KR100403684B1 - 내연기관의 배기 정화장치 - Google Patents

내연기관의 배기 정화장치 Download PDF

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Abstract

연료 첨가 노즐(17)은 그 선단 부재(17c)를 포함하며 실린더 헤드(100a) 내에 형성된 배기 포트(40a)의 내벽 안에 매설된다. 분사 통로(101c)는 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)로부터 분사된 연료를 배기 포트(40a) 안으로 안내한다. 선단 부재(17c)와 배기 포트(40a) 사이에 제공된 벽(102)은 연료 첨가 노즐(17)의 열 수용량을 감소시킨다. 워터 자켓(110)은 노즐 시트(103)의 외부 에지에 인접함으로써, 가스켓(17d) 내에 있는 열을 효율적으로 전달하여 워터 자켓(110)의 물을 냉각시킨다.

Description

내연기관의 배기 정화장치{Exhaust emission control system of internal combustion engine}
본 발명은 대체로 내연기관에서 배출되는 배기가스로부터 해로운 성분을 정화하기 위한 배기 정화장치에 관한 것으로서, 특히 희박 연소를 실행할 수 있는 내연기관의 배기 시스템에 설치된 환원 촉매의 상류측에 환원제를 공급하며 또 배기가스로부터 해로운 성분의 정화를 촉진하는 내연기관의 배기 정화장치에 관한 것이다.
희박 연소를 실행하는 디젤 엔진 및 가솔린 엔진에서, 전체 작동영역의 대부분은 엔진이 연소를 위해 높은 공연비(희박한 대기압)를 발휘하는 혼합물을 공급함으로써 작동하는 작동영역이 차지하고 있다. 이러한 타입의 엔진(내연기관)에서, 배기 시스템은 대체로 산소가 있는 상태에서 질산화물(NOx)을 흡수하기 위한 NOx 흡수제(촉매)를 구비하고 있다.
통상적인 NOx 촉매로서 공지된 것은 예를 들어 저장 환원형 NOx 촉매 및 선택 환원형 NOx 촉매 등이다.
저장 환원형 NOx 촉매는 배기가스내의 산소 농도가 높은 조건하에서 질산화물을 흡수하며, 배기가스내의 산소 농도가 낮은 조건하에서 질산화물을 방출하는 특성을 가진다. 배기가스에서 방출된 질산화물이, 탄화수소(HC) 및 이산화탄소(CO)와 같은 환원성분이 배기가스내에 존재하는 경우에는 즉시 이들 환원성분과 반응하여 질소(N2)로 환원된다. 게다가, 저장 환원형 NOx 촉매는 질산화물의 예정된 제한량을 흡수하여 이 상태(흡수)를 유지하는 경우에는 배기가스내의 산소 농도가 높은조건하에서도 더이상 질산화물을 흡수하지 않는다. 다음에, 상술한 저장 환원형 NOx 촉매를 구비한 배기 시스템을 포함하는 내연기관에 의하면, 동일한 촉매의 질산화물 흡수량이 제한량에 도달하기 전에, 촉매내에 흡수된 질산화물이 방출되고, 환원제를 배기 시스템내에 첨가함으로써 환원 정화되고, 촉매의 질산화물 흡수능력을 회복하기 위한 제어가 예정 간격으로 되풀이되는 것이 일반적이다.
이와는 대조적으로, 선택 환원형 NOx 촉매는 배기가스내의 산소 농도가 높고 탄화수소(HC)와 같은 환원성분이 존재하는 조건하에서 배기가스내에 있는 환원성분 및 질산화물이 서로 반응하며, 이 배기가스를 질소(N2), 물(H2O), 및 이산화탄소(CO2)로 정화하는 특성을 가진다. 그러므로, 배기 시스템에 제공된 선택 환원형 NOx 촉매를 가진 내연기관에서, 배기가스에 존재하는 질산화물이 엔진의 작동 중에 배기 시스템으로 환원제를 연속으로 첨가함으로써 배기가스에서 제거되는 것일 일반적이다.
저장 환원형 NOx 촉매를 채용하는가 아니면 선택 환원형 NOx 촉매를 채용하는 가에 관계없이 질산화물(NOx) 촉매를 채용함으로써 배기가스로부터 질산화물을 환원하여 제거하는 내연기관에 따르면, 환원제의 예정된 양을 배기 시스템에서의 질산화물(NOx) 촉매의 상류측으로 필요한 타이밍으로 공급할 것을 요구한다.
예를 들어, 일본특허공개공보 6-74022호에 공개된 시스템은 질산화물(NOx) 촉매로 흐르는 배기가스내로 예정된 경로를 경유하여 압력 공급되는 환원제가 개폐 제어식 분사 밸브를 사용함으로써 필요한 양만큼 분사 공급되는 구조를 가진다.
상기 공보에 공개된 시스템의 경우와 같이, 환원제를 배기가스내로 적절히 분사 공급함으로써 질산화물(NOx) 촉매의 성능을 제어하도록 구성된 시스템은 반드시 환원제용 분사 포트가 배기가스 통로에 직접 노출되는 시스템 구조를 채용해야 한다. 따라서, 상기 분사 포트 및 이 분사 포트 부근의 환원제 흐름 경로가 고온의 배기가스에 의해 가열되기가 쉽다.
그러므로, 가열된 환원제는 환원제용 분사 포트를 막아버릴 정도로 탄화되거나, 또는 분사밸브를 막을 정도로 탄화되며, 그 결과 환원제가 분사되지 않거나, 어떤 경우에는 분사량 및 분사 타이밍이 제어될 수 없다.
다른 한편, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 안에 포함된 질산화물을 환원시키는 하나의 장치로서 배기가스 재순환장치(이하 'EGR 장치'라고 함)가 있다. 상기 EGR 장치는 배기가스의 일부를 흡입시스템으로 복귀하도록 재순환시키고, 내부 연소실 가스의 열 용량을 불활성 가스를 도입하여 증가시키고, 최대 연소 온도를 낮춤으로서 질산화물의 발생을 감소시키는 기능을 한다.
발생된 질산화물을 정화하는 질산화물(NOx) 촉매 기능과는 다르게, EGR 장치는 질산화물 자체의 발생을 억제하는 기능을 한다.
다음에, 엔진으로부터 배출된 배기가스내에 함유된 질산화물의 보다 효율적인 감소를 달성하기 위해서, 일본 특허 공개공보 6-74022호에 공개된 시스템의 경우에서와 같이, EGR 장치와 질산화물(NOx) 촉매를 조합함으로써 구성된 배기 정화장치가 채용되고 있다.
상기 공보에 공개된 시스템은 4기통 엔진의 각 기통의 배기 포트에 연결된 배기 분기관이 하류측에서 단일 배기관으로 모이고 그 다음에 질산화물(NOx) 촉매로 안내되는 그러한 통로 지형을 취하고 있다. 그 후, 배기 분기관의 4개의 길이 중에서 단 3개의 분기관 길이가 EGR관(EGR 통로)에 연결된다. 다른 한편, 환원제 첨가 노즐은 나머지 배기 분기관에 해당하는 배기 포트에 끼워진다. 소위, 단지 3개의 기통으로부터 유출되는 배기가스의 일부가 한 편의 EGR관을 경유하여 흡기관으로 복귀하고, 나머지 하나의 기통에서 유출되는 배기가스는 EGR관을 경유하지 않고 하류측에 배치된 질산화물(NOx) 촉매로 직접 도입된다. 또한, 연료(환원제)는 EGR관을 경유하지 않고 하류측에 배치된 질산화물(NOx) 촉매로 직접 도입된 배기가스에만 첨가된다. 전술한 시스템의 구조에 따라, 환원제 첨가 노즐로부터 첨가된 환원제는 EGR관을 경유하여 흡기 시스템으로 들어가고, 엔진의 연소 상태에는 영향을 미치지 않으며, 배기 특성이 양호하게 유지될 수 있다.
그러나, 상기 공보에 공개된 엔진에서, EGR관은 3개(다수)의 분기관 길이에 연결되며, 보통 그들간의 연결이 연결방법으로서 용접에 의해 이루어진다. 그러나, 이러한 방법은 손상될 가능성이 매우 높아서 비용이 증가되고 내구성이 낮은 여러 개의 용접부를 포함한다는 점에서 불리하다.
더구나, 다수의 분기관이 EGR관에 연결되어 있으면, EGR 가스의 흐름에 관하여 배기 펄스의 영향이 크고 또 EGR 가스 유량을 정확하게 제어하기가 어렵다고 하는 단점이 있다.
본 발명의 일차 목적은 내연기관의 배기 시스템내에 직접 환원제를 분사 공급하고 또 배기가스로 인한 열에 영향을 받지 않고 환원제의 필요한 양을 필요한 타이밍으로 안정되게 공급함으로써 질산화물(NOx) 촉매의 기능을 제어할 수 있는 내연기관의 배기 정화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 EGR 장치 및 질산화물(NOx) 촉매를 포함하며, 질산화물에 첨가된 환원제가 EGR 통로내로 흘러가지 않게 보호하며 내구성의 강화 및 원가 절감을 가능하게 하는 내연기관의 배기 정화장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 견지에 따라, 내연기관의 배기 정화장치는, 내연기관의 배기 포트를 형성하고 있는 외부 쉘부재내에 제공되고, 환원제를 배기 포트내로 분사하는 환원제 분사 노즐을 가지고 있다. 상기 배기 정화장치는 환원제 분사 노즐의 분사 포트로부터 분사 노즐 내부 전체에 걸쳐 연장하도록 형성된 환원제를 위한 통로내의 온도 상승을 억제하기 위한 온도 상승 억제부재를 포함한다.
본 발명에 의하여, 내부 통로에 설치된 환원제 분사 노즐의 분사 포트에서 막힘현상(clogging)이 양호하게 억제되는데, 이러한 막힘현상은 환원제의 열적 변성과, 환원제 분사 노즐내의 밸브 구조의 열화에 의해 초래된다. 따라서, 환원제의 필요한 양을 필요한 타이밍으로 분사 공급하기 위한 환원제 분사 노즐의 기능이 장기간 동안 고정확도로 유지될 수 있다.
온도 상승 억제부재는 양호하게도, 외부셀 부재의 일부분을 형성하며 배기 포트를 향해 환원제 분사 노즐의 노출된 부분의 적어부 일부분을 덮으며 환원제 분사 노즐의 분사 포트와 배기 포트 사이를 교통시키는 통로를 형성하는 구조적 부재를 포함한다.
본 발명에 의하여, 환원제 분사 노즐은 배기 포트 내부로 노출되지 않으며, 따라서 배기가스의 열이 직접 환원제 분사 노즐로 전도되지 않고, 이에 의해 환원제 분사 노즐 내부의 온도 상승이 양호하게 억제된다. 게다가, 배기 포트내에서의 배기가스의 흐름은 환원제 분사 노즐의 선단 부재가 배기 포트내로 삽입됨으로써 배기가스의 흐름을 방해받지 않고 안정된 상태로 유지된다.
또한, 온도 상승 억제부재의 적어도 일부분은 배기 포트를 형성하는 외부셀 부재의 재료 보다 열전도계수가 높은 재료로서 구성되고, 환원제 분사 노즐의 외부면의 적어도 일부분을 덮는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 배기 포트를 형성하는 외부셀 부재의 재료 보다 열전도계수가 높은 재료로서 구성된 온도 상승 억제부재의 일부분은 배기 포트로부터 환원제 분사 노즐의 외측 에지를 향해 전달되는 열을 효율적으로 흡수하고, 이로써 환원제 분사 노즐의 열 흡수량을 양호하게 감소시킨다.
온도 상승 억제부재가, 배기 포트를 형성하는 외부셀 부재의 재료 보다 열전도계수가 높은 재료로서 구성된 부분의 부근에서 냉각매체를 위한 통로를 포함하고, 상기 냉각매체가 높은 열전도계수를 발휘하는 재료로 구성된 부분에 포함되는 열을 흡수하는 것이 바람직하다.
환원제 분사 노즐의 축방향 코어를 향해 연장하는 통로의 연장면(범위)은 양호하게도 배기 포트를 형성하는 외부셀 부재의 재료 보다 열전도계수가 높은 재료로서 구성된 부분의 냉각매체에 대해 통로에 가장 가까운 위치를 실질적으로 감싸고 있다는 것에 주목하기 바란다.
