KR20150143449A - 배기가스 정화 시스템 - Google Patents

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토모히로 후쿠다
아츠시 오타
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Abstract

배기가스 정화 장치(202)의 재생시에 입자상 물질이 과퇴적이어도 폭주 연소를 발생시키지 않고 입자상 물질을 연소 제거할 수 있도록 하는 것을 과제로 하고 있다. 커먼 레일식 엔진(201)과, 엔진(201)의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치(202)를 구비한다. 배기가스 정화 장치(202) 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능하게 구성한다. 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사(E)와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖는다. 비작업 재생 제어 및 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 엔진(201)을 구동시킨다. 리커버리 재생 제어에서는 비작업 재생 제어보다 낮은 배기가스 온도이며 또한 비작업 재생 제어보다 장시간에 걸치도록 설정한다.

Description

배기가스 정화 시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본원 발명은 예를 들면 건설 기계, 농작업기 및 엔진 발전기와 같은 작업기에 탑재하는 엔진에 대한 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진(이하, 단지 엔진이라고 함)의 배기가스 대책으로서 엔진의 배기 경로 중에 배기 필터(디젤 파티큘레이트 필터)를 설치함으로써, 배기가스 중의 입자상 물질(PM) 등을 포집해서 대기 방출을 억제하는 기술은 잘 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 등 참조). 배기 필터로 포집한 PM이 규정량을 초과하면 배기 필터 내의 유통 저항이 증대되어 엔진 출력의 저하를 초래하기 때문에, 배기가스의 승온에 의해 배기 필터에 퇴적된 PM을 제거하여 배기 필터의 PM 포집 능력을 회복(재생)시키는 것도 행하여지고 있다. 배기가스를 승온시켜도 배기 필터가 충분히 재생되지 않는 경우에는, 배기 필터 내에 미연 연료를 공급해서 PM을 연소 시킴으로써 배기 필터 재생을 촉진시키는 것이 가능하다. 이와 같은 리셋 재생 기술도 공지이다.
일본 특허공개 2000-145430호 공보 일본 특허공개 2003-27922호 공보
그러나, 배기 필터 내에 미연 연료를 공급하는 리셋 재생을 실행했다고 해도 충분한 승온 작용이 얻어지지 않는 운전 상태가 계속되면, 배기 필터 내에 PM이 과잉으로 퇴적될 경우가 있다. 이와 같은 상황 하에서 배기 필터 재생을 행하면, 과퇴적된 PM의 급격한 연소(폭주 연소)에 의해 배기 필터에 균열이 발생하거나 용손(溶損)되거나 하는 것과 같은 폐해를 초래한다.
본원 발명은 상기와 같은 현상을 검토해서 개선을 실시한 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 하고 있다.
청구항 1의 발명은 커먼 레일식 엔진과, 상기 엔진의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치를 구비하고, 상기 배기가스 정화 장치 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능한 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 비작업 재생 제어보다 낮은 배기가스 온도이며 또한 상기 비작업 재생 제어보다 장시간에 걸치도록 설정하고 있는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 비작업 재생 제어가 실패했을 경우에 미리 설정한 리커버리 이행 조건의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드로 이행되고, 상기 리커버리 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 리커버리 대기 모드에서 대기한다는 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 2에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 리커버리 재생 제어의 실행 중에 있어서 미리 설정한 리커버리 해제 조건이 성립했을 때에는 상기 리커버리 재생 제어를 중단한다는 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1~3 중 어느 하나에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 리커버리 재생 제어가 완료된 경우에는 통상 운전 제어로 되돌아온다는 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 1에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사를 이용하여 배기가스 온도를 상승시키는 리셋 재생 제어와, 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키고, 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어를 거쳐 상기 리커버리 재생 제어로 이행하도록 설정하여 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 비작업 이행 조건의 성립을 대기하는 비작업 대기 모드를 경유하고, 상기 비작업 재생 제어로부터 상기 리커버리 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 리커버리 이행 조건의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드를 경유하며, 상기 각 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 각 대기 모드에서 대기한다는 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 5에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 비작업 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 최대 출력보다 낮은 비작업시 최대 출력으로 제한한다는 것이다.
청구항 7의 발명은 청구항 5 또는 6에 기재된 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 상기 비작업시 최대 출력보다 낮은 리커버리시 최대 출력으로 제한한다는 것이다.
(발명의 효과)
청구항 1의 발명에 의하면, 커먼 레일식 엔진과, 상기 엔진의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치를 구비하고, 상기 배기가스 정화 장치 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능한 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 비작업 재생 제어보다 낮은 배기가스 온도이며 또한 상기 비작업 재생 제어보다 장시간에 걸치도록 설정하고 있기 때문에, 상기 배기가스 정화 장치 내에서 상기 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있어도 폭주 연소를 발생시키지 않고 상기 입자상 물질을 연소 제거하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 배기가스 정화 장치의 파손(용손)이나 과도한 에미션 배출을 방지할 수 있다.
청구항 2의 발명이나 청구항 3의 발명에 의하면, 상기 리커버리 대기 모드로 일단 이행하면, 그 후에는 상기 리커버리 재생 제어나 상기 리커버리 대기 모드로밖에 이행하지 않게 된다. 이 때문에, 폭주 연소를 야기하는 재생 제어를 실행할 일이 없어 폭주 연소의 발생을 방지할 수 있다.
청구항 4의 발명에 의하면, 상기 리커버리 재생 제어가 완료된 경우에는 통상 운전 제어로 되돌아오기 때문에, 오퍼레이터가 예를 들면 모드 스위칭을 위한 되돌림 조작 등을 할 필요가 없고, 수고를 덜어서 오퍼레이터의 조작 부담을 경감할 수 있다.
청구항 5의 발명에 의하면, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사를 이용하여 배기가스 온도를 상승시키는 리셋 재생 제어와, 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키기 때문에, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진이 통상 운전을 하지 않는다. 즉, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어는 상기 배기가스 정화 장치의 파손(용손) 방지나 과도한 에미션 배출 방지와 같은 위기 회피를 위한 모드로서 존재하고 있다.
또한, 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어를 거쳐서 상기 리커버리 재생 제어로 이행하도록 설정하고, 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 비작업 이행 조건의 성립을 대기하는 비작업 대기 모드를 경유하고, 상기 비작업 재생 제어로부터 상기 리커버리 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 리커버리 이행 조건의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드를 경유하며, 상기 각 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 각 대기 모드에서 대기하기 때문에, 상기 각 대기 모드로 일단 이행하면 상기 비작업 재생 제어 또는 상기 리커버리 재생 제어로밖에 이행하지 않게 된다. 이 때문에, 폭주 연소를 야기하는 재생 제어를 실행할 일이 없어 폭주 연소의 발생을 방지할 수 있고, 상기 배기가스 정화 장치의 파손(용손) 방지나 과도한 에미션 배출 방지와 같은 위기 회피를 확실하게 행할 수 있다.
청구항 6의 발명이나 청구항 7의 발명에 의하면, 상기 비작업 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 최대 출력보다 낮은 비작업시 최대 출력으로 제한하고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 상기 비작업시 최대 출력보다 낮은 리커버리시 최대 출력으로 제한하기 때문에, 상기 비작업 재생 제어나 상기 리커버리 재생 제어를 실행했을 경우에 배기가스의 과도한 승온 및 승압을 방지하여 승온에 의한 상기 배기가스 정화 장치 등의 배기계 부품의 열화나, 승압에 의한 상기 배기계 부품의 접합부로부터의 배기가스 누출의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 엔진을 사선 전방으로부터 본 사시도이다.
도 2는 엔진의 정면도이다.
도 3은 엔진의 배면도이다.
도 4는 엔진의 평면도이다.
도 5는 엔진의 우측면도이다.
도 6은 엔진의 좌측면도이다.
도 7은 배기 필터를 정화 입구관측으로부터 본 외관 사시도이다.
도 8은 배기 필터를 정화 출구관측으로부터 본 외관 사시도이다.
도 9는 배기 필터의 단면 설명도이다.
도 10은 엔진의 연료 계통 설명도이다.
도 11은 연료의 분사 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 12는 계기 패널의 설명도이다.
도 13은 출력 특성 맵의 설명도이다.
도 14는 어시스트 재생 제어 및 리셋 재생 제어의 플로우차트이다.
도 15는 비작업 재생 제어의 플로우차트이다.
도 16은 리커버리 재생 제어의 플로우차트이다.
도 17은 애로우 모드에서의 비작업 재생 제어의 플로우차트이다.
도 18은 재생 스위치를 생략한 다른 예에 있어서의 어시스트 재생 제어 및 리셋 재생 제어의 플로우차트이다.
도 19는 재생 스위치를 생략한 다른 예에 있어서의 비작업 재생 제어의 플로우차트이다.
도 20은 재생 스위치를 생략한 다른 예에 있어서의 리커버리 재생 제어의 플로우차트이다.
도 21은 재생 스위치를 생략한 다른 예에 있어서의 애로우 모드에서의 비작업 재생 제어의 플로우차트이다.
