KR100992305B1

KR100992305B1 - 배기 가스 정화 장치

Info

Publication number: KR100992305B1
Application number: KR1020087011928A
Authority: KR
Inventors: 슈스케 오카다; 마사토 키타자키; 히로시 우에하라; 오사무 카와타테
Original assignee: 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2010-11-05
Also published as: WO2007058047A1; CA2632184C; CN101316990B; JP4598655B2; CA2632184A1; JP2007132306A; CN101316990A; KR20080081900A; US20090151325A1; US8122708B2; EP1950385A4; EP1950385B1; EP1950385A1

Abstract

내연 기관의 배기계(30)에 구비되는 DPF(33)를 가진 배기 가스 정화 장치(101, 102, 103)로서, 배기 음압을 측정하는 1개 또는 복수의 음압 측정 수단(8F, 8R)과, 측정된 상기 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 연산 수단(10)을 구비하고, 상기 DPF(33)의 상류측에 배기 온도 측정 수단(36) 및 배기 가스 승온 수단(34)을 배열 설치하고, 상기 연산 수단(10)에 의해 산출된 PM 퇴적량이 미리 설정된 기정값보다도 높고, 또한, 배기 온도 측정 수단(36)에 의해 측정된 배기 가스 온도가 상기 DPF(33)의 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우에, 상기 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시킨다.

배기계, DPF, 배기 가스 정화 장치, 음압 측정 수단, 배기 온도 측정 수단

Description

배기 가스 정화 장치 {EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}

본 발명은, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 퍼티큘레이트 필터(Particulate Filter)를 가지고, 디젤 엔진(diesel engine) 등의 내연 기관의 배기계에 구비되는, 배기 가스 정화 장치의 기술에 관한 것이다.

종래부터, 내연 기관의 배기계에는, 배기 가스 중의 미립자(이하, PM이라고 함)를 포집, 제거하기 위한 퍼티큘레이트 필터(이하, DPF라고 함)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 DPF의 PM 퇴적량의 판정 방법에는, DPF 전후의 차압을 측정하는 방법(예를 들어, 특허문헌 1 참조)이나, 이미 판명되어 있는 엔진의 PM 배출량 맵과 엔진 운전 이력으로부터 산출하는 방법(예를 들어, 특허문헌 2 참조) 등이 공지되어 있어, 이러한 측정 결과에 따라, 퇴적한 PM을 제거하는 「DPF재생」을 실시하고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허 평7-189654호 공보

[특허문헌 2] 일본국 공개특허 제2002-97930호 공보

그러나, DPF 전후의 차압을 측정하는 경우, 엔진의 운전 상황, 예를 들어 엔진 부하나 회전수 등에 의해 차압이 변동하므로, 상기 운전 상황에 따라서 PM 퇴적량 판정의 역치를 변경할 필요가 있었다. 그 때문에, 엔진 회전수·부하·배압·DPF 전후 차압 등을 측정하는 수단이 별도 필요로 되었다. 또한, 차압이 안정되기까지는 시간이 걸리므로, 즉, PM 퇴적량의 측정을 실시하는데 시간이 걸리므로, 운전 상황의 변화에 따른 최적인 PM 퇴적량의 측정을 실시할 수 없었다.

그래서, 본 발명의 과제는, 차압 측정보다도 감도 및 응답성이 뛰어난 DPF의 PM 퇴적량 측정 수단을 가진 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같고, 다음에 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.

즉, 본 발명에 있어서는, 내연 기관의 배기계에 구비되는 DPF를 가진 배기 가스 정화 장치로서, 배기 음압을 측정하는 1개 또는 복수의 음압 측정 수단과 측정된 상기 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 연산 수단을 구비한 것이다.

본 발명에 있어서는, 상기 DPF의 상류측에 배기 온도 측정 수단 및 배기 가스 승온 수단을 배열 설치하고, 상기 연산 수단에 의해 산출된 PM 퇴적량이 미리 설정된 기정값보다도 높고, 또한, 배기 온도 측정 수단에 의해 측정된 배기 가스 온도가 상기 DPF의 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우에, 상기 배기 가스 승온 수단을 작동시키는 것이다.