본 발명에 의하여, 통로내의 냉각매체는 양호하게도 높은 열전도계수를 나타내는 재료로서 구성된 부분을 통해 환원제 분사 노즐의 열 또는 그 노즐 주위의 열을 흡수하며, 이로서 환원제 분사 노즐이 온도 상승을 양호하게 억제한다.
온도 상승 억제부재는 양호하게도 환원제 분사 노즐의 외부 주위면이 통로의 내부벽의 일부분을 구성하도록 형성된 냉각매체용 통로를 포함한다.
본 발명에 의하여, 환원제 분사 노즐의 외부 주위면에서부터 분사 노즐의 내부의 전체 면적 또는 일부 면적을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하여, 내연기관의 배기 정화장치는, 희박 연소가 가능한 다기통 내연기관의 각 기통의 배기 포트에 연결된 배기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드를 배기관에 연결하기 위한 배기가스 집합관과, 상기 배기 매니폴드를 내연기관의 흡기 시스템에 연결시킴으로써 배기가스의 일부를 흡기 시스템으로 재순환시키기 위한 배기가스 재순환장치와, 배기관내에 설치된 질산화물(NOx) 촉매와, 상기 질산화물(NOx) 촉매 보다 상류측에 배치된 배기 시스템내로 환원제를 첨가하는 환원제 첨가장치를 포함한다. 이 정화장치에서, 배기가스 집합관의 상류측 단부는 배기 매니폴드의 일단부에 연결되고, 환원제 첨가장치의 첨가포트는 배기 매니폴드의 일단부에 밀접하게 배치된 기통의 배기 포트와 대면하여 설치되고, 배기가스 재순환장치의 배기가스 흡기 포트는 배기 매니폴드가 타단부 쪽에 설치된다.
본 발명에 의하여, 배기 매니폴드에 관한 배기가스 집합관의 연결점과 배기가스 재순환장치의 배기가스 흡기 포트의 연결점은 서로 떨어져 배치된다. 또한,환원제 첨가장치의 첨가포트는 배기 매니폴드에 관한 배기가스 집합관의 연결점 부근에서 배기 포트에 대면하여 배치된다. 따라서, 환원제 첨가장치에 의해 첨가된 환원제가 배기가스 재순환장치를 통해 흡기 시스템으로 흘러 들어가는 일이 방지될 수 있다. 더구나, 배기 매니폴드는 한 지점에서 배기가스에 연결되므로 내구성 강화 및 비용 절감이 가능하다.
또한 환원제 첨가장치의 첨가부가 끼워진 기통의 배기 포트는 첨가포트를 구비한 부분에서 단면이 좁은 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 배기 포트를 통해 흐르는 배기가스의 흐름은 가속되고, 환원제 첨가장치에서 첨가된 환원제의 미세 입자를 더욱 많이 획득하게 된다. 따라서, 질산화물(NOx) 촉매의 정화 효율이 강화된다.
바람직하게도, 환원제는 배기 매니폴드의 일단부에 밀정하게 배치된 기통의 배기밸브의 밸브 개방주기 도중에 환원제 첨가장치의 첨가부로부터 첨가된다.
본 발명에 의하여, 환원제 첨가장치로부터 첨가된 환원제는 배기 매니폴드에 부착되지 않도록 제한될 수 있고, 배기 매니폴드에 부착된 연료가 배기가스 재순환장치를 통해 흡기 시스템으로 흘러 들어가지 않도록 억제될 수 있다.
환원제 첨가장치의 첨가포트를 장착한 기통에 관하여서, 연료 분사밸브로부터 엔진 출력을 얻기 위해 연료를 분사하는 주분사를 실행한 후에, 팽창행정 또는 배기행정에서 연료 분사밸브로부터 연료를 분사하는 보조분사를 실행하도록 제어해도 좋다.
본 발명에 의하여, 보조 분사에 의해 공급된 연료는 배기가스의 온도를 증가시키며, 이로서 환원제 첨가장치로부터 첨가된 연료의 입자 미세화 및 증기화를 더 강화시킨다.
배기 정화장치는, 흡입측 공기를 가압하기 위한 배기가스 집합관의 하류측에 제공된 배기 과급기(turbocharger)와, 환원제 첨가장치가 작은 부하 조건하에서 환원제를 첨가할 때 배기 과급기를 우회하여 배기가스를 질산화물(NOx) 촉매로 안내하는 우회 통로를 추가로 포함한다.
보통 배기가스의 온도가 낮은 저부하 작동영역에서 발생되는 배기가스가 배기 과급기를 통해 흐를 때, 배기가스의 온도가 더 낮아지며, 이것이 환원제 첨가장치로부터 첨가된 환원제의 입자의 미세화와 기화에 장애가 될 수 있다. 이러한 장애가 가해지면, 배기가스가 우회 통로를 지나서 배기 과급기를 우회하여 질산화물(NOx) 촉매로 안내될 때, 배기 과급기의 작용으로 인한 온도 감소가 발생하지 않으며, 따라서 환원제의 입자의 미세화와 기화를 막는 장애가 사라지고, 이에 의해 질산화물 정화률이 향상된다.
질산화물(NOx) 촉매가 유황 피독으로부터 회복할 때 환원제를 질산화물(NOx) 촉매로 공급하기 위한 제2 환원제 첨가장치가 질산화물(NOx) 촉매의 상류측에 제공될 수 있다.
본 발명에 의하여, 제2 환원제 첨가장치로부터 첨가된 환원제는 배기가스 재순환장치를 통해 흡기 시스템으로 흘러 들어가지 않으며, 따라서 유황 피독 회복 공정을 위한 환원제의 첨가로 인한 스모크(smoke)의 방출을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 디젤 엔진의 약도를 도시한 다이아그램.
도 2는 제 1 실시예에 있어서 엔진의 실린더 헤드에 조립된 연료 첨가 노즐 뿐만 아니라 그의 주변부의 단면 구조를 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 3은 연료 첨가 노즐의 내부 구조를 상세히 도시하는 부분 확대 단면도.
도 4는 제 1 실시예에 있어서 실린더 헤드에 조립된 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하는 상태를 도시하는 단면도.
도 5는 제 1 실시예의 변형된 예에 있어서 실린더 헤드에 조립된 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하는 상태를 도시하는 단면도.
도 6은 제 2 실시예에 있어서 실린더 헤드에 조립된 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하는 상태를 도시하는 단면도.
도 7은 제 2 실시예의 변형된 예에 있어서 실린더 헤드에 조립된 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하는 상태를 도시하는 단면도.
도 8은 제 3 실시예에 있어서 실린더 헤드에 조립된 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하는 상태를 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 있어서 디젤 엔진 시스템 형상의 약도를 도시한 다이아그램.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 있어서 엔진의 배기 포트 근방을 도시하는 단면도.
도 11은 제 5 실시예에 있어서 연료 첨가 제어 방법을 도시하는 흐름도.
도 12는 본 발명의 제 6 실시예에 있어서 디젤 엔진 시스템 형상의 약도를 도시하는 다이아그램.
도 13은 제 6 실시예에 있어서 배기 가스 우회 제어 방법을 도시하는 흐름도.
도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 있어서 디젤 엔진 시스템 형상의 약도를 도시하는 다이아그램.
도 15는 제 7 실시예에 있어서 SOx 피독 회복 방법을 도시하는 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10. 연료 공급시스템 13. 연료 분사 밸브
17. 연료 첨가 노즐 20. 연소실
30. 흡입측 시스템 40. 배기 시스템
60. EGR 통로 100. 엔진
(실시예 1)
본 발명에 따른 내연기관의 배기 가스 제어 시스템에 대하여는 본 발명이 디젤 엔진 시스템에 제공하는 제 1 실시예에 의해 이하에서 설명된다.
도 1에 있어서, 내연기관(이하부터는 단순히 "엔진"이라 칭함; 100)은 주로 연료 공급 시스템(10), 연소실(20), 흡기 시스템(30), 및 배기 시스템(40)에 의해 형성되는 직렬형 4기통 디젤 엔진 시스템으로 분류될 수 있다.
먼저, 상기 연료 공급 시스템(10)은 연료 펌프(11), 축압실(12), 연료 분사 밸브(13), 차단 밸브(14), 제어 밸브(16), 연료 첨가 노즐(17), 엔진 연료 통로(P1), 및 첨가된 연료 통로(P2)로 구성된다.
상기 연료 펌프(11)는 연료 탱크(도시되지 않음)로부터 연료를 펌프질 하며, 따라서 펌프질된 연료를 크게 압축한 후, 고압 연료를 엔진 연료 통로(P1)를 통해 축압실(12)로 공급한다. 상기 축압실(12)은 설정 압력(축압) 하에서 연료 펌프(11)로부터 공급된 고압 연료를 유지하는 기능을 하며, 축압된 연료를 각각의 연료 분사 밸브(13)로 분배한다. 상기 분사 밸브(13)는 전자 솔레노이드(설명하지 않음)를 포함한 전자 밸브로서 분류되며, 분사에 의해 연소실(20)의 내부로 연료를 공급하기 위해 적절히 개방된다.
한편, 상기 연료 펌프(11)는 첨가된 연료 통로(P2)를 통해 연료 탱크로부터 펌프질되는 연료의 일부를 연료 첨가 노즐(환원제 분사 노즐; 17)로 공급한다. 상기 차단 밸브(14)와 제어 밸브(16)는 상기 첨가된 연료 통로(P2)를 따라 연료 첨가 노즐(17)을 향해 연료 펌프(11)로부터 연속적으로 배열된다. 상기 차단 밸브(14)는 비상이 발생될 때 상기 첨가된 연료 통로(P2)를 차단하며, 따라서 연료 공급이중단된다. 상기 제어 밸브(16)는 연료 첨가 노즐(17)로 공급된 연료의 압축(연료 압축)을 제어한다. 상기 연료 첨가 노즐(17)은 주어진 연료 압력이 소정 압력(예를 들면, 0.2 MPa)보다 높거나 같을 때 개방되는 기계적 전환 밸브이며, 분사에 의해 연료를 배기 시스템(40){배기 포트(40a)} 안으로 공급한다. 즉, 상기 제어 밸브(16)는 연료 첨가 노즐(17)의 상류에 존재하는 연료 압력을 제어하며, 따라서 적절한 시기에 상기 연료 첨가 노즐(17)로부터 예정된 연료만큼 분사 공급(첨가) 한다.
상기 흡기 시스템(30)은 각각의 연소실(20) 안으로 공급된 흡기를 위한 통로(소위, 흡기 통로로 칭함)를 형성한다. 한편, 상기 배기 시스템(40)은, 상류측으로부터 하류측을 향해 연속으로 연결되어 있는, 배기 포트(40a), 배기 매니폴드(40b), 촉매 상류 통로(40c), 및 촉매 하류 통로(40d)와 같은 통로 부재들의 변화에 의해 형성되며, 따라서 각각의 연소실(20)로부터 방출되는 배기 가스를 위한 통로(배기 통로라 칭함)를 형성한다.
또한, 상기 엔진(100)은 널리 공지된 바 있는 슈퍼 충전기(배기 과급기; 50)와 함께 제공된다. 상기 배기 과급기(50)는, 만약 터빈 휠(52,53)이 샤프트(51)를 통해 서로 연결될 경우, 2개의 부품을 포함한다. 한편, 상기 터빈 휠(흡기측 터빈 휠; 52)은 흡기 시스템(30) 안의 흡기에 노출되며, 반면 상기 터빈 휠(배기측 터빈 휠; 53)은 배기 시스템(40) 안의 흡기에 노출된다. 따라서, 설치된 배기 과급기(50)는 배기측 터빈 휠(53)을 수용하는 배기 가스 유동(배기 압력)을 사용함으로써 흡기측 터빈 휠(52)을 회전시키며, 따라서 소위 흡기 압력을 상승시키는 슈퍼 충전을 수행한다.
상기 흡기 시스템(30)에 있어서, 상기 배기 과급기(50)를 위해 제공된 내부 냉각기(31)는 슈퍼 충전에 의해 온도가 상승된 흡기를 강제 냉각시킨다. 상기 내부 냉각기(31)보다 훨씬 하류에 제공되는 스로틀 밸브(32)는 비단계적으로 그의 구멍을 조절할 수 있는 전자 제어 타입의 전환 밸브로 분류된다. 상기 스토틀 밸브(32)는 예정된 상태에서 흡기의 유동 영역을 감속시킴으로써 흡기의 공급량을 조절(감소)하는 기능도 갖는다.