이하에, 본원 발명을 구체화한 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
(1). 엔진의 개요
처음에, 도 1~도 6을 참조하면서 커먼 레일식의 엔진(201)의 개요에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 크랭크축선과 평행인 양측부(크랭크축선을 사이에 둔 양측의 측부)를 전후, 냉각팬(209) 배치측을 우측, 플라이휠 하우징(210) 배치측을 좌측으로, 배기 매니폴드(7) 배치측을 전방측, 흡기 매니폴드(6) 배치측을 후방측이라고 칭하고, 이것들을 편의적으로 엔진(201)에 있어서의 사방 및 상하 위치 관계의 기준으로 하고 있다.
도 1~도 6에 나타내는 바와 같이, 농업 기계나 건설·토목 기계 등의 작업기에 탑재되는 원동기로서의 엔진(201)은 연속 재생식의 배기가스 정화 장치인 배기 필터(202)(디젤 파티큘레이트 필터)를 구비하고 있다. 배기 필터(202)에 의해 엔진(201)으로부터 배출되는 배기가스 중의 입자상 물질(PM)이 제거됨과 아울러, 배기가스 중의 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)가 저감된다.
엔진(201)은 엔진 출력축인 크랭크축(203)과 피스톤(도시 생략)을 내장한 실린더 블록(204)을 구비하고 있다. 실린더 블록(204) 상에는 실린더 헤드(205)가 탑재되어 있다. 실린더 헤드(205)의 후방측면에 흡기 매니폴드(206)가 배치되고, 실린더 헤드(205)의 전방측면에 배기 매니폴드(207)가 배치되어 있다. 실린더 헤드(205)의 상면측은 헤드 커버(208)로 덮여 있다. 실린더 블록(204)의 좌우 양측면으로부터 크랭크축(203)의 좌우 양단측을 돌출시키고 있다. 엔진(201)의 우측면측에 냉각팬(209)을 설치하고 있다. 크랭크축(203)의 좌측단측으로부터 냉각팬용 V벨트(222)를 통해서 냉각팬(209)에 회전 동력이 전달된다.
엔진(201)의 뒷면측에 플라이휠 하우징(210)이 설치되어 있다. 플라이휠 하우징(210) 내에, 플라이휠(211)이 크랭크축(203)의 후단측에 축지지된 상태로 수용되어 있다. 엔진(201)의 회전 동력은 크랭크축(203)으로부터 플라이휠(211)을 통해서 작업기의 작동부에 전달된다. 실린더 블록(204)의 하면에는 윤활유를 저류하는 오일팬(212)을 배치하고 있다. 오일팬(212) 내의 윤활유는 실린더 블록(204)의 후방측면에 배치된 오일 필터(213) 등을 통해서 엔진(201)의 각 윤활부에 공급되고, 그 후 오일팬(212)으로 되돌아온다.
실린더 블록(204) 후방측면에 있어서의 오일 필터(213)의 상방[흡기 매니폴드(206)의 하방]에는 연료 공급 펌프(214)가 설치되어 있다. 또한, 엔진(201)에는 전자 개폐 제어형의 연료 분사 밸브(219)(도 10 참조)를 갖는 4기통분의 인젝터(215)를 구비하고 있다. 실린더 블록(204)의 후방측면 중 흡기 매니폴드(206)의 하방에는 엔진(201)의 각 기통에 연료를 1연소 사이클 중에 다단 분사하는 커먼 레일 장치(220)를 설치하고 있다. 각 인젝터(215)는 연료 공급 펌프(214), 커먼 레일 장치(220) 및 연료 필터(217)를 통해서 작업기에 탑재된 연료 탱크(218)에 접속하고 있다. 연료 탱크(218)의 연료는 연료 공급 펌프(214)로부터 연료 필터(217)를 경유해서 커먼 레일 장치(220)로 압송된다. 각 인젝터(215)의 연료 분사 밸브(219)를 개폐 제어함으로써, 커먼 레일 장치(220) 내에 축적된 고압의 연료가 각 인젝터(215)로부터 엔진(201)의 각 기통에 분사된다.
실린더 블록(204)의 좌측면측에는 냉각수 윤활용의 냉각수 펌프(221)가 냉각팬(209)의 팬축과 동축 형상으로 배치되어 있다. 크랭크축(203)의 회전 동력에 의해, 냉각팬용 V벨트(222)를 통해서 냉각팬(209)과 함께 냉각수 펌프(221)가 구동된다. 작업기에 탑재되는 라디에이터(도시 생략) 내의 냉각수는 냉각수 펌프(221)의 구동에 의해 실린더 블록(204) 및 실린더 헤드(205)에 공급되어 엔진(201)을 냉각시킨다. 엔진(201)의 냉각에 기여한 냉각수는 라디에이터로 되돌아온다. 또한, 냉각수 펌프(221)의 좌측방에 얼터네이터(223)가 배치되어 있다.
실린더 블록(204)의 전후측면에 기관 다리 부착부(224)를 각각 설치한다. 각 기관 다리 부착부(224)에는 방진 고무를 갖는 기관 다리체(도시 생략)가 각각 볼트 체결된다. 엔진(201)은 각 기관 다리체를 통해서 작업기(구체적으로는, 엔진 부착 섀시)에 방진 지지된다.
도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡기 매니폴드(206)의 입구부는 EGR 장치(226)(배기가스 재순환 장치)를 통해서 에어 클리너(도시 생략)에 연결되어 있다. 에어 클리너에 흡입된 신기(新氣)(외부 공기)는 상기 에어 클리너에 의해 제진 및 정화된 뒤, EGR 장치(226)를 통해서 흡기 매니폴드(206)로 이송되어 엔진(201)의 각 기통에 공급된다.
EGR 장치(226)는 엔진(201)의 배기가스의 일부[배기 매니폴드(207)로부터의 EGR 가스] 및 신기(에어 클리너로부터의 외부 공기)를 혼합시켜서 흡기 매니폴드(206)에 공급하는 EGR 본체 케이스(227)와, 에어 클리너에 EGR 본체 케이스(227)를 연통시키는 흡기 스로틀 부재(228)와, 배기 매니폴드(207)에 EGR 쿨러(229)를 통해서 접속하는 재순환 배기가스관(230)과, 재순환 배기가스관(230)에 EGR 본체 케이스(227)를 연통시키는 EGR 밸브 부재(231)를 구비하고 있다.
흡기 매니폴드(206)에는 EGR 본체 케이스(227)를 통해서 흡기 스로틀 부재(228)가 연결되어 있다. 흡기 스로틀 부재(228)는 EGR 본체 케이스(227)의 길이 방향의 일단부에 볼트 체결되어 있다. EGR 본체 케이스(227)의 좌우 안쪽 방향의 개구 단부가 흡기 매니폴드(206)의 입구부에 볼트 체결되어 있다. EGR 본체 케이스(227)에는 EGR 밸브 부재(231)를 통해서 재순환 배기가스관(230)의 출구측을 연결하고 있다. 재순환 배기가스관(230)의 입구측은 EGR 쿨러(229)를 통해서 배기 매니폴드(207)의 하면측에 연결되어 있다. EGR 밸브 부재(231)의 개방도를 조절함으로써, EGR 본체 케이스(227)로의 EGR 가스의 공급량이 조절된다.
상기 구성에 있어서, 에어 클리너로부터 흡기 스로틀 부재(228)를 통해서 EGR 본체 케이스(227) 내에 신기(외부 공기)가 공급되는 한편, 배기 매니폴드(207)로부터 EGR 밸브 부재(231)를 통해서 EGR 본체 케이스(227) 내에 EGR 가스[배기 매니폴드(207)로부터 배출되는 배기가스의 일부]를 공급한다. 에어 클리너로부터의 신기 및 배기 매니폴드(207)로부터의 EGR 가스가 EGR 본체 케이스(227) 내에서 혼합된 뒤, EGR 본체 케이스(227) 내의 혼합 가스가 흡기 매니폴드(206)에 공급된다. 이와 같이, 배기 매니폴드(207)로부터 배출된 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드(206) 경유로 엔진(201)에 환류시킴으로써, 고부하 운전시의 최고 연소 온도를 저하시켜 엔진(201)으로부터의 NOx(질소 산화물)의 배출량을 저감하고 있다.
도 1~도 5에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드(205)의 우측방이며 또한 배기 매니폴드(207)의 상방에는 터보 과급기(232)가 배치되어 있다. 터보 과급기(232)는 터빈휠(도시 생략)을 내장한 터빈 케이스(233)와, 블로어휠(도시 생략)을 내장한 컴프레서 케이스(234)를 구비하고 있다. 터빈 케이스(233)의 배기 입구측은 배기 매니폴드(207)의 출구부에 접속되어 있다. 터빈 케이스(233)의 배기 출구측은 배기 필터(202)를 통해서 테일 파이프(도시 생략)에 연결되어 있다. 엔진(201)의 각 기통으로부터 배기 매니폴드(207)로 배출된 배기가스는, 터보 과급기(232)의 터빈 케이스(233) 및 배기 필터(202) 등을 경유해서 테일 파이프로부터 외부로 방출된다.
