KR20120015357A - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진의 배기 통로에 설치되고, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연소 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 상류측에 배치되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되었을 때, 또는 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간이 소정 시간에 도달하였을 때에, 엔진의 연소실에 연소에 기여하지 않는 시기에 연료를 분사함으로써, 상기 산화 촉매에서의 연소를 행하게 하여 상기 필터의 강제 재생을 실시하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 필터의 강제 재생시에 엔진 오일에 혼입되는 연료 혼입량을 산출하는 연료 혼입량 산출 수단과, 상기 엔진 오일로부터의 연료 증발량을 산출하는 연료 증발량 산출 수단을 구비하고, 상기 연료 혼입량과 엔진 오일로부터의 연료 증발량으로부터 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 계산하고, 상기 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록, 상기 소정 시간 또는 엔진의 운전 형태를 조정한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 배기 통로에 설치되고, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매를 갖는 내연 기관의 배기 정화 장치이며, 특히, 내연 기관의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 연료를 분사하는 Late Post 분사를 행한 경우라도, 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 규정 관리값 이하로 관리할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진의 배기 가스를 정화 처리하는 배기 정화 장치로서, DOC(산화 촉매:Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate Filter)를 조합하여 사용하는 배기 정화 장치가 알려져 있다.
상기 배기 정화 장치에 있어서는, DPF에 의해 배기 가스 중의 그을음을 포집하여 배출하고 있다. DPF에는 그을음의 포집량에 한계가 있기 때문에, DPF에 의한 그을음의 포집량이 한계 범위 내 중에, 포집된 그을음을 연소 제거하여 DPF를 강제 재생시킬 필요가 있다. DPF의 전단에 설치된 산화 촉매는, 배기 가스 중의 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 무해화하는 동시에, 배기 가스 중의 "NO"를 "NO2"에 산화하여, DPF에 의해 포집된 그을음을 연소 제거하는 기능이나, DPF에 포집된 그을음을 강제 재생하는 경우에 배기 가스 중의 미연 성분의 산화 반응열에 의해 배기 가스 온도를 상승시키는 기능을 갖고 있다.
DPF의 강제 재생시에 DPF에 유입되는 배기 가스 온도를 상승시키는 수단은, DPF의 전단에 설치된 DOC에 미연 성분을 공급하고, DOC에서 발생하는 산화열을 이용하는 것 등을 들 수 있다.
상기 미연 성분의 공급 방법으로서, 디젤 엔진의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 연료를 분사하는 Late Post 분사나, 배기 가스 통로에 설치된 분사 장치로부터 배기 통로에 연료를 직접 공급하는 방식 등을 들 수 있다.
이와 같은 미연 성분의 공급 방법은 예를 들어 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2009-228589호 공보
그러나, Late Post 분사에 의해 연료를 공급하는 경우에는, 엔진의 실린더 내에 공급된 연료의 일부가 배기 가스 통로에 도입되지 않고, 엔진의 하부에 있는 오일 팬 중의 엔진 오일에도 혼입된다. 엔진 오일 중의 연료 혼입율이 커지면, 엔진 오일의 윤활성의 저하나, 인화점 저하에 의한 발화의 리스크(오일 희석 리스크)가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 감안하여, DPF의 강제 재생시에, 엔진의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 연료를 분사하는 Late Post 분사를 행한 경우라도, 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 규정 관리값 이하로 관리할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 있어서는, 엔진의 배기 통로에 설치되고, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연소 제거 하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 상류측에 배치되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되었을 때, 또는 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간이나 연료 공급량이 소정 시간 혹은 소정량에 도달하였을 때에, 엔진의 연소실에 연소에 기여하지 않는 시기에 연료를 분사함으로써, 상기 산화 촉매에서의 연소를 행하게 하여 상기 필터의 강제 재생을 실시하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 필터의 강제 재생시에 엔진 오일에 혼입되는 연료 혼입량을 산출하는 연료 혼입량 산출 수단과, 상기 엔진 오일로부터의 연료의 증발량을 산출하는 연료 증발량 산출 수단을 구비하고, 상기 연료 혼입량과 엔진 오일로부터의 연료 증발량으로부터 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 계산하고, 상기 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록, 상기 소정 시간 또는 엔진의 운전 형태를 조정하는 것을 특징으로 한다.
