KR100547011B1

KR100547011B1 - 내연기관의 배기정화장치

Info

Publication number: KR100547011B1
Application number: KR20040028366A
Authority: KR
Inventors: 타카하시히데유키; 우메자와카쯔노리; 쯔쯔이야수히로
Original assignee: 미츠비시 후소 트럭 앤드 버스 코포레이션
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2006-01-31
Also published as: US20050000209A1; KR20040093039A; JP2004324587A; CN1540143A; US7367182B2; DE102004019659A1

Abstract

파티귤레이트 필터의 재생을 행하는 강제재생요소는 파티귤레이트 필터의 상류에 설치된 산화촉매(23,24a)와, 이 산화촉매의 상류에 설치되고, 연료분무를 착화에 의해 연소시켜 배기통로 내의 배기를 승온시키는 연소모드와 착화시키지 않고 연료분무만을 배기통로에 공급하는 연료공급모드를 스위칭하여 작동할 수 있는 버너(30)를 포함하고, 이 버너를 연소모드에서 작동시킨 후, 연료공급모드로 스위칭하여 작동시킨다.

Description

내연기관의 배기정화장치{EXHAUST EMISSION CONTROL DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도 1은 본 발명에 관한 내연기관의 배기정화장치의 개략 구성도이다.

도 2는 본 발명에 관한 DPF의 강제재생 제어루틴을 도시하는 플로우 차트이다.

도 3은 강제재생제어의 타임 차트이다.

도 4는 DPF의 하류온도의 시간변화를 도시하는 도면이다.

도 5는 DPF의 중앙 외주온도의 시간변화를 도시하는 도면이다.

도 6은 버너를 연속 연소시킨 경우와 본원 발명과의 DPF의 재생비율을 동일 시간(예컨대, 10min)에 있어서 비교하여 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 엔진 2 … 터보 과급기

3 … 흡기통로 4 … 인터쿨러

6 … 흡기 매니폴드 10 … 배기 매니폴드

12 … 배기관 14 … EGR 통로

16 … EGR 밸브 18 … 연소가스통로

19 … 배기압 센서 20 … 배기 후처리장치

22 … 케이싱 23 … 산화촉매

24 … DPF 26 … 온도센서

30 … 버너 32 … 분사기

34 … 점화기 36 … 플랜지

40 … ECU

본 발명은 내연기관의 배기정화장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배기가스 중의 입자상 물질(Particulate Matter)을 포착하는 파티귤레이트 필터(particulate filter)의 재생기술에 관한 것이다.

버스, 트럭 등에 탑재되는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에는 HC, CO, NO_X 등 외에, 미립자인 입자상 물질(이하, PM이라 약칭함)이 많이 함유되어 있다. 그래서, 디젤 엔진의 후처리장치로서, PM을 포착한 후, 이 포착된 PM을 버너 등의 외부 열원에 의해 직접적으로 소각 제거하는 구성의 디젤 파티큘레이트 필터 (Diesel Particulate Filter)(이하, 적절히 DPF로 약칭한다)가 개발되어 실용화되고 있다.

또하, 예컨대, 연소식 히터를 이용하여 연소열로 배기온도 또는 DPF 승온을 행함과 아울러 고온의 배기온도를 기초로 하여 상기 연소식 히터에 의해 발생하는 연소가스 혹은 기화연료를 첨가제로서 배기정화요소(예컨대, 산화기능을 갖는 DPF)에 공급하고, 상기 DPF 상에서 생기는 반응열에 의해 PM을 제거하는 구성의 장치도 개발되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 2000-186545호 공보 참조).

또한, 최근에는 DPF의 상류측에 PM을 산화 제거하기 위한 산화제(NO₂)를 생성하는 산화촉매를 별도 설치하고, 외부 열원을 이용하는 일없이 연속적으로 DPF 상의 PM을 처리하는 연속재생식 DPF도 개발되어 있다.

그런데, 상기 연속재생식 DPF에 있어서도 엔진의 온도가 낮은 경우 등, 운전조건에 따라서는 DPF에 포착된 PM을 완전히는 제거할 수 없어 PM이 퇴적되고, 따라서, 연속재생식 DPF를 구비한 경우이더라도 DPF에 포착된 PM을 강제적으로 소각 제거하는 외부 열원 등의 수단이 필요하다.

