KR102041418B1 - 작업 기계의 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

농도 센서의 측정 정밀도의 저하를 억제한다.
작업 기계의 배기 가스 정화 장치는, 엔진의 배기 가스의 배기 유로 중에 설치되어, 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원제에 의해 환원 정화하는 환원 촉매, 및, 상기 배기 유로 중에 환원제를 분사하는 환원제 분사 장치를 구비한 작업 기계의 배기 가스 정화 장치로서, 환원제를 저장하는 저장부와, 상기 저장부 내에 배치되어, 상기 환원제의 농도를 검출하는 검지부를 가지는 농도 센서와, 상기 검지부를 향해 상기 환원제를 분사하는 기포 제거 장치와, 상기 저장부의 환원제를 상기 기포 제거 장치에 공급하는 환원제 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

작업 기계의 배기 가스 정화 장치
본 발명은, 작업 기계의 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
배기 가스 중의 질소 산화물(NOx)을 제거하는 배기 가스 정화 장치를 구비한 작업 기계가 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 이 종류의 배기 가스 정화 장치로서, 엔진의 배기계에 환원 촉매를 배치하고, 이 환원 촉매보다 상류측의 배기 통로 내에 설치한 환원제 분사 장치로부터, 환원제를 공급하는 것이 있다. 배기 가스 중의 NOx는, 환원제에 접촉하여, 환원 촉매에 있어서 환원 반응이 촉진됨으로써 무해 성분으로 정화된다.
환원 반응은, NOx와 암모니아와의 환원 반응이며, 암모니아를 효율적으로 발생시키는 환원제로서, 예를 들면, 요소수 용액(이하, 단순히 요소수라고 기재함)이 사용된다. 요소수는, 요소수 탱크에 저류되어, 배기 온도나 NOx 배출량 등에 의거하여, 필요량이 요소수 탱크로부터 요소수 펌프에 의해 빨아 올려져, 요소수 분사장치에 공급된다.
작업 기계에서는, 요소수 탱크 내에서 요소수의 농도를 농도 센서로 감시하고 있으며, 요소수의 농도에 이상이 있는 경우, 표시 장치의 표시 화면상에 경고 화상을 표시하거나, 엔진의 출력을 제한하거나 하는 등의 대책이 이루어지고 있다.
그러나, 요소수 탱크 내의 요소수는, 작업 기계의 진동에 의해 기포가 발생하기 쉬워, 농도 센서의 검지부에 기포가 부착됨으로써 측정 정밀도가 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다. 농도 이상의 오검지가 발생되면, 표시 화면에 경고 화상이 표시되거나, 엔진의 출력이 제한되어 버린다. 특허 문헌 1에는, 농도 센서의 검지부를 포말(泡沫) 포착 필터로 덮음으로써, 농도 센서의 검지부에 포말이 부착되는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.
일본공개특허 특개2005-299441호 공보
작업 기계는 자동차에 비해 동작 환경이 엄격하고, 작업 중에 크게 진동하는 경우가 많다. 이 때문에, 작업 기계에서는, 진동에 의해 수면이 물결침으로써 탱크 내에 있어서 기포가 발생하기 쉽다. 또한, 주행풍을 이용함으로써 엔진룸의 열을 배열할 수 있는 자동차와 비교해, 작업 기계에서는 히트 밸런스 온도도 높기 때문에, 요소수의 온도가 상승하기 쉬워, 온도 상승에 기인하는 기포도 발생하기 쉽다.
이와 같이, 작업 기계에서는, 자동차에 비해 기포의 발생이 일어나기 쉬워, 특허 문헌 1에 기재된 포착 필터로는 충분한 효과를 기대할 수 없다. 또한, 특허 문헌 1에 기재된 포착 필터는, 포착 필터의 내측에서 발생한 기포가 농도 센서의 검지부에 부착되는 것을 억제할 수 있는 것도 아니다. 즉, 특허 문헌 1에 기재된 포착 필터로는, 농도 센서의 측정 정밀도가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 양태에 의한 작업 기계의 배기 가스 정화 장치는, 엔진의 배기 가스의 배기 유로 중에 설치되어, 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원제에 의해 환원 정화하는 환원 촉매, 및, 상기 배기 유로 중에 환원제를 분사하는 환원제 분사 장치를 구비한 작업 기계의 배기 가스 정화 장치로서, 환원제를 저장하는 저장부와, 상기 저장부 내에 배치되어, 상기 환원제의 농도를 검출하는 검지부를 가지는 농도 센서와, 상기 검지부를 향해 상기 환원제를 분사하는 기포 제거 장치와, 상기 저장부의 환원제를 상기 기포 제거 장치에 공급하는 환원제 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 농도 센서의 검지부에 부착된 기포를 제거할 수 있으므로, 농도 센서의 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치를 탑재한 유압 셔블을 나타내는 모식도이다.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제 2 분사 밸브의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 제 1 실시 형태와 관련된 컨트롤러에 의해 실행되는 기포 제거 프로그램에 의한 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 도 4의 공기 판정 처리, 상한 판정 처리 및 하한 판정 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 7은 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러에 의해 실행되는 기포 제거 프로그램에 의한 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
-제 1 실시 형태-
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치를 탑재한 작업 기계의 일례인 유압 셔블을 나타내는 모식도이다. 또한, 설명의 편의상, 도 1에 나타나 있는 바와 같이 전후 및 상하 방향을 규정한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블은, 주행체(3)와, 선회륜(7)을 개재하여 주행체(3) 상에 선회 가능하게 탑재된 선회체(4)를 구비한다. 주행체(3)는, 좌우 한 쌍의 크롤러(3c)를 주행용의 유압 모터(3m)에 의해 구동시킴으로써 주행한다.
선회체(4)의 전부(前部) 좌측에는 운전실(6)이 설치되고, 운전실(6)의 후부(後部)에는 엔진실이 설치되어 있다. 운전실(6)의 내부에는, 작업자(오퍼레이터)가 착좌하는 좌석이나, 유압 셔블의 각 부를 조작하는 조작 부재가 설치되어 있다. 작업자는, 운전실(6) 내의 조작 부재를 조작함으로써 각 부를 구동시켜, 굴삭이나 정지(整地) 등의 작업을 행한다.
엔진실에는, 동력원인 엔진(1)이나 유압 펌프(2) 등의 기기가 수용되어 있다. 엔진실의 후부에는, 작업 시의 기체의 밸런스를 취하기 위한 카운터 웨이트가 장착되어 있다. 선회체(4)의 전부 우측에는 프론트 작업 장치(5)가 설치되어 있다.
프론트 작업 장치(5)는, 복수의 프론트 부재, 즉 붐(8), 아암(10), 및, 버킷(12)을 구비한다. 붐(8)은, 기단부가 선회체(4)의 전부에 있어서, 축(14)을 중심으로 하여 회전 운동 가능하게 장착되어 있다. 아암(10)은, 그 일단이 붐(8)의 선단의 축(15)을 중심으로 하여 회전 운동 가능하게 장착되어 있다. 붐(8) 및 아암(10)은, 붐 실린더(9) 및 아암 실린더(11)에 의해 각각 구동되어 기복(起伏)한다. 버킷(12)은, 아암(10)의 선단의 축(16)을 중심으로 하여, 아암(10)에 대하여 상하 방향으로 회전 운동 가능하게 장착되며, 버킷 실린더(13)에 의해 구동된다.
유압 펌프(2)는, 엔진(1)에 접속되며, 엔진(1)에 의해 구동되어 작동유를 토출한다. 유압 펌프(2)로부터 토출된 작동유는, 도면에 나타내지 않은 컨트롤 밸브를 통하여, 프론트 작업 장치(5)를 구동하는 각 액추에이터(붐 실린더(9), 아암 실린더(11), 및 버킷 실린더(13))나, 선회륜(7)을 구동하는 선회용의 유압 모터(도시 생략), 주행체(3)를 구동하는 주행용의 유압 모터(3m)에 공급된다. 즉, 엔진(1)에 의해, 유압 펌프(2)가 구동되어, 유압 펌프(2)로부터 각 액추에이터로 압유가 공급됨으로써, 주행체(3), 선회체(4) 및 프론트 작업 장치(5)의 각각이 구동된다.