엔진 오일 중의 연료 혼입율을 규정 관리값 이하로 함으로써, 필터의 강제 재생시에 있어서의 Late Post 분사를 행한 경우에 있어서도, 엔진 오일 중의 연료 혼입율의 증대에 기인하는 엔진 오일의 윤활성의 저하나, 인화점 저하에 의한 발화의 리스크를 억제할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 강제 재생 개시로부터 종료까지 필요로 하는 시간을 상정한 초기 상정 시간이 설정되어 있고, 실제로 강제 재생에 필요로 한 시간과, 상기 초기 상정 시간을 비교하고, 상기 강제 재생에 필요로 한 시간이, 상기 초기 상정 시간보다도 길 때에 상기 소정 시간 또는 엔진의 운전 형태의 조정을 실시하면 된다.
여기서, 초기 상정 시간은, 엔진이나 DPF의 능력, 과거의 강제 재생 시간의 실적 등을 바탕으로 상정하여 설정한다.
필터의 강제 재생 중에는, 상기 엔진 오일 중의 연료 혼입율은 단조 증가한다. 그로 인해, 강제 재생에 필요로 한 시간이, 상기 초기 상정 시간보다도 긴 경우에는, 상기 소정 시간에 도달하기 전 또는 필터에 포집된 미립자가 소정량으로 되기 전에 엔진 오일 중의 연료 혼입율이 상기 관리값을 초과할 가능성이 있다. 따라서, 상기 강제 재생에 필요로 한 시간이, 상기 초기 상정 시간보다도 길 때에 상기 조정을 실시함으로써, 엔진 오일 중의 연료 혼입율이 상기 관리값을 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되어 필터의 강제 재생을 실시한 경우에는, 상기 엔진에 있어서의 공기 과잉율을 증가하는 조정을 행함으로써, 상기 연료의 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록 조정하면 된다.
엔진에 있어서의 공기 과잉율을 증가함으로써, 상기 미립자의 배출량이 억제된다. 즉, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되어 필터의 강제 재생을 실시한 경우에는, 상기 공기 과잉율을 증가시킴으로써 미립자의 배출량이 억제되고, 강제 재생 실시로부터 다음 회의 강제 재생을 실시할 때까지의 간격을 연장시킬 수 있어, 상기 연료 혼입율이 상기 관리값을 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간, 혹은 연료 공급량이 소정 시간, 혹은 소정량에 도달하여 필터의 강제 재생을 실시하는 경우에는, 상기 소정 시간을 연장시킴으로써, 상기 연료의 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록 조정하면 된다.
또한, 상기 연료 혼입량 산출 수단은, 상기 엔진에 공급하는 연료를 축압하는 커먼 레일의 압력을 포함하는 상기 필터의 강제 재생시에 있어서의 운전 상태를 나타내는 파라미터에 의해 연료 혼입량을 산출하는 미리 작성된 실험식을 사용하여, 연료 혼입량을 산출하는 것으로 하면 된다.
이에 의해, 상기 엔진 오일에 혼입되는 연료 혼입량을 산출할 수 있다. 또한, 상기 파라미터로서, 예를 들어 엔진의 연소실에 분사하는 고압 연료를 저류하는 커먼 레일 내의 연료 압력, Late Post 분사량, 산화 촉매 입구의 배기 온도 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 연료 증발량 산출 수단은, 상기 강제 재생에 필요로 한 시간, 강제 재생을 행하지 않는 엔진의 통상 운전의 시간, 주위 온도를 포함하는 상기 필터의 강제 재생시에 있어서의 운전 상태를 나타내는 파라미터에 의해 엔진 오일의 증발량을 산출하는 미리 작성된 실험식을 사용하여, 엔진 오일로부터의 연료 증발량을 산출하는 것으로 하면 된다.
