KR101432405B1 - 엔진의 배기 정화 장치 및 방법, 및 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템 - Google Patents

엔진의 배기 정화 장치 및 방법, 및 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템 Download PDF

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

엔진의 배기 통로에 마련되는 필터와, 상기 필터에 퇴적한 미립자를 재생 처리하여 필터의 재생을 실시하는 재생 제어 수단을 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 과퇴적 상태가 되었을 때에, 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 과퇴적 상태 판정 수단과, 상기 필터의 재생 온도를, 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 제 1 재생 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치를 구비하고, 상기 지시 수단은, 과퇴적 상태인 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 하는 지시 수단을 접속할 수 있도록 구성되어 있다.

Description

엔진의 배기 정화 장치 및 방법, 및 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE AND METHOD FOR ENGINE, AND SYSTEM FOR REGENERATING FILTER RELATED TO EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE FOR ENGINE}
본 발명은, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터를 갖는 엔진의 배기 정화 장치 및 방법에 관한 것이며, 또한 해당 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터 재생 시스템에 관한 것이다.
디젤 엔진의 배기 가스를 정화 처리하는 배기 정화 장치로서 DPF(Diesel Particulate　Filter)를 사용하는 배기 정화 장치가 알려져 있다. 이와 같은, DPF를 사용하는 배기 정화 장치에 있어서는, DPF로 배기 가스 중의 미립자(PM)인 그을음(soot)을 포집하여 배출하고 있다.
DPF에는 포집한 그을음의 퇴적량에 한계가 있다. 그래서, DPF에 그을음이 너무 퇴적한 상태, 소위 「과퇴적 상태」가 되는 것을 방지하기 위해서, DPF에 일정 이상 그을음이 퇴적했을 경우에 엔진 컨트롤 유닛(Engine　Control　Unit：ECU)이 자동적으로 재생을 실행하는 자동 재생(가동시 재생)이나, 유저에게 램프 점등·점멸 등의 수단으로 재생 시기를 알려 유저가 스위치 조작 등에 의해 재생을 실행하는 수동 재생을 실행하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.
그렇지만, 전술의 자동 재생이나 수동 재생이라고 하는 수단을 강구해도 과퇴적 상태가 되는 일이 있어, 과퇴적 상태가 되었을 경우에는 림프 홈 모드가 되어, 엔진의 출력 저감과 재생 금지의 동작이 실행된다. 이와 같은 상태가 되었을 경우, 이 상태를 해제하기 위해서, 상기 엔진이 탑재되는 차량을 딜러나 수리 공장 등의 서비스 거점에 반입하고, 해당 서비스 거점에서 과퇴적 상태가 된 DPF를 분리하여 세정 또는 교환함으로써 과퇴적 상태를 해제하는 것이 현상에 있어서는 실행되고 있다.
그렇지만, DPF가 과퇴적 상태가 되었을 경우에, 온 로드 차량에 있어서는 상기 서비스 거점까지 용이하게 차량을 이동·운반하는 것이 가능하지만, 오프 로드 차량에 있어서는 상기 서비스 거점까지 차량을 이동·운반하는 것은 용이하지 않다. 이것은, 상기 서비스 거점의 수의 제약이나 사용 장소, 이동 방법 등의 제약을 받기 때문이다.
그래서, DPF의 재생에 관한 기술로서 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는, DPF의 PM 퇴적량에 따라 재생 온도 및 재생 시간을 결정하는 기술이 개시되어 있다.
또한, DPF가 과퇴적 상태가 되었을 경우의 대응에 관한 기술로서 특허 문헌 3에는, DPF가 과퇴적 상태가 되어 림프 홈 모드가 되었을 경우에는, PM(Particulate　Matter)를 증가시키지 않고, 필요한 토크를 낼 수 있도록 운전 방법을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
또한, DPF가 과퇴적 상태가 되었을 경우에도 DPF를 재생할 수 있는 기술로서 특허 문헌 4에는, DPF가 과퇴적 상태가 되었을 경우에는, 전열 수단 및 급기 수단을 제어하고 DPF에 퇴적한 PM를 소각함으로써, DPF를 재생하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 제 4008867 호 공보 일본 특허 공개 제 2007－239740 호 공보 일본 특허 공개 제 2007－218196 호 공보 일본 특허 공개 제 2000－38917 호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된 기술은, 과퇴적 상태에 관한 것이 아니고, 과퇴적 상태에 있어서 DPF의 재생을 할 수 있는 것은 아니다.
또한, 특허 문헌 3에 개시된 기술은, 과퇴적 상태가 되었을 경우에 PM을 증가시키지 않고, 필요한 토크를 낼 수 있지만, 과퇴적 상태를 해제할 수 있는 것은 아니다.
또한, 특허 문헌 4에 개시된 기술은, 전열 장치 등의 전열 수단을 새롭게 마련할 필요가 있으며, 부품 점수의 증가에 의한 제조 비용의 증가, 배치 장소의 제한, 새로운 고장의 가능성의 발현 등의 과제가 남는다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 있어서는, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 필터를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 필터가 포집한 그을음이 소정 이상 퇴적한 「과퇴적 상태」가 되었을 경우에 있어서도, 새로운 부품을 추가하는 일 없이, 상기 필터의 재생이 가능한 엔진의 배기 정화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 아울러 상기 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 엔진의 배기 정화 장치에 따른 발명으로서 본 발명에 있어서는, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 해당 필터의 상류측에 배설되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매와, 상기 필터에 퇴적한 미립자를 재생 처리하여 필터의 재생을 실시하는 재생 제어 수단을 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때, 또는 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만이며, 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간보다 큰 규정 시간에 도달했을 경우, 및 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 공급량보다 큰 규정 공급량에 도달했을 경우에, 각각 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 과퇴적 상태 판정 수단과, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를, 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 해당 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치를 구비하고, 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해 과퇴적이라고 판단되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 하는 지시 수단을 접속할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 이상이 되었을 경우, 즉 「과퇴적 상태」인 경우에는, 상기 지시 수단을 상기 제어 수단에 접속하여, 상기 스위치를 상기 제 1 재생 온도보다 저온인 상기 제 2 재생 온도로 전환함으로써 과퇴적 상태에 있어서도 제 2 재생 온도에서 DPF의 재생이 가능해진다. 따라서, 과퇴적 상태이어도 상기 필터의 재생이 가능해지기 때문에, 과퇴적 상태가 되었을 경우에 필터의 교환 또는 분리 세정을 실행할 필요가 없어져, 과퇴적 상태의 해제에 따른 수고를 큰 폭으로 저감 할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 엔진의 운전 상태로부터 상기 필터에 퇴적한 미립자량을 추정하는 퇴적량 연산 수단을 갖고, 상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 퇴적한 미립자량에 대응하여, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하로 설정되면 좋다.