선회체(4)에는, 배기 가스 중의 질소 산화물(NOx)을 제거하는 배기 가스 정화 장치(100)가 설치되어 있다. 도 2는, 제 1 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 배기 가스 정화 장치(100)는, 엔진(1)의 배기 가스의 배기 유로 중에 설치된 NOx 정화 장치(19)와, 저장부로서의 요소수 탱크(22)와, 환원제 펌프로서의 요소수 펌프(23)와, 환원제 분사 장치로서의 요소수 분사 장치(27)와, 기포 제거 장치(30)와, 기포 제거 제어 장치로서의 컨트롤러(26)를 구비하고 있다.
NOx 정화 장치(19)는, 요소수를 이용하여, 엔진(1)의 배기구(17)로부터 배출된 배기 가스(18)에 포함되는 질소 산화물(NOx)을 환원 정화하는 환원 촉매를 구비한 장치이다. NOx 정화 장치(19)는, 예를 들면, 통체(筒體) 내의 상류측에 선택식 환원 촉매인 요소 SCR(Selective Catalytic Reduction)가 설치되며, 요소 SCR의 하류측에 산화 촉매가 설치된 구성으로 한다. NOx 정화 장치(19)에는, NOx의 농도를 검출하는 NOx 센서(39)가 배치하여 설치되어 있다.
요소수 분사 장치(27)는, 요소 SCR의 상류측에 배치되고, 요소 SCR를 향해 요소수를 분사하는 분사 밸브(이하, 제 1 분사 밸브(27a)라고 기재함)를 구비하고 있다. 제 1 분사 밸브(27a)는, 요소수가 흐르는 제 1 유로를 형성하는 제 1 배관(29a)을 개재하여, 요소수 탱크(22)에 접속되어 있다. 요소수 탱크(22)는, 환원제인 요소수(20)를 저장하는 용기(저장부)이다. 제 1 배관(29a)에는, 요소수 펌프(23)가 개재되어 있다. 요소수 펌프(23)는, 후술하는 바와 같이, 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 의거하여 회전 속도가 제어되어, 요소수 탱크(22) 내의 요소수(20)를 요소수 분사 장치(27)에 송급한다. 요소수 탱크(22) 내에는, 요소수의 농도(C)를 검출하는 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 배치하여 설치되어 있다. 또한, 요소수 탱크(22) 내에는, 요소수(20)의 수위(즉 잔량)를 계측하기 위한 플로트식의 수위계(도시 생략)가 배치하여 설치되어 있다.
제 1 분사 밸브(27a)는, 코일에 전류를 흘려 보냄으로써 가동자와 코어를 포함하는 자기 회로에 자속(磁束)을 발생시켜, 가동자를 코어측으로 끌어 당기는 자기 흡인력을 작용시킴으로써, 밸브체의 개폐를 행하는 것이다. 제 1 분사 밸브(27a)는, 주지의 전자 구동식의 연료 분사 밸브와 동일한 구성을 가지고 있는 것이다.
제 1 분사 밸브(27a)는, 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 따라, 배기 유로 중에 요소수를 분사시킨다. 컨트롤러(26)는, NOx 센서(39)로부터의 검출 신호에 의거하여, 제 1 분사 밸브(27a)의 개폐를 제어하기 위한 신호를 생성한다. 요소수가 분사되면, NOx 정화 장치(19)의 요소 SCR에 의해 요소수로부터 암모니아가 생성되며, 암모니아에 의해 배기 가스 중의 NOx가 환원 반응하여, 물과 질소로 분해된다. 또한, NOx 정화 장치(19)의 요소 SCR의 하류측에 설치된 산화 촉매에 의해, 배기 가스 중의 암모니아가 저감된다.
요소수 펌프(23)의 토출측에 있어서의 제 1 배관(29a)에는, 요소수가 흐르는 제 2 유로를 형성하는 제 2 배관(29b)이 접속되고, 요소수 펌프(23)가 제 2 배관(29b)을 개재하여 기포 제거 장치(30)에 접속되어 있다. 즉, 요소수 펌프(23)의 토출측의 배관은, 분기되어, 요소수 분사 장치(27)와 기포 제거 장치(30)의 각각에 접속되어 있다. 또한, 도면에는 나타내지 않지만, 요소수 펌프(23)와 요소수 탱크(22)에는, 스로틀이 설치된 복귀 배관이 접속되어 있으며, 요소수의 잉여분이 되돌아가 배관을 통하여 요소수 탱크(22)에 되돌려진다.
기포 제거 장치(30)는, 제 1 배관(29a) 및 제 2 배관(29b)을 개재하여 요소수 탱크(22)에 접속되는 분사 밸브(이하, 제 2 분사 밸브(30a)라고 기재함)를 구비하고 있다. 도 3은, 제 2 분사 밸브(30a)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 2 분사 밸브(30a)는, 전자식 분사 밸브이며, 제 2 배관(29b)으로부터의 요소수가 도입되는 통체와, 통체의 분사구(301)를 개폐하는 밸브체(302)와, 밸브체(302)를 분사구(301)를 향해 잡아 당기는 인장 코일 스프링(303)과, 인장 코일 스프링(303)의 인장력에 저항하여 밸브체(302)를 가동시키는 자기력을 발생시키는 전자석(304)을 구비하고 있다.
밸브체(302)는, 장축 부재로서, 통체 내에 있어서 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 배치하여 설치되어 있다. 전자석(304)은, 코일과 자기 코어에 의해 구성되고, 코일은 제어용 단자(309)를 개재하여 컨트롤러(26)에 접속되어 있다. 전자석(304)의 코일에 전류가 흐르면, 자기력에 의해 밸브체(302)가 흡인되어, 밸브체(302)가 전자석(304)을 향해 이동한다. 밸브체(302)는, 인장 코일 스프링(303)에 의한 인장력과, 이 인장력에 저항하여 밸브체(302)를 가동시키는 자기력에 의해 동작하며, 분사구(301)의 개/폐가 제어된다.
제 2 분사 밸브(30a)는, 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호(여자 전류)에 따라, 요소수 탱크(22) 내에 요소수를 분사한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 분사 밸브(30a)의 분사구(301)는, 제 2 분사 밸브(30a)로부터 분사된 요소수에 의해 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착된 기포가 제거되도록, 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 향해진 상태로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 밸브체(302)의 중심축(CL) 상에 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 배치되어 있다.
요소수 펌프(23)는, 전동식의 펌프이며, 엔진(1)의 시동에 따라 전력이 공급되어, 구동된다. 요소수 펌프(23)가 구동되면, 요소수 탱크(22) 내의 요소수(20)가, 요소수 탱크(22) 내에 배치된 제 1 배관(29a)의 요소수 흡입구(25)로부터 빨아 올려져, 제 1 배관(29a) 및 제 2 배관(29b)에 공급되고, 가압된다. 요소수 펌프(23)의 토출측에 있어서의 제 1 배관(29a) 내의 요소수는, 제 1 분사 밸브(27a)가 개방됨으로써, 엔진(1)의 배기 유로 중에 분사 공급된다. 제 2 배관(29b) 내의 요소수는, 제 2 분사 밸브(30a)가 개방됨으로써, 요소수 탱크(22) 내에 분사 공급된다.
