KR100496459B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 Download PDF

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니시하라세츠오
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 디젤 입자상 물질 필터(Diesel Particulate Filter : DPF)에 포집된 입자상 물질(Particulate Matter)의 퇴적량 상관치(Qpm)를 검출하는 퇴적량 검출 수단과, 입자상 물질 필터의 온도 상관치(Tdpf)를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고, 또한 퇴적량 검출 수단의 검출 결과 및 온도 검출 수단의 검출 결과에 따라(S10, S12, S14, S24, S26, S36), 디젤 입자상 물질 필터(DPF)의 과승온을 억제하도록, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 고 회전측(Ni1, Ni2, Ni3)으로 보정하는 보정 수단(S18, S30, S40)을 구비한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST EMISSION CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 디젤 엔진의 배기 통로에 설치된 입자상 물질(PM) 필터의 과열 용손(溶損)을 방지하기 위한 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
버스, 트럭 등의 차량에 탑재되는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에는, HC, CO, NOx 등 이외에, 입자상 물질(PM이라 약칭함)이 많이 포함되어 있다.
그래서, 디젤 엔진의 후처리 장치로서, 입자상 물질을 포집하는 디젤 입자상 물질 필터(DPF라고 약칭함)를 엔진 배기계에 설치함과 함께, 포집된 입자상 물질을 외부 열원 등에 의해 가열하여 소각 제거하는 기술이 개발되어 실용화되고 있다.
또한, 최근에는, DPF의 상류측에 입자상 물질을 산화 제거하기 위한 산화제를 공급하는 산화 촉매를 마련하고, 연속적으로 DPF상의 입자상 물질을 처리 가능한 연속 재생식 DPF도 개발되고 있다.
그런데, 해당 DPF에서는, 외부 열원 등에 의한 가열을 행하지 않는 경우라도, DPF의 온도가 어느 일정 온도 이상이 되면 입자상 물질은 자연적으로 연소가 되어 소각 제거되기 때문에, 예를 들면 차량이 경사로를 주행하고, 디젤 엔진이 고부하 운전되고 있을 때에 DPF의 온도는 상기 일정한 온도에 도달하는지 또는 상기 일정한 온도에 도달하는 정도(상기 일정한 온도보다 약간 낮은 온도)로 높아지고, 높은 산소 농도하에서 입자상 물질은 자연스럽게 연소가 되거나 연소가 될 가능성이 높다.
이러한 점으로부터, 예를 들어 차량이 경사로 주행을 마친 직후에 정차하는 경우와 같이, 디젤 엔진을 고부하 운전 상태로부터 갑자기 아이들 운전으로 전환한 경우에는, 연소 가스가 갑자기 감소하기 때문에 배기 유량이 저하되어 열 유출량이 적어져서, 입자상 물질이 연소가 될 때에 연소열에 의해 DPF의 온도가 급격하게 상승하고, DPF가 과열하여 용손되기 쉽다는 문제점이 있다. 또한, 마찬가지 조건으로, 입자상 물질이 연소되기 직전의 상태에 있을 때에도, 열 유출량이 저하되고 또한 높은 산소 농도하로 되기 때문에, 입자상 물질이 연소됨으로써 DPF의 온도는 연소열에 의해 역시 급격하게 상승하고, DPF가 과열하여 용손되기 쉽다는 문제점이 있다.
그래서, 디젤 엔진이 고부하 운전 상태로부터 아이들 운전으로 전환될 때에, 입자상 물질의 퇴적량이나 DPF의 온도에 관계없이 곧바로, 엔진 회전 속도를 상승시켜 배기 유량의 저하를 방지하여, 열 유출량을 확보하는 것이 고려되고 있다.
그러나, 입자상 물질의 퇴적량이 비교적 적은 경우나 DPF의 온도가 그다지 고온으로 까지 상승하지 않는 경우와 같이, DPF가 과열할 우려가 거의 없는 상황에서도 한결같이 엔진 회전 속도를 상승시키는 것은, 연비를 악화시키거나, 오히려 DPF를 과냉각시킬 우려가 있어 효율적인 것이 아니다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 디젤 엔진의 배기 통로에 설치되는 파티큘레이트 필터의 과열에 의한 용손을 효율적으로 확실하게 방지 가능한 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 제 1 항의 발명에서는, 내연 기관의 배기계에 마련되고, 배기 중의 입자상 물질을 포집하는 입자상 물질 필터와, 상기 입자상 물질 필터에 포집된 입자상 물질의 퇴적량 상관치를 검출하는 퇴적량 검출 수단과, 상기 입자상 물질 필터의 온도 상관치를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 내연 기관의 아이들 운전시에 목표 아이들 회전 속도가 되도록 상기 내연 기관의 회전 속도를 제어하는 아이들 회전 속도 제어 수단과, 상기 퇴적량 검출 수단의 검출 결과 및 상기 온도 검출 수단의 검출 결과에 따라 상기 입자상 물질 필터의 과승온을 억제하도록 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하는 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
즉, 내연 기관이 아이들 운전 상태에 있을 때에는, 아이들 회전 속도 제어 수단에 의해 목표 아이들 회전 속도가 제어되지만, 해당 목표 아이들 회전 속도는, 입자상 물질 필터의 과승온의 우려가 있을 때, 보정 수단에 의해 퇴적량 검출 수단의 검출 결과 및 온도 검출 수단의 검출 결과에 따라 고 회전측으로 보정된다.
