KR100886851B1 - 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한내연기관 및 미립자 필터 재생 방법 - Google Patents

Abstract

배기가스 정화장치의 일실시형태에서는 DPF(33) 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과하고 있고, 또한 엔진의 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도 미만일 때에는 엔진의 흡기 배관(21)에 구비된 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡입공기량 감소 동작을 실행하고, 또한, DPF(33)의 상류측에 배치한 전기 히터(34)에 의한 가열 동작을 실행하여 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시켜 DPF(33)의 재생동작을 개시시킨다.

Description

배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관 및 미립자 필터 재생 방법{EXHAUST EMISSION CONTROL DEVICE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE EQUIPPED WITH THE EXHAUST EMISSION CONTROL DEVICE AND PARTICULATE FILTER REGENERATING METHOD}

본 발명은 디젤엔진으로 대표되는 내연기관의 배기계에 구비되고, 배기가스 중의 입자상 물질(Paticulate Matter, 이하, PM이라고 함)을 포집하는 미립자 필터(이하, 단지 필터라고 함)를 갖는 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관 및 필터 재생 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 등에 탑재되는 내연기관에서는 배기 에미션의 향상이 요구되고 있고, 특히 디젤엔진에 있어서는 CO, HC, NOx의 삭감에다가 배기가스 중에 포함되는 매연 등의 PM을 제거하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에 다공질재 등에 의해 구성된 필터를 엔진의 배기 통로에 배치하여 이 필터에 의해 배기가스 중의 PM을 포집하고 있다.

이 필터는 상술한 바와 같이 다공질재 등에 의해 구성되어 있으므로, PM 포집량(이하, PM 퇴적량으로 칭하는 경우도 있음)이 과잉으로 증가되면 필터 내의 유통 저항이 증대하여 엔진 출력의 저하 등을 초래하게 된다. 이 때문에 필터에 포집 된 PM을 적당하게 제거하여 필터를 재생해서 PM 포집 능력을 회복시킬 필요가 있다.

지금까지의 필터 재생 방식으로서는 예컨대 하기의 특허문헌1에 개시되어 있는 것 같이, 필터 내로의 역 세정 에어 공급 동작이나 가열장치에 의한 필터 가열 동작을 일괄식으로 행하여 PM을 제거하는 것이 알려져 있다.

또한, 자동차용 엔진 등에의 적용을 가능하게 하도록, 필터의 연속 사용을 가능하게 하기 위해 하기의 특허문헌2에 개시되어 있는 바와 같은 연속 재생식의 필터도 제안되어 있다. 이 특허문헌2에는, 복수의 필터를 병렬로 접속하고, 일부의 필터로 PM의 포집 동작을, 다른 필터로 재생동작을 각각 행함으로써 엔진의 연속 운전을 가능하게 하고 있다.

또한, 상기 연속 재생식의 것에서는 필터가 대형화되어 버리기 때문에 필터의 소형화를 도모하는 것으로서 화학반응형 재생 방식도 제안되어 있다(예컨대, 하기의 특허문헌3을 참조). 이 화학반응형 재생 방식은 배기가스 중의 NO를 NO₂로 산화시키고, 이 NO₂가 NO로 되돌아올 때에 방출하는 O(산소)를 이용하여 PM을 산화 제거하는 것이다. 예컨대, 필터에 백금 등의 산화 촉매를 설치해 두고, 이 산화 촉매의 산화작용을 이용함으로써 엔진 운전 중의 필터 재생을 가능하게 하고 있다.

그러나, 이 화학반응형 재생 방식에서는 배기 가스 온도가 소정의 재생 동작 가능 온도(예컨대 300℃) 이상으로 되지 않으면 상기 화학반응이 행해지지 않는다. 즉, 배기 가스 온도가 이 재생 동작 가능 온도 미만인 상황이 계속되면 필터 내에 대량의 PM이 퇴적되어 버려 필터의 눈막힘이 염려되는 상황으로 된다. 이 때문에 PM의 퇴적량이 소정량 이상에 도달한 경우에는 어떠한 수단으로 배기 가스 온도를 상기 재생 동작 가능 온도 이상으로 향상시킬 필요가 있다.

이 점을 감안하여, 전자제어 축압식 연료 분사 장치(소위 커먼레일식 인젝터)를 구비한 엔진에서는 주연료를 분사하여 팽창행정이 개시된 후에 인젝터로부터 연료를 다시 분사하는 「포스트 분사」를 실행하고, 이 포스트 분사 연료의 연소에 의해 배기 가스 온도를 상승시키도록 하고 있다(예컨대 하기의 특허문헌4를 참조). 또한, 흡기계에 흡기 스로틀 밸브를 설치하여 그 개도를 작게 함으로써 흡입공기량을 감소시켜 공연비를 리치(rich) 하게 하고, 이것에 의해 연소실 내의 연소 온도를 상승시켜 배기 가스 온도를 향상시키는 것도 행해지고 있다(예컨대 하기의 특허문헌5를 참조).

또한, 화학반응형 재생 방식의 필터에 있어서 상기 재생동작의 개시 타이밍을 적절하게 얻기 위해서는 필터의 PM 퇴적량을 정확하게 검출할 필요가 있다.

이 점을 감안한 것으로서 하기의 특허문헌6 및 특허문헌7이 제안되어 있다. 특허문헌6에는 배기관에 있어서의 필터의 상류측과 하류측의 압력차를 압력센서에 의해 검출해 두고, 이 압력차가 소정값 이상에 도달하면 PM 퇴적량이 많아진 것으로 판단하여 필터 재생 동작을 개시하도록 하고 있다. 또한, 이 필터 재생 동작으로서 구체적으로는 흡기계에 구비된 흡기 스로틀 밸브의 개도를 작게 하는 것, 배기계에 구비된 배기 스로틀 밸브의 개도를 작게 하는 것, 연료분사량을 증량하는 것, 연료 분사 시기를 늦추는 것 등이 특허문헌6에는 개시되어 있다.

또한, 특허문헌7에는 엔진의 운전상태에 대응한 PM 생성량 및 연소 속도 정수가 맵으로부터 판독되고, 소정의 연산식에 의해 PM 퇴적량을 추정하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌1: 일본 특허 공개 평8-232639호 공보

특허문헌2: 일본 특허 공개 평11-236813호 공보

특허문헌3: 일본 특허 공개 2001-271629호 공보

특허문헌4: 일본 특허 공개 평8-303290호 공보

특허문헌5: 일본 특허 공개 평6-137130호 공보

특허문헌6: 일본 특허 공개 평7-189654호 공보

특허문헌7: 일본 특허 공개 2002-97930호 공보

이상과 같이 배기 가스 온도를 높이는 수단을 강구함으로써 화학반응형 재생 방식의 실현을 도모한 것이 알려져 있지만, 지금까지의 것은 이하의 점에서 아직 개량의 여지가 남겨져 있었다.

우선, 상술한 특허문헌4에 개시되어 있는 포스트 분사에 의해 배기 가스 온도를 상승시키는 방법에 있어서는, 연료 분사 타이밍을 임의로 설정할 수 있는 전자제어식 연료 분사 장치에만 적용할 수 있는 기술이고, 기계식 연료 분사 장치에 적용할 수 없기 때문에 범용성의 낮은 것이었다.

또한, 상술한 특허문헌5에 개시되어 있는 바와 같이 흡입공기량을 감소시킴으로써 배기 가스 온도를 상승시키는 방법에 있어서는, 예컨대 엔진이 아이들링 운전상태일 때에는 배기 가스 온도가 극단적으로 낮기 때문에, 이 상태로부터 엔진 스톨이 생기지 않는 범위에서 흡기 스로틀 밸브의 개도를 작게 하였더라도 배기 가스 온도를 상기 재생 동작 가능 온도까지 상승시키는 것은 곤란하다. 이것은, 흡기 스로틀 밸브의 개도를 작게 함에 따라 흡기압력이 저하되어 가고, 압축행정 완료시점에서의 연소실 내부 온도가 낮게 되어 가기 때문에, 실화(失火)가 생기지 않는 범위에서 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시킬 수 없기 때문이다.

한편, 상기 특허문헌6에 개시되어 있는 PM 퇴적량 검출 방법은 그 신뢰성이 충분하게 확보되어 있다고는 말할 수 없었다. 그 이유를 이하에 서술한다. 우선, 일반적으로 압력센서는 내열성이 낮은 것이고, 이 압력센서를 고온환경하인 배기계에 설치하는 것이기 때문에 정확한 검출값을 출력할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 배기관 내부와 압력센서를 접속하고 있는 압력 인출 파이프에는 엔진 등으로부터의 진동이 작용하기(차량용 엔진의 경우에는 차체로부터의 진동도 작용한다) 때문에, 이 진동에 의해 압력 인출 파이프에 균열이 발생한 경우에는 배기관의 내압을 정확하게 검출할 수 없게 된다. 또한, 특히 필터 상류측에 접속되는 압력 인출 파이프에 있어서는 파이프 내에 PM이 들어가서 눈막힘이 발생할 가능성이 있고, 이 경우에도 배기관의 내압을 정확하게 검출할 수 없게 된다.

또한, 필터의 상류측과 하류측의 압력차의 압력 레벨이 매우 낮아 미소한 압력차 계측이 필요하기 때문에, 압력센서로서는 고정밀도이며 고가인 것이 필요하게 되어 실용성이 결여되는 것이었다.

아울러서, 필터의 상류측과 하류측의 압력차는 PM 퇴적량이 동일하더라도 엔진 운전 상황(특히 배기가스의 양)에 따라 변동한다. 이 때문에 정확한 PM 퇴적량을 알기 위해서는 엔진 회전수, 엔진 부하 등이라는 정보를 취득하고, 압력센서에 의해 검출한 압력차에 대하여 이들 정보에 기초한 보정 계산을 행해야만 한다. 따라서, 상기 정보를 취득하기 위한 수단이 필요하게 될 뿐만 아니라 연산 동작의 복잡화를 초래해 버리게 된다. 단, 상기 정보를 취득하여 압력차의 보정 계산을 행하였더라도, 상술한 바와 같이 검출된 압력차가 정확하다는 보증이 없고, 보정 계산 후의 PM 퇴적량이 정확하다라고는 할 수 없다.

또한, 상기 특허문헌7에 개시되어 있는 PM 퇴적량 검출 방법에 있어서도 그 신뢰성이 충분히 확보되어 있다라고는 말하기 어렵다. 왜냐하면, 엔진에 통상의 열화(劣化) 이외의 어떠한 문제에 의해 성능 열화가 발생한 경우 PM 배출량이 증대될 가능성이 있고, 이 경우에는 연산식에 의해 추정된 PM 퇴적량과 실제의 PM 퇴적량 사이에 차가 생겨 버리게 된다. 이 때문에 상기 특허문헌6과 같은 차압 검출 등이라는 별도의 수단도 채용하여 상기 추정된 PM 퇴적량이 실제의 PM 퇴적량으로부터 크게 동떨어져 있지 않다는 것을 보증해 둘 필요가 있다.

이상과 같이, 종래의 PM 퇴적량 검출 방법에서는 그 신뢰성이 충분히 확보되지 있지 않았기 때문에 필터의 PM 퇴적량을 오판단해 버릴 가능성이 있었다. 예컨대, 실제의 PM 퇴적량이 적은데도 불구하고 PM 퇴적량이 소정량(필터 재생 동작을 필요로 하는 양)에 도달했다라고 오판단해 버리는 상황에서는, 재생동작이 빈번히 행해져 버려서 이 재생동작에 요하는 에너지량의 증대(예컨대 전기 히터에 의해 필터 가열을 행하는 것에서는 소비전력의 증대)를 초래해 버리거나, 빈번한 필터 가열에 의해 필터의 장수명화에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 반대로, 실제의 PM 퇴적량이 상기 소정량에 도달해 있음에도 불구하고 PM 퇴적량이 소정량에 도달해 있지 않은 것으로 오판단해 버리는 상황에서는, 필터의 눈막힘이 과도하게 되어 버려 배기 압력의 손실의 증가에 따라 엔진 출력의 저하나 연비의 악화를 초래해 버리게 된다.

본 발명의 목적은 미립자 필터의 재생동작을 보다 적절한 방식으로, 또한, 보다 적절한 타이밍에서 행하는 것이 가능한 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관 및 필터 재생 방법을 제공하는 것에 있다. 구체적으로는, 연료 분사 장치의 형식을 막론하고, 또한 배기 가스 온도의 상승을 확실하게 행할 수 있어서 재생동작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있는 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관 및 필터 재생 방법을 제공하는 것, 및, 내연기관의 배기가스 중의 PM을 포집하는 필터에 있어서의 PM 퇴적량을 정확하게 인식할 수 있는 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 배기가스 정화장치는 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터와, 상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단과, 상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단과, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단과, 상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단과, 상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 내연기관의 운전 중에 배기가스와 함께 배출된 입자상 물질은 미립자 필터에 의해 포집되어 간다. 그리고, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이 내연기관의 운전이 계속되면, 미립자 필터 내부에 있어서의 입자상 물질의 퇴적량이 증대되어 가서 미립자 필터의 눈막힘이 염려되는 상황으로 된다. 이 때문에 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과하고 있는, 즉 상기 눈막힘이 걱정되는 상황이 되어 있고, 또한 내연기관의 배기 온도가 재생 동작 가능 온도 미만인, 즉 미립자 필터의 자연 재생이 행해지고 있지 않은 상황일 때에는, 재생동작 제어수단이 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작이나 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작을 개시시킨다. 이들 동작은 한쪽이 우선적으로 실행되고, 그 후, 다른쪽이 실행되는 경우도 있으면 양쪽이 동시에 실행될 경우도 있다. 이것에 의해 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하고, 미립자 필터 내부의 입자상 물질은 산화 제거되어 미립자 필터는 재생되게 된다. 따라서, 종래의 포스트 분사를 필요로 하는 일 없이 배기 온도를 재생 동작 가능 온도 이상으로 상승시킬 수 있게 되고, 또한, 엔진의 아이들링 중이며 흡입공기량을 그 이상 감소시킬 수 없는 상황이여도 배기 가열 수단에 의해 배기 온도를 재생 동작 가능 온도 이상으로 상승시킬 수 있게 된다. 이 때문에 기계식의 연료 분사 장치를 구비한 엔진에 대해서도 적용할 수 있게 되고, 연료 분사 장치의 형식을 막론하고, 또한 배기 가스 온도의 상승을 확실하게 행할 수 있어서 재생동작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 재생동작 제어수단은 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 한쪽의 동작을 우선적으로 실행하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않을 때에 다른쪽의 동작을 실행시키도록 구성해도 된다.

예컨대, 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 우선적으로 행한 경우에 이 흡입공기량 감소 동작만에 의해서 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작은 필요 없게 된다. 이 때문에 배기 가열 수단에 의해 소비되는 에너지(예컨대 전기 에너지)의 손실을 억제할 수 있다. 또한, 배기 가열 수단(예컨대 전기 히터)에 의한 배기가스 가열 동작만으로 배기 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시키려고 하면 그 승온의 상승이 느리기 때문에 재생 개시까지의 시간이 길게 필요해질 가능성이 있지만, 흡입공기량 감소 동작을 우선적으로 행하도록 하면 흡입공기량의 감소 동작과 대략 동시에 배기가스의 승온을 행할 수 있게 된다.

한편, 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작을 우선적으로 행한 경우에, 이 배기가스 가열 동작만에 의해서 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작은 필요 없게 된다. 이 때문에 흡기량의 감소에 따른 CO나 THC의 발생량의 증가를 억제할 수 있고, 또한, 엔진의 펌핑 손실을 억제함으로써 연비의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 흡입공기량 감소 동작만에 의해서 상승가능한 배기 가스 온도에는 한계가 있지만(예컨대 50~100deg 정도의 온도 상승밖에 예상할 수 없음), 배기가스 가열 동작을 우선적으로 행하도록 하면 이 가열 동작에 의해 배기 온도를 확실하게 또한 대폭적으로 상승시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 설정되어 있고, 이 임계값을 초과하여 흡입공기량이 감소되는 일이 없는 구성으로 해도 된다.

흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작에 의해 흡입공기량을 적게 해 가면, 내연기관의 압축 상사점에서의 통내 압력이 충분하게 얻어지지 않고, 혼합 기체의 착화 시기가 대폭적으로 지연되거나 또는 실화가 발생해 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 감소가능한 흡입공기량에 소정의 임계값을 미리 설정해 두고, 이 임계값을 초과하여 흡입공기량이 감소되는 일이 없도록 하고 있다. 이것에 의해 미립자 필터의 재생 동작 중에 내연기관이 정지해 버린다는 상황을 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 복수 설정되어 있는 구성으로 해도 된다.

상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 실화에 의해 상기 내연기관이 운전 한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값이 설정되어 있고, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, 미립자 필터의 재생동작이 개시되면 우선 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작이 개시되고, 그 흡입 공기 감소량이 제1임계값에 도달한 경우(배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이 흡입 공기 감소량이 제1임계값에 도달한 경우)에는 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환한다. 이것에 의해 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도를 허용한계 이하로 억제하면서도 배기 가스 온도를 상승시켜 갈 수 있다. 그리고, 그 후도 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시킨다. 이 동작은 흡입 공기 감소량이 제2임계값으로 되는 것을 한도로 하여 행해진다. 이 때문에 미립자 필터의 재생 동작 중에 내연기관이 정지해 버리는 일은 없다.

또한, 상기 복수의 임계값은 여러가지 조건에 따라 변경되도록 해도 된다. 예컨대, 상기 내연기관의 부하 및 회전수에 따라 변경되도록 구성하거나 상기 내연기관이 사용하는 연료의 세탄값에 따라 변경되도록 구성해도 된다.

즉, 내연기관의 운전상태가 변화되거나 내연기관에 사용하는 연료의 세탄값이 다르면 흡입 공기 감소량에 대한 CO 및 THC의 발생량이나 혼합 기체의 착화 시기의 지연량도 변화되기 때문에, 그것에 수반하여 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량이나 실화에 의해 내연기관이 운전 한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량도 다른 값으로 된다. 따라서, 내연기관의 운전상태나 연료의 세탄값에 따라 임계값을 변경함으로써 CO 및 THC의 발생량을 허용범위 내로 억제한 상태에서 미립자 필터의 재생동작을 실행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 배기 가열 수단은 상기 내연기관의 출력에 의해 발전된 전력을 사용하는 전기 히터에 의해 구성해도 된다.

