KR100605836B1 - 필터 제어 장치 - Google Patents

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하마하타도시히로
와타나베도모노리
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봇슈 가부시키가이샤
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Abstract

필터(32)의 파티큘레이트 퇴적량을 추정 계산하기 위해, 필터 전우 차압에 의하여 연산하여 제 1 추정 데이터(XA)를 출력하는 제 1 추정 연산부(100)와, 엔진 운전 상태에 근거하여 제 2 추정 데이터(XB)를 출력하는 제 2 추정 연산부(100)를 설치하고, 제 1 및 제 2 추정 데이터(XA, XB)중 그때의 엔진의 회전수로 보아 보다 신뢰성이 높은 쪽의 추정 데이터를 선택하여 필터의 재생을 수행할지 또는 그렇지 않을지를 결정하는 것과 함께, 제 1 및 제 2 추정 데이터(XA, XB)의 차분을 고려하여, 차분이 소정값보다 큰 경우에는 엔진의 회전수가 높아지고, 퇴적 파티큘레이트의 균열에 의한 신뢰성이 낮은 추정값으로 되어 있는 제 1 추정 데이터(XA)를 선택하는 일이 없도록 한다.

Description

필터 제어 장치{FILTER CONTROL DEVICE}
본 발명은, 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트(particulate)를 포집하기 위한 필터를 적절한 시기에 재생할 수 있도록 한 필터 제어 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진의 배기 가스중에 포함되는 미립자가 대기중에 확산되는 것을 억제하기 위해서, 최근 디젤 엔진의 배기 계통에 장착하여 배기 가스중의 디젤 파티큘레이트를 후처리하기 위한 여러가지 장치가 개발되어 있다. 이러한 종류의 배기 가스 처리 장치는 모두 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 배기 가스가 배기 통로를 통과할 때에 포집하기 위한 필터를 구비하고 있다. 따라서, 필터에는 포집된 파티큘레이트가 점차 퇴적되어, 궁극적으로는 필터가 막힌 상태가 되고, 배기 가스의 통과가 곤란하게 된다.
이 때문에, 종래에 있어서는, 필터에 있어서의 파티큘레이트의 퇴적량이 소정 레벨에 도달한 것으로 추정되었을 경우에 필터를 가열하여 필터의 온도를 상승시키고, 파티큘레이트를 소각하여 필터를 재생하고, 다시 파티큘레이트를 포집할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이, 필터의 재생은 필터를 가열하여 파티큘레이트를 소각하는 수단을 이용하여, 필터의 재생을 적절한 시기에서 실행하는 것이 바람직하다.
거기에서, 종래에 있어서는, 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 차압, 즉 필터의 입구측의 배기 가스 압력과 필터의 출구측의 배기 가스 압력의 차압을 계측함으로써 필터에 퇴적된 파티큘레이트의 양을 추정하고, 이 추정 결과에 따라서 필터의 재생 시기를 결정하고, 필터의 재생 제어를 실행하도록 한 구성이 널리 사용되고 있다.
그러나, 상술한 종래 기술은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 엔진이 아이들(idle) 운전 상태에 들어가는 등의 이유로 엔진 회전수가 낮은 상태에 있어서는, 배기 통로내의 배기 가스 유량이 감소하기 때문에, 필터의 전후에 있어서의 압력차는 파티큘레이트의 퇴적량이 적을 경우에도 작아지므로, 필터의 전후 차압에 의한 파티큘레이트의 퇴적량의 추정을 정확하게 실행하는 것이 어려워지다. 또한, 배기 가스가 저압 상태에 있을 때, 배기 가스 압력과 압력 센서의 출력 신호 사이의 관계를 도시하는 압력 센서의 입출력 특성이 선형 특성이 되지 않는다. 이 때문에, 압력 센서의 출력 신호가 갖는 압력 정보의 정밀도가 낮아지고, 압력 센서로부터의 출력 신호의 레벨도 낮아져 노이즈의 영향을 받기 쉬워지므로, 압력 센서의 특성상의 문제로부터도 파티큘레이트의 퇴적량의 추정을 정확하게 실행하는 것이 곤란하게 된다.
또한, 필터에 파티큘레이트가 퇴적된 후, 엔진의 운전이 정지된 상태에서, 필터의 고온 상태가 계속되는 등의 경우에, 필터내에 퇴적된 파티큘레이트중의 휘발 성분이 방출되어, 파티큘레이트에 균열이 발생한다. 이러한 균열이 발생하면, 이 균열 부분을 통해 배기 가스가 필터내를 통과하게 되기 때문에, 필터의 통풍저항이 저하된다. 이 결과, 필터의 전후에 있어서의 압력차는 균열이 생기기 전과 비교해서 작아지며, 이러한 상태에서 배기 가스의 차압에 의한 파티큘레이트의 퇴적량의 추정을 실행하면, 마치 파티큘레이트의 퇴적량이 적어진 것 같은 추정 결과가 되어, 파티큘레이트 퇴적량의 정확한 추정을 곤란하게 한다.