이에 의해, 상기 엔진 오일의 증발량을 간단하게 산출할 수 있다. 또한, 상기 파라미터로서, 예를 들어 엔진 오일을 저류하는 오일 팬의 온도, 강제 재생 시간, 주위 온도, 오일 팬의 액면 면적/용적비 등을 사용할 수 있다.
이상 기재한 바와 같이 본 발명에 따르면, 필터의 강제 재생시에, 내연 기관의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 연료를 분사하는 Late Post 분사를 행한 경우라도, 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 규정 관리값 이하로 관리할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서의 배기 정화 장치가 적용되는 엔진 주변의 구성도이다.
도 2는 DPF 재생시에 있어서의 제어의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S2에서 "예"로 판단된 경우에 있어서의 DPF 강제 재생 전에 있어서의 soot 퇴적량의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S6에서 "예"로 판단되고, 그 후 대책을 강구하지 않았던 경우에 있어서의 오일 희석량의 시간 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S6에서 "예"로 판단되고, 그 후 강제 재생 인터벌을 연장시킨 경우에 있어서의 오일 희석량의 시간 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S10에서 "예"로 판단된 경우에 있어서의 DPF 강제 재생 전에 있어서의 soot 퇴적량의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S14에서 "예"로 판단되고, 그 후 공기 과잉율 λ를 조정한 경우에 있어서의 soot 퇴적량의 변화를 나타낸 그래프와, 오일 희석량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 soot 퇴적량과 공기 과잉율의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에 한정되는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
<실시예>
도 1은, 실시예에 있어서의 배기 정화 장치가 적용되는 엔진 주변의 구성도이다.
엔진(2)에는, 엔진의 회전수 N을 검지하는 회전수계(도시하지 않음)가 설치되고, 상기 회전수 N은 후술하는 제어 ECU(40)에 도입되게 되어 있다.
또한, 엔진(2)에는, 엔진(2)의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터(16)가 설치되어 있다. 인젝터(16)로부터는, 오일 탱크(도시하지 않음)에 저류된 연료를 고압 펌프(12)에 의해 고압 상태로 하여 커먼 레일(14)에 고압 상태로 저류된 연료가 분사된다. 인젝터(16)로부터 엔진(2)의 연소실에 분사된 연료 분사량 Qf는, 제어 ECU(40)에 도입된다.
또한, 엔진(2)에는, 급기 통로(4)가 접속되는 동시에, 배기 통로(18)가 접속되어 있다.
급기 통로(4)에는, 터보 과급기(10)의 컴프레서(10a)가 설치되어 있다. 컴프레서(10a)는 후술하는 터빈(10b)에 동축 구동되는 것이다. 급기 통로(4)의 컴프레서(10a)보다도 상류측에는, 급기 통로(4)를 흐르는 급기 유량 Qa를 검지하는 에어플로우 미터(8)가 설치되어 있고, 에어플로우 미터(8)에 의해 검지되는 급기 유량 Qa는 제어 ECU(40)에 도입된다. 급기 통로(4)의 컴프레서(10a)보다도 하류측에는, 급기 통로(4)를 흐르는 흡입 공기와 대기에서 열교환을 행하는 인터쿨러(7)가 설치되어 있다. 또한, 급기 통로(4)의 인터쿨러(7)보다도 하류측에는, 급기 통로(4) 내를 유통하는 흡입 공기의 유량을 조절하는 스로틀 밸브(6)가 설치되어 있다.
배기 통로(18)에는, 터보 과급기(10)의 터빈(10b)이 설치되어 있다. 터빈(10b)은, 엔진(2)으로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 것이다.
배기 통로(18)의 터빈(10b)보다도 하류측에는, 산화 촉매의 작용에 의해 배기 가스 중의 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 무해화하는 동시에 배기 가스 중의 "NO"를 "NO"2에 산화하여, DPF에 의해 포집된 그을음을 연소 제거하는 기능이나, DPF에 포집된 그을음을 강제 재생하는 경우에 배기 가스 중의 미연 성분의 산화 반응열에 의해 배기 가스 온도를 상승시키는 기능을 갖는 DOC(20) 및 배기 가스 중의 그을음을 포집하는 DPF(22)가 설치되어 있다.