그러나, 상기 버너 등의 외부 열원에 의해 직접적으로 PM을 소각 제거하는 방식에서는 DPF를 화염에 의해 직접 가열하게 되기 때문에 간단하고 값싼 구성인 한편, PM의 연소에 번짐이 생겨서 DPF 외주부의 PM을 충분히 제거할 수 없다라는 문제가 있다. 또한, 이와 같이 DPF가 화염에 직접 노출되게 되면 DPF가 과열에 의해 용해되어 손상될 우려가 높다라는 문제도 있다.

또한, 상기 특허문헌1에 기재된 연소식 히터를 이용한 기술의 경우에 있어서는 연소식 히터는 기본적으로는 엔진의 냉각수의 승온을 목적으로 하고 있기 때문에 DPF를 승온시키기 위해서는 열손실이 크고, 반대로 DPF의 승온을 우선시키면 외 기온도가 높은 하계 등에 있어서는 냉각수 온도가 지나치게 높게 되어 엔진에 쓸데없는 열부하가 걸린다라는 문제가 있다. 또한, 상기 연소식 히터에서는 점화 전기 가열기와는 별도로 기화 전기가열기를 구비하고, 연소식 히터의 비작동시에는 상기 기화 전기가열기에 통전하여 연료를 기화하고 있고, 장치가 복잡하게 됨과 아울러 에너지효율이 매우 나쁘다라는 문제도 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 파티큘레이트 필터를 간단하고, 또한, 값싼 구성으로 하여 효율좋게 재생할 수 있는 내연기관의 배기정화장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 내연기관의 정화장치는 내연기관의 배기통로에 끼워장착되고, 배기 중의 입자상 물질을 포착하는 파티귤레이트 필터와, 상기 파티귤레이트 필터에 포착된 입자상 물질을 강제적으로 소각하여 상기 파티귤레이트 필터의 재생을 행하는 강제재생요소를 구비한 내연기관의 배기정화장치로서, 상기 강제재생요소는, 상기 파티귤레이트 필터의 상류에 설치된 산화촉매와, 상기 산화촉매의 상류에 설치되고, 연료분무를 착화에 의해 연소시켜 배기통로 내의 배기를 승온시키는 연소모드와 착화시키지 않고 연료분무만을 배기통로에 공급하는 연료공급모드를 스위칭하여 작동할 수 있는 버너를 포함하고, 상기 버너를 연소모드에서 작동시킨 후, 연료공급모드로 스위칭하여 작동시키는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 관한 내연기관의 배기정화장치에 의하면 파티큘레이트 필터의 강제재생시에 있어서 우선 버너를 연소모드에서 작동시켜서 배기통로 내의 배기를 승온시켜 산화촉매를 활성화하고, 그 후, 버너를 연료공급모드에서 착화없이 작동시켜 연료분무만을 배기통로에 공급함으로써 버너의 여분의 열에 의해 충분히 안개화가 촉진된 연료분무를 상기 활성화된 산화촉매를 향하여 공급하고, 산화촉매에 있어서 산화반응을 일어나게 하고, 산화반응의 반응열에 의해서 파티큘레이트 필터를 신속히 가열하여 승온시키도록 할 수 있고, 파티큘레이트 필터에 포착된 PM을 양호하게 소각 제거할 수 있다.

이로써, 버너를 이용한 간단하고, 또한, 값싼 구성이면서 버너의 화염에 의해 PM의 연소 번짐을 일으키거나 파티큘레이트 필터를 용해하여 손상시키는 일도 없고, 또한, 내연기관에 쓸데없은 부하가 걸리는 일도 없고, 또한, 열손실을 배제하여 에너지를 쓸데없이 사용하는 일도 없고, 효율좋게 파티큘레이트 필터의 재생을 행할 수 있다.

이 때, 상기 강제재생요소는 연소모드에 의한 작동과 연료공급모드에 의한 작동을 반복해서 실시하는 것이 바람직하다.

이로써, 연료공급모드에서의 작동에 의해 버너의 여분의 열이 감소하여 버너의 온도가 저하하였다하더라도 버너를 반복해서 연소모드에서 작동시키므로 강제재생 중에 걸쳐 버너를 연료분무의 안개화 촉진에 충분한 온도로 유지할 수 있고, 산화촉매에 있어서 산화반응을 확실히 일어나게 하고, 파티큘레이트 필터를 계속 가열하여 승온시킬 수 있다.