컴프레서 케이스(234)의 흡기 입구측은 흡기관(235)을 통해서 에어 클리너에 연결되어 있다. 컴프레서 케이스(234)의 흡기 출구측은 과급관(236)을 통해서 흡기 스로틀 부재(228)에 연결되어 있다. 에어 클리너에 의해 제진된 신기는 컴프레서 케이스(234)로부터 흡기 스로틀 부재(228) 및 EGR 본체 케이스(227)를 경유해서 흡기 매니폴드(206)로 이송되어, 엔진(201)의 각 기통에 공급된다. 흡기관(235)은 블로바이 가스 되돌림 관(237)을 통해서 헤드 커버(208) 내의 브리더실에 연결되어 있다. 브리더실에서 윤활유를 분리 제거한 블로바이 가스는 블로바이 가스 되돌림 관(237)을 통해서 흡기관(235)으로 되돌아가고, 흡기 매니폴드(206)로 환류되어서 엔진(201)의 각 기통에 재공급된다.
(2). 배기 필터의 구조
이어서, 도 7~도 9를 참조하면서 배기 필터(202)의 구조에 대하여 설명한다. 배기 필터(202)는 정화 입구관(241) 및 정화 출구관(242)을 갖는 내열 금속 재료제의 정화 케이싱(240)을 구비하고 있다. 정화 케이싱(240)의 내부에는 이산화질소(NO2)를 생성하는 백금 등의 디젤 산화 촉매(243)와, 포집한 입자상 물질(PM)을 비교적 저온에서 연속적으로 산화 제거하는 허니콤 구조의 수트 필터(244)가 배기가스의 이동 방향(도 9의 화살표 방향 참조)으로 직렬로 나란히 수용되어 있다. 정화 케이싱(240)의 길이 방향 양측(일단측과 타단측)에 정화 입구관(241)과 정화 출구관(242)이 나뉘어서 설치되어 있다. 정화 입구관(241)은 터빈 케이스(233)의 배기 출구측에 연결되어 있다. 정화 출구관(242)은 테일 파이프(도시 생략)에 연결되어 있다.
상기 구성에 있어서, 엔진(201)의 배기가스는 터빈 케이스(233)의 배기 출구측으로부터 정화 입구관(241)을 경유해서 정화 케이싱(240) 내에 유입되고, 디젤 산화 촉매(243), 수트 필터(244)의 순으로 통과해서 정화 처리된다. 배기가스 중의 입자상 물질은 수트 필터(244)에 있어서의 각 셀간의 다공질인 칸막이벽을 빠져 나가지 못하고 포집된다. 그 후, 디젤 산화 촉매(243) 및 수트 필터(244)를 통과한 배기가스가 테일 파이프를 향해서 방출된다.
배기가스가 디젤 산화 촉매(243) 및 수트 필터(244)를 통과할 때에 배기가스 온도가 재생 가능 온도(예를 들면, 약 300℃)를 초과하고 있으면, 디젤 산화 촉매(243)의 작용으로 배기가스 중의 일산화질소(NO)가 불안정한 이산화질소(NO2)로 산화된다. 그리고, 이산화질소가 일산화질소로 되돌아올 때에 방출하는 산소(O)가 수트 필터(244)에 퇴적된 입자상 물질을 산화 제거함으로써, 수트 필터(244)의 입자상 물질 포집 능력은 회복된다[수트 필터(244)는 자기 재생한다]. 또한, 실시형태에서는 정화 케이싱(240)의 길이 방향 타단측이 소음기(245)로 구성되어 있고, 상기 소음기(245)에 정화 출구관(242)이 설치되어 있다.
입구측 케이스(247)의 일단측(배기 상류측의 단부)에 입구측 덮개체(254)가 용접 고정되어 있다. 입구측 케이스(247)의 일단측을 입구측 덮개체(254)에 의해 막고 있다. 입구측 케이스(247)의 외주측에 정화 입구관(241)이 용접 고정되어 있다. 정화 입구관(241)은 입구측 케이스(247)에 형성된 배기가스 입구(255)를 통해서 입구측 케이스(247) 내에 연통되고 있다. 또한, 입구측 케이스(246)와 출구측 케이스(247)는 복수 세트의 후판상 플랜지체(271)와 복수개의 볼트(272)에 의하여 착탈 가능하게 체결되어 있다.
정화 케이싱(240)의 길이 방향 타단측에 위치하는 소음기(45)는 소음 케이스(251)를 구비하고 있다. 소음 케이스(251)의 일단측(배기 상류측의 단부)은 출구측 케이스(247)에 연통 접속되어 있다. 소음 케이스(251)의 타단측(배기 하류측의 단부)에는 출구측 덮개체(265)가 용접 고정되어 있다. 소음 케이스(251)에는 다수의 배기 연통 구멍을 갖는 정화 출구관(242)을 설치하고 있다. 정화 출구관(42)의 돌출단측은 예를 들면, 테일 파이프나 이미 설치된 소음 부재에 접속된다. 또한, 출구측 케이스(247)와 소음 케이스(251)는 복수 세트의 후판상 플랜지체(273)와 복수개의 볼트(274)에 의하여 착탈 가능하게 체결되어 있다.
후판상 플랜지체(273) 중 적어도 하나에 정화 케이싱(240)을 엔진(201)에 지지시키는 연결 다리체(277)를 착탈 가능하게 부착한다. 정화 케이싱(240)[실시형태에서는 입구측 케이스(247)]의 외주측에는, 정화 케이싱(240)을 엔진(201)에 지지시키는 고정 다리체(279)를 용접에 의해 고착하고 있다. 연결 다리체(277) 및 고정 다리체(279)는 플라이휠 하우징(210)의 상면측에 형성된 케이싱 부착부(280)에 볼트 체결하고 있다. 즉, 배기 필터(202)는 연결 다리체(277) 및 고정 다리체(279)에 의해, 고강성 부재인 플라이휠 하우징(210) 상에 안정적으로 연결 지지된다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 정화 케이싱(240)의 외주측에는 정화 케이싱(240) 내의 배기가스 압력을 검출하는 차압 센서(281)와, 마찬가지로 정화 케이싱(240) 내의 배기가스 온도를 검출하는 DPF 온도 센서(282)의 전기 배선 커넥터(294)를 구비하고 있다. 차압 센서(281)는 수트 필터(244)를 사이에 둔 배기 상류측 및 배기 하류측간의 배기가스의 차압을 검출하는 것이며, 상기 차압을 이용하여 수트 필터(44)의 PM 퇴적량이 환산되어 배기 필터(202) 내의 막힘 상태가 추정된다. PM 퇴적량의 환산 결과에 의거하여 흡기 스로틀 부재(228)나 커먼 레일(216)의 작동을 제어함으로써, 수트 필터(244)[배기 필터(202)]의 재생 제어가 행하여진다.
후판상 플랜지체(273) 중 적어도 하나에 차압 센서(281) 및 DPF 온도 센서(282)의 전기 배선 커넥터(294)를 지지하는 센서 브래킷(283)을 착탈 가능하게 부착한다. 센서 브래킷(283)에 차압 센서(281) 및 DPF 온도 센서(282)의 전기 배선 커넥터(294)를 병설하고 있다. 차압 센서(281)에는 상류 및 하류 센서 배관(288, 289)의 일단측이 각각 접속된다. 수트 필터(244)를 사이에 두는 위치 관계에서 정화 케이싱(240)에 한 쌍의 압력용 보스체(292)를 설치한다. 각 압력용 보스체(292)에는 각각 대응하는 센서 배관(288, 289)이 접속된다. 배기가스 온도 센서(282)의 전기 배선 커넥터(294)는 복수개 있고, 각 전기 배선 커넥터로부터 센서 배관(295)을 연장시킨다. 정화 케이싱(240)에 설치한 온도용 보스체(298)에 각각 대응하는 센서 배관(295)이 접속된다.
(3). 커먼 레일 장치의 개략
이어서, 도 10 및 도 11을 참조하면서 연료 분사 장치인 커먼 레일 장치(220)의 개략을 설명한다. 엔진(201)에 있어서의 4기통분의 각 인젝터(215)에는 커먼 레일 장치(220) 및 연료 공급 펌프(214)를 통해서 연료 탱크(218)를 접속하고 있다. 상술한 바와 같이, 각 인젝터(215)는 전자 개폐 제어형의 연료 분사 밸브(219)를 구비하고 있다. 커먼 레일 장치(220)는 원통 형상의 커먼 레일(216)(축압실)을 구비하고 있다. 연료 공급 펌프(214)의 흡입측은 연료 필터(217) 및 저압관(261)을 통해서 연료 탱크(218)에 접속되어 있다. 연료 탱크(218) 내의 연료는 연료 필터(217) 및 저압관(261)을 통해서 연료 공급 펌프(216)로 흡입된다. 연료 공급 펌프(216)의 토출측에는 고압관(262)을 통해서 커먼 레일(216)을 접속하고 있다. 커먼 레일(216)에는 4개의 연료 분사관(263)을 통해서 4기통분의 인젝터(215)를 접속하고 있다.
연료 탱크(218)에는 연료 되돌림 관(264)을 통해서 연료 공급 펌프(214)를 접속하고 있다. 커먼 레일(216)의 길이 방향의 단부에는 커먼 레일(216) 내의 연료의 압력을 제한하는 되돌림 관 커넥터(266)를 통해서 커먼 레일 환원관(267)의 일단측을 접속하고 있다. 커먼 레일 되돌림 관(267)의 타단측은 연료 되돌림 관(264)을 통해서 연료 탱크(218)에 접속되어 있다[연료 되돌림 관(264)에 합류하고 있다]. 연료 공급 펌프(214)의 잉여 연료와 커먼 레일(216)의 잉여 연료는 연료 되돌림 관(264) 및 커먼 레일 되돌림 관(267)을 통해서 연료 탱크(218)로 회수된다.