또한, 상기 엔진(100)은 연소실(20)의 상류 경로{흡기 시스템(30)}와 하류 경로{배기 시스템(40)}를 우회하기 위한 배기 가스 재순환(EGR) 통로(60)와 함께 제공된다. 상기 EGR 통로(60)는 흡기 시스템(30) 뒤로 배기 가스의 일부를 적절히 재순환시키는 기능을 갖는다. 상기 EGR 통로(60)는 상기 EGR 밸브(61) 및 상기 EGR 냉각기(62)와 함께 제공된다. 상기 EGR 밸브(61)는 EGR 통로(60)를 통해 유동하는 배기 가스의 유동 속도를 제어할 수 있다. 상기 EGR 냉각기(62)는 EGR 통로(60)를 통해 관통(재순환)하는 배기 가스를 냉각시키기도록 작용한다.
또한, 배기 시스템(40)에 있어서, 저장 환원형 NOx 촉매(이후부터는 간단히 촉매라 칭함; 41)를 둘러싸는 촉매 케이싱(42)은 배기측 터빈 휠(53)의 하류{촉매 상류 통로(40c)와 촉매 하류 통로(40d) 사이}에 제공된다. 상기 촉매 케이싱(42)에 둘러싸인 촉매(41)는 예를 들면 캐리어로 사용되는 알루미나(Al2O3), 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 및 세슘(Cs)과 같은 알카리성 금속, 바륨(Ba) 및 칼슘과 같은 알카리성 토류, 란탄(La) 및 이트륨(Y)과 같은 희토류, 및 백금(Pt)과 같은 귀금속이 캐리어 상에 지지되도록 구성된다.
상기 촉매(41)는 배기 가스가 다량의 산소를 함유하는 상태에서 NOx를 흡수한다. 상기 배기 가스의 산소 농도가 낮아지고 다량의 저감 성분{(예를 들면, 연료의 미연소 성분(HC)}이 존재하는 상태에 있어서, 상기 촉매(41)는 NOx를 NO2또는 NO로 환원시키고, 따라서 상기 성분을 배출한다. NO2또는 NO 형태로 배출되는 NOx는 상기 배기 가스에 존재하는 HC 및 CO와 신속히 작용하고, 그에 의해서 N2로 환원된다. 환원된 NO2및 NO를 갖는 HC 및 CO 자체는 H2O 및 CO2로 산화된다. 즉, 상기 배기 가스는 촉매 케이싱(42){촉매(41)} 안으로 유입되는 배기 가스의 산소 농도와 HC 성분을 적절히 조절함으로써 HC, CO 및 NOx를 제거할 수 있다.
상기 엔진(100)에 있어서, 연료 첨가 노즐(17)과 부가 시간을 통해 배기 시스템(40)에 있어서 촉매(41)의 상류 측부에 첨가되는 부가의 연료량이 제어되며, 따라서, 촉매(41) 안으로 도입되는 배기 가스의 산소 농도와 HC 성분은 조절된다. 즉, 상기 실시예 1에 따라, 상기 배기 시스템(40)에 제공된 촉매(41), 상기 촉매(41) 안으로 도입되는 배기 가스의 성분을 조절하기 위한 연료 첨가 노즐(17), 및 상기 연료 첨가 노즐(17)의 도움으로 연료를 압축 공급하기 위한 부가의 연료 공급 시스템(10)이 상기 엔진(100)의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 방출 제어 시스템으로서의 기능과 조화된다.
한편, 다양한 센서가 엔진(100)의 개별 성분들에 부착되며, 상기 성분들의 주변 상태와 상기 엔진(100)의 작동 상태에 관련된 신호를 출력한다.
분명히 말하자면, 레일 압력 센서(70)는 축압실(12)에 저장되는 연료 압력에 대응하는 검출 신호를 출력한다. 연료 압력 센서(71)는 제어 밸브(16) 안으로 도입되는 연료의 압력(연료 압력: pg)에 대응하는 검출 신호를 출력한다. 공기 유동 계량기(72)는 흡기 시스템(30)의 스로틀 밸브(32)의 하류로 유동하는 흡입측 공기의 유동 속도(흡입측량)에 대응하는 검출 신호를 출력한다. 공연비(A/F) 센서(73)는 상기 배기 시스템(40)의 촉매 케이싱(42)의 하류에 존재하는 배기 가스에 있는 산소 농도에 대응하여 연속적으로 변화하는 검출 신호를 출력한다. 배기 가스 온도 센서(74)는 마찬가지로 배기 시스템(40)의 촉매 케이싱(42)의 하류로 유동하는 배기 가스의 온도(배기 온도: Te)에 대응하는 검출 신호를 출력한다.
또한, 액셀레이터 개방도 센서(75)가 가속 패달(설명 생략)에 부착되며, 페달량(Acc)에 대응하는 검출 신호를 출력한다. 크랭크각 센서(76)는 상기 엔진(100)의 출력 샤프트(크랭크 축)가 소정 각도를 통해 회전할 때 마다의 검출 신호(펄스)를 출력한다. 상기 센서들(70 ~ 76)은 전자 제어 유닛(ECU: 80)에 전기적으로 연결된다.
상기 ECU(80)는 중앙 처리 장치(CPU: 81), 판독 전용 메모리(ROM: 82), 랜덤 액세스 메모리(RAM: 83), 백업 램(84) 및 타이머 카운터(85), 및 부가의 논리 산술 회로를 포함한다. 상기 성분들(81 ~ 85)과, A/D 변환기를 포함하는 외부 입력 회로(86), 및 외부 출력 회로(87)는 양지향성 버스(88)를 통해 서로 연결되며, 따라서 상기 논리 산술 회로를 구성한다.
따라서, 구성된 ECU(80)는 상기 외부 입력 회로를 통해 다양한 센서의 검출신호를 입력하며, 상기 신호에 근거하여, 연료 분사 등을 제어하는 것과 같은 엔진(100)의 기본 제어를 실행한다. 또한, 상기 ECU(80)는 환원제(환원제로서 기능하는 연료)를 첨가하는 첨가 시간 및 공급량 등에 관련된 환원제(연료)의 첨가를 제어하는 것과 같은 엔진(100) 작동의 다양한 종류의 제어를 실행한다.
다음에, 상기 ECU(80)에 의해 실행되는 연료 첨가의 기본 원리의 개요에 대해 설명한다.
일반적으로 디젤 엔진에 있어서, 연소실에서 연소시키기 위해 공급되는 연료와 공기 혼합물의 산소 농도는 거의 모든 작업 영역에서 높다.
일반적으로, 연소를 위해 공급되는 산소의 일부를 제거하여 연소실로 공급된 혼합물의 산소 농도는 배기 가스에서의 산소 농도에 직접적으로 영향을 미친다. 만약 상기 혼합물에서의 산소 농도(공연비)가 높으면, 상기 배기 가스에서의 산소 농도(공연비)는 기본적으로 유사하게 높게 된다. 한편, 상술된 바와 같이, 저장 환원형 NOx 촉매는 상기 배기 가스에서의 산소 농도가 높을 경우 NOx를 흡수하는 특성을 가지며, 만약 낮을 경우, 상기 NOx가 NO2또는 NO로 환원되며 따라서 NOx를 방출한다. 따라서, 상기 배기 가스에 있어서 산소가 고 농도 상태로 남아 있는 한, 상기 촉매는 NOx를 흡수한다. 상기 촉매의 NOx 흡수량에는 한계가 있으며, 동일한 촉매가 한정된 량의 NOx를 흡수하는 상태에서, 상기 배기 가스의 NOx는 흡수되지 않으나, 촉매 케이싱을 그대로 관통한다.
그와 같은 경우, 상기 엔진(100)의 경우와 같이 연료 첨가 노즐(17)을 포함하는 내연기관에 있어서, 산소 농도는 일시적으로 감소되며, 감소된 성분(HC 등)의 양은 적절한 시간에 연료 첨가 노즐(17)을 통해 배기 시스템(40)의 촉매(41)의 상류 측부에 연료를 첨가함으로써 증가된다. 이 때, 상기 촉매는 그 때까지 NO2또는 NO로 흡수된 NOx를 환원시키고 상기 물질을 방출하며, 따라서 그 자체의 NOx 흡수 능력을 회복(재생)한다. 상술된 바와 같이 방출된 NO2또는 NO는 HC 및 CO와 즉시로 반응하며, 따라서 N2로 환원된다.
이 때, 상술된 모드에서 환원된 물질을 방출하는 동안 자체 흡수되는 환원 정화 NOx를 위한 촉매(41)의 환원 정화 효율(reduction-purging efficiency)은 촉매 케이싱(42) 안으로 유입되는 배기 가스의 감소된 성분의 양(산소의 농도)과 산소 농도(공연비)에 의해 결정된다.
이 때, 상기 엔진(100)에 있어서, 상기 배기 시스템(40)에 대한 연료의 첨가(연료 첨가 제어)는 상기 배기 가스에 있어서의 최적의 감소된 성분의 양과 최적의 공연비가 안정되게 얻어질 수 있도록 수행된다.
다음에, 첨가된 연료 통로(P2)를 통해 공급된 연료를 상기 엔진(100)의 배기 시스템(40){배기 포트(40a)} 안으로 적절히 분사 공급하기 위해, 상기 엔진(100)의 실린더 헤드에 부착된 연료 첨가 노즐(17)에 대하여는 주변부의 구조와 함께 더욱 상세히 설명된다.
도 2는 주변부의 단면 구조와 함께 상기 엔진(100)의 실린더 헤드에 부착된 연료 첨가 노즐(17)을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배기 시스템(40)의 대부분의 상류 부재로 작용하는 배기 포트(40a)는 상기 엔진(100)의 실린더 헤드(외부 쉘 부재; 1a) 전체의 내측에 형성된다. 상기 배기 포트(40a)의 상류에 배열된 개방 단부는 연소실(20)과 연통한다(도 1 참조). 상기 연료 첨가 노즐(17)은 상기 실린더 헤드(1a)에 형성된 조립 구멍(101) 안에 조립되며, 따라서, 연료 분사 구멍(17a)이 상기 배기 포트(40a) 내측을 향하도록 조립된다.
상기 연료 첨가 노즐(17)은 원통형 드럼 부재(17b)와 상기 드럼 부재(17b) 보다 작은 외경을 갖는 원통형 선단 부재(17c)가 동축방향으로 연속 형성되는 형상을 취한다. 상기 선단 부재(17c)는 상기 부재(17c)의 일부를 그의 (상기 배기 포트 측부 상의)저면으로부터 그의 측부 주변면을 향해 절삭함으로써 형성된다. 상기 분사 포트, 즉, 연료를 분사하기 위한 분사 구멍(17a)의 개구부는 상기 경사면에 형성된다. 또한 상기 연료 첨가 노즐(17)은 상기 드럼 부재(17b)의 외경과 대체로 일치하는 외경과 상기 선단 부재(17c)의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는 환상 가스켓(17d)이 선단 부재(17c)의 외부 주변부에 환상 조립되는 상태에서 조립 구멍(101) 안에 조립된다. 상기 가스켓(17d)은 (예를 들면, 주철로 제조된) 상기 실린더 헤드(100a)나 (예를 들면, 스테인레스강으로 제조된) 연료 첨가 노즐(17)보다 상대적으로 높은 열전도 계수를 나타내는 구리나 또는 구리 합금과 같은 물질로 제조된다. 상기 조립 구멍(101)의 내부면 형상은 상기 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)로부터 상기 드럼 부재(17b)의 중간 근방으로 연장하는 대체로 외부 형상을 갖는다. 특히, 상기 조립 구멍(101)의 내부면은 비교적 큰 직경의 원통형 구멍(101a)과 작은 구멍의 저부 원통형 구멍(101b)이 동축방향으로 연속 형성되는 방식으로 형성된다.
