KR100403875B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

NOx 센서(27)가 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 대기 중으로 방출되는 NOx 농도를 검출하여, 상기 NOx 센서(27)의 출력에 기초하여 총 NOx 배출량(A)을 연산하고, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 규제에 의해 정해진 NOx 배출 판정량에 대응한 NOx 배출 판정량(A0)에 달하였을 때에는, 배기 공연비를 리치 공연비로 변경함으로써 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 효율이 양호하게 NOx를 방출시키고, 그 후, 이론 공연비로 변경함으로써 3원 촉매 기능에 의해 NOx를 정화 환원한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Exhaust emission control device of internal combustion engines}
최근, 내연 기관을 린 공연비로 운전하여 연비의 향상을 꾀하도록 한 희박 연소 내연 기관이 실용화되어 있다. 상기 희박 연소 내연 기관에서는, 린(lean) 공연비로 운전하면, 3원 촉매가 그 정화 특성으로부터 배기 가스 중의 NOx(질소산화물)을 충분히 정화할 수 없다고 하는 문제점이 발생하여, 최근에는, 예를 들면, 린 공연비로 운전 중에 배기 가스 중의 NOx를 흡장 또는 흡착(이하, 간단히 흡장이라고 칭한다)하고, 이론 공연비(stoichiometric) 또는 리치(rich) 공연비로 운전 중에 흡장된 NOx를 방출 환원하는 흡장형 NOx 촉매를 구비한 배기 정화 촉매 장치가 채용되고 있다.
상기 흡장형 NOx 촉매는, 내연 기관의 산소의 과잉 상태로 배기 가스 중의 N 0x를 초산염(X-NO3)으로서 부착시켜 흡장하고, 흡장한 NOx를 주로 일산화탄소(CO)의 과잉 상태에서 방출하여 질소(N2)로 환원시키는 특성(동시에 탄산염 X-CO₃가 생성된다)을 가진 촉매이다. 따라서, 실제로는, 린 공연비 운전이 소정 시간 계속하면, 연소실 내의 공연비의 전환 또는 배기관으로의 환원제의 공급 등에 의해 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 제어하도록 리치 공연비 운전에 정기적으로 전환(이것을 리치 스파이크라고 함)하고, 이로써 산소 농도 저하 분위기에서 CO가 많은 환원 분위기를 생성하고, 흡장한 NOx를 방출하여 정화 환원(NOx 퍼지)함으로써 흡장형 NOx 촉매의 재생을 꾀할 수 있다. 이러한 기술은, 예를 들면, 특허 제2586738호 공보 등에 개시되어 있다.
그런데, 이와 같은 흡장형 NOx 촉매에서는, 촉매상에 흡장할 수 있는 NOx 량에 한계가 있어, 흡장형 NOx 촉매가 흡장한 NOx 량이 한계량에 도달하면, 상술한 바와 같이, 리치 스파이크를 실시하고, 소정의 리치 공연비 하에서 소정 시간에 걸쳐 리치 공연비 운전이 실시된다.
그렇지만, 상기 흡장형 NOx 촉매에 있어서의 NOx의 흡장량이 한계에 달하여 리치 스파이크가 필요하게 되는 시점은, 흡장형 NOx 촉매의 NOx 정화 효율의 열화정도나 NOx 및 CO의 유량에 영향을 주는 내연 기관의 운전 조건 등에 따라서 변화한다. 상기와 같은 흡장형 NOx 촉매가 흡장한 NOx 량이 한계에 도달한 것을 검출하여 재생하는 것으로서, 예를 들면, 일본 특개평7-166851호 공보에 개시된 것이 있다.
상기 공보에 개시된 「배기 정화 장치」는, 내연 기관의 배기 통로에 NOx 흡수제를 배치함과 동시에, 상기 NOx 흡수제의 하류측에 NOx 센서를 배치하고, 상기 NOx 센서가 검출한 검출치(NOx 성분의 농도)가 판정치를 초과하였을 때, 배기 공연비를 리치 공연비로하여 촉매상으로부터 NOx를 방출하는 재생 제어(NOx 퍼지)를 실행하는 것이다.