상기 구성에 있어서, 연료 탱크(218)의 연료는 연료 공급 펌프(214)에 의해 커먼 레일(216)에 압송되어 고압의 연료로서 커먼 레일(216)에 축적된다. 각 연료 분사 밸브(219)를 각각 개폐 제어(전자 제어)함으로써 커먼 레일(216) 내의 고압의 연료가 분사 압력, 분사 시기, 분사 기간(분사량)을 고정밀도로 컨트롤한 후, 각 인젝터(115)로부터 엔진(201)의 각 기통에 분사된다. 이 때문에, 엔진(201)으로부터 배출되는 질소 산화물(NOx)을 저감할 수 있음과 아울러, 엔진(201)의 소음 진동을 저감할 수 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 커먼 레일 장치(220)는 상사점(TDC)을 사이에 둔 부근에서 메인 분사(A)를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 커먼 레일 장치(220)는 메인 분사(A) 이외에, 상사점보다 약 60° 이전의 크랭크 각도(θ1)의 시기에 NOx 및 소음의 저감을 목적으로 해서 소량의 파일럿 분사(B)를 실행하거나, 상사점 직전의 크랭크 각도(θ2)의 시기에 소음 저감을 목적으로 해서 프리 분사(C)를 실행하거나, 상사점 후의 크랭크 각도(θ3 및 θ4)의 시기에 입자상 물질(이하, PM이라고 함)의 저감이나 배기가스의 정화 촉진을 목적으로 해서 애프터 분사(D) 및 포스트 분사(E)를 실행하거나 하도록 구성되어 있다.
파일럿 분사(B)는 메인 분사(A)에 대하여 크게 진각한 시기에 분사함으로써 연료와 공기의 혼합을 촉진시키는 것이다. 프리 분사(C)는 메인 분사(A)에 앞서 분사함으로써 메인 분사(A)에서의 착화 시기의 지연을 단축하는 것이다. 애프터 분사(D)는 메인 분사(A)에 대하여 약간 지각(遲角)시켜서 분사함으로써 확산 연소를 활성화시켜 엔진(201)으로부터의 배기가스 온도를 상승시키는(PM을 재연소시키는) 것이다. 포스트 분사(E)는 메인 분사(A)에 대하여 크게 지각한 시기에 분사함으로써 실제 연소 과정에 기여하지 않고, 미연소의 연료로서 배기 필터(202)에 공급하는 것이다. 배기 필터(202)에 공급된 미연소의 연료는 디젤 산화 촉매(243) 상에서 반응하고, 그 반응열에 의해 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도가 상승하게 된다. 여기에서, 도 11에 있어서의 그래프 산의 고저는 대략적으로 각 분사 단계(A~E)에서의 연료 분사량의 차이를 표현하고 있다.
(4). 엔진의 제어 관련 구조
이어서, 도 10~도 13을 참조하면서 엔진(201)의 제어 관련의 구조에 대하여 설명한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 엔진(201)에 있어서의 각 기통의 연료 분사 밸브(219)를 작동시키는 ECU(311)를 구비하고 있다. 상세한 것은 생략하지만, ECU(311)는 각종 연산 처리나 제어를 실행하는 CPU 외에, 각종 데이터를 미리 고정적으로 기억시킨 ROM, 제어 프로그램이나 각종 데이터를 고쳐 쓰기 가능하게 기억하는 EEPROM, 제어 프로그램이나 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM, 시간 계측용 타이머, 및 입출력 인터페이스 등을 갖고 있고, 엔진(201) 또는 그 근방에 배치되어 있다.
ECU(311)는 전원 인가용의 키 스위치(331)를 통해서 배터리(332)에 접속되어 있다. 키 스위치(331)는 열쇠 구멍에 집어넣은 소정의 열쇠에 의해 차단 위치, 접속 위치 및 스타터 위치라고 하는 3개의 단자 위치에 회동 조작 가능한 로터리 스위치이다. 키 스위치(331)는 엔진(201) 탑재 대상의 작업기에 설치한 계기 패널(340)에 배치되어 있다(도 12 참조). 키 스위치(331)의 접속 위치(단자)를 ECU(311)의 입력측에 접속하고 있다.
ECU(311)의 입력측에는 적어도 커먼 레일(216) 내의 연료 압력을 검출하는 레일압 센서(312), 연료 펌프(214)를 회전 또는 정지시키는 전자 클러치(313), 엔진(201)의 회전 속도[크랭크축(203)의 캠 샤프트 위치]를 검출하는 엔진 회전 센서(314), 인젝터(215)의 연료 분사 횟수(일행정의 연료 분사 기간 동안의 횟수)를 검출 및 설정하는 분사 설정기(315), 액셀 조작구(도시 생략)의 조작 위치를 검출하는 스로틀 위치 센서(316), 흡기 경로 중의 흡기 온도를 검출하는 흡기 온도 센서(317), 배기 경로 중의 배기가스 온도를 검출하는 배기 온도 센서(318), 엔진(201)의 냉각수 온도를 검출하는 냉각 수온 센서(319), 커먼 레일(216) 내의 연료 온도를 검출하는 연료 온도 센서(320), EGR 가스의 온도를 검출하는 EGR 온도 센서(321), 배기 필터(202) 내에 있어서의 수트 필터(244) 전후(상하류)의 배기가스의 차압을 검출하는 차압 센서(281), 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도를 검출하는 DPF 온도 센서(282), 배기 필터(202) 재생 동작을 허가하는 재생 승인 부재로서의 재생 스위치(322), 배기 필터(202) 재생 동작을 금지하는 재생 금지 부재로서의 재생 금지 스위치(323), 및 록킹 상태에서 비작업 재생 제어(상세한 것은 후술함) 이후의 각 재생 제어의 실행을 금지하는 인터록 스위치(324)를 접속하고 있다.
ECU(311)의 출력측에는 적어도 4기통분의 각 연료 분사 밸브(219)의 전자 솔레노이드가 각각 접속되어 있다. 즉, 커먼 레일(216)에 저장한 고압 연료가 연료 분사 압력, 분사 시기 및 분사 기간 등을 제어하면서 일행정 중에 복수회에 나누어서 연료 분사 밸브(219)로부터 분사됨으로써 질소 산화물(NOx)의 발생을 억제함과 아울러, 수트나 이산화탄소(CO2) 등의 발생도 저감된 완전 연소를 실행하여 연료 소비율을 향상시키도록 구성되어 있다.
또한, ECU(311)의 출력측에는 엔진(201)의 흡기압(흡기량)을 조절하는 흡기 스로틀 부재(228), 흡기 매니폴드(206)로의 EGR 가스의 공급량을 조절하는 EGR 밸브 부재(231), 엔진(201)의 이상을 통지하는 엔진 경보 램프(325), 배기가스가 고온인 것을 통지하는 배기 온도 경보 램프(326), 비작업 재생 제어 이후의 재생 제어의 실행을 촉진하는 재생 요구 램프(327), 배기 필터(202) 재생 동작에 관련해서 명멸하는 재생 램프(328), 재생 금지 스위치(323)의 금지 조작에 의해 작동하는 재생 금지 램프(329), 및 배기 필터(202) 재생 동작 등에 관련해서 명동하는 경보 버저(330)를 접속하고 있다. 각종 램프(325~329)의 명멸이나 경보 버저(330)의 명동에 관한 데이터는 미리 ECU(311)의 EEPROM에 기억되어 있다. 또한, 도 12에 나타내는 바와 같이 재생 스위치(322), 재생 금지 스위치(323) 및 각종 램프(325~329)는 엔진(201) 탑재 대상의 작업기에 있는 계기 패널(340)에 배치되어 있다. 인터록 스위치(324)는 계기 패널(340) 또는 그 근방에 배치되어 있다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 재생 스위치(322)와 재생 금지 스위치(323)는 중앙부에 위치하는 지축 주위에서 회동 가능한 로커 스위치(333)(시소 스위치)로 구성되어 있다. 로커 스위치(333)에 있어서 지축을 사이에 둔 한쪽이 재생 스위치(322)이고, 다른쪽이 재생 금지 스위치(323)이다.
재생 스위치(322)는 모멘터리 동작 타입인 것이다. 즉, 재생 스위치(322)는 1회의 압하로 하나의 ON 펄스 신호를 발하는 논 록킹 타입의 푸시 스위치이다. 오퍼레이터에 의한 재생 스위치(322)의 압하 시간은 리셋 재생 제어(상세한 것은 후술함) 이후의 각 재생 제어의 실행 여부를 판별하는 기준의 하나로 채용하고 있다.
재생 금지 스위치(323)는 얼터네이트 동작 타입인 것이다. 즉, 재생 금지 스위치(323)는 1회 압하하면 그 압하 위치에서 록킹되고, 한번 더 압하하면 원래의 위치로 복귀하는 록킹형의 푸시 스위치이다. 재생 금지 스위치(323)를 압하해서 록킹되어 있으면, 엔진(201)에 있어서의 현재 상태의 구동 상태가 유지되어 리셋 재생 제어 이후의 각 재생 제어의 실행이 금지된다. 재생 금지 스위치(323)의 온 오프도 리셋 재생 제어 이후의 각 재생 제어의 실행 여부를 판별하는 기준의 하나이다.