요소수 펌프(23)의 토출측에 있어서의 제 1 배관(29a)에는, 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)을 검출하는 압력 센서(24)가 배치하여 설치되어 있다. 압력 센서(24)에 의해 검출된 토출압(Pp)은, 제 1 분사 밸브(27a)로부터 필요한 유량의 요소수를 분사 가능한지 여부를 판정하기 위해 이용되고, 적어도 토출압(Pp)이 소정값 이상인 조건이 충족된 경우에 제 1 분사 밸브(27a)가 밸브 개방된다.
컨트롤러(26)는, CPU나 기억 장치인 ROM 및 RAM, 그 밖의 주변 회로 등을 가지는 연산 처리 장치를 포함하여 구성되어 있다. 컨트롤러(26)에는, 표시 장치(33)가 접속되어 있다. 표시 장치(33)는, 예를 들면, 액정 모니터 등의 표시 장치이며, 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 의거하여, 표시 화상을 표시 화면에 표시시킨다.
컨트롤러(26)에는, 엔진(1)의 제어를 행하는 엔진 컨트롤러(28)가 접속되어 있다. 컨트롤러(26)는, 후술하는 바와 같이, 요소수의 농도(C)가 소정의 임계값보다 낮은 상태, 혹은 높은 상태, 또는 요소수 탱크(22) 내의 요소수의 수위가 소정의 임계값보다 낮은 상태(즉, 요소수가 결핍된 상태)가 소정 시간 계속되면, 엔진(1)의 출력을 제한하는 조건이 성립한 것을 나타내는 제어 신호를 엔진 컨트롤러(28)에 출력한다. 엔진 컨트롤러(28)는, 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 의거하여, 엔진(1)의 출력을 제한한다.
컨트롤러(26)에는, 압력 센서(24)가 접속되고, 압력 센서(24)에 의해 검출된 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)에 상당하는 신호가 입력된다. 컨트롤러(26)에는, 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 접속되고, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 의해 검출된 요소수의 농도(C)에 상당하는 신호가 입력된다. 컨트롤러(26)에는, NOx 센서(39)가 접속되고, NOx 센서(39)에 의해 검출된 NOx의 농도에 상당하는 신호가 입력된다.
본 실시 형태에서는, 농도 센서(32)로서, 음속 측정 방식의 농도 센서를 채용하고 있다. 음속 측정 방식의 농도 센서에서는, 초음파 진동자와 반사판이 대향 배치된 검지부를 구비하고, 초음파 진동자로부터 발신된 초음파가, 반사판으로부터 되돌아올 때까지의 시간을 계측함으로써, 음속(v)을 측정한다. 즉, 농도 센서(32)에 의해 검출되는 요소수의 농도(C)에 상당하는 신호는, 음속(v)을 나타내는 신호이다. 또한, 음속(v) 대신에, 초음파의 왕복 시간으로 해도 된다.
컨트롤러(26)의 기억 장치에는, 미리, 음속(v)과 요소수의 농도(C)의 상관 관계를 나타내는 데이터 테이블(이하, 농도 데이터 테이블이라고 기재함)이 기억되어 있으며, 컨트롤러(26)가 농도 데이터 테이블을 참조하여, 측정된 음속(v)에 의거하여, 요소수의 농도(C)를 연산한다. 또한, 요소수 탱크(22)에 저장되어 있는 요소수(20)의 양이 적어지며, 즉 수위가 저하되어, 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 공기에 노출되면, 검출된 음속(v)의 값이 요소수일 때에 비해 저하된다. 그러나, 공기의 음속(v)에 대응하는 농도 데이터 테이블은, 컨트롤러(26)의 기억 장치에는 기억되어 있지 않다. 따라서, 이 경우, 컨트롤러(26)는 무효값이 입력되었다고 판정한다.
여기서, 검지부(32a)를 구성하는 초음파 진동자나 반사판에 기포가 부착되는 등 하여, 초음파 진동자와 반사판과의 사이에 기포가 존재하고 있으면, 옳바른 측정 결과를 얻을 수 없어, 농도 이상의 오검지가 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착된 기포를 기포 제거 장치(30)에 의해 제거한다. 이하, 기포 제거 장치(30)의 구동을 제어하는 컨트롤러(26)의 기능에 대하여 설명한다.
컨트롤러(26)는, 펌프 제어부(261)와, 농도 상태 판정부(262)와, 공기 판정 카운터(263a)와, 상한 판정 카운터(263b)와, 하한 판정 카운터(263c)와, 분사 타이머 설정부(264)와, 정정(靜定) 대기 타이머 설정부(265)와, 표시 제어부(266)와, 분사 조건 판정부(268)와, 출력 제한 판정부(260)를 기능적으로 구비하고 있다.
펌프 제어부(261)는, 요소수의 토출압(Pp)이 미리 정해진 소정압(Pp1)으로 일정하게 유지되도록, 요소수 펌프(23)의 회전 속도를 제어한다. 펌프 제어부(261)는, 토출압(Pp)이 소정압(Pp1)을 포함하는 소정 범위(Pp1a≤Pp≤Pp1b) 내에 있을 때에는, 요소수 펌프(23)의 회전 속도를 변경하지 않는다. 펌프 제어부(261)는, 토출압(Pp)이 소정 범위 미만인 경우(Pp<Pp1a), 요소수 펌프(23)의 회전 속도를 증가시키고, 토출압(Pp)이 소정 범위보다 큰 경우(Pp1b<Pp), 요소수 펌프(23)의 회전 속도를 감소시킨다. 또한, 펌프 제어부(261)는, 엔진(1)의 출력이 제한된 경우, 요소수 펌프(23)를 정지시킨다.
농도 상태 판정부(262)는, 요소수 탱크(22)에 미리 결정된 양의 요소수가 저장되어 있는지 여부, 및, 요소수 탱크(22)에 저장된 요소수의 농도(C)가, 정상인 범위 내에 있는지 여부, 즉 하한값(Cn) 이상 또한 상한값(Cx) 미만(Cn≤C<Cx)에 있는지 여부를 판정한다. 요소수의 농도(C)는 질소 산화물(NOx)의 정화 성능에 관계되고 있으며, 저농도에서는 질소 산화물(NOx)을 충분히 분해할 수 없고, 고농도에서는 과잉으로 분사된 요소수가 암모니아가 되어 외부로 누설되어 버릴 우려가 있다. 또한, 요소수가 부족(결핍)하여, 요소 SCR에 요소수를 공급할 수 없게 되어버린 상태에서는, 질소 산화물(NOx)의 정화를 행할 수 없다. 이 때문에, 농도 상태 판정부(262)에 의한 요소수의 농도(C)의 측정 결과는 정확한 것이 요구된다. 이하, 농도 상태 판정부(262)의 구체적인 판정 내용과, 그 판정 결과에 의거하는 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
농도 상태 판정부(262)는, 기억 장치에 기억되어 있는 농도 데이터 테이블을 참조하여, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 의해 검출된 값(음속(v))에 의거하여, 요소수의 농도(C)를 연산한다.
농도 상태 판정부(262)는, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 의해 검출된 값(v)이, 공기 판정용의 임계값(v1) 미만인지 여부를 판정한다. 공기 판정용의 임계값(v1)은, 농도 데이터 테이블의 음속(v)의 하한값에 상당한다. 환언하면, 농도 상태 판정부(262)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)이, 농도 데이터 테이블의 하한값보다 낮은지 여부를 판정한다. 검출값(v)이 공기 판정용의 임계값(v1) 미만이라고 판정된 경우, 즉 농도 데이터 테이블을 참조하였을 때에, 검출값(v)이 농도 데이터 테이블의 하한값보다 낮다고 판정된 경우, 농도 상태 판정부(262)는, 검출된 값(v)이 무효값이라고 판정한다.
농도 상태 판정부(262)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)이 무효값이라고 판정되면, 공기 판정 카운터(263a)의 카운터값(ia)이 임계값(ia0) 이상인지 여부를 판정한다. 농도 상태 판정부(262)는, 카운터값(ia)이 임계값(ia0) 이상인 경우, 「이상(결핍 상태)」이라고 판정한다.