따라서, 예를 들면, 차량이 경사로의 주행을 마친 직후에 정차하는 경우, 즉 내연 기관을 고부하 운전한 직후에 아이들 운전을 할 경우에는, 배기 유량이 저하되어 열 유출량이 적어지고, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)에 포집된 입자상 물질(PM)이 고부하 운전에 의해 연소될 때에 연소열에 의해 DPF의 온도가 급격하게 상승하지만, 입자상 물질의 퇴적량 상관치나 DPF의 온도 상관치에 따라 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정함으로써 적절하게 배기 유량의 저하를 방지하고 열의 유출량을 확보할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다. 또한, 마찬가지 조건으로, 입자상 물질이 연소에 이르기 직전 상태에 있을 때에도, 열 유출량이 저하되고 또한 높은 산소 농도하로 되며, 입자상 물질이 연소되어 DPF의 온도는 연소열에 의해 역시 급격하게 상승하지만, 입자상 물질의 퇴적량 상관치나 DPF의 온도 상관치에 따라 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정함으로써 적절하게 배기 유량의 저하를 방지하여 열의 유출량을 확보할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
또한, 제 2 항의 발명에서는, 상기 보정 수단은, 상기 퇴적량 검출 수단에 의해 검출되는 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 클수록 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하는 것을 특징으로 한다.
따라서 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 클수록 입자상 물질의 연소에 의해 발생하는 연소열의 양이 많아지고 DPF가 과열하기 쉽지만, 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 많아질수록 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정함으로써, DPF의 과승온을 회피할 수 있는 적절한 배기 유량으로 하여 열의 유출량을 확보할 수 있고, 한편 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 그다지 많지 않을 때에는 목표 아이들 회전 속도의 보정량을 필요 최소한으로 억제하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
또한, 제 3 항의 발명에서는, 상기 보정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출되는 상기 입자상 물질 필터의 온도 상관치가 소정치보다 클 때에 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하고, 해당 온도 상관치가 소정치 이하일 때에는 상기 목표 아이들 회전 속도의 보정을 금지 또는 억제하는 것을 특징으로 한다.
따라서 DPF의 온도 상관치가 클수록 DPF가 과열되기 쉽지만, DPF의 온도 상관치가 소정치보다 클 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정함으로써, DPF의 과승온을 회피할 수 있는 적절한 배기 유량으로 하여 열의 유출량을 확보할 수 있고, 한편, DPF의 온도 상관치가 소정치 이하일 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하지 않도록 하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 또한 효율적으로 확실하게 방지된다.
또한, 제 4 항의 발명에서는, 상기 소정치는, 상기 퇴적량 검출 수단에 의해 검출되는 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 클수록 저온측으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
따라서 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 많고 DPF의 온도 상관치가 클수록 DPF가 과열되기 쉽지만, 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 많아질수록 DPF의 온도 상관치의 판별 임계치인 소정치를 저온측으로 내림으로써, DPF의 온도 상관치가 해당 입자상 물질의 퇴적량 상관치에 따른 소정치보다 클 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하고 적절한 배기 유량으로 하여 열의 유출량을 확보할 수 있고, 한편 DPF의 온도 상관치가 해당 입자상 물질의 퇴적량 상관치에 따른 소정치 이하일 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하지 않도록 하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손을 더한층 효율적으로 확실하게 방지된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치의 실시예를 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도가 도시되어 있고, 이하 동 도면에 의거하여 설명한다.
엔진(1)으로서는, 여기서는 직렬 4기통 디젤 엔진(이하, 간단하게 엔진이라고 칭함)이 채용된다.