실시형태의 재생 스위치(322)에는 재생 램프(328)를 내장하고 있다. 즉, 로커 스위치(333)의 재생 스위치(322) 부분을 재생 램프(328)가 부착된 스위치로 구성하고 있다. 또한, 마찬가지로 실시형태의 재생 금지 스위치(323)에는 재생 금지 램프(329)를 내장하고 있어서, 로커 스위치(333)의 재생 금지 스위치(323) 부분을 재생 금지 램프(329)가 부착된 스위치로 구성하고 있다. 또한, 로커 스위치(333) 구조의 특성상, 재생 금지 스위치(323)를 압하해서 온으로 하면 재생 스위치(322)는 오프가 된다. 재생 금지 스위치(323)가 록킹 상태이면 재생 스위치(322)는 온으로 할 수 없다. 재생 금지 스위치(323)가 해제 상태이면 재생 스위치(322)를 압하해서 온으로 할 수 있다.
ECU(311)의 EEPROM에는 엔진(201)의 회전 속도(N)와 토크(T)(부하)의 관계를 나타내는 출력 특성 맵(M)(도 13 참조)을 미리 기억시키고 있다. 또한, 상세한 것은 생략하지만, ECU(311)의 EEPROM에는 엔진(201)의 회전 속도(N)와 연료 분사량의 관계로부터 배기가스 유량을 환산하는 배기가스 유량 맵이나, 마찬가지로 엔진(201)의 회전 속도(N)와 연료 분사량의 관계로부터 엔진(201)의 PM 배출량을 환산하는 PM 배출량 맵도 미리 기억시키고 있다. 출력 특성 맵(M) 등의 각 맵은 실험 등에 의해 얻어진다. 도 13에 나타내는 출력 특성 맵(M)에서는 회전 속도(N)를 가로축에, 토크(T)를 세로축에 채용하고 있다. 출력 특성 맵(M)은 상향으로 볼록하게 그려진 실선(Tmx)으로 둘러싸인 영역이다. 실선(Tmx)은 각 회전 속도(N)에 대한 최대 토크를 나타낸 최대 토크선이다. 이 경우, 엔진(201)의 형식이 같으면 ECU(311)에 기억되는 출력 특성 맵(M)은 모두 동일(공통)인 것이 된다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 출력 특성 맵(M)은 소정의 배기가스 온도에 있어서의 회전 속도(N)와 토크(T)의 관계를 나타낸 경계선(BL1, BL2)에 의해 상하 세개로 분단된다.
제 1 경계선(BL1)보다 상측의 영역은 엔진(201)의 통상 운전만으로 수트 필터(244)에 퇴적된 PM을 산화 제거할 수 있는[디젤 산화 촉매(243)의 산화 작용이 작용하는] 자기 재생 영역이다. 제 1 경계선(BL1)과 제 2 경계선(BL2) 사이의 영역은 엔진(201)의 통상 운전만으로는 PM이 산화 제거되지 않고 수트 필터(244)에 퇴적되지만, 후술하는 어시스트 재생 제어나 리셋 재생 제어의 실행에 의해 배기 필터(202)가 재생되는 재생 가능 영역이다. 제 2 경계선(BL2)보다 하측의 영역은 어시스트 재생 제어나 리셋 재생 제어를 실행해도 배기 필터(202)가 재생되지 않는 재생 불가 영역이다. 재생 불가 영역에서의 엔진(201)의 배기가스 온도는 지나치게 낮기 때문에, 이 상태로부터 어시스트 재생 제어나 리셋 재생 제어를 실행해도 배기가스 온도가 재생 경계 온도까지 상승하지 않는다. 즉, 엔진(201)의 회전 속도(N)와 토크(T)의 관계가 재생 불가능 영역에 있으면, 어시스트 재생 제어나 리셋 재생 제어에서는 배기 필터(202)가 재생되지 않는다[수트 필터(244)의 입자상 물질포집 능력이 회복되지 않는다]. 또한, 제 1 경계선(BL1) 상의 배기가스 온도는 자기 재생 가능한 재생 경계 온도(약 300℃정도)이다.
ECU(311)는 기본적으로 엔진 회전 센서(314)에서 검출한 회전 속도와 스로틀 위치 센서(316)에서 검출한 스로틀 위치로부터 엔진(201)의 토크를 구하고, 토크와 출력 특성을 이용하여 목표 연료 분사량을 연산하며, 상기 연산 결과에 의거하여 커먼 레일 장치(220)를 작동시키는 연료 분사 제어를 실행한다. 또한, 커먼 레일 장치(220)의 연료 분사량은, 주로 각 연료 분사 밸브(219)의 밸브 개방 기간을 조절하여 각 인젝터(215)로의 분사 기간을 변경함으로써 조절된다.
엔진(201)의 제어 방식(재생 제어 방식)으로서는 엔진(201)의 통상 운전만으로 배기 필터(202)가 자발적으로 재생되는 통상 운전 제어(자기 재생 제어)와, 배기 필터(202)의 막힘 상태가 규정 수준 이상이 되면 배기가스 온도를 자동적으로 상승시키는 어시스트 재생 제어와, 포스트 분사(E)를 이용하여 배기가스 온도를 상승시키는 리셋 재생 제어와, 포스트 분사(E)와 엔진(201)의 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어(긴급 재생 제어, 주차 재생 제어라고 해도 좋음)와, 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어가 있다.
통상 운전 제어에서는 엔진(201)에 있어서의 회전 속도(N)와 토크(T)의 관계가 출력 특성 맵(M)의 자기 재생 영역에 있고, 배기 필터(202) 내에서의 PM 산화량이 PM 포집량을 상회하는 정도로 엔진(201)의 배기가스가 고온으로 되어 있다.
어시스트 재생 제어에서는 흡기 스로틀 부재(228)의 개방도 조절과 애프터 분사(D)에 의해 배기 필터(202)를 재생시킨다. 즉, 어시스트 재생 제어에서는 EGR 밸브 부재(231)를 밸브 폐쇄함과 아울러, 흡기 스로틀 부재(228)를 소정 개방도까지 밸브 폐쇄시킴(좁힘)으로써 엔진(201)으로의 흡기량을 제한한다. 그렇게 하면, 엔진(201) 부하가 증대되기 때문에 설정 회전 속도 유지를 위해서 커먼 레일 장치(220)의 연료 분사량이 증가하여, 엔진(201)의 배기가스 온도를 상승시킨다. 이것에 맞추어, 메인 분사(A)에 대하여 약간 지각시켜서 분사하는 애프터 분사(D)에 의해 확산 연소를 활성화시켜 엔진(201)의 배기가스 온도를 상승시킨다. 그 결과, 배기 필터(202) 내의 PM이 연소 제거된다. 또한, 이후에 설명하는 재생 제어 중 어느 것에 있어서도 EGR 밸브 부재(231)는 밸브 폐쇄된다.
리셋 재생 제어는 어시스트 재생 제어가 실패했을 경우[배기 필터(202)의 막힘 상태가 개선되지 않고 PM이 잔류했을 경우]나, 엔진(201)의 누적 구동 시간(TI)이 설정 시간(TI2)(예를 들면, 100시간 정도) 이상이 되었을 경우에 행하여진다. 리셋 재생 제어에서는 어시스트 재생 제어의 형태에 추가해서, 포스트 분사(E)를 함으로써 배기 필터(202)를 재생시킨다. 즉, 리셋 재생 제어에서는 흡기 스로틀 부재(228)의 개방도 조절과 애프터 분사(D)에 추가해서 포스트 분사(E)로 배기 필터(202) 내에 미연 연료를 직접 공급하고, 미연 연료를 디젤 산화 촉매(243)로 연소시킴으로써 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도를 상승시킨다(약 560℃ 정도). 그 결과, 배기 필터(202) 내의 PM이 강제적으로 연소 제거된다.
비작업 재생 제어는 리셋 재생 제어가 실패했을 경우[배기 필터(202)의 막힘 상태가 개선되지 않고 PM이 잔류했을 경우] 등에 행하여진다. 비작업 재생 제어에서는 리셋 재생 제어의 형태에 추가해서, 엔진(201)의 회전 속도(N)를 소정 고속 회전 속도(예를 들면, 2200rpm, 최고 회전 속도 또는 하이 아이들 회전 속도여도 좋음)로 유지함으로써 엔진(201)의 배기가스 온도를 상승시킨 후에, 배기 필터(202) 내에서도 포스트 분사(E)에 의해 배기가스 온도를 상승시킨다(약 600℃ 정도). 그 결과, 리셋 재생 제어보다 더욱 호조건 하에서 배기 필터(202) 내의 PM이 강제적으로 연소 제거된다. 또한, 비작업 재생 제어에서의 흡기 스로틀 부재(228)는 좁히는 것이 아니라, 완전히 밸브 폐쇄시킨다. 비작업 재생 제어에서의 애프터 분사(D)는 어시스트 재생 제어나 리셋 재생 제어보다 리타드(지각)시켜서 행하여진다.