또한, 상기 내연기관의 최대 출력과 상기 내연기관에 대한 요구 출력의 차가 상기 전기 히터에 의해 사용되는 출력보다 작은 경우에는 상기 전기 히터에 의한 배기가스의 가열 동작을 제한 또는 금지하도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 예컨대 차량에 적용한 경우에 그 주행 성능이나 견인 성능에 지장을 초래하는 일 없이, 요구되는 내연기관의 출력을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 내연기관은 배기측과 흡기측을 연통할 수 있는 EGR 통로와, 이 EGR 통로의 통로 면적을 가변으로 하는 EGR 밸브를 갖고, 배기가스를 상기 내연기관의 흡기측으로 환류시키는 EGR 장치를 구비하고 있고, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중 그 흡입 공기 감소량이 클수록 상기 EGR 밸브의 개도를 작게 해 가도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 미립자 필터의 재생시에 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작에 의해 흡기측의 압력이 낮아졌더라도 그에 따라 EGR 밸브의 개도가 작아지기 때문에 배기 환류율을 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 혼합 기체의 연소 상태를 양호하게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 내연기관의 운전상태를 감시하고 있고, 그 운전상태의 변동량이 소정량을 초과했을 때 상기 EGR 밸브를 완전 폐쇄로 하도록 구성해도 된다.

이것은, 미립자 필터의 재생 중에 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에 따라 EGR 밸브의 개도를 변경하려고 할 경우, EGR 환류량은 흡입공기량 감소 동작에 대하여 약간의 지연을 수반하는 것을 고려한 것이다. 즉, 엔진 회전수나 엔진 토크라는 내연기관의 운전상태가 크게 변동하는 상황에서는 이 EGR 밸브의 개도 변경 동작이 혼합 기체의 연소 상태에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 이 때문에 내연기관의 운전상태의 변동량이 소정량을 초과했을 때에는 EGR 밸브를 완전 폐쇄로 하여 이것에 의해 연소 불량을 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 내연기관은 배기가스의 유체 에너지를 이용하여 흡입 공기를 압축하는 터보챠져를 구비하고 있고, 상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 상기 터보챠져의 서징이 발생할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값이 설정되어 있고, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 터보챠져를 구비한 내연기관에 있어서 미립자 필터의 재생 동작 중에 터보챠져의 서징이 발생하는 것이 저지되어 안정된 내연기관의 운전을 실현하면서 미립자 필터의 재생동작을 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 내연기관은 배기가스의 유체 에너지를 이용하여 흡입 공기를 압축하는 터보챠져를 구비하고 있음과 아울러, 배기가스가 상기 터보챠져를 바이패스하도록 개방 동작을 행하는 웨스트 게이트 밸브 또는 흡입 공기가 상기 터보챠져를 바이패스하도록 개방 동작을 행하는 흡기 바이패스 밸브를 구비하고 있는 한편, 상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 완전 폐쇄로 한 상태에서 상기 터보챠져의 서징이 발생할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값과, 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브가 개방된 상태에 있어서 실화에 의해 상기 내연기관이 운전 한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제3임계값이 설정되어 있고, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 완전 폐쇄로 한 상태에서 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키고, 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값에 도달한 경우에는 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 개방한 상태에서 흡입 공기 감소량이 상기 제3임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 계속하도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 터보챠져의 서징이 발생하는 상황으로 되어도 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 개방하여 터보 과급을 해제함으로써 서징을 해소시킨 상태에서 더욱 흡입공기량을 감소시켜 배기 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 퇴적량 검출 수단은 상기 미립자 필터가 표준상태에 있을 경우에 있어서의 상기 내연기관의 부하 및 상기 내연기관 회전수에 기초한 상기 미립자 필터의 상태와, 현재의 상기 미립자 필터에 있어서의 상기 내연기관의 부하 및 상기 내연기관 회전수에 기초한 상기 미립자 필터의 상태의 차를 구함으로써 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 구성으로 해도 된다.

여기서 말하는 미립자 필터가 표준상태라는 것은 예컨대 미립자 필터에 PM이 퇴적되지 않은 상태(미립자 필터가 신품일 때)를 말한다. 즉, 이 표준상태에 대하여 내연기관의 부하 및 내연기관 회전수가 있는 상태에 있어서의 미립자 필터의 상태로서 상기 표준상태와 현재의 상태의 차를 구함으로써 현재의 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량을 추측할 수 있고, 이것에 의해 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과하였는지의 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 미립자 필터의 바로 상류측의 압력을 검출하여 비교함으로써 이 판단이 가능하다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 퇴적량 검출 수단은 미립자 필터 상류측 압력에 기초하여 입자상 물질의 퇴적량을 추정하도록 되어 있음과 아울러, 배기 온도에 의해 미립자 필터 내부 온도를 추정하고, 이 미립자 필터 내부 온도와 미립자 필터 상류측 압력에 의해 결정된 보정량에 의해 상기 퇴적량을 보정하는 구성으로 해도 된다.

미립자 필터 상류측 압력은 미립자 필터 내부 온도가 높아짐에 따라 상승해 간다. 이 때문에 미립자 필터 상류측 압력에 기초하여 입자상 물질의 퇴적량을 추정하려고 할 경우에는 이 압력뿐만 아니라 미립자 필터 내부 온도도 고려할 필요가 있다. 또한, 배기 온도가 상승하는 상황으로 되었을 경우, 이 배기 온도의 상승 속도에 비해서 실제의 미립자 필터 내부 온도의 상승 속도는 미립자 필터의 열용량분만큼 지연되어 있다. 이 때문에 이러한 점들을 고려하여 배기 온도에 의해 미립자 필터 내부 온도를 추정하고, 이 미립자 필터 내부 온도와 미립자 필터 상류측 압력에 의해 결정된 보정량에 의해 상기 퇴적량을 보정한다. 이것에 의해 보다 정확한 입자상 물질의 퇴적량의 추정을 행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 퇴적량 검출 수단은 미립자 필터 상류측 압력을 검지하는 압력센서이며, 상기 재생동작 제어수단은 미립자 필터 상류측 압력이 재생 개시 압력에 도달하면 재생동작을 개시시키도록 되어 있어서, 상기 미립자 필터가 장착된 신품시부터의 상기 내연기관의 연료분사량을 적산해 가고, 이 적산값에 따라 상기 재생 개시 압력을 서서히 높은 값으로서 갱신해 가도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, 재생동작에서는 제거할 수 없는 입자상 물질이 미립자 필터 내에 축적되어 가서, 재생동작을 완료해도 미립자 필터의 바로 상류측의 압력이 신품시에 있어서의 바로 상류측의 압력보다 높게 되어 갈 경우이여도, 이 입자상 물질의 영향을 받는 일 없이 일정한 간격으로 재생동작을 실행시킬 수 있고, 또한, 재생동작을 종료할 수 없게 되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 재생동작 제어수단은 상기 미립자 필터의 재생동작의 완료 시점에서의 미립자 필터 상류측 압력이 소정 압력을 초과하고 있는 경우에는 재생 목표 온도가 높게 되도록 갱신하는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 특히 온도가 낮아지기 쉬운 미립자 필터 외주부에 남아있는 입자상 물질을 효과적으로 제거할 수 있게 되고, 재생동작의 빈도를 높이는 일 없이 일정한 간격으로 재생동작을 실행시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 퇴적량 검출 수단은 미립자 필터 상류측 압력을 검지하는 압력센서이며, 상기 재생동작 제어수단은 미립자 필터 상류측 압력이 재생 종료 압력에 도달하면 재생동작을 종료시키도록 되어 있어서, 상기 미립자 필터가 장착된 신품시부터의 상기 내연기관의 연료분사량을 적산해 가고, 이 적산값에 따라 상기 재생 종료 압력을 서서히 높은 값으로서 갱신해 가도록 구성해도 된다.

재생동작이 개시되고나서 소정 시간이 경과한 시점에서 재생동작을 종료시키도록 한 경우에는, 충분하게 재생이 행해지고 있음에도 불구하고 재생동작이 계속되어 쓸데 없는 재생동작이 행해지거나, 아직 완전하게 재생되어 있지 않음에도 불구하고 재생동작이 종료해 버릴 가능성이 있다. 이것에 대하여 상기 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, 재생동작으로는 제거할 수 없는 입자상 물질이 미립자 필터 내에 축적되어 가는 것을 고려하면서 재생 종료 압력을 갱신하도록 하고 있으므로, 쓸데 없는 재생동작이 행해지거나 아직 완전하게 재생되어 있지 않음에도 불구하고 재생동작이 종료해 버린다는 상황을 회피할 수 있어 재생동작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 재생동작 제어수단은 상기 미립자 필터의 재생동작 중에 있어서의 미립자 필터 상류측 압력이 급격하게 저하되는 상황이 생긴 경우에는, 재생 목표 온도가 낮아지도록 갱신하는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, 재생동작의 실행 온도가 높은 채로 유지되어서, 미립자 필터 내부에서의 발열이 커져 이상 재생을 초래해 미립자 필터가 파손되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 재생동작 제어수단은 상기 미립자 필터의 재생동작 중에 있어서의 미립자 필터 상류측 압력이 급격하게 저하되는 상황이 발생한 경우에는 재생동작을 중지하는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 미립자 필터의 파손을 확실하게 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관의 배기계에는 배기 배관을 폐쇄 가능하게 하는 배기 스로틀 수단이 구비되어 있고, 상기 재생동작 제어수단은 상기 내연기관의 정지시에 상기 흡기량 감소 수단에 의해 흡입 공기를 차단함과 아울러 상기 배기 배관을 폐쇄하도록 구성해도 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관의 배기계에는 배기 배관을 폐쇄 가능하게 하는 배기 스로틀 수단이 구비되어 있고, 상기 재생동작 제어수단은 상기 내연기관의 정지시에 상기 흡기량 감소 수단에 의해 흡입 공기를 차단함과 아울러 상기 배기 배관을 폐쇄하고, 또한 연료 분사 동작을 실행하도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, 흡기계 및 배기계로부터 DPF(33)로의 공기(산소)의 도입을 저지할 수 있고, 이것에 의해 미립자 필터의 재생 반응이 진행되어 버려서 용손(溶損)을 초래한다는 상황을 회피할 수 있다. 또한, 내연기관의 정지시에 연료 분사 동작을 실행함으로써 기통 내의 잔존 산소가 연소되고, 이것에 의해 미립자 필터의 재생 반응이 진행되어 버리는 것을 확실하게 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연기관은 상술한 배기가스 정화장치 중 어느 하나를 구비한 내연기관으로서, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때에, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나가 우선적으로 실행 또는 양쪽이 동시에 실행됨으로써 상기 미립자 필터가 재생되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 미립자 필터 재생 방법은, 상술한 배기가스 정화장치 중 어느 하나에 의해 행해지는 미립자 필터 재생 방법으로서, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때에, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행함으로써 상기 미립자 필터를 재생시키는 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 배기가스 정화장치는 1차측으로부터 2차측을 향해 내연기관의 배기가스를 통과시킴으로써 배기가스 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러 그 전체 또는 상기 1차측의 적어도 표면의 일부가 비도전성 재료로 이루어져 있는 미립자 필터와, 상기 미립자 필터에 있어서의 비도전성 재료로 이루어지는 부분의 적어도 2점 사이의 전기저항을 검출하는 전기저항 검출수단과, 상기 전기저항 검출수단으로부터의 출력을 받아 상기 미립자 필터에 있어서의 입자상 물질의 퇴적량을 추정하는 퇴적량 추정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함되는 PM은 탄소(C)를 주성분으로 하는 매연과 미연소의 연료유ㆍ윤활유 등으로 이루어져 있어서 「도전성」을 갖고 있다. 상기 구성의 배기가스 정화장치에서는 예컨대 SiC 등의 세라믹계 재료 등의 비도전성 재료로 이루어지는 필터에 대하여 적용하는 것이며, 이 비도전성 재료 부분의 예컨대 2점 사이에 있어서의 PM의 퇴적에 따른 전기저항의 변화를 전기저항 검출수단에 의해 검출하도록 하고 있다.

내연기관의 운전에 따라 필터는 1차측으로부터 2차측을 향해 내연기관의 배기가스를 통과시킴으로써 배기가스 중의 PM을 포집해 간다. 즉, 필터의 1차측 표면에는 도전성의 PM이 퇴적되어 간다. 그리고, 이 PM의 퇴적량이 많아지면 상기 전기저항의 검출 대상인 2점 사이가 PM에 의해 도통하고, 더욱 PM 퇴적량이 증대되면 그 퇴적 두께가 커져 감에 따라 전기저항값은 서서히 저하되어 가게 된다. 이 때문에 이 전기저항값의 변화를 전기저항 검출수단에 의해 검출하고, 그 검출신호를 퇴적량 추정수단이 받음으로써 PM의 퇴적량이 많아진 것을 인식할 수 있다.

이와 같이 상기 구성의 배기가스 정화장치에서는 PM이 도전성을 갖고 있는 것을 유효하게 이용하여 PM 퇴적량의 인식을 가능하게 하고 있다. 이 때문에 필터의 상류측과 하류측의 압력차를 압력센서에 의해 검출하거나 내연기관의 운전상태에 대응한 PM 생성량 등을 맵으로부터 판독하여 연산한다는 종래의 것에 비하여, PM 최적량 검출 동작의 신뢰성을 높게 얻을 수 있다. 또한, 전기저항을 검출하기 위한 배선(도선)을 필터 표면에 접속한다는 비교적 간단한 구성이 채용가능하므로 실용성의 높은 것이다.

또한, 상기 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 내연기관의 운전 상황(회전수 및 부하)을 검출할 필요가 없고, 이들 회전수 및 부하를 검출하기 위한 수단을 구비하고 있지 않은 기계식 연료분사계를 채용하고 있는 내연기관에 있어서도 PM 퇴적량을 정확하게 인식할 수 있다. 또한, 회전수 및 부하를 검출하기 위한 센서의 고장에 의한 오동작도 생기지 않기 때문에 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 설명에서는 필터 전체가 비도전성 재료로 구성되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, 필터의 거의 전체를 도전성 재료로 구성하고, 1차측 표면의 일부분만을 비도전성 재료로 구성해 두고, 이 비도전성 재료로 이루어지는 부분의 적어도 2점 사이의 전기저항을 전기저항 검출수단에 의해 검출한다는 구성도 채용가능하다. 예컨대, 금속제 필터의 1차측 표면에 있어서 소정 거리를 둔 2개소에 비도전성 재료를 적용하고, 이 2개소에 전기배선을 접속하여 2점 사이의 전기저항을 검출하는 구성을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 전기저항 검출수단은 2세트 이상이 설치되어 있는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 소정 전기저항 검출수단의 전기배선에 단선이 생겼더라도 다른 전기저항 검출수단에 의해 필터 상의 전기저항을 검출하는 것이 가능하여 PM 최적량 검출 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 전기저항 검출수단에 상기 단선이 발생한 경우, 이 전기저항 검출수단에 의해 검출되는 전기저항값은 계속적으로 무한대로 되기 때문에, 이것을 인식함으로써 전기저항 검출수단에 단선이 발생한 것을 용이하게 인식할 수 있다.

또한, 상기 구성의 배기가스 정화장치와 같이 전기저항 검출수단을 2세트 이상 설치한 경우에, 복수의 전기저항 검출수단이 검출하는 전기저항값이 모두 무한대가 아니고 또한 서로 다른 값일 경우에는, 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식하는 것이 바람직하다. 이것은 필터에 대한 PM의 퇴적이 편중되어 있는 경우(편중 퇴적되어 있는 경우)의 대책이며, 전기저항을 검출하고 있는 각 부 중 가장 PM 퇴적량이 많은 개소(전기저항이 낮게 되어 있는 개소)를 기준으로 하여 필터 재생 동작의 개시 타이밍을 결정하는 것이다. 가령, 다른 전기저항 검출수단에 의해 검출되어 있는 전기저항값보다 높게 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로 한 경우에는, 그 밖의 개소(전기저항값이 낮게 검출되어 있는 개소)에서는 PM이 과잉으로 퇴적되어 있을 가능성이 있고, 필터 재생 동작시에는 그 개소에서 온도 과상승을 초래하여 필터의 손상이 우려되게 된다. 이와 같은 상황을 회피하기 위하여 상술한 바와 같이 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값(PM이 가장 많이 퇴적되어 있는 부분에서의 전기저항값)을 참된 전기저항값으로서 인식하도록 하고 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 전기저항 검출수단은 상기 미립자 필터에 있어서의 비도전성 재료 부분의 적어도 3점의 상호간의 전기저항을 검출하도록 구성해도 된다.

예컨대 3점{여기서는, 필터상의 점(X), 점(Y), 점(Z)으로 칭하는 것으로 한다}의 상호간의 전기저항을 검출하는 구성으로 한 경우, 각 점에 접속되어 있는 전기배선에 단선이 발생하고 있지 않을 때에는 각 점 사이의 저항치를 r1,r2,r3으로 하면,

r1=r2=r3=r

로 되고(편중 퇴적이 생기지 않은 경우), 각 점 사이에 있어서 검출되는 전기저항값은,

R(X,Y)=R(Y,Z)=R(Z,X)=R=(2/3)r

R(X,Y): 3점 중 「점(X)」과 「점(Y)」 사이의 저항치, R(Y,Z): 3점 중 「점(Y)」과 「점(Z)」 사이의 저항치, R(Z,X): 3점 중 「점(Z)」과 「점(X)」 사이의 저항치로 되어 있다.

그리고, 이 상태로부터 하나의 전기배선에 단선이 발생한 경우(상기 「점(X)」에 연결되는 전기배선에서 단선이 발생한 경우)에는,

R(X,Y)=∞

R(Z,X)=∞

R(Y,Z)=r

로 되고, R(Y,Z)의 전기저항값이 돌연히 1.5배(단선이 발생하지 않은 경우의 1.5배)로 상승한다. 이 때문에 상기 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 전기저항값의 급격한 상승을 인식함으로써 전기배선의 단선을 용이하게 인식할 수 있다.

또한, 이와 같이 미립자 필터에 있어서의 비도전성 재료 부분의 적어도 3점의 상호간의 전기저항을 검출하는 구성으로 한 경우에 있어서도 상술과 마찬가지로 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 전기저항 검출수단은 전기저항 측정대상인 점(상기 전기배선이 접속되어 있는 점)에 있어서의 미립자 필터 표면 온도를 측정 가능하게 구성해도 된다.

