KR20110002871A - 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터 재생 방법 - Google Patents

내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터 재생 방법 Download PDF

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고도우 오자와
히데오 오구리
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

엔진(2)의 배기 가스 정화 시스템(1)은 배기 가스에 함유되는 PM을 포착하는 PM 필터 장치(10) 중의 수트 필터와, 수트 필터의 재생을 행할지의 여부를 판정하는 제어 장치(9) 중의 재생 실행 판정 수단과, 배기 터빈 과급기(3)에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 공랭식의 애프터 쿨러(4)와, 애프터 쿨러(4)에 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬(5)과, 재생 실행 판정 수단에 의해 수트 필터의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우에 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시키는 제어 장치(9) 중의 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단을 구비하고 있다.

Description

내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터 재생 방법{EXHAUST GAS PURIFYING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND SOOT FILTER REGENERATING METHOD}
본 발명은 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터(soot filter)재생 방법에 관한 것으로서, 특히 PM(Particulate Matter)(입자상 물질)을 포착하는 수트 필터의 재생 기술에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진 등의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에서 이용되는 수트 필터의 재생 기술로서 포스트 분사를 행하는 것이 알려져 있다. 포스트 분사란 엔진에서의 통상의 연료 분사와는 별도로 여분으로 연료를 분사하는 것이다. 이 포스트(post) 분사에 의한 연료를 수트 필터보다 상류의 산화 촉매에 의해 산화, 발열시킴으로써 수트 필터에 유입되는 배기 가스의 온도를 상승시키고, 이 배기 가스에 의해 수트 필터에 퇴적된 PM을 자기 연소시켜 수트 필터를 재생시킨다.
이 때, 엔진의 아이들링시와 같이 무부하 운전의 경우나 저부하 운전의 경우에는 엔진으로부터의 배기 가스의 온도가 산화 촉매에서의 활성 온도를 하회해 버려 포스트 분사를 행하여도 연료가 산화 촉매에 의해 산화, 발열되지 않고, 수트 필터에 유입되는 배기 가스의 온도를 재생 온도로 상승시킬 수 없는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에서는 엔진에 공급되는 흡기의 온도를 높게 하고, 엔진 부하가 작은 경우에도 엔진으로부터 배출된 직후의 배기 가스의 온도를 충분하게 높게 해서 포스트 분사에 의한 연료를 산화 촉매에 의해 확실하게 산화, 발열시키는 것이 제안되어 있다.
구체적으로 특허문헌 1에서는 흡기를 배기계의 주위를 통해서 엔진에 공급하도록 하고 있고, 배기계에서의 열에 의해 흡기를 따뜻하게 해서 흡기 온도를 상승시키고 있다. 아울러 특허문헌 1에서는 이러한 흡기는 배기 터빈 과급기에 의해 과급되고 공랭식의 애프터 쿨러를 통과해서 엔진에 공급되는 것이지만, 필터의 재생시에 애프터 쿨러를 통과하면 흡기의 온도가 내려가서 상황이 나빠지므로 애프터 쿨러에서의 냉각 효율 즉 성능을 저하시켜서 흡기 온도의 저하를 방지하는 구성이 채용되어 있다.
즉, 애프터 쿨러에 닿는 냉각 공기의 유량을 제어하는 셔터 기구를 설치하고, 수트 필터의 재생시에는 셔터를 폐쇄해서 냉각 공기의 유량을 떨어뜨려 애프터 쿨러로서의 성능을 저하시키는 것이다. 이와 같은 구성에 의해, 배기계에서 따뜻해진 흡기의 온도가 높은 채로 유지되므로 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 온도가 산화 촉매에서의 활성 온도를 상회하게 되고, 포스트 분사에 의한 연료를 산화 촉매에 의해 양호하게 산화, 발열시킬 수 있고, 배기 가스의 온도를 필터 재생 온도까지 확실하게 상승시킬 수 있다.
일본 특허 공개 2005-299628호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는 애프터 쿨러를 통과하는 흡기의 온도가 내려가지 않도록 하는 구성으로 해서 애프터 쿨러로의 냉각 공기의 유량을 제어하는 셔터 기구를 새롭게 설치할 필요가 있어 구조가 복잡해지는데다가 경제적이지 못하다. 또한, 특히 사진(砂塵)이나 모래 먼지가 흩날리는 작업 환경에서 가동하는 건설기계에 있어서는 셔터의 개폐 기구가 진애에 의해 동작되지 않게 되는 등, 내구성에 문제가 있다.
본 발명의 주목적은 종래와 같은 셔터 기구를 이용하지 않고 흡기 온도를 높게 할 수 있어서 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터 재생 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템은 과급기가 설치된 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템으로서, 배기 가스 중의 입자상 물질을 포착하는 수트 필터와, 상기 수트 필터의 재생을 강제적으로 행할지의 여부를 판정하는 재생 실행 판정 수단과, 상기 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 공랭식의 애프터 쿨러와, 상기 애프터 쿨러에 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬과, 상기 재생 실행 판정 수단에 의해 상기 수트 필터의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 팬 회전 속도 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 「회전 속도」란 단위 시간당 회전수이며, 일반적으로는 단지 회전수라고 칭해지는 경우도 있다. 또한, 「회전 속도를 저하시키는」이란 냉각 팬의 회전을 정지시키는 것도 포함한다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 재생 실행 판정 수단은 상기 수트 필터의 상류측과 하류측에서의 배기 가스의 차압을 검출하는 차압 센서와, 상기 차압 센서에 의해 검출된 상기 차압에 의거해서 상기 수트 필터의 재생이 필요한지의 여부를 판정하는 강제 재생 모드 이행 판정 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 의하면, 재생 실행 판정 수단에 의해 수트 필터의 재생이 필요한 것으로 판정되었을 경우에는 팬 회전 속도 제어 수단이 냉각 팬의 회전 속도를 떨어뜨리도록 제어하고, 애프터 쿨러에서의 냉각 효율을 저하시켜 흡기 온도를 상승시킨다. 따라서, 종래와 같은 셔터 기구 등을 채용하지 않더라도 흡기 온도를 확실하게 상승시켜서 수트 필터의 재생을 양호하게 실시할 수 있다. 또한, 셔터 기구 등의 복잡한 기구가 불필요하므로 사진 등이 흩날리는 작업 환경에서 가동하는 건설기계에 본 발명을 유효하게 적용할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 회전 속도 변경 결정 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 흡기 온도가 어떠한 이유에 의해 지나치게 올라버리고, 따라서 배기 가스 온도가 내연 기관의 수명에 영향을 줄 정도로 상승되어 버릴 경우에는 회전 속도 변경 결정 수단의 기능에 의해 팬의 회전 속도를 저하시키는 제어를 비실행으로 하면 되어 내연 기관의 수명으로의 악영향을 방지할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 회전 속도 변경 결정 수단은 외기 온도, 흡기 온도, 및 배기 가스 온도 중 하나 이상의 온도에 의거해서 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 것이 바람직하다.