이 때문에, 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 차압을 계측함으로써 필터의 재생 제어를 실행하는 종래의 장치에 있어서는, 필터에 퇴적된 파티큘레이트의 양이 많은 상태에서 재생이 실행되어버려, 필터 용해를 야기할 우려가 있다. 또한, 파티큘레이트의 퇴적량을 정확하게 추정하기 어렵기 때문에, 필터의 재생 빈도가 높아져서 연료 소비율의 저하나 필터의 수명을 단축시키는 문제점도 갖고 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 있어서의 상술의 문제점을 해결할 수 있는 필터 제어 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 포집하기 위한 필터에 있어서의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터를 재생하도록 한 필터 제어 장치에 있어서, 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 압력차에 근거해서 파티큘레이트의 퇴적량을 추정하는 동시에, 엔진의 운전 상태에도 근거하여 파티큘레이트의 퇴적량을 추정하고, 이 들 2가지 추정 결과중 어느 하나를 엔진의 운전 상태 및 양쪽 추정값의 비교 결과 에 따라 선택하고, 선택된 추정 결과에 따라서 필터의 재생을 실행할 것인가 아닌가를 결정하도록 한 것이다.
본 발명의 특징은, 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 포집하기 위한 필터에 있어서의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터를 재생하도록 한 필터 제어장치에 있어서, 상기 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한 검출 수단과, 상기 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 압력차에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 1 추정 수단과, 상기 엔진의 운전 상태에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 2 추정 수단과, 상기 제 1 및 제 2 추정 수단에 의해 얻을 수 있는 각 파티큘레이트 퇴적량 추정값의 차분을 연산하는 차분 연산 수단을 구비하고, 상기 차분 연산 수단 및 검출 수단에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 추정 수단중 어느 한쪽의 추정 결과를 선택하고, 선택된 추정 결과에 따라서 상기 필터의 재생 시기를 결정하도록 한 점에 있다.
상기 제 2 추정 수단은, 상기 엔진으로의 연료 분사량, 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진에 있어서의 배기 가스 환류율, 필터전 온도중 적어도 하나에 근거하여 파티큘레이트 퇴적량을 추정하기 위한 연산이 실행되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 제 2 추정 수단은 실제로 엔진을 사용하여 단위 시간당의 파티큘레이트 퇴적량의 증가를 계측하는 것에 의해 요구되는 실측 데이터를 이용한 맵핑 연산을 이용하여 파티큘레이트 퇴적량의 추정 연산을 실행하도록 구성할 수도 있 다.
상기 엔진이 정지될 때마다 그 때의 필터 재생 제어에 사용되고 있는 파티큘레이트 퇴적량의 추정값을 기억해 두고, 이 기억된 파티큘레이트 퇴적값을 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 적분을 위한 초기값으로 사용하도록 할 수도 있다.
상기 제 1 또는 제 2 추정 수단중 어느 한쪽의 추정 결과의 선택을 실행할 경우에, 양쪽 추정 결과의 편차량을 계산하고, 그 편차량을 학습값으로서 기억해 두고, 이 학습값에 따라서 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 연산값을 보정하도록 하면, 보다 정확하게 파티큘레이트 퇴적성을 추정할 수 있다.
이 경우, 상기 편차량에 따른 계수를 연산하고, 해당 계수에 의해 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 연산값을 보정하도록 해도 좋다. 상기 편차량이 소정값을 넘은 경우에 그 취지를 조작자에 대하여 표시하도록 할 수도 있다.
상기 엔진의 시동시에 양쪽 추정값의 차분이 소정값 이상인 경우에는, 상기검출 수단의 검출 결과에 관계없이 상기 제 2 추정 수단의 추정 결과를 선택하도록 구성할 수 있다.
이 때, 상기 검출 수단의 검출 결과에 관계없이 소정 기간동안은 상기 제 2 추정 수단의 추정 결과를 선택하도록 할 수도 있다. 상기 소정 기간은 상기 제 2 추정 수단에 의해 상기 엔진의 시동으로부터 개시된 파티큘레이트 퇴적량 추정값이 소정의 값에 달할 때까지의 기간으로 할 수 있다.
양쪽 추정값의 차분이 상기 소정값보다 작아진 경우에 상기 제 2 추정 수단에 의한 추정 결과 대신에, 상기 제 1 추정 수단에 의한 추정 결과를 선택하도록 할 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 필터의 전후의 배기 가스 압력차에 근거하여 얻을 수 있는 파티큘레이트 퇴적량 추정값, 또는 엔진의 운전 파라메타 등으로부터 연산된 파티큘레이트 퇴적량 추정값의 어느 한쪽이, 엔진의 운전 상태 및 양쪽 추정값의 차분을 고려해서 선택적으로 사용된다. 이 결과, 보다 정밀도 높은 파티큘레이트 퇴적량의 추정이 가능해지고, 필터 재생의 적절한 시기를 보다 적절하게 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 필터 제어 장치를 구비한 배기 가스 처리 장치의 제 1 실시예를 개시하는 구성도,
도 2는 도 1의 제어 유닛의 구성을 도시하는 블록도,
도 3은 도 2의 추정 연산부의 상세 구성을 도시하는 블록도,
도 4는 도 3의 선택부의 설명을 위한 흐름도.