본 발명에 있어서는, 내연 기관의 운전 상황에 따른 상기 DPF 상류측의 음압 맵을 기억하는 기억 수단을 구비하고, 상기 DPF의 상류측에 1개의 상기 음압 측정 수단을 배열 설치하고, 상기 연산 수단에 의해, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 PM 퇴적량을 연산하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 내연 기관의 운전 상황에 따른 상기 DPF 하류측의 음압 맵을 기억하는 기억 수단을 구비하고, 상기 DPF의 하류측에 1개의 상기 음압 측정 수단을 배열 설치하고, 상기 연산 수단에 의해, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 PM 퇴적량을 연산하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 음압 측정 수단의 측정 가능 주파수의 전 영역, 혹은 일부 주파수 대역의 배기 음압을 측정하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 4에 기재된 배기 가스 정화 장치이다.

본 발명에 있어서는, 상기 음압 측정 수단에 의해, 복수의 주파수 대역에 있어서 배기 음압을 측정하고, 상기 연산 수단이, 측정된 복수의 주파수 대역의 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 내연 기관의 회전수에 따라, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 배기 가스 온도에 따라, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하는 것이다.

본 발명의 효과로서, 이하에 개시하는 것과 같은 효과를 나타낸다.

본 발명에 의해, 종래까지의 차압을 측정하는 경우에 비해, 배기 음압의 측정은 측정 감도가 좋고, 응답성도 빠르다. 그 때문에, PM 퇴적량의 판정을 순식간에 실시할 수 있다. 또한, 일시적인 운전 중이어도 PM 퇴적량의 판정이 가능하다.

본 발명에 의해, 응답성이 뛰어난 배기 음압의 측정 결과에 의해 PM 퇴적량을 판정하여, 빈번하게 배기 가스 승온 수단을 작동시키는 것이 가능해지고, 그 결과 연비의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 1개의 음압 측정 수단을 배열 설치함으로써 DPF의 PM 퇴적량을 인식할 수 있기 때문에 제조 가격을 저감할 수 있다.

본 발명에 의해, 1개의 음압 측정 수단을 배열 설치함으로써 DPF의 PM 퇴적량을 인식할 수 있기 때문에 제조 가격을 저감할 수 있다.

본 발명에 의해, 회전수의 영향에 의한 보정을 실시하지 않고도 음압 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의해, 고정밀한 음압 측정을 실시할 수 있다.

도 1은 배기 가스 정화 장치(101)의 제 1 실시예를 나타내는 모식도.

도 2는 DPF(33)의 사용 시간과 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면.

도 3은 배기 가스 정화 장치(102)의 제 2 실시예를 나타내는 모식도.

도 4는 배기 가스 정화 장치(103)의 제 3 실시예를 나타내는 모식도.

도 5는 DPF(33)에 PM이 퇴적되어 있지 않은 상태의 엔진 회전수 및 토크에 따른 등음압선을 나타내는 도면.

도 6은 측정 가능 주파수의 전 영역 혹은 일부 주파수 대역에서의 측정 결과로부터 얻어진 DPF(33)의 사용 시간과 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면.

도 7은 DPF(33)의 사용 시간과 2종류의 주파수로 측정한 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면.

*도면의 부호의 설명

8F, 8R : 음압 측정 수단(음압 센서) 9 : 기억 수단

10 : 연산 수단 30 : 배기계

33 : DPF (퍼티큘레이트 필터) 34 : 배기 가스 승온 수단

36 : 배기 온도 측정 수단(배기 온도 측정 센서)

101, 102, 103 : 배기 가스 정화 장치

다음에, 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 배기 가스 정화 장치(101)의 제 1 실시예를 나타내는 모식도, 도 2는 DPF(33)의 사용 시간과 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면, 도 3은 본 발명의 배기 가스 정화 장치(102)의 제 2 실시예를 나타내는 모식도, 도 4는 본 발명의 배기 가스 정화 장치(103)의 제 3 실시예를 나타내는 모식도, 도 5는 DPF(33)에 PM이 퇴적되어 있지 않은 상태의 엔진 회전수 및 토크(torque)에 따른 등음압선을 나타내는 도면, 도 6은 측정 가능 주파수의 전 영역 혹은 일부 주파수 대역에서의 측정 결과로부터 얻어진 DPF(33)의 사용 시간과 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면, 도 7은 DPF(33)의 사용 시간과 2종류의 주파수로 측정한 DPF(33) 전후부 음압 차의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 디젤 엔진 등의 내연 기관의 배기계에 구비되는 것으로, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 DPF(33)을 가지고, 상기 DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식할 수 있는 배기 가스 정화 장치이다.