상기 조립 구멍(101)의 깊은 축부 상에 형성된 저부 원통형 구멍(101b)은 배기 통로의 하류로 연장하는 통로에서 배기 포트와 연통하는 분사 통로(101c)와 함께 형성된다. 상기 연료 첨가 노즐(17)이 조립 구멍(101) 안으로 조립되는 상태에서 상기 연료 첨가 노즐(17)의 분사 구멍(17a)은 상기 분사 통로(101c)를 통해 배기 포트(40a)와 마주한다.
즉, 상기 연료 첨가 노즐(17)은 상기 선단 부재(17c)의 저면과 상기 배기 포트(40a)의 내부면 사이에 삽입된 일정 두께를 갖는 벽(구조 부재)(102)를 갖는 실린더 헤드(100a)에 매설된 상태로 존재한다. 그 밖에, 상기 연료 첨가 노즐(17)은 상기 선단 부재(17c)의 분사 구멍(17a)이 실린더 헤드(100a)에 형성된 분사 통로(101c)를 거쳐 상기 배기 포트(40a)와 연통하는 구조를 취한다.
한편, 상기 실린더 헤드(100a) 내를 순환하는 냉각수를 위한 통로의 일부{이후로는 워터 자켓(110)이라 칭함}는 가스켓(17d)의 외부 에지의 기부 근방의 피스톤에 형성된다. 상기 엔진(100)이 작동되는 동안, 상기 워터 자켓(110) 안의 냉각수는 열 복사 기능을 갖는 방열기(도시되지 않음)를 따라 충분히 순환하며, 따라서, 냉각수를 대체로 고정된 온도(냉각수 온도)로 유지시킨다.
다음에, 상기 연료 첨가 노즐(17)의 주변 내부 구조와 그의 작동 모드에 대해 주변부와 관련하여 설명한다.
도 3은 도2에서 확대된 성분들중 일부를 도시하는 단면도이며, 특히 상기 연료 첨가 노즐(17)의 내부 구조를 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 1에 따른 엔진(100)에 있어서, 배기 포트(40a), 워터 자켓(110), 및 연료 첨가 노즐(17)은 다음과 같은 관계로 배열된다.
즉, 상기 워터 자켓(110)은 가스켓(17d)의 저면에 마주하는 실린더 헤드(100a)의 내부면(103)(이후, 노즐 시트라 칭함)의 외부 에지의 적어도 일부와 근접하게 배열되며, 여기서 상기 노즐 시트(103) 상의 가스켓(17d)에 포함된 열은 워터 자켓(11) 안의 냉각수로 충분히 전달된다.
또한, 상기 노즐 시트(103)의 외부 에지의 워터 자켓(110)에 가장 근접한 위치가 포인트(P)로서 설정된다면, 상기 노즐 시트(103)와 워터 자켓(110) 사이의 기하학은 상기 포인트(P)가 연료 첨가 노즐(17)의 축상 코어를 향하는 대향면(110a)의 돌출면 (범위)(d) 내에 포함되도록 설정된다. 상기 돌출면 (범위)(d)은 적합하게는 상기 워터 자켓(110)에 마주하는 가스켓(17d)의 대체로 외부 주변 면을 들러싼다. 상기 냉각수로 채워진 워터 자켓의 연료 첨가 노즐(17)에 대한 대향면(110a)은 열이 연료 첨가 노즐(17) 뿐만 아니라 가스켓(17d)으로부터 상기 워터 자켓(110)으로 전달될 때 열을 충분히 흡수하기 위한 효과적인 열 수용면으로서 한정될 수 있다. 따라서, 상술된 기하학적 관계는 상기 노즐 시트(103)와 워터 자켓(110) 사이에 제공되며, 따라서 상기 가스켓(103)으로부터 워터 자켓(110)에 있는 냉각수로 전달되는 열의 열전달 효율이 최적화 된다.
또한, 가스켓(103)과 배기 포트(40a)의 내부면 사이의 거리는, 배기 포트(40a)에서 배기 가스에 포함되어 있는 열이, 열이 벽(102)과 분사 통로(101c)를 통해 선단 부재(17c)에 의해 흡수되는 속도 (효율)보다 높게, 가스켓(103)을 통해 워터 자켓(110)의 냉각수에 의해 흡수되는 속도 (효율)를 형성할 수 있도록 충분히 작게 설정된다.
한편, 첨가된 연료 통로(P2)를 거쳐 분사 구멍(17a)으로 연료 압력 공급을 추진하기 위한 내부 통로가 연료 첨가 노즐(17)의 내부에 형성된다. 상기 내부 통로는 첨가된 연료 통로(P2)와 직접 연통하는 관형 통로(17e)의 제 1 세그먼트, 상기 제 1 관형 통로(17e)의 직경보다 큰 직경을 갖는 관형 통로(17f)의 제 2 세그먼트, 상기 관형 통로(17f)의 제 2 세그먼트보다 작은 직경을 갖는 관형 통로(17g)의 제 3 세그먼트, 및 상기 관형 통로(17g)의 제 3 세그먼트보다 훨씬 작은 직경을 갖는 관형 통로(17h)의 제 4 세그먼트와 같은 다수의 관형 통로의 세그먼트로 구성되며, 상기 세그먼트들은 연속으로 순차적으로 배열된다. 상기 관형 통로(17f)의 제 2 세그먼트는 관형 통로(17e)의 제 1 세그먼트보다 큰 직경을 갖는 금속 볼 (체크 볼)(17I)을 수용한다. 또한, 관형 통로(17g)의 제 4 세그먼트에 수용된 스프링(17j)은 연료의 압력 공급 방향에 대항하여 상기 체크 볼(17I)을 경사시키며, 따라서 상기 체크 볼(17I)은 제 1 및 제 2 관형 통로(17e, 17f) 사이의 경계 공간을 폐쇄한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 관형 통로(17e)의 제 1 세그먼트에서의 연료 압력이 소정 압력보다 높게 될 경우, 동일한 통로(17e)의 연료는 화살표 방향(α)으로 이동시키기 위해 상기 체크 볼(17I)을 가압한다. 따라서, 상기 연료는 상기 관형 통로(17e)의 제 1 세그먼트로부터 관형 통로(17f)의 제 2 세그먼트를 향해 유동하도록 허용되며, 따라서 상기 연료를 분사 구멍(17a) 밖으로 분무한다. 연료의 분무는 상기 분사 통로(101c)를 거쳐 배기 포트(40a) 내에 도달한다. 상기 배기 포트(40a) 내에 도달된 연료의 분무는 상기 배기 포트(40a) 내의 화살표 방향(β)으로 유동하는 고온의 배기 가스에서 곧 증발되며, 하류에 배열된 촉매(41)의 확산으로 상기 배기 시스템(40)에 전달된다.
여기서, 액체 연료는 고온 조건하에서 즉시 기화되므로, 연료 첨가 노즐(17)로부터 일단 분사(jet)된 연료가 배기 시스템(40; 배기 포트(40a)) 내의 고온의 배기 가스에 노출되는 것이 양호하다. 대조적으로, 연료 첨가 노즐(17) 자체가 고온이 되면, 노즐(17) 내측을 통해 유동하는 연료가 통로의 내면에 쌓이거나 스프링(17j)이 열화(deterioration)되기 용이하도록 탄화된다. 특히, 종래기술에서 언급한 바와 같이, 연료 첨가 노즐을 통해서 배기 시스템 내에 연료(환원제)를 분사하여 공급할 때, 환원제(reducer)용의 분사 포트가 배기 통로에 직접 노출되는 이러한 시스템 구조를 취할 경우에, 예를 들어, 연료 첨가 노즐의 선단 부재가 배기 시스템으로 돌출하는 이러한 시스템의 기하학적인 형상을 취할 경우, 연료 첨가 노즐(17)의 온도는 상당히 상승한다.
이러한 관점에 대해, 제 1 실시예에 따른 엔진(100)에서, 배기 포트(40a) 내측을 통해 유동하는 배기 가스에 함유된 열(heat)은 벽(102)에 의해 저지되므로, 거의 모든 경우에 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)의 하부 표면에 직접적으로 전달되지 않는다. 또한, 분사 구멍(17a)과, 이 분사 구멍(17a)과 함께 형성되는 선단 부재(17c)의 경사면은 배기 포트(40a)의 안쪽 공간과 서로 통하지만, 그럼에도불구하고 고온의 배기 가스 유동(고온의 공기)으로부터 받은 열의 양은 분사 통로(101c)를 통해 감소된다. 또한, 배기 포트(40a) 내의 배기 가스로부터 분사용 통로(101c)와 벽(102)으로 전도되는 열과, 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)에 의해 흡수되는 열(양이 적음)은 선단 부재(17c)와 실린더 헤드(100a) 사이의 간극을 경유하여 가스켓(17d)에 전달되고 워터 자켓(110) 내의 냉각수에 의해 더 흡수된다.
배기 포트(40a)에 대해 연료 첨가 노즐(17)의 노출된 부분을 덮는 구조용 부재를 형성하는 벽(102)과 통로(101c)에 의해 생성되는 열 흡수량 감소 작용과, 높은 열 전도 계수를 갖는 가스켓(17d)을 통해 냉각수에 열을 방사하는 작용은 복합적으로 기능하여, 양호하게는 연료 첨가 노즐(17)[특히 그 선단 부재(17c)에서]의 온도 증가를 억제한다.
상술한 바와 같이, 제 1 실시예에 따라, 연료 첨가 노즐(17)의 일부분은 내부 표면으로부터 돌출하지 않고 배기 포트(40a)의 내부 표면 아래쪽에 매설되고, 그에 의해서 연료 첨가 노즐(17)이 배기 포트 내에서 유동하는 고온의 배기 가스를 직접 수용하지 않는다. 또한, 벽(102)이 존재하여 연료 첨가 노즐(17)의 열 수용량을 보다 감소시키게 된다.
그러므로, 분사 구멍과 연료 첨가 노즐(17)의 내부 통로, 특히 선단 부재(17c) 내의 내부 통로에 머물러 있는 연료가 이러한 부분들의 작용을 방해하거나 또는 연료 첨가 노즐(17)에서 밸브 구조체의 구성요소로서 작용하는 스프링(17j)을 열화시키거나 밸브 개방 압력을 낮출만큼 탄화되지 않는다. 또한,배기 포트(40a)의 내부 표면으로부터 돌출한 연료 첨가 노즐의 부분이 배기 포트(40a) 내의 배기 가스의 유동을 방해하지 않는다.
또한, 분사 구멍(17a)과 배기 포트(40a) 사이와 통하는 분사용 통로(101c)는 양호하게는 연료 유동 경로 및 분무되는 즉, 분사 구멍(17a)을 경유하여 배기 포트(40a)로 분사 공급되는 연료의 모드(mode)를 보장한다.
또한, 노즐 시트(103; nozzle seat)[가스켓(17d)]와 배기 포트(40a)의 내부 표면이 서로 충분히 가까이 있고, 노즐 시트(103)[가스켓(17d)]와 워터 자켓(110)이 유사하게 서로 충분히 가까이 있는 구조에서, 연료 첨가 노즐(17; 특히 그 선단 부재(17c))에 흡수되지 않고 또는 흡수되더라도, 배기 포트(40a) 내에서 유동하는 배기 가스에 함유된 열은 높은 열전도 계수를 나타내는 가스켓(17d)을 통해 워터 자켓(110) 내의 냉각수로 효과적으로 방출된다. 그 다음에, 연료 첨가 노즐(17)(특히 그 선단 부재(17c))의 온도 상승이 양호하게는 억제된다.
따라서, 양호하게는 원하는 양의 연료를 원하는 시기에 배기 포트(40a)에 분사 공급하는 연료 첨가 노즐(17)의 기능이 보장되고, 그 내구성이 향상된다.
분사용 통로(101c)와 벽(102)의 형상은 예를 들어, 도 5에 도시된 분사용 통로(101c)와 벽(102a)의 경우에서와 같이 수정될 수 있다. 즉, 벽(102a)의 벽 표면이 벽(102)의 벽 표면보다 작게 설정되어, 분사용 통로(101c)의 통로 공간이 분사용 통로(101)의 통로 공간보다 크게 형성된다.