여기서의 흡기 온도란 애프터 쿨러 출구에서의 흡기 그 자체의 온도가 일반적이지만 흡기 매니폴드에서의 입구측에서의 흡기의 온도, 또는 흡기 매니폴드나 흡기관 자신의 온도로부터 추정되는 온도도 포함한다. 또한, 배기 가스 온도로서도 수트 필터 상류의 배기 가스 그 자체의 온도가 일반적이지만 배기 매니폴드나 배기관 자신의 온도로부터 추정되는 온도도 포함한다.
본 발명에 의하면, 외기 온도, 흡기 온도, 배기 가스 온도 중 어느 하나의 온도가 미리 설정된 설정 온도를 초과하고 있을 경우에는 냉각 팬의 회전 속도를 떨어뜨리는 것을 하지 않고 흡기 온도를 더욱 상승시키는 것을 하지 않으므로 흡기 온도가 지나치게 올라서 배기 가스 온도가 과잉으로 상승되는 것을 방지할 수 있어 내연 기관의 수명으로의 악영향을 방지할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 냉각 팬은 상기 애프터 쿨러와 엔진의 라디에이터에 냉각 공기를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 하나의 냉각 팬에 의해 애프터 쿨러와 라디에이터를 동시에 냉각하도록 레이아웃되어 있으므로 장치류의 배치 공간에 제한이 있는 건설기계나 엔진이 탑재된 선회대를 갖는 건설기계 등에 이용할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 수트 필터의 상류측에 설치되는 산화 촉매와, 이 산화 촉매의 상류측에 연료를 공급하는 연료 공급 장치를 구비하고, 상기 팬 회전 속도 제어 수단은 상기 산화 촉매에 유입되는 배기 가스의 온도가 상기 산화 촉매에서의 활성 온도 이상이 되도록 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 것이 바람직하다.
이 연료란 수트 필터의 재생에 이용되는 도우징(dosing) 연료이다. 또한, 연료 공급 장치는 도우징 연료가 통 내에 공급될 경우에는 엔진 구동용 연료를 공급하는 연료 분사 장치이면 좋고, 통 외부에서 공급될 경우에는 연료 분사 장치와는 별도로 설치되는 장치이여도 좋다. 또한, 활성 온도란 도우징 연료가 산화 촉매에 의해 산화, 발열되기 위해 필요한 배기 가스 온도이다.
본 발명에 의하면, 산화 촉매 및 연료 공급 장치를 구비함으로써 이들이 설치되어 있지 않은 경우에 비해서 배기 가스 온도를 곧바로 또한 확실하게 상승시킬 수 있어 수트 필터의 재생을 신속하게 실시할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 산화 촉매의 상류측에서의 배기 가스 온도를 검출하는 제 1 배기 가스 온도 검출 수단과, 이 제 1 배기 가스 온도 검출 수단에 의해 검출된 배기 가스 온도가 상기 활성 온도를 초과했을 경우에 상기 연료 공급 장치로부터 상기 연료의 공급을 개시시키는 연료 제어부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 배기 가스 온도가 산화 촉매에서의 활성 온도에 도달한 시점에서 연료가 공급되게 되므로 연료의 쓸데 없는 소비를 억제할 수 있는데다가, 산화 촉매에서의 연료의 산화, 발열을 확실하게 행할 수 있고, 또한, 미연 연료(unburnt fuel)가 배출될 우려도 없다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 있어서 상기 산화 촉매의 하류측에서의 배기 가스 온도를 검출하는 제 2 배기 가스 온도 검출 수단을 구비하고, 상기 연료 제어부는 상기 제 2 배기 가스 온도 검출 수단에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 상기 수트 필터의 재생 온도로 유지되도록 상기 연료량을 제어하는 것이 바람직하다.
여기서의 재생 온도란 수트 필터 내에 퇴적된 PM이 자기 연소하는데에 필요한 배기 가스 온도이다. 또한, 수트 필터에는 PM의 자기 연소를 촉진하기 위해서 산화 촉매가 담지(擔持)되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연료 제어부에 의한 연료량 제어에 의해 수트 필터에 유입되는 배기 가스의 배기 가스 온도를 재생 온도로 유지시킬 수 있어 수트 필터의 재생을 안정되게 행할 수 있다.
본 발명의 수트 필터의 재생 방법은 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 공랭식의 애프터 쿨러와, 상기 애프터 쿨러에 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬과, 배기 가스 중에 함유되는 입자상 물질을 포착하는 수트 필터를 구비한 내연 기관의 배기 정화 시스템에서의 수트 필터 재생 방법으로서, 상기 내연 기관으로부터의 배기 가스에 의해 상기 수트 필터를 강제적으로 재생시킬 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수트 필터의 재생 방법에 의하면, 상술한 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템을 이용할지의 여부에 관계 없이 냉각 팬의 회전 속도를 저하시킴으로써 흡기 온도를 확실하게 상승시켜서 배기 가스 온도를 재생 온도에 도달시킬 수 있기 때문에 수트 필터를 양호하게 재생할 수 있어 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 수트 필터의 재생 방법에 있어서 상기 수트 필터의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키고, 상기 수트 필터의 상류측에 설치된 산화 촉매에 유입되는 배기 가스의 온도가 상기 산화 촉매에서의 활성 온도를 초과했을 경우에 상기 산화 촉매의 상류측에 연료를 공급하고, 상기 수트 필터에 포착된 입자상 물질을 연소시킨 후에 상기 연료의 공급을 정지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 수트 필터의 재생이 필요할 때에는 애프터 쿨러에 냉각 공기를 보내는 냉각 팬의 회전 속도를 떨어뜨려서 애프터 쿨러에서의 성능을 저하시키면 되고, 종래와 같은 셔터 기구라는 복잡한 구조를 채용하는 일 없이 흡기 온도 내지는 배기 가스 온도를 확실하게 상승시킬 수 있어 재생을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 냉각 팬의 회전 속도를 내림으로써 산화 촉매에 유입되는 배기 가스는 재생 온도에 가까운 고온이 되므로 적은 연료량으로도 배기 가스 온도를 재생 온도까지 확실하게 올릴 수 있어 소비시키는 연료를 저감할 수 있다.
