく、背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、１秒未満開放してもよい。
【０１３８】
排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、背圧弁を第１の条件下で第１の速度で起動しかつ背圧弁を第２の条件下で第１の速度よりも速い第２の速度で起動する制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。背圧弁は、背圧弁がもはや必要とされなくなった後に第１の速度で起動し、かつ背圧弁がエンジンに要求されるパワーを抑制するときに第２の速度で起動し得る。パワー系統はまた、排気物中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含み、背圧弁は、パティキュレートフィルタを再生するために使用される。背圧弁は、パティキュレートフィルタの再生をもはや必要となくなったら、もはや必要でないとし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタを再生するために閉成し、かつ第１または第２の速度のいずれかで開放し得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、第１の速度で開放してもよく、および背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、第２の速度で開放してもよい。第１の速度は背圧弁を１秒超起動してもよく、第２の速度は背圧弁を１秒未満起動してもよい。
【０１３９】
パワー系統を制御する方法であって、パワー系統を第１の動作モードで動作させること、パワー系統を第２の動作モードで動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援すること、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、パワー系統を、第１の期間にわたって第２の動作モードから第１の動作モードへ移行させること、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量を超えて増大するのに応答して、パワー系統を、第１の期間よりも短い第２の期間にわたって第２の動作モードから第１の動作モードへ移行させることを含む方法についても説明されている。第２の動作モードは再生バルブを起動することを含んでもよく、および再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって起動してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって再生バルブを起動する。第２の動作モードは再生バルブを閉成することを含んでもよく、および再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって開放してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって開放してもよい。再生バルブは、排気管に配置された背圧弁とし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって開放してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって開放してもよい。パワー系統は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後およびパワー系統にかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値の量よりも少ない量であるとき、第２の動作モード下で動作し得る。
【０１４０】
排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、エンジンにかかる負荷の変化、およびエンジンにかかる負荷の変化後経過した、ゼロ超の閾値時間に応答して、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてパティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。制御装置は、エンジンにかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値よりも低い値に低下すると、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてもよい。制御装置はまた、エンジンにかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値よりも低い値に低下しかつパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値超であると、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてもよい。第２の動作モードはまた、再生バルブを閉成することを含んでもよい。再生バルブは、排気物を送る排気管に配置された背圧弁とし得る。第２の動作モードは：エンジンの排気管に配置された背圧弁を閉成すること；エンジンの燃料噴射圧力を高めること；エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること；エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンに噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの１つ以上を含んでもよい。閾値時間は１０秒を超えてもよい。閾値時間はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が上昇すると、短くなってもよい。閾値時間は１０秒を超えてもよく、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合には、１０秒未満まで短くなってもよい。
【０１４１】
排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、エンジン負荷の変化後に背圧弁の動作を遅延させる制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。背圧弁の動作は、１０秒超の期間遅延されてもよい。制御装置は背圧弁を動作させて、排気管に配置されたパティキュレートフィルタを再生してもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後に、背圧弁を動作させてもよい。背圧弁の動作は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えて上昇すると短くなる期間、遅延してもよい。背圧弁の動作はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内である場合、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合、１０秒未満の期間、遅延してもよい。
【０１４２】
エンジンと、排気管と、排気管に配置された背圧弁と、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。制御装置は、エンジン負荷の変化後に、背圧弁の動作を遅延させるように構成されている。制御装置は、１０秒超の期間、背圧弁の動作を遅延させるようにさらに構成されてもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後、背圧弁を動作させて、排気管に配置されたパティキュレートフィルタを再生させるように構成されてもよい。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えて上昇するにつれ短くなる期間、背圧弁の動作を遅延させるようにさらに構成されてもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内の場合には、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合、１０秒未満の期間、背圧弁の動作を遅延させるように構成されてもよい。
【０１４３】
パワー系統を制御する方法であって、第１の動作モード下でパワー系統を動作させること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出すること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出後、ゼロ超の閾値時間の間待機することと、および閾値時間の待機後に、第２の動作モード下でパワー系統を動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援することを含む方法も説明されている。この方法はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量を検出すること、および閾値時間の待機後、および煤の量が閾値超であることを検出後に、第２の動作モード下でパワー系統を動作させることを含んでもよい。閾値時間は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内である場合、１０秒超としてもよく、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合には、１０秒未満まで短くなってもよい。パワー系統にかかる負荷の変化は、現在のエンジン回転数に対する閾値の量を下回る負荷の減少とし得る。第２の動作モードは、排気管に配置された背圧弁を閉成することを含んでもよい。
【０１４４】
本明細書で説明した本開示の実施形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく組み込まれ得るが、当業者には、種々の修正および変形をなすことができることが明白である。当業者には、本明細書を考慮しかつ本開示を実施することから他の実施形態が明白である。本明細書および例は、例示としてのみ考慮され、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物に示されるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジン排気後処理系に関し、より詳細には、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
後処理系は、ディーゼルパティキュレートフィルタを含み、ディーゼルパティキュレートフィルタは、再生する必要があり、かつ硫黄によって失活され得る。（特許文献１）には、排気ガスの温度を限界温度超にもたらすエンジンの負荷および回転数を変更するエンジン制御システムが説明されている。
【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】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、エンジンにかかる負荷の変化、およびエンジンにかかる負荷の変化後に経過したゼロ超の閾値時間に応答して、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてパティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統が説明されている。
【０００５】
別の態様では、排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、エンジン負荷の変化後に背圧弁の動作を遅延させる制御装置とを含むパワー系統が説明されている。
【０００６】
さらに別の態様では、パワー系統を制御する方法であって、パワー系統を第１の動作モード下で動作させること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出すること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出した後、ゼロ超の閾値時間の間待機すること、および閾値時間の待機後に、パワー系統を第２の動作モード下で動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援することを含む方法が説明されている。
【０００７】
本開示の他の特徴および態様は、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】パワー系統の線図である。
【図２】第１の動作モードおよび第２の動作モードの期間中のディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図３】エンジン回転数−トルクマップ、および限界回転数−トルク曲線のグラフ表示であり、この限界回転数−トルク曲線を下回ると第２の動作モードが付勢される。
【図４】第２の動作モードで使用される戦略のブロック図である。
【図５】遅延期間および移行期間を示す、ディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図６】遅延期間および移行期間を示す、ディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況のグラフ表示である。
【図７】閾値を超えるディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤の負荷状況およびエンジンの応答を示すグラフ表示である。
【図８】炭化水素除去校正モードの期間中のディーゼルパティキュレートフィルタにおける炭化水素レベルのグラフ表示である。
【図９】硫黄検出ルーチンの期間中の温度プロファイルおよび煤負荷プロファイルのグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１から分かるように、パワー系統１は、エンジン１０および複数の他のシステムを含む。これらのシステムは、燃料系２０、吸気系３０、排気系４０、後処理系５０、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置６０、および電気系統７０を含む。パワー系統１は、図示しない他の機能、例えば冷却系、周辺部品、駆動伝達系部品などを含んでもよい。