이러한 형상으로, 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)의, 배기 포트(40a)에 노출된 부분이 넓어지고 선단 부재(17c)와 배기 가스의 접촉면(선단 부재(17c)의 열 수용면)이 약간 증가하지만, 선단 부재(17c)로부터의 열 방사 효율은 증가하고, 연료 첨가 노즐(17)의 온도 상승 억제 기능이 충분히 보장된다. 즉, 도 3 또는 도 4에 도시된 구조와 동일하거나 또는 거의 동일한 효과를 나타낸다. 또한, 끼워맞춤용 보어(101; fitting bore)를 형성하기 위해 실린더 헤드(100a)를 가공하는 경우, 그 가공이 보다 향상된다.
(실시예 2)
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에서의 내연기관의 배기가스 방출제어 시스템은 상술한 제 1 실시예와는 상이한 점에 중점을 두고 논의된다.
본 발명이 적용되는 엔진(1)의 기본적인 구성과, 제 2 실시예의 ECU(80)의 기본적인 하드웨어 구조는 상술한 제 1 실시예에 설명한 것과 거의 동일하다. 그러므로, 제 1 실시예에 적용된 것과 동일한 형상 및 기능을 갖는 구성요소는 동일한 도면부호로 표기하였고 이들에 대한 반복적인 설명은 생략하였다.
도 6은 그 주변 부분과 함께 제 2 실시예의 엔진의 실린더 헤드에 부착되는 연료 첨가 노즐의 주 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4와 유사하게, 도 6은 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하여, 연료를 공급하는 상태를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 엔진에서, 상술한 제 1 실시예의 실린더 헤드(100a)에 형성된 끼워맞춤용 보어(101)에 대한 대체물로 형성되는 것은 비교적 큰 직경을 갖는 원통형 구멍(104a)과 비교적 작은 직경을 갖는 원통형 구멍(104b)을 포함하는 관통 구멍(104; 끼워맞춤용 구멍)이며, 상기 원통형 구멍은실린더 헤드(100b)의 상부 표면으로부터 배기 포트(40a)를 향해 연속적으로 거의 동축관계로 형성된다.
제 1 실시예와 동일한 노즐 시트(103)가 원통형 구멍(104a, 104b) 사이의 경계부에 제공된다. 내부 형상과 거의 일치하는 외부 형상을 가지며, 배기 포트(40a)의 측단부로부터 끼워맞춤용 구멍(104)의 원통형 구멍(104a, 104b)의 개구 단부로 연장하는 캡(17k; cap)이 또한 구비된다. 캡(17k)은 가스켓(17d)을 장착한 연료 첨가 노즐의 선단 부재(17c)에 끼워맞춰진다. 캡은 선단 부재(17c)의 가스켓(17d)으로부터 돌출된 부분을 분사용 구멍(17a)으로 형성된 경사면이 노출되는 형태로 덮는다. 캡(17k)은 가스켓(17d)과 같이, 동 또는 동합금 등과 같은, 실린더 헤드(100a)와 연료 첨가 노즐(17)보다 비교적 높은 열전도 계수를 나타내는 재료로 구성된다.
부가적으로, 제 2 실시예에서도, 노즐 시트(103)의 외측 에지의, 워터 자켓(110)에 대한 최근접 위치가 점 P라고 가정하며, 노즐 시트(103)와 워터 자켓(110) 사이의 형상은 점 P가 연료 첨가 노즐(17)의 축방향 코어를 향한 대향면(110a)의 투영 평면(범위) d 내에 포함되도록 설정된다. 여기서, 양호하게는 투영 평면(범위) d 은 적어도 가스켓(17d) 및 캡(17k)의 외부 주변 표면의 원통형 구멍(104a)의 내부 주변 표면을 마주하는 부분 및 워터 자켓(110)과 마주하는 부분을 거의 둘러싼다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예는 상술한 제 1 실시예에서의 벽(102)에 대한 대체물로서, 캡(17k)이 연료 첨가 노즐(17)의 선단 부재(17c)를 덮는 형상을 취하며, 제 1 실시예와 같이, 연료 첨가 노즐(17)의 부분은 배기 포트의 내부 표면으로 돌출하지 않고 배기 포트(40a)의 내부 표면 아래쪽에 묻히므로, 연료 첨가 노즐(17)은 배기 포트 내에 유동하는 고온의 배기 가스를 직접적으로 수용하지 않는다.
또한, 배기 포트(40a)로부터 연료 첨가 노즐(17)에 전달되는 열에 대해, 냉각수로의 열방사 작용은 다른 부재(워터 자켓)로의 출구로서 효과적으로 기능하는 캡(17k)이 존재하여 보다 향상되고, 연료 첨가 노즐(17)의 열 수용량은 양호하게는 감소된다.
그러므로, 분사 구멍과 연료 첨가 노즐(17)의 내부 통로, 특히 선단 부재(17c) 내의 내부 통로에 머물러 있는 연료가 이러한 부분들의 작용을 방해하거나 또는 연료 첨가 노즐(17)에서 밸브 구조체의 구성요소로서 작용하는 스프링(17j)을 열화시키거나 밸브 개방 압력을 낮출만큼 탄화되지 않는다. 또한, 배기 포트(40a)의 내부 표면으로부터 돌출한 연료 첨가 노즐의 부분이 배기 포트(40a) 내의 배기 가스의 유동을 방해하지 않는다.
또한, 노즐 시트(103)(가스켓(17d))와 배기 포트(40a)의 내부 표면이 서로 충분히 가까이 있고, 노즐 시트(103)(가스켓(17d))와 워터 자켓(110)이 유사하게 서로 충분히 가까이 있는 구조에서, 연료 첨가 노즐(17; 특히 그 선단 부재(17c))에 흡수되지 않고 또는 흡수되더라도, 배기 포트(40a) 내에서 유동하는 배기 가스에 함유된 열은 높은 열전도 계수를 각각 나타내는 가스켓(17d)과 캡(17k)을 통해 워터 자켓(110) 내의 냉각수로 효과적으로 방출된다. 그 다음에, 양호하게는 연료첨가 노즐(17)(특히 그 선단 부재(17c))의 온도 상승이 억제된다.
따라서, 양호하게는 원하는 양의 연료를 원하는 타이밍에 배기 포트(40a)에 분사 공급하는 연료 첨가 노즐(17)의 기능이 보장되고, 그 내구성이 향상된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가스켓(17d)이 제거되고, 배기 포트(40a) 내의 배기 가스로부터 연료 첨가 노즐[17; 특히 선단 부재(17c)]로의 열전도가 캡(17k)만을 사용하여 억제되고, 워터 자켓(110) 내의 냉각수는 선단 부재(17c) 주변으로 열을 방사하는 기능을 가질 수 있다.
(실시예 3)
다음으로, 본 발명의 제 3 실시예에서의 내연기관의 배기가스 방출제어 시스템은 상술한 제 1 실시예와는 상이한 점에 중점을 두고 논의된다.
본 발명이 적용되는 엔진(1)의 기본적인 구성과, 제 3 실시예의 ECU(80)의 기본적인 하드웨어 구조는 상술한 제 1 실시예에 설명한 것과 거의 동일하다. 그러므로, 제 1 실시예에 적용된 것과 동일한 형상 및 기능을 갖는 구성요소는 동일한 도면부호로 표기하였고 이들에 대한 반복적인 설명은 생략하였다.
도 8은 그 주변 부분과 함께 제 3 실시예의 엔진의 실린더 헤드에 부착되는 연료 첨가 노즐의 주 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4와 유사하게, 도 8은 연료 첨가 노즐이 배기 포트를 향해 연료를 분사하여, 연료를 공급하는 상태를 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제 3 실시예에서, 엔진의 실린더 헤드(101c)에 형성되는 워터 자켓(111)은 연료 첨가 노즐(17)의 끼워맞춤용 보어(105)와 통하고,끼워맞춤용 보어(105)로 끼워맞춰지는 연료 첨가 노즐(17)의 드럼 부재(17b)의 외주 표면은 워터 자켓(111)의 내벽의 일부로서 작용한다.
한 쌍의 O-링(18, 19)이 연료 첨가 노즐(17)의 드럼 부재(17b)의 외주 표면과 끼워맞춤용 보어(105)의 내주 표면 사이의 간극에서, 워터 자켓(111)의 내벽을 형성하는 부분과의 사이에 고리형태로 끼워져, 이러한 간극을 밀봉하여 냉각수가 배기 포트(40a) 또는 실린더 헤드(101c)의 상부 표면쪽에서 누수하는 것을 방지한다.
상술한 설정에 근거하여, 연료 첨가 노즐(17)의 전체 또는 국지적 영역이 연료 첨가 노즐(17)의 드럼 부재(17b)의 외주 표면으로부터 효과적으로 강제 냉각될 수 있다.
워터 자켓의 통로 구조와, 이의 연료 첨가 노즐(17)과의 위치적인 관계는 제 1 내지 제 3 실시예에 예시된 워터 자켓(110)의 경우에서와 같이 연료 첨가 노즐(17)의 한쪽 주변의 표면 근처에 제공되는 기하학적인 형상에 제한되지 않는다. 워터 자켓은 양쪽의 주변 표면 근처에서 연장하도록 제공되거나 또는 전체 주변 표면을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 또한, 제 3 실시예에 도시된 워터 자켓(111)의 경우에서와 같이, 본 발명은 워터 자켓이 한쪽의 주변 표면이 내벽으로서 형성된 설정에 한정되지 않고, 연료 첨가 노즐이 워터 자켓을 관통하는 구조 또는 워터 자켓과 연료 첨가 노즐 사이의 위치관계를 적용하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 실시예에 적용된 가스켓(17d)의 재료 및 제 2 실시예에 적용된 캡(17k)의 재료는 구리와 구리 합금에 제한되지 않고 실린더 헤드와 연료 첨가 노즐의 재료보다 다소 높은 열전도(계수)와 예정된 강도와 내구성을 가질 수 있으면 다른 재료를 사용할 수도 있다.
(실시예 4)
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 방출 제어 시스템은 하기에 본 발명이 디젤 엔진 시스템에 적용되는 제 4 실시예를 통해 설명된다.
도 9를 참조하면, 내연기관(200; 이하, 간단히 엔진이라 칭함)은 직렬 4실린더 디젤 엔진 시스템으로서 분류될 수 있다. 흡입된 공기가 흡입측 다기관(202)과 흡입관(203; 흡입 통로)을 경유해 엔진(200)의 각각의 기통 내에 형성된 연소실로 도입된다. 공기 클리너(204)가 흡입관(203)의 선단쪽에 제공된다. 공기 유량계(205; airflow meter), 배기 과급기(206; turbocharger), 흡입측 터빈(206a), 인터쿨러(207)와 스로틀 밸브(208)가 흡입관(203)을 따라 제공된다.
공기 유량계(205)는 공기 클리너(204)를 경유해 흡입관(203)으로 유동하는 신선한 공기의 양에 상응하는 출력 신호를 전자 제어 유닛(209; ECU)에 출력한다. ECU(209)는 공기 유량계(205)로부터의 출력 신호에 근거하여 흡입된 공기량을 계산한다.
또한, 각각의 연료 분사 밸브(210)는 연료(경유)를 엔진(200)의 각각의 기통의 연소실로 분사한다. 이러한 연료는 도시되지 않은 연료 탱크로부터 연료 펌프(212)에 의해 가압수송되고 축압실(211; pressure accumulation chamber)을 경유해 연료 분사 밸브(210)에 공급된다. 연료 펌프(212)는 엔진의 도시되지 않은 크랭크 축에 의해 구동된다. 각각의 연료 분사 밸브(210)의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 개방 기간은 엔진(200)의 작동 상태에 따라 ECU(209)에 의해 제어된다.
또한, 엔진(200)의 각각의 기통의 연소실 내에서 생성된 배기 가스는 각각의 기통으로부터 배기 포트(213)로부터 배기 매니폴드(214)로 배출된다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 엔진(200)의 기통번호에 대해, 도 9의 우측단에 배치된 기통을 1번으로 하고, 2번, 3번은 좌측으로 순서대로, 그리고 도 9의 좌측단에 배치된 마지막 기통은 4번으로 한다. 배기 가스를 배기 과급기(206)의 배기측 터빈(206b)으로 안내하기 위한 배기 가스 집합관(215)이 배기 매니폴드(214)의 4번 기통을 마주하는 부분에 연결된다. 배기측 터빈(206b)은 배기 가스에 의해 작동되어, 배기측 터빈(206b)에 링크된 흡입측 터빈(206a)이 구동되므로, 흡입된 공기의 압력을 증가시킨다.