본 발명의 수트 필터의 재생 방법에 있어서 외기 온도, 흡기 온도, 및 배기 가스 온도 중 하나 이상의 온도에 따라 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 외기 온도, 흡기 온도, 배기 가스 온도 중 어느 하나의 온도가 미리 설정된 설정 온도를 초과하고 있을 경우에는 냉각 팬의 회전 속도를 떨어뜨리는 것을 하지 않고 흡기 온도를 더욱 상승시키는 것을 하지 않으므로 흡기 온도가 지나치게 올라서 배기 가스 온도가 과잉으로 상승되는 것을 방지할 수 있어 내연 기관의 수명으로의 악영향을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 배기 가스 정화 시스템 전체의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 PM 필터 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 제어 장치를 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 통상 운전 모드 및 강제 재생 모드에서의 제어예를 나타내는 도면이다.
도 5는 수트 필터의 재생에 관한 제어 장치 내부에서의 제어 플로우를 나타내는 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제어 장치를 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 7은 제 2 실시형태에서의 제어 플로우를 나타내는 플로우챠트이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 배기 가스 정화 시스템 전체의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
〔제 1 실시형태〕
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도면에 의거해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 배기 가스 정화 시스템(1) 전체의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 배기 가스 정화 시스템(1)은 내연 기관으로서의 엔진(2)으로부터의 배기 가스 중에 함유되는 PM을 포착하기 위한 시스템이며, PM 필터 장치(10)를 구비하고 있다.
여기서, 본 실시형태에서의 엔진(2)은 디젤 엔진을 상정하고 있다. 엔진(2)에는 도시하지 않은 배기 매니폴드를 통해서 과급기인 배기 터빈 과급기(3)가 부착되어 있다. 배기 터빈 과급기(3)는 엔진(2)로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(31)과, 터빈(31)과 함께 회전하는 콤프레셔(32)로 구성되고, 콤프레셔(32)측의 흡기 출구에는 흡기관(33)을 통해서 애프터 쿨러(4)가 접속되어 있다.
애프터 쿨러(4)는 흡기관(34) 및 도시하지 않은 흡기 매니폴드를 통해서 엔진(2)과 접속되어 있다. 에어 클리너(4A)를 통해서 흡입된 흡기가 배기 터빈 과급기(3)의 콤프레셔(32)에 의해 과급되어서 공랭식의 애프터 쿨러(4)를 통과하여 엔진(2)에 공급된다. 애프터 쿨러(4)에 대해서는 냉각 팬(5)이 대향 배치되어 있다.
냉각 팬(5)은 유압 모터 또는 전동 모터 등의 구동 장치(6)에 의해 구동된다. 이 때, 냉각 팬(5)의 배치 위치에 대해서는 임의이고, 덕트나 그 외의 안내 수단을 이용해서 애프터 쿨러(4)에 냉각 공기가 공급되도록 하면 도 1에 나타내는 위치로부터 벗어나서 배치되어 있어도 된다. 수냉식인 엔진(2)의 냉각수는 라디에이터(7)에 의해 냉각된다. 라디에이터(7)로의 냉각 공기는 엔진(2)에 의해 직접적으로 구동되는 냉각 팬(8)에 의해 공급된다.
또한, 냉각 팬(5,8)에 의한 냉각 공기는 애프터 쿨러(4)나 라디에이터(7)에 대해서 흡입측의 흐름이여도, 또는 토출측의 흐름이여도 좋고, 엔진룸 내의 레이아웃 등을 감안해서 임의로 결정되어도 좋다.
이러한 엔진(2)에 대한 연료 분사량 등의 제어는, 예컨대, 커먼레일 시스템을 이용한 제어 장치(9)에 의해 행해진다. 또한, 제어 장치(9)는 배기 가스 정화 시스템(1)을 구성하는 도우징 분사용의 연료 공급 장치(20), 및 애프터 쿨러(4)로 냉각 공기를 보내는 냉각 팬(5)용의 구동 장치(6)도 제어한다. 또한, 애프터 쿨러(4)로 냉각 공기를 보내는 냉각 팬(5)이나 이것을 구동하는 구동 장치(6)는 건설기계 등에서는 표준적으로 탑재되는 것이다.
여기서, 연료 공급 장치(20)는 배기관(35) 내에 도우징 연료(예컨대, 경유)를 분무하기 위한 노즐, 및 도우징 연료의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 등으로 구성된다.
그리고, 배기 가스 정화 시스템(1)으로서는 PM 필터 장치(10)나 연료 공급 장치(20) 외에 애프터 쿨러(4), 냉각 팬(5), 냉각 팬(5)을 구동하는 구동 장치(6), 및 제어 장치(9)를 포함해서 구성된다.
도 2는 PM 필터 장치(10)의 단면을 나타내는 모식도이다. PM 필터 장치(10)는 원통 형상의 하우징(11)의 내부에 배기 가스의 흐름 방향의 상류측으로부터 산화 촉매(12)와, PM을 포착하기 위한 수트 필터(13)를 수용한 구조이다.