본 실시 형태는, 트랙터용의 디젤 엔진(1)에 탑재되는 배기 가스 정화 장치(101, 102, 103)에 대한 설명을 실시하는 것이지만, 본 발명의 배기 가스 정화 장치(101, 102, 103)가 적용되는 엔진은 디젤 엔진(1)에 한정하는 것이 아니고, 가스 엔진이나 가솔린 엔진 등이어도 좋다. 또한 본 발명은, 자동차나 발전기 등에 탑재되는 엔진에 대해서도 적용 가능하다.

실시예 1

도 1에 도시한 바와 같이, 디젤 엔진 등의 내연 기관에는, 엔진 본체(1)의 한쪽(도면 중 하측)에 흡기계(20)가, 다른 쪽(도면 중 상측)에 배기계(30)가 각각 접속되어 있다.

흡기계(20)에는, 흡기 배관(21), 흡기 매니폴드(22) 및 연료 펌프(23) 등이 구비되어 있다. 흡기 배관(21) 및 흡기 매니폴드(22)를 거쳐, 엔진 본체(1)의 실린더 내(흡입 공정의 실린더 내)에 공기를 도입한 후, 상기 실린더의 압축 공정 완료 시점에서 연료 펌프(23)로부터 연소실에 연료를 압송함으로써, 연소실에서의 혼합기의 자기 착화 연소에 따르는 팽창 행정이 실시되도록 이루어져 있다.

그리고, 상기 흡기 배관(21)에는, 흡기 조절 장치(24)가 구비되어 있다. 구체적으로는, 이 흡기 조절 장치(24)는 버터플라이 밸브와, 이 버터플라이 밸브를 회동시켜서 흡기 배관(21)의 유로 면적을 변경하는 액추에이터를 구비하고 있다(모 두 도시 생략). 한편, 이 밸브 기구로서는 버터플라이 밸브에 한정되지 않고 셔터 밸브 등 여러 가지 것이 적용 가능하다.

상기 흡기 조절 장치(24)에 의해, 상기 실린더로의 공기의 공급량을 조절하여, 공기와 연료의 혼합비를 조절하고 있다.

한편, 배기계(30)에는, 배기 매니폴드(32) 및 배기 배관(31)이 구비되어 있다. 상기 팽창 행정 후의 배기 행정에 있어서, 실린더로부터 배기 매니폴드(32)로 배출된 배기 가스는 배기 배관(31)을 통해 대기로 방출되게 되어 있다.

상기 배기 배관(31)에는, 배기 가스 중에 포함되는 PM을 포집하기 위한 DPF(33)나 배기 가스를 가열하기 위한 배기 가스 승온 수단(34)이 구비되어 있다. DPF(33)는 케이싱 내에 필터 본체가 수용되어 이루어져 있고, 상기 필터 본체는 여과 성능을 가지는 격벽으로 구획된 다수의 셀을 가지는 허니콤(honeycomb) 구조로 구성되어 있다.

구체적으로는, 예를 들어 상기의 일부의 셀에서는 한쪽 단부가, 다른 셀에서는 다른 쪽 단부가 각각 봉쇄되어 있고, 셀간을 배기 가스가 투과할 때에 PM이 포집되는 구성으로 이루어져 있다. 상기 필터 본체를 구성하는 재료에는, 내열성·내산화성·내열충격성을 가지는 것이 적합하고, 예를 들어 다공질 코디어라이트 세라믹스, 탄화 규소, 알루미나, 뮬라이트, 질화 규소, 소결 합금 등이 적용 가능하다.

또한, 상기 필터 본체에는 백금 등의 산화 촉매가 지원되어 있다. 그리고, 배기 가스 온도가 소정 온도(예를 들어, 약 300도, 이하 「재생 가능 온도 영역 하 한」이라고 함)를 초과한 상황에서 화학반응이 실시되고, 즉, PM이 산화 제거되고 DPF(33)의 기능이 재생되도록 이루어져 있다.