【００１０】
エンジン１０は、パワー系統１のための動力を生み出す。エンジン１０は、ブロック１１、シリンダー１２、およびピストン１３を含む。ピストン１３はシリンダー１２内で往復運動して、クランクシャフトを駆動する。エンジン１０は、任意のタイプのエンジンとし（内燃機関、ガス、ディーゼル、ガス燃料、天然ガス、プロパンなど）、任意の数および任意の形態（「Ｖ字」、直列、ラジアルなど）のシリンダーを備える任意のサイズとし得る。エンジン１０を使用して、オンハイウェイ（ｏｎ−ｈｉｇｈｗａｙ）用のトラックまたは車両、オフハイウェイ用のトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙応用、機関車応用、海洋応用、ポンプ、固定設備、または他のエンジンを動力源とする応用を含め、任意の機械または他の装置に動力を供給してもよい。
【００１１】
燃料系２０は、燃料２１をエンジン１０に送る。燃料系２０は、燃料タンク２２、送油経路２３、燃料ポンプ２４、燃料フィルタ２５、燃料レール２６、および燃料噴射装置２７を含む。燃料タンク２２は燃料２１を含み、送油経路２３が燃料タンク２２から燃料レール２６へ燃料２１を送る。燃料ポンプ２４は、燃料タンク２２から燃料２１を汲み上げて、燃料レール２６へ燃料２１を移す。一部の実施形態では、２つ以上の燃料ポンプ２４を、下流燃料ポンプ２４が上流燃料ポンプ２４よりも高い圧力性能を有する状態で、使用してもよい。燃料２１はまた、燃料２１を清浄にする１つ以上燃料フィルタ２５を通過してもよい。
【００１２】
燃料２１は、燃料レール２６を経由して燃料噴射装置２７まで移動し、燃料２１は、対応する燃料噴射装置２７を経由して各シリンダー１２まで送られる。燃料噴射装置２７は、噴射を送るためにソレノイドまたは圧電バルブを含んでもよい。燃料レール２６は、燃料ポンプ２４が動作することによって加圧される。燃料ポンプ２４は、燃料ポンプ２４の圧縮比を制御する斜板２８を含み得る。斜板２８の変更または燃料ポンプ２４の動作の他の変更を使用して、燃料レール２６における燃料２１の圧力を変動させることができ、それゆえ、エンジンの燃料噴射圧力を変更できる。燃料系２０は、上記では共通のレール式の燃料系として説明したが、他の実施形態は、他の燃料系、例えばユニット式の噴射装置などに適合されてもよい。
【００１３】
吸気系３０はエンジン１０に新鮮な吸気３１を送る。吸気系３０は、送気管３２、エアクリーナ３３、コンプレッサ３４、吸気冷却装置３５、吸気バルブ３６、吸気加熱装置３７、および吸気マニホールド３８を含む。新鮮な吸気３１は送気管３２から吸い込まれて、シリンダー１２に入る。新鮮な空気３１は、まず、エアクリーナ３３を経て引き込まれ、コンプレッサ３４によって圧縮され、次に、吸気冷却装置３５によって冷却される。その後、新鮮な空気３１は、吸気バルブ３６および吸気加熱装置３７を通過し得る。次いで、新鮮な空気３１は、吸気マニホールド３８を経由してエンジン１０に送られる。各シリンダー１２に関連したエンジンの吸気バルブを使用して、空気を、燃焼させるためにシリンダー１２に送る。
【００１４】
排気系４０は、エンジン１０からの生の排気物４１を後処理系５０へ送る。排気系４０は、排気マニホールド４２、ターボ過給機（ｔｕｒｂｏ）４３、および背圧弁４４を含む。背圧弁４４は、スマートエンジンブレーキ（ｓｍａｒｔ ｅｎｇｉｎｅ ｂｒａｋｅ）を含め、排気系に配置されたいずれかの制御可能な制限部を含んでもよい。
【００１５】
ターボ過給機４３は、コンプレッサ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４７を含む。タービン４５は、ターボシャフト４６を介してコンプレッサ３４に回転式に接続されている。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バルブ４９を含む。ウェイストゲート通路４８は、タービン４５の上流から下流までをつなぎ、ウェイストゲートバルブ４９はウェイストゲート通路４８の内部に配置される。一部の実施形態では、ウェイストゲート４７は、必須でなくても、含まれなくてもよい。一部の実施形態では、ターボ過給機４３は、非対称的なタービン４５と、ＥＧＲを駆動するために使用し得る別個の排気マニホールド４２とを含み得る。他の実施形態では、ターボ過給機４３は、可変形状タービン４５と、ＥＧＲを駆動するために使用し得る別個の排気マニホールド４２とを含み得る。一部の実施形態はまた、１つ以上の追加的なターボ過給機４３を直列または並列で含み得る。
【００１６】
背圧弁４４は、タービン４５の下流、かつ後処理系５０の上流にある。他の実施形態では、背圧弁４４を、後処理系５０に、排気マニホールド４２に、またはエンジン１０の下流のどこかに配置してもよい。
【００１７】
生の排気物４１は、エンジンの排気弁を通ってエンジン１０から排出され、かつ排気マニホールド４２を通ってタービン４５に送られる。熱い生の排気物４１はタービン４５を駆動し、タービン４５はコンプレッサ３４を駆動して新鮮な吸気３１を圧縮する。ウェイストゲートバルブ４９が開放しているときには、ウェイストゲート通路４８によって生の排気物４１はタービン４５を迂回することができる。ウェイストゲート通路４８を制御してターボ過給機４３の給気圧を調整し、かつ、ウェイストゲートバルブ４９は、閾値の給気圧に達したら開放するように構成し得る。
【００１８】
後処理系５０は生の排気物４１を受け取って精製し、清浄な排気物５１を生成し、それを大気に送る。後処理系５０は、排気管５２、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）５３、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５４（触媒ＤＰＦ５４とし得る）を含む。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４は、図示のような単一のキャニスタ５５に収容しても、または個別のキャニスタに収容してもよい。後処理温度は、キャニスタ５５の内部でのＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の温度を表す。後処理系５０には消音器も含まれていてもよい。
【００１９】
ＤＯＣ５３は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）にする。ＤＯＣ５３は、支持体上に触媒または貴金属コーティングを含む。支持体は、ハニカムまたは他の細長いチャネル構造または他の高表面積形態を有し得る。支持体は、コーディエライトまたは別の好適なセラミックまたは金属から作製し得る。貴金属コーティングは、主に白金で構成し得るが、他の触媒コーティングを使用してもよい。一実施形態では、ＤＯＣ５３の貴金属の負荷は、ＤＯＣ１平方インチ当たり２００〜６００セルで、１立方フィート当たり１０〜５０グラムとし得る。パラジウムコーティングを使用してもよいが、これは必須ではない。なぜなら、これは通常、摂氏５００度超の温度安定性のために使用されるためである。ＤＯＣはまた、ウォッシュコート（ｗａｓｈｃｏａｔ）コーティングを含んで、貴金属コーティングの保持を助け、かつ追加的な反応部位を提供してもよい。ウォッシュコートは、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）ベース、または別の好適な材料をベースとしたものとし得る。
【００２０】
異なるタイプのＤＯＣを、ＤＰＦ５４の異なる再生戦略による異なるタイプの後処理系のために構成する。これらの異なるＤＰＦ５４再生戦略は、低温、ドーシング、および上流加熱を含み得る。現在の後処理系５０のＤＯＣ５３は、ＤＰＦ５４が比較的低温において受動的に再生されるため、低温後処理系ＤＯＣ５３を特徴とし得る。これらの低温ＤＯＣは、必要なＮＯ２生成レベルを達成するために貴金属の高負荷を必要とするが、熱安定性のためにはパラジウムを必要としないことがある。
【００２１】
ドーシングＤＯＣは、必要な発熱反応量を生み出すために貴金属の高負荷を必要とする。これらのドーシングＤＯＣはまた、それに伴い得る温度ゆえに、熱安定性のためにパラジウムを必要とし得る。これらのドーシングＤＯＣの貴金属の総負荷は、上述の低温ＤＯＣの貴金属の負荷と同様とし得る。
【００２２】
上流加熱ＤＯＣは、ＤＰＦ５４の上流にヒータまたはバーナなどの熱源があり、ＤＰＦ５４の再生のために熱をもたらす後処理システムに使用される。これらの上流加熱ＤＯＣは、熱が別の源から来るため、貴金属の高負荷を必要としない。しかしながら、これらの上流加熱ＤＯＣは、高い温度が伴い得るゆえに、熱安定性のためにパラジウムを必要とし得る。摂氏５００度を上回る後処理温度がこれらのシステムに必要とされることが多い。これらの上流加熱ＤＯＣの貴金属の負荷は、ＤＯＣ１平方インチ当たり２００〜４００セルで、１立方フィート当たり５〜２５グラムとし得る。貴金属の負荷が低いために、上流加熱ＤＯＣは、低温またはドーシングＤＯＣよりも安価となり得る。
【００２３】
ＤＰＦ５４は、粒子状物質（ＰＭ）または煤を捕集する。ＤＰＦ５４はまた、触媒または貴金属およびウォッシュコートを含んで、ＤＯＣ５３がＮＯを二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化させるのを助けてもよい。ＤＰＦ５４の触媒は、ハニカムまたは他の細長いチャネルまたは薄壁構造の支持体に被覆される。ＤＰＦ５４の支持体は、ＤＯＣ５３の支持体よりも多孔性であり、および他のすべてのチャネルは、チャネルの半分が入口端部で遮断されかつ半分が出口端部で遮断された状態で、遮断され得る。この多孔性の増大および遮断されたチャネルにより、排気物の壁流が促される。壁流によって、ＤＰＦ５４において煤がフィルタリングおよび捕集されるようにする。
【００２４】
ＤＯＣのように、異なるタイプのＤＰＦは、ＤＰＦ５４の異なる再生戦略による異なるタイプの後処理系のために構成される。例えば、上流加熱後処理システムは、あまり受動的でない再生を必要としているため、全く触媒のないまたは触媒が比較的少量であるＤＰＦを必要としないようにしてもよい。
【００２５】
後処理系５０のバリエーションも可能である。例えば、ＤＯＣ５３を拡大して、ＤＰＦ５４上の任意の触媒の必要性を減少または不要にしてもよい。ＤＰＦ５４を同様に拡大して、被覆される触媒量を増やし、ＤＯＣ５３の必要性を不要にしてもよい。また、触媒のタイプを変更してもよい。触媒はまた、燃料供給装置に加えてもよい。
【００２６】
後処理系５０はまた、選択触媒還元（ＳＣＲ）システムを含んで、ＮＯおよびＮＯ２をＮ２に還元し得る。ＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒において還元剤の供給を加える還元剤系とを含み得る。
【００２７】
ＥＧＲシステム６０は生の排気物４１を吸気系３０に送り、そこで、生の排気物４１は新鮮な空気３１と混合され、混合空気６１が生成される。次いで、混合空気６１はエンジン１０に送られる。生の排気物４１はエンジン１０によって既に燃焼されているため、酸素含有量が少なく、新鮮な空気３１よりも不活性である。それゆえ、エンジン１０による混合空気６１の燃焼は、あまり熱を発生させず、ＮＯｘの生成を抑制する。
【００２８】
ＥＧＲシステム６０は、ＥＧＲ出発点６２、ＥＧＲ管路６３、ＥＧＲ冷却装置６４、ＥＧＲ弁６５、リード弁６６、ＥＧＲ投入口６７、および１つ以上のＥＧＲ混合器６８を含む。ＥＧＲ出発点６２は、排気マニホールド４２とＥＧＲ管路６３とに流体連通している。他の実施形態では、ＥＧＲ出発点６２は、単一のまたは単一セットのシリンダーによって隔離され得る。さらに他の実施形態では、ＥＧＲ出発点６２は、さらに下流に、おそらく後処理系５０の後にまたはその中にあってもよい。ＥＧＲシステム６０はまた、シリンダー内に適合され得る。ＥＧＲ冷却装置６４は、ＥＧＲ出発点６２の下流のＥＧＲ管路６３に配置される。一部の実施形態では、ＥＧＲ冷却装置６４および吸気冷却装置３５を組み合わせてもよい。一部の実施形態はまた、リード弁６６を含まなくてもよい。
【００２９】
ＥＧＲ弁６５は、ＥＧＲ管路６３においてＥＧＲ冷却装置６４の下流に配置される。リード弁６６は、ＥＧＲ管路６３においてＥＧＲ弁６５の下流に配置される。他の実施形態では、ＥＧＲ弁６５および／またはリード弁６６は、ＥＧＲ冷却装置６４の上流に配置してもよい。ＥＧＲ投入口６７は、リード弁６６の下流でＥＧＲ管路６３に流体接続される。ＥＧＲ混合器６８は吸気管路３２まで延在し、生の排気物４１を新鮮な空気３１に投入して混合し、混合空気６１を生成する。一部の実施形態では、リード弁６６およびＥＧＲ混合器６８は、必須でなくても、または含まれていなくてもよい。
【００３０】
電気系統７０は、パワー系統１のセンサーからデータを受信し、そのデータを処理し、およびパワー系統１の複数の構成要素の動作を制御する。電気系統７０は、制御装置７１、ワイヤリングハーネス７２、および複数のセンサーを含む。制御装置７１は、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、または必要なデータを受信、処理、および通信できる別のプロセッサを供し得る。制御装置７１はまた、共に働く複数のユニットを供し得る。制御装置７１は、現在の実施形態に示すものよりも多くのまたはそれよりも少ない構成要素と通信し得るおよび／またはそれらを制御し得る。制御装置７１は、本明細書で説明するように、データを受信しかつパワー系統１の構成要素を制御するように構成またはプログラムされている。
【００３１】
センサーは全て、ワイヤリングハーネス７２を介して制御装置７１に接続されている。他の実施形態では、ワイヤリングハーネス７２の代わりに無線通信が使用され得る。センサーは、煤負荷センサー７３、後処理入口温度センサー７４、空気取り入れ口温度センサー７５、気圧センサー７６、レール燃料温度センサー７７、レール燃料圧力センサー７８、ＥＧＲガス温度センサー７９、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０、ＥＧＲ弁出口圧力センサー８１、吸気マニホールド温度センサー８２、吸気マニホールド圧力センサー８３、およびエンジン回転数センサー８４を含み得る。ＥＧＲ弁位置センサーも含んでもよいし、またはＥＧＲ弁の位置は、公知の指令信号に基づいて判断してもよい。
【００３２】
煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４に負荷をかけている煤の量を表示する。煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４の体積当たりの煤の質量または量に対応する読み取り値を提供する。煤の負荷量は、ＤＰＦ５４に対する煤の最大許容負荷量の何％に当たるかで表し得る。ＤＰＦ５４に対する煤の最大許容負荷は、ＤＰＦ５４における熱事象の可能性が任意の制限値または閾値の量よりも高くなる負荷であると、判断され得る。それゆえ、煤負荷％が１００％を上回ることが可能であるが、これは望ましくない。
【００３３】
煤負荷値は、気圧センサー７６によって決定され得る異なる高度または気圧に対して、補正する必要があり得る。煤負荷値はまた、時間の経過につれたＤＰＦ５４への灰の蓄積も補正する必要があり得る。この補正は、灰の量を推定するモデルまたはセンサーを使用してなされてもよい。煤負荷センサー７３がより正確かつより応答性が良ければ、より正確に１００％の煤負荷値にすることができる。
【００３４】
一実施形態では、煤負荷センサー７３は、無線周波数（ＲＦ）センサーを供し得る。そのようなＲＦセンサーは、ＤＰＦ５４に無線周波数を通過させ、およびＤＰＦ５４における粒子の負荷を表示するものとして減衰周波数を測定する。煤負荷センサー７３はまた、ＤＰＦ５４の内部またはそれ全体にわたる他の状況を、煤負荷を表示するものとして測定し得る。例えば、煤負荷センサー７３は、ＤＰＦ５４全体にわたる圧力差または温度差を測定し得る。煤負荷センサー７３はまた、時間が経つにつれた粒子負荷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を供し得る。
【００３５】
後処理入口温度センサー７４は、後処理系５０に入る生の排気物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ー７４を介して測定され得る。後処理温度はまた、他の方法でも決定され得る。例えば、後処理温度は、エンジンマップ、赤外線温度センサー、上流または下流に配置された温度センサー、または圧力センサーから決定または推定され得る。
【００３６】
空気取り入れ口温度センサー７５は、吸気系３０に入る新鮮な空気３１の周囲温度を測定する。気圧センサー７６は、パワー系統１の環境の気圧を高度の表示として測定する。レール燃料温度センサー７７およびレール燃料圧力センサー７８は、エンジン燃料噴射圧力である燃料レール２６内部の温度および圧力を測定する。ＥＧＲガス温度センサー７９は、新鮮な空気３１と混合さ得る生の排気物４１の温度を測定する。ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０およびＥＧＲ弁出口圧力センサー８１は、ＥＧＲ弁６５のいずれかの側の圧力を測定する。吸気マニホールド温度センサー８２および吸気マニホールド圧力センサー８３は、吸気マニホールド３８内部の温度および圧力を測定する。エンジン回転数センサー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１０の構成部品の回転数を測定することによって、エンジン１０の回転数を測定し得る。
【００３７】
ワイヤリングハーネス７２はまた、背圧弁４４、ウェイストゲートバルブ４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射装置２７、ＥＧＲ弁６５、吸気バルブ３６、および吸気加熱装置３７に接続される。制御装置７１は、背圧弁４４、ウェイストゲートバルブ４９、燃料ポンプ２４、エンジン１０、燃料噴射装置２７、ＥＧＲ弁６５、吸気バルブ３６、および吸気加熱装置３７を制御する。
【００３８】
エンジン１０は煤を発生させ、その煤はＤＰＦ５４によって捕集される。煤の主成分は炭素（Ｃ）である。生の排気物４１に含有されるＮＯは、ＤＯＣを通過するとＮＯ２に変換される。次いで、ＮＯ２を、ＤＰＦ５４に捕捉された炭素と接触させる。その後、ＤＯＣ５３からのＮＯ２と、ＤＰＦ５４に捕捉された炭素とが反応して、ＣＯ２およびＮＯを生成し、煤を燃焼する。ＤＰＦが触媒作用を受ける場合、ＮＯは再びＮＯ２に変換されて、さらに煤の酸化を可能にする。
【００３９】
後処理のライトオフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度超では、上述の反応は、少なくとも捕捉されている煤を可能な限り燃焼させる、またはＤＰＦ５４を連続的に再生するのに十分な割合で発生し得る。後処理のライトオフ温度は摂氏約２３０度とし得る。他の実施形態では、後処理のライトオフ温度は摂氏約２００度〜２６０度とし得る。後処理温度がライトオフ温度超まで上昇すると、上述の反応率が増加し、ＤＰＦ５４はより速く再生する。これらの条件下での再生を低温再生と称する。
【００４０】
図２、図３、および図５〜図８は、パワー系統の動作状態を示すグラフである。提示された値は本開示の態様を示すことを意味し、必ずしも予想されたすなわち経験によるデータセットを表しているわけではないことを理解されたい。
【００４１】
図２から分かるように、いくつかのエンジン１０の運転またはデューティサイクルまたは環境下では、後処理温度は、十分な時間、十分に高くなり、ＤＰＦ５４を連続的に再生する。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であり、ＤＰＦにおける煤負荷が、再生活性化煤閾値１０３に達し得ることを示す。
【００４２】
再生活性化煤閾値１０３に達した状況の理由を説明する。エンジン１０は、第１の動作モード１０１または第２の動作モード１０２のいずれかで動作する制御システム１００を含む。第２の動作モード１０２は再生支援校正モードとも呼ばれ、ＤＰＦ５４の再生をもたらすパワー系統１の条件を生み出す。ほとんどのエンジン１０の運転またはデューティサイクルまたは環境下では、およびＤＰＦ５４が再生活性化煤閾値１０３を下回る場合には、制御システム１００はエンジン１０を、標準校正モードとも呼ばれ得る第１の動作モード１０１で動作させる。第２の動作モード１０２は、低温後処理系で用いられると説明するが、再生を支援するためにドーシングまたは上流加熱後処理系と併せて使用されてもよい。
【００４３】
図３は、エンジン回転数対エンジントルクのグラフを示す。グラフは、最高定格回転数−トルク曲線１０４、および閾値または限界回転数−トルク曲線１０５を含む。限界回転数−トルク曲線１０５は、通常の動作条件下でＤＯＣのライトオフ温度を上回る後処理温度をもたらしてＤＰＦ５４の連続的な再生を可能にする、エンジン１０の条件に関連し得る。一実施形態では、ライトオフ温度は摂氏約２３０度とし得る。他の実施形態では、回転数−トルク曲線１０５は、他の後処理温度閾値に関連し得る。
【００４４】
限界回転数−トルク曲線１０５の形状は、パワー系統１およびその設置箇所に依って変化し得る。エンジン１０の回転数は、エンジン回転数センサー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の回転数および燃料２１の噴射量に応じて計算される。限界回転数−トルク曲線１０５の下側の領域は、エンジン回転数およびトルクの値を用いて作成されたマップによって決定し得る。
【００４５】
エンジン１０の回転数−トルクが限界回転数−トルク曲線１０５を上回る場合、第２の動作モード１０２は無効になり、第１の動作モード１０１のみが用いられる。ＤＰＦ５４が再生活性化煤閾値１０３に達し、かつエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、制御システム１００はエンジン１０を第２の動作モード１０２で動作させる。
【００４６】
再生失活煤閾値１０６に達すると、制御システム１００は再び第１の動作モード１０１を起動させる。この再生失活煤閾値１０６よりも低くなる降下の後、再生活性化煤閾値１０３に再び達するまでは第２の動作モード１０２は再起動されない。
【００４７】
再生活性化煤閾値１０３および再生失活煤閾値１０６の規定は、第２の動作モード１０２を、可能な限り使用回避するように決定される。一部の実施形態では、再生活性化煤閾値１０３は約９０％とし得る。他の実施形態では、再生活性化煤閾値１０３は７０％〜１００％、８５％〜９５％、８０％超、または９０％超とし得る。一部の実施形態では、再生失活煤閾値１０６は約８０％とし、他の実施形態では、再生失活煤閾値１０６は６５％〜８５％、７０％超、または８０％超とし得る。
【００４８】
エンジン１０が第２の動作モード１０２にある間にエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５より上に上昇する場合、第２の動作モード１０２は中断され、第１の動作モード１０１が起動され得る。この中断に続いて、エンジン１０の回転数およびトルクが再び限界回転数−トルク曲線１０５を下回り、かつ煤負荷が再生失活煤閾値１０６を上回る場合、第２の動作モード１０２が再起動される。エンジン１０が遮断されると、第２の動作モード１０２がアクティブであったかどうかまたは中断が発生したかどうかのいずれの履歴も失われ得るか、または、中断が発生しなかったかのように、第２の動作モード１０２の動作を継続するために、保持され得る。履歴はまた、エンジン１０の遮断後の予め定められた量または閾値の量の後で失われるように構成し得る。
【００４９】
第２の動作モード１０２を図４に示す。第２の動作モード１０２は一連の再生戦略２００を用いて、エンジン出力２０５を生み出す。エンジン出力２０５は排気温度が高く、およびＮＯｘ／煤比が高い。このように、制御システム１００は目標のＮＯｘ／煤比１０７および目標再生温度１０８を達成して、図２から分かるようにＤＰＦ５４を再生させる。目標のＮＯｘ／煤比１０７は加速低温連続再生をもたらし、それにより第２の動作モード１０２を必要とする時間を短縮させ得る。
【００５０】
第１の動作モード１０１の期間中、エンジン１０によって生じたＮＯｘ／煤比は、１グラムの煤当たり２０グラム超のＮＯｘとし得る。第２の動作モード１０２の期間中、エンジン１０によって生じた目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり３５グラム超のＮＯｘに上昇し得る。他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり４５グラム超のＮＯｘとし得る。さらに他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり５０グラム超のＮＯｘとし得る。目標のＮＯｘ／煤比１０７はまた、第２の動作モード１０２の期間中、１グラムの煤当たり４５〜５５グラムのＮＯｘとし得る。一部の実施形態では、エンジン１０によって生じる目標のＮＯｘ／煤比１０７は、１グラムの煤当たり約５０グラムのＮＯｘとし得る。
【００５１】
第２の動作モード１０２の期間中、目標再生温度１０８はライトオフ温度を上回り、摂氏２００〜４００度の範囲とし得る。他の実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中、目標再生温度１０８は摂氏２３０度を上回る。
【００５２】
上述の通り、ＤＯＣはＮＯをＮＯ２に変換し、ＮＯ２は、ＤＰＦ５４中の炭素と反応してＣＯ２とＮＯとを生成する。第２の動作モード１０２は、生の排気物４１中のＮＯｘ／煤比を高めるため、より多くのＮＯ２が煤との反応に利用可能となり、より速い速度でＣＯ２およびＮＯを生成する。上述の通り、第２の動作モード１０２はまた、生の排気物４１の温度を上昇させ、後処理温度をライトオフ温度超に上昇させて、これら反応を可能にする必要がある。第２の動作モード１０２はまた、生の排気物４１中の煤量を低下させ、捕捉される炭素を少なくし、ＤＰＦ中の全煤負荷を迅速に低下させる。
【００５３】
出力２０５を達成するために、第２の動作モード１０２は、エンジンの運転パラメーターを変更させる複数の再生戦略２００を用いる。これらの再生戦略２００は、背圧弁戦略２１０、ＥＧＲ弁戦略２２０、燃料噴射タイミング戦略２３０、燃料ショットモード戦略２４０、燃料圧力戦略２５０、および吸気加熱装置戦略２６０を含み得る。それぞれ個々の戦略は、ＮＯｘ、温度、および煤に異なる方法で影響を及ぼし得るが、それら戦略は全て一体となって働いて、後処理温度および生の排気物４１のＮＯｘ／煤比を上昇させる。
【００５４】
本明細書で説明する再生戦略のタイプは、燃料効率の低下、エンジン１０の騒音増加、過渡応答の低下、および追加コストおよび複雑さのいくつかに関連付けられる。しかしながら、本開示のパワー系統１および制御システム１００はこれらの懸念を最小限に留める。
【００５５】
第２の動作モード１０２は、ほとんどの動作条件下で、必要とされたりまたは使用されたりすることがまれである。また、第２の動作モード１０２と、再生戦略２００の使用とにより、他のＤＰＦ再生システムで必要とされる追加的なハードウェア（ヒータ、バーナ、線量計（ｄｏｓｅｒ）など）を実際に減少させる。また、複数の再生戦略２００を一緒に使用することにより、ＮＯｘ／煤比および温度を最大にしてＤＰＦ５４の再生を支援するかまたは加速再生を達成し、かつ第２の動作モード１０２が利用されるまたは必要とされる時間の長さを短縮してもよい。第２の動作モード１０２は、煤の量を増加させ得るが、ＮＯｘの量も増加させ、その結果ＮＯｘ／煤比を高くする。あるいは、第２の動作モード１０２はＮＯｘを減らし、かつ煤をさらに減らし、その結果、ここでもＮＯｘ／煤比を高くする。
【００５６】
高いＮＯｘ／煤比はまた、温度を低下させ、かつＤＰＦ５４の再生に必要な温度の時間を短縮し、それにより、ＤＰＦ５４にかかる熱応力を低下させ、およびＤＰＦ５４のいずれのエージングまたは失活も低減させる。ＤＰＦ５４のエージングは触媒の焼結を生じ、これは、チャネルを詰まらせて、時間および温度に応じて性能を低下させ得る。
【００５７】
ＤＰＦ５４の煤負荷を再生失活煤閾値１０６未満に低下させるために第２の動作モード１０２に必要な時間は、約２０分〜６０分の範囲とし得る。必要な時間は、同様に後処理温度に影響を与える種々の条件に依存して大きく変動し、上述の時間よりも長くまたは短くなり得る。第２の動作モード１０２がＤＰＦ５４の煤負荷を再生失活煤閾値１０６未満に低下させるのに必要な時間に影響を及ぼす条件は、周囲空気温度、寄生負荷レベル、エンジンの低アイドル回転数、排気管５２の長さ、吸気系３０の設計およびサイズ、ターボ過給機４３の構成、絶縁状態、エンジンルームのサイズ、および他の多くの要因を含み得る。
