KR20070085768A - 디젤 엔진의 배기정화장치 및 제어장치 - Google Patents

디젤 엔진의 배기정화장치 및 제어장치 Download PDF

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마나부 스도
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가부시키가이샤 데프로
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Abstract

본발명의 디젤엔진의 배기정화장치는, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도변화에 대하여 마이크로 DPF의 온도가 민감하게 따르는 것을 방지하고, 주행중에 있어서의 마이크로 DPF의 정화성능을 유지함과 함께, 마이크로 DPF의 열에 의한 변형 또는 이에 의한 내구성의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다. 디젤엔진(10)의 배기가스에 포함되는 미립자 마커를 포집하여 처리하는 마이크로 DPF(32)와, 이 마이크로 DPF(32)와 병설된 바이패스 통로(33)와, 이 바이패스 통로(33)와 상기 마이크로 DPF(32) 사이에 설치되어, 이 바이패스 통로(33)를 흐르는 배기가스와 상기 마이크로 DPF(32)와의 사이의 열전도를 억제하는 단열층(37)과, 배기가스가 상기 마이크로 DPF(32) 또는 상기 바이패스 통로(33)의 적어도 일방을 흐르도록 통로를 교체하는 교체 밸브(34)를 갖는 디젤엔진의 배기가스 정화장치를 제공한다.
디젤엔진, 배기정화장치

Description

디젤 엔진의 배기정화장치 및 제어장치{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE AND CONTROL DEVICE FOR DIESEL ENGINE}
본발명은 디젤엔진의 배기정화장치에 관한다. 구체적으로는, 특히 카본을 주성분으로 하는 입자상 물질(PM)의 배출을 저감하는 디젤 엔진의 배기정화장치 및 제어장치에 관한다.
근년, 디젤엔진으로부터 배출되는 입자상 물질(PM), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질의 저감이 과제로 되어 있다. 특히, 입자상 물질의 배출을 저감하는 것은 큰 과제로 되고 있고, 디젤 미립자 필터(DPF) 등의 배기정화장치가 개발되어 있다.
DPF를 사용한 디젤 엔진의 배기정화장치로서, 예를 들면, 특허문헌1에는, 엔진의 배기통로에 배치된 제 1의 연속재생식 DPF와, 이 제 1의 연속재생식 DPF의 요량보다 작은 용량으로 구성되어 상류측의 배기통로에 배설된 제 2의 연속재생식 DPF와, 이 제 2의 연속재생식 DPF의 외주부를 둘러싸도록 배치되는 바이패스 통로와, 이 바이패스 통로를 개폐하는 제어밸브와, 엔진의 배기온도영역이 소정의 온도보다도 낮은 저온영역인 경우에는 이 제어밸브가 바이패스 통로를 닫도록 제어하는 제어장치를 구비하도록 구성된 디젤엔진의 배기정화장치가 개시되어 있다.
상기 배기장치를 사용한 경우에는, 아이들링(idling)시, 긴 내리막길 주행시 또는 고속 주행으로부터의 감속시와 같이 연료 분사량이 작은 상태가 이어지는 조건에서는 배기가스온도가 극단으로 낮기 때문에, 배기가스가 제 2의 DPF를 통과하는 때에 작은 용량의 제 2의 DPF는 바로 냉각되어버린다. 이 때문에, 다음에 제 2의 DPF에 정화성능이 요구되는 주행조건으로 되어도 제 2의 DPF의 온도가 상승할 때까지는 정화성능을 발휘할 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 배기가스온도의 변화에 대해, 제 2의 DPF의 온도도 민감하게 따르기 때문에, 열적 변형이 생기기 쉬워 내구성이 저하하기 쉽다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 특허문헌2에서는 유해물질을 처리하는 배기처리용의 주촉매를 구비한 엔진에 있어서, 엔진의 저부하시에서의 소(小)배기유량시에는, 소배기 통로에 배기류를 유통하고, 이 소배기통로에 접속하여 설치한 보조촉매와 배기류를 접촉하여 배기류의 처리를 행함과 함께, 엔진의 고부하 시에서의 배기유량이 증대시에는, 교체 밸브를 개재하여 배기류의 전량을 주배기통로에 유통시키는 것에 의해 주촉매와 접촉시켜 배기류의 처리를 행하는 엔진배기처리장치가 개시되어 있다. 따라서, 이 구체적 수단으로서 소배기통로 또는 주배기통로에 교체 밸브를 설치하여, 엔진의 저부하시에서의 소배기유량시에는 소배기통로측에 배기류를 유통시키도록 교체 밸브를 교체하고, 또한 엔진이 고출력, 고부하시의 배기유량이 증대시에는, 소배기통로로의 배기류의 유통을 정지시켜, 주촉매에 접촉한 주배기통로에 배기류의 전량을 유통시키도록 교체 밸브를 교체하는 것으로 하고 있다.
또한, 특허문헌2에서는, 이 소배기통로는 엔진에 가능한 한 가까운 위치가 고온의 배기가스를 도입할 수 있기 위해 바람직하기 때문에, 엔진의 배기포트에 접 속하는 것이 가장 바람직하지만, 설계상의 제약도 있기 때문에 가능한 한 엔진에 가까운 위치에 설계하는 것으로 하고 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌2의 배기처리장치에서는, 엔진 저부하시에 배기전량을 엔진 근방에 준비하여 배치된 보조촉매로 이끌기 위해, 보조촉매의 수입 온도를 높게 한다는 점에서는 효과가 있다. 그렇지만, 그 반면, 보조촉매를 내보낸 후 주촉매에 도달할 때까지에 온도저하가 생기기 때문에 기능상 가장 중요한 역할을 내야만 하는 주촉매 자체의 온도조건이 악화하여 기능을 충분히 낼 수 없게 되는 문제가 있었다. 또한, 보조촉매는 엔진에 너무 가까워서 엔진 배기의 큰 온도변화를 직접 받기 때문에 자신의 열변형에 의한 내구성 저하의 문제가 있었다. 또한, 소배기통로와 주배기통로로의 교체는 배기 전량의 온오프 교체이기 때문에, 엔진 고부하운전에서는 보조촉매로의 흐름이 정지하기 때문에 주변온도에 의해 일단 현저하게 온도저하하여 버려 다음의 보조촉매사용 개시시에 온도상승이 느려서 촉매기능이 부드럽게 작용하지 않는 문제가 있었다. 이러한 문제 외에도, 중간 개방 정도인 배기 분배를 행할 수 없는 상기 장치에서는 주촉매와 보조촉매의 쌍방을 만족시키는 종합적인 최적설계를 추구하기 어렵다는 결점이 있었다.
특허문헌1: 특개2003-3830호 공보
특허문헌2: 특개2002-322909호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
상기의 상황에 비추어, 본발명의 디젤엔진의 배기가스정화장치는 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도변동에 대해 마이크로 DPF의 온도가 민감하게 따르는 것을 방지하고, 주행 중에 있어서의 마이크로 DPF의 정화성능을 유지함과 함께, 마이크로 DPF의 열에 의한 변형 또는 이에 의한 내구성의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다. 또한, 마이크로 DPF로부터 메인 DPF로의 배기가스가 유입할 때의 온도저하를 억제하고, 메인 DPF가 최적으로 기능하도록 하는 것을 목적으로 한다. 그리하여, 이에 의해 메인 DPF 및 마이크로 DPF의 양방이 최적으로 배기정화성능을 발휘하는 것이 가능한 디젤엔진의 배기정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해, 본발명의 디젤엔진의 배기가스 정화장치는, 디젤엔진의 배기가스에 포함되는 미립자 마커를 포집하여 처리하는 마이크로 DPF와, 이 마이크로 DPF와 병설된 바이패스 통로와, 이 바이패스 통로와 상기 마이크로 DPF 사이에 설치되어, 이 바이패스 통로를 흐르는 배기가스와 상기 마이크로 DPF와의 사이의 열전도를 억제하는 단열층과, 배기가스가 상기 마이크로 DPF 또는 상기 바이패스 통로의 적어도 일방을 흐르도록 유로를 교체하는 교체 밸브를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 바이패스 통로를 흐르는 배기가스와 마이크로 DPF와의 사이의 열전도가 억제되기 때문에, 바이패스 통로를 흐르는 배기가스의 온도변화에 따라 마이크로 DPF의 온도가 따르는 것이 억제된다.
또한, 본발명은 상기 어딘가의 기재된 디젤 엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF와 바이패스 통로와 교체 밸브가 하우징에 의해 일체화된 마이크로 DPF 유닛을 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 마이크로 DPF와 바이패스 통로와 교체밸브를 하우징 내에 배치하여 일체화하기 때문에, 마이크로 DPF 유닛 전체의 표면적이 작게 되어, 마이크로 DPF 유닛과 외기와의 열전도가 억제된다. 또한, 일체화되는 것으로 장치가 소형화되기 때문에 제조 경비가 저감되는 것과 함께, 부착작업, 정비작업 등이 용이하게 된다.