본 발명을 보다 상세하게 서술하기 위해서, 첨부된 도면에 따라서 이것을 설명한다.
도 1은 본 발명을 디젤 엔진의 배기 가스 후처리를 위한 필터의 제어에 적용했을 경우의 하나의 실시예를 도시하는 전체 구성도이다. 참조부호 "1"로 표시된 것은 4기통의 디젤 엔진이며, 각 기통(2 내지 5)에는 각각 인젝터(6 내지 9)가 설치된다. 이들 인젝터(6 내지 9)의 동작은 엔진 제어 유닛(10)에 의해 제어되어, 고압 연료를 소요의 시기에 소요량만을 대응하는 기통내에 분사 공급할 수 있는 공지의 구성으로 되어 있다.
흡기 매니폴드(11)에 접속되어 있는 흡기 덕트(12)에는 인터 쿨러(13) 및 에어 클리너(14)가 설치되어 있는 한쪽, 배기 매니폴드(15)에 접속되어 있는 배기 덕트(16)에는 배기 가스 후처리 장치(30)가 부착되어 있다.
흡기 덕트(12)와 배기 덕트(16) 사이에는, EGR 제어 밸브(17)를 설치한 배기 재순환로(18)가 설치되어 있고, 엔진 제어 유닛(10)에 의해 제어되는 액추에이터(19)에 의해 EGR 제어 밸브(17)의 개방도가 조절되어, 배기 덕트(16)내를 흐르는 배기 가스의 일부를 흡기 매니폴드(11)에 조량하여 복귀시킬 수 있는 구성으로 되어 있다. 참조부호 "20"으로 표시된 것은 배기 터보 차저이며, 배기 덕트(16)내에 설치된 배기 터빈(21)과, 흡기 덕트(12)내에 설치되어 배기 터빈(21)에 의해 구동되는 압축기(22)로 이루어져 있다.
배기 가스 후처리 장치(30)는 산화 촉매(31)와 파티큘레이트 포집용의 필터(32)를 구비하고, 배기 덕트(16)내를 흐르는 배기 가스는 산화 촉매(31)를 통과한 후에 필터(32)를 지나는 구성으로 되어 있다. 산화 촉매(31)는 예를 들면 허니콤 형상의 근청석(菫靑石: cordierite) 또는 내열강으로 이루어진 담체의 표면에, 활성 알루미나 등을 코팅하여 워시코트층을 형성하고, 이 코트층에 백금, 팔라듐 또는 로듐 등의 귀금속으로 이루어진 촉매 활성 성분을 담지시킨 구성으로 되어 있다. 산화 촉매는 배기 가스중의 NO를 산화시켜 NO2를 생성시키는 동시에, 배기 가스중의 HC와 CO를 산화해서 H2O와 CO2를 생성시키는 구성으로 되어 있다.
필터(32)는 예컨대 다공질의 근청석 또는 탄화규소에 의해 다수의 셀이 평행하게 형성되고, 셀의 입구와 출구가 교대로 폐착된, 이른바 월 플로우형으로 불리는 허니콤 필터나, 세라믹 섬유를 스테인리스 다공관에 임의의 층으로 권취한 섬유형 필터를 사용한 것으로, 배기 가스중의 파티큘레이트를 포집한다.
필터(32)의 입구측(전)과 출구측(후)에는, 각각 배기 가스의 압력을 검출하기 위한 제 1 압력 센서(33) 및 제 2 압력 센서(34)가 설치된다. 제 1 압력 센서(33)로부터는 필터(32)의 입구측에 있어서의 배기 가스 압력(P1)을 나타내는 제 1 압력 신호(SA)를 출력할 수 있고, 제 2 압력 센서(34)로부터는 필터(32)의 출구측에 있어서의 배기 가스 압력(P2)을 나타내는 제 2 압력 신호(SB)를 출력할 수 있다. 참조부호 "35"로 표시된 것은, 배기 덕트(16)내를 흐르는 배기 가스의 유량을 검출하기 위한 유량 센서이며, 유량 센서(35)로부터의 배기 유량 신호(F)는 제 1 압력 신호(SA), 제 2 압력 신호(SB)와 함께 필터 제어 유닛(40)에 입력되어 있다.
여기에서, 유량 센서(35)에 의한 유량 검출 대신에, 흡입 공기량, 분사량, 배기 온도, 배기 압력으로부터 계산하여 배기 가스의 유량을 구하도록 할 수도 있다. 이 경우에는,
PV = nRT(여기서, P; 압력, V; 체적, T; 온도, nR; 가스 정수)
의 관계식을 채용하고, 부피의 시간 미분을 계산하는 것으로 부피 유량을 연산할 수 있다.
필터 제어 유닛(40)은 필터(32)에 의해 포집된 파티큘레이트의 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터(32)를 재생시키기 위한 엔진 제어를 실행하는 장치다.