바람직하게는 상기 강제재생요소는 상기 산화촉매의 온도를 검출하는 산화촉매 온도검출요소를 포함하고, 상기 버너의 연소모드에서의 작동 중에 상기 산화촉매 온도검출요소에 의해 상기 산화촉매의 온도가 활성온도에 도달한 것이 검출되었을 때, 상기 버너를 연료공급모드로 스위칭하여 작동시키는 것이 좋다.

이로써, 산화촉매는 연소모드를 기초로 하여 활성온도, 즉, 산화반응이 실시되는 온도에 도달하기까지 버너에 의해서 충분히 승온시켜지고, 산화촉매가 상기 활성온도로 된 시점에서 신속히 연소모드로부터 연료공급모드로 스위칭되게 되고, 충분히 활성화된 산화촉매에 의해서 연료분무를 효율좋게 산화할 수 있다.

여기서, 상기 산화촉매는 상기 파티큘레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부로 이루어지는 것이 바람직하다.

이로써, 산화촉매부에 의해 일어난 산화반응의 반응열에 의해서 신속하고 효율좋게 파티큘레이트 필터를 가열하여 승온할 수 있다.

또한, 상기 산화촉매는 상기 파티큘레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부와, 상기 파티큘레이트 필터의 산류에 배치되는 산화촉매 컨버터로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 산화촉매 컨버터와 파티큘레이트 필터로부터 연속재생식 DPF를 구성할 수 있고, 통상은 연속적으로 PM을 소각하여 파티큘레이트 필터의 재생을 행하도록 하고, 버너에 의한 강제재생의 실시빈도를 필요최소한으로 억제하도록 할 수 있다. 또한, 버너의 연소열에 의해서 산화촉매부와 함께 산화촉매 컨버터도 승온시켜 활성화할 수 있으므로 산화촉매부와 산화촉매 컨버터 산화촉매로 연료분무를 확실 히 산화하도록 할 수 있다.

또한, 상기 산화촉매는 상기 파티큘레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부와, 상기 파티큘레이트 필터의 상류에 배치되는 산화촉매 컨버터로 이루어지고, 상기 버너는 상기 파티큘레이트 필터와 상기 산화촉매 컨버터 사이에 설치되어 있는 것이 좋다.

따라서, 산화촉매 컨버터와 파티큘레이트 필터로부터 연속재생식 DPF를 구성하고, 버너에 의한 강제재생의 실시빈도를 필요최소한으로 억제하도록 할 수 있음과 아울러 산화촉매 컨버터의 과열을 억제하면서 산화촉매부에 있어서 일어난 산화반응의 반응열에 의해 효율좋게 파티큘레이트 필터를 가열하여 승온할 수 있다.

도 1에는 본 발명에 관한 내연기관의 배기정화장치가 개략적으로 도시되어 있다.

엔진(1)은, 예컨대, 디젤 엔진이고, 직렬 4기통형의 실린더 레이아웃을 갖고 있다. 엔진(1)의 흡기통로(3)에는 터보 과급기(2)가 장비되어 있고, 터보 과급기 (2)에 의해 과급된 흡기는 인터쿨러(4)를 통해서 흡기 매니폴드(6)에 유입된다.

엔진(1)의 연료공급시스템은, 예컨대, 커먼 레일 시스템(common rail system)으로 이루어지고, 도시하지 않지만 이 시스템에는 커먼 레일 및 기통마다의 분사기가 포함되어 있다. 또한, 커먼 레일 시스템은 공지이고, 이 커먼 레일 시스템의 구성의 상세한 설명은 여기서는 생략한다.

엔진(1)의 각 기통의 배기포트는 배기 매니폴드(10)를 통해서 1개로 집합된 배기관(12)에 접속되어 있다. 또한, 배기 매니폴드(1)와 흡기 매니폴드(6) 사이에 는 EGR 통로(14)가 설치되어 있고, EGR 통로(14)에는 EGR 밸브(16)가 끼워장착되어 있다.