배기 가스는 배기측 터빈(206b)으로부터 배기관(216; 배기 통로)으로 방출되고 도시되지 않은 소음기를 통해 대기중으로 방출된다. 저장 환원형 NOx 촉매(217; NOx 촉매)를 포함하는 케이싱(218)이 배기관(216)의 중간부에 구비된다. 저장 환원형 NOx 촉매(217)는 하기에 상세히 설명된다.
연료 첨가 노즐[환원제 첨가 장치(reducer add device)의 첨가 포트(add port)]이 4번 기통의 배기 포트(213)를 마주하여 엔진(200)의 실린더 헤드(230)에 끼워맞춰진다. 연료 첨가 노즐(219)이 [실린더 헤드(230) 내에 제공되는 연료관(220)관 연료 통로(221)를 포함하는] 부가된 연료 통로를 통해 연료 펌프(212)에 의해 가압수송된 연료를 공급받을 수 있다. 연료의 첨가량은연료관(220)의 중간부에 제공되는 제어 밸브(222)에 의해 제어된다. 제어 밸브(222)의 개구와 전환(개폐)은 ECU(209)에 의해 제어된다. 연료 첨가 노즐(219)은 배기 가스 집합관(215)을 항해 분사하도록 매설된다. 연료 펌프(212), 연료 첨가 노즐(219), 연료 통로(221), 제어 밸브(222)는 제 4 실시예에서 환원제 첨가 장치를 구성한다.
배기 가스 재순환관(223; 이후 EGR관으로 약칭함)의 일단부는 배기 매니폴드(214)의 1번 기통을 마주하는 부분에 연결된다. EGR관의 타단부는 흡입측 다기관에 연결된다. EGR관은 다소의 배기 가스를 흡입측 시스템으로 재순환시키기 위한 배기 가스 재순환 통로를 형성한다. EGR 냉각기(224)는 EGR관(223)의 절반쯤되는 거리에 있다. EGR 밸브(225)의 개구는 엔진(225)의 작동 상태에 따라. ECU(209)에 의해 제어되어, 배기 가스 재순환량을 제어한다. EGR관(223), EGR 냉각기(224), EGR 밸브(225)는 배기 가스 재순환(EGR) 장치를 구성한다.
또한, 케이싱(218)으로부터 나오는 배기가스의 온도에 상응하는 출력 신호를 출력하기 위한 배기가스 온도 센서(229)가 케이싱(21)의 하류측의 배기관(216)에 제공된다.
디지털 컴퓨터 기반의 ECU(209)는 ROM(Read-Only Memory), RAM(Random Access Memory), CPU(Central Processing Unit), 양방향 버스를 통해 서로에 접속되는 입력 포트 및 출력 포트를 포함한다. ECU(209)는 연료 분사량 등을 제어하는 것과 같은 엔진(200)의 기본적인 제어를 실행한다.
기본적인 제어를 하기 위해, 액셀레이터 개방도 센서(226; acceleratordivergence sensor)로부터의 입력 신호 및 크랭크 각 센서(227)로부터의 입력 신호가 ECU(209)의 입력 포트에 입력된다. 액셀레이터 개방도 센서(226)는 스로틀 밸브(208)의 개방도에 비례하는 출력 전압을 ECU(209)에 출력한다. ECU(209)는 액셀레이터 개방도 센서(226)의 출력 신호에 근거하여 엔진 부하를 계산한다. 크랭크 각 센서(227)는 예정된 각도만큼 매번 크랭크 축이 회전할 때만다 출력 펄스를 ECU(209)에 출력한다. ECU(209)는 상기 출력 펄스에 근거하여 엔진 속도를 계산한다. ECU(209)는 엔진 부하와 엔진 속도로부터 엔진 작동 상태를 판단한다. 이에 의해 ECU(209)는 엔진 작동 상태에 상응하여 연료 분사 밸브(210)의 밸브 개방 시기 및 밸브 개방 기간을 제어한다.
케이싱(218)에 수납된 저장 환원형 NOx 촉매(217; 이후 몇몇 경우에 NOx 촉매로 칭함)는 예를 들어 캐리어(carrier)로서 알루미나(Al2O3)가 사용되고, 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li)과 같은 알칼리 금속과, 바륨(Ba), 칼슘과 같은 알칼리 토류, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류, 백금(Pt)과 같은 귀금속 중의 적어도 하나의 선택된 물질이 상기 캐리어 상에 지지되도록 구성된다.
NOx 촉매(217)는 들어오는 배기 가스의 공연비[이하, 배기가스 공연비(exhaust gas air/fuel ratio)로 칭함]가 이론 공연비보다 희박할 때 NOx 흡수/방출 작용을 수행하고, 배기가스 공연비가 이론 공연비와 같거나 진할 때 흡수된 NOx를 NO2또는 NO로 방출하여, 유입하는 배기가스 내의 산소 농도가 감소한다. 그 다음, NOx 촉매(217)로부터 방출된 NOx(NO2또는 NO)는 배기 가스 내에 존재하는 미연소 HC 및 CO와 즉각 반응하여 N2로 환원된다.
따라서, 배기가스 공연비가 적절하게 제어되면, HC, CO, NOx가 배기 가스로부터 제거될 수 있게 된다.
여기서의 배기가스 공연비는 연료 전체량(탄화수소)에 대한 흡입 통로, 엔진 연소실, NOx 촉매(217)의 상류측에 배치된 배기 통로에 공급되는 공기의 총량의 비를 의미한다. 따라서, 연료 또는 환원제 또는 공기가 NOx 촉매(217)보다 상류측에 배치되는 배기 통로로 공급되지 않으면, 배기 가스 공연비는 엔진 연소실로 공급되는 혼합기의 공연비와 일치한다.
디젤 엔진의 경우에 있어서, 화학량론 비[화학량론 공연비(A/F)=14 내지 15]보다 훨씬 희박한 영역에서 발생하므로, NOx 촉매(217)로 흐르는 배기 가스의 공연비는 엔진의 정상 동작에서 매우 희박상태가 된다. 그때, 배기 가스에서의 NOx는 NOx 촉매(217)에 의해서 흡수되며, NOx 촉매(217)로부터 방출된 NOx의 양은 매우 적다.
또한, 가솔린 엔진의 경우에 있어서, 연소실 안으로 공급되는 혼합물은 화학량론 비 또는 공연비로 세팅됨으로써, 배기가스의 공연비는 화학량론적 공연비 또는 농후 공연비가 된다. 그때, 배기가스에서의 산소 농도는 감소하고 NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx는 그로부터 방출될 수 있다. 그러나, 디젤 엔진의 경우에 있어서, 만약 연소실 안으로 공급된 혼합물이 화학량론적 비 또는 농후 공연비로 세팅된다면, 연소할 때 검댕(soot)이 발생하는 문제점이 있으므로, 이러한 모드는 채택될 수 없다.
따라서, 디젤 엔진의 경우에 있어서, 환원제는 NOx 촉매(217)의 NOx 흡수 농력을 충족시키기 전에 소정의 시기에 배기가스로 공급되고, 배기가스에서의 산소 농도는 감소하며, NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx는 방출되어 환원되는 것이 필요하다. 디젤 엔진의 연료로 작용하는 일반적인 경유가 상기 기술된 환원제로 종종 사용된다는 것을 주의해야 한다.
따라서, 제 4 실시예에서, ECU(209)는 엔진(200)의 작동상태의 이력현상으로부터 NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx의 양을 측정한다. 이와 같이 측정된 NOx 양이 소정값에 도달할 때, 제어밸브(222)는 단지 소정 시간 동안만 개방상태를 유지함으로써, 소정의 연료량을 연료 첨가 노즐(219)로부터 배기가스로 분사한다. NOx 촉매(217)로 흐르는 배기가스의 산소농도는 그에 따라 감소되며, NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx는 방출되고 그에 따라서 N2로 환원된다.
여기서, 연료 첨가 노즐(219)은 배기가스 집합관(215)을 향해서 연료를 분사하고, 그에 따라서 첨가된 연료는 매끄럽게 배기가스 집합관(215)으로 흐른다. 그 다음, 연료 첨가 노즐(219)은 제 4 번 기통의 배기 포트(213)에 설치된다. 한편, EGR관(223)이 배기 매니폴드(214)에 접속된 위치는 제 1 번 기통에 인접하므로, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료는 EGR관(223)으로 분무되지 않는다.
또한, EGR관(223)은 배기 매니폴드(214)에 한 지점에서 접속되므로, 내구성이 향상되고 비용이 감소될 수 있다. 또한, EGR관(223)와의 접속점은 각 기통으로부터의 유입 배기가스가 집합하는 배기 매니폴드(214)의 한 부분에 제공되므로, EGR관(223)을 통해서 유동하는 배기가스는 배기 펄스에 의해서 영향을 받지 않는다.
(실시예 5)
제 5 실시예의 내연기관의 배기 정화장치는 도 10과 도 11을 참고하여 기술한다.
도 10은 연료 첨가 노즐(219)이 설치된 제 4 번 기통의 배기 포트(213)와 그 주변부를 도시한다. 제 4 번 기통의 배기 포트(213)에서, 연료 첨가 노즐(219)이 설치된 부분에는 융기부(231)가 형성된다. 배기 포트(213)는 상기 융기부(231)로 인하여 단면이 좁아지고, 배기가스가 배기 밸브(232)를 개방시킴으로써 연소실(233)로부터 방출될 때, 융기부(231)를 통과하는 배기가스의 흐름이 가속된다.
그다음, 제 5 실시예에 따라서, 연료 첨가 노즐(219)로부터 연료를 첨가하는 시기는 제 4 번 기통의 배기 밸브(232)의 밸브 개방시기와 일치된다. 연료는 그에 의해서 연료 첨가 노즐(219)로부터 배기 포트(213)의 융기부(231)를 통해서 고속으로 흐르는 배기 가스로 첨가되므로, 연료를 더욱 미세한 입자들로 만든다. 또한, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료는 배기 가스의 흐름을 따라서 배기 매니폴드(214)를 경유하여 배기가스 집합관(215)을 향해서 매끄럽게 공급된다. 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료는 그 증배 효과로써 배기 매니폴드(214)에 부착되기가 어렵다.
엔진(200)이 저회전 및 저부하의 작동 상태에 있을 때, 배기가스 유동비율은 작고, 배기가스의 온도도 역시 낮다. 그러므로, 만약, 융기부(231)가 배기포트(213)에 제공되지 않는다면, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료는 배기 매니폴드(214)에 부착되기 용이하며, 결과적으로 NOx 촉매(217)로의 환원제의 공급은 지연된다. 또한, 배기 매니폴드(214)에 부착된 연료는 EGR관(EGR 통로)를 경유하여 흡입측시스템으로 유동하기 쉬우며, 스모크는 악화된다.
그러나, 상기 기술된 바와 같이, 제 5 실시예에서, 배기 포트(213)는 융기부(213)를 구비하고, 연료 첨가 노즐(219)로부터 연료의 첨가작업은 배기 밸브(232)의 개방시기와 일치한다. 그러므로, 비록, 엔진이 회전 및 부하가 모두 낮은 동작상태에 있을 때에도, 연료는 배기 매니폴드(214)에 부착되기가 어려우며, 첨가된 연료는 흡기시스템으로의 순환 흐름이 방지될 수 있다. 또한, 첨가된 스모크의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 첨가된 연료는 감소하고, 그에 의해서 연료 효율이 증가한다.
부호"234"는 기통 블록을 표시하고, 부호"235"는 도 10의 피스톤을 표시한다. 다른 구성은 제 4 실시예의 것과 동일하므로, 각 설명은 생략한다.
ECU(209)는 배기 밸브(232)의 개방시기와, 연료 첨가 노즐(219)의 연료 첨가시기로부터 크랭크각의 측정에 기초하여 제어된다. 즉, 제어밸브(222)의 개방시기는 제 4 번 기통의 연료 분사밸브(210)의 작동 시기에 기초한다.
도 11은 제 5 실시예의 연료 첨가 제어 루틴을 도시한다. 연료 첨가 제어루틴은 CPU에 의해서 반복적으로 실행되고 ECU(209)의 롬에서 미리 저장된다.