공기 판정 카운터(263a)는, 농도 상태 판정부(262)에 의해, 카운터값(ia)이 임계값(ia0) 미만이라고 판정된 경우(ia<ia0), 제어 주기마다 카운터값(ia)을 인크리먼트한다(ia=ia+1). 임계값(ia0)은, 수분에서 10분 정도의 시간에 상당하는 값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다. 공기 판정 카운터(263a)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)이 무효값이 아니라고 판정된 경우, 카운터값(ia)을 클리어한다(ia=0).
농도 상태 판정부(262)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)에 의거하여 연산된 요소수의 농도(C)가, 상한값(Cx) 이상인지 여부를 판정한다. 상한값(Cx)은, 사용 온도 범위 내에 있어서, 요소수 중에 요소가 결정으로서 석출되어 버리는 것을 방지하는 것, 및, 요소수가 동결되기 쉬운 농도가 되는 것을 방지하기 위해 설정되며(예를 들면, 50% 정도), 미리 기억 장치에 기억되어 있다.
농도 상태 판정부(262)는, 요소수의 농도(C)가 상한값(Cx) 이상이라고 판정되면(C≥Cx), 상한 판정 카운터(263b)의 카운터값(ib)이 임계값(ib0) 이상인지 여부를 판정한다. 농도 상태 판정부(262)는, 카운터값(ib)이 임계값(ib0) 이상인 경우, 「이상(고농도 상태)」이라고 판정한다.
상한 판정 카운터(263b)는, 농도 상태 판정부(262)에 의해, 카운터값(ib)이 임계값(ib0) 미만이라고 판정된 경우(ib<ib0), 제어 주기마다 카운터값(ib)을 인크리먼트한다(ib=ib+1). 임계값(ib0)은, 수분에서 10분 정도의 시간에 상당하는 값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다. 상한 판정 카운터(263b)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)이 상한값(Cx) 미만이라고 판정된 경우, 카운터값(ib)을 클리어한다(ib=0).
농도 상태 판정부(262)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(v)에 의거하여 연산된 요소수의 농도(C)가, 하한값(Cn) 미만인지 여부를 판정한다. 하한값(Cn)은, 사용 온도 범위 내에 있어서, 배기 가스를 효과적으로 정화할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해 설정되며(예를 들면, 25% 정도), 미리 기억 장치에 기억되어 있다.
농도 상태 판정부(262)는, 요소수의 농도(C)가 하한값(Cn) 미만이라고 판정되면(C<Cn), 하한 판정 카운터(263c)의 카운터값(ic)이 임계값(ic0) 이상인지 여부를 판정한다. 농도 상태 판정부(262)는, 카운터값(ic)이 임계값(ic0) 이상인 경우, 「이상(저농도 상태)」이라고 판정한다.
하한 판정 카운터(263c)는, 농도 상태 판정부(262)에 의해, 카운터값(ic)이 임계값(ic0) 미만이라고 판정된 경우(ic<ic0), 제어 주기마다 카운터값(ic)을 인크리먼트한다(ic=ic+1). 임계값(ic0)은, 수분에서 10분 정도의 시간에 상당하는 값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다. 하한 판정 카운터(263c)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 농도(C)가 하한값(Cn) 이상이라고 판정된 경우, 카운터값(ic)을 클리어한다(ic=0).
또한, 농도 상태 판정부(262)는, 상기 서술의 「이상(결핍 상태)」, 「이상(고농도 상태)」 및 「이상(저농도 상태)」 중 어느 것에도 해당하지 않는 경우, 「정상」이라고 판정한다.
표시 제어부(266)는, 기억 장치에 기억된 표시 화상 중으로부터, 농도 상태 판정부(262)에 의해 판정된 결과에 대응하는 표시 화상을 선택하고, 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시시킨다. 농도 상태 판정부(262)에서의 판정 결과가 「정상」인 경우, 표시 제어부(266)는, 요소수가 정상인 상태인 것을 나타내는 표시 화상을 표시 장치(33)에 표시시킨다.
농도 상태 판정부(262)에 의한 판정 결과가 「이상(결핍 상태)」인 경우(v<v1, ia≥ia0), 표시 제어부(266)는, 요소수 탱크(22) 내의 요소수의 수위가 부족하여, 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 노출되어 공기에 접촉하고 있는 상태인 것을 나타내는 정보로서, 「결핍 에러」의 표시 화상을 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시시킨다.
농도 상태 판정부(262)에 의한 판정 결과가, 「이상(고농도 상태)」인 경우(C≥Cx, ib≥ib0), 표시 제어부(266)는, 요소수가 고농도 상태인 것을 나타내는 정보로서, 「고농도 에러」의 표시 화상을 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시시킨다.
농도 상태 판정부(262)에 의한 판정 결과가, 「이상(저농도 상태)」인 경우(C<Cn, ic≥i0), 표시 제어부(266)는, 요소수가 저농도 상태인 것을 나타내는 정보로서, 「저농도 에러」의 표시 화상을 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시시킨다.
출력 제한 판정부(260)는, 농도 상태 판정부(262)에 의해 「이상(결핍 상태 또는 고농도 상태, 저농도 상태)」이라고 판정된 경우, 엔진(1)의 출력을 제한하는 제어 신호를 엔진 컨트롤러(28)에 출력한다. 엔진 컨트롤러(28)는, 이상 상태에 따라 엔진(1)의 출력의 제한을 행한다. 또한, 출력 제한 판정부(260)는, 농도 상태 판정부(262)에 의해 「정상」이라고 판정된 경우, 엔진(1)의 출력을 제한하는 제어 신호의 생성은 행하지 않는다.
분사 조건 판정부(268)는, 공기 판정 카운터(263a)의 카운터값(ia), 상한 판정 카운터(263b)의 카운터값(ib) 및 하한 판정 카운터(263c)의 카운터값(ic)에 의거하여, 분사 조건이 성립하고 있는지 여부를 판정한다. 분사 조건 판정부(268)는, 카운터값(ia, ib, ic)의 모두가 0 이하가 아닌 경우, 즉 카운터값(ia, ib, ic) 중, 적어도 어느 하나가 0보다 큰 경우, 분사 조건이 성립하고 있다고 판정한다. 분사 조건 판정부(268)는, 카운터값(ia, ib, ic)의 모두가 0 이하인 경우, 분사 조건이 성립하고 있지 않다고 판정한다.
분사 타이머 설정부(264)는, 분사 조건 판정부(268)에 의해, 분사 조건이 성립하고 있다고 판정되면, 분사 시간에 상당하는 타이머값(이하, 분사 타이머값(Ti)이라고 기재함)을 미리 기억 장치에 기억되어 있는 설정값(Ti1)으로 설정한다(Ti=Ti1). 설정값(Ti1)은, 기포를 제거할 수 있는 시간(예를 들면, 30초 정도)으로서, 실험 등에 의해 미리 결정되어 있다. 분사 타이머 설정부(264)는, 소정의 제어 주기마다 설정된 분사 타이머값(Ti)을 디크리먼트한다(Ti=Ti-1).
정정 대기 타이머 설정부(265)는, 분사 조건이 성립하면, 정정 대기 시간에 상당하는 타이머값(이하, 정정 대기 타이머값(Ts)이라고 기재함)을 미리 기억 장치에 기억되어 있는 설정값(Ts1)으로 설정한다(Ts=Ts1). 설정값(Ts1)은, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)로부터 요소수의 분사가 완료된 후의 대기 시간이다. 본 실시 형태에서는, 농도 센서(32)에서의 검출값을 소정 시간(예를 들면, 30초 정도)측정한 후, 평균화하는 처리를 소정의 제어 주기마다 행하고 있다. 즉, 노이즈를 컷팅하는 필터링 처리를 행하고 있다. 이 때문에, 요소수의 분사에 의해 농도 센서(32)의 검지부(32a)로부터 기포가 제거된 후에도, 기포가 제거되기 전이나 요소수 분사 중에 검출된 농도(C)가 평균화에 이용되게 된다. 따라서, 정확한 농도(C)를 검출하기 위해, 설정값(Ts1)을 평균화에 이용되는 시간과 동등하거나 그 이상의 시간(예를 들면, 30초에서 1분 정도)으로 하여 결정한다.