산화 촉매(12)는 연료 공급 장치(20)에 의해 공급된 도우징 연료를 산화, 발열시키기 위한 촉매이다. 산화 촉매(12)에서의 활성 온도(연료를 산화, 발열시키기 위해 충분한 온도)는 배기 가스의 온도로 해서 대략 250℃이다. 이 산화 촉매(12)에서의 발열에 의해 상승된 배기 가스의 온도를 이용해서 수트 필터(13)에 퇴적된 PM을 자기 연소시킨다. 또한, 연료 공급 장치(20)는 배기 터빈 과급기(3)의 터빈(31)측의 배기 출구와 PM 필터 장치(10)를 연통시키는 배기관(35)의 도중에 설치된다.
수트 필터(13)는 상세한 도시를 생략하지만 다수개의 작은 구멍을 배치한 구조로 되어 있다. 작은 구멍은 유입측으로부터 유출측을 향해서 연통되어 있고, 그 단면은 다각형상(예컨대, 육각 형상)으로 형성되어 있다. 작은 구멍으로서는 유입측에서 개구해서 유출측에서 밀봉된 것과, 유입측에서 밀봉되어 유출측에서 개구된 것이 교대로 배치되어 있고, 전자의 작은 구멍으로부터 유입된 배기 가스가 경계벽을 통과해서 후자의 작은 구멍으로 빠져나가 하류측으로 유출된다. 그리고, 그 경계벽에서 PM이 포집된다. 수트 필터(13)의 재질은 코디어라이트(Cordierite)나 탄화규소 등의 세라믹스, 또는, 스테인레스나 알루미늄 등의 금속으로 이루어지고, 용도에 따라 적절하게 결정된다. 또한, 수트 필터(13)의 유입측에는 산화 촉매가 워시 코트(wash coat) 등에 의해 코팅되어 있어도 좋다.
또한, PM 필터 장치(10)에는 차압 센서(14), 제 1 배기 가스 온도 검출 수단으로서의 온도 센서(15), 제 2 배기 가스 온도 검출 수단으로서의 온도 센서(16), 제 2 배기 가스 온도 검출 수단으로서의 또 하나의 온도 센서(17), 및 단열재(18)가 설치되어 있다. 각 센서(14~17)에서의 검출 신호는 제어 장치(9)에 출력된다.
차압 센서(14)는 수트 필터(13)의 입구측과 출구측에서의 배기 가스의 차압(Δp)을 검출하는 것이며, PM 필터 장치(10) 내에 있어서 산화 촉매(12)의 출구측과 수트 필터(13)의 입구측으로 구획되는 공간(A)과, 수트 필터(13)의 출구측으로 구획되는 공간(B)을 연통하는 관로(19)에 부착되어 있다.
온도 센서(15)는 산화 촉매(12)의 입구측에서의 배기 가스 온도(T1)를 검출하는 것이며, PM 필터 장치(10)의 하우징(11)에 있어서 산화 촉매(12)의 입구측으로 구획되는 공간(C)에 대응하는 위치에 부착되어 있다.
온도 센서(16)는 수트 필터(13)의 입구측에서의 배기 가스 온도(Tin)를 검출하는 것이며, 하우징(11)의 공간(A)에 대응하는 위치에 부착되어 있다.
온도 센서(17)는 수트 필터(13)의 출구측에서의 배기 가스 온도(Tout)를 검출하는 것이며, 공간(B)에 대응하는 위치에 부착되어 있다.
단열재(18)는 산화 촉매(12) 및 수트 필터(13)의 내부의 온도를 저하시키지 않도록 외부로의 열을 차단하는 것이며, 하우징(11)의 내벽과 산화 촉매(12) 및 수트 필터(13) 사이에 배치되어 있다. 이러한 단열재(18)는 하우징(11)에 가해지는 진동을 흡수하는 부재로서도 기능한다.
도 3은 제어 장치(9)를 모식적으로 나타내는 블록도이다. 제어 장치(9)는 엔진(2)에 공급되는 연료의 분사량을 제어하는 도시하지 않은 엔진 연료 제어부 외에 구동 장치(6)를 제어해서 냉각 팬(5)의 회전 속도 제어를 행하는 팬 회전 제어부(21)와, 연료 공급 장치(20)로부터 공급되는 도우징 연료량을 제어하는 연료 제어부로서의 도우징 연료 제어부(22)를 구비하고 있다.
팬 회전 제어부(21)는 수트 필터(13)의 재생이 필요로 되었을 때에 냉각 팬(5)의 회전 속도를 필요에 따라 내리는 기능을 갖고 있고, 이것에 의해 애프터 쿨러(4)에서의 흡기의 냉각 효율을 저하시켜 결과적으로 엔진(2)에 공급되는 흡기의 온도 내지는 산화 촉매(12)에 유입되는 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 이렇게 함으로써 엔진(2)이 아이들링 상태에 있거나 경부하 운전 상태에 있거나 하는 경우에도 배기 가스 온도를 산화 촉매의 활성 온도까지 상승시켜 도우징 연료를 산화 촉매(12)에 의해 확실하게 산화, 발열시킬 수 있고, 배기 가스 온도를 수트 필터(13)에서의 재생 온도까지 더욱 상승시켜 수트 필터(13)를 강제 재생할 수 있다.
즉, 강제 재생이란 수트 필터(13)에서의 재생이 필요하다고 판단되어 이 판단에 의거해서 배기 가스 온도(T1,T2)를 상승시켜 수트 필터(13)에서 포집된 PM을 연소시키는 것을 말한다. 또한, 이 강제 재생을 목적으로 해서 냉각 팬(5)의 회전 속도를 내리는 제어는 회전 속도 제어 중에서의 강제 재생 모드의 제어이다. 한편, 엔진(2)의 운전시에 있어서 흡기 온도를 일정 이상 상승시키지 않기 때문에 냉각 팬(5)의 회전 속도를 목표 회전 속도로 하는 제어는 회전 속도 제어 중에서의 통상 운전 모드의 제어이다.