또한, 본발명은 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF와 디젤엔진을 접속하는 배기관이 단열재에 의해 피복된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 디젤엔진으로부터 마이크로 DPF까지의 배기관에 단열재가 피복되어 있기 때문에, 배기가스의 냉각이 저감되어, 마이크로 DPF 입구에서의 배기가스의 온도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 본발명은 상기 어딘가의 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF보다 하류측에 메인 DPF가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 마이크로 DPF의 하류측에 메인 DPF가 설치되기 때문에, 디젤엔진의 배기가스 중에 포함되는 PM을 확실하게 포집하여 처리할 수 있다. 또한, 배기가스의 일부의 PM이 산화처리될 때에 연소열이 발생하고, 마이크로 DPF의 온도가 상승하기 때문에, 마이크로 DPF(32)를 통과한 배기가스는 메인 DPF에 있어서도 PM을 산화처리가능한 온도로 유지시킨다.
또한, 본발명은 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF가 디젤엔진보다도 메인 DPF에 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 마이크로 DPF가 디젤엔젠으로부터 떨어진 위치에 설치되기 때문에, 디젤엔진 및 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도에 대하여 마이크로 DPF의 온도가 민감하게 따르는 것이 억제된다. 또한, 마이크로 DPF로부터 메인 DPF까지의 배기관에 있어서의 배기가스의 냉각이 저감되어, 메인 DPF 입구에서의 배기가스의 온도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 본발명은 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF 유닛의 배기 가스출구의 중심축이 메인 DPF의 유로중심축과 동일선상으로 되도록 상기 마이크로 DPF 유닛이 배치되는 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 마이크로 DPF 유닛으로부터 메인 DPF까지의 배기가스의 유로가 직선에 가깝게 되기 때문에, 배기가스의 과도저항이 작게 되어, 엔진의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 어딘가의 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 악셀패달의 답입량 및 엔진 회전수에 따른 개방정도를 교체밸브를 제어하기 위한 개방정도 데이터를 기억하는 기억수단과, 악셀패달의 답입량을 검출하고, 상기 악셀패달의 답입량이 상기 개방정도 데이터에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치보다 작을 때에는, 배기가스의 전량 또는 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 제어밸브제어수단을 갖는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 악셀패달의 답입량이 작을 때에는, 모든 배기가스를 바이패스 통로로 흘리고, 또는 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하도록 하였기 때문에, 배기가스의 온도가 극단으로 낮을 때에 마이크로 DPF가 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치 이상에서 제 2의 역치 이하이고, 또한 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치시 이상에서 제 2의 역치 이하인 경우에는, 배기가스의 전량 혹은 대부분을 마이크로 DPF로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 배기가스의 대부분, 혹은 전량이 마이크로 DPF에 흘러들어가고, 배기가스 중의 PM이 마이크로 DPF에 있어서 연속 산화처리된다. 또한, 배기가스의 일부의 PM이 산화처리되는 때에 생기는 연소열에 의해, 마이크로 DPF를 통과한 배기가스의 온도가 유지되어 있어서, 메인 DPF에 있어서도 산화처리하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본발명은 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 엔진회전수가 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다 크고, 또한 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다도 큰 때에는, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 엔진회전수가 크거나, 혹은 악셀페달의 답입량이 크기 때문에 배기가스의 온도가 높은 때에, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐름과 함께, 배기가스의 일부를 마이크로 DPF로 흐르도록 교체 밸브를 제어하기 때문에, 배기 가스의 대부분이 바이패스 통로를 통과하여 메인 DPF에서 처리되고 있는 때에도 마이크로 DPF의 온도가 유지된다.
또한, 본발명은 상기 기재의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF에 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 교체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입력한 배기온도에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF로 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 고체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입력한 배기온도센서에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하도록 하기 때문에, 외기온도 등의 환경이 변화한 경우에 있어서도 배기가스의 온도가 PM의 연속재생에 충분한 온도로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본발명의 제어장치는, 디젤엔진의 배기에 포함되는 미립자 마커를 포집하여 처리하는 메인 DPF와, 이 메인 DPF의 상류측에 설치된 마이크로 DPF와, 이 마이크로 DPF에 병설된 바이패스 통로와, 배기가스가 상기 마이크로 DPF 또는 상기 바이패스 통로의 적어도 일방을 흐르도록 유로를 교체하는 교체밸브를 구비한 디젤엔진의 배기정화장치에 사용되는 제어장치이어서, 악셀페탈의 답입량 및 엔진회전수에 따른 개방정도에 상기 교체밸브를 제어하는 개방정도 데이터를 기억하는 기억수단과, 악셀페달의 답입량을 검출하고, 상기 악셀페탈의 답입량이 상기 개방정도 데이터에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치보다 작은 때에는, 배기가스의 전량 또는 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 교체밸브제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 악셀패달의 답입량이 작을 때에는, 모든 배기가스를 바이패스 통로로 흘리고, 또는 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하도록 하기 때문에, 배기가스의 온도가 극단으로 낮을 때에 마이크로 DPF가 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본발명은 상기 기재의 제어장치에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치 이상이고 제 2의 역치 이하이고, 또한 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치 이상이고 제 2의 역치 이하인 경우에는, 배기가스의 전량 혹은 대부분을 마이크로 DPF로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 배기가스의 대부분, 혹은 전량이 마이크로 DPF에 흘러들어가고, 배기가스 중의 PM이 마이크로 DPF에 있어서 연속 산화처리된다. 또한, 배기가스의 일부의 PM이 산화처리되는 때에 생기는 연소열에 의해, 마이크로 DPF를 통과한 배기가스는 온도가 유지되어 있고, 메인 DPF에 있어서도 산화처리하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본발명은 상기 기재의 제어장치에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 엔진회전수가 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다 크고, 또한 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다도 큰 때에는, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 엔진회전수가 크거나, 혹인 악셀페달의 답입량이 크기 때문에 배기가스의 온도가 높은 때에, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흘림과 함께, 배기가스의 일부를 마이크로 DPF로 흐르도록 교체 밸브를 제어하기 때문에, 배기 가스의 대부분이 바이패스 통로를 통과하여 메인 DPF에서 처리되고 있는 때에도 마이크로 DPF의 온도가 유지된다.
발명의 효과
본발명에 의하면, 배기가스의 온도변화에 대하여 마이크로 DPF의 온도가 과민하게 따르는 것이 없는 디젤엔진의 배기정화장치가 제공되기 때문에, 주행중에 있어서의 마이크로 DPF의 정화성능을 유지할 수 있음과 함께, 마이크로 DPF의 열에 의한 변형 또는 이에 의한 내구성의 저하를 방지하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 전체구성을 나타내는 사시도이다.
도 2은 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 전체구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 단면도이다.
도 6은 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 측면도이다.
도 7은 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브의 개방정도 데이터를 나타내는 도면이다.
도8은 실시형태(2)에 관한 마이크로 DPF 유닛의 종단면도이다.
도 9은 실시형태(2)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 측면도이다.
도 10은 실시형태(2)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브의 개방정도 데이터를 나타내는 도면이다.
도11은 실시형태(3)에 관한 마이크로 DPF 유닛의 종단면도이다.
도 12은 실시형태(3)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 측면도이다.
도 13은 실시형태(3) 디젤엔진의 배기정화장치의 다른 형태를 나타내는 측면도이다.
도 14은 실시형태(3)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브의 개방정도 데이터를 나타내는 도면이다.
도15은 실시형태(4)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 횡단면도이다.
부호의 설명
10 디젤엔진
11 배기관
11A 상류측의 배기관
11B 하류측의 배기관
12 흡기 매니폴드(manifold)
13 배기 매니폴드
16 악셀포지션센서
18 회전센서
20 제어장치
22 흡기온도센서
24 흡기 스로틀
26 배기 스로틀
27 외부 EGR 배관
28 배기온도센서
29 배기온도센서
30 마이크로 DPF 유닛
31 하우징
32 마이크로 DPF
33 바이패스 통로
34 교체밸브
35 배기가스입구
36 배기가스출구
37 단열층
38A,38B 상자
39 분리자
40 상자
41 경동축(傾動軸)
42 부착판
43 에어실린더
44 연결구
45 레버 링크
46 뚜껑
47 고정판
48 축
49 스토퍼
50 스프링
51 고정용 너트
52 스프링
53 고정구
60 메인 DPF
a1,b1 제1의 역치
a2,b2 제2의 역치
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 도1 내지 7은 본발명에 관한 디젤엔진의 배기정화장치의 실시형태(1)을 나타내는 도면이다.
도1, 2에 나타낸 바와 같이, 디젤엔진의 배기정화장치에는 배기를 정화하는 대상으로 되는 디젤엔진(10)과, 디젤엔진(10)과 배기관(11A)을 개재하여 접속된 마이크로 DPF 유닛(30)과, 마이크로 DPF 유닛(30)과 배기관(11B)을 개재하여 접속된 DPF(60)를 구비한다.
디젤엔진(10)에는, 디젤엔진(10)의 각 실린더에 새로운 공기를 도입하는 흡기 매니폴드(12)와, 각 실린더로부터 배출되는 연소후의 배기를 통하는 배기 매니폴드(14)가 구비된다. 배기 매니폴드(14)에는, 상류측의 배기관(11A)이 접속되어 있는 배기가스는, 상류측의 배기관(11A)을 통하여 마이크로 DPF 유닛(30)에 배기된다. 또한, 상류측의 배기관(11A)은 디젤엔진(10)으로부터 배기된 배기가스가 냉각되지 않도록 단열재로 피복되어 있다.