(스탭 1001)
먼저, ECU(209)는 스탭(1001)에서 환원제 첨가 조건이 성립되는 지의 여부를 판단한다. 여기서, 환원제 첨가 조건을 성립하기 위한 요구사항은 NOx 촉매(217)의 촉매 온도가 활성온도이고 NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx이 방출되어서 환원되는 시기이어야 한다.
만약, 스탭(1001)에서 부정으로 판정하면, ECU(209)은 상기 루틴의 실행을 일시적으로 종료한다.
(스탭 1002)
만약, 스탭(1001)에서 긍정으로 판정하면, ECU(209)는 스탭(1002)으로 공정을 진행하며, 제 4 번 기통의 배기 밸브(232)가 개방 시기인지를 판단한다. 배기 밸브(232)의 개방시가 도달하는 지의 여부는 제 4 번 기통의 연료 분사 밸브(210)가 작동한 후에, 본 시간까지의 크랭크각으로부터 판단된다.
만약, 스탭(1002)에서 부정으로 판정하면, ECU(209)는 상기 루틴을 일시적으로 종료한다.
(스탭 1003)
만약, 스탭(1003)에서 긍정으로 판정하면, ECU(209)는 스탭(1003)으로 가서 소정 시간 동안 제어밸브(222)를 소정 구멍으로 개방한다. 소정량의 연료는 연료 첨가 노즐(219)로부터 배기가스 안으로 첨가된다.
(실시예 6)
다음, 제 6 실시예의 내연기관의 배기 정화장치는 도 12와 도 13을 참고하여 기술한다.
상기 기술된 제 4 실시예의 배기 정화장치에서, 만약, 엔진이 경부하를 나타내는 작동상태에 있을 때, 배기 가스 유동 비율은 작고 배기가스의 온도도 낮다. 그러므로, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료의 미세입자들을 충분히 얻을 수 없다. 또한, 비록 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료의 미세입자들이 얻어질 때, 연료의 미세입자들은 배기측 터빈(206b)에 의해서 냉각되고 연료의 미세화와 상기 배기측 터빈(206b)에서의 기화를 더이상 촉진할 수 없다. 결과적으로, NOx 촉매(217)에 의해서 흡수된 NOx는 충분히 방출되지 않아서 환원하지 않을 가능성이 있다.
제 6 실시예에 따른, 하기 구성은 상기 문제점이 발생하지 않도록 제 4 실시예의 배기 정화장치에 부가된다.
우회관(우회 통로)(240)은 배기 매니폴드(214)의 배기 가스 집합관(215)과의 연결점에 인접한 부분과, 배기관(216) 상의 배기측 터빈(206b)과 케이싱(218) 사이에서 접속부를 형성한다. 산화 촉매(241)가 들어있는 케이싱(242)은 우회관(240)의 도중에 제공된다.
또한, 배기 매니폴드(214)는 배기가스 집합관(215)을 개폐시킬 뿐아니라 우회관(240)을 개폐하기 위한 유동 경로 전환 밸브(243)를 구비한다. 유동 경로 전환 밸브(243)는 ECU(209)에 의해서 제어된다. 상기 유동 경로 전환 밸브(243)는 동일 밸브(243)가 우회관(240)을 정상적으로 폐쇄시키고 배기가스 집합관(215)을 개방시켜서 배기가스를 배기가스 집합관(215)을 통해서 배기측 터빈(206b)으로 안내하도록, 제어된다. 엔진의 소정의 작동상태에 대하여 연관되는 한, 전환 밸브(243)는 하기 기술되는 바와 같이, 배기가스 집합관(215)을 폐쇄시키고 우회관(240)을 개방시키도록 제어됨으로써, 배기가스는 우회관(240)으로 유동한다.
또한, 제 6 실시예의 배기 정화장치에서, 연료 첨가 노즐(219)을 구비한 기통, 즉 제 4 번 기통에 대하여, 전환 밸브(243)는 연료 분사밸브(210)로부터의 연료의 보조 분사가 경부하에서 엔진이 작동하는 경우에 연관되는 한, 엔진 출력을 얻기 위해서 연료 분사로부터 개별적으로 제 4 번 기통의 배기 행정 또는 팽창 행정에서 실행되도록, 제어된다. 연료 분사밸브(210)로부터 보조 분사된 연료는 그후에 팽창 행정 또는 배기 행정에서 연소되고 배기가스의 온도는 상승한다.
또한, 제 6 실시예의 배기 정화장치에 따라서, 제 4 번 기통에서 보조 분사의 실행과 부합되는, 즉 엔진이 경부하로 작동하는 경우와 연관되는 한, 유동 경로 전환 밸브(243)는 배기가스 집합관(215)을 폐쇄하고 우회관(240)을 개방하도록 제어된다. 배기가스의 유동경로는 그에 의해서 전환되고, 배기가스는 우회관(240)으로 안내된다. 배기가스는 배기측 터빈(206)을 통과하지 않고 상기 터빈을 우회하고 산화 촉매(241)와 NOx 촉매(217)을 통해서 방출된다.
제 6 실시예의 배기 정화장치에서, 엔진이 경부하로 작동할 때, 제 4 번 기통의 연료 보조분사가 실행되고, 제 4 번 기통의 연소 챔버로부터 흐르는 배기가스의 온도는 그에 의해서 상승한다. 그때, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료 입자의 미세화와 기화작용이 더욱 진행된다. 이러한 목적을 얻기 위해서, 제 6 실시예에서, 엔진이 경부하로 작동할 때, 연료 첨가 노즐(219)의 연료 첨가 시간은 제 4 번 기통의 배기 밸브의 밸브 개방시기와 일치한다.
그때, 유동 경로는 연료의 보조 분사와 대응하는 유동 경로 전환 밸브(243)를 제어함으로써, 전환되고 그에 의해서 배기 가스는 우회관으로 흐르므로 배기측 터빈(206b)을 우회한다. 이것은 배기가스가 배기측 터빈(206b)에서 냉각되는 것을 방지하고 첨가된 연료 입자의 미세화와 기화작용을 악화시키는 요소를 제거할 수 있다.
또한, 산화 촉매(241)는 제 6 실시예에서 우회관(240)의 중간에 제공되므로, 배기가스가 산화 촉매(241)를 통해서 흐를 때, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 일부 연료는 산화되고 그에 의해 발생한 반응열은 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 그때, 하류에 배치된 NOx 촉매(217)의 온도는 상승함으로써, NOx 정화 비율을 향상시킨다.
또한, 상기 기술된 바와 같이, 제 6 실시예의 배기 정화장치에 따라서, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료 입자의 미세화와 기화작용은 더욱 진행되므로, HC 피독(SOF 피독으로 호칭될 수 있음)은 제한된다.
또한, 보조 분사는 매기 매니폴드(214)에 대한 EGR관(223)의 접속점으로부터 가장 멀리 떨어진 단지 제 4 번 기통에서만 실행되고, 그러므로, 그것은 보조 분사된 연료가 EGR관을 통해서 흡입측시스템으로 순환 유동하는 것을 방지하고 상기 연료의 순환 유동으로 인하여 스모크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 13은 제 6 실시예의 배기가스 우회 제어루틴을 도시한다. 상기 배기가스 우회 제어루틴은 ECU(209)의 ROM에서 미리 저장되고 CPU에 의해 반복 실행된다.
(스탭 2001)
먼저, ECU(209)가 엔진 속도, 엔진 부하 등을 판독하는 것과 같이, 엔진의 현재의 작동 상태를 판독한다.
(스탭 2002)
다음, ECU(209)는 스탭(2002)으로 진행하고, 엔진(200)이 현재 소정의 경부하 작동 상태에 있는 지의 여부를 결정한다. 본원에서 기재된 "소정의 경부하 작동 상태"는 제 4 번 기통의 연료 보조 분사가 필요한 상태이며, 판단 기준은 ECU(209)의 ROM에 미리 저장된다.
만약, 스탭(2002)에서 부정으로 판정하면, ECU(209)는 상기 제어루틴의 실행을 일시적으로 종료한다.
(스탭 2003)
만약, 스탭(2002)에서 긍정으로 판정하면, ECU(209)는 스탭(2003)으로 진행하고 제 4 번 기통에 대하여 연료에 대한 보조 연료 분사제어가 실행된다.
(스탭 2004)
다음, ECU(209)는 스탭(2004)으로 진행하고 유동 경로 전환 밸브(241)를 작동시켜서 배기가스 집합관(215)을 폐쇄하고 우회관(240)을 개방시키므로, 배기 유동경로를 전환시킨다. 이 전환으로, 배기가스는 배기측 터빈(206b)을 우회하고 우회관(240)을 통해서 NOx 촉매(217)로 안내된다.
(실시예 7)
다음, 제 7 실시예에서 내연기관의 배기가스 정화장치는 도 14와 도 15를 참고하여 설명한다.
저장 환원형 NOx 촉매(217)는 연료에 함유된 유황 내용물을 연소시킴으로써, 발생한 유황 산화물(SOx)(하기에서는 "유황 피독" 또는 "SOx 피독"으로 기재됨)에 의해서 피독을 받으며, NOx 정화 비율은 감소한다. 따라서, NOx 촉매(217)는 적당한 시간에서 촉매를 SOx 피독으로부터 회복하기 위한, 피독 회복 공정을 필요로 한다. 피독으로부터의 회복은 NOx를 방출 및 환원시킬 때 보다 매우 높은 소정 온도(즉, 600 내지 650℃)에서 NOx 촉매(217)를 유지하고, NOx 촉매(217)으로 흐르는 배기가스의 공연비를 화학량론적 공연비 또는 농후성 공연비를 세팅함으로써, 효과적으로 된다는 것이 공지되어 있다.
이러한 경우에, 정상적으로 상기 SOx 피독 회복 공정을 실행할 때, NOx 촉매(217)의 온도를 소정 온도로 상승시키는 온도 상승 공정이 먼저 실행된다. 상기 온도 상승 방법으로써 고려되는 것은, 예를 들어, 제 6 실시예에서 고려되는 배기 행정 또는 팽창 행정에서 연료 분사 밸브(210)로부터 기통으로 연료를 보조 분사하면서, 그에 의해서 NOx 촉매(217)의 온도를 상승시키는 배기 가스 온도를 상승시키는 방법과, 연료 첨가 노즐(219)로부터 배기가스로 연료를 첨가하고 NOx 촉매(217)에서 연료를 연소함으로써, NOx 촉매(217)의 온도를 상승시키는 방법일 수 있다.
그러나, 상기 기술된 바와 같이, NOx 촉매(217)의 온도는 SOx 피독으로부터 회복될 때, 현저하게 상승하는 것이 요구된다. 따라서, 연료 첨가 노즐(219)로부터의 연료 첨가 또는 보조 분사는 매우 많은 양이 되므로, 많은 양의 연료가 EGR관(EGR 통로)를 경유하여 흡입측 시스템으로 순환 유동하여, 결과적으로 스모크를 발생시킨다.
그때, 제 7 실시예의 배기 정화장치에 따라서, 단지 SOx 피독으로부터 회복을 위해서 사용된 연료 첨가 노즐은 NOx 촉매(217)의 상류에 제공됨으로써, 상기 불편함을 방지한다. 제 7 실시예의 내연기관의 배기 정화장치는 제 4 실시예와 상이한 점을 중심으로 하기에 기술된다.
제 7 실시예의 배기 정화장치에서, 단지 SOx 피독으로부터 회복을 위해서 사용된 연료 첨가 노즐(245)은 NOx 촉매(217)가 내포되어 있는 케이싱(218)의 상류부에 제공된다. 연료 첨가 노즐(245)은 연료 펌프(212)에 의해서 연료를 배출하여 연료관(246)을 통해서 공급된다. 연료 첨가 노즐(245)은 연료가 NOx 촉매(217)을 향하여 분사되도록 설치된다. ECU(209)는 연료 제어밸브(247)의 개폐동작을 제어한다. 연료 펌프(212)와, 연료 첨가 노즐(246)과 연료 제어밸브(247)는 제 2 환원제 첨가장치를 구성한다는 것을 주의하시오.