【００５８】
背圧弁戦略２１０は、背圧弁４４の閉成を含む。背圧弁４４を閉成することによって、排気系４０の圧力が高まり、ガバナが、エンジン１０への燃料２１の噴射量を増加させるようにして、エンジン１０の回転数を維持する。噴射される燃料２１が増加すると、燃料効率が低下するが、生の排気物４１の温度および後処理温度を上昇させもする。
【００５９】
背圧弁４４が閉成される量は、エンジン１０の回転数に依存する。背圧弁４４は、エンジン１０の失速を回避しつつも、必要な後処理温度を達成するのに必要な量だけ閉成される。低速では、背圧弁は最大でも９８％閉成され得るが、高速では、背圧弁４４は最大でも６０％しか閉成されない。背圧弁４４が閉成される割合は、背圧弁４４が完全に開放しているときと比較した、排気管の断面積が閉成される割合である。背圧弁が閉成されている割合は、使用される特定の弁設計に基づいて変動し得る。
【００６０】
低速では、背圧弁４４の閉成によって吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間に、閉成されていないときは３〜７ｋＰａの圧力差であるのに対して、１５０〜３００ｋＰａの圧力差を発生させ得る。高速では、背圧弁４４の閉成によって吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間に、閉成されていないときは４０〜５０ｋＰａの圧力差であるのに対して、５０〜１００ｋＰａの圧力差を発生させ得る。上に挙げた圧力差の範囲は、ターボ過給機４３のサイズおよび整合性、および他のパワー系統１の変更に基づいて変動し得る。
【００６１】
背圧弁４４の閉成は、排気マニホールド４２内の圧力をゆっくりとした制御された速度で高めるために、ゆっくりとした速度で行われ得る。背圧弁４４が閉成される量および上述のそれに対応した圧力差は、ターボ過給機４３のタイプ／サイズ／整合性、吸気マニホールド３８のサイズ、排気マニホールド４２のサイズ、ＥＧＲ管路６３のサイズ、後処理系５０からの背圧を含む複数の要因、および他の多く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との間で測定または決定された圧力差によって制御される。吸気マニホールド３８の圧力は、吸気マニホールド圧力センサー８３によって決定される。排気マニホールド４２の圧力は、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０によって決定される。下記で説明するように、ＥＧＲ弁６５は、第２の動作モード１０２の期間中、閉成されるので、ＥＧＲ弁入口圧力センサー８０の圧力は排気マニホールド４２の圧力と同じとなる。別の実施形態では、排気マニホールド４２の圧力は、排気マニホールド４２に追加された圧力センサーによって決定され得る。排気マニホールド４２に圧力センサーを追加することは、別の実施形態においてＥＧＲ弁が完全に閉成されないまたはＥＧＲシステム６０が含まれないもしくは変更されない場合に、必要である。
【００６３】
背圧弁４４の動作はまた、後処理温度によって制御され得る。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、より応答性を高くし得る。背圧弁４４の動作を制御するために後処理温度を使用することは、圧力差の結果として温度が上昇するのを待機することを必要とし得る。
【００６４】
後処理温度に基づいた制御は、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いた制御がＤＯＣ５３のライトオフ温度超の後処理温度を生じない場合に、使用され得る。吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の目標圧力差を達成したにもかかわらず、所望の後処理温度に到達しないということは、低温の周囲条件、または後処理系５０の設置箇所がかなり下流であることの結果とし得る。これらの状況では、背圧弁４４は、後処理温度に基づいて制御されて、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決定されるものよりも大きな割合で閉成され得る。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との間の圧力差は、最大値（例えば３００ｋＰａ）を超えることは禁止される。
【００６５】
また、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いた制御が、予め決められた値または閾値の後処理最高温度（例えば摂氏４００度）を超える後処理温度を生じる場合に、後処理温度に基づいた制御が使用され得る。後処理最高温度を超えることは、上述の通り、ＤＯＣ５３および／またはＤＰＦ５４に損傷をもたらし得る。これらの状況では、背圧弁４４は、後処理温度に基づいて制御され、かつ吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差によって決定されるものよりも大きな割合で、開放され得る。後処理最高温度を超えることはまた、操作者への警告を生じ得る。
【００６６】
背圧弁４４の動作はまた、排気マニホールド４２の絶対圧力によって制御され得る。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との間の圧力差を使用することによって、高度が絶対圧力に与える影響を考慮する必要性を低下させ得る。
【００６７】
背圧弁４４が閉成しないまたはコマンドに応答しない場合、第２の動作モード１０２は、多かれ少なかれ他の再生戦略２００を使用するおよび／またはエンジン１０を性能低下させる（ｄｅ−ｒａｔｅｄ）ように修正され得る。
【００６８】
背圧弁４４が適切に機能するように保つために、および過酷な環境におけるその動作を試験するために、背圧弁４４を動かし得る。これらの動きは周期的に（例えば３０分ごとに）行われ得る。動きの程度は排気質量流量に依存し、大きな動きは排気質量流量が低いときに行われ、小さな動きは排気質量流量が高いときに行われ得る。排気質量流量は、エンジン１０の回転数、センサー、出力、または別のパワー系統１の条件に応じて決定され得る。大きな動きは、背圧弁４４の動作および試験により利益をもたらす一方、小さな動きは、高速で必要とされ、試験中のエンジン１０のパフォーマンスへのインパクトを低下させ得る。背圧弁４４の動きはまた、パフォーマンスインパクトが懸念しているものよりも小さい低いエンジン１０の回転数でのみ発生するように制限され得る。
【００６９】
追加的な戦略、または背圧弁戦略２１０に代わるものは、吸気バルブ戦略とし得る。吸気バルブ３６または背圧弁４４のいずれかまたは双方を再生バルブ（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）と称し、これらは、ＤＰＦ５４の再生の支援に使用され得る。一実施形態では、吸気バルブ３６の閉成によって、エンジン１０への新鮮な吸気３１の供給量を低下させ、ポンプ損失を増加させ、それにより温度を上昇させる。背圧弁戦略２１０は、吸気バルブ戦略よりも効果的とし得る。なぜなら、背圧弁戦略２１０はマニホールド圧力を低下させず、それゆえ、不点火（ｍｉｓｆｉｒｅ）の影響をより受けにくくなるためである。一部の実施形態では、吸気バルブ３６は、パワー系統１に必要とされなくても、または含まれなくてもよい。
【００７０】
ＥＧＲ弁戦略２２０は、第２の動作モード１０２の期間中にまたは背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間に、ＥＧＲ弁６５を閉成することを含む。しかしながら、ＥＧＲ弁６５は、背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間、特に背圧弁４４が、他の後処理装置、例えばＳＣＲシステムまたはＤＯＣ５３の温度管理に使用されている場合、常に閉成されている必要があるわけではない。ＥＧＲシステム６０の閉成は、ＮＯｘの生成量を増加させる。ＥＧＲシステム６０の閉成はまた、背圧弁４４が少なくとも部分的に閉成されている間に、高レベルの流れがＥＧＲシステム６０を流れることを防止する。この流れは、混合空気６１における生の排気物４１対新鮮な空気３１の不均衡の原因となり、背圧弁戦略２１０の有効性を低下させ得る。
【００７１】
一部の実施形態では、背圧弁４４は、完全に開放した状態に保たれるか、またはＥＧＲ弁６５の閉成の失敗が発生した場合よりも大きく開放される。ＥＧＲ弁戦略２２０は、ＥＧＲシステムのないパワー系統において除外され得るか、またはシリンダー内ＥＧＲシステムを有するパワー系統において修正され得る。
【００７２】
燃料噴射タイミング戦略２３０は、主噴射のタイミングを前倒しさせるまたは遅延させることを含む。燃料噴射のタイミングを前倒しするかまたは遅延させるかどうかは、一部には、第１の動作モード１０１において、第２の動作モード１０２の起動前に、現在のエンジン１０の回転数およびトルクに関して現在の燃料噴射のどういうタイミングにあるかに依存する。燃料噴射のタイミングの変更の影響は燃焼力学への依存度が極めて高く、燃焼力学は、ピストンおよびヘッドの幾何学的形状、燃焼噴霧パターン、空気／燃料比、または他の要因の影響を受け得る。これらの不確実性にもかかわらず、燃料噴射のタイミングの前倒しは、煤の低減およびＮＯｘの増加に関連付けられ、燃料噴射のタイミングの遅延は、温度の上昇、煤の増加、およびＮＯｘの低下に関連付けられ得る。
【００７３】
これらの競合する利益のために、燃料噴射のタイミングを前倒しさせるかまたは遅延させるかは、第２の動作モード１０２における他の再生戦略２００が所与のエンジン１０の回転数およびトルクで温度、ＮＯｘ、および煤に与え得る影響に依存する。例えば、限界回転数−トルク曲線１０５下でエンジン１０の高い回転数およびトルクでは、ライトオフ温度超の後処理温度は、他の戦略によって容易に得ることができるので、燃料噴射のタイミングを前倒しして煤を低減させ得る。反対に、限界回転数−トルク曲線１０５を下回る、エンジン１０の低い回転数およびトルクでは、ライトオフ温度超の後処理温度は、他の戦略によって得ることが困難であるため、燃料噴射のタイミングを遅延させて、後処理温度の上昇を支援し得る。
【００７４】
燃料ショットモード戦略２４０は、燃料噴射装置２７による燃料噴射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戦略２４０は、早期のパイロットショット（上死点のピストン１３の位置の１０〜４０度前）、密結合のパイロットショット（上死点のピストン１３の位置の５〜２０度前）、密接なポスト（上死点のピストン１３の位置の５〜３０度後）、または後期のポスト（上死点のピストン１３の位置の１０〜４０度後）を追加し得る。他の実施形態は、多種多様な別の燃料噴射ショットパターンを含み得る。
【００７５】
これらのショットの各々は、特に他の再生戦略２００と組み合わせられるときに、ＤＰＦ５４の再生を達成するのに有益とし得る、異なる影響を有する。燃料噴射タイミング戦略２３０のように、早期のパイロットもしくは後期のポストまたはそれら双方が使用されるかどうかは、エンジン１０の回転数およびトルクや、他の再生戦略２００がＤＰＦ５４の再生に必要とされる温度、ＮＯｘ、および煤のレベルに達成するの能力に依存する。後期のポストショットの追加は、煤の低減および温度の上昇に関連付けられ、それゆえ燃料ショットモード戦略２４０の一部とし得ることが多い。
【００７６】
燃料圧力戦略２５０は、エンジンの燃料噴射圧力を高めるために燃料レール２６の燃料圧力を高めることを含む。燃料噴射圧力の増大は、騒音レベルを増加させるだけでなく、ＮＯｘを増加させ、かつ煤を低減させる。燃料噴射圧力が高いと、燃焼室において燃料２１の蒸発を促し、これにより、ＮＯｘが増加され得る。燃料圧力の増加はまた、温度を低下させるが、他の再生戦略２００を使用して、この影響を補償しかつ温度を上昇させることができる。
【００７７】
第２の動作モード１０２の期間中の燃料噴射圧力は、第１の動作モード１０１の期間中の燃料噴射圧力の１．５倍超、２倍超、または２．５倍超とし得る。加えて、燃料噴射圧力は、第２の動作モード１０２の期間中に、傾斜に沿って徐々に上昇され得る。一実施形態では、第２の動作モード１０２の期間中の燃料噴射圧力は、第１の動作モード１０１の期間中は３０〜４０ＭＰａであるのに対して、６０〜７０ＭＰａとし得る。
【００７８】
吸気加熱装置戦略２６０は、吸気加熱装置３７の起動を含む。吸気加熱装置３７を起動することによって、エンジン１０に寄生負荷を加え、燃焼シリンダー１２に送られる吸気を加熱する。両効果とも排気温度を高くし、再生を支援する。一部の実施形態では、吸気加熱装置３７は必須でなくても、または含まれなくてもよい。
【００７９】
しかしながら、エンジン１０の低アイドル回転数では、吸気加熱装置３７およびエンジン１０または機械の他の電機部品に電力をもたらすオルタネータは、十分な動力をもたらすことができない可能性がある。それゆえ、ある程度まで、かつ必要なときに、吸気加熱装置３７のみを起動する戦略が必要とされる。従って、吸気加熱装置３７は、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って起動され得る。吸気温度および燃料消費量を使用して、吸気加熱装置３７の所与の使用において得られる生の排気物４１の温度を予測する。次いで、吸気加熱装置３７は、所望の生の排気物４１の温度を達成するのに必要な程度までのみ、起動される。吸気温度は、吸気マニホールド温度センサー８２によって決定され得る。燃料消費値は、多量の空気流および燃焼熱が変化して生の排気物４１の温度に対して影響を与えるときに、エンジン１０の負荷または回転数−トルクに基づいて補正され得る。
【００８０】
別の実施形態では、吸気加熱装置戦略２６０および吸気加熱装置３７は必須でなくてもよい。吸気加熱装置戦略２６０および吸気加熱装置３７は、周囲温度が非常に低いときにのみ（例えば摂氏マイナス２５度未満）、または、エンジン１０の低いアイドリングまたは負荷が低い状態で動作することが多いアプリケーションにのみ、必要とされ得る。
【００８１】