도 3 내지 5에 나타낸 바와 같이, 마이크로 DPF 유닛(30)은 원통형상의 마이크로 DPF(32)와, 마이크로 DPF(32)와 이간하여 병설된, 단면이 약반원통상인 바이패스 통로(33)와, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이에서 형성된 단열층(37)과, 배기가스가 마이크로 DPF(32) 또는 바이패스 통로(33)의 적어도 일방을 통하도록 유로를 교체하는 교체밸브(34)를 구비한다. 그리하여, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)는 배기가스입구를 구성하는 하우징(31A)과 배기가스출구를 구성하는 하우징(31B)에 각각 끼워 부쳐 고정되어, 일체화되어 있다. 또한, 교체밸브(34)는 하우징(31A)에 경동축(41)을 개재하여 부착되어 있다.
마이크로 DPF(32)는 디젤엔진의 저부하시에 배출되는 비교적 소량의 배기에 포함되는 CO, HC 및 NO를 산화시켜 CO2, H2O 및 NO2로 전환시킴과 함께, PM의 일부를 연속산화처리하는 소형의 CR-DPF이다. 마이크로 DPF(32)의 외주에는, 마이크로 DPF(32)를 보호하는 상자(38A)가 설치되어 있다. 상자(38A)의 재질로서는, 금속, 수지 등의 여러 가지를 사용할 수 있지만, 통상은 내열성이 높은 금속이 사용된다.
또한, 마이크로 DPF(32)는 엔진의 배기 중에 포함되는 CO, HC 및 NO를 산화시켜 CO2, H2O 및 NO2로 전환시키는 산화촉매와, 배기 중에 포함되는 PM(미립자 마커)를 포집하여 처리하는 DPF(디젤 미립자 필터)와를 1개의 용기에 수납한 것이지만, DPF만을 단독으로 사용하는 것도 가능하다. 또한, 설계단계에서 마이크로 DPF(32)의 용량(크기)을 결정하는 경우에는, 배기를 처리하는 디젤엔진의 배기온도특성과 배기의 유량에 따라 결정하여도 좋다.
그리하여, 바이패스 통로(33)는 마이크로 DPF(32)와 단열층(37)을 개재하여 병설된 것이고, 바이패스 통로(33)를 통과한 배기가스는 배기가스출구를 통해 하류측의 배기관(11B)으로 배기된다. 또한, 바이패스 통로(33)는 단면이 약반원상인 상자(38B)에 의해 구성되어 있다.
또한, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이에는, 공기층으로 된 단열층(37)이 설치되어 있다. 본실시의 형태와 같이 공기층을 마련하는 것으로 마이 크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이의 열전도를 억제하는 것이 충분할 수 있지만, 단열재 등을 사용하여 열전도를 보다 억제하는 것도 가능이다.
교체밸브(34)는 경동축(41)을 중심으로 하여 경동하고, 개방정도를 변경하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리하여, 제어장치(20)의 지시에 기초하여, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)에 배기의 유로를 교체하는 기능을 구비하고 있다.
도 4에 있어서, 교체밸브(34)가 34a의 위치에 있는 경우, 바이패스 통로(33)가 교체밸브(34)에 의해 완전하게 닫혀져 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 배기가스의 전량이 마이크로 DPF(32)에 유입하고, 배기 가스 중에 포함되는 CO, HC 및 NO가 산화되어 CO2, H2O 및 NO2로 전환됨과 함께 PM이 연속산화처리된다. 그리하여, 마이크로 DPF(32)를 통과한 배기가스는 배기가스출구(36)를 통하여 하류측의 배기관(11B)으로 흐른다.
또한, 도 4에 있어서, 교체밸브(34)가 34b의 위치에 있는 경우, 바이패스 통로(33)가 개방되어 있다. 그리하여, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF(32)로도 흐르도록, 일부개방되어 있는 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, 마이크로 DPF(32)에서의 배기가스의 통과저항이 바이패스 통로(33)보다도 크기 때문에, 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)를 통과한다. 또한, 배기가스의 일부는 마이크로 DPF(32)로 유입하고, 배기 가스 중에 포함되는 CO, HC 및 NO가 산화되어 CO2, H2O 및 NO2로 전환됨과 함께 PM의 일부가 연속산화처리된다. 그리하여, 마이크로 DPF(32) 및 바이패스 통로(33)를 통과한 배기가스는 배기가스출구(36)를 통하여 하류측의 배기 관(11B)으로 흐른다. 또한, 교체밸브(34)의 34b의 위치로서는, 배기가스 전체 유량의 70 내지 98부피%가 바이패스 통로로 흐르도록 하는 위치인 것이 바람직하고, 또한 배기가스 전체 유량의 85 내지 90부피%가 바이패스 통로로 흐르도록 하는 위치인 것이 특히 바람직하다.
교체밸브(34)의 교체는 도 6에 나타낸 바와 같이, 하우징(31)의 측면에 부착판(42)을 개재하여 설치된 에어실린더(43)에 의해 행해진다. 교체밸브(34)를 경동시키는 경동축(41)에는, 레버링크(45)가 경동축(41)과 회전일체로 되도록 부착고정되어 있다. 그리하여, 레버링크(45)는 에어실린더(43)의 피스톤에 대하여 회전가능으로 되도록 연결구(44)를 개재하여 부착되어 있다. 이에 의해, 에어실린더(43)의 신축동작에 의해 레버링크(45) 및 경동축(41)을 개재하여, 교체밸브(34)의 경동이 조작된다.
그리하여, 레버링크(45)의 경동은 교체밸브(34)가 필요이상으로 경동하지 않도록, 부착판(42)에 설치된 스토퍼(46A) 및 스토퍼(46B)에 의해 제한된다. 예를 들면, 에어실린더(43)의 피스톤이 신장하여 레버링크(45)가 스토퍼(46A)의 위치로 되는 경우에는 교체밸브(34)는 34a의 위치에 있고, 바이패스 통로(33)를 닫고있는 상태로 된다. 또한, 에어실린더(43)의 피스톤이 축퇴하여 레버링크(45)가 스토퍼(46B)의 위치로 되는 경우에는 교체밸브(34)는 34b의 위치에 있고, 바이패스 통로(33)를 개방함과 함께 마이크로 DPF(32)에도 배기가스가 소량 흐르는 상태로 된다. 스토퍼(46B)의 위치를 조정하는 것으로 교체밸브(34)의 정지위치를 조정하는 것이 가능하다.
마이크로 DPF 유닛(30)에 유입한 배기가스는 배기가스입구(35)에 있어서 교체밸브(34)에 의하여 유로를 교체시키고, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 적어도 일방을 흐른다. 그리하여, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 적어도 일방을 통과한 배기가스는 배기가스 출구(36)로 흐른다.
또한, 교체밸브(34)의 개방정도를 제어하는 제어장치(20)는, 운전수가 디젤엔진의 출력을 제어하는 정보를 입력하기 위한 악셀페탈의 답입량(부하)를 검출하여 제어장치 등에 전달하는 악셀포지션센서(16)와, 디젤엔진의 크랭크샤프트의 회전각 등을 읽어내어 제어장치(20)에 대하여 회전각신호(엔진의 회전수 신호를 포함)을 출력하는 회전센서(18)를 구비한다. 또한, 악셀페달의 답입량은 도시하지 않은 연료분사장치에 전달되어, 엔진에 공급되는 연료분사량을 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 하류측의 배기관(11B)에는 메인 DPF(60)가 설치되어 있고, 마이크로 DPF 유닛(30)을 통과한 배기가스가 유입한다. 메인 DPF(60)은 디젤엔진의 고부하시 및 고속주행시에 배출되는 다량의 배기 중에 포함되는 CO, HC 및 NO를 산화시켜 CO2, H2O 및 NO2로 전환시킴과 함께 PM을 연속산화처리하는 대형의 CR-DPF이다.
또한, 마이크로 DPF 유닛(30)은 디젤엔진(10)으로부터의 열전도가 억제되도록, 디젤엔진(10)의 바로 아래에 설치하는 것이 아니라, 디젤엔진(10)보다도 메인 DPF(60)에 가까운 위치에 설치하고 있다. 구체적으로는, 하류측의 배기관(11B)이 상류측의 배기관(11A)보다도 짧게 되어 있다. 또한, 마이크로 DPF 유닛(30)은 이 마이크로 DPF 유닛(30)의 배기가스출구(36)의 중심축이, 메인 DPF(60)의 유로중심축, 및 메인 DPF(60)과 마이크로 DPF 유닛(30)를 접속하는 배기관(11B)의 유로중심축과, 동일선상으로 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 마이크로 DPF 유닛(30)으로부터 메인 DPF(60)까지의 배기가스의 유로가 직선에 가깝게 되기 때문에, 배기가스의 통과저항이 작고, 엔진의 성능의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 디젤엔진의 배기정화장치에는, 상기 DPF의 장치 이외에도, 엔진의 흡기온도를 측정하는 흡기온도센서(22)와, 엔진의 흡기를 조이는 것에 의해 실린더에 흡입되는 새로운 공기의 양을 조절하는 흡기 스로틀(24)과, 엔진의 배기를 조이는 것에 의해 배압을 높게 하여 실린더에 돌아가는 배기의 가스량을 늘리는 제어를 행하는 배기 스로틀(26)이 설치되어 있다. 또한, 배기 스로틀(26)은, 마이크로 DPF 유닛(30)의 하류에 설치도어도 좋고, 메인 DPF(60)의 상류, 또는 하류에 설치되어도 좋다.