도우징 연료 제어부(22)는 수트 필터(13)의 입구측에서의 온도 센서(16) 및 출구측에서의 온도 센서(17)로부터의 각 검출 신호를 감시하고 있고, 각 검출 신호에 의거한 배기 가스 온도(Tin,Tout)를 평균한 배기 가스 온도(T2)를 산출한다. 그리고, 도우징 연료 제어부(22)는 이 배기 가스 온도(T2)의 피드백 제어에 의해 배기 가스 온도(T2)가 수트 필터(13)의 재생 온도로 유지되도록 도우징 연료량을 결정하고, 이 도우징 연료량에 적합한 제어 신호(S)를 연료 공급 장치(20)에 출력한다.
이하에는 각 제어부(21,22) 중 팬 회전 제어부(21)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다. 팬 회전 제어부(21)는 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23), 팬 회전 속도 제어 수단으로서의 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24), 활성 온도 도달 판정 수단(25), 타이머(26), 및 통상 운전용 팬 회전 속도 제어 수단(27)을 구비하고 있다. 각 수단(23~27)은 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어(컴퓨터 프로그램)로 구성된다.
강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)은 차압 센서(14)로부터의 검출 신호를 감시하고, 이 검출 신호에 의거한 차압(Δp)이 미리 설정된 재생 개시 판정값(ΔP)을 초과했을 경우에 수트 필터(13)에서의 PM의 포착량이 한계 포착량을 초과하고 있고, 수트 필터(13)의 재생이 필요하다고 판정한다. 이 경우에 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)은 냉각 팬(5)의 회전 속도 제어를 통상 운전용 팬 회전 속도 제어(27)에 의해 제어되어 있는 통상 운전 모드의 루틴으로부터 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)에 의해 제어되는 강제 재생 모드의 루틴으로 스위칭한다. 그리고, 이 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23) 및 차압 센서(14)에 의해 본 발명의 재생 실행 판정 수단이 구성되어 있다. 또한, 후술하지만, 오퍼레이터에 의한 스위치의 수동 조작에 의해 강제 재생을 행할 경우에는 이 스위치로부터의 강제 재생 신호의 입력을 감시하는 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)으로 본 발명의 재생 실행 판정 수단이 구성된다.
강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)은 회전 속도 맵을 통상 운전 모드의 맵[엔진(2)의 운전 상태에 따라 냉각 팬(5)의 회전 속도를 결정하기 위한 맵]으로부터 강제 재생용 맵(M)으로 스위칭함과 아울러, 맵(M)으로부터 얻어지는 목표 회전 속도에 의거해서 구동 신호(D)를 생성하고, 이 구동 신호(D)에 의해 냉각 팬(5)의 구동 장치(6)를 구동한다.
맵(M)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 강제 재생이 행해지고 있는 동안의 예컨대 외기 온도(Tair)에 따라 냉각 팬(5)의 목표 회전 속도를 결정하기 위한 것이다. 이 맵(M)으로부터 얻어지는 목표 회전 속도는 애프터 쿨러(4)에서의 냉각 효율을 저하시켜 흡기의 온도를 상승시키는데에 충분한 회전 속도이며, 엔진(2)이 무부하 또는 경부하 상태에서 운전되고 있을 때에 산화 촉매(12) 입구측에서의 배기 가스 온도(T1)가 활성 온도를 초과하는 회전 속도이다.
활성 온도 도달 판정 수단(25)은 산화 촉매(12)의 상류측에서의 배기 가스 온도(T1)가 상기 산화 촉매(12)에서의 활성 온도(대략 250℃)에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 배기 가스 온도가 활성 온도 이상인 것으로 판단했을 경우에 활성 온도 도달 판정 수단(25)은 도우징 연료 제어부(22)에 대해서 도우징 연료의 분사 지령을 출력한다. 이 분사 지령이 출력되면 도우징 연료 제어부(22)는, 상술한 바와 같이, 제어 신호(S)를 연료 공급 장치(20)에 출력하고, 소정 시간 분사시킨다. 분사 시간은 타이머(26)에 의해 계측되게 된다.
통상 운전용 팬 회전 속도 제어 수단(27)은 엔진(2)의 통상 운전 모드에 있어서 흡기 온도를 일정 이상 상승시키지 않는 목표 회전 속도로 냉각 팬(5)의 회전 속도를 제어하는 것이고, 냉각 팬(5)을 구동하는 유압 모터의 회전 속도가 목표 회전 속도가 되도록 유압 모터에 작동 오일을 공급하는 유압 펌프의 토출량을 조절하고 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 통상 운전 모드에서는 냉각 팬(5)의 목표 회전 속도로서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예컨대 목표 회전 속도(V1)로 설정되는 것이고, 통상 운전용 팬 회전 속도 제어 수단(27)은 실제의 회전 속도가 목표 회전 속도(V1)가 되도록 피드백 제어한다.
따라서, 목표 회전 속도(V1)와 실제 회전 속도 사이에서 편차가 발생되었을 경우에는 그 편차에 따른 회전 속도 지령이 유압 펌프에서의 토출량 제어용으로 출력된다. 즉, 통상 운전 모드에 있어서는 냉각 팬(5)의 회전 속도는 목표 회전 속도(V1)와 실제 회전 속도의 편차분의 회전 속도 변화는 생기지만, 그 변화는 조금이며, 기본적으로는 일정한 목표 회전 속도(V1)가 되도록 제어된다.
그리고, 종래에는 수트 필터(13)를 강제 재생하는 경우에도 통상 운전용 팬 회전 속도 제어 수단(27)은, 도 4 중에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 냉각 팬(5)의 회전 속도를 강제 재생과 전혀 관계 없이 목표 회전 속도(V1)가 되도록 제어하고 있었다.
이것에 대해서, 본 실시형태의 강제 재생 모드에서는 통상 운전용 팬 회전 속도 제어 수단(27)은 기동하지 않고, 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)이 기동하고, 이 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)에 의한 제어가 우선된다. 즉, 강제 재생이 필요하다고 판단되었을 경우, 냉각 팬(5)의 목표 회전 속도는 맵(M)에 의해 외기 온도(Tair)에 의거한 낮은 목표 회전 속도(V2)로 설정되고, 실제의 회전 속도가 이 목표 회전 속도(V2)까지 저하되게 된다. 이것에 의해, 흡기 온도를 확실하게 상승시킬 수 있고, 배기 가스 온도(T1)를 활성 온도로 높일 수 있는 것이다.