그리고, 이 배기계(30)의 특징으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, DPF(33)에는 음압 센서(음압 측정 수단)(8F, 8R)가 배열 설치되어 있다. 상세하게는, 상기 음압 센서(8F, 8R)는 마이크 등에 의해 구성되는 것으로, DPF(33)의 내부나 배기 배관(31) 내측의 DPF(33)의 상류측이나 하류측에 배열 설치되고, DPF(33)의 내부나 배기 배관(31) 내측의 DPF(33)의 상류측이나 하류측의 배기 음압(배기음의 크기 혹은 음량)을 측정하는 것이다.

상기 배기 배관(31)에 있어서의 DPF(33)의 상류측에는 배기 가스 승온 수단(배기 가스 가열 수단)(34)이 구비되어 있다. 배기 가스 승온 수단(34)은 전기 히터 등에 의해 구성되어 있고, 도시하지 않은 발전기(alternator)로부터 전력을 받아 발열하고, 배기 배관(31)을 흐르는 배기 가스를 가열 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 배기 배관(31)을 과열함으로써 배기 가스를 간접적으로 가열하는 구성이어도 좋고, 배기 배관(31)내부에 히터 선을 배치하여 배기 가스를 직접적으로 과열하는 구성이어도 좋다. 또한, 이 배기 가스 승온 수단(34)으로서는 화염 버너를 적용해도 좋다.

상기 배기 가스 승온 수단(34)에는, 배기 가스 온도를 측정하기 위한 배기 온도 측정 센서(배기 온도 측정 수단)(36)이 배열 설치되어 있다. 배기 온도 측정 센서(36)는 배기 가스 승온 수단(34)의 내부에 배치되어 있어도 좋고, 상기 DPF(33)의 직상류측의 배기 배관(31) 내에 부착되어도 좋다.

상기 배기 온도 측정 센서(36)에 의해, 배기 가스의 온도가 DPF(33)의 상기 재생 가능 온도 영역 하한보다 높은지 낮은지를 측정함으로써, 상기 DPF(33)의 재생이 실시되고 있는지의 여부를 인식할 수 있다.

상기 음압 센서(8F, 8R), 배기 온도 측정 센서(36), 배기 가스 승온 수단(34)은, 연산 수단(10)에 접속되어 있다. 연산 수단(10)은, 음압 센서(8F, 8R)로부터 측정된 음압에 관한 신호를 받고, 상기 신호 및 후술하는 기억 수단(9)에 기억되어 있는 음압 맵을 기초로, DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하는 것이다. 여기에서, DPF(33)의 PM 퇴적량이란, DPF(33)의 내부에 형성되어 있는 다수의 상기 셀(필터의 눈)에 부착되어 있는 PM의 양을 의미한다.

연산 수단(10)은, DPF(33)의 PM 퇴적량이 미리 정해진 기정값 이상이라고 판단하면, 배기 온도 측정 센서(36)로부터 배기 가스 온도에 관한 신호를 받고, 상기신호로부터 배기 가스의 온도가 DPF(33)의 상기 재생 가능 온도 영역 하한보다 높은지의 여부를 판단한다. 그리고, 상기 배기 가스의 온도가 재생 가능 온도 영역 하한보다 낮을 경우에는, 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시켜서 배기 배관(31)을 흐르는 배기 가스의 온도를 상승시킨다.

상기 기억 수단(9)은, 연산 수단(10)에 접속되어 있고, 엔진 회전수나 토크나 배기 가스 온도에 따른 음압 맵의 데이타가 저장되어 있다. 여기에서, 음압 맵이란, 상기 엔진 회전수나 토크나 배기 가스 온도 등의 엔진의 운전 상황마다 작성되는, 배기 음압에 대한 DPF(33)의 PM 퇴적량의 대응표이다. 환언하면, 음압 맵이란, 측정된 배기 음압으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 구하기 위한 변환 테이블을 의미한다.

상기 연산 수단(10)은, 필요에 따라, 상기 기억 수단(9)으로부터 상기 음압 맵을 호출하고, 배기 음압에 관한 신호로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산한다.