본 실시 형태에서는, 정정 대기 타이머 설정부(265)는, 분사 조건이 성립하여, 기포 제거 장치(30)에 의한 분사가 개시되면, 정정 대기 타이머값(Ts)을 설정값(Ts1)으로 설정하고, 기포 제거 장치(30)에 의한 분사가 종료된 후, 소정의 제어 주기마다 정정 대기 타이머값(Ts)을 디크리먼트한다(Ts=Ts-1).
도 4는 제 1 실시 형태와 관련된 컨트롤러(26)에 의해 실행되는 기포 제거 프로그램에 의한 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이며, 도 5는 도 4의 공기 판정 처리, 상한 판정 처리 및 하한 판정 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 4의 플로우 차트에 나타내는 처리는, 이그니션 스위치가 온됨으로써 개시되며, 초기화 처리(단계 S100)가 실행된 후, 소정의 제어 주기마다 단계 S110 이후의 처리가 반복하여 실행된다.
단계 S100에 있어서, 컨트롤러(26)는 초기화 처리를 행하여, 단계 S110으로 진행된다. 초기화 처리(S100)에서는, 카운터값(ia, ib, ic)을 0으로 설정하고, 분사 타이머값(Ti) 및 정정 대기 타이머값(Ts)을 0으로 설정한다.
단계 S110에 있어서, 컨트롤러(26)는, 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)을 판독하여, 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 소정압(Pp1)으로 일정하게 유지되도록, 요소수 펌프(23)의 회전 속도를 제어하는 제어 신호를 출력하고, 단계 S113으로 진행된다.
단계 S113에 있어서, 컨트롤러(26)는, 분사 타이머값(Ti)이 0 이하인지 여부를 판정한다. 단계 S113에서 긍정 판정되면 단계 S120으로 진행되고, 단계 S113에서 부정 판정되면 단계 S115로 진행된다.
단계 S115에 있어서, 컨트롤러(26)는, 정정 대기 타이머값(Ts)을 설정값(Ts1)으로 설정하고, 단계 S117로 진행된다. 단계 S117에 있어서, 컨트롤러(26)는, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)에 개방 신호를 출력하여, 제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방시키고, 단계 S119로 진행된다. 단계 S119에 있어서, 컨트롤러(26)는, 분사 타이머값(Ti)을 디크리먼트하고(Ti=Ti-1), 단계 S110으로 되돌아간다.
단계 S120에 있어서, 컨트롤러(26)는, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)에 폐쇄 신호를 출력하여, 제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 폐쇄시키고, 단계 S130으로 진행된다.
단계 S130에 있어서, 컨트롤러(26)는, 정정 대기 타이머값(Ts)이 0 이하인지 여부를 판정한다. 단계 S130에서 부정 판정되면 단계 S135로 진행되고, 단계 S130에서 긍정 판정되면 단계 S140으로 진행된다. 단계 S135에 있어서, 컨트롤러(26)는, 정정 대기 타이머값(Ts)을 디크리먼트하고(Ts=Ts-1), 단계 S130으로 되돌아간다.
단계 S140에 있어서, 컨트롤러(26)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(음속(v))을 판독하고, 음속(v)으로부터 연산된 요소수의 농도(C)를 취득하여, 단계 S150으로 진행되어, 도 5의 (a)에 나타내는 공기 판정 처리를 실행한다. 단계 S151에 있어서, 컨트롤러(26)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(음속(v))이 공기 판정용의 임계값(v1) 미만인지 여부를 판정한다. 단계 S151에서 부정 판정되면 단계 S152로 진행되고, 단계 S151에서 긍정 판정되면 단계 S154로 진행된다.
단계 S152에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ia)을 클리어하고(ia=0), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S154에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ia)이 임계값(ia0) 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S154에서 부정 판정되면 단계 S156으로 진행되고, 단계 S154에서 긍정 판정되면 단계 S158로 진행된다.
단계 S156에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ia)을 인크리먼트하고(ia=ia+1), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S158에 있어서, 컨트롤러(26)는, 「이상(결핍 상태)」이라고 판정하고, 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다.
공기 판정 처리(단계 S150)가 완료되면 단계 S160으로 진행되어(도 4 참조), 도 5의 (b)에 나타내는 상한 판정 처리가 실행된다. 단계 S161에 있어서, 컨트롤러(26)는, 단계 S140(도 4 참조)에서 취득한 요소수의 농도(C)가 상한값(Cx) 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S161에서 부정 판정되면 단계 S162로 진행되고, 단계 S161에서 긍정 판정되면 단계 S164로 진행된다.
단계 S162에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ib)을 클리어하고(ib=0), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S164에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ib)이 임계값(ib0) 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S164에서 부정 판정되면 단계 S166으로 진행되고, 단계 S164에서 긍정 판정되면 단계 S168로 진행된다.
단계 S166에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ib)을 인크리먼트하고(ib=ib+1), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S168에 있어서, 컨트롤러(26)는, 「이상(고농도 상태)」이라고 판정하고, 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다.
상한 판정 처리(단계 S160)가 완료되면 단계 S170으로 진행되어(도 4 참조), 도 5의 (c)에 나타내는 하한 판정 처리가 실행된다. 단계 S171에 있어서, 컨트롤러(26)는, 단계 S140(도 4 참조)에서 취득한 요소수의 농도(C)가 하한값(Cn) 미만인지 여부를 판정한다. 단계 S171에서 부정 판정되면 단계 S172으로 진행되고, 단계 S171에서 긍정 판정되면 단계 S174로 진행된다.
단계 S172에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ic)을 클리어하고(ic=0), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S174에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ic)이 임계값(ic0) 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S174에서 부정 판정되면 단계 S176으로 진행되고, 단계 S174에서 긍정 판정되면 단계 S178로 진행된다.
단계 S176에 있어서, 컨트롤러(26)는, 카운터값(ic)을 인크리먼트하고(ic=ic+1), 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다. 단계 S178에 있어서, 컨트롤러(26)는, 「이상(저농도 상태)」이라고 판정하고, 메인 루틴(도 4 참조)으로 리턴한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 하한 판정 처리(단계 S170)가 완료되면 단계 S180으로 진행되고, 단계 S180에 있어서, 컨트롤러(26)는, 분사 조건이 성립하고 있는지 여부를 판정한다. 단계 S180에서 긍정 판정되면 단계 S182로 진행되고, 단계 S180에서 부정 판정되면 단계 S185로 진행된다. 단계 S182에 있어서, 컨트롤러(26)는, 분사 타이머값(Ti)에 설정값(Ti1)을 설정하고, 단계 S185로 진행된다.
단계 S185에 있어서, 컨트롤러(26)는, 단계 S150, S160, S170에 있어서의 판정 결과에 의거하여, 「정상」인지 여부를 판정한다. 컨트롤러(26)는, 판정 결과가 「이상(결핍 상태)」, 「이상(고농도 상태)」 및 「이상(저농도 상태)」 중 어느 것도 아닌 경우, 요소수 탱크(22) 내의 요소수의 상태는 「정상」이라고 판정한다. 단계 S185에서 긍정 판정, 즉 「정상」이라고 판정되면, 단계 S190으로 진행된다. 단계 S185에서 부정 판정, 즉 「이상」이라고 판정되면 단계 S192로 진행된다.