또한, 디젤엔진의 배기정화장치에는, 배기매니폴드(14) 등으로부터 취득한 배기를 냉각하여 흡기매니폴드(12) 등에 환류하기 위한 외부 EGR 배관(27)이 설치되어 있고, 재순환시키는 배기가스의 유량은 외부 EGR 밸브에 의해 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 디젤엔진의 배기정화장치에는, 마이크로 DPF 유닛(30)에 유입하는 배기의 온도를 측정하는 배기온도센서(28)와, 메인 DPF(60)에 유입하는 배기의 온도를 측정하는 배기온도센서(29)가 설치되어 있다.
또한, 메인 DPF(60)의 용량(크기) 또는, 각 DPF까지의 배기관(11)의 길이, 교체밸브(34)의 부착위치 등도, 대상으로 되는 차종 또는 엔진의 구성 등에 의해 적절히 결정한다.
상기 실시의 형태(1)에 있어서의 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서는, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)가 이간하여 배치되고, 각각의 사이에 단열층(37)이 설치되어 있기 때문에, 바이패스 통로(33)를 흐르는 배기가스와 마이크로 DPF(32)의 사이의 열전도를 억제시키고, 바이패스 통로(33)를 흐르는 배기가스의 온도변화에 따라서 마이크로 DPF(32)의 온도가 따르는 것이 억제된다. 또한, 마이크로 DPF(32), 바이패스 통로(33)와 외부의 사이의 열전도가 억제되기 때문에, 배기가스의 온도가 낮은 저부하운전시에 있어서, 마이크로 DPF(32) 및 바이패스 통로(33)를 통과하는 배기가스가 외기에 의해 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배기가스의 온도가 높은 고부하운전시에 있어서는, 마이크로 DPF(32) 및 바이패스 통로(33)를 통과하는 배기가스가 주변 기기에 주는 열적 폐해가 방지된다.
또한, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)와 교체밸브(34)를 하우징(31)에 의해 일체화하기 때문에, 마이크로 DPF 유닛(30) 전체의 표면적이 적게 되고, 배기가스의 온도가 낮은 저부하운전시에 외기에 의해 마이크로 DPF 유닛(30) 및 마이크로 DPF 유닛(30)을 통과하는 배기가스가 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배기가스의 온도가 높은 고부하운전시에는, 통과하는 배기가스에 의해 온도가 상승한 마이크로 DPF 유닛(30)이 주변 기기에 주는 열적 폐해를 방지할 수 있다. 또한, 일체화시키는 것으로, 장치가 소형화되기 때문에 제조 비용이 저감됨과 함께 부착작업, 정비작업 등이 용이하게 된다.
또한, 마이크로 DPF 유닛(30)이 디젤엔진(10)으로부터 마이크로 DPF 유닛까지의 상류측의 배기관(11A)의 길이가 길고 열용량이 크기 때문에, 디젤엔진(10) 및 디젤엔진(10)으로부터 배기되는 배기가스의 온도에 대하여 마이크로 DPF 유닛(30)의 온도가 민감하게 따르는 것이 억제된다. 그리하여, 상류측의 배기관(11A)에는 단열재가 피복되어 있기 때문에, 배기가스의 냉각이 방지된다.
또한, 마이크로 DPF 유닛(30)으로부터 메인 DPF(60)까지의 하류측의 배기관(11B)의 길이가 짧게 되기 때문에, 하류측의 배기관(11B)에서의 배기가스의 냉각이 저감되고, 메인 DPF(60)의 입구에서의 배기가스의 온도를 높게 유지할 수 있다.
이하, 상기 디젤엔진의 배기정화장치의 제어에 대하여 설명한다. 도 7은, 도 4에 나타낸 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브(34)을 악셀페달의 답입량(엔진부하 비율) 및 엔진회전수에 따른 개방 정도로 제어하기 위한 개방 정도 데이터를 나타내는 도면이다.
이 도면에 나타낸 개방 정도 데이터는 제어장치(20) 내에 설치된 기억수단에 기억되어 있고, 제어장치(20)는 악셀포지션센서(16)로부터 입력한 악셀페달답입량(%)(엔진의 부하 비율(%)) 및 회전센서(18)로부터 입력한 엔진의 회전수(rpm)에 기초하여, 상기 기억수단에 기억되어 있는 개방정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 제어하는 정보를 출력하는 교체밸브제어수단을 구비한다. 또한, 개방정도 데이타를 기억하는 기억수단은, 제어장치(20)의 내부에 설치되어도 좋고, 제어장치(20)의 외부에 독립하여 설치하여 제어장치(20)와 통신가능하게 접속하여도 좋다.
또한, 도 7에 나타낸 개방정도 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 1의 역치(a1)보다도 작은 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)를 34b의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)는 개방되고, 배기가스의 대부분이 바이패스 통로(33)를 흐르고, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF로 유입한다.
또한, 악셀페달의 답입량이 제 1의 역치(a1) 이상이고 제 2의 역치(a2) 이하이고, 또한 엔진 회전수가 제 1의 역치(b1) 이상이고 제 2의 역치(b2) 이하인 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브(34a)의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)는 폐쇄되어, 배기가스의 전량이 마이크로 DPF(32)에 유입한다. 또한 악셀페달의 답입량에 대하여 미리 설정된 제 1의 역치(a1) 및 제 2의 역치(a2)는, 제 2의 역치(a2)≥제 1의 역치(a1)로 되어 있다. 유사하게, 엔진의 회전수에 대하여 미리 설정된 제 1의 역치(b1)와 제 2의 역치(b2)에 대해서도, 제 2의 역치(b2)≥제 1의 역치(b1)로 되어 있다. 또한 악셀페달의 답입량에 대하여 미리 설정된 제 2의 역치(a2)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 엔진회전수에 따라 변화하는 수치이고, 엔진회전수가 크게 됨에 따라 제 2의 역치(a2)도 크게 되도록 설정되어 있다.
또한, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 2의 역치(a2)보다 크고, 또한 엔진 회전수가 미리 설정된 제 2의 역치(b2) 보다 큰 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브(34)를 34b의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하 여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)는 개방되어, 배기가스의 대부분이 바이패스 통로(33)를 흐르고, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF(32)로 유입한다.
구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 엔진 회전수가 1500rpm인 경우에 있어서, 운전수가 악셀페달을 60% 답입하고 있는 중회전, 중부하의 운전상태에서는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 2의 역치(b2) 보다 크게 되어 있다. 중회전, 중부하의 운전 상태에서는, 배기가스의 온도가 메인 DPF(60)에 있어서 충분히 정화할 수 있는 온도로 상승하고 있다. 따라서, 제어장치(20) 내의 교체밸브 제어수단은 교체밸브(34)를 34b의 위치로 경동하고, 바이패스 통로(33)를 개방하여 메인 DPF(60)에 직접 배기가스를 흘리도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
이 때, 마이크로 DPF(32)의 배기가스의 통과저항이 바이패스 통로(33)보다도 크기 때문에, 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)를 통과하고, 메인 DPF(60)에 있어서 배기가스 중의 PM은 연속산화처리된다. 또한, 배기가스의 일부는, 마이크로 DPF(32)로 흐르고, 유사하게 배기가스 중의 PM은 연속산화처리된다. 이에 의해, 메인 DPF(60) 사용시에도 마이크로 DPF(32)에 소량의 배기를 계속 흘리는 것에 의해, 마이크로 DPF(32)의 온도를 소정의 온도로 유지하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해, 운전상황에 의해 부하가 감소하고, 마이크로 DPF(32)에 배기의 흐름을 교체한 경우에도, 교체 직후로부터 마이크로 DPF(32)는 PM을 연속처리하는 것이 가능하게 되고, 운전상황이 급히 변화한 경우에 있어서도 PM을 연속재생하는 것이 가능하게 된다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 20% 부근까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 제 1의 역치(a1) 이상이면서 제 2의 역치(a2) 이하이고, 또한 엔진회전수가 제 1의 역치(b1) 이상이고 제 2의 역치(b2) 이하로 된다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브 제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 34a의 위치로 경동하고, 바이패스 통로(33)를 닫아서 배기가스의 전량을 마이크로 DPF(32)로 흐르도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
상기와 같은 엔진회전수, 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은 정속주행시 등에 알맞다. 이 상태에서는, 배기가스의 전량이 마이크로 DPF(32)로 흐르고, 배기가스 중에 포함된 PM의 일부가 연속산화처리된다. 또한, 교체밸브(34)를 교체하여 바이패스 통로(33)를 닫아, 배기가스의 유로를 마이크로 DPF(32)로 교체하기 때문에, 배기가스의 통과저항이 증대하여 엔진배기압력이 바이패스 통로(33)로 배기가스를 흘리는 경우보다도 높게 된다. 이 때문에, 배기가스의 디젤엔진(10)으로의 역류가 증대하여 배기가스의 온도가 높아지고, 마이크로 DPF(32)로 유입하는 배기가스의 온도는 PM을 연속재생가능한 온도로 되어 있다. 또한, 배기가스의 일부의 PM이 산화처리되는 때에 연소열이 발생하기 때문에, 마이크로 DPF(32)의 온도는 상승한다. 이 때문에, 마이크로 DPF(32)를 통과한 배기가스는, 온도가 유지되어 있고, 메인 DPF에 있어서도 산화처리하는 것이 가능하게 된다.