본 실시예에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, DPF(33)의 직전(직상류)의 배기 배관(31)에, 전(前) 음압 센서(음압 측정 수단)(8F)를, DPF(33)의 직후(직하류)에 후(後) 음압 센서(음압 측정 수단)(8R)를 배열 설치하고 있지만, 배열 설치 개소는 한정되지 않는다. 도 1에 도시한 배기 가스 정화 장치(101)에 있어서는, 전 음압 센서(8F)에 의해 DPF(33) 직전의 배기 음압(소리의 크기:db)을 측정하고, 후 음압 센서(8R)에 의해 DPF(33) 직후의 배기 음압(소리의 크기:db)을 측정하고 있다. 그리고, 상기 음압의 측정 결과는 연산 수단(10)에 송신되어, 상기 연산 수단(10)은 받은 신호로부터 DPF(33)의 전후 음압 차를 연산한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 재생을 실시하지 않고 사용한 DPF(33)는, 사용 시간이 증가하고, 또한 DPF(33) 상류측의 전 음압 센서(8F)와 하류측의 후 음압 센서(8R)의 음압 차가 커진다. 이것은 사용 시간의 경과와 함께, DPF(33)의 PM 퇴적량이 증가하고 DPF(33) 내의 필터의 눈이 막히기 때문에, DPF(33) 전방의 엔진으로부터 전해지는 배기 음압이 DPF(33)에 의해 방해받아 DPF(33) 전후의 음압 차가 확대되는 것이 원인이다.

본 발명은, 이러한 성질을 이용하여 배기 음압으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 구하는 것을 특징으로 하고 있다.

그리고, 연산 수단(10)은 기억 수단(9)으로부터 호출한 상기 음압 맵과 측정 된 음압 차로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하고, 상기 PM 퇴적량이 미리 설정된 기정값 이상인지의 여부를 판정한다.

그리고, DPF(33)의 PM 퇴적량이 상기 기정값 이상인 경우에는, 배기 온도 측정 센서(36)에 의해 배기 가스의 온도를 측정하고, 배기 가스의 온도가 상기 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우는, 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시켜서 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 이에 의해, DPF(33)가 배기 가스에 의해 따뜻하게 되어 DPF(33)의 재생이 실시된다.

이와 같이, 내연 기관의 배기계(30)에 구비되는 DPF(33)를 가진 배기 가스 정화 장치(101, 102, 103)로서, 배기 음압을 측정하는 1개 또는 복수의 음압 측정 수단(8F, 8R)과, 측정된 상기 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 연산 수단(10)을 구비했기 때문에, 종래까지의 차압을 측정하는 경우에 비해 배기 음압의 측정은 측정 감도가 좋고 응답성도 빠르다. 그 때문에, PM 퇴적량의 판정을 순식간에 실시할 수 있다. 또한, 일시적인 운전중이어도 PM 퇴적량의 판정이 가능하다.

또한, 상기 DPF(33)의 상류측에 배기 온도 측정 수단(36) 및 배기 가스 승온 수단(34)을 배열 설치하고, 상기 연산 수단(10)에 의해 산출된 PM 퇴적량이 미리 설정된 기정값보다도 높고, 또한, 배기 온도 측정 수단(36)에 의해 측정된 배기 가스 온도가 상기 DPF(33)의 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우에, 상기 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시키므로, 응답성이 뛰어난 배기 음압의 측정 결과에 의해 PM 퇴적량을 판정하고, 빈번하게 배기 가스 승온 수단을 작동시키는 것이 가능해지 고, 그 결과 연비의 악화를 방지할 수 있다.

실시예 2

다음에, 배기 가스 정화 장치(102)의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 배기 가스 정화 장치(102)에 있어서는, DPF(33)의 전방부, 즉 상류측에만 전 음압 센서(8F)를 배열 설치한다. 즉, 실시예 1에서는 음압 센서(8F, 8F)의 배열 설치 위치가 한정되어 있지 않지만, 본 실시예에 있어서는, DPF(33)의 상류측에만 전 음압 센서(8F)를 배열 설치하고, DPF(33)의 상류측에서의 배기 음압 변화만을 측정함으로써, DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식하고 있다.

이것은, DPF(33)의 PM 퇴적량이 증가됨에 따라 엔진에서 발생한 배기음이 DPF(33)에서 반사하기 쉬워지고, DPF(33)의 상류측의 배기 음압이 변화되는 성질을 이용하는 것이다. 또한, 도 3에 있어서는 두꺼운 화살표가 공기의 흐름을 나타내고, 가는 화살표가 신호의 흐름을 나타내고 있다.