또한, 배기 통로(18)에는, DPF의 입구 압력 P_DPFin을 검지하는 압력 센서(24), DPF의 전후 차압 ΔP를 검지하는 차압 센서(32), 배기 통로(18) 내의 온도를 검지하는 온도 센서(26, 28 및 30)가 설치되어 있다. 온도 센서(26)는 DOC 입구 온도 T_DOCin, 온도 센서(28)는 DPF 입구 온도 T_DPFin, 온도 센서(30)는 DPF 출구 온도 T_DPFout를 검지하는 것이다. 압력 센서(24), 차압 센서(32), 온도 센서(26, 28 및 30)에 있어서의 검지값은, 제어 ECU(40)에 도입된다.
제어 ECU(40)는, 상기의 도입된 각 값을 바탕으로, 고압 펌프(12) 및 인젝터(16)의 동작을 제어하여 엔진(2)에 분사되는 연료 분사량을 제어하는 동시에, 스로틀 밸브(6)의 개방도를 조정하여 엔진(2)에 공급되는 흡입 공기량을 제어한다. 또한, DPF(22)의 강제 재생 제어를 행한다.
제어 ECU(40)에 의한 DPF 재생시에 있어서의 제어를 도 2를 사용하여 설명한다.
도 2는, DPF(22) 강제 재생시에 있어서의 제어의 흐름도이다.
스텝 S1에서 각종 상태량을 판독한다.
스텝 S1에서는, 제어 ECU(40) 내로 계산되는 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 경과 시간 t_int, 흡기 유량 Qa를 바탕으로 제어 ECU(40) 내로 계산되는 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 적산 공급량 Qtotal, 엔진(2)에 설치된 회전수계에 의해 검지되는 엔진의 회전수 N, 인젝터(16)로부터의 연료 분사량 Qf, 에어플로우 미터(8)에 의해 검지되는 급기 유량 Qa, 압력 센서(24)에 의해 검지되는 DPF의 입구 압력 P_DPFin, 차압 센서(32)에 의해 검지되는 DPF의 전후 차압 ΔP, 온도 센서(26)에 의해 검지되는 DOC 입구 온도 T_DOCin, 온도 센서(28)에 의해 검지되는 DPF 입구 온도 T_DPFin, 온도 센서(30)에 의해 검지되는 DPF 출구 온도 T_DPFout, 배기 가스 유량 Gex, 배기 가스 성분 yi가 제어 ECU(40)에 판독된다.
스텝 S2에서는, 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 경과 시간 t_int가 규정값 이상, 또는 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 적산 공급량 Qtotal이 규정값 이상인지를 판단한다. 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 경과 시간 t_int 또는 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 적산 공급량 Qtotal 중 어느 하나가 규정값 이상이면 스텝 S3으로 진행한다. 모두 규정값 미만이면 스텝 S10으로 진행한다.
여기서, 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 경과 시간 t_int의 판단을 행하기 위한 규정값은, 전회의 DPF 강제 재생시로부터 현재까지의 경과 시간 t_int의 경과에 의해 강제적으로 DPF(22)의 강제 재생을 개시하는 시간 간격이며, 이하에 있어서 강제 재생 인터벌로 칭한다. 상기 강제 재생 인터벌은, 엔진(2)이나 DPF(22)의 능력 등에 의해 결정한다.
스텝 S10에서는, soot 퇴적량 추정값이 한계 퇴적량 이상인지의 여부를 판단한다.
여기서 soot란 그을음을 의미하고, soot 퇴적량 추정값이란, DPF(22)에 퇴적하고 있는 그을음의 양의 추정값을 의미한다. soot 퇴적량 추정값은, DPF(22)에 유입해 오는 soot량과 통상 운전시의 연소에 의해 제거되는 soot량의 차에 의해 구할 수 있고, DPF(22)에 유입해 오는 soot량은 DPF 입구 온도 T_DOCin과 엔진의 운전 상태(회전수 N 및 토크), 배기 가스 성분 등으로부터 계산한다.