또한, 이 때 배기 스로틀(26)의 스로틀양도, 악셀페달의 답입량 또는 엔진의 회전수에 따라 스로틀양을 제어하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 기억수단에, 엔진의 회전수가 소정의 회전수보다도 낮고, 또한 악셀페달의 답입량이 소정의 답입량보다도 작은 경우에, 배기 스로틀(26)을 조이도록 배기 스로틀의 스로틀양 데이터를 입력하여 두고, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량과 엔진의 회전수를 입력하여 상기 배기 스로틀의 스로틀양 데이터를 참조하여, 배기 스로틀(26)을 제어하는 정보를 출력하도록 하여도 좋다.
이에 의해 흡기 스로틀(24)을 조여도 배기온도가 소정의 온도에 도달하지 않는 것과 같은 아이들링 시 등의 저부하저회전의 운전영역에 있어서도, 흡기 스로틀(24)을 조임과 함께 배기 스로틀(26)을 조이는 것에 의해 배기를 높여, 실린더로 돌아오는 배기의 양을 많게 하여 배기온도를 확보하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 이와 같이 하여, 보다 넓은 운전영역에서 배기에 포함되는 PM을 연속재생하는 처리를 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 2% 이하까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 1의 역치(a1)보다도 작게 되어 있다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 다시 34b의 위치로 경동하고, 바이패스 통로(33)를 개방하도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
상기와 같은 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은, 아이들링시, 긴 내리막길 주행시, 고속주행으로부터의 감속시 등에 알맞다. 이러한 초저부하 상태에 있 어서는, 배기가스의 온도가 극단으로 낮지만, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로(33)로 흘리고, 마이크로 DPF(32)로의 배기가스의 유입을 감소시키기 때문에, 마이크로 DPF(32)의 온도저하가 방지된다. 또한, 바이패스 통로(33)와 마이크로 DPF(32)의 사이에는 단열층(37)이 설치되어 있기 때문에, 바이패스 통로(33)를 통과하는 배기가스에 의한 마이크로 DPF(32)의 냉각이 방지된다. 따라서, 다시 악셀페달의 답입량을 되돌리는 등 하여 마이크로 DPF(32)에 정화성능이 요구되는 주행조건으로 된 때까지 정화성능이 유지되는 것으로 된다. 또한, 이 운전조건에서는 PM, NOx 등이 극히 작기 때문에 DPF에서 정화처리할 필요가 없다. 또한, 교체밸브(34)의 34b의 위치는, 중/고 부하 상태와 초저부하상태 시에 병용하기 때문에, 중/고 부하상태시에 있어서 마이크로 DPF(32)의 온도가 유지되고, 또한 초저부하상태에 있어서, 마이크로 DPF(32)의 온도저하가 억제되도록 하는 위치인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 배기가스 전체 유량의 70 내지 98부피%가 바이패스 통로로 흐르도록 하는 위치인 것이 바람직하고, 배기가스 전체 유량의 85 내지 90부피%가 바이패스 통로로 흐르는 위치인 것이 특히 바람직하다.
또한, 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)가 교체된 후, 교체된 상태를 소정시간 유지하도록 교체밸브(34)를 제어하는 것이 바람직하다. 교체밸브(34)가 교체된 후에 교체된 상태를 소정시간 유지하는 것에 의해, 교체밸브(34)가 악셀페달의 답입량 또는 엔진의 회전수 등에 과민하게 반응하여, 빈번하게 교체동작이 행해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 교체된 상태를 유지하는 시간은 바람직하게는 1 내지 5초이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 3초이다.
또한, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은, 마이크로 DPF(32) 또는 메인 DPF(60)으로 유입하는 배기의 온도를 측정하는 배기온도센서(28, 29)로부터 입력한 배기온도에 기초하여, 교체밸브(34)를 제어하는 정보를 출력하고, 배기온도를 소정의 온도범위로 제어하도록 하여도 좋다. 이 경우에 교체밸브제어수단은, 배기온도에 따라 교체밸브(34)의 개방 정도 데이타를 옮기는 처리를 행하여도 좋고, 교체밸브(34)로 출력하는 제어정보에 대하여 소정의 계수를 가산 또는 승산하는 처리를 행하여도 좋다.
또한, 디젤엔진의 흡기온도를 측정하는 흡기온도센서(22)를 흡기매니폴드(12) 등에 구비하고, 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)의 개방 정도 데이터에 부가하여 흡기온도센서(22)로부터 입력한 흡기온도에 기초하여, 교체밸브(34)를 제어하는 정보를 출력하도록 하여도 좋다. 이 경우에 교체밸브제어수단은, 흡기온도에 따라서 교체밸브의 개방 정도 데이타를 옮기는 처리를 행해여도 좋고, 교체밸브(34)에 출력하는 제어정보에 대하여 소정의 계수를 가산 또는 승산하는 처리를 행하여도 좋다.
이와 같이, 교체밸브제어수단이 배기온도 또는 흡기온도를 입력하여 배기온도를 제어하는 것에 의해, 안정한 사용조건으로부터 일탈하여 배기의 온도가 변화한 경우에 있어서도, 소정의 배기온도를 유지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 다기통의 배기관이 집합하고 있는 경우에는, 배기의 맥동을 이용하는 것에 의하여 배기효율을 높이는 수법으로 배기관을 설정하는 것이 보통이지만, 메인 DPF(60)으로 유입하는 배기의 온도를 소정의 온도 이상으로 확보하기 위해 마이 크로 DPF(32)를 배기포트와 가깝게 위치하면, 배기간섭을 발생시키기도 하고, 펌핑 손실이 증대하여 배기효율이 악화한다고 하는 문제점이 생기기 때문에, 메인 DPF(60)에 도달하는 배기의 온도가 높은 운전영역에서는, 가능한 한 메인 DPF(60)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실시형태(1)에서의 디젤엔진의 배기정화장치의 제어에 의하면, 아이들링 시, 긴 내리막길 주행시, 고속주행으로부터의 감속시와 같이 배기가스의 온도가 극단으로 낮은 때에 마이크로 DPF(32)의 냉각이 억제되어, 또한 마이크로 DPF(32)에 정화성능이 요구되는 주행조건으로 된 때까지 정화성능이 유지된다.
연이어, 본발명의 실시형태(2)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 관하여, 도 8 내지 10에 기초하여 설명한다.
실시형태(2)에서는, 도8에 나타낸 바와 같이, 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 교체밸브(34)의 위치가, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로(33)로 흘리고, 소량을 마이크로 DPF(32)로 흘리는 34g의 위치와, 배기가스의 전량을 바이패스 통로(33)로 흐르도록 마이크로 DPF(32)를 닫는 34f의 위치와의 2단계로 교체하는 것이 가능하다는 것을 특징으로 한다.
그리하여, 교체밸브(34)가 34f의 위치에 있는 경우는, 배기가스의 대부분이 마이크로 DPF(32)로 흐르도록 개방시켜두고, 또한 바이패스 통로(33)의 측에서도 배기가스의 일부가 흐르도록 일부개방되어 있는 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, 배기가스의 대부분이 마이크로 DPF(32)에 유입하고, 배기 가스 중에 포함되는 CO, HC 및 NO가 산화되어 CO2, H2O 및 NO2로 전환됨과 함께 PM이 연속산화처리된다. 그리하여, 마이크로 DPF(32)을 통과하는 배기가스는 배기가스출구(36)을 통하여 하류측의 배기관(11B)으로 흐른다. 또한, 일부의 배기가스는 바이패스 통로를 통과하여 하류측의 메인 DPF에 있어서 처리된다.
또한, 도 8에 있어서, 교체밸브(34)가 34g의 위치에 있는 경우에는, 바이패스 통로(33)가 개방되어 있다. 그리하여, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF(32)으로도 흐르도록, 일부 개방되어 있는 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, 마이크로 DPF(32)에서의 배기가스의 통과저항이 바이패스 통로(33)보다도 크기 때문에, 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)를 통과한다. 또한, 배기가스의 일부는 마이크로 DPF(32)로 유입하고, 배기가스 중에 포함된 PM의 일부는 연속산화처리된다. 그리하여, 마이크로 DPF(32) 및 바이패스 통로(33)를 통과한 배기가스는 배기가스출구(36)을 통하여 하류측의 배기관(11B)으로 흐른다.