그리고, 실시예 1과 동일하게, 상기 연산 수단(10)은 상기 기억 수단(9)에 접속되어 있고, 상기 기억 수단(9)에는 미리 실험적으로 측정된 DPF(33)의 PM 퇴적량에 따른 전 음압 센서(8F)용의 음압 맵이 기억되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 상기 연산 수단(10)이 전 음압 센서(8F)에 의해 측정된 DPF(33) 상류측의 배기 음압으로부터만, 후술하는 음압 맵을 기초로 하여 DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식한다.

여기에서, 음압 맵이란, 엔진 회전수나 토크나 배기 가스 온도등의 엔진의 운전 상황마다 실험적으로 작성된, 전 음압 센서(8F)에서 측정된 배기 음압으로부 터 DPF(33)의 PM 퇴적량으로의 변환 테이블이다. 즉, 상기 연산 수단(10)은, 측정시의 엔진 회전수나 토크 등으로부터 기억 수단(9)에 기억된 최적인 음압 맵을 선택하고, 상기 음압 맵을 이용하여, 전 음압 센서(8F)에서 측정된 음압으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하는 것이다.

참고로, 도 5에 DPF(33)에 PM이 퇴적되어 있지 않은 상태에 있어서의, 전후 음압 센서(8F, 8R)에 의해 측정된 엔진 회전수 및 토크에 따른 음압을 나타낸다.

연산 수단(10)은 전 음압 센서(8F)에서 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하고, 상기 PM 퇴적량이 기정값 이상인 경우에는 배기 온도 측정 센서(36)에 의해 배기 가스 온도를 측정한다. 그리고, 배기 가스 온도가 상기 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우는, 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시켜서 배기 가스의 온도를 상승시킨다.

이에 의해, 배기 가스가 DPF(33)의 온도를 상기 재생 가능 온도 영역에까지 따뜻하게 되어 DPF(33)의 재생이 실시된다.

이와 같이, 내연 기관의 운전 상황에 따른 상기 DPF(33) 상류측의 음압 맵을 기억하는 기억 수단(9)을 구비하고, 상기 DPF(33)의 상류측에 1개의 상기 음압 측정 수단(8F)을 배열 설치하고, 상기 연산 수단(10)에 의해, 상기 음압 측정 수단(8F)에 의해 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 PM 퇴적량을 연산하므로, 1개의 음압 측정 수단(8F)을 배열 설치함으로써, DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식할 수 있기 때문에 제조 가격을 저감할 수 있다.

실시예 3

다음에, 배기 가스 정화 장치(103)의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 배기 가스 정화 장치(103)에 있어서는, DPF(33)의 후부 즉 하류측에만 음압 센서(8R)를 배열 설치한다. 즉, 실시예 1에서는 음압 센서(8F, 8F)의 배열 설치 위치가 한정되어 있지 않지만, 본 실시예에 있어서는, DPF(33)의 하류측에만 후 음압 센서(8R)를 배열 설치하고, DPF(33)의 하류측에서의 배기 음압 변화만을 측정함으로써 DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식하고 있다.

이것은, DPF(33)의 PM 퇴적량이 증가함에 따라, 엔진에서 발생한 배기음이 DPF(33)에 의해 차폐되기 쉬워지므로, DPF(33)의 하류측의 배기 음압이 변화되는 성질을 이용하는 것이다. 또한, 도 4에 있어서는 두꺼운 화살표가 공기의 흐름을 나타내고, 가는 화살표가 신호의 흐름을 나타내고 있다.

연산 수단(10)은 기억 수단(9)에 접속되어 있고, 상기 기억 수단(9)에는, 미리 실험적으로 측정된 DPF(33)의 PM 퇴적량에 따른 후 음압 센서(8R)의 음압 맵이 기억되어 있다.

그리고, 연산 수단(10)은, 상기 음압 맵과 후 음압 센서(8R)에 의해 측정된 DPF(33) 하류측의 배기 음압으로부터만 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산한다.

여기에서, 음압 맵이란, 엔진 회전수나 토크 등마다에 실험에 의해 작성된, 후 음압 센서(8R)에서 측정된 음압으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량으로의 변환 테이블이다. 즉, 상기 연산 수단(10)은, 측정시의 엔진 회전수나 토크로부터 기억 수단(9)에 기억된 최적인 음압 맵을 선택하고, 상기 음압 맵을 이용하여, 후 음압 센 서(8R)에서 측정된 배기 음압으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하는 것이다.