도 2는 필터 제어 유닛(40)의 개략구성을 도시하는 블럭도이다. 필터 제어 유닛(40)은 필터(32)에 퇴적한 파티큘레이트량의 추정 연산을 실행하여 그 추정 결과를 나타내는 추정값 데이터(X)를 출력하는 추정 연산 유닛(41)과, 추정값 데이터(X)에 근거하여 필터(32)의 재생 제어를 실행하기 위한 재생 제어 유닛(42)을 구비하고 있다. 추정 연산 유닛(41)에는 제 1 압력 신호(SA), 제 2 압력 신호(SB), 배기 유량 신호(F), 디젤 엔진(1)의 운전 조건을 도시하는 엔진 운전 데이터(M)가 입력되어 있다. 여기에서는, 엔진 운전 데이터(M)로서, 디젤 엔진(1)의 운전 상태를 도시하는 연료 분사량 신호(Q), 엔진 회전수 신호(N) 및 배기 가스 순환(EGR)율을 도시하는 순환율 신호(R)가 엔진 제어 유닛(10)으로부터 입력되어 있지만, 엔진 운전 데이터(M)로서 이들 신호중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 필터 제어 유닛(40)에는 필터(32)의 입구측에 설정된 온도 센서(36)로부터 전달된 필터(32)의 입구전 온도를 도시하는 온도 신호(T0)도 입력되어 있다.
재생 제어 유닛(42)은 추정 데이터(X)에 응답하고, 파티큘레이트 퇴적량이 소정값을 넘었는지 또는 그렇지 않은지를 판별한다. 추정 데이터(X)에 의해 파티큘레이트 퇴적량이 소정값을 넘은 것으로 판별되었을 경우에는 재생 제어 유닛(42) 으로부터 재생 신호(CS)를 출력할 수 있고, 재생 신호(CS)는 엔진 제어 유닛(10)에 입력된다. 엔진 제어 유닛(10)은 재생 신호(CS)에 응답하고, 필터(32)의 재생 때문에 필요한 분사 시기의 지각 제어를 실행하고, 이로써 배기 가스의 온도를 상승시키고, 필터(32)에 퇴적되어 있는 파티큘레이트를 연소시켜, 필터(32)의 재생을 실행한다.
도 3은 추정 연산 유닛(41)의 상세 블럭도이다. 추정 연산 유닛(41)은 필터(32)의 전후 차압으로부터 필터(32)의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 1 추정 연산부(100)와, 디젤 엔진(1)의 운전 상태에 근거해서 필터(32)의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 2 추정 연산부(110)를 구비하고, 제 1 추정 연산부(100) 또는 제 2 추정 연산부(110)중 어느 한쪽의 연산 출력을 선택부(120)에 의해 추정값 데이터(X)로서 선택하여, 출력하는 구성으로 되어 있다.
제 1 추정 연산부(100)는 제 1 및 제 2 압력 신호(SA, SB)에 응답해서 파티큘레이트의 포집을 실행하고 있는 필터(32)의 입구측과 출구측 사이의 배기 가스 압력의 차압(필터전후 차압)(△P)을 연산하는 차압 연산부(101)와, 필터(32)에 흐르고 있는 배기 가스의 유량(FL)을 유량 센서(35)로부터의 배기 유량 신호(F)에 근거해서 연산하는 유량 연산부(102)를 갖고 있다. 차압 연산부(101)의 출력과 유량 연산부(102)의 출력은 제산부(除算部)(103)에 입력되고, 제산부(103)에 있어서 △P/FL의 값을 구하는 연산이 실행된다. 또, 유량 연산부(102)는 이미 설명한 바와 같이 디젤 엔진(1)의 운전 파라메타를 이용하여 유량(FL)을 연산하는 구성으로 하는 것도 할 수 있다.
제산부(103)에 있어서의 연산 결과는 디지털 필터(104)를 거쳐서 제 1 퇴적량 연산부(105)에 입력되고, 제 1 퇴적량 연산부(105)에 있어서 △P/FL의 값에 근거하여 그 때의 파티큘레이트 퇴적량의 추정값이 연산된다. 제 1 퇴적량 연산부(105)에 있어서 얻을 수 있는 추정 연산 결과는, 제 1 추정 데이터(XA)로서 출력할 수 있다.
이상, 제 1 추정 연산부(100)의 구성의 일례에 대해서 설명했지만, 필터 전후 차압에 근거해서 필터에 퇴적된 파티큘레이트의 양을 계산해서 추정하는 기술 그 자체는 공지되어 있으며, 따라서 도 3에 도시한 제 1 추정 연산부(100)의 구성을 다른 공지의 구성으로 변경할 수도 있다.
다음으로, 제 2 추정 연산부(110)에 대해서 설명한다. 제 2 추정 연산부(110)는 디젤 엔진(1)의 운전 상태에 근거해서 필터(32)에 있어서의 파티큘레이트의 퇴적량의 추정 연산을 실행하기 위한 수단으로서 구성되어 있다. 제 2 추정 연산부(110)는 필터(32)에 있어서의 그 때때로의 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량의 추정값을 운전 조건 데이터에 근거해서 연산하기 위한 제 2 퇴적량 연산부(111)를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 퇴적량 연산부(111)는 연료 분사량 신호(Q), 엔진 회전수 신호(N) 및 순환율 신호(R)에 근거해서 그 때의 단위시간당의 파티큘레이트의 퇴적량 추정값(△Y)을 연산하는 구성으로 되어 있다.