이 때, 맵(M)에서 설정된 목표 회전 속도(V2)로 저하시키는 방법으로서는, 도 4 중의 라인(L1)으로 나타내는 바와 같이, 구동 장치(6)로의 구동 에너지(전동 모터의 경우에는 전류, 유압 모터의 경우에는 오일 유량 등)를 순식간에 작게 해서 즉시 목표 회전 속도(V2)로 변경하는 방법 외에, 라인(L2)과 같이, 임의의 커브를 그려서 서서히 목표 회전 속도(V2)측으로 이행시키는 방법, 또는 라인(L3)과 같이, 시간 경과에 따라 일정 비율로 목표 회전 속도(V2)측으로 이행시키는 방법 등 임의이여도 좋다.
도 5는 수트 필터(13)의 강제 재생에 관한 제어 장치(9) 내부에서의 제어 플로우를 나타내는 플로우챠트이다. 이 플로우챠트에 의거해서 수트 필터(13)의 강제 재생시의 냉각 팬(5)의 제어에 대해서 이하에 설명한다.
도 5에 있어서 우선, 팬 회전 제어부(21)의 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)은 수트 필터(13)의 상류 및 하류에서의 배기 가스의 차압(Δp)과 재생 개시 판정값(ΔP)을 비교, 감시하고 있고, 차압(Δp)이 재생 개시 판정값(ΔP) 이하이면 수트 필터(13)의 재생을 불필요한 것으로 판정한다. 한편, 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)은 차압(Δp)이 재생 개시 판정값(ΔP)을 초과했을 경우에 수트 필터(13)의 재생이 필요한 것으로 판정한다(S1).
이어서, S1에서 수트 필터(13)의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우, 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)은 외기 온도(Tair)에 의거한 냉각 팬(5)의 목표 회전 속도를 맵(M)에 의거해서 결정하고, 이 목표 회전 속도에 적합한 구동 지령을 생성, 출력해서 구동 장치(6)를 보다 저속으로 구동하고, 애프터 쿨러(4)에서의 성능을 저하시킨다(S2). 이것에 의해, 흡기 온도, 나아가서는 산화 촉매(12)의 상류측에서의 배기 가스 온도(T1)를 상승시킨다.
다음으로, 활성 온도 도달 판정 수단(25)은 산화 촉매(12)의 상류측에서의 배기 가스 온도(T1)를 감시하고 있고, 배기 가스 온도(T1)가 도우징 연료의 활성 온도에 도달하였는지의 여부를 판정한다(S3). 배기 가스 온도(T1)가 활성 온도에 도달되면 도우징 연료 제어부(22)가 기동하여 제어 신호(S)를 연료 공급 장치(20)에 출력함으로써 도우징 연료량을 제어한다(S4). 즉, 도우징 연료 제어부(22)는 배기 가스 온도(Tin,Tout)로부터 산출되는 배기 가스 온도(T2)가 수트 필터(13)의 재생 온도가 되도록 도우징 연료량을 소정 시간 제어하고, 수트 필터(13)에 포집된 PM을 연소시킨다. 이러한 도우징 연료의 공급 시간은 타이머(26)에 의해 계측되고, 소정 시간 경과한 후에 도우징 연료의 공급이 정지된다(S5). 여기서의 소정 시간이란 포집된 대략 모든 PM이 연소되는데에 걸리는 시간이며, 미리 프로그램 안에 설정되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 수트 필터(13)의 재생이 필요할 때에는 애프터 쿨러(4)에 냉각 공기를 보내는 냉각 팬(5)의 회전 속도를 떨어뜨려서 애프터 쿨러(4)에서의 성능을 저하시키면 좋고, 종래와 같은 셔터 기구라는 복잡한 구조를 채용하지 않고 흡기 온도 나아가서는 배기 가스 온도를 확실하게 상승시킬 수 있어 재생을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 냉각 팬(5)의 회전 속도를 내림으로써 산화 촉매(12)에 유입되는 배기 가스는 재생 온도에 가까운 고온이 되므로 적은 도우징 연료량으로도 배기 가스 온도를 재생 온도까지 확실하게 올릴 수 있어서 소비되는 연료를 저감할 수 있다.
〔제 2 실시형태〕
본 발명의 제 2 실시형태에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 팬 회전 제어부(21) 중에 회전 속도 변경 결정 수단(28)을 설치한 것이 제 1 실시형태와는 크게 다르다. 이 회전 속도 변경 결정 수단(28)은 강제 재생 모드에 있어서 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시켜도 좋은지의 여부의 결정을 행한다.
구체적으로 회전 속도 변경 결정 수단(28)은 도 7의 플로우챠트에 의거해서 설명하면 도시하지 않은 외기 온도 센서로부터의 검출 신호에 의거한 외기 온도(Tair)를 감시하고, 외기 온도(Tair)와 미리 설정된 온도, 즉 강제 재생용 팬 제어를 행함으로써 엔진(2)의 내구성을 저하시킬 우려가 있는 한계 온도와 비교한다(S12).
외기 온도(Tair)가 한계 온도에 도달해 있는 경우에 회전 속도 변경 결정 수단(28)은 냉각 팬(5)의 회전 속도를 내리는 처리를 비실행으로 하고, 냉각 팬(5)의 회전 속도를 내리지 않는 결정을 한다. 반대로, 외기 온도(Tair)가 한계 온도에 도달하지 않은 경우, S13으로 진행해서 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단(24)에 의해 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시킨다.
또한, 도 7에 있어서 S12 이외의 S11, S13~S16은 도 5에서의 S1~S5와 각각 동일하므로 여기서의 설명을 생략한다.
또한, 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시킬지의 여부의 결정을 할 경우, 결정의 기준이 되는 온도는 외기 온도(Tair)에 한정되지 않고, 임의의 개소에서 측정되는 흡기 온도나 배기 가스 온도이여도 좋다. 또한, 이들 온도로서는 실측된 온도가 아니어도 좋고, 임의의 개소의 실측 온도로부터 구해지는 추정 온도이여도 좋다.