비작업 재생 제어에서는 엔진(201)의 출력을 최대 출력보다 낮은 비작업시 최대 출력(예를 들면, 최대 출력의 80% 정도)으로 제한하고 있다. 이 경우, 엔진(201)의 회전 속도(N)를 소정 고속 회전 속도로 유지하므로, 토크(T)를 억제해서 비작업시 최대 출력이 되도록 커먼 레일 장치(220)의 연료 분사량을 조절한다.
리커버리 재생 제어는 비작업 재생 제어가 실패했을 경우[배기 필터(202)의 막힘 상태가 개선되지 않고 PM이 과퇴적이 되었을 경우] 등에 행하여진다. 실시형태의 리커버리 재생 제어는 리커버리 제 1 재생 제어와 리커버리 제 2 재생 제어의 2단계로 나누어서 실행된다. 리커버리 제 1 재생 제어는 과퇴적된 PM의 폭주 연소의 우려가 있는 상황 하에서, 배기 필터(202) 내의 PM을 서서히 연소 제거하여 배기 필터(202)를 완만하게 재생시키는 것이다. 리커버리 제 2 재생 제어는 폭주 연소의 우려가 없어진 상황 하에서, 배기 필터(202)를 빠르게 재생시키는 것이다.
리커버리 재생 제어 전체로서는 비작업 재생 제어의 형태와 기본적으로 마찬가지로 행하여지지만, 리커버리 제 1 재생 제어에서는 과퇴적된 PM의 폭주 연소를 방지하기 위해서, 예를 들면 포스트 분사(E)에서의 연료 분사량을 적게 하는 등 하여 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도가 비작업 재생 제어보다 낮은 온도(TP3) (예를 들면, 500℃ 정도)를 목표로 하고, 또한 장시간(예를 들면, 3~3.5시간 정도 이내)에 걸쳐서 배기 필터(202) 내의 PM을 서서히 연소 제거한다. 리커버리 제 1 재생 제어에서는 엔진(201)의 출력을 비작업시 최대 출력(예를 들면, 최대 출력의 80% 정도)보다 낮은 리커버리시 최대 출력으로 제한하고 있다. 이 경우, 엔진(201)의 토크(T)뿐만 아니라 회전 속도(N)도 억제해서 리커버리시 최대 출력이 되도록 커먼 레일 장치(220)의 연료 분사량을 조절한다.
리커버리 제 2 재생 제어에서는 흡기 스로틀 부재(228)의 밸브 폐쇄, 애프터 분사(D), 포스트 분사(E) 및 엔진(201)의 소정 고속 회전 속도에 의해, 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도가 리커버리 제 1 재생 제어보다 높은 온도(TP4)(예를 들면, 600℃ 정도)를 목표로 해서 배기 필터(202)를 빠르게 재생시킨다. 즉, 리커버리 제 2 재생 제어의 형태는 비작업 재생 제어의 형태와 마찬가지이다. 리커버리 제 1 재생 제어와 리커버리 제 2 재생 제어의 주된 상위점은 포스트 분사(E)의 분사량이며, 예를 들면 리커버리 제 1 재생 제어시의 포스트 분사(E)의 분사량은 리커버리 제 2 재생 제어시의 포스트 분사(E)의 분사량보다 적게 되어 있다.
통상 운전 제어는 물론이지만, 어시스트 재생 제어 및 리셋 재생 제어에서는 엔진(201)의 동력을, 예를 들면 작업기의 작동부에 전달해서 각종 작업을 실행하는 것이 가능하다[엔진(201)을 통상 운전으로 구동할 수 있다]. 비작업 재생 제어 및 리커버리 재생 제어에서는 오로지 PM의 연소 제거를 위해서 엔진(201)을 구동시키고, 엔진(201)의 동력에 의해 예를 들면 작업기의 작동부를 구동시키지 않는다.
(5). 배기 필터 재생 제어의 형태
이어서, 도 14 이후의 플로우차트를 참조하면서, ECU(311)에 의한 배기 필터(202) 재생 제어의 일례에 대하여 설명한다. 상술의 각 재생 제어는 ECU(311)의 지령에 의거해 실행된다. 즉, 도 14 이후의 플로우차트로 나타내는 알고리즘은 ECU(311)의 EEPROM에 기억되어 있고, 상기 알고리즘을 RAM에 호출하고 나서 CPU에서 처리함으로써 상술의 각 재생 제어가 실행된다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 배기 필터(202) 재생 제어에서는 우선 키 스위치(331)가 온이면(S101: YES) 엔진 회전 센서(314), 냉각 수온 센서(319), 차압 센서(281) 및 DPF 온도 센서(282)의 검출값과, 흡기 스로틀 부재(228) 및 EGR 밸브 부재(231)의 개방도와, 커먼 레일 장치(220)에 의한 연료 분사량을 판독한다(S102). 이어서, 과거에 어시스트 재생 제어, 리셋 재생 제어 또는 비작업 재생 제어를 실행하고 나서의 누적 구동 시간(TI)이 설정 시간(TI1)(예를 들면, 50시간) 미만이면(S103: NO) 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정한다(S104). 스텝 S104에서는 차압 센서(281)의 검출값과 배기가스 유량 맵에 의거하는 P법에서의 PM 퇴적량 추정과, 엔진 회전 센서(314)의 검출값과 연료 분사량과 PM 배출량 맵과 배기가스 유량 맵에 의거하는 C법에서의 PM 퇴적량 추정을 행한다. P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Ma)(예를 들면, 8g/l) 이상이면(S105: YES) 어시스트 재생 제어를 실행한다(S106).
어시스트 재생 제어의 개시로부터 소정 시간(TI3)(예를 들면, 30분)이 경과한 경우에는(S107: YES) 어시스트 재생 제어를 종료하고 통상 운전 제어로 되돌아온다. 어시스트 재생 제어 개시로부터 소정 시간 내이면(S107: NO) C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정한다(S108). 이 점에서 알 수 있는 바와 같이, 실시형태에서는 기본적으로 각 재생 제어의 실행 중에는 C법에 의해 PM 퇴적량을 추정하고, 그 이외에서는 P법에 의해 PM 퇴적량을 추정하고 있다. 각 재생 제어의 실행 중인지의 여부에 의해 PM 퇴적량의 추정 방법을 변경하고 있다. C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Ma)(예를 들면, 6g/l) 미만이면(S109: YES) 어시스트 재생 제어를 종료하고 통상 운전 제어로 되돌아온다. P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Ma) 이상인 경우에 있어서(S109: NO), 이 상태에서 소정 시간(TI4)(예를 들면, 10분)을 경과한 경우에는(S110: YES) 리셋 재생 제어 전의 리셋 대기 모드인 스텝 S201로 이행한다.
스텝 S103으로 되돌아가서, 누적 구동 시간(TI)이 설정 시간(TI1) 이상이고, 또한 설정 시간(TI2)(예를 들면, 100시간) 이상인 경우(S111: YES), 리셋 대기 모드인 스텝 S201로 이행한다. 이 단계에서는 재생 램프(328)가 점멸하여 오퍼레이터에게 리셋 재생 제어의 실행을 촉진한다. 재생 금지 스위치(323)가 오프이고 재생 스위치(322)를 소정 시간(예를 들면, 3초) 온인 경우에는, 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도(TP)가 TP1(예를 들면, 250℃) 이상이면(S201: YES) 리셋 재생 제어를 실행한다(S202). 이 단계에서는 재생 램프(328)와 함께 배기 온도 경보 램프(326)가 점등한다.
재생 금지 스위치(323) 온이거나, 재생 스위치(322) 오프이거나, 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도(TP)가 TP1 미만인 경우에는(S201: NO), C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정하고(S203), C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Mr)(예를 들면, 6g/l) 미만인 상태에서 소정 시간(TI5)(예를 들면, 1시간)을 경과하면(S204: YES) 리셋 대기 모드로부터 빠져나와서 통상 운전 제어로 되돌아온다. 스텝 S204가 NO인 상태에서 소정 시간(TI6)(예를 들면, 3시간)이 경과한 경우에는(S205: YES), PM 과퇴적의 가능성이 염려되므로 비작업 재생 제어 전의 비작업 대기 모드인 스텝 S301로 이행한다.
리셋 재생 제어의 실행 중에는 P법 및 C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정한다(S206). P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Mr)(예를 들면, 10g/l) 미만이고(S207: NO), 또한 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도(TP)가 TP2(예를 들면, 600℃) 이상인 상태에서 소정 시간(TI7)(예를 들면, 25분)을 경과하거나(S208: YES), 리셋 재생 제어 개시로부터 소정 시간(TI8)(예를 들면, 30분)을 경과하면(S209: YES) 리셋 재생 제어를 종료하고 통상 운전 제어로 되돌아온다. P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Mr) 이상이면(S207: YES) 리셋 재생 제어 실패로 간주하여 PM 과퇴적의 가능성이 염려되므로 비작업 재생 제어 전의 비작업 대기 모드인 스텝 S301로 이행한다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 비작업 대기 모드에서는 처음에 P법 및 C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정한다(S301). 이 단계에서는 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)가 점등하여 오퍼레이터에게 비작업 재생 제어의 실행을 예고한다. P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Mb)(예를 들면, 12g/l) 미만이고(S302: NO) 또한 소정 시간(TI9)(예를 들면, 10시간) 내이면 (S303: NO), 미리 설정한 비작업 이행 조건이 성립할 때까지 대기한다(S304). P법 및 C법에서의 PM 퇴적량 중 어느 하나가 규정량(Mb) 이상이거나(S302: YES), 비작업 대기 모드인 상태로 소정 시간(TI9)(예를 들면, 10시간)을 경과한 경우에는(S303: YES), PM 과퇴적의 가능성이 염려되므로 리커버리 재생 제어 전의 리커버리 대기 모드인 스텝 S401로 이행한다. 또한, 비작업 대기 모드에서는 PM 퇴적량이 예를 들면 10g/l 미만이면 경보 버저(330)가 단속적으로 명동하고, 예를 들면 10g/l 이상이면 경보 버저(330)가 연속적으로 명동한다. 경보 버저(330)의 명동 상태에 의해, 오퍼레이터는 배기 필터(202)의 막힘 상태를 대략 파악할 수 있다.