단계 S190에 있어서, 컨트롤러(26)는, 표시 장치(33)의 표시 화면에 판정 결과, 즉 「정상」에 대응하는 표시 화상을 표시시키고, 단계 S110으로 되돌아간다. 단계 S192에 있어서, 컨트롤러(26)는, 표시 장치(33)의 표시 화면에 판정 결과, 즉, 「이상(결핍 상태)」, 「이상(고농도 상태)」 및 「이상(저농도 상태)」중 어느 것에 대응하는 표시 화상을 표시시키고, 단계 S195로 진행된다.
단계 S195에 있어서, 컨트롤러(26)는, 엔진(1)의 출력을 제한시키기 위한 제어 신호를 생성하여, 엔진 컨트롤러(28)에 출력한다. 또한, 컨트롤러(26)는, 요소수 펌프(23)를 정지시키기 위한 제어 신호를 요소수 펌프(23)에 출력한다. 또한, 엔진 출력 제한 처리는, 요소수 탱크(22) 내의 요소수가 교환되는 등 하여 요소수의 농도(C)가 정상인 범위(Cn≤C<Cx) 내에 수렴되고, 서비스 맨 등에 의해 도면에 나타내지 않은 해제 스위치가 조작되어, 시스템이 리셋됨으로써 종료된다.
본 실시 형태의 동작에 대하여 정리하면 다음과 같이 된다. 작업자가, 이그니션 스위치를 온하면, 요소수 펌프(23)가 시동되며, 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 소정압으로 일정해지도록 제어된다(S110). 요소수 탱크(22)의 농도(C)는, 컨트롤러(26)에 의해, 상시, 감시되고 있다. 요소수의 농도(C)가, 정상인 범위, 즉 하한값(Cn) 이상 또한 상한값(Cx) 미만(Cn≤C<Cx)이면, 표시 장치(33)의 표시 화면에는, 정상인 상태인 것이 표시되고 있다(S190).
여기서, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 기포가 부착되는 것에 기인하여, 농도 센서(32)의 검출 결과가, 정상 범위(Cn≤C<Cx)로부터 벗어난 것으로 한다. 이 경우, 분사 타이머값(Ti)이, 소정의 분사 시간(예를 들면, 30초 정도)에 상당하는 설정값(Ti1)으로 설정되고(S180에서 Yes→S182), 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)가 밸브 개방되고, 소정의 분사 시간만큼, 제 2 분사 밸브(30a)로부터 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 향해 요소수가 분사된다(S113에서 No→S117, S119).
분사 조건 성립 후에는, 정정 대기 타이머값(Ts)이, 정정 대기 시간(예를 들면, 30초에서 1분 정도)에 상당하는 설정값(Ts1)으로 설정된다(S115). 이 때문에, 제 2 분사 밸브(30a)로부터의 분류(噴流)에 의해 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착되어 있던 기포가 제거되고, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)가 밸브 폐쇄되면(S120), 소정의 정정 대기 시간만큼, 농도(C)의 검출이 중단되어, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사도 행해지지 않는다(S130에서 No→S135→S130에서 No→S135…).
요소수 탱크(22) 내에 요소수가 분사된 후, 요소수 탱크(22) 내의 상태가 정정되면, 다시 농도 센서(32)에 의한 요소수의 농도(C)의 검출이 시작된다(S130에서 Yes).
또한, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 기포가 부착되는 것에 기인하여, 농도 센서(32)의 검출 결과가, 정상 범위(Cn≤C<Cx)로부터 벗어난 경우, 즉시 「결핍 에러」, 「고농도 에러」 및 「저농도 에러」 중 어느 경고 화상이 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시되거나, 엔진(1)의 출력 제한이 이루어지는 것은 아니다(S154에서 No, S164에서 No 또는 S174에서 No).
기포 제거 장치(30)에 의해 기포가 제거되고, 요소수의 농도(C)가 정상 범위(Cn≤C<Cx) 내의 값으로 되돌아가면, 카운터값(ia, ib, ic)은 클리어된다(S152, S162, S172).
요소수의 농도(C)가 고농도 상태인 상태가 소정 시간 계속되면, 카운터값(ib)이 임계값(ib0) 이상이 되어, 「고농도 에러」가 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시됨과 함께 엔진(1)의 출력이 제한된다(S164에서 Yes→S168, S185에서 No→S192, S195). 요소수의 농도(C)가 저농도 상태인 상태가 소정 시간 계속되면, 카운터값(ic)이 임계값(ic0) 이상이 되어, 「저농도 에러」가 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시됨과 함께 엔진(1)의 출력이 제한된다(S174에서 Yes→S178, S185에서 No→S192, S195).
요소수 탱크(22) 내의 요소수의 수위가 저하되고, 농도 센서(32)의 검지부(32a)가 노출되어, 공기에 노출된 상태가 소정 시간 계속되면, 카운터값(ia)이 임계값(ia0) 이상이 되어, 「결핍 에러」가 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시됨과 함께 엔진(1)의 출력이 제한된다(S154에서 Yes→S158, S185에서 No→S192, S195).
상기 서술한 실시 형태에 의하면, 다음의 작용 효과가 얻어진다.
(1) 요소수 탱크(22) 내에 배치되어, 요소수의 농도를 검출하는 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 향해 요소수를 분사하는 기포 제거 장치(30)를 설치했다. 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사에 의해, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착된 기포를 제거할 수 있으므로, 농도 센서(32)의 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
종래 기술에서는, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 기포가 부착되고, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값이, 고농도 에러나 저농도 에러, 결핍 에러 등의 경고 화상을 표시시키는 값이 되어 버리면, 즉 농도 이상의 오검지가 발생하면, 경고 화상의 표시나 엔진의 출력 제한이 이루어져 버린다. 본 실시 형태에서는, 요소수의 농도 이상의 오검지에 의해, 엔진(1)의 출력의 제한이 실행되어 버리는 것을 방지할 수 있으므로, 유압 셔블의 가동률 저하를 방지할 수 있다.
(2) 본 실시 형태와 비교하는 기술의 예로서, 요소수의 농도(C)에 관계없이 정기적으로 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 행하는 경우, 기포가 부착된 상태가 장시간 계속되어 버리는 것을 방지하기 위해, 분사하는 시간 간격을 짧게 설정한다. 그 결과, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 기포가 부착되어 있지 않은 상황에 있어서도 요소수를 분사하는 기회가 증가되어 버린다. 이에 비하여, 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(26)가, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(요소수의 농도(C))에 의거하여, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 제어한다. 이 때문에, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 기포가 부착되어 있지 않은 상황에 있어서, 요소수를 분사하는 것을 방지할 수 있다.
(3) 요소수 펌프(23)의 토출측과 요소수 분사 장치(27)를 접속하는 제 1 배관(29a)에, 요소수 펌프(23)로부터 토출된 요소수를 기포 제거 장치(30)에 공급하는 제 2 배관(29b)이 접속되어 있다. 단일의 요소수 펌프(23)에 의해, 요소수 분사 장치(27)에 의한 요소수의 분사와, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 실현할 수 있으므로, 부품수 및 비용을 저감할 수 있다. 또한, 배기 가스 정화 장치(100)를 구성하는 각 부재의 배치의 레이아웃의 자유도를 향상시킬 수 있다.
(4) 제 1 배관(29a)에 제 2 배관(29b)을 접속하고, 기포 제거 장치(30)를 요소수 탱크(22)에 장착하여, 컨트롤러(26)의 제어 프로그램을 갱신하는 것만이어도 되므로, 추가하는 장치를 억제할 수 있다.
(5) 컨트롤러(26)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값이, 정상 범위(Cn≤C<Cx) 내에 없는 경우에 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작(제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방)을 소정 시간 행하게 한다. 컨트롤러(26)는, 기포 제거 동작이 완료된 후(제 2 분사 밸브(30a)의 밸브 폐쇄 후)에도 또한, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값이 정상 범위 내에 없는 경우에, 경고 화상을 표시 장치(33)의 표시 화면에 표시시켜, 엔진(1)의 출력을 제한한다. 이에 따라, 기포가 제거된 후에 검출된 요소수의 농도(C), 즉 정확한 검출 결과에 의거하여, 경고 화상의 표시, 엔진(1)의 출력 제한을 행할 수 있다.