배기관(12)에는 배기 후처리장치(20)가 접속되어 있다. 배기 후처리장치(20)는 원통형상의 케이싱(22)의 내부에 PM(입자상 물질)을 포착하는 DPF(디젤 파티큘레이트 필터)(24)를 수용함과 아울러 이 DPF(24)의 배기 상류측에 산화촉매(산화촉매 컨버터)(23)를 배치하여 구성되어 있다.

상세하게는, 산화촉매(23)은 NO₂를 생성하는 기능을 갖고 있고, 이 산화촉매 (23)와 DPF(24)로 상기 연속재생식 DPF가 구성되어 있음으로써 배기온도가 어느 정도 높고 소정 온도보다 큰 통상 운전시에는 산화촉매(23)에 의해 생성된 NO₂를 산화제로서 DPF(24)에 퇴적한 PM을 항시 연소 제거할 수 있다. 즉, DPF(24)를 연속적으로 재생하는 것이 가능하다.

또한, DPF(24)의 배기 상류부분에는 산화촉매부(24a)가 설치되어 있으므로 DPF(24)는 HC,CO 등의 배기가스성분을 산화처리할 수 있게 구성되어 있다.

또한, DPF(24)의 산화촉매부(24a)에 대응하여 DPF(24)의 온도를 검출하는 온도센서(26)가 설치되어 있고, 산화촉매(23)보다 배기 상류측에는 배기관(12) 내의 배기압을 검출하는 배기압 센서(19)가 설치되어 있다.

배기 후처리장치(20)의 상류측에는 배기관(12)으로부터 분기하여 연소가스통로(18)가 연장되어 있고, 이 연소가스통로(18)의 종단에는, 예컨대, 엔진(1)과 동일한 연료(경유 등)에 의해 연소 화염을 발생하는 버너(30)가 설치되어 있다. 연소 가스통로(18)와 버너(30)는 플랜지(36)에 의해 접합되어 있다.

버너(30)는 분사기(32)와 점화장치인 점화기(34)로 자기착화식 버너로서 구성되어 있다. 상세하게는, 분사기(32)와 점화기(34)는 ECU(전자 컨트롤 유닛)(40)에 전기적으로 접속되어 있고, 버너(30)는 ECU(40)로부터의 신호에 따라서 분사기 (32)로부터 소정량의 연료를 분사하고, 이 분사된 연료에 점화기(34)에 의해서 순식간에 착화할 수 있다. 즉. 버너(30)는 분사기(32)로부터 분사된 연료를 연소시키는 것(연소모드에서의 작동), 및, 분사기(34)에 의한 착화를 행하지 않고 분사기 (32)로부터 연로만 분사하는 것(연료공급모드에서의 작동)이 가능하게 구성되어 있다.

ECU(40)는 엔진(1)을 포함한 본 발명에 관한 내연기관의 배기정화장치의 총합적인 제어를 행하기 위한 제어장치이고, CPU, 메모리, 타이머 카운터 등으로 구성되어 있다.

ECU(40)의 입력측에는 상기 배기압 센서(19), 온도센서(26) 등 이외에, 각종 센서류가 접속되어 있고, 출력측에는 연료분사밸브나 분사기(32), 점화기(34) 등 이외에, 각종 장치류가 접속되어 있다.

이하, 이와 같이 구성된 배기정화장치의 본 발명에 관한 DPF 강제재생제어(강제재생요소)에 관해서 설명한다.

도 2에는 ECU(40)의 실행하는 DPF(24)의 강제재생 제어루틴이 플로우 차트로 도시되어 있고, 도 3에는 상기 강제재생제어의 타임 차트가 도시되어 있다. 이하, 타임 차트를 참조하면서 DPF 강제재생제어를 상기 플로우 차트에 따라 설명한다.

우선, 스텝S10에서는 PM 퇴적량이 소정량을 초과하였는지(PM퇴적량〉소정량)의 여부를 판별한다. 상세하게는, DPF(24)의 PM 퇴적량이 증가하여 필터의 눈막힘이 생기면 배기가스의 흐름이 나쁘게 되고, 배기압이 상승하므로 여기서는 배기압 센서(19)로부터의 배기압 정보에 기초하여 배기압이 소정압을 초과하면 PM 퇴적량이 초과한 것으로 판정한다. 또한, 배기온도가 소정 온도 이하로 낮은 경우에는 산화촉매(23)가 활성상태가 아니며 DPF(24)의 연속재생은 행해지지 않으므로 배기온도가 낮은 영역에서의 엔진(1)의 총운전시간에 기초하여 DPF(24)의 PM 퇴적량을 추정하고, 상기 판별을 행하도록 하여도 좋다.