他の別の実施形態では、エンジン１０のアイドル回転数も、第２の動作モード１０２の期間中に増加する。エンジン１０のアイドル回転数はまた、予め決められた値または閾値の周囲温度を下回る環境（例えば、摂氏０度未満）において増加し得る。環境の周囲温度は、新鮮な空気取り入れ口温度センサー７５によって決定され得る。他の実施形態では、新鮮な空気取り入れ口温度センサー７５は含まれなくてもよく、環境の温度は、エンジン１０の始動時、エンジン１０が温まる前に、他の温度センサーによって決定され得る。
【００８２】
他の別の実施形態はまた、第２の動作モード１０２の一部として、エンジン１０への１つ以上の寄生負荷の使用を含んでもよい。エンジン１０への負荷は、ウォータポンプ、空調装置、液圧ポンプ、発電機、ファン、暖房装置、コンプレッサ、ライト、またはエンジン１０からエネルギーを引き出す任意の他のシステムを起動させることによって、増加し得る。ＳＣＲシステムが用いられる場合、第２の動作モード１０２が生じる高レベルのＮＯｘを考慮して、還元剤の供給量を、第２の動作モード１０２を起動させるまでおよび／または第２の動作モード１０２の起動中に増加する。
【００８３】
制御システム１００の態様をさらに説明するために、図５、図６、および図７は、図３からの限界回転数−トルク曲線１０５の、時間に応じた表示を含む。簡単にするために、図５、図６、および図７は、限界回転数−トルク曲線１０５を平らな線として示し、かつ限界回転数−トルク曲線１０５と比較したエンジン１０の回転数およびトルクを表す線も含む。このように、図５、図６、および図７は、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を上回るおよび下回る時間を示す。
【００８４】
図５は、制御システム１００が遅延期間１０９も含むことを示す。遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を上回りかつエンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回っているにもかかわらず、第２の動作モード１０２が起動されていない状態での遅延である。従って、第１の動作モード１０１は、遅延期間１０９の期間中、アクティブである。
【００８５】
第２の動作モード１０２の起動は、応答性および性能に悪影響を及ぼすことがある。それゆえ、第２の動作モード１０２の起動は、エンジン１０の回転数およびトルクの増加が起こりうるときには、回避する必要があり得る。エンジン１０の回転数およびトルクの増加は、エンジン１０の回転数およびトルクの低下の直後に続くことが多い。例えば、操作者および機械は、仕事を完了した後、別のアクションの開始またはギヤの切り替え前に、休止することが多い。
【００８６】
図５に示すように、遅延期間１０９を使用して、この休止期間中にエンジンを第１の動作モード１０１に保つことによって、エンジン１０による過渡応答を改善してもよい。このように、遅延期間１０９は、これらの休止が第２の動作モード１０２の起動直後であるために、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５超に戻る見込みを減らすのに役立つ。遅延期間１０９は、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５超に戻ると、終了する。
【００８７】
遅延期間１０９はまた、ゼロ超の、予め決められた時間または閾値時間後に終了する。一実施形態では、遅延期間１０９は約３０秒とし得る。他の実施形態では、遅延期間１０９は０〜５０秒、１０秒超、または５０秒未満とし得る。遅延期間の長さは、経験した作業条件に基づいて規定されるので、著しく変動し得る。
【００８８】
図６はまた、遅延期間１０９の長さが、同様に煤負荷のレベルに基づいて変化し得ることを示す。図６の煤負荷は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５未満に落ち込んでいるとき、図５よりも高い。煤負荷が高いために、発生し得るエンジン１０の回転数およびトルクの増加に応答性をもたらすよりも、ＤＰＦ５４の再生が重視される。それゆえ、遅延期間１０９の長さは短縮される。遅延期間１０９の長さは、煤負荷に応じてスライド式に短縮され得る。
【００８９】
一実施形態では、遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を１０％超だけ上回って増加した後、約３秒まで短縮され得る。他の実施形態では、遅延期間１０９は、煤負荷が再生活性化煤閾値１０３を１０％超だけ上回って増加した後、１〜３０秒、１〜７秒、３秒超、３秒未満、またはゼロ秒まで短縮され得る。遅延期間１０９の長さはまた、機械の実装ステータス、機械の歯車、エンジン１０のアイドリング、または操作者の存在に基づいて、変化し得る。
【００９０】
遅延期間１０９は、全ての再生戦略２００に適用してもよいし、または用いる再生戦略２００の一部分にのみ適用してもよい。一実施形態では、遅延期間１０９は、背圧弁戦略２１０にのみ適用される。制御システム１００の一部の実施形態はまた、遅延期間１０９または変化する遅延期間１０９を含まなくてもよい。
【００９１】
図５はまた、制御システム１００が移行期間１１０を含み得ることを示す。移行期間１１０は、第１の動作モード１０１に滑らかに移行して戻るために、第２の動作モード１０２の最後に追加してもよい。移行期間１１０はまた、他のエンジン１０の校正または動作モードの変更間に追加されてもよい。
【００９２】
移行期間１１０の期間中、再生戦略２００は、第２の動作モード１０２から第１の動作モード１０１に戻るようにゆっくりと変化する。このゆっくりとした変化は、変化中に操作者が気づく騒音、振動、および／または性能における変化を小さくし得る。
【００９３】
一実施形態では、移行期間１１０は背圧弁戦略２１０に適用してもよい。第２の動作モード１０２の期間中、背圧弁４４は少なくとも部分的に閉成されている。背圧弁４４を直ぐに開放すると、圧力がすぐに解放されるため、負荷騒音および発生し得る振動の原因となり得る。それゆえ、移行期間１１０の期間中、背圧弁４４はゆっくりと開放されて、圧力をゆっくりと解放し得る。この圧力のゆっくりとした解放は、エンジン１０が第１の動作モード１０１に戻るときに経験されるものよりも騒音および振動を低減させる。
【００９４】
背圧弁４４の動きの速度はかなり変動するが、一例では、背圧弁４４は、移行期間１１０の期間中、４〜５秒の時間で十分な動きを達成するような速度で動いてもよい。他の実施形態では、背圧弁４４は、１〜１０秒、３〜６秒、５秒超、２秒超、または１秒超で十分な動きを達成するような速度で動いてもよい。背圧弁４４が動く速度は、伴う背圧、質量空気流、および許容可能な圧力解放速度に依存して変動し得る。
【００９５】
図６から分かるように、この移行期間１１０、および背圧弁４４のゆっくりとした動きは、移行期間１１０がエンジン１０の過渡応答を低下させるため、常に可能なわけではない。エンジン１０に負荷がかけられ、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を超えて第２の動作モード１０２を終了させる場合、第１の動作モード１０１に戻る前に移行期間１１０が含まれることはないか、または含まれる移行期間１１０は限られ得る。この状況では、背圧弁４４は、可能な限り迅速に開放されるか、または移行期間１１０の期間中よりも迅速に開放される。
【００９６】
移行期間１１０がないと、背圧弁４４は、１秒未満の時間で十分な動きを達成し得る。一実施形態では、移行期間１１０が含まれないとき、背圧弁４４は、１５０ミリ秒でその十分な動きの９０％を達成し得る。この迅速な開放によって、排気系４０における迅速な圧力の減圧または圧力の解放が起こり得る。この迅速な圧力の減圧は、ある程度の騒音および発生し得る振動の原因となり得るが、エンジン１０の回転数およびトルクを増加させることによって、ほとんどをマスキングすることができる。他の実施形態では、移行期間１１０の使用は、エンジン１０の回転数およびトルクの変化の速度が速い間は禁止され得る。
【００９７】
図７から分かるように、ＤＰＦ５４の煤負荷が再生活性化煤閾値１０３超に上昇する場合には、追加的な補正措置が取られてもよい。これは、超低温の周囲温度、高い高度、ＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４の硫黄失活（下記で説明する）、エンジン１０の不具合、または意図されたものでないアプリケーションのインストール構成を含め、種々の理由により発生し得る。
【００９８】
煤負荷が、再生活性化煤閾値１０３を上回る、軽い性能低下（ｍｉｌｄ ｄｅ−ｒａｔｅ）煤閾値１１１に達する場合、操作者は警告される可能性が有り、エンジン１０は煤低減校正モード１１２に入る。煤低減校正モード１１２の使用は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５を上回るかまたは下回るかを問わないとし得る。一部の実施形態では、軽い性能低下煤閾値１１１を約１００％とし得る。他の実施形態では、軽い性能低下煤閾値１１１を８０％〜１１０％、９５％〜１０５％、９０％超、または１００％超とし得る。
【００９９】
煤低減校正モード１１２は、ＤＰＦ５４における煤負荷を低減させるために、エンジン１０によって生成される煤の量を低減させる。煤低減校正モード１１２は、第２の動作モード１０２において使用される全ての再生戦略２００を使用しなくてもよい。一実施形態では、煤低減校正モード１１２は、ＥＧＲの流れを低下させるために第１の動作モード１０１によって必要とされているよりも多く、ＥＧＲ弁６５を閉成する。ＥＧＲの流れの減少は燃焼効率を高め、煤を低減させ得る。しかしながら、第１の動作モード１０１の他の態様は、煤低減校正モード１１２によって変更されなくてもよい。
【０１００】
煤低減校正モード１１２はまた、エンジン１０の軽い性能低下モード１１３を含んでもよい。軽い性能低下モード１１３の期間中にエンジンにもたらされる燃料の量は、特定のエンジン（１０）および特定の設置またはアプリケーションに依存して変動し得る。エンジン１０の軽い性能低下モード１１３は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約８５％を伴い得る。他の実施形態では、エンジン１０の軽い性能低下モード１１３は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約５０％〜９５％、７０％〜９０％、または９５％未満を伴い得る。使用される軽い性能低下モード１１３の程度はまた、煤負荷が増加すると、スライド式に増加し得る。
【０１０１】
軽い性能低下モード１１３の期間中のこの燃料量の減少はまた、エンジン１０の回転数を低下させ、かつ、エンジン１０の回転数およびトルクを限界回転数−トルク曲線１０５の下で動かすのを助ける（負荷に依存する）。エンジン１０の回転数−トルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、第２の動作モード１０２を使用してもよい。
【０１０２】
煤負荷が、軽い性能低下煤閾値１１１を超える完全な性能低下（ｆｕｌｌ ｄｅ−ｒａｔｅ）煤閾値１１４に達する場合、操作者は再び警告される可能性が有り、エンジン１０は完全な性能低下モード１１５に入る。上述の煤低減校正モード１１２は、使用してもまたは使用しなくてもよい。完全な性能低下モード１１５の使用は、エンジン１０が限界回転数−トルク曲線１０５を上回るかまたは下回るかを問わないとし得る。一部の実施形態では、完全な性能低下煤閾値１１４を約１２０％とし得る。他の実施形態では、完全な性能低下煤閾値１１４を９０％〜１４０％、１１５％〜１２５％、１００％超、または１２０％超とし得る。
【０１０３】
完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約５０％を伴い得る。他の実施形態では、エンジン１０の完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０にもたらされている通常の燃料量の約２０％〜８０％、４０％〜６０％、または７０％未満を伴い得る。
【０１０４】
軽い性能低下モード１１３のように、完全な性能低下モード１１５は、エンジン１０の回転数を低下させ、かつエンジン１０の回転数およびトルクを限界回転数−トルク曲線１０５の下で動かすのを助け得る（負荷に依存する）。エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５を下回る場合、第２の動作モード１０２を使用してもよい。
【０１０５】
煤負荷が、完全な性能低下煤閾値１１４を上回る停止煤閾値１１６に達する場合、エンジン停止事象１１７が発生し得る。一部の実施形態では、停止煤閾値１１６を約１４０％とし得る。他の実施形態では、停止煤閾値１１６を１１０％〜１６０％、１２５％〜１５５％、１１０％超、または１４０％超とし得る。
【０１０６】
第２の動作モード１０２が、予め決められた値または閾値よりも、または予想よりも頻繁に使用されている場合には、操作者が同様に警告を受け取ってもよいしおよび／またはエンジン１０の性能低下とし得る。
【０１０７】
煤負荷センサー７３は、所定の後処理温度未満には校正されない。エンジン１０が長期間、この後処理温度未満で動作している場合、制御システム１００は一時的に第１の動作モード１０１を修正して後処理温度を上昇させ、煤負荷センサー７３から読み取り値を得てもよい。煤負荷センサー７３が故障している場合、ＤＰＦ５４の煤負荷は、常に再生活性化煤閾値１０３を上回りかつ軽い性能低下煤閾値１１１を下回っていると仮定されてもよい。
【０１０８】
所定の実施形態では、第２の動作モード１０２は、エンジン１０の始動後のエンジン１０の暖機中に無効にされてもよい。第２の動作モード１０２は、始動後の、または始動後に予め決められたまたは閾値の冷却剤またはオイルの温度に達するまで、予め決められた時間または閾値時間、無効にされてもよい。燃焼性は、エンジン１０の始動後かつエンジン１０の暖機前は劣っていることが多い。第２の動作モード１０２の起動は、燃焼性をさらに低下させ得る。
【０１０９】
図８は、制御システム１００が炭化水素除去校正モード１１８を同様に含んでもよいことを示す。エンジン１０の排気物はまた、炭化水素（ＨＣ）を含有していることが知られており、その炭化水素は、触媒のライトオフ温度未満の温度で後処理系５０において捕集され得る。ほとんどの炭化水素はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４を通過するが、一部は触媒に捕集または蓄積され得る。炭化水素は、蓄積可能な場合、エンジン１０の回転数およびトルクが増加しかつ高い排気流が発生するときに、白煙を生成する。