그런데, 세계 각국의 NOx 배출 규제에 의한 규제치는, 예를 들면, 소정 주행 거리에 대한 총 NOx 배출량으로 되어 있다. 상술한 종래의 「배기 정화 장치」에서는, 각각의 린 운전 구간이라고 하는 어느 짧은 기간에서 NOx 성분의 농도를 검출하여 재생 제어를 실행하고 있기 때문에, 운전자의 운전 방법에 따라, 판정치의 설정에 여유가 적은 경우에는, 소정 주행 거리 간격에서 보았을 때에 반드시 소정의 NOx 배출량, 예를 들면, 규제치를 확실히 명확하게 할 수 없게 될 우려가 있다.
즉, 상술한 「배기 정화 장치」에 있어서는, 운전 중에는 소정 주행 거리에 대한 총 NOx 배출량이 소정의 값, 예를 들면, 규제치를 초과하지 않았는지의 여부를 파악하지 않고 있기 때문에, 여러가지 운전이 행하여질 경우일지라도 소정 주행 거리에서의 총 NOx 배출량이 소정치 이하가 되도록 하기 위해서, 재생 제어(NOx 퍼지) 개시를 위한 상기 판정치를 미리 충분한 여유를 가지고 낮게 설정할 필요가 있다. 이와 같이 판정치를 설정함으로써, 공연비를 리치 또는 화학량론으로 하는 재생 제어(NOx 퍼지)의 빈도가 여유를 충분히 가지게 한 만큼 증가하게 되어, 연비가 악화한다. 즉, CO₂의 배출량이 증가하는 문제가 발생한다.
또한, 소정 주행 거리당의 NOx 배출량을 소정치 내로 제어하는 것으로서, 예를 들면, 일본 특허 제2503387호 공보에 개시된 것이 있지만, 상기 공보에 개시된 「전자식 내연 기관 제어 장치」는, 화학량론 운전 영역에서만, 점화 시기나 EGR 량을 제어하여 NOx 배출량을 제어하는 것이기 때문에, 상술한 바와 같은 린 공연비로 운전하는 희박 연소 내연 기관에 적용하면, 공연비를 상시 화학량론 운전 영역으로 해야 하므로, 연비의 향상을 꾀할 수 없다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것으로서, 연비의 악화를 초래하지 않고, 모든 운전 조건에 있어서도 대기 중으로 방출되는 NOx 배출량을 직접 관리함으로써 확실하게 소정의 NOx 배출량을 억제하여, NOx 배출량 저감과 CO2배출량의 저감을 양립할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 배기 통로에 흡장형 NOx 촉매를 갖는 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의한 NOx 배출량 제어의 플로우챠트.
도 3은 강제 NOx 퍼지 제어의 플로우챠트.
도 4 및 도 5는 NOx 배출량 제어의 타임챠트.
도 6은 NOx 방출 제어 및 NOx 억제 제어의 타임챠트.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 의한 NOx 배출량 제어의 플로우챠트.
도 8은 주행 거리와 총 NOx 배출량에 의거한 린 존 선택 맵.
도 9는 엔진 회전 속도와 목표 평균 유효압에 의거한 린 존 맵.
본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치는, 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 배기 공연비가 린 공연비일 때 배기 가스 중의 NOx를 정화 또는 흡장하는 NOx 저감 기능과, 배기 공연비가 이론 공연비 또는 리치 공연비일 때 배기 가스 중의 유해 물질을 환원하는 환원 기능을 갖는 배기 정화 촉매 장치와, 대기 중으로 방출되는 NOx 농도를 검출 또는 추정하는 NOx 검지 수단과, 상기 NOx 검지 수단의 출력에 기초하여 차량의 주행 기간 계측 이후의 대기 중으로 방출되는 NOx 배출량을 수시 적산하여 총 NOx 배출량을 연산하여 차량이 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 소정치를 초과하는 것이 검출 또는 예측되는 경우 린 공연비에서의 운전을 중지 또는 억제하는 제어 수단을 구비고 있다.