스텝S10의 판별결과가 아니오(NO)이고, PM 퇴적량이 소정량 이하로 판정된 경우에는 아무것도 하지 않고 상기 루틴을 빠져 나온다. 이 경우, 배기온도가 비교적 높고 소정 온도를 초과하고 있으면, 상기한 바와 같이, DPF(24)는 산화촉매(23)에 의해 생성되는 NO₂의 작용에 의해 양호하게 연속 재생되고 있는 것으로 생각된다.

한편, 스텝S10의 판별결과가 예(YES)이고, PM 퇴적량이 소정량을 초과한 것으로 판정된 경우에는 이어서 스텝S12로 진행한다.

스텝S12에서는 버너(30)를 연소모드에서 작동시킨다. 즉, 분사기(32)와 점화기(34)를 함께 ON으로 하고, 소정량의 연료를 분사기(32)로부터 분사함과 아울러 점화기(34)로 착화를 행하고, 버너(30)의 연소가스를 연소가스통로(18), 배기관 (12)을 통해서 배기 후처리장치(20)에 도입한다. 이 경우, 연소 화염이 배기 후처 리장치(20)까지 도달하는 일은 없고, 고온으로 된 연소가스에 의해서 산화촉매(23) 및 DPF(24)가 승온되게 된다.

스텝S14에서는 버너(30)를 연소모드에서 작동시킨 후, 경과시간(t)이 소정 시간(t1)을 경과하였는지의 여부를 판별한다. 여기서 소정시간(t1)은, 예컨대, DPF (24)의 산화촉매부(24a)가 활성온도에 도달하는 시간(예컨대, 2min)으로 미리 설정되어 있다. 또한, 온도센서(26)로부터의 정보에 기초하여, 버너(30)의 연소모드에서의 작동 중에 DPF(24)의 산화촉매부(24a)의 온도가 활성온도에 도달하였는지의 여부를 직접 판별하도록 하여도 좋다(산화촉매 온도검출요소). 또한, 산화촉매(23)에 온도센서를 설치하고, 상기 산화촉매(23)의 온도를 판별하도록 하여도 좋다.

스텝S14의 판별결과가 아니오(NO)이고 아직 소정 시간(t1)이 경과되어 있지 않은 것으로 판정된 경우에는 연소모드에서의 작동을 계속한다. 한편, 스텝S14의 판별결과가 예(YES)이고 소정 시간(t1)이 경과한 것으로 판정된 경우에는 스텝S16으로 진행한다.

스텝S16에서는 소정 시간(t_int1)(예컨대, 30sec)에 걸쳐 버너(30)의 작동, 즉, 연료분사를 정지함으로써 연소 화염이 소거됨과 아울러 버너(30)의 여분의 열이 연료분무의 안개화 촉진에 적절한 온도로 내려가는 것을 기다린다.

스텝S18에서는 버너(30)를 연료공급모드에서 자동시킨다. 즉, 분사기(32)만 ON으로 하는 한편, 점화기(34)를 OFF로 하고, 점화기(34)에서의 점화를 행하지 않고 소정량의 연료만을 분사기(32)로부터 분사하고, 버너(30)의 여분의 열에 의해 양호하게 분무화된 연료분무(HC)를 연소가스통로(18), 배기관(12)을 통해서 배기 후처리장치(2)에 도입한다.

이와 같이 배기 후처리장치(2)에 도입된 연료분무는 승온하여 활성화된 산화촉매(23) 및 DPF(24)의 산화촉매부(24a)에 있어서 양호하게 산화 반응한다. 또한, 상기 산화반응의 반응열에 의해서 DPF(24)가 가열되어 승온되고, DPF(24)에 퇴적되어 있던 PM이 양호하게 소각 제거된다. 이 때, 버너(30)는 연소모드에서 작동한 직후에 있어서는 가열상태에 있어서 여분의 열을 갖고 있으므로 그 여분의 열에 의해서 분사기(32)로부터 분사되는 연료는 안개화가 충분히 촉진되고 있다. 따라서, 상기 연료분무는 산화촉매(23) 및 DPF(24)의 산화촉매부(24a)에 있어서 신속하게 산화반응하게 되므로 DPF(24)가 급속히 가열되어 승온되고, PM이 충분히 소각 제거된다.