엔진(1)의 연료 공급계는 예를 들면, 커먼 레일 시스템으로 이루어지고, 이 시스템에서는, 각 기통마다 인젝터(연료 분사 노즐)(2)가 마련되어 있고, 이들의 인젝터(2)는 커먼 레일(도시 생략)에 접속되어 있다. 그리고, 각 인젝터(2)는, 전자 컨트롤 유닛(ECU)(40)에 접속되어 있고, ECU(40)로부터의 연료 분사 지령에 의거하여 밸브가 개방 및 폐쇄되고, 커먼 레일 내의 고압 연료를 원하는 타이밍으로 각 연소실에 분사 가능하다. 즉, 해당 인젝터(2)는, 주 연소용의 주분사 외에, 연료의 추가 분사(포스트 분사)나 연료 분사의 휴지 등도 자유롭게 실시 가능하다. 또한, 해당 커먼 레일 시스템은 공지이고, 해당 커먼 레일 시스템 구성의 상세함에 대하여는 여기서는 설명을 생략한다.
엔진(1)의 흡기 포트에는, 흡기 매니폴드(6)를 통하여 흡기관(8)이 접속되어 있고, 흡기관(8)에는 에어 클리너(9)가 마련되어 있다.
한편, 배기 포트에는, 배기 매니폴드(10)를 통하여 배기관(12)이 접속되어 있다.
배기 매니폴드(10)로부터는 EGR 통로(14)가 연장되어 있고, 해당 EGR 통로(14)의 종단은 흡기 매니폴드(6)에 접속되어 있다. 그리고, EGR 통로(14)에는, 전자식의 EGR 밸브(16)가 장착되어 있다.
그리고, 배기관(12)에는 후처리 장치(20)가 장착되어 있다. 후처리 장치(20)는, 배기 가스에 포함된 유해 성분(HC, CO, NOx 등)이나 입자상 물질을 정화 처리하기 위한 촉매 컨버터나 디젤 입자상 물질 필터(DPF)로 이루어진 배기 정화 장치이다. 여기서, 후처리 장치(20)는, DPF(24)의 상류에 산화 촉매(26)를 구비한, 소위, 연속 재생식 디젤 엔진 입자상 물질 필터(연속 재생식 DPF)(22)로서 구성되어 있다.
연속 재생식 DPF(22)는, 산화 촉매(26)에 의해 산화제(NO2)를 생성하고, 이 NO2를 DPF(24)에 공급함으로써 연속적으로 DPF(24)상에 퇴적하는 입자상 물질을 산화 반응시키고, 정화 처리하도록 구성된 장치이다.
또한, 배기관(12)의 DPF(24)의 상류 및 하류의 부분에는, DPF(24)의 온도(Tdpf)나 산화 촉매(26)의 온도(Tcat)의 온도 상관치로서의 배기 온도를 각각 검출하는 배기온 센서(32) 및 배기온 센서(34)가 마련되어 있다(온도 검출 수단(56)).
또한, 배기관(12)의 DPF(24)의 상류 및 하류의 부분에는, 각각 DPF(24)의 상류 및 하류의 배기압을 입자상 물질 퇴적량 상관치로서 검출하는 배기압 센서(36) 및 배기압 센서(38)가 마련되어 있다(퇴적량 검출 수단(58)).
ECU(40)는, 엔진(1)을 포함한 본 발명에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치의 종합적인 제어를 행하기 위한 제어 장치이다.
ECU(40)의 입력측에는, 상기 배기온 센서(32, 34), 배기압 센서(36, 38) 외에, 엔진 회전 속도(Ne)를 검출하는 엔진 회전 속도(NE) 센서(42)나 공연비 센서(44) 등의 각종 센서류가 접속되어 있다.
또한, 도시 생략된 액셀 페달의 밟는 양을 검출하는 센서(46)를 마련하고, 밟는 양 및 엔진 회전 속도(Ne)로부터 엔진(1)으로의 연료 공급량을 설정(연료 분사량 설정 수단(64))하여 엔진에 공급하는 연료량을 제어한다(연료 분사 제어 수단(62)).
또한, 이 센서(46)는 엔진(1)이 아이들 운전 상태인지의 여부를 검출하는 센서로서의 기능도 한다(아이들 검출 수단(50)). 또한, 아이들 운전시에는, ECU(40)에 의해 엔진 회전 속도(Ne)가 목표 아이들 회전 속도(Ni)가 되도록 제어된다(아이들 회전 속도 제어 수단(54)). 또한, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 고정치로 하는 것에 한정되지 않고, 엔진(1)의 아이들 운전 상태에 있어서의 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 엔진의 운전 상태에 따라 설정하여도 좋다(아이들 회전 속도 설정 수단(52)).