스텝 S304에 나타내는 비작업 이행 조건은 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 재생 스위치(322)를 소정 시간(예를 들면, 3초) 온, 재생 금지 스위치(323)가 오프, 엔진(201)이 로우 아이들 회전 속도(무부하시의 최저 한도의 회전 속도), 및 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값(예를 들면, 65℃) 이상이라고 하는 5가지의 조건으로 이루어져 있다. 이 경우, 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값 이상이면, 엔진(201)의 난기 운전 완료로 간주하고 있다.
스텝 S304에 있어서, 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 엔진(201)이 로우 아이들 회전 속도, 및 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값 이상이라고 하는 3가지의 조건이 성립하면, 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)의 점등을 계속시킨 상태로 재생 램프(328)가 점멸하여 오퍼레이터에게 비작업 재생 제어의 실행을 촉구한다. 그리고, 재생 금지 스위치(323)가 오프이고 재생 스위치(322)를 소정 시간 온이 되면(S304: YES), 5가지의 비작업 이행 조건이 성립하여 비작업 재생 제어를 실행한다(S305). 이 단계에서는 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)는 소등하고, 재생 램프(328)와 함께 배기 온도 경보 램프(326)가 점등한다.
비작업 재생 제어의 실행 중에는 C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정한다(S306). C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Ms)(예를 들면, 8g/l) 미만이고(S307: YES), 또한 배기 필터(202) 내의 배기가스 온도(TP)가 TP2(예를 들면, 600℃) 이상으로 소정 시간(TI10)(예를 들면, 25분)을 경과하거나(S308: YES), 비작업 재생 제어 개시로부터 소정 시간(TI11)(예를 들면, 30분)을 경과하면(S309: YES) 비작업 재생 제어를 종료하고 통상 운전 제어로 되돌아온다. C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Ms) 이상인 경우(S307: YES), 이 상태에서 소정 시간(TI12)(예를 들면, 30분)을 경과하면(S310: YES) 비작업 재생 제어 실패로 간주하여 PM 과퇴적의 가능성이 염려되므로 리커버리 재생 제어 전의 리커버리 대기 모드인 스텝 S401로 이행한다.
비작업 재생 제어의 실행 중에 인터록 스위치(324)가 록킹 상태(온)이거나, 재생 금지 스위치(323)가 온이 되면(S311: YES) 비작업 재생 제어가 중단된다. 이 단계에서는 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)가 점등하고, 재생 램프(328)가 점멸한다. 재생 금지 스위치(323)를 온으로 하고 있으면, 재생 금지 램프(329)도 점등한다. 또한, 비작업 재생 제어를 중단한 경우에는 재생 스위치(322)를 온하면 비작업 재생 제어가 재개된다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 리커버리 대기 모드에서는 미리 설정한 리커버리 이행 조건이 성립할 때까지 대기한다(S401). 이 단계에서는 비작업 대기 모드 와 마찬가지로 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)가 점등하여 오퍼레이터에게 리커버리 재생 제어의 실행을 예고한다. 스텝 S401에 나타내는 리커버리 이행 조건은 비작업 이행 조건과 기본적으로 같지만, 재생 스위치(322)의 압하 시간이 비작업 이행 조건의 경우보다 길다. 즉, 리커버리 이행 조건은 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 재생 스위치(322)를 소정 시간(예를 들면, 10초) 온, 재생 금지 스위치(323)가 오프, 엔진(201)이 로우 아이들 회전 속도(무부하시의 최저 한도의 회전 속도), 및 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값(예를 들면, 65℃) 이상이라고 하는 5가지의 조건으로 이루어져 있다. 이 경우에도 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값 이상이면, 엔진(201)의 난기 운전 완료로 간주하고 있다.
스텝 S401에 있어서, 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 엔진(201)이 로우 아이들 회전 속도, 및 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값 이상이라고 하는 3가지의 조건이 성립하면, 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)의 점등을 계속시킨 상태로 재생 램프(328)가 점멸하여 오퍼레이터에게 리셋 재생 제어의 실행을 촉구한다. 그리고, 재생 금지 스위치(323)가 오프이고 재생 스위치(322)를 소정 시간 온이 되면(S401: YES), 5가지의 리커버리 이행 조건이 성립하여 리커버리 제 1 재생 제어를 실행한다(S402). 이 단계에서는 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)는 소등하고, 재생 램프(328)와 함께 배기 온도 경보 램프(326)가 점등한다.
리커버리 제 1 재생 제어의 실행 중에는 C법에 의해 배기 필터(202) 내의 PM 퇴적량을 추정하고(S404), C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Mc)(예를 들면, 8~10g/l 정도) 미만이 되면(S405: YES) 리커버리 제 2 재생 제어로 이행한다(S407). 리커버리 제 1 재생 제어의 실행 중에 인터록 스위치(324)가 록킹 상태(온)이거나, 재생 금지 스위치(323)가 온이 되면(S406: YES) 리커버리 제 1 재생 제어가 중단된다. 이 단계에서는 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)가 점등하고, 재생 램프(328)가 점멸한다. 재생 금지 스위치(323)를 온으로 하고 있으면, 재생 금지 램프(329)도 점등한다. 또한, 리커버리 제 1 재생 제어를 중단한 경우에는, 재생 스위치(322)를 온하면 리커버리 제 1 재생 제어가 재개된다. C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Mc) 미만으로 줄지 않고(S405: NO), 리커버리 제 1 재생 제어 개시로부터 소정 시간(TI13)(예를 들면, 3~3.5시간 정도)을 경과하면(S403: YES), 이 이상 리커버리 재생 제어를 계속해도 배기 필터(202) 재생이 곤란하다고 판단해서 리턴한다. 이 상태에서는 경보가 발생해서 엔진을 정지시키게 된다.
리커버리 제 2 재생 제어에 있어서, 리커버리 제 2 재생 제어 개시로부터 소정 시간(TI14)(예를 들면, 30분)을 경과하면(S408: YES) 리커버리 제 2 재생 제어를 종료하고 통상 운전 제어로 되돌아온다. 리커버리 제 2 재생 제어의 실행 중에 인터록 스위치(324)가 록킹 상태(온)이거나, 재생 금지 스위치(323)가 온이 되면 (S409: YES) 리커버리 제 2 재생 제어가 중단된다. 이 단계에서도 엔진 경보 램프(325) 및 재생 요구 램프(327)가 점등하고, 재생 램프(328)가 점멸한다. 재생 금지 스위치(323)를 온으로 하고 있으면, 재생 금지 램프(329)도 점등한다. 또한, 리커버리 제 2 재생 제어를 중단한 경우에는 재생 스위치(322)를 온하면, 리커버리 제 2 재생 제어가 재개된다.
그리고, 실시형태의 배기 필터(202) 재생 제어에서는 리셋 재생 제어 또는 비작업 재생 제어를 실행하고 나서 설정 시간(TI1)(예를 들면, 50시간)이 경과하면, 리셋 재생 제어를 경유하지 않고 비작업 재생 제어를 실행할 수 있는 애로우 모드를 설정하고 있다. 도 14의 스텝 S111에 있어서, 누적 구동 시간(TI)이 설정 시간(TI1) 이상이고 설정 시간(TI2) 이하이면(S111: NO) 스텝 S501로 이행한다(도 17 참조). 스텝 S501에 있어서, 이전에 리셋 재생 제어 또는 비작업 재생 제어를 실행 완료한 상태이면(S501: YES) 재생 요구 램프(327)가 점등함과 아울러 재생 램프(328)가 점멸하여 리셋 재생 제어를 거치지 않고 비작업 재생 제어가 가능한 애로우 모드를 실행할 수 있는 취지를 통지한다. 비작업 대기 모드시와는 달리, 엔진 경보 램프(325)는 점등하지 않는다. 그리고, 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 재생 금지 스위치(323)가 오프 및 재생 스위치(322)를 소정 시간(예를 들면, 10초) 온으로 하면 (S502: YES) 애로우 모드의 대기 상태가 된다(S503).
스텝 S503에 있어서, 인터록 스위치(324)가 해제 상태(오프), 재생 스위치(322)를 소정 시간(예를 들면, 3초) 온, 재생 금지 스위치(323)가 오프, 엔진(201)이 로우 아이들 회전 속도(무부하시의 최저 한도의 회전 속도), 및 냉각 수온 센서(319)의 검출값이 소정값(예를 들면, 65℃) 이상이라고 하는 5가지의 조건이 성립하면(S503: YES) 애로우 모드에서의 비작업 재생 제어를 실행한다(S504). 이 단계에서는 재생 요구 램프(327)는 소등하고, 재생 램프(328)와 함께 배기 온도 경보 램프(326)가 점등한다.