구체적으로는 전기저항 측정대상인 점에 대하여 이것에 접속되어 있는 전기배선(상기 전기저항 측정용 배선)과는 다른 재료의 전기배선을 접속하고, 이 양 전기배선에 의해 폐회로를 구성하고, 그 회로의 전압을 계측한다는 구성을 들 수 있다. 예컨대, 전기저항 측정용 프로브에 열전대로서의 기능을 부가한 것이다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 상기 전기저항의 측정은 예컨대 열전대측인 부극측의 프로브의 전기저항 측정용 배선과 다른쪽의 프로브 사이에서 행하게 된다. 그리고, 열전대측의 프로브를 이용하여 전기저항 측정대상인 점의 온도를 측정함으로써 재생동작이 정상으로 행해지고 있는지(적정한 온도에서 재생동작이 행해지고 있는지)의 여부를 판단할 수 있다. 또한, 복수 세트의 전기저항 검출수단을 설치하고 각각 열전대로서의 기능을 갖추게 한 경우에는, 재생 동작 중에 필터 상의 복수 개소의 온도를 계측할 수 있게 되고, 이것에 의해 필터의 편온(偏溫)의 유무를 인식할 수 있다. 그리고, 이 편온이 발생한 경우에는 PM의 편중 퇴적이 발생한 것으로(보수관리가 필요한 상태에 있는 것으로) 판단할 수 있다. 즉, 전기저항 검출수단에 온도측정기능을 부가함으로써 필터의 보수관리가 필요한지의 여부의 판단이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 퇴적량 추정수단은 상기 전기저항 검출수단에 의해 검출된 전기저항에 대하여 미립자 필터 온도에 기초한 보정 연산을 행함으로써 입자상 물질의 퇴적량을 추정하도록 구성해도 된다. 상기 전기저항값은 필터 온도에 의해 좌우되기 때문에 이와 같은 구성은 바람직하다.

즉, 도 6에 필터 온도와 전기저항값의 관계를 나타내는 바와 같이 동일한 PM 퇴적량이여도 필터 온도가 높을수록 전기저항값으로서는 낮아진다. 이것을 고려하여, 예컨대

R=aT²+bT+c

R: 전기저항값, T: 필터 온도, a,b,c: 계수

로 한 보정식을 이용하여 보정 연산을 행함으로써 높은 정밀도로 입자상 물질의 퇴적량을 추정할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 필터 온도에 기초하여 PM 퇴적량을 연산할 경우, 필터 온도를 계측하는 수단으로서는 상술한 바와 같은 전기저항 검출수단에 일체화된 열전대를 사용해도 되고, 개별의 온도센서를 사용해도 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 퇴적량 추정수단에 의해 추정된 입자상 물질의 퇴적량이 소정의 재생 개시 퇴적량을 초과했을 때에 필터 재생 동작을 개시하는 한편, 상기 퇴적량 추정수단에 의해 추정된 입자상 물질의 퇴적량이 소정의 재생 종료 퇴적량을 하회했을 때에 필터 재생 동작을 정지하도록 구성해도 된다.

이 경우, 상기 재생 개시 퇴적량에 상당하는 전기저항값과 재생 종료 퇴적량에 상당하는 전기저항값이 미리 설정되게 되지만, 이들 전기저항값은 후자의 전기저항값쪽을 높게 설정해 두고, 필터 재생 동작의 개시와 정지가 빈번히 반복되는 소위 헌팅을 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 종래에는 내연기관의 운전 중에 있어서의 필터 재생 동작은 상기 압력센서의 차압 검출값을 감시해 두고, 이 값이 소정값 이상에 도달한 경우에 흡기량을 줄이거나 연료 분사 시기나 그 패턴을 변화시켜서 배기 온도를 상승시키는 것이 일반적이었다. 이와 같은 흡기량의 감량, 연료 분사 시기나 그 패턴의 변화는 그것 자체가 필터 상류측과 하류측의 차압을 변화시켜 버리기 때문에 차압 검출값에 의해 정확한 PM 퇴적량을 추정하는 것은 곤란했다. 또한, 내연기관의 연비의 악화에도 연결되는 것이었다. 상기 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 이들 문제를 초래하는 일이 없고, 정확하게 PM 퇴적량을 추정할 수 있고, 또한, 내연기관의 연비 향상을 도모할 수도 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서, 필터 재생 동작의 실행 중에 상기 전기저항 검출수단에 의해 검출되는 전기저항값의 변화율이 소정의 이상 판정 변화율보다 높게 된 경우에는 필터 재생 동작을 정지하도록 구성해도 된다.

이와 같이 전기저항 검출수단에 의해 검출되는 전기저항값의 변화율이 소정의 이상 판정 변화율보다 높은 경우, 즉, 필터상의 전기저항값의 변화가 급격할 경우에는, 필터의 일부분이 국소적으로 이상 고온으로 되는 「이상 재생」이 발생할 가능성이 있다. 이 「이상 재생」 상태가 계속되어 버리면 필터의 용손이 우려되기 때문에 이 전기저항값의 변화율이 높게 된 시점에서 필터 재생 동작을 종료시키도록 하고 있다. 이것에 의해 필터의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 미립자 필터의 상류측과 하류측의 압력차를 검출하는 압력센서를 구비시키고, 이 압력센서로부터의 출력 및 상기 전기저항 검출수단으로부터의 출력을 받고, 이들 출력에 기초하여 상기 미립자 필터의 보수관리가 필요한지의 여부를 판단하는 보수관리 판단수단을 구비하도록 구성해도 된다.

일반적으로, 미립자 필터에 퇴적하는 물질로서는 재생동작에 의해 제거가능한 상기 PM 이외에 제거 불가능한 물질로서 윤활유의 부착에 따른 회분이나 엔진 마모분 등이 있다. 그리고, 압력센서의 차압 검출만에 의한 퇴적 상황의 감시에서는 차압 상승의 요인이 상기 PM에 의한 것인지 그렇지 않으면 엔진 마모분 등에 의한 것인지의 판단이 곤란하고, 이것을 판단하기 위해서는 내연기관의 총운전시간에 기초하여 필터 세정 등의 보수관리의 필요성을 판단할 필요가 있었다. 이에 대하여 상기 구성의 배기가스 정화장치에 의하면 예컨대, 압력센서에 의해 검출되는 차압이 비교적 높고, 또한 전기저항 검출수단에 의해 검출되는 필터상의 전기저항값이 비교적 낮을 경우에는, 재생동작에 의해 제거가능한 PM의 퇴적량이 많은 것으로 판단할 수 있다. 한편, 압력센서에 의해 검출되는 차압이 비교적 높고, 또한 전기저항 검출수단에 의해 검출되는 필터상의 전기저항값이 비교적 높을 경우에는, 재생동작에서는 제거 불가능한 물질의 퇴적량이 많은 것으로 판단할 수 있다. 이 때문에, 재생동작의 실행에 의해 필터를 정화할 수 있는 상황인지, 미립자 필터의 보수관리가 필요한 상황인 것인지를 용이하게 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치로 있어서 상기 퇴적량 추정수단에 의해 추정된 입자상 물질의 퇴적량이 소정의 재생 개시 퇴적량을 초과했을 때에 필터 재생 동작을 개시하는 한편, 필터 재생 동작 조건은 계측된 미립자 필터 표면 온도에 의해 결정되는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성의 배기가스 정화장치에 의하면, PM 퇴적량의 검출과 동시에 필터 표면 온도도 계측해 두고, 재생동작 개시시에 있어서의 필터 표면 온도와 재생 목표 온도의 차로부터 필터 재생 동작의 조건(재생동작 계속시간, 흡기량의 감소량, 연료 분사 시기의 변화량 등)을 결정하여 재생동작을 개시하게 된다. 이것에 의해 적절한 조건에서 필터 재생 동작을 실행할 수 있고, 재생동작에 따른 연비의 악화 등을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서 상기 내연기관의 기동시에 있어서의 필터 온도가 소정 온도 이하일 때에는 필터 재생 동작을 강제적으로 금지하도록 구성해도 된다.

예컨대 촉매반응을 이용한 미립자 필터에 있어서 내연기관의 기동시에 있어서의 필터 온도가 소정 온도 이하{냉태(冷態) 시}일 때에, 흡기량의 감량이나 연료 분사 시기나 그 패턴의 변경 등이라는 필터 재생 동작을 실행해 버리면, 혼합 기체의 불완전 연소에 의해 CO나 THC가 촉매로 반응하지 않고, 그대로 대기중에 배출되어 버려 자극적인 냄새를 발생하게 된다. 이 때문에, 상기 냉태시에는 필터 재생 동작을 강제적으로 금지하고, 혼합 기체의 불완전 연소를 억제하여 CO나 THC의 배출량을 삭감하도록 하고 있다.

또한, 상술한 배기가스 정화장치 중 어느 하나를 구비한 내연기관도 본 발명의 기술적 사상의 범주이다.

<발명의 효과>

본 발명의 배기가스 정화장치 및 그 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관에 의하면 미립자 필터의 재생동작을 보다 적절한 방식으로, 또한, 보다 적절한 타이밍에서 행할 수 있게 된다.

종래의 포스트 분사를 필요로 하는 일 없이 배기 온도를 재생 동작 가능 온도 이상으로 상승시키는 것이 가능하게 되고, 또한, 엔진의 아이들링 중이며 흡입공기량을 그 이상 감소시킬 수 없는 상황이여도 배기 가열 수단에 의해 배기 온도를 재생 동작 가능 온도 이상으로 상승시킬 수 있게 된다. 그 결과, 기계식의 연료 분사 장치를 구비한 엔진에 대해서도 적용하는 것이 가능하게 되어 미립자 필터의 범용성의 확대를 도모할 수 있음과 아울러 배기 가스 온도의 상승을 확실하게 행할 수 있어서 재생동작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

필터의 상류측과 하류측의 압력차를 압력센서에 의해 검출하거나 내연기관의 운전상태에 대응한 PM 생성량 등을 맵으로부터 판독하여 연산하는 종래의 것에 비해서 PM 최적량 검출 동작의 신뢰성을 높게 얻을 수 있다. 또한, 전기저항을 검출하기 위한 배선(도선)을 필터에 접속한다는 비교적 간단한 구성이 채용가능하므로 실용성의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 엔진 및 DPF 재생을 위한 제어시스템의 개략적인 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 2(a)는 엔진 토크가 소정값일 경우에 있어서의 엔진 회전수와 DPF 바로 상류측의 압력의 관계를 나타내는 도면이고, 도 2(b)는 엔진 회전수가 소정값일 경우에 있어서의 엔진 부하와 DPF 바로 상류측의 압력의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3은 흡기 스로틀 우선 동작에 있어서 흡기 스로틀 동작이 행해진 후에 가열 동작이 행해진 경우에 있어서의 배기 가스 온도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

도 4는 흡기 스로틀 우선 동작과 배기 가열 우선 동작의 선택을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 흡기 스로틀량을 변화시킨 경우에 있어서의 통내 압력의 변화 상태 및 각각의 혼합 기체 착화 타이밍을 나타내는 도면이다.

도 6은 흡기 스로틀량과 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 7은 제2실시형태에 따른 DPF 재생동작에 있어서의 배기 가스 온도, 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

도 8은 엔진 회전수 및 엔진의 토크에 따른 각 임계값의 변경 동작을 설명하 기 위한 도면이다.

도 9는 세탄값이 서로 다른 2종류의 연료에 대한 흡기 스로틀량과 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 10은 제3실시형태에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 11은 엔진 본체의 출력과 그 중의 전기 히터로 사용되는 출력의 관계를 나타내는 도면이다.

도 12는 제3실시형태의 변형예에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 13은 제4실시형태에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 14는 EGR 밸브의 개도 제어에 있어서의 흡기 스로틀 장치의 흡기 스로틀량과 EGR 밸브의 개도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 15는 흡기 스로틀 장치에 의한 흡기 스로틀량에 대한 EGR 밸브의 개도의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

도 16은 제4실시형태에 있어서의 엔진 회전수, 엔진 토크, EGR 밸브의 개도, 흡기 스로틀 장치에 의한 흡기 스로틀량의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

도 17은 제5실시형태에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 18은 각 임계값의 설정 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 19는 제5실시형태에 따른 DPF 재생동작에 있어서의 배기가스 온도, 배기가스 중 CO 및 THC의 농도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

도 20은 제5실시형태의 변형예에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 21은 흡기 스로틀 장치에 의한 흡기 스로틀량과 웨스트 게이트 밸브의 개도의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

도 22는 제6실시형태에 있어서의 엔진 회전수, 배기 가스 온도, DPF의 내부 온도, DPF의 바로 상류측의 압력, PM 퇴적량의 추정값의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

도 23은 제7실시형태에 있어서의 DPF 바로 상류측의 압력의 변화를 나타내는 도면이다.

도 24는 제8실시형태에 따른 도면으로서, 도 24(a)는 재생동작 개시 전의 DPF의 내부를 나타내는 단면도이고, 도 24(b)는 재생동작 후의 DPF의 내부를 나타내는 단면도이며 외주부에 PM이 퇴적되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 25는 제8실시형태에 있어서 재생 온도를 변경하는 경우와 변경하지 않는 경우의 DPF 바로 상류측의 압력의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

도 26은 제9실시형태에 있어서의 DPF 바로 상류측의 압력의 변화를 나타내는 도면이다.

도 27은 제10실시형태에 있어서의 DPF 바로 상류측의 압력의 변화를 나타내는 도면이다.

도 28은 제10실시형태의 변형예에 있어서의 DPF 바로 상류측의 압력의 변화를 나타내는 도면이다.

도 29는 제11실시형태에 있어서의 도 1 상당도이다.

도 30은 제11실시형태에 있어서의 엔진 회전수, 배기 스로틀량, 흡기 스로틀 량의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

도 31은 제11실시형태의 변형예에 있어서의 엔진 회전수, 연료분사량, 배기 스로틀량, 흡기 스로틀량의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

도 32는 필터 본체를 배기가스의 흐름 방향에 따른 방향으로부터 바라본 도면이다.

도 33은 필터 본체를 배기가스의 흐름 방향에 대하여 직교하는 방향으로부터 바라본 도면이다.

도 34는 PM이 퇴적되기 전의 필터 본체의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 35는 PM이 퇴적된 후의 필터 본체의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 36은 필터 온도와 전기저항값의 관계를 나타내는 도면이다.

도 37은 전기저항값의 시간적 변화와 재생 동작 타이밍을 나타내는 타이밍 차트도이다.

도 38은 전기저항값의 변화율에 의해 필터 재생 동작을 정지하는 동작을 설명하기 위한 도 37 상당도이다.

도 39는 제13실시형태에 있어서의 도 32 상당도이다.

도 40은 제14실시형태에 있어서의 도 32 상당도이다.

도 41은 제15실시형태에 있어서의 PM 퇴적량 검출 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

(도면의 주요부부에 대한 부호의 설명)

1 : 엔진 본체 2 : 흡기계

21 : 흡기 배관 22 : 흡기 매니폴드

23 : 연료 펌프 24 : 흡기 스로틀 장치

3 : 배기계 31 : 배기 매니폴드

32 : 배기 배관 33 : DPF(미립자 필터)

34 : 배기 승온 장치(배기 가열 수단), 전기 히터

35 : 필터 본체 36 : PM 퇴적량 검출 센서

36A : PM 퇴적량 검출 센서 36B : PM 퇴적량 검출 센서

36c : 전기저항 검지 센서(전기저항 검출수단)

37 : 배기 온도 검출 센서(배기 온도 검출 수단)

38 : 배기 스로틀 장치(배기 스로틀 수단)

5 : 컨트롤러(재생동작 제어수단)

61 : 교류발전기 62 : 발전기

71 : EGR 통로 72 : EGR 밸브

8 : 터보챠져 81 : 웨스트 게이트 밸브

82 : 바이패스 통로

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태는 트랙터용 디젤엔진에 탑재된 매연 여과 장치(Diesel Paticulate Filter, 이하, DPF라고 함)를 구비한 배기가스 정화장치에 본 발명을 적용한 경우의 것이다. 또한, 본 발명이 적용되는 엔진은 디젤엔진에 한정되는 것은 아니고, 가스 엔진이나 가솔린 엔 진 등이어도 되고, 또한, 자동차나 발전기 등에 탑재되는 엔진에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.

본 발명의 각 실시형태에 대하여 설명하기 전에 본 실시형태에 따른 엔진의 기본 구성의 개략에 대하여 설명한다.

- 엔진 및 DPF 재생 제어 시스템의 구성 -

도 1은 본 실시형태에 따른 엔진 및 DPF 재생을 위한 제어시스템의 개략적인 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 도 1에 나타내는 바와 같이 엔진은 엔진 본체(1)의 일방측(도면 중 하측)에 흡기계(2)가, 타방측(도면 중상측)에 배기계(3)가 각각 접속되어 있다.

흡기계(2)는 흡기 배관(21), 흡기 매니폴드(22) 및 연료 펌프(23)를 구비하고 있다. 흡기 배관(21) 및 흡기 매니폴드(22)를 경유하여 엔진 본체(1)의 기통 내(흡입행정의 기통 내)에 공기를 도입한 후, 그 기통의 압축행정 완료시점에서 연료 펌프(23)로부터 연소실(부실)에 연료를 압송함으로써 연소실에서의 혼합 기체의 자기 발화 연소에 따른 팽창행정을 행할 수 있게 되어 있다.

그리고, 이 흡기계(2)의 특징으로서 상기 흡기 배관(21)에는 흡기 스로틀 장치(24)가 구비되어 있다. 구체적으로, 이 흡기 스로틀 장치(24)는 나비밸브와, 이 나비밸브를 회전이동시켜 흡기 배관(21)의 유로 면적을 변경하는 액츄에이터를 구비하고 있다(모두 도시 생략). 또한, 이 밸브기구로서는 나비밸브에 한정되지 않고 셔터 밸브 등 여러가지의 것이 적용가능하다.