또한 한계 퇴적량이란, DPF(22)에 의해 포집할 수 있는 soot의 한계량을 의미한다.
스텝 S10에서 "예", 즉 soot 퇴적량 추정값이 한계 퇴적량 이상이면 스텝 S11로 진행한다.
스텝 S10에서 "아니오", 즉 soot 퇴적량 추정값이 한계 퇴적량 미만이면 스텝 S2로 복귀된다.
스텝 S3에서는, DPF(22)의 강제 재생을 개시한다. 상기 강제 재생은, 엔진(2)의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 인젝터(6)보다 연료를 분사하는 Late Post 분사에 의해 DOC(20)에 미연 성분을 공급하고, DOC(20)에서 발생하는 산화열을 이용함으로써 DPF(22)에 유입되는 배기 가스 온도를 상승시켜 행한다.
스텝 S3에서 DPF(22)의 강제 재생을 개시하면, 스텝 S4에서 soot 퇴적량 추정값이 규정값 이하인지의 여부를 판단한다.
스텝 S4에서는, soot 퇴적량이 규정값 이하로 될 때까지 DPF(22)의 강제 재생을 계속하고, soot 퇴적량이 규정값 이하로 이루어지면 스텝 S5로 진행하고 DPF(22)의 강제 재생을 종료한다.
스텝 S5에서 DPF(22)의 강제 재생이 종료되면, 스텝 S6에서 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다 컸는지의 여부를 판단한다.
여기서, 강제 재생 시간이란, 스텝 S3에 있어서의 강제 재생 개시시부터, 스텝 S5에 있어서의 강제 재생 종료시까지 실제로 필요로 한 시간을 말한다.
또한, 초기 상정 시간이란, 강제 재생 개시로부터 종료까지 필요로 하면 사전에 상정한 시간을 말하고, 엔진(2)이나 DPF(22)의 능력, 과거의 강제 재생 시간의 실적 등을 바탕으로 설정된 것이다.
스텝 S6에서 "아니오", 즉 강제 재생 시간이 초기 상정 시간 이하이면 스텝 S8로 진행하고, 강제 재생 인터벌을 변경하지 않고 처리를 종료한다.
스텝 S6에서 "예", 즉 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다 크면 스텝 S7로 진행한다.
스텝 S7에서는, 소정 시간 경과 후의 오일 희석량의 예상값을 산출한다.
여기서 오일 희석량이란, 엔진의 하부에 있어서 엔진 오일을 저장해 두는 오일 팬 중의 엔진 오일에의 연료의 혼입율을 의미한다.
오일 희석량은, DPF(22)의 강제 재생에 의한 엔진 오일 중에의 연료 혼입량과, 통상 운전시의 연료 증발량으로부터 산출한다.
DPF(22)의 강제 재생에 의한 엔진 오일 중에의 연료 혼입량은, 제어 ECU(40) 내에 존재하는 연료 혼입량 산출 수단(도시하지 않음)에 의해 산출한다. 상기 연료 혼입량 산출 수단은, 커먼 레일(14) 내의 연료 압력, Late Post량, DOC 입구 온도 T_DPCin 등의 강제 재생시에 있어서의 파라미터로부터 추정할 수 있는 실험식을 미리 작성해 두고 구한다. 상기 실험식에는, 연료의 분사 노즐의 구멍 직경, 분사 구멍수, 스월비 등의 구조상의 변수를 첨가해도 된다.
또한, 통상 운전시의 연료 증발량은, 제어 ECU(40) 내에 존재하는 엔진 오일 증발량 산출 수단(도시하지 않음)에 의해 산출한다. 상기 엔진 오일 증발량 산출 수단은, 상기 연료 혼입량 산출 수단과 마찬가지로 미리 작성한 실험식을 사용하여 통상 운전시의 연료 증발량을 구한다. 이때, 오일 팬 온도, 강제 재생 시간, 주위 온도, 오일 팬의 액면 면적/용적비 등을 파라미터로서 사용할 수 있다.