애로우 모드에서의 비작업 재생 제어(S504~S510)의 형태는 리셋 재생 제어를 경유했을 경우의 비작업 재생 제어(S305~S311)와 기본적으로 같다. C법에서의 PM 퇴적량이 규정량(Ms) 이상인 경우(S506: YES), 이 상태에서 소정 시간(TI17)(예를 들면, 30분)을 경과하면(S509: YES) 애로우 모드에서의 비작업 재생 제어 실패로 간주하여 PM 과퇴적의 가능성이 염려되므로, 리커버리 재생 제어 전의 리커버리 대기 모드인 스텝 S401로 이행하는 점도 마찬가지이다. 이와 같은 제어를 채용하면, 오퍼레이터가 의도적으로 비작업 재생 제어를 실행하여 배기 필터(202) 내의 PM을 연소 제거할 수 있고, 배기 필터(202)의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
(6). 정리
상기 기재 및 도 10, 도 15 및 도 16으로부터 분명한 바와 같이, 커먼 레일식 엔진(201)과, 상기 엔진(201)의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치(202)를 구비하고, 상기 배기가스 정화 장치(202) 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능한 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사(E)와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진(201)을 구동시키고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 비작업 재생 제어보다 낮은 배기가스 온도이며 또한 상기 비작업 재생 제어보다 장시간에 걸치도록 설정하고 있기 때문에, 상기 배기가스 정화 장치(202) 내에 상기 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있어도 폭주 연소를 발생시키는 일 없이 상기 입자상 물질을 연소 제거하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 배기가스 정화 장치(202)의 파손(용손)이나 과도한 에미션 배출을 방지할 수 있다.
또한, 상기 비작업 재생 제어가 실패했을 경우에 미리 설정한 리커버리 이행 조건(도 16의 S401 참조)의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드로 이행하고, 상기 리커버리 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 리커버리 대기 모드에서 대기하는 것에 추가해서, 상기 리커버리 재생 제어의 실행 중에 있어서 미리 설정한 리커버리 해제 조건(도 16의 S406, S409 참조)이 성립했을 때에는 상기 리커버리 재생 제어를 중단하기 때문에, 상기 리커버리 대기 모드로 일단 이행하면 그 후에는 상기 리커버리 재생 제어나 상기 리커버리 대기 모드로밖에 이행하지 않게 된다. 이 때문에, 폭주 연소를 야기하는 재생 제어를 실행할 일이 없어 폭주 연소의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 리커버리 재생 제어가 완료된 경우에는 통상 운전 제어로 되돌아오기 때문에, 오퍼레이터가 예를 들면 모드 스위칭을 위한 되돌림 조작 등을 할 필요가 없고, 수고를 덜 수 있어서 오퍼레이터의 조작 부담을 경감할 수 있다.
상기 기재와 도 10 및 도 14~도 16으로부터 분명한 바와 같이, 커먼 레일식 엔진(201)과, 상기 엔진(201)의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치(202)를 구비하고, 상기 배기가스 정화 장치 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능한 배기가스 정화 시스템에 있어서, 상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사(E)를 이용하여 배기가스 온도를 상승시키는 리셋 재생 제어와, 포스트 분사(E)와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키기 때문에, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진(201)이 통상 운전을 하지 않는다. 즉, 상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어는 상기 배기가스 정화 장치(202)의 파손(용손) 방지나 과도한 에미션 배출 방지와 같은 위기 회피를 위한 모드로서 존재하고 있다.
또한, 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어를 거쳐서 상기 리커버리 재생 제어로 이행하도록 설정하고, 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 비작업 이행 조건(도 15의 S304 참조)의 성립을 대기하는 비작업 대기 모드를 경유하고, 상기 비작업 재생 제어로부터 상기 리커버리 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 리커버리 이행 조건(도 16의 S401 참조)의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드를 경유하며, 상기 각 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 각 대기 모드에서 대기하기 때문에, 상기 각 대기 모드로 일단 이행하면 상기 비작업 재생 제어 또는 상기 리커버리 재생 제어로밖에 이행되지 않게 된다. 이 때문에, 폭주 연소를 야기하는 재생 제어를 실행할 일이 없어 폭주 연소의 발생을 방지할 수 있으며, 상기 배기가스 정화 장치(202)의 파손(용손) 방지나 과도한 에미션 배출 방지와 같은 위기 회피를 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기 비작업 재생 제어에서는 상기 엔진(201)의 출력을 최대 출력보다 낮은 비작업시 최대 출력으로 제한하고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진(201)의 출력을 상기 비작업시 최대 출력보다 낮은 리커버리시 최대 출력으로 제한하기 때문에, 상기 비작업 재생 제어나 상기 리커버리 재생 제어를 실행했을 경우에 배기가스의 과도한 승온 및 승압을 방지해서 승온에 의한 상기 배기가스 정화 장치(202) 등의 배기계 부품의 열화나, 승압에 의한 상기 배기계 부품의 접합부로부터의 배기가스 누출의 발생을 억제할 수 있다.
(7). 기타
본원 발명은 상술의 실시형태에 한하지 않고, 다양한 형태로 구체화할 수 있다. 예를 들면, 실시형태의 배기가스 정화 시스템에서는 재생 스위치(322)와 재생 금지 스위치(323) 양쪽을 갖고 있었지만, 이것에 한정되지 않고 재생 금지 스위치(323)를 생략하여 재생 스위치(322)만으로 해도 상술의 실시형태와 마찬가지의 제어를 실행할 수 있다.
또한, 재생 스위치(322)를 생략해서 재생 금지 스위치(323)만으로 해도 상술의 실시형태와 마찬가지의 제어를 실행할 수 있다. 이 경우, 재생 금지 스위치(323)는 얼터네이트 동작 타입인 것으로 하면 좋다. 그리고, 다른 예인 도 18의 스텝 S201, 도 19의 스텝 S304, 도 20의 스텝 S401, 도 21의 스텝 S502 및 스텝 S503에 나타내는 바와 같이, 재생 스위치(322)의 온 오프를 판별 기준으로부터 제외해도 리셋 재생 제어 이후의 각 재생 제어의 실행 여부의 판별은 가능하다. 그 밖에, 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능하다.
201 : 엔진 202 : 배기 필터
220 : 커먼 레일 장치 228 : 흡기 스로틀 부재
231 : EGR 밸브 부재 240 : 정화 케이싱
243 : 디젤 산화 촉매 244 : 수트 필터
281 : 차압 센서 282 : DPF 온도 센서
311 : ECU 322 : 재생 스위치
323 : 재생 금지 스위치 324 : 인터록 스위치
325 : 엔진 경보 램프 326 : 배기 온도 경보 램프
327 : 재생 요구 램프 328 : 재생 램프
329 : 재생 금지 램프

Claims (7)

  1. 커먼 레일식 엔진과, 상기 엔진의 배기 경로에 배치한 배기가스 정화 장치를 구비하고, 상기 배기가스 정화 장치 내에 퇴적된 입자상 물질을 연소 제거하는 복수의 재생 제어를 실행 가능한 배기가스 정화 시스템에 있어서,
    상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고,
    상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키고, 상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 비작업 재생 제어보다 낮은 배기가스 온도이며 또한 상기 비작업 재생 제어보다 장시간에 걸치도록 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비작업 재생 제어가 실패했을 경우에 미리 설정한 리커버리 이행 조건의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드로 이행하고, 상기 리커버리 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 리커버리 대기 모드에서 대기하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리커버리 재생 제어의 실행 중에 있어서 미리 설정한 리커버리 해제 조건이 성립했을 때에는 상기 리커버리 재생 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리커버리 재생 제어가 완료된 경우에는 통상 운전 제어로 되돌아오는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 재생 제어로서는 포스트 분사를 이용하여 배기가스 온도를 상승시키는 리셋 재생 제어와, 포스트 분사와 소정 고속 회전 속도를 조합시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 비작업 재생 제어와, 상기 비작업 재생 제어의 실패시에 실행 가능한 리커버리 재생 제어를 적어도 갖고,
    상기 비작업 재생 제어 및 상기 리커버리 재생 제어에서는 오로지 상기 입자상 물질의 연소 제거를 위해서 상기 엔진을 구동시키고,
    상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어를 거쳐서 상기 리커버리 재생 제어로 이행하도록 설정하여 상기 리셋 재생 제어로부터 상기 비작업 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 비작업 이행 조건의 성립을 대기하는 비작업 대기 모드를 경유하고, 상기 비작업 재생 제어로부터 상기 리커버리 재생 제어로 이행할 때에는 미리 설정한 리커버리 이행 조건의 성립을 대기하는 리커버리 대기 모드를 경유하며, 상기 각 이행 조건이 성립하지 않을 때에는 상기 각 대기 모드에서 대기하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 비작업 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 최대 출력보다 낮은 비작업시 최대 출력으로 제한하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 리커버리 재생 제어에서는 상기 엔진의 출력을 상기 비작업시 최대 출력보다 낮은 리커버리시 최대 출력으로 제한하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
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