이것에 의해, 과퇴적 상태에서도 과온도 상승을 일으키는 일 없이 상기 필터를 재생하여, 과퇴적 상태를 해제할 수 있다. 따라서, 재생에 따른 안전성이 높으며, 게다가 상기 필터의 용손(溶損) 등의 피해를 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해서 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생 중에, 상기 추정량 연산 수단에 의해 추정된 상기 필터에 퇴적한 미립자량의 시간 변화에 따라, 상기 제 2 재생 온도를 시간 변화시키면 좋다.
상기 제 2 재생 온도를 상기 필터에 퇴적한 미립자량에 따라 변화시킴으로써, 재생 중의 필터에의 미립자의 퇴적 상태에 따라 제 2 재생 온도를 가능한 한 높은 온도로 할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 재생 온도보다 저온인 제 2 재생 온도에 의한 재생 시간을 가능한 한 짧게 할 수 있어, 과퇴적 상태의 해제에 따른 시간을 적절히 설정할 수 있다. 이것에 의해, 상기 필터의 재생이 장 시간화 될수록 높아지는 엔진에 사용되는 오일이 희박화 되는 오일 다일루션의 리스크를 저감할 수 있다.
또한, 상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 포집된 미립자의 양이 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 있어서의 판단의 기준이 되는 규정량인 경우에, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하의 일정값으로 설정되면 좋다.
이것에 의해, 재생 시간은 걸리지만, 보다 안전하게 제 2 재생 온도에 의한 재생을 실시하여 과퇴적 상태를 해제할 수 있다.
상기 제어 수단은, 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해서 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생에 의해, 상기 퇴적량 연산 수단에 의해 추정된 상기 필터에 퇴적한 미립자 양이, 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 있어서의 판단의 기준이 되는 규정량 이하가 되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 치환하여 제 1 재생 온도로 하면 좋다.
이와 같이 하여, 상기 제 2 재생 온도에 의해서 재생함으로써, 상기 필터에의 미립자의 퇴적량이 상기 제 1 재생 온도에 의해서 재생하는 것이 가능한 양까지 감소한 후는, 보다 고온의 제 1 재생 온도에 의해서 재생함으로써, 상기 필터의 재생 전체에 필요로 하는 시간을 단축화 할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량보다 큰 일정량에 도달했을 때, 상기 필터의 재생을 금지하면 좋다.
상기 일정량은, 상기 제 2 재생 온도에 의해서도 재생시에 과온도 상승을 일으키는 퇴적량으로 설정한다. 이것에 의해, 상기 제 2 재생 온도에 의한 재생에 있어서의 안전성이 보다 높아진다.
또한, 과제를 해결하기 위한 엔진의 배기 정화 방법에 관한 발명으로서 본 발명에 있어서는, 엔진의 배기 통로에 마련된 필터에 의해서 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상이 되었을 때에, 엔진의 연소실에서의 연소에 기여하지 않는 시기에 연료를 분사하여 산화 촉매에서의 연소를 실행시켜 상기 필터의 재생을 실시하는 엔진의 배기 정화 방법에 있어서, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때, 또한 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만이며, 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간보다 큰 규정 시간에 도달했을 경우 및 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 공급량보다 큰 규정 공급량에 도달했을 경우에, 각각 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적 상태라고 판단하고, 과퇴적이라고 판단했을 경우에, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와 해당 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도로 전환 가능한 스위치를 전환함으로써, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를 제 2 재생 온도로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진의 운전 상태로부터 상기 필터에 퇴적한 미립자량을 추정하고, 상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 퇴적한 미립자량에 대응하여, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하로 설정하면 좋다.
상기 제 2 재생 온도는, 상기 과퇴적 상태라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생 중에, 상기 필터에 퇴적한 미립자량의 시간 변화에 따라, 시간 변화시키면 좋다.
또한, 상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에의 미립자의 퇴적량이 상기 과퇴적 상태의 판단의 기준이 되는 상기 규정량인 경우에, 상기 필터의 재생시에 상기 필터에 대해 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하의 일정값으로 설정되면 좋다.
또한, 상기 과퇴적이라고 판단되어 제 2 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 것에 의해, 상기 필터에 퇴적한 미립자량이, 상기 필터에 퇴적한 미립자의 양이 상기 과퇴적 상태의 판단의 기준이 되는 상기 규정량 이하가 되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 1 재생 온도로 하면 좋다.
또한, 상기 제 2 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 경우, 상기 제 1 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 경우보다 느린 온도 상승 속도로, 재생 온도까지 온도 상승시키면 좋다.
이것에 의해, 상기 필터 내부의 최대 도달 온도를 억제하고, 과온도 상승을 방지할 수 있어, 보다 안전하게 DPF의 재생을 실시할 수 있다.
또한, 상기 필터의 입구의 실제의 온도가 오버 슈트를 일으켜 버리는 것을 방지할 수 있어, 과온도 상승에 대하여 보다 안전하게 DPF의 재생을 실행할 수 있다.
또한, 상기 제 2 재생 온도에 의한 상기 필터의 재생 종료 후, 상기 엔진에 사용되는 오일을 교환하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 재생 온도, 즉 저온으로 상기 필터의 재생을 실행함으로써 재생 시간이 장 시간화 되고, 상기 엔진에 사용되는 오일이 희박화 되어 버리는 오일 다일루션 리스크가 높아진다. 그 때문에, 상기 제 2 재생 온도에 의한 상기 필터의 재생 종료 후에 상기 오일을 교환함으로써, 상기 재생 종료후의 엔진의 오일 다일루션에 의한 트러블의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 해당 필터의 상류측에 배설되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매와, 상기 필터에 퇴적한 미립자를 재생 처리하여 필터의 재생을 실시하는 재생 제어 수단을 갖는 엔진의 배기 정화 장치를 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 포집된 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때, 또한 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만에 있어서, 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간보다 큰 규정 시간에 도달했을 경우, 및 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 공급량보다 큰 규정 공급량에 도달했을 경우에, 각각 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 과퇴적 상태 판정 수단과, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를, 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 해당 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치를 갖고, 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 제어 수단에 접속되는 동시에 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 할 수 있는 지시 수단과, 해당 지시 수단과 통신 가능한 서버를 마련하고, 상기 지시 수단은, 상기 제어 수단에 접속되면, 상기 제어 수단으로부터 판독한 상기 엔진에 관한 정보의 상기 서버에의 송신과, 상기 스위치를 전환하여 상기 제 2 재생 온도에 의한 재생을 실시하고, 해당 재생 종료 후에 재생을 실시했다는 뜻의 정보의 서버에의 송신을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서버는, 상기 지시 수단으로부터 송신된 엔진에 관한 정보를 내부에 보유하는 데이터 베이스와 조합하여 상기 지시 수단에 의한 상기 스위치의 전환을 허락하는지 아닌지를 판단하여 허락하는 경우에는 허락 정보를 상기 지시 수단에 송신하고, 상기 지시 수단은, 상기 서버로부터의 허락 정보에 근거하여 상기 스위치를 완전히 전환하면 좋다.