한편, ECU(40)의 출력측에는, 상기 인젝터(2), EGR 밸브(16) 등의 각종 장치가 접속되어 있고, 각종 입력 정보에 의거하여, 공연비, 연료 분사량, 연료 분사 시기, 흡입 공기량 등이 설정되고 지령치로서 출력된다.
이하, 도 4를 이용하여, 보통 운전시(이하에 상술하는 DPF(24)의 용손 방지 제어 이외)에 있어서의 연료 분사 제어에 관해 설명한다.
아이들 운전 이외의 보통 운전시에는, 연료 분사량 설정 수단(64)에 있어서, 센서(42)에 의해 검출된 엔진 회전 속도(Ne) 및 센서(46)에 의해 검출된 액셀 페달의 밟는 양에 의거하여 연료 분사 시기 및 분사 기간이 설정된다. 그리고, 연료 분사 제어 수단(62)은, 연료 분사량 설정 수단(64)에 의해 설정된 연료 분사 시기 및 분사 기간에 의거하여 연료 분사 노즐 드라이버(66)를 제어한다. 한편, 아이들 운전(아이들 검출 수단(50)에 의해 액셀 페달의 밟지 않음을 검출)시에는, 아이들 회전 속도 설정 수단(52)에 의해 설정된 목표 아이들 회전 속도(Ni)가 되도록, 아이들 회전 속도 제어 수단(54)으로부터의 출력에 의거하여 연료 분사량 설정 수단(64)에 의해 연료 분사 시기 및 분사 기간이 설정된다. 그리고, 연료 분사 제어 수단(62)은, 연료 분사량 설정 수단(64)에 의해 설정된 아이들 운전시의 연료 분사 시기 및 분사 기간에 의거하여 연료 분사 노즐 드라이버(66)를 제어한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치의 작용에 관해 설명한다.
내연 기관으로부터 배출되는 배기 중의 입자상 물질은 DPF(24)에서 포집된다. 한편, 연속 재생식 DPF(22)에서는, 촉매 온도(Tcat)나 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T0)(예를 들면, 350℃) 이상이고, 산화 촉매(26)가 활성화 한 상태에 있는 경우에는, 이하의 현상이 일어난다. 즉, 산화 촉매(26)에서는, 산화 반응에 의해, CO나 HC가 산화 제거됨과 함께, 산화제로서, 예를 들면 배기 중의 질소 성분 N의 산화물인 NO2가 생성된다. 그리고, 이와 같이 산화 촉매(26)에서 생성된 NO2는, DPF(24)에 공급되고, DPF(24)에 포집된 입자상 물질이 해당 NO2에 의해 산화 처리된다. 즉, 연속 재생식 DPF(22)에서는, DPF(24)에 포집된 입자상 물질은, 산화 촉매(26)에서 생성된 산화제로서의 NO2에 의해 연속적으로 산화되고 제거된다.
또한, DPF(24)에 포집된 입자상 물질이 연속적으로 산화되지 않는 상황에서는, DPF(24)가 외부 열원 등에 의해 가열되고, 입자상 물질은 강제적으로 제거된다. 즉, DPF(24)는 강제 재생된다. 이 경우, 외부 열원 등으로서는 히터 등이 생각되지만, 여기서는, 예를 들면 주 연소용의 연료를 주 분사한 후에 팽창 행정 이후에 재차 연료를 추가 분사(포스트 분사)하게 하여 배기 온도를 상승시키고, DPF(24)를 가열하도록 한다.
또한, 연속 재생식 DPF(22)에 있어서는, 예를 들면 차량이 경사로를 주행하여 엔진(1)이 고부하 운전을 하고 있는 경우와 같이, 배기 온도가 높고 DPF(24)가 상당히 고온이고 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1)(예를 들면, 550℃)보다 큰 경우에는, DPF(24)에 포집된 입자상 물질은 NO2에 의하지 않고 가열되어 자연적으로 연소에 이르든지 또는 연소에 이를 가능성이 높은 상황으로 된다.
그러나, 이와 같이 입자상 물질이 가열에 의해 자연적으로 연소가 되는, 또는 연소가 될 가능성이 높은 상황이 되면, 상술한 바와 같이, 예를 들어 차량이 경사로의 주행을 마친 직후에 정차한 경우와 같이, 엔진(1)이 고부하 운전으로부터 아이들 운전으로 이행한 경우에, 연소 가스의 감소에 의해 배기 유량이 급격하게 저하하게 되고, 열 유출량이 적어지고, DPF(24)가 과열되어 용손될 우려가 있다.