따라서, 배기 공연비가 린 공연비일 때 배기 가스 중의 NOx를 정화 또는 흡장하고 있고, 소정 주행 기간을 하나의 사이클로서, 대기 중으로 방출되는 NOx 농도로부터 총 NOx 배출량을 연산하여, 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 소정치를 초과하는 것이 검출 또는 예측되면, 린 공연비에서의 운전을 중지 또는 억제하고, 배기 정화 촉매 장치의 환원 기능을 작용시킴으로써 모든 운전 조건에 있어서도, 연비의 악화를 초래하는 일 없이, 모든 운전 조건에 있어서도 소정의 NOx 배출량으로 억제할 수 있으며, NOx 배출량 저감과 CO₂배출량 저감을 양립할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과한 것이 검출된 경우, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하도록 하여도 된다. 이로써 배기 가스 중의 유해 물질을 환원함과 동시에 배기 정화 촉매 장치의 NOx 저감 기능을 즉시 재생할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과한 것을 검출하여 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경한 후, 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달할 때까지는 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 유지하도록 하면 된다. 이로써 NOx 배출을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과할 것으로 예측되는 경우에, 린 공연비에서의 운전 영역을 감소시키도록 하여도 된다. 이로써 NOx 배출을 억제하면서도 최적의 운전 상태에서 린 운전을 계속하여 연비를 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 상기 소정 주행 기간의 도중 경과 시점에서의 상기 총 NOx 배출량에 기초하여 린 공연비에서의 운전 영역을 변경하도록 하여도 된다. 이것에 의해서 NOx 배출을 억제하면서도 최적의 운전 상태로 린 운전을 계속하여 연비를 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하면, 상기 총 NOx 배출량의 연산 및 상기 소정 주행 기간의 계측을 리셋하여도 좋으며, 이 시점에서 다시 NOx 억제 제어가 개시된다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하여도, 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과하지 않을 경우는, 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과하고 나서 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하고, 그 후에 상기 총 NOx 배출량의 연산 및 상기 소정 주행 기간의 계측을 리셋하여도 좋으며, 이 시점에서 다시 NOx 억제 제어가 개시된다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 린 공연비에서의 운전 계속 시간이 소정의 한계 시간을 초과하는 경우는, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하도록 하여도 좋으며, 이로써 NOx의 배출을 억제하면서 NOx 저감 기능을 재생할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은, 린 공연비에서의 운전 계속 시간이 소정의 한계 시간 이상이며, 또한, 그 사이에 상기 총 NOx 배출량 또는 평균 NOx 농도 또는 순간 NOx 농도가 소정치 이상인 경우는, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하도록 하여도 좋다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 상기 제어 수단은 상기 총 NOx 배출량에 대한 상기 소정치를 차속에 따라서 변경하도록 하여도 좋으며, 이것에 의해서 차량의 운전 상태에 따른 NOx 배출의 억제 제어가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치로서, 운전자의 가속 조작에 맞추어 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경함과 동시에, 공연비 변경 초기에 팽창 행정 이후에서의 실린더 내로의 연료 분사를 병용하도록 하여도 좋으며, 이로써 조기에 NOx를 환원함으로써 총 NOx 배출량을 저감할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[제 1 실시예]
제 1 실시예의 내연 기관(이하, 엔진이라 칭함)은, 예를 들면, 연료 분사 모드(운전 모드)를 전환함으로써, 흡기 행정에서의 연료 분사(흡기 행정 분사 모드)또는 압축 행정에서의 연료 분사(압축 행정 분사 모드)를 실시 가능한 실린더 내 분사형 불꽃 점화식 직렬 4기통 가솔린 엔진이다. 그리고, 상기 실린더 내 분사형 엔진(11)은, 용이하게 하여 이론 공연비(화학량론)에서의 운전이나 리치 공연비에서의 운전(리치 공연비 운전) 외에, 린 공연비에서의 운전(린 공연비 운전)이 실현가능하게 되어 있고, 특히 압축 행정 분사 모드에서는, 초린 공연비에서의 운전이 가능하게 되어 있다.