연산 수단(10)은, 후 음압 센서(8R)에서 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하고, 상기 PM 퇴적량이 기정값 이상인 경우에는, 배기 온도 측정 센서(36)에 의해, 배기 가스 온도를 측정한다. 그리고, 배기 가스 온도가 상기 소정 온도 이하인 경우는, 배기 가스 승온 수단(34)을 작동시켜서, 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 이에 의해, 배기 가스가 DPF(33)의 온도를 상기 재생 가능 온도 영역에까지 따뜻하게 하여, DPF(33)의 재생이 실시된다.

이와 같이, 내연 기관의 운전 상황에 따른 상기 DPF(33) 하류측의 음압 맵을 기억하는 기억 수단(9)을 구비하고, 상기 DPF(33)의 하류측에 1개의 상기 음압 측정 수단(8R)을 배열 설치하고, 상기 연산 수단(10)에 의해 상기 음압 측정 수단(8R)에 의해 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 PM 퇴적량을 연산하므로, 1개의 음압 측정 수단(8R)을 배열 설치함으로써, DPF(33)의 PM 퇴적량을 인식할 수 있기 때문에 제조 가격을 저감할 수 있다.

다음에, 본 발명의 음압 측정으로 측정하는 주파수 대역에 대해서 설명한다.

DPF(33)주변에서 측정하는 주파수는, 상기 음압 센서(8F, 8R)에서 측정할 수 있는 주파수의 전 영역의 배기 음압을 측정해도 좋고, 음압 센서(8F, 8R)에서 측정할 수 있는 주파수의 일부 주파수 대역만의 배기 음압을 측정해도 좋다.

즉, 주파수를 한정하지 않고, 음압 센서(8F, 8R)가 검지한 모든 배기 음압의 진폭을 검지해도 좋고, 음압과 DPF(33)의 PM 퇴적량과의 상관 계수가 높은 일부의 주파수 대역에 있어서만 배기 음압을 측정하는 구성이어도 좋다. 상관 계수가 높 은 상기 일부의 주파수 대역은, 엔진의 운전 상황마다에 미리 실험적으로 정해 두고, 상기 주파수 대역의 범위는 기억 수단(9)에 저장되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 측정 가능 주파수의 전 영역에 있어서, 배기 음압을 측정한 경우에는 측정된 음압 차의 편차가 크지만 엔진 회전수나 토크의 영향을 받기 어렵다. 그리고, 일부 주파수 대역에 있어서 배기 음압을 측정한 경우는, 즉 DPF(33)의 퇴적량과의 상관 관계가 낮은 대역을 제외하고 배기 음압을 측정한 경우에는 측정된 음압 차의 편차를 작게 할 수 있다.

이와 같이, 음압 측정 수단(8F, 8R)의 측정 가능 주파수의 전 영역, 혹은 일부 주파수 대역의 배기 음압을 측정하므로, 회전수의 영향에 의한 보정을 실시하지 않고도 음압 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

음압 혹은 음압 차의 크기와 DPF(33)의 PM 퇴적량의 상관 계수가 높은 주파수는 엔진 회전수나 토크에 따라 다르다. 일례로서, 회전수가 2400/min의 경우에 있어서의, 2종류의 주파수에서 배기 음압을 측정한 결과를 DPF(33)의 사용 시간과 전후 배기 음압 차의 관계로서 도 7에 도시한다. 주파수가 160Hz의 배기 음압 차의 측정 결과에 있어서는, DPF(33)의 막힘이 진행됨에 따라 전후 음압 센서(8F, 8R)에 의해 측정되는 전후 음압 차는 증대해 가지만, 주파수가 80Hz의 배기 음압의 측정 결과에 있어서는 전후 음압 차가 거의 변화되지 않는다.

즉, 회전수가 2400/min의 경우에는, 주파수 160Hz에서의 배기 음압 차 측정에 의해 DPF(33)의 정확한 PM 퇴적량을 인식할 수 있지만, 주파수 80Hz에서의 배기 음압 차 측정에서는 음압 차의 변화가 작기 때문에 정확한 PM 퇴적량을 인식할 수 없을 가능성이 있다.