배기 가스 온도의 상승에 따라 필터(32)의 온도가 상승하면, 거기에 퇴적되어 있는 파티큘레이트가 연소되어, 퇴적 파티큘레이트가 감소된다. 즉, 필터(32)의 재생 동작이 행하여진다. 참조부호 "112"로 표시된 것은, 이러한 연소에 의한 퇴적 파티큘레이트의 감소량을 디젤 엔진(1)의 운전 상태로부터 재생량으로서 추정 연산하기 위한 재생량 연산부이다. 재생량 연산부(112)는 연료 분사량 신호(Q), 엔진 회전수 신호(N), 순환율 신호(R), 온도 신호(T0) 및 후술한 바와 같이 얻을 수 있는 제 2 추정 데이터(XB)에 응답하고, 필터(32)에 있어서의 퇴적 파티큘레이트의 단위 시간당의 연소량을 재생량 추정값(△Z)으로서 추정 연산하는 구성으로 되어 있다.
제 2 퇴적량 연산부(111)로부터의 단위 시간당의 퇴적량 추정값(△Y) 및 재생량 연산부(112)로부터의 단위 시간당의 재생량 추정값(△Z)은 적분 연산부(113)에 각각 퇴적 데이터(DY) 및 재생 데이터(DZ)로서 보내진다. 적분 연산부(113)에는 선택부(120)로부터 적분의 초기값을 나타내는 초기값 데이터(ID)가 입력되어 있다. 이 초기값 데이터(ID)는 가장 최근의 엔진 정지시에 선택부(120)내에 후술한 바와 같이 기억되어 있던 추정값 데이터(X)의 값이 사용된다. 적분 연산부(113)에 있어서는, 이 초기값 데이터(ID)를 이용하여, 퇴적 데이터(DY) 및 재생 데이터(DZ)가 도시된 극성에서 시간 적분처리된다. 적분 연산부(113)에 있어서 얻을 수 있는 적분연산 결과가 제 2 추정 연산부(110)에 있어서의 추정 연산 결과이다. 즉, 필터(32)에 있어서의 파티큘레이트의 퇴적량을 디젤 엔진(1)의 운전 상태로부터 연산한 추정값을 도시하는 제 2 추정 데이터(XB)가 적분 연산부(113)로부터 출력될 수 있다.
제 2 추정 데이터(XB)는 기술한 바와 같이 재생량 연산부(112)에도 입력되고, 재생량 연산부(112)에서는 연료 분사량 신호(Q), 엔진 회전수 신호(N), 순환율 신호(R), 온도 신호(T0) 및 제 2 추정 데이터(XB)에 근거해서 단위 시간당의 재생량 추정값(△Z)이 연산되는 구성으로 되어 있다. 재생량 연산부(112)에 있어서의 추정 연산에 있어서 제 2 추정 데이터(XB)를 고려하는 이유는, 배기 가스 온도 등의 조건이 동일하여도, 그 때의 파티큘레이트의 퇴적량에 의해 재생량이 영향을 받으므로, 이 영향을 고려해서 보다 정밀도 높은 재생량 추정을 실행하도록 하기 위해서이다.
또한, 제 1 퇴적량 연산부(105), 제 2 퇴적량 연산부(111), 재생량 연산부(112)에 있어서의 각 연산은 맵핑 연산으로 할 수 있고, 이 경우 사용하는 각 맵핑 데이터는, 실제의 필터 부착 엔진을 사용하고, 테스트 벤치를 미리 소정의 입력 조건으로 설정하고, 퇴적량 또는 재생량을 계측하고, 이 계측 결과에 근거해서 적절히 결정할 수 있다.
선택부(120)는 디젤 엔진(1)의 운전 상태 및 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB)의 차분을 고려하고, 제 1 추정 데이터(XA) 또는 제 2 추정 데이터(XB)중 어느 한쪽을 선택하고, 선택된 분의 추정 데이터를 그 때의 필터(32)에 있어서의 퇴적 파티큘레이트량의 추정값을 도시하는 추정값 데이터(X)로서 출력하는 구성으로 되어 있다.
본 실시형태에서는, 디젤 엔진(1)의 운전 상태를 도시하는 신호로서, 엔진 회전수 신호(N)가 선택부(120)에 입력되어 있다.
도 4에는 선택부(120)의 구성 및 동작을 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 이하, 도 4를 참조하여 선택부(120)에 대하여 설명한다. 우선, 단계 S1에 서 엔진 회전수 신호(N)에 근거해서 엔진 회전수(EN)가 소정값(Ne)보다 큰지 또는 그렇지 않은지가 판별된다. 소정값(Ne)은 필터(32)의 전후 차압에 의해 그 때의 파티큘레이트 퇴적량을 정확하게 추정할 수 있는 엔진 회전수의 하한치를 나타내는 것이다. 소정값(Ne)은 예를 들면 아이들 회전수로 할 수 있다.