이것에 의해, 상기 지시 수단의 보지자는, 상기 지시 수단을 사용하여 상기 필터의 재생 작업을 실행함으로써, 상기 엔진의 배기 정화 장치를 탑재한 차량의 사용자로부터 작업료를 징수할 수 있다.
또한, 상기 서버의 보지자는, 상기 지시 수단으로부터의 정보를 받아 상기 지시 수단에 허락 정보를 송신하는 동시에, 상기 지시 수단으로부터 상기 재생을 실시했다는 뜻의 정보를 수신함으로써, 상기 지시 수단의 사용 상황을 확실히 파악할 수 있다. 또한, 상기 지시 수단으로부터 엔진에 관한 정보 및 상기 재생을 실시했다는 뜻의 정보를 수신하기 때문에, 시장에 있어서의 엔진이나 배기 정화 장치의 사용 상황, 필터의 재생 상황 등을 파악할 수 있다.
또한, 상기 지시 수단은, 상기 제 2 재생 온도에 의한 재생 종료 후에, 상기 엔진의 오일을 교환을 재촉하는 표시가 되는 동시에, 상기 표시에 근거하여 상기 엔진의 오일을 교환했을 경우에 오일을 교환했다는 뜻의 정보를 상기 서버에 송신하는 것이면 좋다.
이것에 의해, 확실히 상기 제 2 재생 온도에 의한 상기 필터의 재생 종료후에 상기 오일을 교환하게 되어, 상기 재생 종료 후의 엔진의 오일 다일루션에 의한 트러블의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 상기 지시 수단으로부터 송신된 정보에 근거하여 소정의 서비스료를 상기 지시 수단의 사용자에 청구하는 것이면 좋다.
상기 지시 수단으로부터 송신된 정보에 근거하여 상기 서비스료를 징수하기 때문에, 상기 지시 수단의 보지자로부터 서비스료를 확실히 징수할 수 있다.
본 발명에 의하면, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 필터를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 필터가 포집한 그을음이 소정 이상 퇴적한 「과퇴적 상태」가 되었을 경우에 있어서도, 새로운 부품을 추가하는 일 없이, 상기 필터의 재생이 가능한 엔진의 배기 정화 장치 및 방법, 및 상기 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 있어서의 배기 정화 장치가 적용되는 엔진 주변의 구성도,
도 2는 실시예 1에 있어서의 DPF의 재생의 순서에 따른 흐름도,
도 3은 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지에 대하여 정리한 표,
도 4는 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지 구분과 DPF(34)의 그을음 퇴적량의 관계를 정리한 그래프,
도 5는 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지의 결정에 따른 흐름도,
도 6은 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지 판단에 따른 각 파라미터의 산출에 관한 도면,
도 7은 느린 재생의 제어의 논리를 도시하는 도면,
도 8은 DPF의 재생시에 있어서의 PM 한계 퇴적량과 DPF 입구 제어 온도의 관계를 나타낸 그래프,
도 9는 DPF의 재생시에 있어서의 DPF의 입구 온도에 의한, PM 퇴적량의 감소의 시간 변화를 나타낸 것,
도 10은 느린 재생으로부터 수동 재생에의 전환에 대하여 설명하기 위한 그래프,
도 11은 DPF 입구 온도와 재생 개시부터의 경과 시간의 관계를 나타낸 그래프,
도 12는 DPF 내부의 최대 온도와 온도 상승 속도의 관계를 나타낸 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 매우 적합한 실시예를 예시적으로 자세하게 설명한다. 단 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 거기에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
실시예 1
도 1은, 실시예 1에 있어서의 배기 정화 장치가 적용되는 엔진 주변의 구성도이다.
엔진(2)에는, 급기 매니폴드(4)를 거쳐서 급기 통로(6)가 합류되는 동시에, 배기 매니폴드(8)를 거쳐서 배기 통로(10)가 접속되어 있다.
급기 통로(6)에는, 터보 차저(12)의 컴프레서(12a)가 마련되어 있다. 컴프레서(12a)는 후술하는 터빈(12b)에 동축 구동되는 것이다. 급기 통로(6)의 컴프레서(12a)보다 하류측에는, 급기 통로(6)를 흐르는 흡입 공기와 대기로 열교환을 실행하는 인터 쿨러(14)가 마련되어 있다. 또한, 급기 통로(6)의 인터 쿨러(14)보다 하류측에는, 급기 통로(6)내를 유통하는 흡입 공기의 유량을 조절하는 스로틀 밸브(16)가 마련되어 있다.
급기 통로(6)의 컴프레서(12a)보다 상류측에는, 급기유량을 검지하는 에어 플로우 미터(26), 흡기 온도를 검지하는 흡기 온도 센서(28)가 마련되어 있으며, 에어 플로우 미터(26) 및 흡기 온도 센서(28)의 검지값은 ECU(엔진 컨트롤 유닛)(50)에 도입된다. 또한, 급기 통로(6)의 스로틀 밸브(16)보다 하류측에는, 급기 절대 압력을 검지하는 급기 절대 압력 센서(18) 및 급기 온도를 검지하는 급기 온도 센서(20)가 마련되어 있으며, 급기 절대 압력 센서(18) 및 급기 온도 센서(20)의 검지값은 ECU(50)에 도입된다.
배기 통로(10)에는, 터보 차저(12)의 터빈(12b)이 마련되어 있다. 터빈(12b)은, 엔진(2)으로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 것이다. 또한, 배기 통로(10)에는, 배기의 일부(EGR 가스)를 급기측에 재순환시키는 EGR 통로(23)가 접속되어 있다. EGR 통로(23)에는, EGR 통로(23)를 흐르는 EGR 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 밸브(24)가 마련되어 있다.
배기 통로(10)의 터빈(12b)보다 하류측에는, 배기의 후처리를 하는 배기 정화 장치(30)가 마련되어 있다. 배기 정화 장치(30)는, 산화 촉매의 작용에 의해 배기 가스 중의 탄화 수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 무해화하는 동시에 배기 가스 중의 NO를 NO2로 산화하고, DPF(34)로 포집된 그을음을 연소 제거하는 기능이나, DPF(34)에 포집된 그을음을 강제 재생하는 경우에 배기 가스 중의 미연 성분의 산화 반응열에 의해 배기 가스 온도를 상승시키는 기능을 갖는 DOC(산화 촉매)(32), 및 DOC(32)의 하류측에 마련되어, 배기 가스중의 그을음(soot)을 포집하는 DPF(34)를 포함하고 있다. 또한 배기 정화 장치(30)는, DOC(32)의 입구 온도를 검지하는 DOC 입구 온도 센서(36), 및 각각 DPF의 입구 온도, 출구 온도를 검지하는 DPF 입구 온도 센서(38), DPF 출구 온도 센서(42)가 마련되어 있어, DOC 입구 온도 센서(36), DPF 입구 온도 센서(38), DPF 출구 온도 센서(42)의 검지값은 ECU(50)에 도입된다. 또한, DPF(34)의 출입구의 차압을 검지하는 DPF 차압 센서(40)가 마련되어 있어 DPF 차압 센서(40)의 검지값도 ECU(50)에 도입된다.