스텝S20에서는 버너(30)를 연료공급모드에서 작동시킨 후, 경과시간(t)이 소정 시간(t2)을 경과하였는지의 여부를 판별한다. 여기서 소정 시간(t2)은, 예컨대, 버너(30)의 여분의 열이 연료의 기화열로서 사용되고, 버너(30)가 연료분무의 안개화 촉진에 충분하지 않은 온도로 저하되기까지의 시간(예컨대, 45sec)으로 설정되어 있다. 판별결과가 아니오(NO)이고 아직 소정 시간(t2)이 경과되어 있지 않은 것으로 판정된 경우에는 연료공급모드에서의 작동을 계속한다. 한편, 판별결과가 예 (YES)이고, 소정 시간(t2)이 경과한 것으로 판정된 경우에는 스텝S22로 진행한다.

스텝S22에서는 소정 시간(t_int2)(예컨대, 15sec)에 걸쳐 버너(30)의 작동, 즉, 연료분사를 정지함으로써 연소가스통로(18) 내의 연료분무가 퍼지되는 것을 기다린다.

스텝S24에서는 스텝S12에 있어서 최초에 버너(30)를 연소모드에서 작동시킨 후, 즉, 강제재생을 개시한 후, 경과시간(t)이 소정 시간(tmax)를 경과하였는지의 여부를 판별한다. 여기서, 소정시간(tmax)는, 예컨대, DPF(24)에 퇴적한 상기 소정량의 PM이 완전히 소각 제거된 것으로 간주되는 시간(예컨대, 10min)으로 설정되어 있다. 즉, 여기서는 강제재생의 종료를 판정한다. 판별결과가 아니오(NO)이고, 아직 소정 시간(tmax)이 경과하지 않지 않은 것으로 판정된 경우에는 스텝S26으로 진행한다.

스텝S26에서는 다시 버너(30)를 연소모드에서 작동시킨다. 즉, 연료분무의 안개화 촉진에 충분하지 않은 온도까지 저하한 버너(30)를 다시 승온시키기 위해서 소정량의 연료를 분사기(32)로부터 분사함과 아울러 점화기(34)로 착화를 행함으로써 버너(30)가 연료분무의 안개화 촉진에 충분한 온도로 유지되고, 또한, 버너(30)의 연소가스에 의해서 산화촉매(23)나 DPF(24)가 더욱 가열되어도 좋고, DPF(24)가 계속 가열되어 승온되고, DPF(24)에 퇴적한 PM이 양호하게 소각 제거된다.

스텝S28에서는 버너(30)를 다시 연소모드에서 작동시킨 후, 경과시간(t)이 소정 시간(t3)을 경과하였는지의 여부를 판별한다. 여기서, 소정 시간(t3)이, 예컨대, 버너(30)가 연료분무의 안개화 촉진에 충분한 온도로 상승하는 한편, 산화촉매 (23)나 DPF(24)를 과열시키지 않을 정도의 시간(예컨대, 45sec)으로 설정되어 있다. 판별결과가 아니오(NO)이고 아직 소정 시간(t3)가 경과되어 있지 않은 것으로 판정된 경우에는 연소모드에서의 작동을 계속한다. 한편, 판별결과를 예(YES)이고 소정 시간(t3)이 결과한 것으로 판정된 경우에는 스텝S30으로 진행한다.

스텝S30에서는 소정 시간(tint3)(예컨대, 15sec)에 걸쳐 버너(30)의 작동, 즉, 연료분사를 정지함으로써 연소 화염이 소거되는 것을 기다린다. 또한, 상기 소정 시간(t_int3)이 상기 소정시간(t_int1)보다 짧아도 좋은 것은 버너(30)의 연소시간이 짧고, 소염(消炎)하는 시간 및 버너(30)가 상기 안개화 촉진의 적절한 온도로 되기까지에 필요한 시간이 짧은 것으로 생각되기 때문이다.