연이어, 이 실시형태(2)에서의 교체밸브(34)의 교체에 대하여 설명한다. 교체밸브(34)는, 상기 실시형태(1)와 유사하게, 도 9에 나타낸 바와 같은, 하우징(31)의 측면에 부착판(42)을 개재하여 설치된 에어실린더(43)에 의해 행하는 것이 가능하다. 또한, 교체밸브(34)가 34f의 위치에서 경동이 정지하도록, 스토퍼(46A)의 위치가 조정되어 있다. 즉, 에어실린더(43)의 피스톤이 신장하여 레버링크(45)가 스토퍼(46A)의 위치로 되는 경우에, 교체밸브(34)가 34f의 위치에 있고, 마이크로 DPF(32)에도 배기가스의 대부분이 흐르고, 바이패스 통로(33)에도 배기가 스가 소량 흐르는 상태로 된다.
도 10은, 도 8에 나타낸 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브(34)를 악셀페달의 답입량(엔진 부하비율) 및 엔진회전수에 따른 개방 정도로 제어하기 위한 개방 정도 데이타를 나타내는 도면이다.
도 10에 나타낸 교체밸브(34)의 개방 정도 데이타는 상기 실시형태(1)와 유사하게 제어장치(20) 내에 설치된 기억수단으로 기억되어 있다. 제어장치(20)의 구성에 대해서는, 상기 실시형태(1)에 준한다.
또한, 도 10에 나타낸 개방 정도 데이타로부터 알 수 있는 바와 같이, 악셀페달의 답입량(엔진 부하비율)이 미리 설정된 제 1의 역치(a1)보다도 작은 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)를 34g의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)는 개방되어, 배기가스의 대부분이 바이패스 통로(33)를 흐르고, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF로 유입한다.
또한, 악셀페달의 답입량이 제 1의 역치(a1) 이상이고 제 2의 역치(a2) 이하이고, 또한 엔진회전수가 제 1의 역치(b1)이상이고 제 2의 역치(b2) 이하인 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브 34f의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)로의 배기가스의 유입이 감소하고, 배기가스의 대부분이 마이크로 DPF(32)로 유입하고, 배기가스의 일부가 바이패스 통로(33)로 흐른다. 또한, 악셀페달의 답입량에 대하여 미리 설정된 제 1의 역치(a1)와 제 2의 역치(a2)는, 제 2의 역치(a2)≥제 1의 역 치(a1)로 되어 있다. 유사하게, 엔진회전수에 대하여 미리 설정된 제 1의 역치(b1)과 제 2의 역치(b2)에 대해서도, 제 2의 역치(b2)≥제 1의 역치(b1)으로 되어 있다. 또한, 악셀페달의 답입량에 대하여 미리 설정된 제 2의 역치(a2)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 엔진회전수에 따라 변화하는 값이고, 엔진회전수가 크게 됨에 따라 제 2의 역치(a2)도 크게 되도록 설정되어 있다.
또한, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 2의 역치(a2)보다 크고, 또는 엔진회전수가 미리 설정된 제 2의 역치(b2)보다도 큰 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)를 34b의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 이에 의해, 바이패스 통로(33)는 개방되어, 배기가스의 대부분이 바이패스 통로(33)를 흐르고, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF로 유입한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 엔진회전수가 1500rpm의 경우이어서, 운전수가 악셀페달을 60% 답입하고 있는 중회전, 중부하의 운전상태에서는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 2의 역치(b2) 보다 크게 되어 있다. 중회전, 중부하의 운전 상태에서는, 배기가스의 온도가 메인 DPF(60)에 있어서 충분히 정화할 수 있는 온도로 상승하고 있다. 따라서, 제어장치(20) 내의 교체밸브 제어수단은 교체밸브(34)를 34g의 위치로 경동하도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 그리하여, 교체밸브(34)가 34g의 위치에 있기 때문에 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)로 흐르고, 소량의 배기가스가 마이크로 DPF(32)로 흐르게 된다.
메인 DPF(60)의 사용시에도 마이크로 DPF(32)으로 소량의 배기를 연속흘리는 것에 의해, 마이크로 DPF(32)의 온도를 소정의 온도로 유지하는 것이 가능하게 되고, 운전상황에 의해 부하가 감소하고, 마이크로 DPF(32)으로 배기의 흐름을 교체한 경우이어도, 교체직후부터 마이크로 DPF(32)는 PM을 연속처리하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 운전상황이 급히 변화한 경우에 있어서도 PM을 연속재생하는 것이 가능하게 된다. 또한, 교체밸브(34)의 34g의 위치로서는, 배기가스 전체 유량의 70 내지 98부피%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 바람직하고, 배기가스 전체 유량의 85 내지 90부피%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 특히 바람직하다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 20% 부근까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 제 1의 역치(a1) 이상이면서 제 2의 역치(a2) 이하이고, 또한 엔진회전수가 제 1의 역치(b1) 이상이고 제 2의 역치(b2) 이하로 된다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브 제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 34f의 위치로 경동하도록 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다. 그리하여, 교체밸브(34)가 34f의 위치에 있기 때문에 배기가스의 대부분은 마이크로 DPF(32)으로 흐르고, 소량의 배기가스가 바이패스 통로(33)으로 흐르게 된다.
상기와 같은 엔진회전수, 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은 정속주행시 등에 알맞다. 이 상태에서는, 배기가스의 대부분이 마이크로 DPF(32)로 흐르고, 배기가스 중에 포함된 PM의 일부가 연속산화처리된다. 또한, 교체밸브(34)를 교체하여 배기가스의 대부분을 마이크로 DPF(32)으로 흘리기 때문에, 배기가스의 통과 저항이 증대하여 엔진배기압력이 바이패스 통로(33)에 대부분의 배기가스를 흘리는 경우보다도 높게 된다. 이 때문에, 배기가스의 디젤엔진(10)으로의 역류가 증대하여 배기가스의 온도가 높아지고, 마이크로 DPF(32)로 유입하는 배기가스의 온도는 PM을 연속재생가능한 온도로 되어 있다. 또한, 교체밸브(34)의 34f의 위치로서는, 배기가스 전체 유량의 2 내지 30vol%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 바람직하고, 배기가스 전체 유량의 10 내지 15vol%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 특히 바람직하다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 2% 이하까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 1의 역치(a1)보다 작게 되어 있다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이타를 참조하여, 교체밸브(34)를 다시 34g의 위치로 경동하고, 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)로 흐르도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
상기와 같은 엔진회전수, 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은, 아이들링 시, 긴 내리막길 주행시 또는, 고속주행으로부터의 감속시 등의 주행조건에 보여진다. 이 상태에서는, 배기가스의 온도가 극단으로 낮지만, 배기가스의 마이크로 DPF(32)로의 흐름을 소량으로 함으로써 마이크로 DPF(32)읜 온도저항을 방지할 수 있다. 또한, 바이패스 통로(33)와 마이크로 DPF(32)의 사이에는 단열층(37)이 설치되어 있기 때문에, 바이패스 통로(33)를 통과한 배기가스에 의한 마이크로 DPF(32)의 냉각이 방지된다. 이 결과, 초저부하상태인 아이들링 시, 긴 내리막길 주행시 또는, 고속주행으로부터의 감속시 등과 같이 배기가스온도가 극단으로 낮은 때에 마이크로 DPF(32)의 냉각이 완전히 억제된다. 따라서, 다시 악셀페달의 답입량을 되돌리는 등 하여 마이크로 DPF(32)에 정화성능이 요구되는 주행조건으로 된 때까지 정화성능이 유지되는 것으로 된다. 또한, 이 운전조건에서는 PM, NOx 모두 극히 작기 때문에 CR-DPF로 정화하는 필요가 없다.
본발명의 실시형태(2)에서의 디젤엔진의 배기정화장치에 의하면, 상기 실시형태(1)와 유사한 효과를 이룸과 함께, 교체밸브(34)를 교체한 때의, 배기가스의 통과저항의 증대를 저감할 수 있고, 엔진배기압력의 상승 및 이에 의한 배기가스온도의 극단적 상승을 억제할 수 있다.
연이어, 본발명의 실시형태(3)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 대하여, 도 11 내지 14에 기초하여 설명한다.
실시형태(3)에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 실시형태(1)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 있어서, 교체밸브(34)의 위치가, 배기가스의 전량을 마이크로 DPF(32)으로 흐르도록 바이패스 통로(33)를 닫은 34c의 위치와, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로(33)로 흘리고, 소량을 마이크로 DPF(32)로 흘리는 34d의 위치와, 배기가스의 전량을 바이패스 통로(33)로 흐르도록 마이크로 DPF(32)를 닫은 34e의 위치와의 3단계로 교체하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
도 11에 있어서, 교체밸브(34)가 34c의 위치에 있는 경우는, 바이패스 통로(33)가 폐쇄되어 있다. 이 상태에서는, 배기가스의 전량은 마이크로 DPF(32)으로 유입하고, 배기가스 중에 포함되는 PM의 일부가 연속산화처리된다. 그리하여, 마이 크로 DPF(32)을 통과한 배기가스는 배기가스출구(36)를 통하여 하류측의 배기관(11B)으로 흐른다.