엔진 회전수(EN)가 소정값(Ne) 이하이면, 단계 S1의 판별 결과는 NO가 되어, 단계 S2로 진행하고, 여기에서 제 2 추정 데이터(XB)가 추정값 데이터(X)로서 선택된다. 한쪽, 엔진 회전수가 소정값(Ne)보다 크면, 단계 S1의 판별 결과는 YES가 되어 단계 S3으로 진행한다.
단계 S3에서는 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB)가 비교되어, 그 차분의 절대치(△M)가 소정값(K)보다 큰지 또는 그렇지 않은지가 판별된다. △M > K인 경우에는, 필터내에 퇴적된 파티큘레이트에 균열이 발생하고, 이 때문에 △M이 커진 것으로 생각되고, 제 1 추정 데이터(XA)의 값의 신뢰성이 낮다고 판단된다. 따라서, 단계 S3의 판별 결과가 YES인 경우에는, 단계 S2로 진행하고, 제 2 추정 데이터(XB)가 선택되어, 제 2 추정 데이터(XB)가 추정값 데이터(X)로서 출력될 수 있다. 한쪽, △M ≤K인 경우에는, 단계 S3의 판별 결과는 NO가 되고, 단계 S4로 진행한다.
단계 S4에서는, 또한 디젤 엔진(1)이 금회 시동의 개시로부터의 파티큘레이트의 퇴적량이 균열의 수복에 충분한 소정량에 도달하였는지 또는 그렇지 않은지가 판별된다. 여기에서는, 가장 최근의 엔진 정지시에 있어서의 제 2 추정 데이터(XB)의 값과 현재의 제 2 추정 데이터(XB)의 값을 비교하는 것에 의해, 금회 의 퇴적량이 소정량 이상이 되었는지 또는 그렇지 않은지를 판별하는 구성으로 되어 있다.
단계 S3의 판별 결과가 NO인 경우에도, 금회의 퇴적량이 소정량 이상으로 되어 있지 않을 경우에는, 단계 S4의 판별 결과는 NO가 되어, 단계 S2로 진행하고, 제 2 추정 데이터(XB)가 선택된다. 한쪽, 금회의 퇴적량이 소정량 이상이 되어 있을 경우에는, 단계 S4의 판별 결과는 YES가 되어, 단계 S5로 진행하고, 여기에서 제 1 추정 데이터(XA)가 선택된다.
이렇게, 엔진 회전수(EN)가 소정값(Ne)보다도 작을 경우에는, 제 1 추정 데이터(XA)보다도 신뢰할 수 있는 제 2 추정 데이터(XB)가 선택된다.
또한, 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB)의 차분의 절대값(△M)이 K보다 클 경우에는, 필터내에 퇴적되어 있는 파티큘레이트의 균열이 주된 원인인 것으로 생각되므로, 이 경우도 제 2 추정 데이터(XB)쪽이 신뢰할 수 있어, 제 2 추정 데이터(XB)가 선택된다.
그리고, 단계 S3에서 △M ≤K 인 경우에도, 금회의 퇴적량이 소정값 이상이 안되는 동안에는, 만약을 위해 단계 S2에 들어가고, 제 2 추정 데이터(XB)가 선택된다.
엔진의 시동으로부터 시간이 경과하여, 파티큘레이트의 퇴적량이 증가하고 단계 S4의 판별 결과가 YES가 되면, 처음으로 제 1 추정 데이터(XA)가 선택된다.
이렇게 하여, 제 1 추정 데이터(XA) 또는 제 2 추정 데이터(XB)중 어느 하나가 선택된 후, 단계 S6으로 들어가고, 여기에서 엔진 정지 여부가 판별된다. 디 젤 엔진(1)이 아직 정지되지 않고 있을 경우에는 단계 S6의 판별 결과는 NO가 되어, 단계 S1으로 되돌아오고, 상술한 동작이 반복 실행된다.
시동키를 오프로 하여 디젤 엔진(1)의 운전이 정지되면, 단계 S6의 판별 결과는 YES가 되고, 단계 S7에 있어서 이 때의 추정값 데이터X의 값이 초기값 데이터(ID)로서 메모리(120A)에 전달되어, 동작을 종료한다.
그런데, 제 2 추정 연산부(110)에 있어서의 추정 연산의 경우, 적분 연산을 실행하므로 장기적으로는 오차가 누적되어서 그 연산 결과가 부정확해지는 것이 예상된다. 이것 때문에, 도 3에 도시한 실시 예에서는, 제 2 추정 연산부(110)에 보정량 기억부(114)와 보정값 연산부(115)를 설치하고, 제 2 퇴적량 연산부(111)에서 연산된 단위 시간당의 파티큘레이트 퇴적량을 학습 동작에 의해 적절히 보정하는 구성으로 되어 있다.