【０１１０】
炭化水素除去温度１１９超では、炭化水素を後処理系５０から除去できる。この炭化水素除去温度１１９超では、炭化水素は、二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とを生成するように反応する。炭化水素除去温度１１９は摂氏約１８０度とし得る。
【０１１１】
第２の動作モード１０２が起動されると、炭化水素除去温度１１９よりもはるかに高い温度に達するため、第２の動作モード１０２が起動されると炭化水素は除去される。炭化水素はまた、エンジン１０の回転数およびトルクによって後処理温度が炭化水素除去温度１１９を超えることになるときはいつでも、除去される。
【０１１２】
しかしながら、後処理温度が長い間炭化水素除去温度１１９を超えず、かつ第２の動作モード１０２をトリガするのに十分な煤負荷をＤＰＦ５４に発生させるために、エンジン１０によって十分な煤が生成されないときがある。これは、エンジン１０が長い間低いアイドルでまたは低負荷下で運転している場合に発生し得る。これらの時間の期間中、炭化水素除去校正モード１１８を使用してもよい。
【０１１３】
炭化水素除去校正モード１１８は第２の動作モード１０２と同様とし得る。しかしながら、炭化水素除去校正モード１１８は、第２の動作モード１０２と同じ高さの温度に到達する、またはＤＰＦ５４の再生に必要なＮＯｘ／煤レベルを得る必要はない。それゆえ、炭化水素除去校正モード１１８が用いる戦略は少なくなり、および／または炭化水素除去校正モード１１８が戦略を用いる程度は第２の動作モード１０２よりも小さくなり得る。例えば、炭化水素除去校正モード１１８は、吸気マニホールド３８と排気マニホールド４２との間の圧力差を、第２の動作モード１０２が必要とするよりも０％〜７０％少なくしか含まなくてもよい。
【０１１４】
制御システム１００はまた、硫黄失活を検出するために硫黄検出ルーチン３００を含んでもよい。硫黄失活は、低または超低硫黄燃料２１を使用することによって回避または低減し得る。硫黄検出ルーチン３００は、硫黄失活が発生した時点を検出するので、低硫黄燃料が使用されなかったことを表示し得る。
【０１１５】
図９から分かるように、硫黄検出ルーチン３００は、再生前校正モード３０１で、続いて硫黄除去校正モード３０２で、その後再生後校正モード３０３で動作するエンジン１０を含む。再生前校正モード３０１、および再生後校正モード３０３は、第２の動作モード１０２と同じ再生戦略２００を実質的に供し得る。一実施形態では、再生前校正モード３０１および／または再生後校正モード３０３は、第２の動作モード１０２と同一である。硫黄除去校正モード３０２、または硫黄除去校正モード３０２の変形例はまた、硫黄を除去するために、硫黄検出ルーチン３００とは無関係に単独で使用してもよい。再生戦略２００以外の戦略も硫黄検出ルーチン３００によって使用され得る。例えば、硫黄検出ルーチン３００の所望の後処理温度は、他のエンジン１０の運転パラメーター、燃料バーナ、電気ヒータ、炭化水素ドーシング、および他の技術に影響を与えることによって、達成し得る。
【０１１６】
煤負荷センサー７３は、この硫黄検出ルーチン３００の期間中に煤を測定し、および制御装置７１は、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４が硫黄によって失活されたかどうかを決定する。硫黄失活はＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の性能に影響を与える。燃料２１の硫黄は、燃焼中にＳＯ２を生成する。ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４上の触媒は、ＳＯ２を酸化させてＳＯ３を生成し、それが、貴金属触媒に蓄積される。硫黄はまた、ウォッシュコートにも蓄積される。
【０１１７】
ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４に蓄積された硫黄は、反応部位をマスキングし、触媒反応の効率を低下させ、それによりＮＯ２の生成を減らす。ＮＯ２の生成が減ることによって、煤が燃える割合も減る。このように煤の燃える割合が減るために、ＤＰＦ５４は、限界回転数−トルク曲線１０５を上回って再生できなくなり得る。それゆえ、第２の動作モード１０２がより頻繁に必要となり得る。硫黄失活はまた、第２の動作モード１０２が無効となる原因となり得る。摂氏３００度超の後処理温度を使用して、反応部位を回復させ、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４から硫黄を追い出してもよい。
【０１１８】
第２の動作モード１０２が頻繁に使用されるかまたはＤＰＦ５４が再生できない場合、硫黄検出ルーチン３００を使用して、原因が、パワー系統１における別の故障ではなく燃料中の硫黄であるかを決定してもよい。そのような故障は、失活したＤＯＣ５３またはＤＰＦ５４、または第２の動作モード１０２を無効にする別のパワー系統１の構成部品の故障を含み得る。
【０１１９】
図９は、硫黄検出ルーチン３００の期間中の温度プロファイルを示す。硫黄検出ルーチンを開始するために、ＤＰＦ５４は、ある程度の煤負荷を必要とする。その煤負荷の程度は、８０％超とする。他の実施形態では、９０％超の煤負荷を必要とし得る。操作者または保守技術員が硫黄検出ルーチン３００を開始して、保守ルーチンの一部として行ってもよい。他の実施形態では、硫黄検出ルーチン３００を自動で行ってもよい。
【０１２０】
硫黄検出ルーチン３００は再生前校正モード３０１から始まる。再生前校正モード３０１の期間中、目標再生温度１０８および再生ＮＯｘ／煤比１０７は、ＤＰＦ５４を再生するための第２の動作モード１０２に関して上述の通り達成される。
【０１２１】
硫黄除去校正モード３０２の期間中、後処理温度は、脱硫酸温度３０５まで上昇する。脱硫酸温度３０５は、目標再生温度１０８よりも高く、摂氏３００〜５００度とし得る。一実施形態では、脱硫酸温度３０５は摂氏４００〜４５０度とし得る。
【０１２２】
硫黄除去校正モード３０２は、ＤＯＣ５３およびＤＰＦ５４の硫黄の全てまたは一部を除去する時間、実行され得る。温度は、吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との間の差および／または後処理入口温度センサー７４によって制御し得る。摂氏５００度超の後処理温度に達する場合、ＤＯＣ５３は、上述の通り、パラジウムまたは別の高温安定剤が添加されない限り、損傷を受け得る。硫黄検出ルーチン３００がほとんど使用されず、比較的短時間で脱硫酸温度３０５に達するため、脱硫酸温度３０５は上述の最高後処理温度を上回る。
【０１２３】
一部の実施形態では、戦略を使用して、硫黄除去校正モード３０２の期間中にＮＯｘ／煤比３０７の低下を達成するために、ＮＯｘ／煤比ではなく排気温度を最大にしてもよい。このＮＯｘ／煤比３０７の低下は、再生の速度をゆっくりにし、全ての煤が硫黄除去校正モード３０２の期間中に除去されないようにし得る。一実施形態では、低下したＮＯｘ／煤比３０７は３５／１未満である。
【０１２４】
次に、ＤＰＦ５４を再生するために、上述の通り再生後校正モード３０３の期間中に後処理温度は目標再生温度１０８まで低下し、かつ再生ＮＯｘ／煤比１０７が達成され、摂氏２００〜４００度の目標再生温度１０８が達成される。
【０１２５】
再生後校正モード３０３は、予め決められた時間または閾値時間実行されてもよいし、または再生失活煤閾値１０６を達成した後にのみ終了してもよい。一実施形態では、再生前校正モード３０１および再生後校正モード３０３はそれぞれ約３０分実行されてもよい。硫黄除去校正モード３０２は、相当量の硫黄を除去するのに十分な予め決められた時間または閾値時間実行されてもよい。一実施形態では、硫黄除去校正モード３０２は、３０〜６０分実行されてもよい。他の実施形態では、硫黄除去校正モード３０２は、３０分未満実行されてもよい。
【０１２６】
図９はまた、硫黄検出ルーチン３００の期間中の、硫黄失活のない煤負荷プロファイル、および硫黄失活のある煤負荷プロファイルを示す。硫黄検出ルーチン３００は、再生前校正モード３０１中のプレ煤除去速度３０９と、再生後校正モード３０３中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よりも著しく早いまたは大きい場合、硫黄失活が発生したと判断される。
【０１２７】
他の実施形態では、硫黄除去校正モード３０２の期間中の煤除去の速度の変化を使用して、硫黄失活を検出する。硫黄失活が発生した場合、煤除去の速度は、時間が経つにつれて、硫黄が除去されるにつれて、速くなる。他の実施形態はまた、第２の動作モード１０２の期間中の速度を、予想速度と比較するが、これらの比較は、他の制御されていない変化のゆえに正確ではない可能性がある。
【０１２８】
煤負荷センサー７３は、第２の動作モード１０２の使用をＤＰＦ５４の再生の実用的な方法にするために、高レベルの解像度、応答性、および／または正確さを必要とし得る。煤負荷センサー７３は、煤負荷の広範な動作範囲にわたって動作する能力を必要とし得る。例えば、圧力差煤負荷センサーは、高い負荷でのみ動作するので、９０％の再生活性化煤閾値１０３では第２の動作モード１０２をトリガするのに、または８０％の再生失活煤閾値１０６では第２の動作モード１０２を終了させるのに十分ではないとし得る。圧力差煤負荷センサーはまた、高いエンジン１０の回転数およびトルクまたは排気質量空気流でのみ動作するので、エンジン１０の回転数およびトルクが限界回転数−トルク曲線１０５未満のときに第２の動作モード１０２をトリガするのに十分ではないとし得る。酸化モデルは、再生間の間隔が長くなる可能性があるときに必要とされる正確さのレベルを提供しない可能性がある。応答性および正確な煤負荷センサー７３はまた、再生の速度を決定および比較するために硫黄検出ルーチン３００によって必要とされる。
【０１２９】
ＲＦセンサーが、煤負荷センサー７３によって必要とされる解像度、応答性、および正確さのレベルを提供し得る。しかしながら、本開示は、圧力差煤負荷センサーおよび酸化モデルを含め、多種多様な煤負荷センサー７３を用いられ得ることを考慮する。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
上述の説明では、複数の異なるアイテムを説明している。排気物を生成するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料系と、排気物を処理する後処理系と、制御装置とを含むパワー系統が説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、燃料系によるエンジンの燃料噴射圧力を高める。制御装置は、追加的なパワー系統運転パラメーターを変更して排気物の温度を上昇させ、摂氏２００度超の後処理温度を達成する。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送る排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでいて、背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると少なくとも部分的に閉成するようにしてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでいて、排気ガス再循環バルブは、背圧弁が少なくとも部分的に閉成したときに、部分的に閉成するようにしてもよい。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットのタイミングを変更してもよい。燃料系はまた主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加してもよい。制御装置は、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの燃料噴射圧力または燃料レール圧力を高めてもよい。
【０１３１】
排気物を生成するエンジンと、排気物を処理する後処理系と、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、パワー系統の運転パラメーターを変更して、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超に上昇させる。制御装置はまた、パワー系統の運転パラメーターを変更して排気物の温度を上昇させ、摂氏２００度超の後処理温度を達成する。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高める。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送る排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、背圧弁を少なくとも部分的に閉成する。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでもよく、制御装置は、背圧弁が少なくとも部分的に閉成すると、排気ガス再循環バルブを閉成する。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットのタイミングを変更してもよい。燃料系は主燃料ショットを噴射してもよく、制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加してもよい。制御装置は、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの運転パラメーターを変更してもよい。
【０１３２】