또한, 도 11에 있어서, 교체밸브(34)가 34d의 위치에 있는 경우에는, 바이패스 통로(33)가 개방되어 있다. 그리하여, 배기가스의 일부가 마이크로 DPF(32)에도 흐르도록, 일부개방되어 있는 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, 마이크로 DPF(32)에서의 배기가스의 통과저항이 바이패스 통로(33)보다도 크기 때문에, 배기가스의 대부분은 바이패스 통로(33)를 통과한다. 또한, 배기가스의 일부는 마이크로 DPF(32)으로 유입하고, 배기가스 중에 포함된 PM의 일부는 연속산화처리된다. 그리하여, 마이크로 DPF(32) 및 바이패스 통로(33)를 통과한 배기가스는 배기가스출구(36)을 통하여 하류측의 배기관(11B)으로 흐른다.
또한, 도 11에 있어서 교체밸브(34)가 34e의 위치에 있는 경우에는, 마이크로 DPF(32)가 완전히 닫혀져 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 배기가스의 전량이 바이패스 통로(33)로 유입한다.
연이어, 이 실시형태(3)에서의 교체밸브(34)의 교체에 대하여 설명한다. 교체밸브(34)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 실시형태(1)와 유사하게, 하우징(31)의 측면에 부착판(42)을 개재하여 설치된 에어실린더(43)에 의해 행해진다.
부착판(42)에는, 구멍이 마련된 고정판(47A, 47B)이 부착되어 있고, 각 고정판(47A, 47B)에는, 축(48)이 상기 구멍을 연통하여 이동가능하게 되도록 설치되어 있다. 축(48)의 양단에는, 축(48)의 이동을 제한하는 스토퍼(49, 49B)가 설치되어 있다. 그리하여, 축(48)에는, 각 고정판(47A, 47B)의 위치에, 레버링크(45)의 경동 을 조정하는 위치조정부재로서, 스프링(50A, 50B)과, 각 스프링(50A, 50B)의 신장을 규제하는 고정용 너트(51A, 51B)가 설치되어 있다. 스프링(50A, 50B)이 갖는 탄성력에 의해, 레버링크(45)의 경동이 규제된다. 또한, 위치조정부재로서, 스프링을 사용하고 있지만 고무 등의 각종 탄성체를 사용하는 것이 가능하다.
예를 들면, 에어실린더(43)의 피스톤이 신장한 경우, 레버링크(45)는 경동하고, 레버링크(45)는 스토퍼(49B)가 고정판(47B)에 접촉할 때까지 경동한다. 이 경우, 교체밸브(34)는 34c의 위치에 있고, 바이패스 통로(33)를 닫고 있는 상태로 된다. 에어실린더(43)에 압력이 걸리지 않는 경우에는, 레버링크(45)는 스프링(50A)와 스프링(50B)의 탄성력이 균형이 잡히는 위치까지 경동한다. 이 경우, 교체밸브(34)는 34d의 위치에 있고, 바이패스 통로(33)를 개방함과 함께, 마이크로 DPF(32)에도 배기가스가 소량 흐르는 상태로 된다. 또한, 에어실린더(43)의 피스톤이 축퇴한 경우에는, 레버링크(45)는 스토퍼(49A)가 고정판(47A)에 접촉할 때까지 경동한다. 이 경우, 교체밸브(34)는 34e의 위치에 있고, 마이크로 DPF(32)를 닫고 있는 상태로 된다.
또한, 도 13은, 교체밸브(34)의 교체수단의 다른 형태를 나타내는 도면이다. 이 형태에서는, 교체밸브(34)의 교체는 상기 형태와 유사하게 에어실린더(43)에 의해 행해진다. 그리하여, 이 형태에서는, 레버링크(45)의 경동을 조정하는 위치조정부재로서, 레버링크(45)의 일단에 스프링(52)의 일단이 부착되어 있다. 스프링(52)의 타단은 고정구(53)에 의해 고정되어 있다.
이 형태에서는, 에어실린더(43)의 피스톤이 신장한 경우, 레버링크(45)는 경 동하고, 스프링(52)을 신장하여 스토퍼(46A)의 위치까지 경동한다. 에어실린더(43)에 압력이 걸리지 않은 경우에는, 레버링크(45)는 스프링(52)의 탄성력에 의해 중간위치에서 고정된다. 이 경우, 교체밸브(34)는 34d의 위치에 있고, 바이패스 통로(33)를 개방함과 함께, 마이크로 DPF(32)에도 배기가스가 소량 흐르는 상태로 된다. 또한, 에어실린더(43)의 피스톤이 축퇴한 경우에는, 레버링크(45)는 스프링(52)을 신장하여 스토퍼(46B)의 위치까지 경동한다. 이 경우, 교체밸브(34)는 34e의 위치에 있고, 마이크로 DPF(32)을 닫고 있는 상태로 된다.
또한, 이 형태에 있어서는, 에어실린더로서 예를 들면 에어 공급압력을 교체할 수 있는 다단식의 에어실린더를 사용하는 것으로, 교체밸브(34)의 개방 정도를 교체하는 것도 가능하다.
도 14는, 도 11에 나타낸 디젤엔진의 배기정화장치에 사용하는 교체밸브(34)를 악셀페달의 답입량(엔진 부하비율) 및 엔진회전수에 따른 개방 정도로 제어하기 위한 개방 정도 데이타를 나타내는 도면이다.
도 14에 나타낸 교체밸브(34)의 개방 정도 데이터는 상기 실시형태(1)와 유사하게 제어장치(20) 내에 설치된 기억수단에 기억되어 있다. 제어장치(20)의 구성에 대하여는, 상기 실시형태(1)에 준한다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 엔진회전수가 1500rpm의 경우이어서, 운전자가 악셀페달을 60% 답입하고 있는 중회전, 중부하의 운전상태에서는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 2의 역치(a2)보다 크게 되어 있다. 배기가스의 온도가 메인 DPF(60)에 있어서 충분히 정화할 수 있는 온도로 상승하여 있다. 따라서, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은, 교체밸브(34)를 34d의 위치로 경동하고, 바이패스 통로(33)를 개방하여 메인 DPF(60)에 직접 배기가스를 흐르도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
또한, 바이패스 통로를 개방하여 메인 DPF(60)에 직접 배기가스를 흘리고 있는 경우에, 모든 배기를 메인 DPF(60)만으로 흘리지 않고, 마이크로 DPF(32)에도 소량의 배기가 흐르도록 교체밸브(34) 등을 구성하고 있다. 메인 DPF(60) 사용시에도 마이크로 DPF(32)에 소량의 배기를 계속 흘리는 것에 의해, 마이크로 DPF(32)의 온도를 소정의 온도로 유지하는 것이 가능하게 되고, 운전상황에 의해 부하가 감소하고, 마이크로 DPF(32)에 배기의 흐름을 교체한 경우이어도, 교체 직후부터 마이크로 DPF(32)는 PM을 연속처리하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 운전상황이 급히 변화한 경우이어도 PM을 연속재생하는 것이 가능하게 된다. 또한, 교체밸브(34)의 34d의 위치로서는, 배기가스 전유량의 70 내지 98부피%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 바람직하고, 배기가스 전체 유량의 85 내지 90부피%가 바이패스 통로(33)로 흐르도록 하는 위치인 것이 특히 바람직하다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 20% 부근까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 제 1의 역치(a1) 이상이면서 제 2의 역치(a2) 이하이고, 또한 엔진회전수가 제 1의 역치(b1) 이상이고 제 2의 역치(b2) 이하로 된다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브 제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 34c의 위치로 경동하고, 바이패스 통로(33)를 닫아 배기가스의 전량을 마이크로 DPF(32)로 흐르도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
상기와 같은 엔진회전수, 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은 정속주행시 등에 알맞다. 이 상태에서는, 배기가스의 전량이 마이크로 DPF(32)로 흐르고, 배기가스 중에 포함된 PM의 일부가 연속산화처리된다. 또한, 교체밸브(34)를 교체하여 바이패스 통로(33)를 닫아, 배기가스의 유로를 마이크로 DPF(32)로 교체하기 때문에, 배기가스의 통과저항이 증대하여 엔진배기압력이 바이패스 통로(33)로 배기가스를 흘리는 경우보다도 높게 된다. 이 때문에, 배기가스의 디젤엔진(10)으로의 역류가 증대하여 배기가스의 온도가 높아지고, 마이크로 DPF(32)로 유입하는 배기가스의 온도는 PM을 연속재생가능한 온도로 되어 있다.
연이어, 엔진회전수가 1500rpm의 운전상태에서, 운전수가 악셀페달의 답입량을 다시 2% 이하까지 되돌린 경우에는, 악셀페달의 답입량이 미리 설정된 제 1의 역치(a1)보다도 작게 되어 있다. 이 경우에는, 제어장치(20) 내의 교체밸브제어수단은 교체밸브의 개방 정도 데이터를 참조하여, 교체밸브(34)를 34e의 위치로 경동하고, 마이크로 DPF(32)를 닫아 바이패스 통로(33)를 개방하도록, 교체밸브(34)에 대하여 제어신호를 출력한다.