스텝 S7에서 소정 시간 후의 오일 희석량의 예상값이 산출되면, 스텝 S9에서 상기 소정 시간 후의 오일 희석량의 예상값에 따라서, 소정 시간 후의 실제의 오일 희석량이 후술하는 관리값을 초과하지 않도록 강제 재생 인터벌의 설정값을 신장한다. 여기서, 소정 시간이란, 강제 재생 종료로부터 다음 회의 DPF의 강제 재생 종료 후까지의 시간이다.
스텝 S9에 있어서의 강제 재생 인터벌의 설정값을 신장하는 것에 대해서, 도 3 내지 도 5를 사용하여 설명한다.
도 3은, 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S2에서 "예"로 판단된 경우에 있어서의 DPF(22) 강제 재생 전에 있어서의 soot 퇴적량의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에 있어서 종축은 soot 퇴적량, 횡축은 시간을 나타내고 있다.
스텝 S9로 진행하는 경우는, 스텝 S2 및 스텝 S10의 결과로부터, 도 3에 도시한 바와 같이 DPF(22) 강제 재생 전에 soot 퇴적량은 soot 한계 퇴적량까지 도달하고 있지 않다. 즉, DPF(22)의 강제 재생은, 강제 재생 인터벌마다 행해지고 있다.
도 4는, 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S6에서 "예"로 판단되고, 그 후 대책을 강구하지 않았던 경우에 있어서의 오일 희석량의 시간 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4에 있어서 종축은 오일 희석량, 횡축은 시간을 나타내고 있다. 또한 도 4에 있어서 점선은 강제 재생 시간이 초기 상정 시간이었던 경우의 오일 희석량의 시간 변화, 실선은 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다도 t1-t1'만큼 길었던 경우의 오일 희석량의 시간 변화를 나타내고 있다. DPF(22)의 강제 재생시에는, 오일 희석량은 단조 증가하고, 통상 운전시(비재생시)에는 단조 감소하므로, 도 4에 있어서는, 초기 상정 시간은 t1'-t0, 강제 재생 시간은 t1-t0이었던 것을 의미하고 있는다.
강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다도 t1-t1'만큼 길어짐으로써, 1회의 DPF(22)의 강제 재생마다 오일 희석은 a만큼 증가한다. 이때, 어떠한 대책도 강구하지 않으면, 도 4에 도시한 바와 같이, 오일 희석량이 관리값을 초과하게 될 가능성이 있다.
도 5는, 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S6에서 "예"로 판단되고, 그 후 강제 재생 인터벌을 연장시킨 경우에 있어서의 오일 희석량의 시간 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5에 있어서 종축은 오일 희석량, 횡축은 시간을 나타내고 있다. 또한 도 5에 있어서 점선은 강제 재생 시간이 초기 상정 시간이었던 경우의 오일 희석량의 시간 변화, 실선은 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다도 길었던 경우의 오일 희석량의 시간 변화를 나타내고 있다.
강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다도 t1-t1'만큼 길어진 경우, 강제 재생 인터벌을 t2-t0으로부터 t2'-t0으로 신장함으로써, 강제 재생간에 오일 희석량이 감소되고, 다음 회의 DPF(22)의 강제 재생 후에 있어서도 오일 희석량이 관리값을 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
강제 재생 인터벌을 신장하는 양은, 다음 회의 DPF(22)의 강제 재생 후에 있어서도 오일 희석량이 관리값을 초과하지 않도록 설정한다.
도 2에 도시한 흐름도에 있어서 S10에서 "예", 즉 soot 퇴적량 추정값이 한계 퇴적량 이상이면, 전술한 바와 같이 스텝 S11로 진행한다.
스텝 S11에서는 DPF(22)의 강제 재생을 개시한다. 상기 강제 재생은, 스텝 S3에 있어서 설명한 바와 같이, Late Post 분사에 의해 DOC(20)에 미연 성분을 공급하고, DOC(20)에서 발생하는 산화열을 이용함으로써 DPF(22)에 유입되는 배기 가스 온도를 상승시켜 행한다.