이하, 도 4를 이용하여, 본 발명에 관한 DPF 용손 방지 제어의 제어 블록에 의거하여 설명한다. 보정 수단(60)은, 퇴적량 검출 수단(56)에 의해 검출된 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량 이상이고, 또한 온도 검출 수단(58)에 의해 검출된 DPF 온도(Tdpf)가 입자상 물질 퇴적량 상관치에 따라 설정되는 소정치(소정 온도)를 초과할 때, 아이들 회전 속도 설정 수단(52)에 의해 설정된 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 고 회전측으로 설정한다. 그리고, 아이들 회전 속도 제어 수단(54)은 보정된 목표 아이들 회전 속도가 되도록 연료 분사량 설정 수단(64)에 정보를 출력한다.
본 발명에서는, 이와 같은 DPF(24)의 과열에 의한 용손을 효율적으로 확실하게 방지하도록 하며, 이하, 본 발명에 관한 DPF(24)의 용손 방지 제어에 관해 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 관한 DPF 용손 방지 제어의 제어 루틴이 플로우 차트로 도시되어 있고, 이하 해당 플로우 차트에 따라 설명한다.
스텝 S10에서는, DPF(24)에 포집된 입자상 물질의 퇴적량, 즉 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)(예를 들면, 7g/L)보다 큰지(Qpm > Q1)의 여부를 판별한다.
여기에, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)에 관해서는, 예를 들면, 배기압 센서(36, 38)에 의해 검출되는 배기압간의 차압으로부터 용이하게 검출된다. 즉, DPF(24)에 입자상 물질이 퇴적하면 배기 저항이 커지고, DPF(24)의 상류측의 배기압이 상승하는 한편으로 DPF(24)의 하류측의 배기압이 감소하기 때문에, 배기압 센서(36, 38)에 의해 검출되는 배기압간의 차압과 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)와는, 엔진(1)이 동일 운전 상태에서는 개략 비례 관계에 있다.
그러므로, 배기압 센서(36, 38)에 의해 검출되는 배기압간의 차압을 구하고, 또한 엔진(1)의 운전 상태를 고려함으로써 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 용이하게 검출된다(퇴적량 검출 수단(56)).
또한, 입자상 물질 퇴적량 상관치를 검출하는 퇴적량 검출 수단(56)의 구성으로서는, DPF에 포집된 입자상 물질의 연속 재생에 영향을 주는 DPF의 온도 빈도에 의거하여 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)를 추정하여도 좋다. 즉, DPF에 포집된 입자상 물질을 소각 가능한 온도에 대해, 온도 검출 수단으로 검출된 DPF의 온도를 하회한 때의 빈도를 판정하고, 해당 온도 빈도 판정으로 판정된 빈도가 클 때에, DPF에 포집된 입자상 물질 퇴적량이 많다고 판정한다.
또한, 입자상 물질 소각은, 배기 가스 중의 NOx 양이 많은 상태에서는, 입자상 물질 중의 탄소(C)를 반응시키기 위한 NO2가 풍부하게 생성되기 때문에, 입자상 물질의 연소 작용이 활발하게 되는 경향이 있다. 그 때문에, 엔진의 배기 가스에 포함된 NOx/Soot비를 판정하고, 해당 NOx/Soot비가 낮을수록, DPF의 온도로부터 판정한 온도 빈도를 증가측으로 보정함으로써, DPF에 포집된 입자상 물질 퇴적량을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
스텝 S10의 판별 결과가 예(Yes)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S12로 진행한다.
스텝 S12에서는, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2)(예를 들면, 10g/L)보다 큰지의 여부(Qpm > Q2)를 판별한다. 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2) 이하, 즉, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)보다 크고 소정량(Q2) 이하라고 판정된 경우에는 스텝 S14로 진행한다.
스텝 S14에서는, DPF(24)의 온도, 즉 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T3)(소정치, 예를 들면, 650℃)보다 큰지의 여부를 판별한다. 여기서는, 배기온 센서(32)에 의해 배기 온도를 각각 DPF 온도(Tdpf)의 온도 상관치로서 검출하고, 해당 배기 온도로부터 DPF 온도(Tdpf)를 구하고(온도 검출 수단(58)), 이 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T3)보다 큰지의 여부를 판별한다.
스텝 S14의 판별 결과가 예(Yes)이고, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T3)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S16으로 진행한다.
스텝 S16에서는, 엔진(1)이 아이들 운전중인지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 예(Yes)이고, 엔진(1)이 아이들 운전중이라고 판정된 경우에는 스텝 S18로 진행하고, 아이들 회전 속도 설정 수단에 의해 설정된 엔진(1)의 정상 아이들 운전 상태에 있어서의 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 보통치(Ni0)(예를 들면, 750rpm)보다도 크고 또한 필요 최소한의 소정치(Ni1)(예를 들면, 900rpm)로 설정한다(보정 수단(60)). 이 경우, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 서서히 증가시키도록 하여도 좋다.