상기와 같은 엔진회전수, 악셀페달의 답입량으로 되는 주행조건은, 아이들링시, 긴 내리막길 주행시, 또는 고속주행으로부터의 감소시 등의 주행조건에서 보여진다. 이 상태에서는, 배기가스온도가 극히 낮지만, 배기가스의 마이크로 DPF(32)로의 흐름을 완전히 방지함으로써 마이크로 DPF(32)의 온도저하를 방지할 수 있다. 또한, 바이패스 통로(33)와 마이크로 DPF(32)와의 사이에는 단열층(37)이 설치되어 있기 때문에, 바이패스 통로(33)를 통과하는 배기가스에 의한 마이크로 DPF(32)의 냉각이 방지된다. 이 결과, 초저부하상태인 아이들링시, 긴 내리막길 주행시, 고속주행으로부터의 감소시 등과 같이 배기가스온도가 극히 낮은 때에 마이크로 DPF(32)의 냉각이 완전히 억제된다. 따라서, 다시 악셀페달의 답입량을 되돌리는 등 하여 마이크로 DPF(32)에 정화성능이 요구되는 주행조건으로 된 때까지 정화성능이 유지되는 것으로 된다. 또한, 이 운전조건에서는, PM, NOx 모두 극히 작기 때문에 CR-DPF로 정화할 필요가 없다.
본발명의 실시형태(3)에서의 디젤엔진의 배기정화장치에 의하면, 상기 실시형태(1)과 유사한 효과를 이룸과 함께, 초저부하상태인 아이들링시, 긴 내리막길 주행시, 또는 고속주행으로부터의 감소시 등과 같이 배기가스온도가 극히 낮은 때에는, 배기가스의 마이크로 DPF(32)로의 유입이 완전히 억제기 때문에, 마이크로 DPF(32)의 냉각이 보다 확실하게 억제된다. 그리하여, 다음에 마이크로 DPF(32)으로 정화성능이 요구되는 주행조건으로 된 때까지 정화성능이 유지된다.
또한, 본발명의 실시형태(4)에 대하여, 도 15에 기초하여 설명한다.
실시형태(4)에 있어서는, 단면이 약타원형인 통형의 상자(40)의 내부의 일단에 원통형상의 마이크로 DPF(32)가 설치되어 있고, 마이크로 DPF(32)에 근접하여 분리자(39)가 병설된 상자(40)의 내부의 다단에 바이패스 통로(33)를 형성시킨다. 그리하여, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이에, 바이패스 통로(33)로부터 마이크로 DPF(32)로의 열전달을 억제하기 위해 단열층(37)이 설치되어 있다.
이 실시형태에서는, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)를 형성하는 분리 자(39)가 일부 접촉하고 있지만, 마이크로 DPF(32)가 바이패스 통로(33)와 서로 마주보는 면의 대부분은 단열층(37)이 설치되어 있기 때문에, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이의 열전도가 억제된다.
실시형태(4)에 관한 디젤엔진의 배기정화장치에 의하면, 상기 실시형태(1)와 유사한 효과를 이룸과 함께, 단열층(37)이 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이에 설치되어 있기 때문에, 마이크로 DPF(32)가 바이패스 통로(33)로부터 열적으로 확실하게 차단되어, 온도가 낮은 배가가스가 바이패스 통로(33)를 흐르는 때에 마이크로 DPF(32)가 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시형태(1) 내지 (4)에 있어서는, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33)의 사이에 공기층 등의 단열층(37)을 마련하는 것으로, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33) 사이의 열전도를 억제하고 있지만, 예를 들면 마이크로 DPF(32) 또는 바이패스 통로(33)의 상자에 단열재를 사용하는 것으로, 마이크로 DPF(32)와 바이패스 통로(33) 사이에 단열층을 설치하는 구성으로서도 좋다.
본발명의 디젤엔진의 배기정화장치는 트럭 등의 자동차에 사용되는 디젤엔진으로부터 배출되는 입자상 물질(PM)의 배출을 저감하는 것이 가능하고, 적합하게 사용된다.

Claims (22)

  1. 디젤엔진의 배기가스에 포함되는 미립자 마커를 포집하여 처리하는 마이크로 DPF와,
    이 마이크로 DPF와 병설된 바이패스 통로와,
    이 바이패스 통로와 상기 마이크로 DPF 사이에 설치되어, 이 바이패스 통로를 흐르는 배기가스와 상기 마이크로 DPF와의 사이의 열전도를 억제하는 단열층과,
    배기가스가 상기 마이크로 DPF 또는 상기 바이패스 통로의 적어도 일방을 흐르도록 유로를 교체하는 교체 밸브를 갖는 디젤엔진의 배기가스 정화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 마이크로 DPF와 바이패스 통로와 교체 밸브가 하우징에 의해 일체화된 마이크로 DPF 유닛을 구성하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 마이크로 DPF와 디젤엔진을 접속하는 배기관이 단열재에 의해 피복된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 마이크로 DPF보다 하류측에 메인 DPF가 설치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  5. 제 3항에 있어서, 마이크로 DPF보다 하류측에 메인 DPF가 설치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  6. 제 4항에 있어서, 마이크로 DPF가 디젤엔진보다도 메인 DPF에 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  7. 제 5항에 있어서, 마이크로 DPF가 디젤엔진보다도 메인 DPF에 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  8. 제 4항에 있어서, 마이크로 DPF 유닛의 배기 가스출구의 중심축이 메인 DPF의 유로중심축과 동일선상으로 되도록 상기 마이크로 DPF 유닛이 배치되는 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  9. 제 5항에 있어서, 마이크로 DPF 유닛의 배기 가스출구의 중심축이 메인 DPF의 유로중심축과 동일선상으로 되도록 상기 마이크로 DPF 유닛이 배치되는 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  10. 제 6항에 있어서, 마이크로 DPF 유닛의 배기 가스출구의 중심축이 메인 DPF의 유로중심축과 동일선상으로 되도록 상기 마이크로 DPF 유닛이 배치되는 있는 것 을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  11. 제 7항에 있어서, 마이크로 DPF 유닛의 배기 가스출구의 중심축이 메인 DPF의 유로중심축과 동일선상으로 되도록 상기 마이크로 DPF 유닛이 배치되는 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  12. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    악셀패달의 답입량 및 엔진 회전수에 따른 개방정도로 교체밸브를 제어하기 위한 개방정도 데이터를 기억하는 기억수단과,
    악셀패달의 답입량을 검출하고, 상기 악셀패달의 답입량이 상기 개방정도 데이터에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치보다 작을 때에는, 배기가스의 전량 또는 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 제어밸브제어수단
    을 갖는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  13. 제 12항에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치 이상이면서 제 2의 역치 이하이고, 또한 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치 이상이면서 제 2의 역치 이하인 경우에는, 배기가스의 전량 혹은 대부분을 마이크로 DPF로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  14. 제 12항에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 엔진회전수가 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다 크고, 또한 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다도 큰 때에는, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  15. 제 13항에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 엔진회전수가 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다 크고, 또한 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다도 큰 때에는, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  16. 제 12항에 있어서, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF에 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 교체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입력한 배기온도에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  17. 제 13항에 있어서, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF에 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 교체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입 력한 배기온도에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  18. 제 14항에 있어서, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF에 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 교체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입력한 배기온도에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  19. 제 15항에 있어서, 마이크로 DPF 또는 메인 DPF에 유입하는 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서를 구비하고, 교체밸브제어수단은 배기온도센서로부터 입력한 배기온도에 기초하여 교체밸브를 제어하는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  20. 디젤엔진의 배기에 포함되는 미립자 마커를 포집하여 처리하는 메인 DPF와, 이 메인 DPF의 상류측에 설치된 마이크로 DPF와, 이 마이크로 DPF에 병설된 바이패스 통로와, 배기가스가 상기 마이크로 DPF 또는 상기 바이패스 통로의 적어도 일방을 흐르도록 유로를 교체하는 교체밸브를 구비한 디젤엔진의 배기정화장치에 사용되는 제어장치이어서,
    악셀페탈의 답입량 및 엔진회전수에 따른 개방정도로 상기 교체밸브를 제어하는 개방정도 데이터를 기억하는 기억수단과,
    악셀페달의 답입량을 검출하고, 상기 악셀페탈의 답입량이 상기 개방정도 데이터에 기초하여 미리 설정된 제 1의 역치보다 작은 때에는, 배기가스의 전량 또는 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 교체밸브제어수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  21. 제 20항에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치 이상이면서 제 2의 역치 이하이고, 또한 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 엔진회전수가 제 1의 역치 이상이면서 제 2의 역치 이하인 경우에는, 배기가스의 전량 혹은 대부분을 마이크로 DPF로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  22. 제 20항 또는 21항에 있어서, 교체밸브제어수단은 악셀페달의 답입량 및 엔진회전수를 검출하고, 상기 엔진회전수가 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다 크고, 또한 상기 악셀페달의 답입량이 상기 개방정도 데이타에 기초하여 미리 설정된 제 2의 역치보다도 큰 때에는, 배기가스의 대부분을 바이패스 통로로 흐르도록 교체밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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