스텝 S11에서 DPF(22)의 강제 재생을 개시하면, 스텝 S12에서 soot 퇴적 추정값이 규정값 이하인지의 여부를 판단한다.
스텝 S12에서는, soot 퇴적량이 규정값 이하로 이루어질 때까지 DPF(22)의 강제 재생을 계속하고, soot 퇴적량이 규정값 이하로 이루어지면 스텝 S13으로 진행하고 DPF(22)의 강제 재생을 종료한다.
스텝 S13에서 DPF(22)의 강제 재생이 종료되면, 스텝 S14에서 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다 컸던 것인지의 여부를 판단한다.
스텝 S14에서 "아니오", 즉 강제 재생 시간이 초기 상정 시간 이하이면 스텝 S16으로 진행하고, 운전 조건을 변경하지 않고 처리를 종료한다.
스텝 S14에서 "예", 즉 강제 재생 시간이 초기 상정 시간보다 크면 스텝 S15로 진행한다.
스텝 S15에서는, 소정 시간 경과 후의 오일 희석량의 예측값을 산출한다. 오일 희석량의 예측값은, 스텝 S7과 마찬가지로 하여, DPF(22)의 강제 재생에 의해 엔진 오일 중에의 연료 혼입량과, 통상 운전시(비재생시)의 연료 증발량으로부터 산출한다.
스텝 S15에서 소정 시간 후의 오일 희석량의 예측값이 산출되면, 스텝 S17에서 상기 오일 희석량의 예측값에 따라서, 소정 시간 후의 오일 희석량의 예측값이 관리값을 초과하지 않도록 공기 과잉율 λ를 조정한다. 여기서, 소정 시간이란, 다음 회의 DPF의 강제 재생 후로 한다. 또한, 공기 과잉율의 조정은, 제어 방법 변경 수단의 일부이며, 전부는 아니다.
도 8은, soot 퇴적량과 공기 과잉율의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시하는 바와 같이 공기 과잉율을 증가하면 soot 퇴적량은 감소한다.
스텝 S17에 있어서의 공기 과잉율 λ의 조정에 대해서, 도 6, 도 7을 사용하여 설명한다.
도 6은, 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S10에서 "예"로 판단된 경우에 있어서의 DPF(22) 강제 재생 전에 있어서의 soot 퇴적량의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에 있어서 종축은 soot 퇴적량, 횡축은 시간을 나타내고 있다.
스텝 S17로 진행하는 경우는, 스텝 S10의 결과로부터, 도 6에 도시한 바와 같이 DPF(22) 강제 재생 전에 soot 퇴적량은 soot 한계 퇴적량에 도달한다. 즉, DPF(22)의 강제 재생은, soot 퇴적량 추정값이 한계 퇴적량에 도달한 시점에서 행해지게 된다.
도 7은, 도 2의 흐름도에 있어서 스텝 S14에서 "예"로 판단되고, 그 후 공기 과잉율 λ를 조정한 경우에 있어서의 soot 퇴적량의 변화를 나타낸 그래프와, 오일 희석량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7에 나타낸 그래프에 있어서 횡축은 시간, 상측에 나타낸 그래프의 종축은 soot 퇴적량, 하측에 나타낸 그래프의 종축은 오일 희석량을 나타내고 있다.