즉, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)보다 크고 소정량(Q2) 이하이며 또한, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T3)보다 큰 때에는, 입자상 물질이 자연적으로 연소가 되어 DPF(24)가 과열되어 용손에 이를 가능성이 높다고 생각된다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 보통치(Ni0)보다도 큰 소정치(Ni1)로 설정함으로써 배기 유량을 증가시키고, 열의 유출량을 많게 하여 DPF(24)의 승온을 억제한다. 이로써, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 확실하게 방지된다. 또한, 목표 아이들 회전 속도(Ni)의 상승량은 필요 최소한으로 억제되기 때문에, 연비를 악화시키거나 배기류에 의해 오히려 DPF(24)를 과냉각시키는 일도 없이, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
스텝 S16의 판별 결과가 아니오(No)이고, 엔진(1)이 아이들 운전중이 아니라고 판정된 경우에는, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다.
한편, 스텝 S10의 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1) 이하라고 판정된 경우, 또는 스텝 S14의 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)보다 크고 소정량(Q2) 이하라도 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T3) 이하라고 판정된 경우에는, 아이들 운전중인지의 여부에 관계없이 입자상 물질이 자연적으로 연소가 되어 DPF(24)가 과열되어 용손에 이를 가능성은 없다고 생각된다. 따라서, 이 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상승시키는 일 없이, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다(보정 금지).
이로써, 쓸데없이 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상승시켜서 연비를 악화시키는 일이 없어지고, 또한 배기류에 의해 오히려 DPF(24)를 과냉각시키는 일이 없어지고, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 또한 효율적으로 방지된다.
여기서, 도 3을 참조하면, 아이들 운전시에, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1)보다 크고 소정량(Q2) 이하인 때에 해당 DPF 용손 방지 제어를 실시한 경우(실선)의 DPF 온도(Tdpf), 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm) 및 엔진 회전 속도(Ne)의 시간 변화가, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 보통치(Ni0)로 한 경우(파선) 및 소정치(Ni1)로 유지한 경우(1점 쇄선)로 비교하여 타임 차트로 도시되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, DPF 용손 방지 제어를 실시하여 아이들 운전시에 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 잠시 소정치(Ni1)로 상승시킴으로써, DPF 온도(Tdpf)를 내열 온도(Tmax)(예를 들면, 200℃)보다도 훨씬 낮게 억제할 수 있고, DPF(24)의 과열에 의한 용손을 효율적으로 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 동 도면에 도시한 바와 같이, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q1) 이하까지 내려갈 때에는, 해당 DPF 용손 방지 제어를 종료하고 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 보통치(Ni0)로 되돌림으로써, DPF 온도(Tdpf)를 배기류에 의해 부주의하게 저하시키지 않도록 할 수 있다.
스텝 S12의 판별 결과가 예(Yes)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S24로 진행한다.
스텝 S24에서는, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q3)(예를 들면, 15g/L)보다 큰지(Qpm > Q3)의 여부를 판별한다. 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q3) 이하, 즉, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2)보다 크고 소정량(Q3) 이하라고 판정된 경우에는 스텝 S26으로 진행한다.
스텝 S26에서는, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T2)(소정치, 예를 들면, 600℃)보다 큰지의 여부를 상기 스텝 S14의 경우와 마찬가지로 배기 온도로부터 DPF 온도(Tdpf)를 구하여 판별한다.
여기서, 판정 임계치인 소정 온도(T2)(예를 들면, 600℃)는 상기 소정 온도(T3)(예를 들면, 650℃)보다 낮게 설정되어 있지만, 이것은, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 증가할수록 연소열이 발생하기 쉽고, 즉 DPF(24)가 과열하기 쉽고, DPF 온도(Tdpf)의 판정 임계치를 낮게 하지 않으면 용이하게 용손에 이를 가능성이 높기 때문이다.
스텝 S26의 판별 결과가 예(Yes)이고, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T2)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S28로 진행한다.
스텝 S28에서는, 엔진(1)이 아이들 운전중인지의 여부를 판별한다. 판정 결과가 예(Yes)이고, 엔진(1)이 아이들 운전중이라고 판정된 경우에는 스텝 S30으로 진행하고, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상기 소정치(Ni1)보다도 크고 또한 필요 최소한의 소정치(Ni2)(예를 들면, 1000rpm)로 설정한다(보정 수단). 이 경우, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 서서히 증가시키도록 하여도 좋다.