-제 2 실시 형태-
도 6 및 도 7을 참조하여 제 2 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치(100)를 설명한다. 또한, 도면 중, 제 1 실시 형태와 동일 혹은 상당 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 상이점을 주로 설명한다. 제 2 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치(100)는, 제 1 실시 형태와 관련된 배기 가스 정화 장치(100)와 동일한 구성을 가지고 있다(도 2 참조).
제 1 실시 형태에서는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 농도(C)에 의거하여, 컨트롤러(26)가, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사의 제어를 행하는 예에 대하여 설명했다. 이에 비하여, 제 2 실시 형태에서는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 요소수의 농도(C)뿐만 아니라, 압력 센서(24)에 의해 검출된 요소수의 토출압(Pp)에 의거하여, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사의 제어를 행한다.
요소수 탱크(22) 내의 수면이 비스듬해지거나, 제 1 배관(29a)이나 제 2 배관(29b)에 누설이 발생하거나 하는 것에 기인하여, 요소수 펌프(23)로 공기가 흡입되면, 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 일시적으로 저하된다. 토출압(Pp)이 저하된 상태에서, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방했다고 해도 충분한 분류를 생성할 수 없어, 기포를 제거할 수 없을 우려가 있다. 따라서, 제 2 실시 형태에서는, 토출압(Pp)이 임계값(Pp0) 이상이 된 경우에만, 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작(제 2 분사 밸브(30a)의 밸브 개방)을 행한다.
도 6은, 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러(26B)의 기능 블록도이다. 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러(26B)는, 제 1 실시 형태(도 2 참조)에서 설명한 구성에 더해, 압력 판정부(269B)를 기능적으로 구비하고 있다.
압력 판정부(269B)는, 압력 센서(24)에 의해 검출된 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 임계값(Pp0) 이상인지 여부를 판정한다. 압력 판정부(269B)는, 토출압(Pp)이 임계값(Pp0) 이상인 경우(Pp≥Pp0), 농도 상태 판정의 전제 조건이 성립하고 있다고 판정하고, 토출압(Pp)이 임계값(Pp0) 미만인 경우(Pp<Pp0), 농도 상태 판정의 전제 조건이 성립하고 있지 않다고 판정한다. 임계값(Pp0)은, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)에 의한 요소수의 분사에 의해, 기포를 제거할 수 있는 토출압(Pp)의 하한값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다. 또한, 임계값(Pp0)은, 소정압(Pp1)에 비해 작은 값이다(Pp0<Pp1).
농도 상태 판정부(262)는, 농도 상태 판정의 전제 조건이 성립하고 있지 않은 경우, 농도 상태 판정 처리(S150, S160, S170)를 행하지 않고, 농도 상태 판정의 전제 조건이 성립하고 있는 경우, 농도 상태 판정 처리(S150, S160, S170)를 행한다. 분사 타이머 설정부(264)는, 농도 상태 판정의 전제 조건이 성립하고 있지 않은 경우, 분사 타이머값(Ti)을 클리어하고(Ti=0), 정정 대기 타이머값(Ts)을 설정값(Ts2)으로 설정한다(Ts=Ts2). 설정값(Ts2)은, 토출압(Pp)이 저하된 후 소정압(Pp1)으로 안정될 때까지의 시간이며, 실험 등에 의해 결정되어, 미리 기억 장치에 기억되어 있다. 또한, 설정값(Ts2)은, 설정값(Ts1)과 동일한 값이 되는 경우도 있고, 상이한 값이 되는 경우도 있다.
도 7은, 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러(26B)에 의해 실행되는 기포 제거 프로그램에 의한 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 7의 플로우 차트에 나타내는 처리는, 이그니션 스위치가 온됨으로써 개시되고, 초기화 처리(단계 S100)가 실행된 후, 소정의 제어 주기마다 단계 S110 이후의 처리가 반복하여 실행된다.
도 7의 플로우 차트는, 도 4의 단계 S140의 처리 대신에, 단계 S240의 처리를 추가하고, 단계 S240과 단계 S150의 사이에 단계 S243의 처리를 추가하며, 단계 S243에서 부정 판정되면 실행되는 단계 S246, S248의 처리를 추가한 것이다.
단계 S240에 있어서, 컨트롤러(26B)는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(음속(v))을 판독하고, 음속으로부터 연산된 요소수의 농도(C)를 취득함과 함께, 압력 센서(24)에 의해 검출된 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)을 취득하여, 단계 S243으로 진행된다.
단계 S243에 있어서, 컨트롤러(26B)는, 단계 S240에서 취득한 토출압(Pp)이 임계값(Pp0) 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S243에서 긍정 판정되면 단계 S150으로 진행되고, 단계 S243에서 부정 판정되면 단계 S246으로 진행된다.
단계 S246에 있어서, 컨트롤러(26B)는, 분사 타이머값(Ti)을 클리어하고(Ti=0), 단계 S248로 진행된다. 단계 S248에 있어서, 컨트롤러(26B)는, 정정 대기 타이머값(Ts)을 설정값(Ts2)으로 설정하고, 단계 S110으로 되돌아간다.
이러한 제 2 실시 형태에 의하면, 제 1 실시 형태와 동일한 작용 효과에 더해, 다음 작용 효과를 얻을 수 있다.
(6) 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 낮은 상태(임계값(Pp0) 미만인 상태)에서는, 기포 제거 장치(30)의 제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방시켰다고 해도, 강한 분류를 생성할 수 없어, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착된 기포를 충분하게 제거할 수 없을 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(26B)가, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값(요소수의 농도(C)), 및 압력 센서(24)에 의해 검출된 값(요소수 펌프(23)의 토출압(Pp))에 의거하여, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 제어한다. 이 때문에, 농도 센서(32)의 검지부(32a)에 부착된 기포를 효과적으로 제거할 수 있다.
(7) 요소수 펌프(23)의 토출압(Pp)이 낮은 상태에서는, 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작을 행하지 않는 것으로 하였으므로, 본래의 배기 정화를 위한 요소 SCR로의 요소수의 공급량이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
(8)토출압(Pp)이 낮은 상태(임계값(Pp0) 미만인 상태)로부터 높은 상태(임계값(Pp0) 이상인 상태)가 된 후에도, 소정 시간, 기포 제거 장치(30)의 기포 제거 동작을 실행시키지 않는 대기 시간을 설정했다.
가령, 대기 시간을 설정하지 않는 경우, 토출압(Pp)이 소정압(Pp1)보다 높아지거나 낮아지거나 하는 불안정한 상태에서 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작이 실행되는 것이 되어, 제 2 분사 밸브(30a)로부터 분사되는 요소수의 흐름도 불안정해질 우려가 있다. 또한, 토출압(Pp)이 불안정한 상태에서 제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방시키면, 제 2 분사 밸브(30a)의 밸브 개방에 의한 토출압(Pp)의 순간적인 저하에 기인하여, 토출압(Pp)이 안정되기까지 장시간을 필요로 해버릴 우려가 있다. 그 결과, 요소수 분사 장치(27)의 제 1 분사 밸브(27a)로부터 요소 SCR로의 요소수의 공급량이 불안정해지는 상태가 장시간 계속되어 버릴 우려가 있다.
본 실시 형태에서는, 토출압(Pp)이 낮은 상태로부터 높은 상태로 이행한 후에도, 소정 시간, 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작을 실행시키지 않는 대기 시간을 설정하였으므로, 토출압(Pp)을 빠른 시기에 안정시킬 수 있어, 불안정한 상태에서 기포 제거 장치(30)에 의한 기포 제거 동작이 행해지는 것을 방지할 수 있다.