버너(30)를 연소모드에서 작동시킨 후에는 스텝S18로 돌아오고, 다시 버너 (30)를 연료공급모드에서 작동시킨다. 또한, 스텝S24에 있어서 소정 시간(tmax)이 경과하였는지의 여부를 판별하고, 판별결과가 예(YES)이고, 소정 시간(tmax)이 경과한 것으로 판정된 경우에는 스텝S32로 진행하고, 상기 PM 퇴적량을 리셋하여 상기 루틴을 빠져나옴으로써 강제재생을 종료한다.

한편, 스텝S24의 판별결과가 아니오(NO)이고, 소정 시간(tmax)이 경과하고 있지 않은 것으로 판정된 경우에는 이후, 소정시간(tmax)이 경과하기까지 연소모드와 연료공급모드를 반복해서 실시한다.

이와 같이, 도중에 버너(30)의 정지시간을 사이에 두면서 연소모드와 연료공급모드를 반복해서 실시하도록 하면 도 4에 DPF(24)의 하류온도의 시간변화를 도시하소, 도 5에 DPF(24)의 중앙 외주온도의 시간변화를 도시하는 바와 같이, 종래의 같이 버너(30)를 연속 연소시킨 경우(파선)에는 온도가 완만하게 상승하는 것에 대 해서 연료분무의 공급에 따라 DPF(24)의 하류 및 중앙 외주가 함께 주기적으로 고온상태로 된다(실선). 이로써 DPF(24)에 포착된 PM의 소각 제거가 DPF(24) 전체에서 양호하게 촉진되고, DPF(24)의 재생이 조기에 달성된다.

도 6에는 종래의 버너(30)를 연속 연소시킨 경우와 본 발명, 즉, 연소모드와 연료공급모드를 반복해서 실시한 경우의 DPF(24)의 재생비율(소각 PM / 포착 PM)이 동일한 시간(예컨대, 10min)에 있어서 각각 비교해서 도시되어 있지만, 동 도 6에 도시하는 바와 같이, 연소모드와 연료공급모드를 반복해서 실시함으로써 버너(30)를 연속 연소시킨 경우의 약 2배의 재생비율을 실현할 수 있다.

즉, 본 발명에 관한 배기정화장치에 의하면 버너(30)를 이용한 간단하고, 또한, 값싼 구성이면서 강제재생시에 있어서 버너(30)의 화염에 의해서 PM의 연소 번짐을 일으키거나 DPF(24)를 용해하여 손상시키는 일도 없고, 엔진(1)에 쓸데없는 부하가 걸리는 일도 없고, 또한, 에너지를 쓸데없이 사용하는 일도 없고, DPF(24)에 퇴적한 PM의 소각 제거를 행할 수 있고, 효율좋게 DPF(24)의 재생을 행할 수 있다.

또한, 버너(30)의 연소모드에서의 작동 중에 DPF(24)의 산화촉매부(24a)가 활성온도에 도달하면 연료공급모드로 스위칭되도록 하고, DPF(24)를 산화촉매부 (24a)의 활성온도, 즉, 산화반응이 충분히 실시되는 온도까지 충분히 승온시키고나서 연료분무를 공급하도록 하고 있으므로 이 연료분무를 산화촉매부(24a)에 의해서 효율좋게 산화시킬 수 있다.

또한, 산화촉매(23)와 DPF(24)로부터 연속재생식 DPF를 구성하도록 하고 있 으므로 버너(30)에 의한 강제재생의 실시빈도를 필요최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 버너(30)가 산화촉매(23)보다 상류측에 연소가스를 공급하도록 설치되어 있으므로 버너(30)의 연소열에 의해서 산화촉매(23)를 승온시켜 활성화를 도모할 수 있고, 연료분무를 DPF(24)의 산화촉매부(24a)뿐만 아니라 산화촉매(23)도 사용하여 확실하게 산화할 수 있다.

또한, 연소모드와 연료공급모드를 반복해서 실시함으로써 연료공급모드에 있어서 버너(30)의 여분의 열이 감소하여 버너(30)의 온도가 저하하였더라도 강제재생 중에 걸쳐 버너(30)를 연료분무의 안개화 촉진에 충분한 온도로 유지할 수 있고, 산화촉매부(24a) 및 산화촉매(23)에 있어서 산화반응을 확실하게 일으키고, DPF(24)를 양호하게 계속 가열하여 승온시킬 수 있다.