즉, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2)보다 크고 소정량(Q3) 이하이고 또한 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T2)보다 클 때에는, 입자상 물질이 자연적으로 연소가 되어 DPF(24)가 과열되고 용손에 이를 가능성이 한층 높다고 생각된다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 소정치(Ni1)보다도 큰 소정치(Ni2)로 설정함으로써 배기 유량을 증가시키고, 열의 유출량을 한층 많게 하여 DPF(24)의 승온을 억제한다. 이로써, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
스텝 S28의 판별 결과가 아니오(No)이고 엔진(1)이 아이들 운전중이 아니라고 판정된 경우에는 그대로 해당 루틴을 빠져나온다.
한편, 스텝 S26의 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q2)보다 크고 소정량(Q3) 이하라도 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T2) 이하라고 판정된 경우에는, 아이들 운전중인지의 여부에 관계없이 입자상 물질이 자연적으로 연소에 이르러 DPF(24)가 과열되어 용손에 이를 가능성은 없다고 생각된다. 따라서, 이 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상승시키는 일 없이, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다(보정 금지). 이로서, 역시 연비의 악화나 DPF(24)의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 또한 효율적으로 방지된다.
스텝 S24의 판별 결과가 예(Yes)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q3)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S36으로 진행한다.
스텝 S36에서는, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1)(소정치, 예를 들면, 550℃)보다 큰지의 여부를 상기 스텝 S14나 스텝 S26의 경우와 마찬가지로 배기 온도로부터 DPF 온도(Tdpf)를 구하여 판별한다.
여기에, 판정 임계치인 소정 온도(T1)(예를 들면, 550℃)가 상기 소정 온도(T2)(예를 들면, 600℃)보다도 더욱 낮게 설정되어 있는데, 이것은, 상술한 바와 같이, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 증가할수록 DPF(24)가 과열하기 쉽고, DPF 온도(Tdpf)의 판정 임계치를 더욱 낮게 하지 않으면 용이하게 용손에 이를 가능성이 높기 때문이다.
스텝 S36의 판별 결과가 아니오(No)이고, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1) 이하라고 판정된 경우에는, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다. 한편, 스텝 S36의 판별 결과가 예(Yes)이고, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1)보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S38로 진행한다.
스텝 S38에서는, 엔진(1)이 아이들 운전중인지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 예(Yes)이고, 엔진(1)이 아이들 운전중이라고 판정된 경우에는 스텝 S40으로 진행하고, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상기 소정치(Ni2)보다도 크고 또한 필요 최소한의 소정치(Ni3)(예를 들면, 1200rpm)로 설정한다(보정 수단). 이 경우, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 서서히 증가시키도록 하여도 좋다.
즉, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q3)보다 크고 또한 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1)보다 클 때에는, 입자상 물질이 자연적으로 연소가 되고 DPF(24)가 과열되어 용손에 이를 가능성이 더한층 높다고 생각된다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 소정치(Ni2)보다 큰 소정치(Ni3)로 설정함으로서 배기 유량을 증가시키고, 열 유출량을 더한층 많게 하여 DPF(24)의 승온을 억제한다. 이로 인해, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
스텝 S38의 판별 결과가 아니오(No)이고 엔진(1)이 아이들 운전중이 아니라고 판정된 경우에는, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다.
한편, 스텝 S36의 판별 결과가 아니오(No)이고, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)가 소정량(Q3)보다 크더라도 DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1) 이하라고 판정된 경우에는, 아이들 운전중인지의 여부에 관계없이 입자상 물질이 자연적으로 연소가 되어 DPF(24)가 과열되고 용손에 이를 가능성은 없다고 생각된다. 따라서, 이 경우에는, 목표 아이들 회전 속도(Ni)를 상승시키는 일 없이, 그대로 해당 루틴을 빠져나온다(보정 금지). 이로써, 역시 연비의 악화나 DPF(24)의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF(24)의 과열에 의한 용손이 또한 효율적으로 방지된다.
이상으로 실시 형태의 설명을 마치지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 차량이 경사로를 주행하고 엔진(1)이 고부하 운전을 한 직후에 아이들 운전을 행하는 경우를 가정하였지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명은, 포스트 분사 등에 의해 DPF(24)의 강제 재생을 행하고, DPF 온도(Tdpf)가 상승할 때에 갑자기 아이들 운전이 실시되는 경우에도 적용된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, DPF 온도(Tdpf)의 온도 상관치로서 배기온 센서(32)로부터 배기 온도를 검출하도록 하였지만, 배기온 센서(34)로부터의 배기 온도 정보를 이용하여도 좋고, DPF(24)에 온도 센서를 마련하고 DPF(24)의 온도를 직접 검출하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, DPF 온도(Tdpf)가 소정 온도(T1, T2, T3) 이하인 때에, 목표 아이들 회전 속도(Ni)의 상승을 금지하도록 하였지만, 목표 아이들 회전 속도(Ni)의 상승을 억제하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 2의 DPF 용손 방지 제어의 제어 루틴에 있어서, 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)와 소정량과의 비교 및 DPF 온도(Tdpf)와 소정 온도와의 비교 후에, 엔진(1)이 아이들 운전 중인지의 여부를 판별하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 처음에, 엔진(1)이 아이들 운전 중인지의 여부를 판별한 후에 입자상 물질 퇴적량 상관치(Qpm)와 소정량과의 비교 및 DPF 온도(Tdpf)와 소정 온도와의 비교를 행하여도 좋음은 말할 필요도 없다.