또한, 엔진(2)에는, ECU(50)와 정보를 교환하는 부품으로서 인젝터, 레일압 센서, 연온 센서, 크랭크 센서, 캠 센서, 수온 센서, 유압 스위치 등이 마련되어 있다. 이 각 부품에 대해서는, 도 1에 있어서는 합쳐서 22로 나타내고 있다.
또한, ECU(50)에서는, 전술이 도입된 각 값을 바탕으로 EGR 제어 밸브(24) 및 스로틀 밸브(18)의 목표 개도를 연산하여, EGR 제어 밸브(24) 및 스로틀 밸브(18)의 개도를 제어한다.
또한, ECU(50)는, 케이블(44)을 통하여 엑셀 입력 신호가 도입되고, 또한 케이블(46)을 거쳐서 차체(ECU)(도시하지 않음) 등과 접속되어 있다.
이상의 구성에 대하여, 배기 정화 장치(30)를 구성하는 DPF(34)는, 배기 가스 중의 미립자(PM)인 그을음(soot)을 포집하는 것이며, 그 그을음의 퇴적량에는 한계가 있다. 그래서, DPF(34)에 퇴적한 그을음을 제거하고 재생을 실행할 필요가 있다.
본 실시예에 있어서의 DPF(34)의 재생에 대하여 도 2 내지 도 10을 이용하여 설명한다.
도 2는, 실시예 1에 따른 DPF(34)의 재생의 순서에 따른 흐름도이다.
도 2에 있어서 처리가 개시, 즉 ECU(50)가 가동하면 단계(S1)로 진행된다.
단계(S1)에서, ECU(50)는, 현재의 DPF(34) 상태가 과퇴적 상태인지 아닌지, 즉 포집 스테이지(5) 또는 포집 스테이지(6)인지 아닌지를 판단한다.
여기서, 상기 포집 스테이지에 대하여 설명한다.
도 3은, 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지에 대하여 정리한 표이다. 포집 스테이지는, 포집 스테이지(1)이면 DPF(34)의 재생을 실행할 필요가 없고, 스테이지(2)는 DPF의 자동 재생, 스테이지(3) 및 스테이지(4)는 DPF의 수동 재생을 실행할 필요가 있으며, 스테이지(5)는 후술의 느린 재생을 실행할 필요가 있고, 스테이지(6)는 DPF의 재생을 할 수 없는 상태이다.
도 3에 정리한 포집 스테이지는, 예를 들면 DPF(34)의 그을음 퇴적량에 의해서 결정할 수가 있다. 도 4는, 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지 구분과 DPF(34)의 그을음 퇴적량의 관계를 정리한 그래프이다. 도 4에 있어서 세로축은 포집 스테이지, 횡축은 DPF(34)의 그을음 퇴적량을 나타내고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 포집 스테이지는, DPF(34)의 그을음 퇴적량에 의해서 결정되고, 그을음 퇴적량이 많을수록 포집 스테이지는 커진다. 도 4에 나타낸 본 실시예에 있어서는, 그을음 퇴적량이 Q2［g/L］ 이하에서는 포집 스테이지(1), 그을음 퇴적량이 Q3［g/L］ 이하에서는 포집 스테이지(2), 그을음 퇴적량이 Q4［g/L］ 이하에서는 포집 스테이지(3), 그을음 퇴적량이 Q5［g/L］ 이하에서는 포집 스테이지(4), 그을음 퇴적량이 Q6［g/L］ 이하에서는 포집 스테이지(5), 그을음 퇴적량이 Q6［g/L］ 이상에서는 포집 스테이지(6)이다. 이와 같은 그래프는 ECU(50)에 미리 기억되어 있다.
도 5는 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지의 결정에 따른 흐름도이며, 도 5에 나타낸 흐름도에 따라서 ECU(50)에서는 포집 스테이지를 결정한다.
도 5에 있어서, 처리가 개시되면, 단계(S51)에서 현재의 포집 스테이지를 판단하여, 단계(S52)로 진행된다. 단계(S51)에 있어서의 현재의 포집 스테이지란, 도 5에 있어서의 흐름도의(1) 주기 전에 결정한 포집 스테이지를 의미하며, ECU(50)에 기억되어 있는 것이다.
현재의 포집 스테이지가 판단되면, 단계(S53)에서, 그을음 퇴적량 추정값≥Qx, 누적 운전 시간≥Tx, 누적 연료 소비량≥Qfx, DPF 보정 차압≥dPx 중 어느 하나의 상태이며, 또한 그 상태가 규정의 일정 시간 이상 계속되었는지 아닌지를 판단한다.
단계(S53)의 판단에 대하여, 도 6을 이용하여 설명한다.
도 6은 실시예 1에 있어서의 포집 스테이지 판단에 따른 각 파라미터의 산출에 관한 도면이다. 도 6에 있어서, 101은 그을음 추정량 연산이며, DPF(34)에 퇴적한 그을음량의 추정값의 연산을 의미하고 있다. 그을음 추정량 연산(101)에 있어서는, 102에서 엔진 회전수, 엔진에의 연료 분사량, 산소 과잉율의 각 검지값을 이용하여 엔진으로부터의 그을음 배출량을 연산하고, 103에서 엔진 회전수, 엔진에의 연료 분사량, 배기 가스 유량, DOC 입구 온도, DPF 입구 온도, DPF 출구 온도의 각 검지값을 이용하여 그을음 재생량을 연산한다. 이어서 104에서 연산된 그을음 배출량과 그을음 재생량의 연산값을 가산하여, 105에서 적분 처리하고, 106에서 DPF(34)의 용량으로 제산함으로써 그을음 퇴적량의 추정값［g/L］이 얻어진다. 그리고, 100에서, 106에서 얻어진 그을음 퇴적량이, 도 5에 있어서의 단계(S51)에서 판단한 포집 스테이지(X)에 대응하는 Qx 이상이며, 그 시간이 일정 이상 계속되어 있는지 아닌지를 도 4에 나타낸 바와 같은 그래프를 이용하여 판단한다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같은 그래프를, DPF(34)의 전회의 재생으로부터의 누적 운전 시간, DPF(34)의 전회의 재생으로부터의 누적 연료 소비량, DPF 전후의 보정 차압에 대해서도 미리 ECU(50)에 기억되어 있다. 그리고, 111에서 연산되는 누적 운전 시간, 121에서 엔진에의 연료 분사량으로부터 연산되는 누적 연료 소비량, 131에서 연료 분사량, 급기유량, DPF 입구 온도, DPF 출구 온도, DPF 차압으로부터 연산되는 보정 차압이, 각각, 도 5에 있어서의 단계(S51)에서 판단한 포집 스테이지(X)에 대응하는 Tx, Qfx, dPx 이상이며, 일정 시간 이상 계속되어 있는지 아닌지를 전술의 미리 ECU(50)에 기억된 도 4에 나타낸 그래프와 같은 그래프를 이용하여 판단한다.