또한, 산화 촉매(248)를 수용하는 케이싱(249)은 케이싱(218) 보다 더욱 하류에 있는 배기관(216)에 제공된다. 또한, 케이싱(218) 보다 하류이지만, 케이싱(249) 보다는 상류에 배치된 배기관과, 흡입측 터빈(206a) 보다 하류이지만, 인터쿨러(207) 보다 상류에 배치된 흡입관(203)은 도입관(250)에 의해서 서로 연결된다. 공기 제어밸브(251)는 공기 도입관(250)의 중간부에 제공된다. ECU(209)은 공기 제어밸브(251)의 개폐동작을 제어한다.
제 7 실시예의 배기 정화장치에 따라서, NOx 촉매(217)에 대해서 SOx 회복공정이 실행될 때, 연료 첨가 노즐(245)은 연료 제어밸브(247)를 개방하여 연료를 분사함으로써, NOx 촉매(217)으로 흐르는 배기가스의 공연비는 화학량론 공연비와 동일하거나 약간 더 농후하게 세팅된다. 그때, 연료 첨가 노즐(245)로부터 첨가된 연료는 NOx 촉매(217)에서 연소됨으로써, NOx 촉매(217)의 온도를 SOx를 방출시킬 수 있는 온도로 상승시킨다. 또한, NOx 촉매(217)는 상기 그 온도에서 유지됨으로써, SOx를 NOx 촉매(217)로부터 방출시키고, SOx를 SO2로 환원시킴으로써 SOx를 정화시킨다. 그때, 상기 공정과 동시에, 공기 제어밸브를 개방하여, 흡입측 터빈(206a)으로 상승한 공기를 NOx 촉매(217) 하류에 존재하는 배기가스로 도입하고, 배기가스의 공연비는 실질적인 화학량론 공연비로 세팅된다. SOx 피독 회복 공정 동안 NOx 촉매(217)에 의해서 정화될 수 없는 HC와 CO은 산화 촉매(248)에 의해서 산화되고 그에 따라서 정화된다.
상기 기술된 바와 같이, SOx 피독 회복 전용의 연료 첨가 노즐(245)를 제공하면, 연료 첨가 노즐(245)로부터 배기가스 안으로 첨가된 연료가 EGR관(EGR 통로)를 통해서 흡입측시스템 안으로 순환 유동하는 것이 방지되므로, SOx 피독 회복 공정으로 인하여 스모크가 발생하지 않는다.
또한, 만약 SOx 피독 회복 공정에서, SOx 피독 회복 전용의 연료 첨가 노즐(245)을 제공하지 않고 연료 첨가 노즐(219)를 사용하여 연료를 첨가하려고 시도한다면, 연료 분사량은 SOx 피독 회복 공정에서 증가하므로, 연료 첨가 노즐(219)의 분사 구멍의 직경은 선택되지 않고 증가한다. 만약, 증가한다면, 경부하 작동이 진행되는 동안 비SOx 피독 회복 공정일 때, NOx를 정화하기 위해서,연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 소량의 연료가 존재하므로, 연료 입자의 미세화와 기화작용은 충분히 얻어지며, 결과적으로 NOx 정화 비율은 감소한다.
여기서, 제 6 실시예의 경우에, SOx 피독 회복 전용의 연료 첨가 노즐(245)이 제공되므로, 연료 첨가 노즐(219)은 NOx 촉매(217)의 NOx의 방출 및 환원을 위해 첨가된 필요 연료량을 분사하는 능력만 필요로 한다.
따라서, 연료 첨가 노즐(219)의 분사 구멍의 직경은 감소될 수 있다. 따라서, 연료 첨가 노즐(219)로부터 첨가된 연료의 미세 입자는 경부하로 작동하는 동안에도 불충분하게 얻어지므로, 그에 의해서 NOx 정화 비율도 향상된다.
도 14는 제 7 실시예의 SOx 피독 회복 제어루틴을 도시한다. 상기 SOx 피독 회복 제어루틴은 ECU(209)의 ROM에서 미리 저장되고 CPU에 의해서 반복적으로 실행된다.
(스탭 3001)
기동하기 위해서, ECU(209)는 스탭(3001)에서 SOx 피독 회복 공정이 NOx 촉매(217)에서 실행되는 시기인가의 여부를 판정한다. 여기서, SOx 피독 회복 공정이 NOx 촉매(217)에서 실행되는 시기는 예를 들어, 연료 소모량이 소정값에 도달할 때, 또는 주행거리가 소정의 거리에 도달할 때일 수 있다.
만약, 스탭(3001)에서 부정으로 판정하면, ECU(209)는 상기 루틴의 실행을 일시적으로 종료한다.
(스탭 3002)
만약, 스탭(3001)에서 긍정으로 판정하면, ECU(209)는 스탭(3002)으로 진행하고, 온도 상승 공정과 SOx 피독 회복 공정을 실행한다. 즉, ECU(209)가 연료 제어밸브(247)와 공기 제어밸브(251)를 개방하고, 그 다음 연료 첨가 노즐(245)로부터 연료를 첨가하는 동시에, 공기를 산화 촉매(250)의 상류에 배치된 배기관(216)으로 도입한다. 각 연료 제어밸브(247) 및 공기 제어밸브(251)의 개방도 및 밸브 개방시간 등의 작동 패턴은 엔진 속도와 엔진 부하의 2차원 맵으로써 ECU(209)의 ROM에 미리 저장된다는 사실을 주의하시오.
(스탭 3003)
다음, ECU(209)는 스탭(3003)으로 진행하고 NOx 촉매가 SOx 피독으로부터 회복되는 지의 여부를 판정한다. 여기서, NOx 촉매가 SOx 피독으로부터 회복한 것이 부정으로 판정할 때, 예를 들어, SOx 피독 회복 공정을 소정시간 지속할 때에 회복한 것으로 판정할 수 있다.
스탭(3003)에서 부정으로 판정한다면, ECU(209)는 스탭(3002)로 복귀하고 계속해서 SOx 피독 회복 공정을 실행한다.
스탭(3003)에서 긍정으로 판정한다면, ECU(209)는 일시적으로 상기 루틴을 종료한다.
상기 기술된 각 실시예는 연료 펌프(11,121)에 의해서 펌프 공급된 일부 연료가 연료를 연료 탱크로부터 축압실(12,211)로 공급하기 위해서, 연료 펌프(11,212)를 사용하여 배기시스템 안으로 부가 공급되는 시스템 구성의 응용을 포함한다는 사실을 주목하시오. 그러나, 본 발명은 상기 시스템의 구성에 국한되지 않고 연료 탱크 또는 다른 연료 공급원이 첨가되는 연료를 공급하는 시스템의 구성에도 적용될 수 있다.
또한, 상기 기술된 각 실시예에 따라서, 제어 밸브(16,222)는 연료를 배기시스템으로 첨가하기 위해서, 첨가된 연료 통로를 통해서 공급된 연료 압력을 제어하고, 이 압력 제어에 기초하여, 연료 첨가 노즐(17,219)의 개폐동작이 조절된다. 이에 대해서, ECU(80)로부터 제공된 명령 신호에 직접 기초하여 개폐하도록 조절된 전자기 구동형 분사밸브는 연료를 첨가하기 위해서 분사밸브로써 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 배기 정화장치는 상기 기술된 각 실시예에서 내연기관으로써 4기통 디젤 엔진(100)에 적용될 수 있지만, 본 발명은 희박 연소를 실행하는 가솔린 엔진에도 양호하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 4기통 내연기관에 국한되지 않고 내부에 다른 수의 기통을 설치한 내연기관에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 내연기관의 배기 포트를 형성하는 외부 쉘부재에 설치되고, 상기 배기 포트 내에 환원제를 분사하기 위한 환원제 분사노즐을 구비하는 내연기관의 배기 정화장치에 있어서,
    분사 포트로부터 상기 환원제 분사 노즐의 내부를 통해서 연장되는 환원제를 위한 통로의 온도 상승을 억제하기 위한 구조체를 구비하고,
    상기 구조체는 상기 외부 쉘부재의 일부를 구성하고, 상기 배기 포트에 대한 상기 환원제 분사 노즐의 노출부의 적어도 일부를 덮으며, 상기 환원제 분사 노즐의 분사 포트 및 상기 배기 포트 사이를 연통하는 통로를 형성하는 내연기관의 배기 정화장치.
  2. 삭제
  3. 내연기관의 배기 포트를 형성하는 외부 쉘부재에 설치되고, 상기 배기 포트 내에 환원제를 분사하기 위한 환원제 분사노즐을 구비하는 내연기관의 배기 정화장치에 있어서,
    분사 포트로부터 상기 환원제 분사 노즐의 내부를 통해서 연장되는, 환원제를 위한 통로의 온도 상승을 억제하기 위한 구조체를 구비하고,
    상기 구조체의 적어도 일부가 상기 배기 포트를 형성하는 외부 쉘부재의 재질 보다 높은 열전도율의 재질로 형성되며, 환원제 분사 노즐 외면의 적어도 일부를 덮는 내연기관의 배기 정화장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구조체는 상기 배기 포트를 형성하는 외부 쉘부재의 재질 보다 높은 열전도율의 재질로부터 형성되는 부위의 근방에 냉각 매체를 위한 통로를 구비하고,
    상기 냉각 매체는 상기 높은 열전도율의 재질로 형성되는 부위에 함유된 열을 흡수하는 내연기관의 배기 정화장치.
  5. 내연기관의 배기 포트를 형성하는 외부 쉘부재에 설치되고, 상기 배기 포트 내에 환원제를 분사하기 위한 환원제 분사노즐을 구비하는 내연기관의 배기 정화장치에 있어서,
    분사 포트로부터 상기 환원제 분사 노즐의 내부를 통해서 연장되는, 환원제를 위한 통로의 온도 상승을 억제하기 위한 구조체를 구비하고,
    상기 구조체는 상기 환원제 분사 노즐 외주면의 일부가 통로 내벽의 일부를 구성하도록 형성되는 냉각 매체를 위한 통로를 구비하는 내연기관의 배기 정화장치.
  6. 희박 연소가능한 다기통 내연기관의 각 기통의 배기 포트에 접속된 배기 매니폴드와;
    상기 배기 매니폴드와 배기관을 접속하는 배기가스 집합관과;
    상기 배기 매니폴드와 내연기관의 흡기 시스템을 접속하여 배기가스의 일부를 흡기 시스템에 재순환시키는 배기가스 재순환장치와;
    상기 배기관에 설치된 NOx 촉매와;
    상기 NOx 촉매 보다 상류의 배기 시스템에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가장치를 구비한 내연기관의 배기 정화장치에 있어서,
    상기 배기가스 집합관의 상류단은 상기 배기 매니폴드의 일단측에 접속되고,
    상기 환원제 첨가장치의 첨가 포트는 배기 매니폴드의 상기 일단측에 근접하여 위치하는 기통의 배기 포트에 대면하도록 설치되고,
    상기 배기 재순환장치의 배기가스 흡입 포트는 상기 배기 매니폴드의 타단측에 설치되는 내연기관의 배기 정화장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 환원제 첨가장치의 첨가 포트가 설치된 기통의 배기포트는 첨가 포트가 설치된 부위에서 단면 축소되어 있는 내연기관의 배기 정화장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 배기 매니폴드의 상기 일단측에 근접하여 위치하는 기통의 배기 밸브의 개방 기간중에 상기 환원제 첨가장치의 첨가 포트로부터 환원제가 첨가되는 내연기관의 배기 정화장치.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 환원제 첨가장치의 첨가 포트가 설치된 기통에 대해서는 연료 분사 밸브로부터 기관 출력을 얻기 위해 연료를 분사하는 주분사를 실행한 후, 팽창 행정 또는 배기 행정에서 상기 연료분사밸브로부터 연료를 분사하는 보조 분사를 실행하는 내연기관의 배기 정화장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 배기가스 집합관의 하류에 설치되는 흡기를 가압하기 위한 배기 과급기와;
    경부하시에 있어서 상기 환원제 첨가장치가 환원제를 첨가할 때 상기 배기 과급기를 우회하기 위하여 배기가스를 상기 NOx 촉매로 인도하는 우회 통로를 추가로 구비하는 내연기관의 배기 정화장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 우회 통로에 산화기능을 갖는 촉매가 제공되는 내연기관의 배기 정화장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 NOx 촉매를 유황 피독으로부터 회복할 때, 상기 NOx 촉매에 환원제를 공급하는 제 2 환원제 첨가장치가 NOx 촉매의 상류에 제공되는 내연기관의 배기 정화장치.
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