즉, 보정값 연산부(115)에는 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB) 가 입력되어 있어, 선택부(120)가 제 2 추정 데이터(XB)를 선택하고 있을 경우에 디젤 엔진(1)의 회전수가 상승하여 제 2 추정 데이터(XB) 대신에 제 1 추정 데이터(XA)를 선택하도록 선택부(120)가 데이터의 스위치오버 동작을 수행하는 경우, 이 스위치오버 동작에 응답하여 이 때의 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB)의 차분을 하기와 같이 연산한다.
재생 처리가 수행되고 있지 않고 재생 처리 적분치가 0인 경우에는, 그 차분이 소정 범위내에 있으면, 제 1 추정 데이터(XA)에 의한 추정값(DXA)과 제 2 추정 데이터(XB)에 의한 추정값(DXB)의 비(DXA/DXB)를 편차 계수(C)로서 산출하고, 이 편차 계수(C)를 보정량 기억부(114)에 기억시킨다.
한쪽, 재생 처리가 수행되고 있고 재생 처리 적분치가 0보다 큰 경우에는, 제 2 추정 데이터(XB)에서 제 1 추정 데이터(XA)를 감산하고, 이 감산 결과에서 재생 처리 적분값을 나눗셈하고, 이 결과를 편차 계수(C)로 하여 이 편차 계수(C)를 보정량 기억부(114)에 기억시킨다.
또한, 어떠한 경우에 있어서도, 상기 차분이 소정 범위를 넘은 경우에는 필터의 열화라고 판단하여, 상술한 편차 계수(C)의 산출을 실행하지 않는다. 이렇게 필터의 열화가 판별되었을 경우에는, 운전자에게 필터의 교환을 재촉하기 위해서 미리 정해진 램프를 점등 또는 점멸시키는 등의 수단에 의해 경고 표시를 실행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
편차 계수(C)는 학습값으로서 보정량 기억부(114)에 축적되며, 이 학습값으로서의 편차 계수(C)는 제 2 퇴적량 연산부(111)에 보내지고, 여기에서 연산되어 있는 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량에 이 편차 계수(C)를 곱하여 보정하고, 이후 이 보정된 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량이 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량 추정값(△Y)으로서 출력될 수 있다.
이렇게, 보정값 연산부(115)에 있어서 제 1 추정 데이터(XA)와 제 2 추정 데이터(XB)의 값을 이용하여 편차 계수(C)가 산출되고, 이 편차 계수(C)는 보정량 기억부(114)에 기억 및 축적되며, 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량을 산출하는 연산 처리를 실행할 때의 보정이 적절히 실행되는 것이 되고, 적분 연산부(113)에 있어서의 적분 연산에 있어서 오차가 누적되지 않고 수정되는 것이 된다. 이 결 과, 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량에 근거하는 추정 데이터인 제 2 추정 데이터(XB)가 신뢰성을 갖는 값이 되므로, 파티큘레이트 퇴적량의 추정이 정확하게 된다.
이렇게, 제 1 또는 제 2 추정 연산부중 어느 한쪽의 추정 결과의 선택을 실행할 경우에, 양쪽 추정 결과의 편차량을 계산하고, 그 편차량을 학습값으로서 기억해 두고, 이 학습값에 따라서 제 2 추정 연산부에 있어서의 연산값을 보정하는 것에 의해, 보다 정확하게 파티큘레이트 퇴적성을 추정하도록 구성되어 있다.
필터 제어 유닛(40)은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 필터 전후 차압에 근거해서 연산된 파티큘레이트 퇴적량의 추정값과, 디젤 엔진(1)의 운전 상태에 근거해서 시뮬레이션된 파티큘레이트 퇴적량의 추정값의 2개의 추정값중, 그 때의 상태 에 따라 보다 신뢰도 높은 추정값이 선택된다. 그리고, 이렇게 하여 선택된 추정값에 따라서 필터(32)를 재생할 것인가 아닌가가 결정되므로, 필터(32)의 재생을 극히 적절한 시기에 실행할 수 있다. 이 결과, 필터(32)를 종래와 비교하여 장기 수명화하는 것이 가능하게 되고, 운용 비용의 절감을 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 필터 전후 차압에 근거해서 연산된 파티큘레이트 퇴적량의 추정값과, 단위 시간당의 파티큘레이트의 퇴적량에 근거해서 시뮬레이션된 파티큘레이트 퇴적량의 추정값의 2개의 추정값중, 그 때의 엔진의 운전 상태에 따라 보다 신뢰도 높은 추정값이 선택되며, 이렇게 하여 선택된 추정값에 따라서 필터를 재생할 것인가 아닌가가 결정되므로, 필터의 재생을 극히 적절한 시기에서 실행할 수 있다. 이 결과, 필터의 재생의 빈도가 적정화되어, 필터를 종래와 비교해서 장기 수명화하는 것이 가능하게 되고, 운용 비용의 절감을 기대할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 필터 제어 장치는 필터의 재생을 적절한 시기에 실행하는데도 유용하다.