여기서, 보정 차압이란, DPF(34)에의 그을음 퇴적량이 동일하여도 DPF(34)의 전후 차압은 배기 가스의 퇴적 유량에 의해서 변화하기 때문에, 배기 가스 퇴적 유량과 기준 가스량의 비에 의해 표준 상태에서의 DPF(34) 전후의 차압으로 환산한 것이다.
즉, 도 5에 나타낸 단계(S53)에 있어서는, 그을음 퇴적량 추정값, 누적 운전 시간, 누적 연료 소비량 및 DPF 보정 차압을 연산하여, 해당 연산값이 소정량(Qx, Tx, Qfx, dPX) 이상인 상태가 일정 시간 계속되어 있는지 아닌지를 판단한다. 또한, 단계(S53)에 있어서는, 그을음 퇴적량 추정값, 누적 운전 시간, 누적 연료 소비량 및 DPF 보정 차압 중 어느 하나라도, 소정값 이상인 상태가 상기 소정 시간 계속되었을 경우에는 "예"로 판단한다.
도 5에 나타낸 흐름도에 있어서, 단계(S53)에서 "아니오"로 판단되면 그대로 처리를 종료하고, 단계(S51)에서 판단된 현재의 포집 스테이지를 포집 스테이지로 결정한다.
단계(S53)에서 "예"로 판단되면, 단계(S54)로 진행되고, 현재 상태가 DPF(34)의 재생 중인지 아닌지를 판단한다. 단계(S54)에서 "예" 즉 현재 DPF(34)의 재생 중인 경우에는 그대로 처리를 종료하고, 단계(S51)에서 판단된 현재의 포집 스테이지를 포집 스테이지로서 결정한다. 단계(S54)에서 "아니오" 즉 현재 DPF(34)의 재생 중이 아닌 경우에는 단계(S55)로 진행되고, 단계(S51)에서 판단된 현재의 포집 스테이지에(1) 가산한 포집 스테이지로 결정하여 처리를 종료한다.
도 5에 나타낸 흐름도에 의해서 포집 스테이지가 결정되면, 도 2에 나타낸 흐름도에 있어서의 단계(S1)에 있어서, 상기 결정된 포집 스테이지가 (5) 또는 포집 스테이지(6)인 경우는 과퇴적 상태로 판단하여 "예", 포집 스테이지가(1) 내지 포집 스테이지(4)인 경우에는 과퇴적 상태가 아니라고 판단하여 "아니오"로 진행된다.
단계(S1)에서 "아니오"로 판단되었을 경우는 그대로 처리를 종료한다.
단계(S1)에서 "예"로 판단되었을 경우는, 단계(S2)로 진행된다.
단계(S2)에서는, ECU(50)의 지시에 의해, 엔진의 출력 제한이 되는 동시에, 운전석 등에 마련한 경고 램프(도시하지 않음) 등에 의해 운전 기사 등의 유저에게 DPF(34)가 과퇴적 상태인 것을 알린다.
단계(S2)가 종료하면, 단계(S3)로 진행된다.
단계(S3)에서는, 상기 경고 램프 등을 확인함으로써 DPF(34)가 과퇴적 상태인 것을 확인한 유저는, 딜러, 수리 공장 등의 후술 하는 서비스 툴을 소유하는 서비스 거점에 연락한다.
단계(S3)가 종료하면, 단계(S4)에서 상기 연락을 받은 서비스 거점으로부터 서비스원이 파견된다. 또는, 본 실시예에 따른 엔진의 정화 장치(30)가 탑재된 차량 등을 상기 서비스 거점에 반입해도 좋다. 상기 서비스원은, DPF(34)가 포집 스테이지(5) 상태인지 아닌지 판단한다.
단계(S4)에서 "예" 즉 포집 스테이지(5)라고 판단하면 단계(S5)로 진행된다.
단계(S5)에서, 상기 서비스원은, ECU(50)를 지참 서비스 툴과 접속한다. 서비스 툴에 대해서는 후술한다.
단계(S5)가 종료하면, 단계(S6)에서, 상기 서비스원에 의해, 서비스 툴을 이용하여 DPF의 느린 재생을 실시한다.
여기서, 상기 느린 재생에 대해 설명한다.
일반적으로, DPF의 재생시에는, DPF의 입구 온도는 약 600℃가 되도록 제어되지만, 느린 재생은 과온도 상승을 방지하기 위해서 예를 들면 530℃ 등의 저온으로 장시간 걸쳐 재생을 실행하는 것이다.
도 7은 느린 재생의 제어의 로직을 도시하는 도면이다.
통상의 재생시는, 재생 제어에 따른 스위치(203)가 201측에 들어오고 있으며, 예를 들면 201과 같이 DPF 입구 온도 600℃를 목표로 하고, 206에서 DPF 입구 온도의 검지값과 비교하여, 207에서 PID 연산하고, 208에서 DPF의 재생에 따른 연료의 레이트 포스트 분사량을 결정한다.
느린 재생시에는, 스위치(203)에 서비스 툴(204)을 접속한다. 서비스 툴(204)을 접속하여, 서비스 툴(204)의 조작 화면에 표시되는 느린 재생의 개시 버튼을 누르는 등 느린 재생을 실시할 의사를 나타낸다. 이것에 의해, 서비스 툴(204)은, 상기 포집 스테이지의 정보 등을 포함한 엔진(2) 및 배기 정화 장치(30)에 관한 정보를 ECU(50)로부터 취득하여, 해당 정보를 서비스 툴(204)로 LAN이나 무선 등의 통신 수단에 의해 통신 가능한 서버(205)에 송신한다. 해당 정보를 수신한 서버(205)는, 해당 정보와 내부에 보유하는 데이터 베이스와 조합하여 상기 지시 수단에 의한 상기 스위치의 전환을 허락하는지 아닌지를 판단하고 허락 정보를 상기 서비스 툴에 송신한다. 서비스 툴(204)은, 상기 허락 정보를 수신하면, 느린 재생 플래그를 온(ON)으로 한다. 느린 재생 플래그가 온(ON)이 됨으로써, ECU(50)는 느린 재생인 것을 인식하여, 재생 제어의 스위치를 느린 재생에 따른 DPF 입구의 목표 온도를 결정하는 맵(202)측으로 전환한다.
또한, 서비스 툴(204)은, DPF의 느린 재생의 이외, ECU(50)와의 통신에 의해, ECU에의 데이터의 기록(소프트웨어·파라미터), ECU 상태의 모니터링, 데이터의 판독을 실행하고, 이 때 ECU의 제품 번호, 소프트의 버전, 인젝터 고유의 번호를 식별한다. 또한, 서비스 툴(204)은, LAN이나 무선 통신 등에서 서버(205)와 통신하는 것에 의해, 서버로부터의 데이터 다운로드, ECU로부터 판독한 데이터의 업로드도 실행한다. 또한, 느린 재생이나 Ash 유지 보수시에 ECU, 엔진, 인젝터, DPF의 식별 번호, ECU의 비휘발성 메모리에 보존된 데이터(유저로의 엔진·DPF의 운전 상태)를 판독 서버에 업로드 한다.