エンジン、燃料系、後処理系、および制御装置を含むパワー系統も説明されている。後処理系は、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換するように構成された酸化触媒と、エンジンからの煤を捕捉するように構成されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するように構成されたセンサーとを含む。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高めるように構成されている。さらに、制御装置は、追加的なパワー系統の運転パラメーターを変更して、摂氏２００度超の後処理温度を達成するように構成されてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物を後処理系に送るように構成された排気系と、排気系に配置された背圧弁とを含んでもよい。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、少なくとも部分的に閉成するように構成されてもよい。パワー系統はまた、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させるように構成された排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブとを含んでもよい。排気ガス再循環バルブは、背圧弁が少なくとも部分的に閉成すると、閉成するように構成されてもよい。燃料系は、主燃料ショットを噴射するように構成されてもよく、および制御装置は、主燃料ショットのタイミングを変更し、かつパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、主燃料ショットの前後に追加的な燃料ショットを追加するように構成されてもよい。制御装置はまた、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回ると、エンジンの燃料噴射圧力を高めるように構成されていてもよい。
【０１３３】
エンジンによって生成される排気物中のＮＯｘ／煤比を、少なくともある程度エンジンの燃料噴射圧力を高めることによって、３５／１超に一時的に上昇させる方法も説明されている。この方法はまた：排気管に配置された背圧弁を閉成すること、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること、エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射をエンジンに噴射する燃料噴射のタイミングを変更すること、および主噴射の前後いずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの１つ以上を含んでもよい。排気物中のＮＯｘ／煤比はまた、エンジン回転数およびトルクが閾値の回転数およびトルク曲線を下回りかつ排気物を受けるパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を上回ると、上昇し得る。排気物の温度は、排気物中のＮＯｘ／煤比が上昇すると、摂氏２００度超の後処理温度を達成するように、上昇し得る。ＮＯｘ／煤比はまた、５０／１超に上昇する。
【０１３４】
排気物を生成するエンジンと、排気物を処理し、かつエンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含む後処理系と、硫黄検出ルーチンを実行するように構成された制御装置であって、硫黄検出ルーチンは、再生前校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にし、かつ再生前校正モードに続いて硫黄除去校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にする、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。後処理系は、フィルタの上流に、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒を含む。硫黄検出ルーチンは、硫黄除去校正モードに続いて再生後校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にするようにしてもよい。パワー系統はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーを含んでもよい。センサーからの読み取り値を使用して、酸化触媒およびパティキュレートフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活したことを示してもよい。再生前校正モードおよび再生後校正モードは、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超にし得る。再生前校正モード、硫黄除去校正モード、および再生後校正モードは、以下の戦略：エンジンの燃料噴射圧力を高めること、排気管に配置された背圧弁を部分的に閉成すること、エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること、エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンに噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの少なくとも１つを含んでもよい。再生前校正モードの期間中の煤除去の速度を、再生後校正モードの期間中の煤除去の速度と比較して、酸化触媒およびパティキュレートフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活されたことを示してもよい。再生前校正モードは、硫黄除去校正モードの直前に実施してもよく、再生後校正モードは、硫黄除去校正モードの直後に実施してもよい。再生前校正モード、硫黄除去校正モード、および再生後校正モードは、予め決められた時間実施されてもよい。硫黄検出ルーチンは、操作者によってトリガされ得る。硫黄検出ルーチンは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が、硫黄検出ルーチンの期間中に全ての煤が除去されないようにするのに十分なとき、動作可能にされてもよい。
【０１３５】
排気物を生成するエンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料系と、排気物を処理し、かつエンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含む後処理系と、硫黄検出ルーチンを実行するように構成された制御装置とを含むパワー系統も説明されている。制御装置は、硫黄除去校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にし、硫黄除去校正モードに続いて再生後校正モードを実行して、後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にする。後処理系はまた、フィルタの上流に、エンジンからのＮＯをＮＯ２に変換する酸化触媒と、パティキュレートフィルタ中の煤の量を表示するセンサーとを含んでもよい。センサーからの読み取り値を使用して、酸化触媒およびフィルタの少なくとも一方が硫黄によって失活したことを示してもよい。
【０１３６】
エンジンからの排気物を処理する後処理系中の硫黄を検出する方法も説明されている。この方法は、硫黄除去後のパティキュレートフィルタの再生速度を、硫黄除去前のパティキュレートフィルタの再生速度と比較することを含む。この方法は、排気物の温度を上昇させることによって硫黄を除去して、後処理系の温度を摂氏３００〜５００度にすることを含んでもよい。パティキュレートフィルタの再生は、排気物中のＮＯｘ／煤比を３５／１超に上昇させること、および排気物の温度を上昇させて後処理系の温度を摂氏２００〜４００度にすることを含んでもよい。パティキュレートフィルタの再生はまた、以下の戦略：エンジンの燃料噴射圧力を高めること；排気管に配置された背圧弁を部分的に閉成すること；エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること；エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンへ噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの少なくとも１つを含んでもよい。この方法は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が、硫黄の除去中に全ての煤を除去しないようにするのに十分であるとき、動作可能にされてもよい。
【０１３７】
排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えて、パティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統であって、第１の動作モードと第２の動作モードとの間の移行が、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値に対して変化するときに、エンジンにかかる負荷が変化するときよりもゆっくりとした速度で発生する、パワー系統についても説明されている。第２の動作モードは、再生バルブを起動させることを含んでもよく、再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値に対して変化するときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で起動させてもよい。第２の動作モードから第１の動作モードへ戻る移行は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で発生し得る。第２の動作モードは再生バルブを閉成することを含んでもよく、再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、エンジンにかかる負荷が増大するときよりもゆっくりとした速度で開放し得る。再生バルブは、排気物を送る排気管に配置された背圧弁とし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、１秒超開放してもよく、背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、１秒未満開放してもよい。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、２秒超開放してもよく、背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、１秒未満開放してもよい。
【０１３８】
排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、背圧弁を第１の条件下で第１の速度で起動しかつ背圧弁を第２の条件下で第１の速度よりも速い第２の速度で起動する制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。背圧弁は、背圧弁がもはや必要とされなくなった後に第１の速度で起動し、かつ背圧弁がエンジンに要求されるパワーを抑制するときに第２の速度で起動し得る。パワー系統はまた、排気物中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタを含み、背圧弁は、パティキュレートフィルタを再生するために使用される。背圧弁は、パティキュレートフィルタの再生をもはや必要となくなったら、もはや必要でないとし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタを再生するために閉成し、かつ第１または第２の速度のいずれかで開放し得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むときに、第１の速度で開放してもよく、および背圧弁は、エンジンにかかる負荷が増大するときに、第２の速度で開放してもよい。第１の速度は背圧弁を１秒超起動してもよく、第２の速度は背圧弁を１秒未満起動してもよい。
【０１３９】
パワー系統を制御する方法であって、パワー系統を第１の動作モードで動作させること、パワー系統を第２の動作モードで動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援すること、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、パワー系統を、第１の期間にわたって第２の動作モードから第１の動作モードへ移行させること、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量を超えて増大するのに応答して、パワー系統を、第１の期間よりも短い第２の期間にわたって第２の動作モードから第１の動作モードへ移行させることを含む方法についても説明されている。第２の動作モードは再生バルブを起動することを含んでもよく、および再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって起動してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって再生バルブを起動する。第２の動作モードは再生バルブを閉成することを含んでもよく、および再生バルブは、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって開放してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって開放してもよい。再生バルブは、排気管に配置された背圧弁とし得る。背圧弁は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値未満に落ち込むのに応答して、１秒超の期間にわたって開放してもよく、およびパワー系統にかかる負荷が閾値の量よりも増大するのに応答して、１秒未満の期間にわたって開放してもよい。パワー系統は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後およびパワー系統にかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値の量よりも少ない量であるとき、第２の動作モード下で動作し得る。
【０１４０】