한편, 배기계(3)는 배기 매니폴드(31) 및 배기 배관(32)을 구비하고 있다. 상기 팽창행정 후의 배기행정에 있어서 기통으로부터 배기 매니폴드(31)에 배출된 배기가스는 배기 배관(32)을 경유한 후 대기에 방출되도록 되어 있다. 또한, 이 배기 배관(32)에는 배기가스 중에 포함되는 PM을 포집하기 위한 DPF(33)가 구비되어 있다. 이 DPF(33)는 케이싱 내에 필터 본체가 수용되어 이루어져 있고, 이 필터 본체는 여과 성능을 갖는 격벽에 의해 구획된 다수의 셀을 갖는 벌집 구조로 구성되어 있다. 구체적으로는, 예컨대 일부의 셀에서는 한쪽의 단부가, 다른 셀에서는 다른쪽의 단부가 각각 봉쇄되고, 셀 사이를 배기가스가 투과할 때에 PM이 포착되는 구성으로 되어 있다. 이 필터 본체를 구성하는 재료로서는 내열성, 내산화성, 내열충격성을 갖는 것이며, 예컨대 다공질 코디어라이트 세라믹스, 탄화규소, 알루미나, 뮬라이트, 질화 규소, 소결합금 등이 적용가능하다. 또한, 이 필터 본체에는 백금 등의 산화 촉매가 담지되어 있다. 그리고, 이 DPF(33)는 배기 가스 온도가 소정 온도(예컨대 300℃, 이하, 「재생 동작 가능 온도」라고 함)를 초과한 상황에 있어서 상기 화학반응이 행해져 PM이 산화 제거되어 재생되도록 되어 있다.

그리고, 이 배기계(3)의 특징으로서 상기 배기 배관(32)에 있어서의 DPF(33)의 상류측에는 배기 승온 장치(배기 가열 수단)(34)가 구비되어 있다. 이 배기 승온 장치(34)는 전기 히터로 구성되어 있고, 도시하지 않은 발전기(교류발전기)로부터의 전력을 받아서 발열하여 배기 배관(32)을 흐르는 배기가스를 가열할 수 있게 되어 있다. 구체적으로는 배기 배관(32)을 가열함으로써 배기가스를 간접적으로 가열하는 구성이여도 되고, 배기 배관(32) 내부에 히터 선을 배치하여 배기가스를 직접적으로 가열하는 구성이어도 된다. 또한, 이 배기 승온 장치(34)로서는 화염 버 너를 적용해도 된다.

또한, 상기 DPF(33)에는 이 DPF(33) 내부에 있어서의 PM 퇴적량을 검출하기 위한 PM 퇴적량 검출 센서(36)가 부착되어 있다. 또한, 상기 배기 승온 장치(34)에는 배기 가스 온도를 검출하기 위한 배기 온도 검출 센서(배기 온도 검출 수단)(37)가 부착되어 있다. 이 배기 온도 검출 센서(37)는 배기 승온 장치(34)의 내부에 배치되어 있어도 되고, 상기 DPF(33)의 바로 상류측의 배기 배관(32)에 부착되어 있어도 된다.

상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)에 의한 PM 퇴적량의 검출동작으로서는 예컨대 PM 퇴적량 검출 센서(36)를 압력 센서로 구성하고, DPF(33)에 PM이 퇴적하지 않은 상태(DPF(33)가 신품일 때)의 DPF(33) 바로 상류측의 압력에 대한 현재의 압력의 편차를 검출함으로써 구된다. 이하, 구체적으로 설명한다. 도 2(a)는 엔진 토크가 소정값(소정 특정의 값)일 경우에 있어서의 엔진 회전수와 DPF(33) 바로 상류측의 압력의 관계를 나타내고 있고, 도면 중의 라인(A)이 DPF(33)에 PM이 퇴적하고 있지 않은 경우의 특성이다. 이 라인(A)에 대한 현재의 압력의 편차를 검지함으로써 PM 퇴적량을 검출할 수 있다. 예컨대 도면 중의 라인(B)은 DPF(33)의 용량 중 20%로 PM이 퇴적한 경우의 특성이고, 라인(C)은 30%로 PM이 퇴적한 경우의 특성이다. 즉, 엔진 토크가 일정한 조건에서 엔진 회전수와 DPF(33) 바로 상류측의 압력을 검출함으로써 현재의 PM 퇴적량이 검출 가능하게 된다. 구체적으로는 상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 압력신호 및 도시하지 않은 엔진 회전수 센서로부터의 엔진 회전수 신호를 컨트롤러(재생동작 제어수단)(5)가 받아서 PM 퇴적량을 산출한다. 또한, PM 퇴적량 검출 센서(36)만으로 PM 퇴적량을 검출할 수 있는 구성이어도 된다.

또한, 엔진 부하와 DPF(33) 바로 상류측의 압력의 관계에 의해서도 PM 퇴적량을 검출하는 것이 가능하다. 도 2(b)는 엔진 회전수가 소정값(소정 특정의 값)일 경우에 있어서의 엔진 부하와 DPF(33) 바로 상류측의 압력의 관계를 나타내고 있고, 도면 중 라인(A)이 DPF(33)에 PM이 퇴적하고 있지 않은 경우의 특성이다. 이 라인(A)에 대한 현재의 압력의 편차를 검지함으로써 PM 퇴적량을 검출할 수 있다. 예컨대 도면 중 라인(B)은 DPF(33)의 용량 중 20%로 PM이 퇴적한 경우의 특성이고, 라인(C)은 30%로 PM이 퇴적한 경우의 특성이다. 즉, 엔진 회전수가 일정한 조건에서 엔진 부하와 DPF(33) 바로 상류측의 압력을 검출함으로써 현재의 PM 퇴적량이 검출 가능하게 된다.

본 엔진에는 DPF(33)의 재생동작을 제어하기 위한 재생용 컨트롤러(5)가 구비되어 있고, 이 컨트롤러(5)에는 상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 PM 퇴적량 검출 신호(예컨대 상기 압력신호), 상기 배기 온도 검출 센서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호가 각각 송신되도록 되어 있다. 또한, 이 컨트롤러(5)는 상기 수신한 PM 퇴적량 검출 신호 및 배기 온도 검출 신호에 따라 상기 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34)에 대하여 제어신호를 송신하도록 되어 있다. 흡기 스로틀 장치(24)에 송신되는 흡기 스로틀 제어 신호에 따라 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터가 작동하여 이 흡기 스로틀 제어 신호에 따른 개도가 얻어지도록 상기 나비밸브가 회전이동된다. 또한, 배기 승온 장치(34)에 송신되는 배기 승온 제 어 신호에 따라 전기 히터가 ON/OFF 제어되어서 이 전기 히터에 의한 배기가스의 가열 동작이 제어된다.

이상이 본 실시형태에 따른 엔진의 개략적인 구성이다. 다음에 각 실시형태에 관하여 설명한다.

(제1실시형태)

본 실시형태에서는 상기 DPF(33)의 내부에 있어서의 PM 퇴적량 및 배기 가스 온도에 따라 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34)를 제어하도록 하고 있다. 즉, 상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 PM 퇴적량 검출 신호를 컨트롤러(5)가 받음으로써 DPF(33) 내부에 있어서의 PM 퇴적량이 소정량을 초과하고 있는 것으로 판단되고, 또한 상기 배기 온도 검출 센서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호를 컨트롤러(5)가 받음으로써 배기 가스 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 것으로 판단된 경우(이하, 이 2개의 조건이 성립한 경우를 「배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우」라고 칭한다)에는, 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34) 중 한쪽 또는 양쪽을 작동시킴으로써 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시키고, 이것에 의해 엔진 본체(1)의 운전을 계속한 채로 DPF(33)의 재생동작이 행해지도록 하고 있다. 이하, 복수의 구체적인 동작 내용에 대하여 설명한다.

- 흡기 스로틀 우선 동작 -

우선, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀을 우선한 동작에 대해서 설명한다. 상기 배기 온도 제어 개시 조건이 성립했을 경우, 우선, 컨트롤러(5)는 흡 기 스로틀 장치(24)에 흡기 스로틀 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터가 작동하여 이 흡기 스로틀 제어 신호에 따른 개도가 얻어지도록 나비밸브가 회전이동되며 흡기 배관(21)의 유로 면적이 축소된다. 그 결과, 흡입공기량이 감소해 공연비가 리치하게 되어 연소실 내의 연소 온도가 상승해서 배기 가스 온도가 높아진다. 이것에 의해서, 배기 가스 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 배기 승온 장치(34)의 작동이 행해지는 일 없이 DPF(33)는 재생된다.

상술한 흡기 스로틀 장치(24)를 작동시키는 재생동작을 실행한 후에 소정 시간이 경과하더라도 배기 온도 검출 센서(37)에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는 배기 승온 장치(34)의 작동이 행해진다. 즉, 컨트롤러(5)는 배기 승온 장치(34)에 배기 승온 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 전기 히터가 ON 되고, 이 전기 히터에 의한 배기가스의 가열 동작이 개시된다. 그 결과, 배기 가스 온도가 더욱 높아지고, 상기 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작 및 배기 승온 장치(34)(전기 히터)에 의한 가열 동작에 의해 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하여 DPF(33)는 재생되게 된다.

도 3은 이 흡기 스로틀 우선 동작에 있어서 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 행해진 후에 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 동작이 행해진 경우에 있어서의 배기 가스 온도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터도 명확해지는 바와 같이 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 개시{이 개시점을 도면 중 점(A)으로 나타낸다}된 직후에 배기 가스 온도는 일단 상 승하고, 그 후, 흡기 스로틀 동작만으로 배기 가스 온도를 상승시킬 수 있는 한계(온도 상승 한계)를 맞이한다{도면 중 점(B)}. 그 후, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 동작이 행해지고(가열 동작 개시점을 도면 중 점(c)으로 나타낸다), 이것에 의해 배기 가스 온도는 다시 상승하여 재생 동작 가능 온도(목표 온도)에 도달하고, DPF(33)는 재생된다.

이상의 흡기 스로틀 우선 동작에 의하면 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작에 의해 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 배기 승온 장치(34)의 작동은 행해지지 않는다. 이 때문에 전기 히터로의 통전에 의한 에너지 손실을 억제할 수 있다. 또한, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열만으로 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시키려고 하면, 전기 히터의 온도 상승의 상승이 느리기 때문에 실제로 재생이 개시될 때까지의 시간이 길게 필요하게 되어 버릴 가능성이 있지만, 이 흡기 스로틀 우선 동작에 의하면 먼저 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 개시함으로써 배기가스의 온도 상승을 신속하게 행할 수 있다.

- 배기 가열 우선 동작 -

다음에, 배기 승온 장치(34)에 의한 배기 가열을 우선한 동작에 대하여 설명한다. 상기 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우, 우선, 컨트롤러(5)는 배기 승온 장치(34)에 배기 승온 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 전기 히터가 ON 되고, 이 전기 히터에 의한 배기가스의 가열 동작이 개시된다. 그 결과, 배기 가스 온도가 높아진다. 이것에 의하여, 배기 가스 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작은 행해지는 일 없이 DPF(33)는 재생된다.

한편, 상기 배기 승온 장치(34)를 작동시킨 후에 소정 시간이 경과하더라도 배기 온도 검출 센서(37)에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는 흡기 스로틀 장치(24)의 작동이 행해진다. 즉, 컨트롤러(5)는 흡기 스로틀 장치(24)에 흡기 스로틀 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터가 작동하여 이 흡기 스로틀 제어 신호에 따른 개도가 얻어지도록 나비밸브가 회전이동되고, 흡기 배관(21)의 유로 면적이 축소된다. 그 결과, 흡입공기량이 감소해 공연비가 리치로 되어 연소실 내의 연소 온도가 상승하여 배기 가스 온도는 더욱 높아진다. 이것에 의해, 상기 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 동작 및 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작에 의해 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하여 DPF(33)는 재생되게 된다.

이 배기 가열 우선 동작에 있어서도 상기 흡기 스로틀 우선 동작에 있어서 도 3을 이용하여 설명한 경우와 마찬가지로 배기 가스 온도의 2단계의 상승 과정(배기 승온 장치(34)의 가열 동작에 의한 온도 상승 및 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀 동작에 의한 온도 상승)을 경유하여 배기 가스 온도는 재생 동작 가능 온도에 도달하고, DPF(33)는 재생되게 된다.

이상의 배기 가열 우선 동작에 의하면 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 동작에 의해 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 흡기 스로틀 장치(24)의 작동은 행해지지 않는다. 이 때문에 흡기량의 감소에 따른 CO나 THC의 발 생량의 증가를 억제할 수 있고, 또한, 엔진의 펌핑 손실을 억제함으로써 연비의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 흡기 스로틀 동작만에 의해서 상승가능한 배기 가스 온도에는 한계가 있지만(예컨대 50~100deg 정도의 온도 상승밖에 예상할 수 없는), 이 배기 가열 우선 동작에 의하면 전기 히터에 의한 가열 동작에 의해 배기 가스 온도를 확실하게 또한 대폭적으로 상승시킬 수 있게 된다.

- 흡기 스로틀 우선 동작과 배기 가열 우선 동작의 선택 -

상술한 흡기 스로틀 우선 동작 및 배기 가열 우선 동작은 엔진 개체에 있어서 어느 한쪽이 행해지도록 미리 설정되어 있어도 된다. 즉, 엔진을 흡기 스로틀 우선 동작을 행하는 것 또는 배기 가열 우선 동작을 행하는 것으로서 제작해 둔다. 또한, 동일한 엔진이여도 운전 상황에 따라 흡기 스로틀 우선 동작과 배기 가열 우선 동작이 선택적으로 실행되도록 되어 있어도 된다.

이 선택동작으로서 구체적으로는 배기 온도 검출 센서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호를 컨트롤러(5)가 받고, 이 검출된 배기 가스 온도와 상기 재생 동작 가능 온도를 비교하고, 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 대하여 약간 낮은(예컨대 그 차가 100deg 미만인) 경우에는 흡기 스로틀 우선 동작을 실행한다. 이 경우, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작만으로 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도에 도달시키는 것이 가능하며, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동은 불필요하게 된다. 발판

한편, 엔진의 부하가 급격하게 증가하는 상황(예컨대 등판 주행시)에 있어서는 배기 가열 우선 동작을 실행한다. 그 이유는 엔진의 부하가 급격하게 증가하는 상황에서 흡기량을 감소시키면 엔진 스톨의 우려가 있어서 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 동작을 우선시켜 이것에 의해 흡기량을 확보하기 위해서이다.

또한, 이 흡기 스로틀 우선 동작과 배기 가열 우선 동작을 선택하는 동작으로서 엔진 회전수 및 배기 가스 온도에 따라 선택하도록 해도 된다. 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이 엔진 회전수 및 배기 가스 온도가 모두 낮은 경우에는 배기 가열 우선 동작을 선택하고, 엔진 회전수 및 배기 가스 온도가 모두 높은 경우에는 흡기 스로틀 우선 동작을 선택하는 맵을 컨트롤러(5)에 기억시켜 두고, 이 맵을 따라 상기 선택동작을 행한다는 구성이다.

- 흡기 스로틀ㆍ배기 가열 동시 개시 동작 -

이 동작은 상기 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우에 컨트롤러(5)가 흡기 스로틀 장치(24)에 흡기 스로틀 제어 신호를 송신함과 아울러 배기 승온 장치(34)에 배기 승온 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀 동작에 의한 배기 가스 온도의 상승, 배기 승온 장치(34)의 가열 동작에 의한 배기 가스 온도의 상승을 모두 얻을 수 있고, 배기 가스 온도가 신속하게 재생 동작 가능 온도에 도달하여 DPF(33)는 재생되게 된다. 이 때문에 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 시점으로부터 DPF(33)의 재생이 완료할 때까지의 시간을 단축화할 수 있다.

- 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 한계에 대해서 -

상기 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀 동작에 의해 흡입공기량을 적게 해 가면, 엔진의 압축 상사점에서의 통내 압력이 충분하게 얻어지지 않고(혼합 기 체의 적절한 타이밍에서의 자기 발화가 가능하게 되는 압력이 얻어지지 않고), 혼합 기체의 착화 시기가 대폭적으로 지연, 또는 실화가 발생되어 버리게 된다. 이 때문에 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량에는 한계가 있다. 이 때문에 상기 컨트롤러(5)로부터 흡기 스로틀 장치(24)에 송신되는 흡기 스로틀 제어 신호는 이 흡기 스로틀량의 한계를 초래하는 일이 없는 스로틀량이 얻어지도록 제어 폭의 상한값(최대 스로틀량: 임계값)이 미리 설정되어 있다. 이와 같은 흡기 스로틀 한계의 설정은 상술한 흡기 스로틀 우선 동작, 배기 가열 우선 동작, 흡기 스로틀ㆍ배기 가열 동시 개시 동작의 어느 것에 있어서도 미리 설정되어 있다. 또한, 이 임계값으로서 구체적으로는 예컨대 나비밸브가 전체 개방 상태에 있을 때의 흡기 배관(21)의 유로 면적에 대하여 20% 정도의 유로 면적이 얻어지는 밸브 개도로서 규정된다.

도 5는 흡기 스로틀량을 변화시킨 경우에 있어서의 통내 압력의 변화 상태 및 각각의 혼합 기체 착화 타이밍을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 명확해지는 바와 같이 흡기 스로틀 동작을 행하지 않은 경우{도면 중 라인(A)}에는 압축 상사점에서의 통내 압력이 충분하게 얻어지고, 혼합 기체의 착화 타이밍도 피스톤 상사점 부근으로 되어 있다{착화 타이밍(a)}. 이에 대하여 흡기 스로틀량을 증가시켜 감에 따라 압축 상사점에서의 통내 압력은 낮아져 가고{도면 중 라인(B,C)}, 혼합 기체의 착화 타이밍도 지연되어 간다{착화 타이밍(B,c)}. 즉, 실화 한계에 접근해 간다. 이 때문에 본 실시형태에서는 흡기 스로틀량에 한계(임계값)를 갖게 하여 혼합 기체의 실화가 발생하지 않도록 하고 있다.

또한, 이 임계값의 설정은 상술한 바와 같이 흡기 스로틀 제어 신호에 미리 주어져 있어도 되고(실화 한계를 초과하지 않는 스로틀량으로 제어하는 제어신호를 송신하는 것), 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터에 미리 주어져 있어도 된다{흡기 스로틀 제어 신호에 관계 없이 액츄에이터는 상기 임계값(실화 한계)을 초과하지 않는 범위에서 나비밸브의 개도를 조정한다}.

(제2실시형태)

다음에 제2실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 상기 제1실시형태에 있어서 흡기 스로틀량의 한계를 규정하고 있었던 「임계값」에 관한 변형예이다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 제1실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 제1실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀 동작에 의해 흡입공기량을 적게 해 가면 혼합 기체의 착화 시기에 지연이 발생한다. 그 결과, 불완전 연소가 발생하고, 배기가스 중의 CO나 THC의 발생량이 증대되어 간다. 도 6은 흡기 스로틀량과 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 관계를 나타내고 있다. 이와 같이 흡기 스로틀량이 비교적 작은 영역에서는 흡기 스로틀량의 증대량에 대한 CO 및 THC의 농도의 상승 비율은 작지만, 흡기 스로틀량이 비교적 큰 영역에서는 흡기 스로틀량의 증대량에 대한 CO 및 THC의 농도의 상승 비율은 극단적으로 커진다.