그 때문에, 기억 수단(9)에는, 엔진 회전수나 토크 등에 따른, DPF(33)의 측정에 최적인 주파수 대역이 기억되어 있다. 상세하게는, 기억 수단(9)에, 엔진 회전수나 토크 등에 따라, 배기 음압 혹은 배기 음압 차와 DPF(33)의 PM 퇴적량과의 상관 계수가 높은 주파수 대역이 기억되어 있고, 음압 센서(8F, 8R)는 엔진 회전수나 토크 등에 따라 복수의 주파수 대역 중에서 상관 계수가 높은 주파수 대역을 선택하거나 또는 조합시키고, 배기 음압 혹은 배기 음압 차를 측정하는 구성으로 이루어져 있다. 그리고, 연산 수단(10)은, 얻어진 복수의 배기 음압 혹은 배기 음압 차로부터, 상기 음압 맵에 기초하여 PM 퇴적량을 연산하는 구성으로 이루어져 있다.

이와 같이, 상기 음압 측정 수단(8F, 8R)에 의해, 복수의 주파수 대역에 있어서 배기 음압을 측정하고, 상기 연산 수단(10)이, 측정된 복수의 주파수 대역의 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하므로, 고정밀한 음압 측정을 실시할 수 있다.

또한, 내연 기관의 회전수에 따라, 상기 음압 측정 수단(8F, 8R)에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하므로, 도 7에 있어서 비교한 바와 같이, 고정밀한 음압 측정을 실시할 수 있다.

또한, 배기 가스의 온도에 의해 배기 가스에 의해 전파하는 배기 음압의 전파 특성이 다르기 때문에, 배기 음압 혹은 배기 음압 차와 DPF(33)의 PM 퇴적량의 상관 계수가 높은 주파수 대역은, 배기 가스의 온도에 따라서도 다르다. 그 때문 에, 기억 수단(9)에는, 배기 가스 온도마다에도, 음압의 크기와 DPF(33)의 PM 퇴적량의 상관 계수가 높은 주파수 대역이 기억되어 있다.

그리고, 배기 가스 온도를 상기 배기 온도 측정 센서(36)에 의해 측정하고, 음압 센서(8F, 8R) 및 연산 수단(10)은 배기 가스의 온도에 따른 최적인 주파수 대역의 배기 음압 혹은 배기 음압 차를 측정하고, DPF(33)의 PM 퇴적량을 연산하는 구성으로 하고 있다.

이와 같이, 배기 가스 온도에 따라, 상기 음압 측정 수단(8F, 8R)에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하므로, 고정밀한 음압 측정을 실시할 수 있다.

본 발명은 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 퍼티큘레이트 필터를 가지고, 디젤 엔진 등의 내연 기관의 배기계에 구비되는, 배기 가스 정화 장치에 이용할 수 있다.

Claims

내연 기관의 배기계에 구비되는 DPF를 가진 배기 가스 정화 장치로서,

상기 내연 기관으로부터의 배기 음압을 측정하는 1개의 음압 측정 수단과,

상기 음압 측정 수단에 의해 측정된 상기 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 연산 수단과,

상기 내연 기관의 운전 상황에 따른 음압 맵을 기억하는 기억 수단을 구비하고,

상기 음압 측정 수단은 상기 DPF 상류측에 배열 설치되는 것이고,

상기 연산 수단에 의해, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정된 배기 음압과 상기 음압 맵으로부터 PM 퇴적량을 연산하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 DPF의 하류측에 1개의 음압 측정 수단을 배치하고,

상기 2개의 음압 측정 수단에서의 음압차로부터 PM 퇴적량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 DPF의 상류측에 배기 온도 측정 수단 및 배기 가스 승온 수단을 배열 설치하고,

상기 연산 수단에 의해 산출된 PM 퇴적량이 미리 설정된 기정값보다도 높고, 또한, 배기 온도 측정 수단에 의해 측정된 배기 가스 온도가 상기 DPF의 재생 가능 온도 영역 하한 이하인 경우에, 상기 배기 가스 승온 수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

음압 측정 수단의 측정 가능 주파수의 전 영역, 혹은 일부 주파수 대역의 배기 음압을 측정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 음압 측정 수단에 의해, 복수의 주파수 대역에 있어서 배기 음압을 측정하고,

상기 연산 수단이, 측정된 복수의 주파수 대역의 배기 음압으로부터 PM 퇴적량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

내연 기관의 회전수에 따라, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

배기 가스 온도에 따라, 상기 음압 측정 수단에 의해 측정하는 배기 음압의 주파수 대역을 변경하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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