여기서, 도 7에 있어서 202로 도시한 느린 재생에 따른 DPF 입구의 목표 온도를 결정하는 맵에 대하여 설명한다.
도 8은 DPF(34)의 재생시에 있어서의 PM 한계 퇴적량과 DPF 입구 제어 온도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 8에 있어서, 세로축은 PM 한계 퇴적량을 나타내고 있고, PM 한계 퇴적량이란, DPF(34)의 재생을 과온도 상승 없이 안정되게 실행할 수 있는 최대의 그을음 퇴적량을 의미하고 있다. 또한 도 8에 있어서, 횡축은 DPF 입구 제어 온도를 나타내고 있다. 도 8로부터, PM 한계 퇴적량과 DPF 입구 제어 온도에는, 마이너스의 일차의 상관 관계가 있는 것을 알 수 있다. 즉, DPF에의 그을음 퇴적량이 많은 만큼, DPF 입구 제어 온도를 낮게 하지 않으면 안되는 것을 의미하고 있다.
도 9는, DPF(34)의 재생시에 있어서의 DPF의 입구 온도에 의한, PM 퇴적량의 감소의 시간 변화를 나타낸 것이다. 도 9에 있어서, 세로축은 DPF에의 PM 퇴적량, 횡축은 재생 시간을 나타내고 있으며, DPF의 입구 온도가 530℃, 570℃, 580℃, 590℃, 600℃, 610℃, 620℃ 및 630℃에 있어서의 동일한 PM 퇴적량으로부터의 재생에 의한 PM 퇴적량의 감소의 시간 변화를 나타내고 있다. 도 9로부터, DPF의 입구 온도가 낮을수록 재생에 시간이 걸리는 것을 알 수 있다.
이것으로부터, 느린 재생시의 DPF의 입구 온도는, 2가지의 방법을 선택할 수 있다고 말할 수 있다.
첫 번째의 방법은, DPF(34)의 입구 온도를 항상 그을음 퇴적량에 따른 온도로 설정하여 제어하는 것이다. 여기서, 그을음 퇴적량에 따른 온도란, 그 시점에 있어서의 그을음 퇴적량을 PM 한계 퇴적량으로 하는 DPF 입구 제어 온도 이하의 온도이다. 이 경우, 재생 중에 있어서의 DPF(34)의 목표 온도는 그을음 퇴적량에 따라 변화하게 된다. 이것에 의해, 항상 안전하게 재생을 실행할 수 있는 동시에, 재생 시간을 가능한 한 짧고 적절히 설정할 수 있다.
또한, 두 번째의 방법은, DPF(34)의 입구 온도를 예를 들면 530℃ 등 그을음 퇴적량에 의하지 않고 안전한 저온으로 일정하게 하는 것이다. 이것에 의해, 재생 시간은 걸리지만, 더욱 안전하게 재생을 실행할 수 있다.
따라서, 도 7에 있어서 202로 도시한 맵에는, 첫 번째의 방법을 사용하는 경우에는 그을음 퇴적량에 따른 DPF 입구 제어 온도의 목표값이 나타난 맵이, 두 번째의 방법을 사용하는 경우에는 맵으로 전환하고 DPF 재생시의 DPF 입구 제어 온도의 목표값의 규정값(예를 들면 530℃)이 기억되어 있다.
도 2에 도시한 흐름도에 있어서, 단계(S6)에서 느린 재생이 개시되면, 단계(S7)(a) 또는 단계(S7)(b)로 진행되고, DPF 입구의 목표 온도를 도 7에 도시한 맵 또는 규정값(202)으로 결정하여 제어하고, 단계(S8)에서 그을음 퇴적량 추정값이 수동 재생 가능 문턱값 미만에 도달할 때까지 느린 재생을 계속한다.
여기서 단계(S7)(b)는 전술의 첫 번째의 방법에 상당하고, 단계(S7)(a)는 전술의 두 번째의 방법에 상당하며, 어느 쪽을 선택할 수도 있다.
단계(S8)에서, 느린 재생에 의해서 그을음 퇴적량 추정값이 수동 재생 가능 문턱값 미만에 도달하면, 단계(S9)(a)로 진행되고, ECU가 자동적으로 느린 재생으로부터 통상의 수동 재생으로 전환한다. 또한, 단계(S9)(b)로 전환하고, 단계(S9)(b)에서 느린 재생을 종료하여, 단계(S10)에서 수동 재생을 개시할 수도 있다. 여기서, 수동 재생 가능 문턱값이란, 수동 재생을 실시할 수 있는 그을음 퇴적 추정량의 최대값을 의미하며, 도 4에 있어서의 Q5［g/L］에 상당한다.
도 10은 느린 재생으로부터 수동 재생에의 전환에 대하여 설명하기 위한 그래프이다. 도 10에 있어서, 세로축은 PM 퇴적량［g/L］, 횡축은 재생 시간을 나타내고 있다. 예를 들면 도 2에 있어서의 흐름도의 단계(S7)(a)에서 DPF의 입구의 목표 온도를 530℃으로 일정하게 제어하고, 상기 수동 재생 가능 문턱값이 PM 퇴적량 a［g/L］인 경우에는, PM 퇴적량이 a［g/L］미만으로 감소할 때(도 10에 있어서는 재생 시간 약 27분)까지는 느린 재생을 실행하고, 그 이후는 수동 재생을 실행한다.
도 2에 나타낸 흐름도에 있어서, 단계(S9)(a) 또는 단계(S9)(b)→단계(S10)에서 수동 재생이 개시되면, 그을음 퇴적량의 추정값이 규정의 재생 완료 문턱값보다 적고, 또한 재생 시간이 규정의 재생 완료 문턱값보다 길어질 때까지 수동 재생을 계속하여, 단계(S12)에서 수동 재생을 완료한다.
단계(S12)에서 재생이 완료하면, 단계(S13)에서 서비스 툴에 오일 교환을 재촉하는 메세지가 표시된다.
여기까지 단계(S4)에 있어서 "예" 즉 포집 스테이지(5)의 경우에 대하여 설명했지만, 단계(S4)에 있어서 "아니오" 즉 포집 스테이지(6)인 경우는 단계(S14)로 진행된다.
포집 스테이지(6)는, DPF(34)에의 그을음 퇴적량이 너무 많아서 느린 재생도 할 수 없는 영역이다. 그 때문에, 단계(S14)에서 상기 서비스원은 DPF 교환 또는 DPF를 분리하고 그을음을 제거하여 세정, 단계(S15)에서 상기 서비스 툴을 ECU(50)에 접속하고 서비스 툴로 그을음 퇴적량을 리셋하면, 서비스 툴에 오일 교환을 재촉하는 메세지가 표시된다.