이 때문에 본 실시형태에서는 CO 및 THC의 발생량이 비교적 적게 되는 범위{이하, 이 범위를 COㆍTHC 발생량 허용 범위라고 칭한다: 도면 중 범위(A)} 중 최대 허용량{이하, 이 값을 COㆍTHC 발생량 허용 한계라고 칭한다: 도면 중 점(A)}에 도달한 시점에서의 흡기 스로틀량을 제1임계값으로 하고, 상기 착화 시기의 지연에 따른 실화에 의해 엔진이 정지해 버릴 우려가 있는 흡기 스로틀량{이하, 이 값을 엔진 운전 한계(실화 한계)라고 칭한다}을 제2임계값으로서 미리 설정해 둔다(도 6 참조).

본 실시형태에 있어서의 DPF(33)의 재생동작으로서, 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우에는 우선, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 개시하고, 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이 흡기 스로틀량이 상기 제1임계값에 도달한 경우에는 이 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 일단 정지(흡기 스로틀량을 유지)하고, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동을 개시시킨다. 즉, CO 및 THC의 발생량을 COㆍTHC 발생량 허용 범위 내로 억제하면서 배기 가스 온도를 상승시켜 간다. 그리고, 배기 승온 장치(34)를 작동시킨 후에 소정 시간이 경과하여도, 배기 온도 검출 센서(37)에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 재개시켜 상기 제2임계값을 상한으로 하여 흡기 스로틀량을 증대시켜 간다.

도 7은 이 동작을 실행시킨 경우에 있어서의 배기 가스 온도, 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터도 명확해지는 바와 같이 제1임계값에 도달할 때까지의 흡기 스로틀 동작{흡기 스로틀 동작의 개시점을 도면 중 점(A)으로 나타낸다}에 의해 배기 가스 온도는 서서히 상승해 감과 아울러 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도도 서서히 상승해 간다. 그리고, 흡기 스로틀량이 제1임계값에 도달하여 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동으로 전환된 경우에는{도면 중 점(B)}, 배기 가스 온도는 서서히 상승해 가는 한편, 이 가열에 따른 DPF(33)의 산화 촉매기능이 발휘되어 CO 및 THC가 정화되어 가고, 그 농도는 저하되어 간다. 그 후, 배기 승온 장치(34)의 가열 능력의 한계에 도달하여 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 재개됨으로써{도면 중 점(c)} 배기 가스 온도는 더욱 상승해 가고, 재생 동작 가능 온도에 도달하면 DPF(33)의 재생이 개시되게 된다. 또한, 이 일련의 동작 도중에 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 그 상태를 유지함으로써 DPF(33)는 재생되어 간다. 예컨대, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동에 의해 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 더나은 흡기 스로틀 동작은 개시되는 일 없이 DPF(33)는 재생되게 된다.

- 엔진 운전 상태에 따른 임계값의 변경에 대해서 -

엔진의 운전상태가 변화되면 흡기 스로틀량에 대한 CO 및 THC의 발생량이나 혼합 기체의 착화 시기의 지연량도 변화되기 때문에 상기 COㆍTHC 발생량 허용 범위, COㆍTHC 발생량 허용 한계, 엔진 운전 한계도 다른 값으로 된다. 이 때문에 상기 제1임계값 및 제2임계값도 엔진의 운전상태에 따라 다른 값으로서 설정된다. 이하, 이 제1임계값 및 제2임계값의 변경 동작에 대해서 설명한다.

도 8은 엔진 회전수 및 엔진의 토크에 따라 각 임계값을 변경하는 경우를 나타내고 있다. 이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이 엔진 회전수 및 엔진의 토크가 낮을수록 제1임계값 및 제2임계값은 높은 값으로서 설정하는 것이 가능하게 되는(흡기 스로틀량에 여유가 생기는) 한편, 엔진 회전수 및 엔진의 토크가 높을수록 제1임계값 및 제2임계값은 낮은 값으로서 설정할(흡기 스로틀량의 제한을 크게 할) 필요가 있다. 예컨대, 엔진 회전수가 낮아도 부하가 높은 경우에는, 배기 가스 온도가 낮은데도 불구하고 흡입공기량에 여유가 없으므로, 엔진 운전 한계를 조기에 맞이해 버릴 가능성이 있다. 이 때문에 이 상황에서는 상기 제2임계값을 낮게 설정한다. 이것에 의해 엔진 스톨을 방지한다. 또한, 엔진 회전수가 낮은 경우에는, 발화 지연이 있어도 크랭크축의 각속도(角速度)가 낮으므로 착화 타이밍에서의 크랭크 각도는 피스톤 상사점으로부터 크게 벗어날 일이 없고, 연소가 가능한 상황으로 되어 있다. 이 때문에 상기 제1임계값은 높게 설정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 흡기 스로틀량을 크게 해도 CO 및 THC의 발생량을 상기 허용범위 내로 억제하는 것이 가능한 상황이다. 이와 같이 엔진의 운전상태의 변화에 따라 각 임계값을 변경함으로써, 에너지 손실을 가능한 한 억제하면서도 엔진 스톨을 회피할 수 있고 또한 CO 및 THC의 발생량을 상기 허용범위 내로 억제한 상태에서 DPF(33)의 재생동작을 실행할 수 있다.

- 연료의 세탄값에 따른 임계값의 변경에 대해서 -

연료(디젤엔진의 경우에는 경유)의 세탄값이 다르면, 흡기 스로틀량에 대한 CO 및 THC의 발생량이나 혼합 기체의 착화 시기의 지연량도 변화되기 때문에, 상기 COㆍTHC 발생량 허용 범위, COㆍTHC 발생량 허용 한계, 엔진 운전 한계도 다른 값으로 된다. 이 때문에 상기 제1임계값 및 제2임계값도 사용하는 연료의 세탄값에 따라 다른 값으로서 설정된다. 이하, 이 제1임계값 및 제2임계값의 변경 동작에 대 하여 설명한다.

도 9는 세탄값이 서로 다른 2종류(예컨대 세탄값 「55」의 것과 「45」의 것)의 연료에 대한 흡기 스로틀량과 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 관계를 나타내고 있다.

이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이 세탄값이 낮은 연료는 발화 지연이 커지는 경향이 있기 때문에, 세탄값이 높은 연료에 비해서 제1임계값 및 제2임계값은 모두 낮은 값으로서 설정할(흡기 스로틀량의 제한을 크게 할) 필요가 있다. 바꿔 말하면, 세탄값이 높은 연료는 발화 지연이 작기 때문에, 세탄값이 낮은 연료에 비해서 제1임계값 및 제2임계값은 모두 높은 값으로서 설정하는 것이 가능하게 된다(흡기 스로틀량에 여유가 생긴다).

이와 같이 연료에 따라 각 임계값을 설정함으로써 엔진 스톨을 회피할 수 있고 또한 CO 및 THC의 발생량을 상기 허용범위 내로 억제한 상태에서 DPF(33)의 재생동작을 실행할 수 있다.

(제3실시형태)

다음에 제3실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는 배기 승온 장치(34)로서 전기 히터를 채용하고, 이 전기 히터(34)로의 급전이 교류발전기로부터 직접적으로 행해지는 것으로 하고 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 제1실시형태나 제2실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 제1실시형태 및 제2실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 10에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 따른 엔진은 크랭크축의 회전 구 동력을 받아서 발전하는 교류발전기(61)가 엔진 본체(1)의 측면에 부착되어 있고, 이 교류발전기(61)에서 발전한 전력의 일부가 전기 히터(배기 승온 장치)(34)에 급전되도록 되어 있다. 이 전기 히터(34)로의 급전의 ON/OFF의 전환은 상기 제1실시형태의 경우와 마찬가지로 컨트롤러(5)로부터의 배기 승온 제어 신호에 의해 행해진다. 또한, 상기 교류발전기(61)는 도시하지 않은 배터리로의 충전용이나 보조기계류 구동용의 발전도 행하고 있다.

그리고, 본 형태의 특징은 컨트롤러(5)로부터의 배기 승온 제어 신호에 의해 행해지는 전기 히터(34)의 ON/OFF 제어에 있다.

도 11은 엔진 본체(1)의 출력과 그 중의 전기 히터(34)에서 사용되는 출력의 관계를 나타내고 있다. 도면 중 실선은 엔진 본체(1)의 출력 한계(엔진의 최대 출력 라인)를 나타내고 있다. 또한, 도면 중 사선을 붙인 영역은 전기 히터(34)가 ON 되었을 경우에 이 전기 히터(34)에서 사용되는(소비되는) 엔진 출력{엔진 출력 중 전기 히터(34)의 발열에 사용되는 출력}을 나타내고 있다.

이 때문에 도면 중 파선보다 낮은 출력{예컨대 도면 중 포인트(A)}에서 엔진 본체(1)가 구동하고 있는 경우(부하가 비교적 낮은 상태에서 구동하고 있는 경우)에는, 전기 히터(34)에서 사용되는 엔진 출력분 이상으로 출력의 여유가 있기 때문에, 전기 히터(34)를 ON 하였더라도 주행 성능이나 견인 성능에 지장을 초래하는 일 없이 전기 히터(34)에 의한 배기가스의 가열 동작이 가능하게 된다. 즉, 이 엔진 구동 상태에서 전기 히터(34)의 통전 요구가 이루어지면{상기 각 실시형태에 있어서 전기 히터(34)에 의한 가열 작동이 실행되는 타이밍으로 되면} 컨트롤러(5)로 부터 전기 히터(34)에 배기 승온 제어 신호가 송신되어 가열 작동이 개시되게 된다.

이것에 대하여 도면 중 파선보다 높은 출력{예컨대 도면 중의 포인트(B)}에서 엔진 본체(1)가 구동하고 있는 경우(부하가 비교적 높은 상태에서 구동하고 있는 경우)에는, 출력의 여유분이 전기 히터(34)에서 사용되는 엔진 출력분보다 작기 때문에, 이 경우에는 전기 히터(34)를 ON 시키지 않고 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작만에 의해서 배기 가스 온도를 상승시켜 간다. 즉, 이 엔진 구동 상태에서 전기 히터(34)의 통전 요구가 되었더라도 컨트롤러(5)로부터 전기 히터(34)에 배기 승온 제어 신호는 송신되지 않는다. 이 때문에 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀 동작만에 의해 배기 가스 온도가 상승되는 것으로 되고, 이 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 DPF(33)의 재생이 행해진다. 즉, 주행 성능이나 견인 성능에 지장을 초래하는 일 없이 DPF(33)의 재생이 행해진다.

또한, 상기 설명에서는 엔진 본체(1)의 출력의 여유분이 전기 히터(34)에서 사용되는 엔진 출력분보다 작은 경우에는 전기 히터(34)를 ON 시키지 않도록 했지만, 이것에 한정되지 않고, 전기 히터(34)의 발열량을 복수 단계로 변경가능한 구성으로 하여 두고, 엔진 출력의 여유분에 따라 전기 히터(34)의 발열량을 조정하고, 가능한 한 전기 히터(34)에 의한 배기가스의 가열 동작을 행하도록 해도 된다.

- 제3실시형태의 변형예 -

상술한 제3실시형태는 배터리로의 충전용이나 보조기계류의 구동용 발전을 행하는 교류발전기(61)로부터 전기 히터(34)로 급전이 행해지는 것이었지만, 본 변형예의 것은 도 12에 나타내는 바와 같이 전기 히터(34)로의 급전을 위한 전용의 발전기(62)를 구비하고 있다. 이 발전기(62)도 상기 교류발전기(61)와 마찬가지로 크랭크축의 회전 구동력을 받아서 발전하도록 되어 있다.

그리고, 본 변형예에 있어서도 컨트롤러(5)로부터의 배기 승온 제어 신호에 의해 행해지는 전기 히터(34)의 ON/OFF 제어는 상술한 제3실시형태의 경우와 마찬가지로 전기 히터(34)로의 통전 요구가 이루어진 시점에서의 엔진 출력 상태에 따라 행해진다.

또한, 이 경우에도 전기 히터(34)의 발열량을 복수 단계로 변경가능 구성으로 하여 두고, 엔진 출력의 여유분에 따라 전기 히터(34)의 발열량을 조정하여 가능한 한 전기 히터(34)에 의한 배기가스의 가열 동작을 행하도록 해도 된다.

(제4실시형태)

다음에 제4실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치를 구비시킨 경우에 있어서 DPF(33) 재생 중에 있어서의 EGR 밸브의 제어동작에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 13에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 따른 엔진은 배기계(3)로부터 흡기계(2)로 배기를 환류시키기 위한 EGR 통로(71)가 설치되어 있고, 이 EGR 통로(71)에는 개도 조정 가능한 EGR 밸브(72)가 설치되어 있다.

그리고, 본 형태의 특징으로 하는 동작으로서, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 행해지고 있을 때, 그 나비밸브의 스로틀량에 따라 EGR 밸브(72)의 개도를 작게 해 가도록 하고 있다.

도 14는 본 실시형태에 따른 EGR 밸브(72)의 개도 제어에 있어서의 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀량과 EGR 밸브(72)의 개도의 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 15는 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량에 대한 EGR 밸브(72)의 개도의 시간적 변화의 일례를 나타내고 있다.

EGR 가스는 흡기측과 배기측의 차압 및 EGR 밸브(72)의 개도에 따라 그 환류량이 결정된다. 상술한 바와 같이 DPF(33)의 재생시에는 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 행해지기 때문에 흡기측의 압력이 낮아진다. 즉, EGR 밸브(72)의 개도가 일정한 경우에는 흡기측과 배기측의 차압이 커져 배기 환류량이 필요 이상으로 증대하여 연소 불량을 초래해 버릴 우려가 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량이 커짐(흡기측의 압력이 낮아짐)에 따라 EGR 밸브(72)의 개도를 작게 되어 가고, 배기 환류율을 일정하게 유지하고, 이것에 의해서 혼합 기체의 연소 상태를 양호하게 유지할 수 있게 하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는 DPF(33)의 재생 중에 엔진 회전수 및 엔진 토크를 감시해 두고, 이들의 변동량이 소정량을 초과한 경우에는 EGR 밸브(72)를 완전 폐쇄로 하도록 하고 있다. 도 16은 이 경우에 있어서의 엔진 회전수, 엔진 토크, EGR 밸브(72)의 개도, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량의 시간적 변화의 일 례를 나타내고 있다. DPF(33)의 재생 중에 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량에 따라 EGR 밸브(72)의 개도를 변경하려고 할 경우, EGR 환류량은 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작에 대하여 약간의 지연을 수반한다. 이 때문에 엔진 회전수 및 엔진 토크가 크게 변동하는 상황에서는 이 EGR 밸브(72)의 개도 변경 동작이 혼합 기체의 연소 상태에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 이 때문에 도 16에 나타내는 바와 같이 DPF(33)의 재생 중에 엔진 회전수 및 엔진 토크가 크게 변동한 경우에는, EGR 밸브(72)의 개도를 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량의 변화에 추종시키는 것이 곤란한 것으로 판단하여 EGR 밸브(72)를 강제적으로 완전 폐쇄로 하고{도면 중 타이밍(A)}, 배기 환류량을 「0」으로 하여 연소 불량을 회피하도록 하고 있다. 그 후, 엔진 회전수 및 엔진 토크의 변동이 작아지면 다시 EGR 밸브(72)의 개도를 흡기 스로틀 장치(24)의 흡기 스로틀량에 따라 변화시키는 제어를 개시한다{도면 중 타이밍(B)}.

(제5실시형태)

다음에 제5실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 터보챠져를 구비시킨 경우에 있어서 DPF(33)의 재생동작을 전환하기 위한 복수의 「임계값」을 설정한 점에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 17에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 따른 엔진은 터보챠져(8)를 구비하고 있고, 배기가스의 유체 에너지를 이용하여 흡입 공기를 압축하여 공기 밀도를 높이고, 이것에 의해 엔진 출력의 증대를 도모하도록 하고 있다.

그리고, DPF(33)의 재생동작을 전환하기 위한 「임계값」으로서는 우선 상술한 제2실시형태와 마찬가지로 제1임계값이 설정되어 있다. 이 제1임계값은 CO 및 THC의 발생량이 비교적 적게 되는 범위(COㆍTHC 발생량 허용 범위) 중 최대 허용량(COㆍTHC 발생량 허용 한계)에 도달한 시점에서의 흡기 스로틀량으로서 설정된다. 한편, 제2임계값으로서는 터보챠져(8)의 서징이 발생하는 상황으로 된 시점에서의 흡기 스로틀량으로서 설정되어 있다(도 18에 있어서의 제1임계값 및 제2임계값을 참조). 이 서징은 흡기 스로틀량을 크게 하여 감으로써 흡입공기량이 감소하는데도 불구하고 터보챠져(8)에 의해 압축비가 높게 유지되는 것이 원인으로 발생한다. 즉, 이 제2임계값이 본 실시형태에서는 엔진 운전 한계의 흡기 스로틀량으로서 설정되어 있게 된다.

또한, 본 형태에 있어서의 DPF(33)의 재생동작시에 있어서 흡기 스로틀량이 제1임계값에 도달한 후의 동작은 상술한 제2실시형태의 경우와 마찬가지로 행해진다. 즉, 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우에, 우선, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 개시하고, 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이, 흡기 스로틀량이 상기 제1임계값에 도달한 경우에는, 이 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 일단 정지(흡기 스로틀량을 유지)하고, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동을 개시시킨다. 즉, CO 및 THC의 발생량을 COㆍTHC 발생량 허용 범위 내로 억제하면서 배기 가스 온도를 상승시켜 간다. 그리고, 배기 승온 장치(34)를 작동시킨 후에 소정 시간이 경과하여도, 배기 온도 검출 센서(37)에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 재개시키고, 상기 제2임계값을 상한으로 하여{터보챠져(8)의 서징이 발생하지 않는 범위에서} 흡기 스로틀량을 증대시켜 간다.