排気物を生成するエンジンと、エンジンからの煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、エンジンにかかる負荷の変化、およびエンジンにかかる負荷の変化後経過した、ゼロ超の閾値時間に応答して、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてパティキュレートフィルタを再生する制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。制御装置は、エンジンにかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値よりも低い値に低下すると、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてもよい。制御装置はまた、エンジンにかかる負荷が現在のエンジン回転数に対する閾値よりも低い値に低下しかつパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値超であると、パワー系統を第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えてもよい。第２の動作モードはまた、再生バルブを閉成することを含んでもよい。再生バルブは、排気物を送る排気管に配置された背圧弁とし得る。第２の動作モードは：エンジンの排気管に配置された背圧弁を閉成すること；エンジンの燃料噴射圧力を高めること；エンジンからの排気物をエンジンの吸気部に戻すように再循環させる排気ガス再循環装置に配置された排気ガス再循環バルブを閉成すること；エンジン中のピストンの位置に対して適切に、主燃料噴射がエンジンに噴射される燃料噴射のタイミングを変更すること；および主噴射の前後のいずれかに、主噴射よりも少ない燃料ショットを噴射することの１つ以上を含んでもよい。閾値時間は１０秒を超えてもよい。閾値時間はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が上昇すると、短くなってもよい。閾値時間は１０秒を超えてもよく、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合には、１０秒未満まで短くなってもよい。
【０１４１】
排気物を生成するエンジンと、排気物を送る排気管と、排気管に配置された背圧弁と、エンジン負荷の変化後に背圧弁の動作を遅延させる制御装置とを含むパワー系統についても説明されている。背圧弁の動作は、１０秒超の期間遅延されてもよい。制御装置は背圧弁を動作させて、排気管に配置されたパティキュレートフィルタを再生してもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後に、背圧弁を動作させてもよい。背圧弁の動作は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えて上昇すると短くなる期間、遅延してもよい。背圧弁の動作はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内である場合、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合、１０秒未満の期間、遅延してもよい。
【０１４２】
エンジンと、排気管と、排気管に配置された背圧弁と、制御装置とを含むパワー系統も説明されている。制御装置は、エンジン負荷の変化後に、背圧弁の動作を遅延させるように構成されている。制御装置は、１０秒超の期間、背圧弁の動作を遅延させるようにさらに構成されてもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えた後、背圧弁を動作させて、排気管に配置されたパティキュレートフィルタを再生させるように構成されてもよい。制御装置は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を超えて上昇するにつれ短くなる期間、背圧弁の動作を遅延させるようにさらに構成されてもよい。制御装置はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内の場合には、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合、１０秒未満の期間、背圧弁の動作を遅延させるように構成されてもよい。
【０１４３】
パワー系統を制御する方法であって、第１の動作モード下でパワー系統を動作させること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出すること、パワー系統にかかる負荷の変化を検出後、ゼロ超の閾値時間の間待機することと、および閾値時間の待機後に、第２の動作モード下でパワー系統を動作させて、パティキュレートフィルタの再生を支援することを含む方法も説明されている。この方法はまた、パティキュレートフィルタ中の煤の量を検出すること、および閾値時間の待機後、および煤の量が閾値超であることを検出後に、第２の動作モード下でパワー系統を動作させることを含んでもよい。閾値時間は、パティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値の５％以内である場合、１０秒超としてもよく、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値を１０％超上回る場合には、１０秒未満まで短くなってもよい。パワー系統にかかる負荷の変化は、現在のエンジン回転数に対する閾値の量を下回る負荷の減少とし得る。第２の動作モードは、排気管に配置された背圧弁を閉成することを含んでもよい。
【０１４４】
本明細書で説明した本開示の実施形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく組み込まれ得るが、当業者には、種々の修正および変形をなすことができることが明白である。当業者には、本明細書を考慮しかつ本開示を実施することから他の実施形態が明白である。本明細書および例は、例示としてのみ考慮され、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物に示されるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０）；
排気管（５２）；
排気管（５２）に配置された背圧弁（４４）；および
エンジン（１０）の負荷の変化後、背圧弁（４４）の動作を遅延させるように構成された制御装置（７１）
を含むパワー系統（１）。
【請求項２】
制御装置が、１０秒超の期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のパワー系統（１）。
【請求項３】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を超えた後、背圧弁（４４）を動作させて、排気管（５２）に配置されたパティキュレートフィルタ（５４）を再生するようにさらに構成されている、請求項１または２に記載のパワー系統（１）。
【請求項４】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を超えて上昇するにつれ短くなる期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項３に記載のパワー系統（１）。
【請求項５】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）の５％以内の場合には、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値（１０３）を１０％超上回る場合には、１０秒未満の期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項４に記載のパワー系統（１）。
【請求項６】
パワー系統（１）を制御する方法であって、
パワー系統（１）を第１の動作モード（１０１）下で動作させること；
パワー系統（１）にかかる負荷の変化を検出すること；
パワー系統（１）にかかる負荷の変化の検出後、ゼロ超の閾値時間の間待機すること；および
閾値時間の待機後に、パワー系統（１）を第２の動作モード（１０２）下で動作させて、パティキュレートフィルタ（５４）の再生を支援すること
を含む方法。
【請求項７】
パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量を検出すること；および
閾値時間の待機後、および閾値（１０３）超の煤の量を検出後、パワー系統（１）を第２の動作モード（１０２）下で動作させること
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
閾値時間が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）の５％以内の場合、１０秒超であり、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を１０％超上回る場合、１０秒未満まで短くなる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
パワー系統（１）にかかる負荷の変化が、現在のエンジン回転数に対する閾値の量（１０５）未満への負荷の減少である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第２の動作モード（１０２）が、排気管（５２）に配置された背圧弁（４４）を閉成することを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
エンジン（１０）；
排気管（５２）；
排気管（５２）に配置された背圧弁（４４）；および
エンジン（１０）の負荷の変化後、背圧弁（４４）の動作を遅延させるように構成された制御装置（７１）
を含むパワー系統（１）。
【請求項２】
制御装置が、１０秒超の期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のパワー系統（１）。
【請求項３】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を超えた後、背圧弁（４４）を動作させて、排気管（５２）に配置されたパティキュレートフィルタ（５４）を再生するようにさらに構成されている、請求項１または２に記載のパワー系統（１）。
【請求項４】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を超えて上昇するにつれ短くなる期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項３に記載のパワー系統（１）。
【請求項５】
制御装置が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）の５％以内の場合には、１０秒超の期間、およびパティキュレートフィルタ中の煤の量が閾値（１０３）を１０％超上回る場合には、１０秒未満の期間、背圧弁（４４）の動作を遅延させるようにさらに構成されている、請求項４に記載のパワー系統（１）。
【請求項６】
パワー系統（１）を制御する方法であって、
パワー系統（１）を第１の動作モード（１０１）下で動作させること；
パワー系統（１）にかかる負荷の変化を検出すること；
パワー系統（１）にかかる負荷の変化の検出後、ゼロ超の閾値時間の間待機すること；および
閾値時間の待機後に、パワー系統（１）を第２の動作モード（１０２）下で動作させて、パティキュレートフィルタ（５４）の再生を支援すること
を含む方法。
【請求項７】
パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量を検出すること；および
閾値時間の待機後、および閾値（１０３）超の煤の量を検出後、パワー系統（１）を第２の動作モード（１０２）下で動作させること
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
閾値時間が、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）の５％以内の場合、１０秒超であり、パティキュレートフィルタ（５４）中の煤の量が閾値（１０３）を１０％超上回る場合、１０秒未満まで短くなる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
パワー系統（１）にかかる負荷の変化が、現在のエンジン回転数に対する閾値の量（１０５）未満への負荷の減少である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第２の動作モード（１０２）が、排気管（５２）に配置された背圧弁（４４）を閉成することを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１３−５１５２００（Ｐ２０１３−５１５２００Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４５４２６（Ｐ２０１２−５４５４２６）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／００２２０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７７０７２
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０１１６９４１９）パーキンズ エンジンズ カンパニー リミテッド (8)
【氏名又は名称原語表記】Ｐｅｒｋｉｎｓ Ｅｎｇｉｎｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｐｅｔｅｒｂｏｒｏｕｇｈ ＰＥ１ ５ＮＡ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／００２２０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７７０７２
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０１１６９４１９）パーキンズ エンジンズ カンパニー リミテッド (8)
【氏名又は名称原語表記】Ｐｅｒｋｉｎｓ Ｅｎｇｉｎｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｐｅｔｅｒｂｏｒｏｕｇｈ ＰＥ１ ５ＮＡ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
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