단계(S13) 또는 단계(S15)에서, 서비스 툴에 오일 교환을 재촉하는 메세지가 표시되면, 단계(S16)에서 상기 서비스원이 오일 교환을 실시한다. 느린 재생 또는 DPF의 교환 혹은 세정에 의한 오일 다일루션(희박화)이 생길 가능성이 있기 때문이다.
단계(S16)에서 서비스원이 오일 교환을 실시하면, 서비스원은 단계(S17)로 진행되어 서비스 툴에 표시되는 오일 교환 완료 버튼을 누른다. 해당 오일 교환 완료 버튼은, 오일 교환을 확실히 실시하기 위해서 마련되는 것이며, 해당 오일 교환 완료 버튼을 누르지 않는 경우에는 엔진의 동작이 제한된다.
단계(S17)에서 서비스원이 오일 교환 완료 버튼을 누르면, 단계(S18)에서 서비스 툴을 서버(205)에 접속하고, 단계(S19)에서 서버에 정보를 업로드하고, 단계(S20)에서 서비스 툴을 ECU(50)로부터 분리하여 서비스를 완료하여, 처리를 종료한다.
본 실시예에 의하면, 과퇴적 상태이어도, 포집 모드(5)에서는 느린 재생에 의해서 DPF를 재생할 수 있다. 이것에 의해, DPF의 교환 또는 분리하여 세정할 기회를 감소할 수 있다.
또한, 과퇴적 상태이어도 과온도 상승을 일으키지 않는 안전한 온도로 제어하기 때문에, 과퇴적 상태에 있어서의 DPF의 재생이어도 DPF의 용손을 방지할 수 있다.
또한, DPF 입구의 온도를 제어하고, DPF 재생 온도를 제어함으로써, 재생 시간을 단축할 수 있어, DPF의 재생에 기인하는 오일 다일루션 리스크를 저감 할 수 있다.
또한, 느린 재생, 오일 교환을 실행한 정보가 서버에 업로드 되기 때문에, 서버의 보유자는, 서비스 툴의 사용 상황을 확실히 파악할 수 있다. 또한, 서비스 툴을 사용 계약을 교환하여 빌려주고 있는 경우 등, 서비스 툴과 서버의 사용자가 다른 경우에는, 서버의 사용자는 서비스 툴의 사용자로부터 사용 상황에 따른 서비스료를 확실히 징수할 수 있다.
실시예 2
실시예 2에 있어서는, 엔진 주변의 구성은 도 1에 도시한 실시예 1의 구성과 동일하고, DPF의 재생의 순서에 따른 순서에 대해서는, 도 2의 흐름도에 나타낸 실시예 1에 있어서의 순서와 동일하므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 실시예 1에 있어서 설명한 도 3 내지 도 10에 대해서도 실시예 2에 있어서도 마찬가지이다.
실시예 2에 있어는, 도 7에 도시한 맵(202)에서 목표 온도가 결정되었을 때에, 목표 온도를 통상의 재생보다 느린 속도로, 전술의 결정된 목표 온도까지 상승시킨다. 즉, 상기 목표 온도에 레이트 리미터를 적용한다.
　도 12는 DPF 내부의 최대 온도와 온도 상승 속도의 관계를 나타낸 그래프이며, 세로축은 DPF 내부의 최대 온도, 횡축은 상기 목표 온도 온도 상승 속도를 나타내고 있다. 또한 도 12에 있어서 최종적인 목표 온도, 온도 상승 개시시의 온도는 동일한 것이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 동일한 온도로부터한 동일 온도까지 상기 목표 온도를 상승시켜도, 그 온도 상승 속도에 의해 DPF 내부의 최대 도달 온도가 다른 것을 알 수 있다. 즉, 온도 상승 속도가 느린 만큼, DPF 내부 온도가 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 목표 온도에 레이트 리미트를 취하여 온도 상승 속도를 느리게 함으로써, DPF 내부의 최대 도달 온도를 억제하고 과온도 상승을 방지할 수 있어, 보다 안전하게 DPF의 재생을 실시할 수 있다.
　도 11은 DPF 입구 온도와 재생 개시로부터의 경과 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 11에 있어서 세로축은 DPF 입구 온도, 횡축은 재생 개시로부터의 경과 시간이다.
도 11에 있어서, a로 나타낸 그래프는 온도 상승 속도에 레이트 리미트를 적용하지 않았던 경우에 있어서의 상기 목표 속도의 시간 변화를 나타내고 있으며, a＇는 그 경우에 있어서의 DPF 입구의 실제의 온도 변화의 시간 변화를 나타내고 있다. 또한, b로 나타낸 그래프는 온도 상승 속도에 레이트 리미트를 적용했을 경우에 있어서의 상기 목표 속도의 시간 변화를 나타내고 있으며, b＇는 그 경우에 있어서의 DPF 입구의 실제의 온도 변화의 시간 변화를 나타내고 있다. a＇로 나타낸 목표 온도에 레이트 리미트를 적용하지 않았던 경우에 있어서의 DPF 입구의 실제의 온도는, 목표 온도를 넘어 오버 슈트를 일으키고 있지만, b＇로 나타내 보인 목표 온도에 레이트 리미트를 적용했을 경우에 있어서의 DPF 입구의 실제의 온도는 오버 슈트를 일으키지 않았다.
따라서, 상기 목표 온도에 레이트 리미트를 취하여 온도 상승 속도를 느리게 함으로써, DPF의 입구의 실제의 온도가 오버 슈트를 일으켜 상기 목표 온도를 초과하는 것을 방지할 수 있어, 과온도 상승에 대하여 보다 안전하게 DPF의 재생을 실행할 수 있다.
본 발명은, 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 필터를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 필터가 포집한 그을음이 소정 이상 퇴적한 「과퇴적 상태」가 되었을 경우에 있어서도, 새로운 부품을 추가하는 일 없이, 상기 필터의 재생이 가능한 엔진의 배기 정화 장치 및 방법으로서 이용할 수 있다. 또한, 아울러 상기 엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템으로서 이용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 상류측에 배설되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매와, 상기 필터에 퇴적한 미립자를 재생 처리하여 필터의 재생을 실시하는 재생 제어 수단을 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 필터에 퇴적한 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계, 및 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간 또는 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간 또는 소정 공급량보다 큰 규정 시간 또는 규정 공급량에 도달했을 경우에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계, 및 상기 필터에 포집된 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 차압과 상기 배기 가스의 퇴적 유량으로 연산되는 보정 차압이 규정 차압에 도달했을 경우에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계를 갖는 과퇴적 상태 판정 수단과,
    상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를, 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 상기 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치를 구비하고,
    상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해 과퇴적이라고 판단되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 하는 지시 수단을 접속할 수 있도록 구성되어 있는 것과 함께,
    상기 제어 수단은, 상기 과퇴적 상태 판단 수단에 의해서 과퇴적이라고 판단되었을 경우에, 상기 제 2 재생 온도에 레이트 리미터를 적용하여, 상기 제 2 재생 온도가 결정되었을 때에, 상기 재생 온도를, 상기 통상 재생시에 있어서의 재생 온도의 상승 속도보다 느린 속도로 상기 제 2 재생 온도까지 상승시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 엔진의 운전 상태로부터 상기 필터에 퇴적한 미립자량을 추정하는 퇴적량 연산 수단을 갖고,
    상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 퇴적한 미립자량에 대응하여, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해서 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생 중에,
    상기 추정량 연산 수단에 의해 추정된 상기 필터에 퇴적한 미립자량의 시간 변화에 따라, 상기 제 2 재생 온도를 시간 변화시키는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 포집된 미립자의 양이 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 있어서의 판단의 기준이 되는 규정량인 경우에, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하의 일정값으로 설정되는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해서 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생에 의해, 상기 퇴적량 연산 수단에 의해 추정된 상기 필터에 퇴적한 미립자량이, 상기 필터에 포집된 미립자의 양이 상기 과퇴적 상태 판정 수단에 있어서의 판단의 기준이 되는 규정량 이하가 되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 1 재생 온도로 하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량보다 큰 일정량에 도달했을 때, 상기 필터의 재생을 금지하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치.