본 발명의 효과는, 입자상 물질의 퇴적량 상관치나 DPF의 온도 상관치에 따라 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정함으로써 적절하게 배기 유량의 저하를 방지하여 열의 유출량을 확보할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
한편, 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 그다지 많지 않을 때에는 목표 아이들 회전 속도의 보정량을 필요 최소한으로 억제하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 효율적으로 확실하게 방지된다.
DPF의 온도 상관치가 소정치 이하인 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하지 않도록 하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 또한 효율적으로 확실하게 방지된다.
또한, DPF의 온도 상관치가 해당 입자상 물질의 퇴적량 상관치에 따른 소정치 이하일 때에는, 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하지 않도록 하여 연비 악화나 DPF의 과냉각을 방지할 수 있고, DPF의 과열에 의한 용손이 더한층 효율적으로 확실하게 방지되는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 발명에 관한 DPF(Diesel Particulate Filter, 디젤 입자상 물질 필터) 용손 방지 제어의 제어 루틴을 도시한 플로우차트.
도 3은 DPF 용손 방지 제어의 제어 결과의 한 예를 도시한 타임 차트.
도 4는 본 발명에 관한 DPF 용손 방지 제어의 제어 블록도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 엔진 2 : 인젝터
6 : 흡기 매니폴드 8 : 흡기관
9 : 에어 클리너 10 : 배기 매니폴드
12 : 배기관 14 : EGR 통로
16 : EGR 밸브 20 : 후처리 장치

Claims (6)

  1. 내연 기관의 배기계에 마련되고, 배기 중의 입자상 물질을 포집하는 입자상 물질 필터(24)와,
    상기 입자상 물질 필터에 포집된 입자상 물질의 퇴적량 상관치를 검출하는 퇴적량 검출 수단(56)과,
    상기 입자상 물질 필터의 온도 상관치를 검출하는 온도 검출 수단(53)과,
    상기 내연 기관이 아이들 운전 상태인지의 여부를 검출하는 아이들 검출 수단(50)과,
    상기 내연 기관의 아이들 운전시에 목표 아이들 회전 속도가 되도록 상기 내연 기관의 회전 속도를 제어하는 아이들 회전 속도 제어 수단(54)과,
    상기 퇴적량 검출 수단(56)의 검출 결과, 상기 온도 검출 수단(58)의 검출 결과 및 상기 아이들 검출 수단(50)의 검출 결과에 따라 상기 입자상 물질 필터(24)의 과승온을 억제하도록 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하는 보정 수단(60)을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 수단(60)은, 상기 퇴적량 검출 수단(56)에 의해 검출되는 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 클수록 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 수단(60)은, 상기 온도 검출 수단(58)에 의해 검출되는 상기 입자상 물질 필터의 온도 상관치가 소정치보다 클 때에 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하고, 해당 온도 상관치가 소정치 이하일 때에는 상기 목표 아이들 회전 속도의 보정을 금지 또는 억제하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정치는, 상기 퇴적량 검출 수단(56)에 의해 검출되는 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 클수록 저온측으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 수단(60)은, 상기 아이들 검출 수단(50)에 의해 상기 내연 기관이 아이들 운전 상태에 있을 때, 상기 퇴적량 검출 수단(56)의 검출 결과 및 상기 온도 검출 수단(58)의 검출 결과에 따라 상기 입자상 물질 필터의 과승온을 억제하도록 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 수단(60)은, 상기 퇴적량 검출 수단(56)에 의해 검출되는 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치가 소정량보다 크며, 또한 상기 온도 검출 수단(58)에 의해 검출되는 상기 입자상 물질 필터의 온도 상관치가 검출된 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치에 따라 설정된 소정치를 초과할 때, 상기 퇴적량 검출 수단(56)에 의해 검출된 상기 입자상 물질의 퇴적량 상관치에 따라 상기 목표 아이들 회전 속도를 고 회전측으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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