도 7에 있어서는, 시간 t3에서 soot 퇴적량이 한계 퇴적량에 도달하고, 시각 t3으로부터 t3'에 걸쳐서 DPF(22)의 강제 재생을 행하고 있다. 강제 재생을 행함으로써, soot 퇴적량이 감소되는 동시에 오일 희석량이 증가된다. 다음으로 시간 t4에서 soot 퇴적량이 한계 퇴적량에 도달하고, 시각 t4로부터 t4'에 걸쳐서 DPF(22)의 강제 재생을 행하고 있다. 그리고, 시간 t4로부터 t4'에 걸쳐서 행한 강제 재생 후, 도 7에서 점선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t5에서 soot 퇴적량이 한계 퇴적량에 도달하고, 시각 t5로부터 t5'에 걸쳐서 강제 재생을 행하면 강제 재생 후에 오일 희석량이 관리값을 초과한다고 예상된다. 이때, 시간 t4'에서 공기 과잉율 λ를 올려서 soot 퇴적량을 줄이는 조정을 행함으로써, 도 7에 실선으로 나타내는 바와 같이, soot 퇴적량이 한계 퇴적량에 도달하고 강제 재생을 개시하는 시각이 t5로부터 t6으로 지연되고, 그에 따라 다음 회의 강제 재생까지의 오일 희석량의 감소량이 커지고, 다음 회의 시각 t6으로부터 t6'에 걸쳐서 행하는 DPF의 강제 재생시에 있어서도 오일 희석량이 관리값을 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
필터의 재생시에, 내연 기관의 실린더 내에 연소에 기여하지 않는 타이밍에서 연료를 분사하는 Late Post 분사를 행한 경우라도, 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 규정 관리값 이하로 관리할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치로서 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 엔진의 배기 통로에 설치되고, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 포집한 미립자를 가열에 의해 연료 제거하는 강제 재생이 실시되는 필터와, 상기 필터의 상류측에 배치되어 필터의 온도를 상승시키기 위한 산화 촉매를 갖는 엔진의 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되었을 때, 또는 상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간, 혹은 연료 공급량이 소정 시간, 혹은 소정량에 도달하였을 때에, 엔진의 연소실에서의 연소에 기여하지 않는 시기에 연료를 분사함으로써, 상기 산화 촉매에서의 연소를 행하게 하여 상기 필터의 강제 재생을 실시하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 필터의 강제 재생시에 엔진 오일에 혼입되는 연료 혼입량을 산출하는 연료 혼입량 산출 수단과, 상기 엔진 오일로부터의 연료 증발량을 산출하는 연료 증발량 산출 수단을 갖고,
    상기 연료 혼입량과 엔진 오일로부터의 연료 증발량으로부터 엔진 오일 중의 연료의 혼입율을 계산하고, 상기 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록, 상기 소정 시간 또는 엔진의 운전 형태를 조정하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    강제 재생 개시로부터 종료까지 필요로 하는 시간을 상정한 초기 상정 시간이 설정되어 있고,
    실제로 강제 재생에 필요로 한 시간과, 상기 초기 상정 시간을 비교하고,
    상기 강제 재생에 필요로 한 시간이, 상기 초기 상정 시간보다도 길 때에 상기 소정 시간 또는 엔진의 운전 형태의 조정을 실시하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 이상으로 되어 필터의 강제 재생을 실시한 경우에는, 상기 엔진에 있어서의 공기 과잉율을 증가하는 조정을 행함으로써, 상기 연료의 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 필터에 포집된 미립자가 소정량 미만이며 상기 필터의 전회 재생으로부터의 경과 시간, 혹은 연료 공급량이 소정 시간, 혹은 소정량에 도달하여 필터의 강제 재생을 실시하는 경우에는, 상기 소정 시간을 연장시킴으로써, 상기 연료의 혼입율이 규정 관리값 이하로 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 혼입량 산출 수단은, 상기 엔진에 공급하는 연료를 축압하는 커먼 레일의 압력을 포함하는 상기 필터의 강제 재생시에 있어서의 운전 상태를 나타내는 파라미터에 의해 연료 혼입량을 산출하는 미리 작성된 실험식을 사용하여, 연료 혼입량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 증발량 산출 수단은, 상기 강제 재생에 필요로 한 시간, 강제 재생을 행하지 않는 엔진의 통상 운전의 시간, 주위 온도를 포함하는 상기 필터의 강제 재생시에 있어서의 운전 상태를 나타내는 파라미터에 의해 엔진 오일의 증발량을 산출하는 미리 작성된 실험식을 사용하여, 엔진 오일로부터의 연료 증발량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 정화 장치.
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