도 19는 이 동작을 실행시킨 경우에 있어서의 배기 가스 온도, 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도의 시간적 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터도 명확해지는 바와 같이 제1임계값에 도달할 때까지의 흡기 스로틀 동작{흡기 스로틀 동작의 개시점을 도면 중 점(A)으로 나타낸다}에 의해 배기 가스 온도는 서서히 상승해 감과 아울러 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도도 서서히 상승해 간다. 그리고, 흡기 스로틀량이 제1임계값에 도달하여 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동으로 전환된 경우에는{도면 중 점(B)} 배기 가스 온도는 서서히 상승해 가는 한편, 이 가열에 따른 DPF(33)의 산화 촉매 기능이 발휘되어 CO 및 THC가 정화되어 가고, 그 농도는 저하되어 간다. 그 후, 배기 승온 장치(34)의 가열 능력의 한계에 도달하여 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작이 재개됨으로써{도면 중 점(c)} 배기 가스 온도는 더욱 상승해 가고, 재생 동작 가능 온도에 도달하면 DPF(33)의 재생이 개시되게 된다. 또한, 이 일련의 동작 도중에 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 그 상태를 유지함으로써 DPF(33)는 재생되어 간다.

- 제5실시형태의 변형예 -

상술한 제5실시형태의 변형예로서 터보챠져에 웨스트 게이트 밸브를 설치한 경우에 있어서의 임계값의 설정 및 그 임계값에 따른 DPF(33)의 재생동작의 전환에 대하여 설명한다.

도 20에 나타내는 바와 같이 본 변형예에 따른 엔진은 터보챠져(8)를 구비하고 있음과 아울러, 배기 배관(32)에는 웨스트 게이트 밸브(81) 및 이 웨스트 게이트 밸브(81)의 개방 동작에 따라 배기가스를 터보챠져(8)에 대하여 바이패스시키는 바이패스 통로(82)가 설치되어 있다.

그리고, DPF(33)의 재생동작을 전환하기 위한 「임계값」으로서는 상기 제5실시형태의 경우와 마찬가지의 제1임계값 및 제2임계값이 설정되어 있다. 이 제1임계값은 상기 COㆍTHC 발생량 허용 한계에 도달한 시점에서의 흡기 스로틀량으로서 설정되고, 또한, 제2임계값은 웨스트 게이트 밸브(81)의 폐쇄 상태가 유지된 경우에 있어서 터보챠져(8)의 서징이 발생하는 상황으로 된 시점에서의 흡기 스로틀량으로서 설정되어 있다.

그리고, 본 형태에서는 제3임계값이 설정되어 있다. 이 제3임계값은 터보챠져(8)의 서징이 발생한 경우{웨스트 게이트 밸브(81)가 폐쇄 상태이며 흡기 스로틀량이 제2임계값에 도달한 경우)에, 웨스트 게이트 밸브(81)를 개방함으로써 터보챠져(8)의 서징을 해소한 후에, 더욱 흡기를 스로틀해 가고, 이 흡기 스로틀 동작에 의한 착화 시기의 지연에 따른 실화에 의해 엔진이 정지되어 버릴 우려가 있는 흡기 스로틀량{엔진 운전 한계(실화 한계)}으로서 설정되어 있다(도 18 참조).

본 변형예에 있어서의 DPF(33)의 재생동작으로서는 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우에 우선 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 개시하고, 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이 흡기 스로틀량이 상기 제1임계값에 도달한 경우에는 이 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 일단 정지(흡기 스로틀량을 유지)하고, 배기 승온 장치(34)에 의한 가열 작동을 개시시킨다. 즉, CO 및 THC의 발생량을 COㆍTHC 발생량 허용 범위 내로 억제하면서 배기 가스 온도를 상승시켜 간다. 그리고, 배기 승온 장치(34)를 작동시킨 후에 소정 시간이 경과하여도 배기 온도 검출 센서(37)에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않은 경우에는, 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀 동작을 재개시켜 흡기 스로틀량이 상기 제2임계값에 도달할 때까지 웨스트 게이트 밸브(81)의 폐쇄 상태를 유지한 채(터보 과급을 행한 채) 흡기 스로틀량을 증대시켜 간다. 그리고, 배기 가스 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하는 일 없이 흡기 스로틀량이 제2임계값에 도달한 경우에는 웨스트 게이트 밸브(81)를 개방하고, 터보챠져(8)의 서징을 해소한 상태에서 상기 제3임계값을 상한으로 하여 흡기 스로틀량을 더욱 증대시켜 간다.

도 21은 이 경우의 흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀량과 웨스트 게이트 밸브(81)의 개도의 시간적 변화의 일례를 나타내고 있다. 또한, 이와 같이 웨스트 게이트 밸브(81)를 개방하면 터보챠져(8)에 있어서의 배기가스의 팽창이 없어지기 때문에, 배기 가스 온도를 높게 유지한 채 DPF(33)에 보내줄 수 있고, 이것에 의해 DPF(33)에 도입되는 배기가스의 온도를 조기에 재생 동작 가능 온도까지 상승시킬 수 있다.

또한, 상술한 변형예에서는 배기계(3)에 바이패스 통로(82) 및 웨스트 게이트 밸브(81)를 구비시키고, 웨스트 게이트 밸브(81)를 개방함으로써 터보 서징을 회피하여 더나은 흡기 스로틀을 가능하게 하는 것으로 하고 있었다. 이 대신에 흡 기계(2)에 터보챠져(8)를 바이패스하는 바이패스 통로 및 이 바이패스 통로를 개폐하는 흡기 바이패스 밸브를 구비시키고, 이 흡기 바이패스 밸브를 개방함으로써 터보 서징을 회피하여 더나은 흡기 스로틀을 가능하게 하는 구성으로 해도 된다.

(제6실시형태)

다음에 제6실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 PM 퇴적량의 추정 동작에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)를 압력센서로 구성한 경우에 검출되는 DPF(33)의 바로 상류측의 압력은 DPF(33)의 내부 온도가 높아짐에 따라 상승해 간다. 이 때문에 DPF(33)의 바로 상류측의 압력에 기초하여 PM 퇴적량을 추정하려고 한 경우에는 이 압력뿐만 아니라 DPF(33)의 내부 온도도 고려할 필요가 있다. 또한, 엔진의 부하나 회전수가 변화되어 배기 가스 온도가 상승하는 상황이 되었을 경우, 이 배기 가스 온도의 상승 속도에 비해서 실제의 DPF(33)의 내부 온도의 상승 속도는 지연되게 되어 있다. 이것은 DPF(33) 자체에 열용량이 있기 때문이다.

본 실시형태에서는 이와 같이 DPF(33)의 내부 온도가 DPF(33)의 바로 상류측의 압력에 영향을 주는 점, 배기 가스 온도의 상승에 비해서 실제의 DPF(33)의 내부 온도의 상승이 지연되는 점을 고려하여, 실제로 검지된 값{DPF(33)의 바로 상류측의 압력 및 배기 가스 온도의 값}에 의해 산출되는 PM 퇴적량의 추정값에 대하여 이들 압력 및 온도의 값에 따른 보정량으로 PM 퇴적량의 추정값을 보정하도록 하고 있다.

도 22는 엔진 회전수, 배기 가스 온도(검지된 값), DPF(33)의 내부 온도, DPF(33)의 바로 상류측의 압력(검지된 값), PM 퇴적량의 추정값의 시간적 변화의 일례를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이 엔진 회전수가 상승하면 배기 가스 온도 및 DPF(33)의 바로 상류측의 압력은 급속하게 상승한다. 이에 대하여 DPF(33)의 내부 온도의 상승은 완만하다. 또한, 여기서 검지되어 있는 DPF(33)의 바로 상류측의 압력은 DPF(33)의 내부 온도의 영향을 받고 있어 참된 압력값과는 약간 다르다. 즉, 참된 압력값보다 낮은 압력으로서 검지되고, 이 압력값만으로 PM 퇴적량을 추정한 경우에는, 실제의 퇴적량보다 적은 퇴적량으로서 추측해 버린다.

이 때문에 여기서는 검지된 배기 가스 온도의 변화 상황에 따라 DPF(33)의 내부 온도를 추정하고, 이 DPF(33)의 내부 온도로 검지된 DPF(33)의 바로 상류측의 압력에 의하여 PM 퇴적량의 추정값에 대한 보정량을 결정하도록 하고 있다. 즉, 도 22에 있어서 실선으로 나타내는 PM 퇴적량의 추정값은 검지된 DPF(33)의 바로 상류측의 압력에 의해 산출된 것이고, 이것에 대하여 소정의 보정량을 갖고서 보정함으로써 도 22에 있어서 파선으로 나타내는 PM 퇴적량의 추정값을 산출한다. 이것에 의해 상기 DPF(33)의 내부 온도가 DPF(33)의 바로 상류측의 압력에 영향을 주는 점, 배기 가스 온도의 상승에 비해서 실제의 DPF(33)의 내부 온도의 상승이 지연되는 점을 고려한 보다 정확한 PM 퇴적량의 추정을 행할 수 있게 된다.

또한, 상술한 제6실시형태에서는 검지된 배기 가스 온도의 변화 상황에 따라 DPF(33)의 내부 온도를 추정하고 있었지만, 엔진의 회전수나 토크의 변화 상황에 따라 DPF(33)의 내부 온도를 추정하도록 해도 된다.

(제7실시형태)

다음에, 제7실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 DPF(33)의 재생동작의 개시 타이밍을 설정하는 제어에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

DPF(33)에 있어서의 PM의 포집동작 및 재생동작을 반복해 가면 재생동작에서는 제거할 수 없는 PM이 DPF(33) 내에 축적되어 간다. 이것은 윤활유의 회분이나 엔진의 마모분 등이다. 이들의 존재를 위해서 재생동작을 장시간 행하여도 DPF(33)의 바로 상류측의 압력을 신품시에 있어서의 바로 상류측의 압력까지 복귀(저하)시킬 수는 없게 된다. 이와 같은 상황에서 DPF(33)의 재생 개시 압력을 일정값으로 설정한 경우에는 이하의 과제가 생긴다.

즉, 재생동작이 개시되고나서 소정 시간이 경과한 시점에서 재생동작을 종료시키도록 한 경우에는, 재생동작의 종료 시점에서는 이미 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 신품시의 압력에 비해서 높게 되어 있고, 상기 재생 개시 압력과의 차가 작게 되어 있다. 이 차는 DPF(33)의 PM 포집 동작 및 재생동작을 반복할 때마다 작아져 간다. 따라서, 재생동작의 종료 시점으로부터 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 상기 재생 개시 압력에 도달할 때까지의 시간 간격이 짧아져 가서 재생동작의 실행 빈도가 높게 되어 버리게 된다. 도 23의 파선은 이 재생동작의 실행 빈도가 서서히 높게 되어 가는 상황을 나타내고 있다.

한편, 재생동작이 개시되고나서 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 어느 소정 압력(재생 종료 압력)까지 저하한 시점에서 재생동작을 종료시키도록 한 경우에는, 상술한 바와 같이 DPF(33)의 PM 포집 동작 및 재생동작을 반복할 때마다 재생 종료 시점에서의 DPF(33)의 바로 상류측의 압력은 높게 되어 가기 때문에, 재생동작을 장시간 행하여도 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 상기 재생 종료 압력까지 저하하지 않게 되고, 이와 같은 상황에서는 재생동작을 종료할 수 없게 되어 버린다.

이 때문에 본 형태에서는 DPF(33)가 장착된 신품시부터의 엔진의 연료분사량을 적산해 가고, 이 적산값에 따라 상기 재생 개시 압력 및 재생 종료 압력을 모두 서서히 높은 값으로서 갱신해 가도록 하고 있다. 도 23에 있어서의 2점 쇄선은 이 재생 개시 압력 및 재생 종료 압력의 설정값을 나타내고 있다. 또한, 도면 중 실선은 재생동작의 실행 상황{DPF(33)의 바로 상류측의 압력의 변화 상황}을 나타내고 있다. 이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이 본 실시형태에 의하면 일정한 간격으로 재생동작을 실행시킬 수 있고, 또한, 재생동작을 종료할 수 없게 되어 버린다는 상황을 초래하는 일도 없다.

(제8실시형태)

다음에 제8실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 DPF(33)의 재생 온도(목표 온도)의 설정에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

DPF(33)가 재생되는 경우, 그 내부 온도 분포는 중앙부가 고온(재생 동작 가능 온도 이상)으로 되어 있는 한편, 외주부는 외기에 바래져 있기 때문에 비교적 낮은 온도로 되어 있다. 이 때문에 외주부는 재생 동작 가능 온도에 도달해 있지 않고 재생 불량이 생길 가능성이 있다. 이와 같은 상태가 진행되면 외주부에 고밀도의 PM이 퇴적하게 되고, 재생동작중 등에 이 PM이 산화되어 매우 고온으로 되고, DPF(33)가 용손되어 버릴 가능성이 있다. 도 24(a)는 재생 동작 개시 전의 DPF(33)의 내부를 나타내는 단면도이고, 도 24(b)는 재생동작 후의 DPF(33)의 내부를 나타내는 단면도이며, 외주부에 PM이 퇴적되어 있는 상태를 나타내고 있다.

이 때문에 본 실시형태에서는 재생동작의 완료 시점에서의 DPF(33)의 바로 상류측의 압력을 검지하고, 이 압력이 소정값보다 높은 경우에는 DPF(33)의 외주부에 재생 불량이 생기고, 이 외주부에 PM이 퇴적되어 있는 것으로 판단하고, 다음번의 재생동작에 있어서의 재생 온도(목표 온도)를 이번의 재생 온도보다 높게(예컨대 50deg만큼 높게) 설정한다. 이것에 의해 다음번의 재생동작에서는 DPF(33)의 외주부의 온도가 높게 되고, 이 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 이 외주부의 PM을 제거하는 것이 가능하게 된다. 이 때의 재생동작의 완료 시점에서의 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 아직 소정값보다 높은 경우에는 다음번의 재생동작에 있어서의 재생 온도(목표 온도)를 더욱 높게 설정하게 된다. 이와 같이 하여 DPF(33)의 외주부의 PM이 재생동작에 의해 제거될 수 있는 온도로 될 때까지 재생 온도를 갱신해 간다.

도 25는 상술한 바와 같이 재생 온도를 변경하는 경우와 변경하지 않는 경우의 DPF(33) 바로 상류측의 압력의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에서는 실선이 재생 온도를 변경하지 않은 경우의 압력의 변화를 나타내고, 파선 이 재생 온도를 변경한 경우의 압력의 변화를 나타내고 있다. 이와 같이 재생 온도를 변경하지 않을 경우에는 DPF(33)의 외주부에서의 PM의 퇴적량이 증대되어 가고, 이것에 따라 재생동작 완료시의 DPF(33) 바로 상류측의 압력도 상승되어 간다. 이것에 대하여 본 실시형태에서는 재생 온도를 변경함으로써 DPF(33)의 외주부의 PM을 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 되고{재생동작 완료시의 DPF(33) 바로 상류측의 압력이 낮게 유지되어 있고}, 재생동작의 빈도를 높이는 일 없이 일정한 간격으로 재생동작을 실행시킬 수 있다.

(제9실시형태)

다음에 제9실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 DPF(33)의 재생 종료 타이밍의 설정에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

DPF(33)의 재생동작에서는 흡기 스로틀 동작이나 전기 히터에 의한 가열 동작이 이루어지기 때문에 엔진의 연비가 악화되게 된다. 따라서, 이 재생동작의 실행 시간은 가능한 한 짧은 쪽이 바람직하다.

본 실시형태에서는 상술한 제7실시형태와 같이 DPF(33)가 장착된 신품시부터의 엔진의 연료분사량을 적산해 가는 등을 하여 이 적산값에 따라 재생 종료 압력을 서서히 높은 값으로서 갱신해 간다. 도 26에 있어서의 파선은 재생동작이 개시되고나서 소정 시간이 경과한 시점에서 재생동작을 종료시키도록 한 경우의 압력 변화 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 시간에 의해 재생 종료 타이밍을 설정한 경 우, 충분하게 재생이 행해지고 있음에도 불구하고 재생동작이 계속되어 쓸데 없는 재생동작이 이루어지는 상황으로 되거나{도 26의 시간(T1)}, 아직 완전하게 재생되어 있지 않음에도 불구하고 재생동작이 종료해 버리는{도 26의 타이밍(T2)} 상황을 초래하는 일이 있다.

이것에 대하여 본 실시형태에 의하면 DPF(33)의 재생 상황에 따라 재생동작 실행 시간이 변화되고, 재생의 완료와 거의 동시에 재생동작(흡기 스로틀 동작이나 전기 히터에 의한 가열 동작)을 종료할 수 있다(도 26에 있어서의 실선 참조). 이 때문에 쓸데 없는 재생동작이 행해지거나, 아직 완전하게 재생되어 있지 않음에도 불구하고 재생동작이 종료해 버린다는 상황을 회피할 수 있어 재생동작의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

(제10실시형태)

다음에 제10실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 상술한 제8실시형태에 있어서 높게 설정하고 있었던 DPF(33)의 재생 온도(목표 온도)를 낮게 설정해 가는(되돌리는) 동작에 특징이 있다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 급격하게 저하되는 상황이 발생한 경우, 즉 단시간 중에 PM의 제거가 완료된 경우에는, DPF(33)의 내부에서의 발열이 커져서 이상 재생을 초래하여 DPF(33)의 파손이 우려되게 된다. 이 때문에 본 실시형태에서는 DPF(33)의 바로 상류측의 압력을 감시해 두고, 이 압력이 급격하게 저하되는 상황이 생긴 경우에는 상술한 제8실시형태에 있어서 높게 설정하고 있었던 DPF(33)의 재생 온도(목표 온도)를 낮게 설정하도록 하고 있다.

구체적으로는 재생동작의 실행 시간이 극단적으로 짧은 경우나, DPF(33)의 바로 상류측의 압력 변화 구배(저하 구배)가 급격할 경우(도 27의 영역T)에는, DPF(33)의 외주부에 남아있었던 PM이 제거된 것으로 판단하고, DPF(33)의 재생 온도(목표 온도)를 낮게 설정해 간다. 이 동작으로서는 재생동작이 실행될 때마다 소정 온도(예컨대 50deg)씩 저하시켜 가도 된다. 한번에 재생 동작 가능 온도(300℃)까지 저하시켜도 된다.

- 제10실시형태의 변형예 -

상술한 제10실시형태의 변형예에 대하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 급격하게 저하되는 상황이 발생한 경우에는 아직 재생동작이 완료되어 있지 않아도 이 재생동작을 종료하도록 하고 있다. 이것에 의해 DPF(33)의 내부에서의 이상 재생을 확실하게 회피하여 DPF(33)의 파손을 회피하도록 하고 있다.