본 실시예에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(11)의 실린더 헤드(12)에는, 각 기통마다 점화 플러그(13)와 함께 전자식 연료 분사 밸브(14)가 장착되어 있고, 상기 연료 분사 밸브(14)에 의해서 연소실(15) 내에 연료를 직접 분사 가능하게 되어 있다. 상기 연료 분사 밸브(14)에는, 도시하지 않은 연료 파이프를 통해 연료 공급 장치(연료 펌프)가 접속되어 있고, 연료 탱크 내의 연료가 높은 연료압으로 공급되고, 상기 연료를 연료 분사 밸브(14)로부터 연소실(15) 내부를 향하여 소정의 연료압으로 분사한다. 이 때, 연료 분사량은 연료 펌프의 연료 토출압과 연료 분사 밸브(14)의 개방 밸브 시간(연료 분사 시간)으로부터 결정된다.
실린더 헤드(12)에는, 각 기통마다 대략 직립 방향으로 흡기 포트가 형성되어 있고, 각 흡기 포트와 연결하도록 하여 흡기 매니폴드(16)의 일단이 각각 접속되어 있다. 그리고, 흡기 매니폴드(16)의 타단에는 드라이브 바이 와이어(DBW) 방식의 전동 스로틀 밸브(17)가 접속되어 있고, 상기 스로틀 밸브(17)에는 스로틀 개방도(θth)를 검출하는 스로틀 센서(18)가 설치되어 있다. 또한, 실린더 헤드(12)에는, 각 기통마다 대략 수평 방향으로 배기 포트(10)가 형성되어 있고, 각 배기 포트와 연결하도록 하여 배기 매니폴드(19)의 일단이 각각 접속되어 있다.
그리고, 엔진(11)에는 크랭크 각을 검출하는 크랭크 각 센서(20)가 설치되어 있고, 상기 크랭크 각 센서(20)는 엔진 회전 속도(Ne)를 검출 가능하게 되어 있다. 또한, 상술한 실린더 내 분사형 엔진(11)은 이미 공지의 것이며, 그 구성의 상세한 설명에 관해서는 여기서는 생략한다.
또한, 엔진(11)의 배기 매니폴드(19)에는 배기관(배기 통로)(21)이 접속되어 있고, 상기 배기관(21)에는 엔진(11)에 근접한 소형의 3원 촉매(22) 및 배기 정화 촉매 장치(23)를 개재하여 도시하지 않은 머플러가 접속되어 있다. 그리고, 상기 배기관(21)에 있어서의 3원 촉매(22)와 배기 정화 촉매 장치(23) 사이의 부분에는, 배기 정화 촉매 장치(23)의 직상류, 즉, 후술하는 흡장형 NOx 촉매(25)에 직상류에 위치하여 배기 온도를 검출하는 고온 센서(24)가 설치되어 있다.
상기 배기 정화 촉매 장치(23)는 배기 공연비가 린 공연비일 때 배기 가스 중에 NOx를 흡장하는 NOx 저감 기능과, 배기 공연비가 이론 공연비 근방일 때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화하는 산화 환원 기능을 가지게 하기 위해서, 흡장형 NOx 촉매(25)와 3원 촉매(26)의 2개의 촉매를 구비하여 구성되어 있고, 3원 촉매(26)쪽이 흡장형 NOx 촉매(25)보다도 하류측에 배치되어 있다. 상기 3원 촉매(26)는 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 흡장된 NOx가 방출되었을 때 흡장형 NOx 촉매(25) 자체로 환원할 수 없었던 NOx를 환원하는 역할도 행하고 있다. 또한, 배기 정화 촉매 장치(23)는 흡장형 NOx 촉매(25)가 NOx를 환원하여, HC와 CO를 산화하는 3원 촉매의 기능(여기서는, 3원 기능이라고 칭함)을 충분히 갖고 있는 경우에는, 상기 흡장형 NOx 촉매(25)만으로 한 흡장형 NOx 촉매와 3원 촉매의 일체형이어도 된다. 상기 흡장형 NOx 촉매(25)는 산화 분위기에서 NOx를 일단 흡장(NOx 저감 기능)시키고, 주로 CO의 존재하는 환원 분위기 중에 있어서 NOx를 방출하여 N2(질소) 등으로 환원시키는 환원 기능을 가지는 것이다. 상세하게는 흡장형 NOx 촉매(25)는 귀금속으로서 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 가진 촉매로서 구성되어 있고, 흡장재로서는 바륨(Ba) 등 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속이 채용되어 있다. 그리고, 배기 정화 촉매 장치(23)의 하류측에는 NOx 농도를 검출하는 NOx 센서(NOx 검지 수단)(27)가 설치되어 있다.