이상에서 실시형태에 관한 설명을 끝내지만 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 상기 실시형태에서는 버너(30)를 산화촉매(23)보다도 상류측에 연소가스를 공급할 수 있게 설치하도록 하였지만 다른 실시형태로서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 버너(30)를 DPF(24)의 바로 상류, 즉, 산화촉매(23)와 DPF(24) 사이에 연소가스를 공급할 수 있게 설치하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면 산화촉매(23)의 과열을 억제하면서 연료공급모드시에는 연료분무의 산화반응을 DPF(24)의 산화촉매부(24a)에 의해서 양호하게 촉진할 수 있고, 상기 산화반응의 반응열에 의해 효율좋게 DPF(24)를 가열하여 승온할 수 있음으로써 상기와 마찬가지로 효율좋게 DPF(24)에 퇴적한 PM의 소각 제거를 행할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 산화촉매(23)를 설치하여 DPF(24)의 연속재생을 행하도록 하였지만 반드시 산화촉매(23)를 설치할 필요는 없다. 이 경우, DPF(24)는 산화촉매부(24a)에 있어서 일어난 산화반응의 반응열에 의해서 신속하고 효율좋게 가열하여 승온되게 되고, 본 발명의 효과는 DPF(24)의 산화촉매부(24a)에 의해서 충분히 달성된다.

또한, 상기 실시형태에서는 연소모드와 연료공급모드 사이에 버너(30)를 정지하는 인터벌 기간(T_int1,T_int2,T_int3)을 설정하도록 하였지만 연소모드와 연료공급모드를 신속히 스위칭할 수 있으면 반드시 이와 같은 인터벌 기간을 설정할 필요는 없다.

또한, 상기 실시형태에서는 엔진(1)으로서 디젤 엔진을 채용하였지만 PM을 제거해야하는 파티큘레이트 필터를 필요로 하는 엔진이면 엔진(1)은 디젤 엔진에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 내연기관의 배기정화장치에 의하면 파티큘레이트 필터를 간단하고, 또한, 값싼 구성으로 하여 효율좋게 재생할 수 있다.

Claims

내연기관(1)의 배기통로(12)에 끼워장착되고, 배기 중의 입자상 물질을 포착하는 파티귤레이트 필터(24)와,

상기 파티귤레이트 필터에 포착된 입자상 물질을 강제적으로 소각하여 상기 파티귤레이트 필터의 재생을 행하는 강제재생요소를 구비한 내연기관의 배기정화장치로서,

상기 강제재생요소는,

상기 파티귤레이트 필터의 상류에 설치된 산화촉매(23,24a)와,

상기 산화촉매의 상류에 설치되고, 연료분무를 착화에 의해 연소시켜 배기통로 내의 배기를 승온시키는 연소모드와 착화시키지 않고 연료분무만을 배기통로에 공급하는 연료공급모드를 스위칭하여 작동할 수 있는 버너(30)를 포함하고,

상기 버너를 연소모드에서 작동시킨 후, 연료공급모드로 스위칭하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
제1항에 있어서, 상기 강제재생요소는 연소모드에 의한 작동과 연료공급모드에 의한 작동을 반복해서 실시하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
제1항에 있어서, 상기 강제재생요소는,

상기 산화촉매의 온도를 검출하는 산화촉매 온도검출요소(26)를 포함하고,

상기 버너의 연소모드에서의 작동 중에 상기 산화촉매 온도검출요소에 의해 상기 산화촉매의 온도가 활성온도에 도달한 것이 검출되었을 때, 상기 버너를 연료공급모드로 스위칭하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
제1항에 있어서, 상기 산화촉매는 상기 파티귤레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부(24a)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
제1항에 있어서, 상기 산화촉매는 상기 파티귤레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부(24a)와, 상기 파티귤레이트 필터의 상류에 배치되는 산화촉매 컨버터(23)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
제1항에 있어서, 상기 산화촉매는 상기 파티귤레이트 필터의 상류부분에 포함되는 산화촉매부와, 상기 파티귤레이트 필터의 상류에 배치되는 산화촉매 컨버터로 이루어지고,

상기 버너는 상기 파티귤레이트 필터와 상기 산화촉매 컨버터 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.