Claims (14)

  1. 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 포집하기 위한 필터에 있어서의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터를 재생하도록 한 필터 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한 검출 수단과,
    상기 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 압력차에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 1 추정 수단과,
    상기 엔진의 운전 상태에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 2 추정 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 추정 수단에 의해 얻을 수 있는 각 파티큘레이트 퇴적량 추정값의 차분을 연산하는 차분 연산 수단과,
    상기 차분 연산 수단 및 검출 수단에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 추정 수단중 어느 한쪽의 추정 결과를 선택하는 선택 수단과,
    상기 제 1 또는 제 2 추정 수단중 어느 한쪽의 추정 결과의 선택을 실행하는 경우에 양쪽 추정 결과의 편차량을 계산하고, 그 편차량을 학습값으로서 기억해 두고, 이 학습값에 따라서 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 연산값을 보정하기 위한 데이터를 연산하여, 상기 제 2 추정 수단에 부여하기 위한 수단을 구비하고,
    상기 선택 수단에 의해서 선택된 추정 결과에 따라서 상기 필터의 재생 시기를 결정하도록 한
    필터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 추정 수단에 있어서, 상기 엔진으로의 연료 분사량, 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진에 있어서의 배기 가스 환류율, 필터전 온도중 적어도 하나에 근 거하여 파티큘레이트 퇴적량을 추정하기 위한 연산이 실행되는
    필터 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 추정 수단에 있어서, 실제 엔진을 사용하여 단위 시간당의 파티큘레이트 퇴적량의 증가를 계측하는 것에 의해 요구된 실측 데이터를 이용한 맵핑 연산을 이용하여 파티큘레이트 퇴적량의 추정 연산을 실행하도록 한
    필터 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 추정 수단이 상기 맵핑 연산에 의해 얻을 수 있는 데이터를 적분 함으로써 상기 필터에 있어서의 파티큘레이트의 퇴적량의 추정값을 얻도록 구성된
    필터 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 엔진이 정지될 때마다 그때의 필터 재생 제어에 사용되고 있는 파티큘레이트 퇴적량의 추정값을 기억해 두고, 이 기억된 파티큘레이트 퇴적값을 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 적분을 위한 초기값으로서 사용하도록 한
    필터 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편차량에 따라 계수를 연산하고, 해당 계수에 의해 상기 제 2 추정 수단에 있어서의 연산값을 보정하도록 한
    필터 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 편차량이 소정값을 넘은 경우에 그 취지를 조작자에 대하여 표시하도록 한
    필터 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 시동시에 상기 차분이 소정값 이상인 경우에는, 상기 검출 수단의 검출 결과에 관계없이 상기 제 2 추정 수단의 추정 결과를 선택하도록 한
    필터 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 시동시에 상기 차분이 소정값 이상인 경우에는, 상기 검출 수단의 검출 결과에 관계없이 소정 기간 동안은 상기 제 2 추정 수단의 추정 결과를 선택하도록 한
    필터 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소정 기간이 상기 제 2 추정 수단에 의해 상기 엔진의 시동에서부터 개시된 파티큘레이트 퇴적량 추정값이 소정의 값에 도달할 때까지의 기간인
    필터 제어 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 차분이 상기 소정값보다 작아진 경우에 상기 제 2 추정 수단에 의한 추정 결과 대신에, 상기 제 1 추정 수단에 의한 추정 결과를 선택하도록 한
    필터 제어 장치.
  13. 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 포집하기 위한 필터에 있어서의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터를 재생하도록 한 필터 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한 검출 수단과,
    상기 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 압력차에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 1 추정 수단과,
    상기 엔진의 운전 상태에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 2 추정 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 추정 수단에 의해 얻을 수 있는 각 파티큘레이트 퇴적량 추정값의 차분을 연산하는 차분 연산 수단을 구비하고,
    상기 차분 연산 수단 및 상기 검출 수단에 응답하여 상기 차분과 상기 검출 수단에 의해서 얻어진 엔진 회전수에 기초하여 상기 제 1 또는 제 2 추정 수단의 어느 한쪽의 추정 결과를 선택하고, 선택된 추정 결과에 따라서 상기 필터의 재생 시기를 결정하도록 한
    필터 제어 장치.
  14. 엔진의 배기 가스중에 포함된 파티큘레이트를 포집하기 위한 필터에 있어서의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하고, 이 추정 결과에 근거해서 필터를 재생하도록 한 필터 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한 검출 수단과,
    상기 필터의 전후에 있어서의 배기 가스의 압력차에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 1 추정 수단과,
    상기 엔진의 운전 상태에 근거해서 상기 필터의 파티큘레이트 퇴적량을 추정하는 제 2 추정 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 추정 수단에 의해 얻을 수 있는 각 파티큘레이트 퇴적량 추정값의 차분을 연산하는 차분 연산 수단과,
    상기 엔진의 시동후의 파티큘레이트 퇴적량이 소정량 이상으로 되었는지 아닌지를 판별하는 판별 수단을 구비하고,
    상기 차분 연산 수단 및 상기 판별 수단에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 추정 수단중 어느 한쪽의 추정 결과를 선택하고, 선택된 추정 결과에 따라서 상기 필터의 재생 시기를 결정하도록 한
    필터 제어 장치.
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