다음과 같은 변형도 본 발명의 범위 내이며, 변형예의 하나, 혹은 복수를 상기 서술의 실시 형태와 조합시키는 것도 가능하다.
(변형예 1)
상기 서술한 실시 형태에서는, 농도 센서(32)에 의해 검출된 값에 의거하여, 혹은 농도 센서(32)에 의해 검출된 값, 및 압력 센서(24)에 의해 검출된 값에 의거하여, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 제어하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 농도(C)나 토출압(Pp)에 관계 없이, 소정 기간 경과마다 소정 시간만큼 기포 제거 장치(30)에 의해 요소수를 분사시켜도 된다. 정기적으로 요소수를 분사시켜 기포를 제거함으로써, 요소수를 분사시키지 않는 경우에 비해, 농도 센서(32)의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 기포 제거 스위치(도시 생략)를 설치하여, 작업자에 의한 수동 조작에 의해, 기포 제거 장치(30)에 의한 요소수의 분사를 행해도 된다.
(변형예 2)
배기 가스 정화 장치는, NOx 정화 장치(19) 외에, 배기 가스에 포함되는 일산화 질소(NO), 일산화 탄소(CO), 탄화 수소(HC) 등을 산화하여 제거하는 산화 촉매(DOC: Diesel Oxidation Catalyst)를 구비해도 된다. 배기 가스 정화 장치는, 파티큘레이트(입자상 물질)를 포집하는 필터를 구비해도 된다.
(변형예 3)
상기 서술한 실시 형태에서는, 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 요소수 탱크(22)에 설치하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 요소수 탱크(22)로부터 요소수 펌프(23)까지의 요소수의 유통 경로상이나, 요소수 펌프(23)로부터 요소수 분사 장치(27)까지의 요소수의 유통 경로상에 있어서의, 요소수가 저장되는 임의의 위치에 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 배치하여 설치해도 된다. 또한, 요소수의 유통 경로상에 설치하는 경우, 제 1 배관(29a)의 유로 면적보다 넓은 유로 면적의 공간을 형성하고, 이 공간 내에 농도 센서(32)의 검지부(32a)를 배치한다. 또한, 농도 센서(32)의 검지부(32a)의 검출값(농도(C))이 요소수의 유속의 영향을 받는 것을 억제하기 위해, 상기의 공간 내에 있어서의 요소수의 유속의 변화가 작은 위치에, 검지부(32a)를 배치하여 설치하는 것이 바람직하다.
(변형예 4)
상기 서술한 실시 형태에서는, 단일의 요소수 펌프(23)를 설치하고, 요소수 펌프(23)의 토출측의 배관을 분기하여 요소수 분사 장치(27)와 기포 제거 장치(30)에 접속하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 요소수 분사 장치(27)에 요소수를 공급하는 제 1 요소수 펌프와, 기포 제거 장치(30)에 요소수를 공급하는 제 2 요소수 펌프의 2개의 펌프를 형성해도 된다. 이 경우, 요소수 분사 장치(27)와 요소수 탱크(22)를 접속하는 유로와, 기포 제거 장치(30)와 요소수 탱크(22)를 접속하는 유로를 개별적으로 설치할 수 있다.
(변형예 5)
상기 서술한 실시 형태에서는, 농도(C)가 임계값(Cx) 이상인 경우(고농도 상태인 경우)에, 먼저 기포 제거 장치(30)를 동작(제 2 분사 밸브(30a)를 밸브 개방)시켜, 기포 제거 장치(30)의 동작 후에도 농도(C)가 높은 상태가 계속될 것 같으면, 「고농도 에러」를 표시 장치(33)에 표시시키는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 「고농도 에러」에 대해서는 표시 장치(33)에 표시시키지 않도록 해도 된다. 이 경우, 농도(C)가 임계값(Cx) 이상인 경우에 기포 제거 장치(30)를 동작시키지 않도록 해도 된다.
농도 센서(32)에 의해 검출된 값이, 적어도 요소수가 저농도 상태인 것을 나타내는 값인 경우에, 기포 제거 장치(30)에 의해 요소수의 분사를 개시시킴으로써, 질소 산화물이 충분히 분해할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.
(변형예 6)
환원제로서, 요소수를 채용한 예에 대하여 설명했지만, 암모니아를 효율적으로 발생시키는 환원제로서, 암모니아 수용액이나 그 밖의 환원제를 채용할 수 있다.
(변형예 7)
상기 서술한 실시 형태에서는, 요소수 펌프(23)나 요소수 분사 장치(27), 기포 제거 장치(30)를 단일의 컨트롤러(26, 26B)로 제어하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 서술한 컨트롤러(26, 26B)에 의해 행하는 처리를, 복수의 컨트롤러에 의해 실행시켜도 된다.
(변형예 8)
상기 서술한 실시 형태에서는, 농도 센서(32)에 음속 측정 방식의 농도 센서를 채용하는 예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 농도 센서(32)로서, 초음파를 발신하는 송신 센서와 수신 센서를 대향 배치시켜 이루어지는 검지부를 구비하고, 초음파의 수신 강도로부터 감쇠량을 연산하여, 농도로 환산하는 초음파 감쇠 방식의 농도 센서를 채용해도 된다.
(변형예 9)
상기 서술한 실시 형태에서는, 본 발명을 유압 셔블에 적용하는 예에 대하여 설명했지만, 그 외, 휠 셔블 등의 이동식 셔블이나, 고정식 셔블에도 적용할 수 있다. 또한, 크레인이나 휠 로더 등, 다양한 작업 기계에도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.
상기에서는, 다양한 실시 형태 및 변형예를 설명했지만, 본 발명은 이들의 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 다른 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
1 엔진
19 NOx 정화 장치
20 요소수(환원제)
22 요소수 탱크(저장부)
23 요소수 펌프(환원제 펌프)
24 압력 센서
26, 26B 컨트롤러(기포 제거 제어 장치)
27 요소수 분사 장치(환원제 분사 장치)
27a 제 1 분사 밸브
29a 제 1 배관(제 1 유로를 형성하는 배관)
29b 제 2 배관(제 2 유로를 형성하는 배관)
30 기포 제거 장치
30a 제 2 분사 밸브
32 농도 센서
32a 검지부
100 배기 가스 정화 장치
301 분사구

Claims (5)

  1. 엔진의 배기 가스의 배기 유로 중에 설치되어, 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원제에 의해 환원 정화하는 환원 촉매, 및, 상기 배기 유로 중에 환원제를 분사하는 환원제 분사 장치를 구비한 작업 기계의 배기 가스 정화 장치로서,
    환원제를 저장하는 저장부와,
    상기 저장부 내에 배치되어, 상기 환원제의 농도를 검출하는 검지부를 가지는 농도 센서와,
    상기 검지부를 향해 상기 환원제를 분사하는 기포 제거 장치와,
    상기 저장부의 환원제를 상기 기포 제거 장치에 공급하는 환원제 펌프와,
    상기 환원제 펌프의 토출압을 검출하는 압력 센서와,
    상기 농도 센서에 의해 검출된 값, 및 상기 압력 센서에 의해 검출된 값에 의거하여, 상기 기포 제거 장치에 의한 상기 환원제의 분사를 제어하는 기포 제거 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 제거 제어 장치는, 상기 농도 센서에 의해 검출된 값이, 적어도 상기 환원제가 저농도 상태인 것을 나타내는 값인 경우에, 상기 기포 제거 제어 장치에 의해 상기 환원제의 분사를 개시시키는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 배기 가스 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원제 펌프의 토출측과 상기 환원제 분사 장치를 접속하는 제 1 유로에, 상기 환원제 펌프로부터 토출된 상기 환원제를 상기 기포 제거 장치에 공급하는 제 2 유로가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 배기 가스 정화 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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