본 실시형태에 의하면, 회전 속도 변경 결정 수단(28)이 설치되어 있으므로 배기 가스 온도가 과도하게 상승되어 버리는 것을 방지할 수 있어 엔진(2)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
〔제 3 실시형태〕
도 8에 나타내는 제 3 실시형태에서는 구동 장치(6)에 의해 구동되는 냉각 팬(5)의 냉각 공기에 의해 애프터 쿨러(4)에 추가해서 라디에이터(7)도 냉각하는 점이 상술한 제 1, 제 2 실시형태와는 크게 다르다. 또한, 이 제 3 실시형태에서는 엔진(2)에 의해 구동되는 냉각 팬(8)(도 1)이 설치되어 있지 않지만 냉각 팬(8)을 제 1 실시형태와 마찬가지로 형성해도 좋다. 다른 구성이나 제어 방법 등은 제 1, 제 2 실시형태와 동일하게 해도 좋다.
이와 같은 구성에 있어서도 수트 필터(13)의 재생시에는 강제 재생 모드에 의해 냉각 팬(5)의 회전 속도를 떨어뜨리고, 흡기 온도 나아가서는 배기 가스 온도를 상승시킨다는 제 1, 제 2 실시형태와 같은 제어를 실시함으로써 제 1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 하나의 냉각 팬(5)에 의해 애프터 쿨러(4)와 라디에이터(7)를 동시에 냉각하도록 레이아웃되어 있으므로 장치류의 배치 공간에 제한이 있는 건설기계, 예컨대 차량 프레임보다 위에 엔진과 PM 필터 장치가 탑재되어 있는 건설기계나, 엔진이 탑재된 선회대를 갖는 건설기계 등에 본 실시형태를 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 냉각 팬(5)의 회전 속도를 떨어뜨림으로써 라디에이터(7)의 냉각 효율도 저하시키지만, 강제 재생 모드는 엔진(2)의 무부하 운전시나 경부하 운전시에 행하는 경우가 많으므로 라디에이터(7)의 냉각 효율의 저하가 엔진(2)의 냉각에 실시적으로 영향을 끼치는 일은 적다.
본 발명을 실시하기 위한 최량의 구성, 방법 등은 이상의 기재에서 개시되어 있지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 주로 특정한 실시형태에 관해서 특별히 도시되고 또한 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상 및 원하는 범위로부터 일탈하지 않고 이상에서 서술한 실시형태에 대해서 형상, 수량, 그 외의 상세한 구성에 있어서 당업자가 여러가지 변형을 더할 수 있는 것이다.
따라서, 상기 개시한 형상, 수량 등을 한정한 기재는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 예시적으로 기재한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니므로, 이들 형상, 수량 등의 한정의 일부 또는 전부의 한정을 제외한 부재의 명칭에서의 기재는 본 발명에 포함되는 것이다.
예컨대, 상기 제 2 실시형태에서는 회전 속도 변경 결정 수단(28)에 의해 냉각 팬(5)의 회전 속도를 정말로 저하시켜도 좋은지의 여부의 결정을 행할 때에 외기 온도(Tair)와 한계 온도를 비교해서 판단하고 있었지만, 외기 온도(Tair), 흡기 온도, 배기 가스 온도 중에서 임의의 하나를 또는 2개 이상의 조합으로 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시킬지의 여부의 결정을 해도 좋다.
상기 각 실시형태에서는 강제 재생 모드에서의 냉각 팬(5)의 회전 속도는 외기 온도(Tair)에 의거해서 맵(M)에 의해 결정되어 있었지만, 맵(M)에 의하지 않고, 즉 외기 온도(Tair)에 관계 없이 소정의 회전 속도로 저하시켜도 좋다. 이와 같은 구성에 의하면, 외기 온도(Tair)가 원래 높을 경우에는 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시킴으로써 배기 가스 온도(T1)가 크게 상승되므로 적은 도우징 연료로 배기 가스 온도를 수트 필터(13)의 재생 온도에 용이하게 도달시킬 수 있어 연비를 향상시킬 수 있다.
상기 각 실시형태에서는 본 발명의 제 1 배기 가스 온도 검출 수단으로서 온도 센서(15)가 이용되고, 제 2 배기 가스 온도 검출 수단으로서 온도 센서(16,17)가 설치되어 있었지만, 본 발명의 각 배기 가스 온도 검출 수단으로서는 배기 가스의 온도를 실측하는 온도 센서(15~17)에 한정되지 않고, 외기 온도나 흡기 온도, 또는 임의의 개소의 배기 가스 온도에 의거해서 소정의 개소에서의 배기 가스 온도를 추정하는 수단이여도 좋다. 그리고, 이러한 수단으로서는 소정의 개소에서의 배기 가스 온도와 다른 온도를 관계시킨 테이블 등을 이용할 수 있다.
상기 각 실시형태에서는 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)은 수트 필터(13)의 상류 및 하류에서의 배기 가스의 차압(Δp)과 재생 개시 판정값(ΔP)을 비교하고, 차압(Δp)이 재생 개시 판정값(ΔP)을 초과하고 있었을 경우에는 자동적으로 강제 재생하고 있었지만, 차압(Δp)이 재생 개시 판정값(ΔP)을 초과하고 있었을 경우에 경고 등을 출력하는 구성으로 해도 좋다. 이 구성에 의하면, 오퍼레이터가 이 경고에 의거해서 수동으로 강제 재생 모드로 스위칭할 수 있다. 또한, 차압(Δp)과 재생 개시 판정값(ΔP)에 관계 없이 오퍼레이터가 임의로 강제 재생 모드로 스위칭하는 것이 가능한 구성으로 해도 좋다. 그리고, 오퍼레이터의 수동 조작을 행하는 구성에서는 강제 재생 모드로 스위칭하는 모드 전환 스위치가 설치되게 된다. 이러한 스위치에 의해 강제 재생 모드가 선택되었을 경우, 스위치로부터는 제어 장치(9)의 강제 재생 모드 이행 판정 수단(23)에 대해서 강제 재생 신호가 출력되고, 이 강제 재생 신호의 수신에 의해 강제 재생용 팬 회전 속도 제어가 개시된다.