  7. 엔진의 배기 통로에 마련된 필터에 의해서 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상이 되었을 때에, 엔진의 연소실에서의 연소에 기여하지 않는 시기에 연료를 분사하여 산화 촉매로에서의 연소를 실행시켜 상기 필터의 재생을 실시하는 엔진의 배기 정화 방법에 있어서,
    상기 필터에 퇴적한 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때, 및 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간 또는 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간 또는 소정 공급량보다 큰 규정 시간 또는 규정 공급량에 도달했을 경우, 및 상기 필터에 포집된 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 차압과 상기 배기 가스의 퇴적 유량으로 연산되는 보정 차압이 규정 차압에 도달했을 경우, 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하고,
    과퇴적이라고 판단했을 경우에, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 해당 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 하는 지시 수단을 접속하여, 상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를 제 2 재생 온도로 함과 함께,
    과퇴적이라고 판단되었을 경우에, 상기 제 2 재생 온도에 레이트 리미터를 적용하여, 상기 제 2 재생 온도가 결정되었을 때에, 상기 재생 온도를, 상기 통상 재생시에 있어서의 재생 온도의 상승 속도보다 느린 속도로 상기 제 2 재생 온도까지 상승시키는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔진의 운전 상태로부터 상기 필터에 퇴적한 미립자량을 추정하고,
    상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에 퇴적한 미립자량에 대응하며, 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 재생 온도는, 상기 과퇴적 상태라고 판단되었을 경우에 있어서, 상기 필터의 재생 중에, 상기 필터에 퇴적한 미립자량의 시간 변화에 따라서, 시간 변화시키는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 재생 온도는, 상기 필터에의 미립자의 퇴적량이 상기 과퇴적 상태의 판단의 기준이 되는 상기 규정량인 경우에, 상기 필터의 재생시에 상기 필터에 있어서 과온도 상승을 일으키지 않는 한계 온도 이하의 일정값으로 설정되는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 과퇴적이라고 판단되어 제 2 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 것에 의해, 상기 필터에 퇴적한 미립자량이, 상기 필터에 퇴적한 미립자의 양이 상기 과퇴적 상태의 판단의 기준이 되는 상기 규정량 이하가 되었을 경우에, 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 1 재생 온도로 하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 경우, 상기 제 1 재생 온도에 의해서 상기 필터의 재생을 실행하는 경우보다 느린 온도 상승 속도로, 재생 온도까지 온도 상승시키는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 재생 온도에 의한 상기 필터의 재생 종료 후, 상기 엔진에 사용되는 오일을 교환하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 방법.
  14. 엔진의 배기 통로에 마련되어, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 상류측에 배설되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매와, 상기 필터에 퇴적한 미립자를 재생 처리해 필터의 재생을 실시하는 재생 제어 수단을 갖는 엔진의 배기 정화 장치를 구비하고,
    상기 재생 제어 수단은,
    상기 필터에 퇴적한 미립자가 통상 재생 개시 조건의 소정량보다 큰 규정량 이상이 되었을 때에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계, 및 상기 필터에 퇴적한 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간 또는 연료 공급량이 통상 재생 개시 조건의 소정 시간 또는 소정 공급량보다 큰 규정 시간 또는 규정 공급량에 도달했을 경우에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계, 및 상기 필터에 포집된 미립자가 상기 규정량 미만이며 상기 필터의 차압과 상기 배기 가스의 퇴적 유량으로 연산되는 보정 차압이 규정 차압에 도달했을 경우에 상기 필터에의 상기 미립자의 포집량이 과퇴적이라고 판단하는 단계를 갖는 과퇴적 상태 판정 수단과,
    상기 필터의 재생에 따른 재생 온도를, 통상 재생시에 있어서의 제 1 재생 온도와, 해당 통상 재생시에 있어서의 온도보다 저온인 제 2 재생 온도를 전환 가능한 스위치를 갖고,
    상기 과퇴적 상태 판정 수단에 의해 과퇴적이라고 판단되었을 경우에 제어 수단에 접속되는 동시에 상기 스위치를 강제적으로 전환하여 제 2 재생 온도로 할 수 있는 지시 수단과, 상기 지시 수단과 통신 가능한 서버를 마련하고,
    상기 지시 수단은, 상기 제어 수단에 접속되면, 상기 스위치를 전환하여 상기 제 2 재생 온도에 의한 재생을 실시하고, 해당 재생 종료 후에 재생을 실시했다는 뜻의 정보의 서버에의 송신을 실행하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 지시 수단은, 상기 제어 수단에 접속되면, 상기 제어 수단으로부터 판독한 상기 엔진에 관한 정보를 상기 서버에 송신하는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서버는, 상기 지시 수단으로부터 송신된 엔진에 관한 정보를 내부에 보유하는 데이터 베이스와 조합하여 상기 지시 수단에 의한 상기 스위치의 전환을 허락하는지 아닌지를 판단하여 허락하는 경우에는 허락 정보를 상기 지시 수단에 송신하고,
    상기 지시 수단은, 상기 서버로부터의 허락 정보에 근거하여 상기 스위치를 완전히 교체되는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 지시 수단은, 상기 제 2 재생 온도에 의한 재생 종료 후에, 상기 엔진의 오일을 교환을 재촉하는 표시가 되는 동시에, 상기 표시에 근거하여 상기 엔진의 오일을 교환했을 경우에 오일을 교환했다는 뜻의 정보를 상기 서버에 송신하는 것인 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서버는, 상기 지시 수단으로부터 송신된 정보에 근거하여 소정의 서비스료를 상기 지시 수단의 사용자에 청구하는 것인 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 제 2 재생 온도에 레이트 리미터를 적용하여, 상기 제 2 재생 온도가 결정되었을 때에, 상기 재생 온도를 통상의 재생보다 느린 속도로 상기 제 2 재생온도까지 변화시키는 것을 특징으로 하는
    엔진의 배기 정화 장치에 따른 필터의 재생 시스템.
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