도 28에서는 도면 중 타이밍(T1)에서 재생동작이 개시되고, 재생이 진행되어 DPF(33)의 바로 상류측의 압력이 서서히(비교적 완만하게) 저하된 후에, 이 압력이 급격하게 저하되는 상황이 발생하고 있다{도면 중 타이밍(T2)으로부터 압력이 급격하게 저하). 이 때문에 도면 중 타이밍(T3)에서 재생동작을 종료하고(흡기 스로틀 동작이나 전기 히터에 의한 가열 동작을 금지하고), 이것에 의해 DPF(33)의 파손을 회피하도록 하고 있다.

(제11실시형태)

다음에 제11실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 엔진의 정지시에 DPF(33)의 재생 반응이 진행되어 버려서 DPF(33)가 용손되어 버리는 것을 회피하기 위한 대책에 관한 것이다. 그 밖의 구성 및 제어동작은 상술한 각 실시형태의 것과 마찬가지이므로 여기서는 상기 각 실시형태와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 29에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 따른 엔진은 DPF(33)의 하류측의 배기 배관(32)에 배기 스로틀 장치(배기 스로틀 수단)(38)가 구비되어 있다. 구체적으로 이 배기 스로틀 장치(38)는 흡기 스로틀 장치(24)와 마찬가지로 나비밸브와, 이 나비밸브를 회전이동시켜서 배기 배관(32)의 유로 면적을 변경하는 액츄에이터를 구비하고 있고(모두 도시 생략), 이 액츄에이터가 컨트롤러(5)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또한, 이 밸브기구로서는 나비밸브에 한정되지 않고 셔터 밸브 등 여러가지의 것이 적용가능하다.

그리고, 본 형태에서 도 30(엔진 회전수, 배기 스로틀량, 흡기 스로틀량의 시간적 변화를 나타내는 도면)에 나타내는 바와 같이, 엔진의 정지시에 흡기 스로틀 장치(24)의 스로틀량을 최대(전폐)로 함과 아울러, 배기 스로틀 장치(38)의 스로틀량도 최대(전폐)로 하도록 하고 있다. 이것에 의해, 흡기계(2) 및 배기계(3)로부터 DPF(33)로의 공기(산소)의 도입을 저지하고, 이것에 의해 DPF(33)의 재생 반응이 진행되어 버리는 것을 금지한다. 이것에 의해 DPF(33)의 용손을 회피하도록 하고 있다.

- 제11실시형태의 변형예 -

상술한 제11실시형태의 변형예에 대하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는 도 31(엔진 회전수, 연료분사량, 배기 스로틀량, 흡기 스로틀량의 시간적 변화를 나타내는 도면)에 나타내는 바와 같이, 엔진의 정지시에 흡기 스로틀 장치(24)의 스로틀량을 최대(전폐)로 하고, 또한 배기 스로틀 장치(38)의 스로틀량도 최대(전폐)에 할 뿐만 아니라, 이 엔진 정지 동작에 있어서 정지하고 있었던 연료분사를 엔진 회전수가 소정 회전수(예컨대 700rpm정도)까지 저하한 시점에서 실행{도면 중의 타이밍(T)}하도록 하고 있다. 이것에 의해 기통 내에 잔존하는 산소를 연소시켜서 DPF(33)로의 산소의 도입을 회피하고, 이것에 의해 DPF(33)의 재생 반응이 진행되어 버리는 것을 금지하여 DPF(33)의 용손을 회피하도록 하고 있다. 이 때의 연료분사량으로서는 엔진 정지 동작 개시 직전의 연료분사량보다 많게 설정해 두고, 잔존 산소의 연소를 확실하게 행하는 것이 바람직하다. 또한, 배기 스로틀 장치(38)의 스로틀량을 최대로 하는 타이밍으로서는 흡기 스로틀 장치(24)의 스로틀량이 최대로 된 후이며, 엔진의 정지시의 연료분사가 실행된 직후이여도 되고, 배기 스로틀 장치(38)의 스로틀량을 최대로 하는 타이밍과 동시이어도 된다.

(제12실시형태)

다음에 제12실시형태에 대하여 설명한다. 이 제12실시형태는 이하에서 서술하는 점을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명한 제1실시형태와 마찬가지이므로, 그러한 공통 부분에 대해서는 설명을 최대한 생략하여 주로 차이점에 관한 설명을 행한다.

우선, DPF(33)의 케이싱 내에 수용되어 있는 필터 본체의 구체적 구성이나 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 대하여 설명한다.

- 필터 본체(35) -

필터 본체(35)의 구체적인 구성에 대하여 이하에 서술한다. 도 32{필터 본체(35)를 배기가스의 흐름 방향에 따른 방향으로부터 바라본 도면} 및 도 33{필터 본체(35)를 배기가스의 흐름 방향에 대하여 직교하는 방향으로부터 바라본 단면도}에 나타내는 바와 같이, 필터 본체(35)는 대략 원통형상으로 되고, 외주벽(35a)과, 이 외주벽(35a)의 내주측에 격자상으로 일체로 형성된 격벽(35b)을 구비하고 있다. 그리고, 이 격벽(35b)에 의해 다수의 유통로(35c,35d)가 형성되어 벌집 구조체로서 구성되어 있다.

각 유통로(35c,35d, …)로서는 배기가스 유출측만이 밀봉재(35e)에 의해 밀봉된 1차측 유통로(35c)와, 배기가스 유입측만이 밀봉재(35e)에 의해 밀봉된 2차측 유통로(35d)가 교대로 배치되어 있다. 이 구성에 의해 1차측 유통로(35c)에 유입된 배기가스는 격벽(35b)을 통과하여 2차측 유통로(35d)에 흘러 들어간 후, 배기 배관(32)으로부터 배출된다. 즉, 이 배기가스가 격벽(35b)을 통과할 때에 이 배기가스 중에 포함되어 있는 PM이 필터 본체(35)의 1차측에서 포착되는 구성으로 되어 있다. 도 33의 화살표는 각 유통로(35c,35d, …)에서의 배기가스의 흐름을 나타내고 있고, 검정 화살표는 PM을 포함하는 배기가스 즉 1차측 유통로(35c)를 흐르는 배기가스이다. 또한, 흰색 화살표는 PM이 포집 제거된 후의 배기가스 즉 2차측 유통로(35d)를 흐르는 배기가스이다.

상기 필터 본체(35)를 구성하는 재료로서는 내열성, 내산화성, 내열충격성을 갖는 것이며, 다공질 코디어라이트 세라믹스, 탄화규소, 알루미나, 뮬라이트, 질화 규소 등의 비도전성 재료가 채용되어 있다. 또한, 이 필터 본체(35)에는 백금 등의 산화 촉매가 담지되어 있다. 이것에 의해 이 DPF(33)는 배기 가스 온도가 소정 온도(예컨대 300℃, 이하, 「재생 동작 가능 온도」라고 함)를 초과한 상황에 있어서 상기 화학반응이 행해져 PM이 산화 제거되어 재생되도록 되어 있다.

- PM 퇴적량 검출 센서(36) -

본 실시형태의 특징으로 하는 바는 상기 필터 본체(35) 내부에 있어서의 PM 퇴적량을 검출하기 위한 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 있다. 이하, 이 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 대하여 설명한다.

도 34는 필터 본체(35)의 개략을 나타내는 단면도(도 33에 상당하는 도면)이다. 이 도 34에 나타내는 바와 같이 필터 본체(35)에 있어서의 상기 1차측 유통로(35c)의 내면의 2개소{도면 중 점(X) 및 점(Y)}에는 전기배선(도선)(36a,36b)이 접속되어 있고, 이 각 전기배선(36a,36b)에는 전기저항 검지 센서(36c)가 접속되어 있다. 즉, 이 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 상기 1차측 유통로(35c)의 내면의 2개소(X,Y){상기 전기배선(36a,36b)이 접속되어 있는 개소}의 사이의 전기저항값을 검출할 수 있는 구성으로 되어 있다. 그리고, 여기서 검출된 전기저항값의 정보는 후술하는 재생용 컨트롤러(5)에 구비된 퇴적량 추정수단에 송신되도록 되어 있다.

상기 전기배선(36a,36b)의 상기 1차측 유통로(35c)의 내면에 대한 접속 개소(X,Y)로서는 이 1차측 유통로(35c)의 내면에 PM이 퇴적해 갈 때에, DPF의 재생동 작이 필요하게 되는 정도{예컨대 1차측 유통로(35c)의 내면의 70%로 PM이 부착된 정도}까지 PM이 퇴적한 상태에서는, 도 35에 나타내는 바와 같이 전기배선(36a,36b)의 2개소의 접속 개소(X,Y)의 사이에 걸쳐서 PM이 연속하여 부착되는 상황, 즉, 상기 2개소의 접속 개소(X,Y)끼리가 PM에 의해 전기적으로 도통하는 상황으로 되는 정도의 거리가 있는 위치로 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 이 거리가 지나치게 짧을 경우에는 PM이 조금 부착되는 상황하에서 상기 2점(X,Y)이 전기적으로 도통해 버리게 되고, 반대로, 이 거리가 지나치게 길 경우에는 PM의 부착량이 DPF의 재생동작이 필요로 하는 양에 도달하더라도 상기 2점(X,Y)이 전기적으로 도통하지 않게 되어 버리므로, 이들 상황을 초래하지 않는 거리로 설정된다.

또한, 상기 배기 배관(32)에 있어서의 DPF(33)의 상류측에는 배기 승온 장치(배기 가열 수단)(34)가 구비되어 있다(도 1 참조). 이 배기 승온 장치(34)는 전기 히터로 구성되어 있고, 도시하지 않은 발전기(교류발전기)로부터의 전력을 받아 발열하여 배기 배관(32)을 흐르는 배기가스를 가열할 수 있게 되어 있다. 구체적으로는 배기 배관(32)을 가열함으로써 배기가스를 간접적으로 가열하는 구성이여도 되고, 배기 배관(32) 내부에 히터 선을 배치하여 배기가스를 직접적으로 가열하는 구성이어도 된다. 또한, 이 배기 승온 장치(34)로서는 화염 버너를 적용해도 된다.

또한, 상기 배기 승온 장치(34)에는 배기 가스 온도를 검출하기 위한 배기 온도 검출 센서(배기 온도 검출 수단)(37)가 부착되어 있다. 이 배기 온도 검출 센서(37)는 배기 승온 장치(34)의 내부에 배치되어 있어도 되고, 상기 DPF(33)의 바로 상류측의 배기 배관(32)에 부착되어 있어도 된다.

본 엔진에는 DPF(33)의 재생동작을 제어하기 위한 재생용 컨트롤러(5)가 구비되어 있고, 이 컨트롤러(5)에는 상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 PM 퇴적량 검출 신호(전기저항에 기초하는 신호), 상기 배기 온도 검출 센서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호가 각각 송신되도록 되어 있다. 상술한 바와 같이 재생용 컨트롤러(5)에는 퇴적량 추정수단이 구비되어 있고, 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출된 전기저항값에 기초하여 필터 본체(35)의 1차측 유통로(35c) 표면의 PM 퇴적량을 산출하도록 되어 있다. 구체적으로는 상기 전기저항값은 필터 온도에 의해 좌우되기 때문에, 필터 본체(35)의 온도를 온도센서 등의 수단(도시생략)에 의해 검출해 두고, 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출된 전기저항값에 대하여 필터 본체(35)의 온도에 기초한 보정 연산을 행함으로써, PM 퇴적량을 높은 정밀도로 추정하도록 하고 있다.

즉, 도 6에 필터 온도와 전기저항값의 관계를 나타내는 바와 같이 동일한 PM 퇴적량이여도 필터 온도가 높을수록 전기저항값으로서는 낮아진다. 이것을 고려하여, 예컨대

R=aT²+bT+c

R: 전기저항값, T: 온도, a,b,c: 계수

라는 보정식을 사용하여 보정 연산을 행하고, 높은 정밀도로 PM 퇴적량을 추정할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 이 컨트롤러(5)는 상기 추정한 PM 퇴적량 및 배기 온도 검출 센 서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호에 따라 상기 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34)에 대하여 제어신호를 송신하도록 되어 있다. 즉, 흡기 스로틀 장치(24)에 송신되는 흡기 스로틀 제어 신호에 따라 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터가 작동하고, 이 흡기 스로틀 제어 신호에 따른 개도가 얻어지도록 상기 나비밸브가 회전이동된다. 또한, 배기 승온 장치(34)에 송신되는 배기 승온 제어 신호에 따라 전기 히터가 ON/OFF 제어되어서 이 전기 히터에 의한 배기가스의 가열 동작이 제어되게 된다.

- DPF 재생 제어 동작 -

다음에, 상술한 바와 같이 구성된 시스템에 있어서의 DPF 재생 제어 동작에 대하여 설명한다.

본 실시형태에서는 상기 DPF(33)의 내부에 있어서의 PM 퇴적량 및 배기 가스 온도에 따라 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34)를 제어하도록 하고 있다. 즉, 상기 PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 전기 저항 신호를 컨트롤러(5)가 받고, 이 컨트롤러(5)에 구비된 퇴적량 추정수단에 의해 PM 퇴적량을 추정한다. 그리고, 이 PM 퇴적량이 소정량을 초과하고 있는 것으로 판단되고, 또한 상기 배기 온도 검출 센서(37)로부터의 배기 온도 검출 신호를 컨트롤러(5)가 받음으로써 배기 가스 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 것으로 판단된 경우(이하, 이 2개의 조건이 성립한 경우를 「배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우」라고 칭한다)에는, 흡기 스로틀 장치(24) 및 배기 승온 장치(34) 중 한쪽 또는 양쪽을 작동시킴으로써 배기 가스 온도를 재생 동작 가능 온도까지 상승시킨다. 이 것에 의해 엔진 본체(1)의 운전을 계속한 채로 DPF(33)의 재생동작이 행해지도록 하고 있다. 이하, 복수의 구체적인 동작 내용에 대하여 설명한다.

- 흡기 스로틀 우선 동작 -

흡기 스로틀 장치(24)에 의한 흡기 스로틀을 우선한 동작은 상술한 제1실시형태와 거의 같다. 상기 배기 온도 제어 개시 조건이 성립한 경우, 우선, 컨트롤러(5)는 흡기 스로틀 장치(24)에 흡기 스로틀 제어 신호를 송신한다. 이것에 의해 흡기 스로틀 장치(24)의 액츄에이터가 작동하여 이 흡기 스로틀 제어 신호에 따른 개도가 얻어지도록 나비밸브가 회전이동되고, 흡기 배관(21)의 유로 면적이 축소된다. 그 결과, 흡입공기량이 감소해 공연비가 리치하게 되어 연소실 내의 연소 온도가 상승해 배기 가스 온도가 높아진다. 이것에 의하여 배기 가스 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달한 경우에는 배기 승온 장치(34)의 작동은 행해지는 일 없이 DPF(33)는 재생된다.

도 37은 이 경우에 있어서 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출되는 전기저항값의 시간적 변화와 재생동작 타이밍을 나타내는 타이밍 차트도이다. 우선, 재생동작이 실행되는 일 없이 엔진이 운전되고, PM의 퇴적에 따라 전기저항값이 서서히 저하되어 가고, 이 전기저항값이 소정의 재생 개시 임계값을 하회하면{도면 중 타이밍(A)} 재생동작이 개시된다. 이 재생동작의 개시 직후는 아직 필터 본체(35)의 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하지 않고 있으므로 전기저항값은 계속해서 저하하지만, 필터 본체(35)의 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달하면 PM이 제거되어 가고, 전기저항값은 점차로 상승해 간다. 그리고, 이 전기저항값이 소정의 재생 종 료 임계값을 상회하면{도면 중의 타이밍(B)} 재생동작을 종료시킨다. 또한, 이 재생 종료 임계값으로서 설정되는 전기저항값은 재생 개시 임계값으로서 설정되는 전기저항값보다 높게 설정되어 있고, 필터 재생 동작의 개시와 정지가 빈번히 반복된다는 상황을 회피하고 있다.

또한, 이 재생동작 중에 있어서 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출되는 전기저항값의 변화율(단위시간당에 있어서의 전기저항값의 상승량)이 소정의 이상 판정 변화율보다 높게 된 경우{도 38에 있어서의 경사(α)가 소정 각도보다 커진 경우}에는 필터 재생 동작을 강제적으로 정지하도록 하고 있다. 이것은 이와 같이 전기저항값의 변화가 급격할 경우에는 필터 본체(35)의 일부분이 국소적으로 이상 고온으로 되는 「이상 재생」이 발생할 가능성이 있고, 이 「이상 재생」 상태가 계속되어 버리면 DPF(33)의 용손이 우려되기 때문에, 이 전기저항값의 변화율이 높게 된 시점에서 재생동작을 종료시키는 것이다. 이것에 의해 DPF(33)의 장기 수명화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시형태에서는 필터 본체(35)에 있어서의 1차측 유통로(35c)의 표면의 2개소(X,Y)에 전기배선(36a,36b)을 접속하고, 이 2점(X,Y) 사이의 전기저항에 의해 PM 퇴적량을 인식하도록 하고 있다. 즉, PM 퇴적량이 증대하여 퇴적 두께가 커져 감에 따라 전기저항값은 서서히 저하되어 가기 때문에, 이 전기저항값의 변화를 인식함으로써 PM 퇴적량을 검출하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 때문에 필터의 상류측과 하류측의 압력차를 압력센서에 의해 검출하거나, 엔진의 운전상태에 대응한 PM 생성량 등을 맵으로부터 판독하여 연산하는 종 래의 것에 비해서, PM 최적량 검출 동작의 신뢰성을 높게 얻을 수 있다. 또한, 전기저항을 검출하기 위한 배선(도선)을 필터에 접속한다는 비교적 간단한 구성이기 때문에 실용성의 향상을 도모할 수도 있다.

(제13실시형태)

다음에 제13실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성이 상술한 제1실시형태의 것과 다르다. 따라서, 여기서는 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 대해서만 설명한다.

상술한 제1실시형태에서는 1쌍의 전기배선(36a,36b)을 갖는 PM 퇴적량 검출 센서(36)를 1세트만 배치하는 구성으로 했지만, 본 실시형태에서는 도 39에 나타내는 바와 같이 이 1쌍의 전기배선(36a,36b)을 갖는 PM 퇴적량 검출 센서(36A,36B)를 2세트 배치한 구성으로 하고 있다. 또한, 각 PM 퇴적량 검출 센서(36A,36B) 각각의 전기배선(36a,36b)의 필터 본체(35)에 대한 접속 개소로서는 이 필터 본체(35)의 중심점으로부터 등거리로 설정되어 있다.