상기 각 실시형태에서는 산화 촉매(12)에 도우징 연료를 공급함으로써 수트 필터(13)에 유입되는 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 상승시키는 것에 대해서 설명했지만, 산화 촉매(12)나, 도우징용 연료 공급 장치(20), 도우징 연료 제어부(22) 등은 본 발명에 필수의 구성이 아니며 생략 가능하다. 이들 구성이 없는 경우에도 수트 필터(13)에서의 재생이 필요할 때에는 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시켜서 수트 필터(13)에 유입되는 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 상승시키면 좋다. 특히 외기 온도가 높은 장소에 있어서는 냉각 팬(5)을 정지 등을 시킴으로써 배기 가스 온도를 도우징 없이 재생 온도에 도달시킬 수 있는 경우로 생각된다.
상기 각 실시형태에서는 수트 필터(13)의 강제 재생을 행하기 위해서 배기 가스 온도를 상승시키는 방법으로서 연료 분사 장치(20)를 설치해서 통 외부의 배기관(35) 내에 도우징 연료를 공급하는 예에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 디젤 엔진에서의 연료 분사 시기를 통상의 연료 분사 시기보다 지연시키는, 소위 리타드(retard)라고 칭하는 방법이나, 기통으로의 흡입 공기량을 줄이는 방법 등을 이용해도 좋다.
상기 각 실시형태에서는 냉각 팬(5)의 회전 속도를 저하시키는 것으로만 흡기 온도 나아가서는 배기 가스 온도(T1)를 상승시키도록 되어 있었지만, 이것에 병용해서 기통으로의 흡기의 양을 저감시키는 방법을 조합시켜 배기 가스 온도(T1)를 상승시켜도 좋다.
상기 각 실시형태에서는 본 발명의 과급기로서 배기 터빈 과급기(3)가 이용되어 있었지만, 과급기로서는 이것에 한정되지 않고, 전동 모터에 의해 구동되는 과급기나 엔진의 출력으로 구동되는 과급기이여도 좋다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은, 예컨대, 사진 등이 흩날리는 환경에서 가동하는 건설기계나 그 외의 차량에 탑재되는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템, 및 수트 필터의 재생 방법으로서 바람직하게 이용할 수 있다.
1 … 배기 가스 정화 시스템 2 … 내연 기관인 엔진
3 … 배기 터빈 과급기 4 … 애프터 쿨러
5 … 냉각 팬 12 … 산화 촉매
13 … 수트 필터 14 … 차압 센서
15 … 제 1 배기 가스 온도 검출 수단인 온도 센서
16,17 … 제 2 배기 가스 온도 검출 수단인 온도 센서
20 … 연료 공급 장치 22 … 도우징 연료 제어부
23 … 강제 재생 모드 이행 판정 수단
24 … 강제 재생용 팬 회전 속도 제어 수단
28 … 회전 속도 변경 결정 수단
T1,T2,Tin,Tout … 배기 가스 온도.

Claims (11)

  1. 과급기가 설치된 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템으로서:
    배기 가스 중의 입자상 물질을 포착하는 수트 필터;
    상기 수트 필터의 재생을 강제적으로 행할지의 여부를 판정하는 재생 실행 판정 수단;
    상기 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 공랭식의 애프터 쿨러;
    상기 애프터 쿨러에 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬; 및
    상기 재생 실행 판정 수단에 의해 상기 수트 필터의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 팬 회전 속도 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 실행 판정 수단은,
    상기 수트 필터의 상류측과 하류측에서의 배기 가스의 차압을 검출하는 차압 센서; 및
    상기 차압 센서에 의해 검출된 상기 차압에 의거해서 상기 수트 필터의 재생이 필요한지의 여부를 판정하는 강제 재생 모드 이행 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 회전 속도 변경 결정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전 속도 변경 결정 수단은 외기 온도, 흡기 온도, 및 배기 가스 온도 중 하나 이상의 온도에 의거해서 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 팬은 상기 애프터 쿨러와 엔진의 라디에이터에 냉각 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수트 필터의 상류측에 설치되는 산화 촉매와,
    이 산화 촉매의 상류측에 연료를 공급하는 연료 공급 장치를 구비하고;
    상기 팬 회전 속도 제어 수단은 상기 산화 촉매에 유입되는 배기 가스의 온도가 상기 산화 촉매에서의 활성 온도 이상이 되도록 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산화 촉매의 상류측에서의 배기 가스 온도를 검출하는 제 1 배기 가스 온도 검출 수단; 및
    이 제 1 배기 가스 온도 검출 수단에 의해 검출된 배기 가스 온도가 상기 활성 온도를 초과했을 경우에 상기 연료 공급 장치로부터 상기 연료의 공급을 개시시키는 연료 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산화 촉매의 하류측에서의 배기 가스 온도를 검출하는 제 2 배기 가스 온도 검출 수단을 구비하고;
    상기 연료 제어부는 상기 제 2 배기 가스 온도 검출 수단에 의해 검출되는 배기 가스 온도가 상기 수트 필터의 재생 온도로 유지되도록 상기 연료량을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템.
  9. 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 공랭식의 애프터 쿨러; 상기 애프터 쿨러에 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬; 및 배기 가스 중에 함유되는 입자상 물질을 포착하는 수트 필터를 구비한 내연 기관의 배기 정화 시스템에서의 수트 필터 재생 방법으로서:
    상기 내연 기관으로부터의 배기 가스에 의해 상기 수트 필터를 강제적으로 재생시킬 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 수트 필터 재생 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수트 필터의 재생이 필요하다고 판정되었을 경우에 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키고;
    상기 수트 필터의 상류측에 설치된 산화 촉매에 유입되는 배기 가스의 온도가 상기 산화 촉매에서의 활성 온도를 초과했을 경우에 상기 산화 촉매의 상류측에 연료를 공급하고;
    상기 수트 필터에 포착된 입자상 물질을 연소시킨 후에 상기 연료의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 수트 필터 재생 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    외기 온도, 흡기 온도, 및 배기 가스 온도 중 하나 이상의 온도에 따라 상기 냉각 팬의 회전 속도를 저하시키는 처리를 비실행으로 할지의 여부의 결정을 행하는 것을 특징으로 하는 수트 필터 재생 방법.
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