이와 같이 PM 퇴적량 검출 센서(36A,36B)를 2세트 배치한 경우, 가령 한쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36A)의 전기배선(36a,36b)에 단선이 생겼더라도, 다른쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36B)에 의해 필터 본체(35) 상의 2점 사이의 전기저항을 검출하는 것이 가능하여 PM 최적량 검출 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 본 형태의 구성에 있어서 한쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36A)의 전기배선(36a,36b)에 단선이 생긴 경우에는 이 PM 퇴적량 검출 센서(36A)에 의해 검출되는 전기저항값은 계속적으로 무한대로 된다. 이 때문에 이 상태를 인식함으로써 이 한쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36A)의 전기배선(36a,36b)에 단선이 발생한 것을 용이하게 인식할 수 있게 되고, 이 PM 퇴적량 검출 센서(36A)로부터의 출력신호를 무효로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 2세트의 PM 퇴적량 검출 센서(36A,36B)를 설치하고 있기 때문에 각각이 필터 본체(35) 상의 2점 사이의 전기저항을 검출하게 된다. 이 때문에 이들 검출된 전기저항값이 서로 다른 값으로 된 경우에는, 낮은 측의 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식하고, 그것에 기초하여 PM 퇴적량을 추정하도록 하고 있다. 이것은 필터 본체(35)에 대한 PM의 퇴적이 편중되어 있는 경우(편중 퇴적되어 있는 경우)의 대책이며, 전기저항을 검출하고 있는 각 부 중 가장 PM 퇴적량이 많은 개소를 기준으로 하여 필터 재생 동작의 개시 타이밍을 결정하도록 한 것이다. 예컨대, 한쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36A)에 의해 검출되어 있는 전기저항값이 다른쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36B)에 의해 검출되어 있는 전기저항값보다 높게 검출되어 있는 경우에, 이 한쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36A)에 의해 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식해버리면 다른쪽의 PM 퇴적량 검출 센서(36B)가 검출 대상으로 하고 있는 장소에서는 PM이 과잉으로 퇴적되어 있을 가능성이 있다. 이 경우, 필터 재생 동작시에는 그 개소에서 온도 과상승을 초래하고, 필터 본체(35)의 손상이 우려되게 된다. 이와 같은 상황을 회피하기 위해서 상술한 바와 같이 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값(PM이 가장 많이 퇴적되어 있는 부분에서의 전기저항값)을 참된 전기저항값으로서 인식하도록 하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는 1쌍의 전기배선(36a,36b)으로 이루어지는 PM 퇴적 량 검출 센서(36A,36B)를 2세트 배치한 구성으로 했지만 3세트 이상을 배치하는 구성으로 해도 된다. 이 경우에도 상술과 마찬가지로 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식하고, 재생동작시에 있어서의 필터 본체(35)의 손상을 회피하는 것이 바람직하다.

(제14실시형태)

다음에 제14실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태도 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성이 상술한 제1실시형태 및 제13실시형태의 것과 다르다. 따라서, 여기서도 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 대해서만 설명한다.

본 실시형태에서는 도 40에 나타내는 바와 같이 필터 본체(35) 상의 3점{도면 중 점(X), 점(Y), 점(Z)}의 상호간의 전기저항을 검출하는 구성하고 있다. 즉, 이들 3점에 전기배선(도선)(36a,36b,36d)이 각각 접속되어 있고, 이들 전기배선(36a,36b,36d)의 상호간의 전기저항을 전기저항 검지 센서(36c,36c,36c)에 의해 검지하도록 되어 있다.

본 실시형태의 구성에 의하면, 우선, 각 점(X,Y,Z)에 접속되어 있는 전기배선에 단선이 발생하지 않은 때에는, 각 점간의 저항치를 r1,r2,r3으로 하면,

r1=r2=r3=r

로 되고(편중 퇴적이 생기지 않은 경우), 각 점 사이에서 검출되는 전기저항값은,

R(X,Y)=R(Y,Z)=R(Z,X)=R=(2/3)r

R(X,Y): 3점 중 「점(X)」과 「점(Y)」 사이의 저항치, R(Y,Z): 3점 중 「 점(Y)」과 「점(Z)」 사이의 저항치, R(Z,X): 3점 중 「점(Z)」과 「점(X)」 사이의 저항치로 되어 있다.

한편, 각 점에 접속되어 있는 전기배선 중 하나에 단선이 발생할 때(상기 「점(X)」에 연결되는 전기배선에서 단선이 발생할 때)에는,

R(X,Y)=∞

R(Z,X)=∞

R(Y,Z)=r

로 되고, R(Y,Z)의 전기저항값이 돌연히 1.5배(단선이 발생하지 않은 경우의 1.5배)로 상승한다. 이 때문에 이 전기저항값의 급격한 상승을 인식함으로써 배선의 단선을 용이하게 인식할 수 있다.

또한, 이와 같이 필터 본체(35) 상의 3점의 상호간의 전기저항을 검출하는 구성으로 한 경우에 있어서도 상술과 마찬가지로 가장 낮게 검출되어 있는 전기저항값을 참된 전기저항값으로서 인식하게 된다.

(제15실시형태)

다음에 제15실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태도 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성이 상술한 상기 각 실시형태의 것과 다르다. 따라서, 여기서도 PM 퇴적량 검출 센서(36)의 구성에 대해서만 설명한다.

본 실시형태에 따른 PM 퇴적량 검출 센서(36)는 상술한 제1실시형태나 제13실시형태와 같이 2점 사이의 전기저항을 검출하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 그것에 추가로, 상기 전기배선(36a)의 접속 개소에 있어서의 필터 본체(35) 상의 온 도를 검출하는 기능도 구비하고 있다.

구체적으로는 도 41에 나타내는 바와 같이 전기저항 측정대상인 1점(상기 점(X))에 대하여, 이것에 접속되어 있는 전기배선(36a)과는 다른 재료의 전기배선(36e)을 접속하고, 이 양 전기배선(36a,36e)에 의해 폐회로를 구성하고, 그 회로에 전압 검지 센서(36f)를 접속한 구성이다. 각 전기배선(36a,36b,36e)의 구체적인 재료로서는 전기저항 검출용의 배선인 전기배선(36a,36b)은 알루멜(Ni와 Al의 합금)로 이루어지고, 전압 검지용 배선인 전기배선(36e)은 크로멜(Ni와 Cr의 합금)로 이루어져 있다. 즉, 전기저항 검출용 전기배선(36a)을 이용하여 열전대를 구성한 것이 되어 있다.

본 실시형태의 구성에 의하면 전기저항 측정대상인 점의 온도를 측정함으로써 재생동작이 정상으로 행해지고 있는지(적정한 온도에서 재생동작이 행해지고 있는지)의 여부를 판단할 수 있게 된다.

또한, 상술한 제13실시형태와 같이 복수 세트의 PM 퇴적량 검출 센서(36A,36B)를 설치하고, 각각 열전대로서의 기능을 갖추게 한 경우에는, 재생 동작 중에 각 개소의 온도를 계측함으로써, 필터 본체(35)의 편온의 유무를 인식할 수 있고, 이 편온이 생긴 경우에는 PM의 편중 퇴적이 생긴 것으로 판단할 수 있다. 이것에 의해 DPF(33)의 보수관리가 필요한지의 여부의 판단이 가능하게 된다. 또한, 도 41에 나타내는 PM 퇴적량 검출 센서(36)에 대해서, 우측의 전기배선(36b)에 대해서도, 좌측과 마찬가지의 열전대를 구성함으로써 복수 개소의 온도를 계측할 수 있다.

또한, 이와 같이 필터 온도에 기초하여 PM 퇴적량을 연산할 경우, 필터 온도를 계측하는 수단으로서는 상술한 바와 같은 PM 퇴적량 검출 센서(36)를 이용한 열전대를 사용해도 되고, 개별의 온도센서를 사용해도 된다.

(제16실시형태)

다음에 제16실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 상술한 각 실시형태에 따른 PM 퇴적량 검출 센서(36)에 추가로, DPF(33)의 상류측과 하류측의 압력차를 검출하는 압력센서(도시생략)를 구비시킨 것이다. 즉, PM 퇴적량 검출 센서(36)로부터의 출력 및 압력센서로부터의 출력을 컨트롤러(5)가 받도록 되어 있다. 또한, 이 컨트롤러(5)에는 상기 각 출력에 기초하여 DPF(33)의 보수관리가 필요한지의 여부를 판단하는 보수관리 판단수단이 구비되어 있다.

일반적으로 DPF(33)에 퇴적되는 물질로서는 재생동작에 의해 제거가능한 상기 PM 이외에 제거 불가능한 물질로서 윤활유의 부착에 따른 회분이나 엔진 마모분 등이 있다. 그리고, 압력센서의 차압 검출만에 의한 퇴적 상황의 감시에서는 차압 상승의 요인이 상기 PM에 의한 것인지, 그렇지 않으면 엔진 마모분 등에 의한 것인 것인지의 판단이 곤란하며, 이것을 판단하기 위해서는 엔진의 총운전시간에 기초하여 DPF 세정 등의 보수관리의 필요성을 판단할 필요가 있었다.

이에 대하여 본 실시형태의 구성에 의하면 예컨대, 압력센서에 의해 검출되는 차압이 비교적 높고, 또한 전기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출되는 전기저항값이 비교적 낮을 경우에는 재생동작에 의해 제거가능한 PM의 퇴적량이 많은 것으로 판단할 수 있다. 한편, 압력센서에 의해 검출되는 차압이 비교적 높고, 또한 전 기저항 검지 센서(36c)에 의해 검출되는 필터상의 전기저항값이 비교적 높은 경우에는 재생동작에서는 제거 불가능한 물질의 퇴적량이 많은 것으로 판단할 수 있다. 이 때문에 재생동작의 실행에 의해 필터를 정화할 수 있는 상황인지, DPF(33)의 보수관리가 필요한 상황인지를 보수관리 판단수단에 의해 용이하게 판단하는 것이 가능하다.

(제17실시형태)

다음에 제17실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 재생동작을 개시하는 시점에서의 필터 표면 온도에 기초하여 필터 재생 동작 조건을 미리 결정하도록 한 것이다.

즉, PM 퇴적량의 검출과 동시에 필터 표면 온도도 계측해 두고, 재생동작 개시시에 있어서의 필터 표면 온도와 재생 목표 온도의 차로부터 필터 재생 동작의 조건으로서의 재생동작 계속시간, 흡기량의 감소량, 전기 히터에 의한 가열량 등을 미리 결정하여 재생동작을 개시하도록 하고 있다. 이것에 의하면 적절한 조건에서 필터 재생 동작을 실행할 수 있고, 재생동작에 따른 연비의 악화 등을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

(제18실시형태)

다음에 제18실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 엔진의 기동시에 있어서의 필터 온도가 소정 온도 이하일 때에는 필터 재생 동작을 강제적으로 금지하도록 한 것이다.

DPF(33)에 있어서 엔진의 기동시에 있어서의 필터 온도가 소정 온도 이하(냉 태 시)일 때에, 흡기량의 감소나 연료 분사 시기나 그 패턴의 변경 등이라는 필터 재생 동작을 실행해버리면, 혼합 기체의 불완전 연소에 의해 CO나 THC가 촉매로 반응하지 않고, 그대로 대기중에 배출되어 버려 자극적인 냄새를 발생하게 된다. 이 때문에 본 실시형태에서는 이 냉태시에는 필터 재생 동작을 강제적으로 금지하고, 혼합 기체의 불완전 연소를 억제하여 CO나 THC의 배출량을 삭감하도록 하고 있다. 구체적으로는 엔진 냉각수 온도가 50℃ 이하일 경우에는 필터 재생 동작을 금지하고, 이 엔진 냉각수 온도가 50℃를 초과하고 또한 상기 배기 온도 제어 개시 조건이 성립되었을 때에 필터 재생 동작을 개시하게 된다.

- 그 밖의 실시형태 -

이상에서 설명한 각 실시형태 및 변형예는 1개의 DPF(33)를 구비한 엔진에 대하여 설명했지만, 복수의 DPF를 병렬 또는 직렬로 접속한 엔진에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.

또한, 상술한 각 실시형태에서는 흡기량의 감량 및 전기 히터에 의한 가열에 의해 DPF(33)를 재생시키는 경우를 주로 설명했지만, 그 외에 배기계에 구비된 배기 스로틀 밸브의 개도를 작게 하는 것이나, 연료분사량을 증량하는 것, 연료 분사 시기를 지연시키는 것 등을 적용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 필터 본체(35)의 전체가 비도전성 재료로 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 필터(33)의 거의 전체를 도전성 재료로 구성하고, 1차측 유통로(35c)의 표면의 일부분만을 비도전성 재료로 구성해 두고, 이 비도전성 재료로 이루어지는 부분의 적어도 2점 사이의 전기저항을 검출한다는 구성도 채용가능 하다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이 다른 여러가지의 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에 상술의 실시예는 모든 점으로 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타내는 것이며, 명세서 본문에는 하등 구속되지 않는다. 또한, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

또한, 본 출원은 일본에서 2005년 2월 28일에 출원된 특허출원 2005-054243호 및 2005년 4월 27일에 출원된 특허출원 2005-129836호에 기초하는 우선권을 청구한다. 그 내용은 여기에 언급함으로써 본 출원에 포함되는 것이다. 또한, 본 명세서에 인용된 문헌은 여기에 언급함으로써 그 전부가 구체적으로 포함되는 것이다.

본 발명은 디젤엔진뿐만 아니라, 가스 엔진이나 가솔린 엔진 등, 여러가지의 형식의 엔진에 바람직하다. 또한, 자동차나 발전기 등에 탑재되는 엔진에 대해서도 본 발명은 바람직하다.

Claims (35)

1. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

   상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

   상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

   상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

   상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

   상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 복수 설정되어 있으며,

   상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 실화에 의해 상기 내연기관이 운전 한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값이 설정되어 있고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는, 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
2. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

   상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

   상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

   상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

   상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

   상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 복수 설정되어 있으며,

   상기 복수의 임계값은 상기 내연기관이 사용하는 연료의 세탄값에 따라 변경되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
3. 삭제
4. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

   상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

   상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

   상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

   상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

   상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 복수 설정되며,

   상기 내연기관은 배기가스의 유체 에너지를 이용하여 흡입 공기를 압축하는 터보챠져를 구비하고 있고,

   상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 상기 터보챠져의 서징이 발생할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값이 설정되어 있고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는, 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
5. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

   상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

   상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

   상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

   상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

   상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입 공기 감소량에는 소정의 임계값이 미리 복수 설정되고,

   상기 내연기관은 배기가스의 유체 에너지를 이용하여 흡입 공기를 압축하는 터보챠져를 구비하고 있음과 아울러, 배기가스가 상기 터보챠져를 바이패스하도록 개방 동작을 행하는 웨스트 게이트 밸브 또는 흡입 공기가 상기 터보챠져를 바이패스하도록 개방 동작을 행하는 흡기 바이패스 밸브를 구비하고 있는 한편,

   상기 복수의 임계값으로서는 배기가스 중의 CO 및 THC의 농도가 허용한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제1임계값과, 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 완전 폐쇄로 한 상태에서 상기 터보챠져의 서징이 발생할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제2임계값과, 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브가 개방된 상태에 있어서 실화에 의해 상기 내연기관이 운전 한계에 도달할 때의 흡입 공기 감소량에 상당하는 제3임계값이 설정되어 있고,

   상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작의 실행 중에 흡입 공기 감소량이 상기 제1임계값에 도달한 시점에서 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작으로 전환하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는, 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 완전 폐쇄로 한 상태에서 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 재개시키고, 흡입 공기 감소량이 상기 제2임계값에 도달한 경우에는 웨스트 게이트 밸브 또는 흡기 바이패스 밸브를 개방한 상태에서 흡입 공기 감소량이 상기 제3임계값으로 되는 것을 한계로 하여 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작을 계속하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

    상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

    상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

    상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

    상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

    상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

    상기 내연기관의 배기계에는 배기 배관을 폐쇄 가능하게 하는 배기 스로틀 수단이 구비되어 있고,

    상기 재생동작 제어수단은 상기 내연기관의 정지시에 상기 흡기량 감소 수단에 의해 흡입 공기를 차단함과 아울러 상기 배기 배관을 폐쇄하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
13. 내연기관의 배기 중의 입자상 물질을 포집함과 아울러, 배기 온도가 재생 동작 가능 온도에 도달해 있는 경우에 상기 입자상 물질의 산화 제거에 의한 재생이 가능한 미립자 필터;

    상기 내연기관의 흡기계에 구비되어 흡입공기량을 감소 가능하게 하는 흡기량 감소 수단;

    상기 내연기관의 배기계에 구비되어 배기가스의 가열이 가능한 배기 가열 수단;

    상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 소정량을 초과한 것을 검출할 수 있는 퇴적량 검출 수단;

    상기 내연기관의 배기 온도를 검출할 수 있는 배기 온도 검출 수단; 및

    상기 퇴적량 검출 수단 및 상기 배기 온도 검출 수단의 출력을 받아, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 하나를 우선적으로 실행 또는 양쪽을 동시에 실행시키는 재생동작 제어수단을 구비하고,

    상기 내연기관의 배기계에는 배기 배관을 폐쇄 가능하게 하는 배기 스로틀 수단이 구비되어 있고,

    상기 재생동작 제어수단은 상기 내연기관의 정지시에 상기 흡기량 감소 수단에 의해 흡입 공기를 차단함과 아울러 상기 배기 배관을 폐쇄하고, 또한 연료 분사 동작을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
14. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제12항, 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재생동작 제어수단은, 상기 미립자 필터 내의 입자상 물질의 퇴적량이 상기 소정량을 초과하고 있고, 또한 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도 미만이었을 때, 상기 흡기량 감소 수단에 의한 흡입공기량 감소 동작, 상기 배기 가열 수단에 의한 배기가스 가열 동작 중 어느 한쪽의 동작을 우선적으로 실행하고, 그 후, 아직 상기 내연기관의 배기 온도가 상기 재생 동작 가능 온도에 도달하고 있지 않을 때에 다른쪽의 동작을 실행시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
15. 삭제
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