또한, 입출력 장치, 기억 장치(ROM, RAM, 불휘발성 RAM 등), 중앙 처리 장치(CPU), 타이머 카운터 등을 갖는 ECU(전자 컨트롤 유닛)(28)가 설치되어 있고, 상기 ECU(28)에 의해 엔진(11)을 포함한 본 실시예의 배기 정화 장치의 총합적인 제어가 행하여진다. 즉, ECU(28)의 입력측에는, 상술한 고온 센서(24)나 NOx 센서(27) 등의 각종 센서류가 접속되어 있고, 이들 센서류로부터의 검출 정보가 입력된다. 한편, ECU(28)의 출력측에는, 점화 코일을 개재하여 상술한 점화 플러그(13)나 연료 분사 밸브(14) 등이 접속되어 있고, 이들 점화 코일, 연료 분사 밸브(14) 등에는, 각종 센서류로부터의 검출 정보에 기초하여 연산된 연료 분사량이나 점화 시기 등의 최적치가 각각 출력된다. 이로 인해, 연료 분사 밸브(14)로부터 적정량의 연료가 적정한 타이밍으로 분사되어, 점화 플러그(13)에 의해서 적정한 타이밍으로 점화가 실시된다.
실제로, ECU(28)에서는, 도시하지 않은 액셀러레이터 개방도 센서로부터의 액셀러레이터 개방도 정보와 크랭크각 센서(20)로부터의 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 기초하여 엔진 부하에 대응하는 목표 실린더 내압, 즉, 목표 평균 유효압(Pe)을 구하도록 되어 있고, 또한, 상기 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 따라서 맵(도시하지 않음)으로부터 연료 분사 모드를 설정하도록 되어 있다. 예를 들면, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)가 모두 작을 때에는, 연료 분사 모드는 압축 행정 분사 모드로 되어 연료가 압축 행정으로 분사되며, 한편, 목표 평균 유효압(Pe)이 커지고, 또는 엔진 회전 속도(Ne)가 커지면 연료 분사 모드는 흡기 행정 분사 모드로 되어, 연료가 흡기 행정에서 분사된다.
그리고, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)로부터 제어 목표가 되는 목표 공연비(목표 A/F)가 설정되어, 적정량의 연료 분사량이 상기 목표 A/F에 의거하여 결정된다. 또한, 고온 센서(24)에 의해 검출된 배기 온도 정보로부터는 촉매 온도(Tcat)가 추정된다. 상세하게는 고온 센서(24)와 흡장형 NOx 촉매(25)가 다소나마 떨어져 배치되어 있는 것에 기인하는 오차를 보정하기 위해서, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 따라서 온도차 맵이 미리 실험 등에 의해 설정되고, 촉매 온도(Tcat)는 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)가 결정되면 하나의 뜻으로 추정되도록 되어 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치의 작용에 관해서 설명한다.
배기 정화 촉매 장치(23)의 흡장형 NOx 촉매(25)에서는, 린 모드에 있어서의 초과 린 연소 운전시와 같은 산소 농도 과잉 분위기에서, 배기 중의 NOx가 초산염으로서 흡장되어 배기의 정화가 행하여진다. 한편, 산소 농도가 저하한 분위기에서는, 흡장형 NOx 촉매(25)에 흡장한 초산염과 배기 중의 CO가 반응하여 탄산염이 생성됨과 동시에 NOx가 방출된다. 따라서, 흡장형 NOx 촉매(25)로의 NOx의 흡장이 진행하면, 공연비의 리치화 또는 추가의 연료 분사를 행하는 등으로 산소 농도를 저하시켜 CO를 공급하고, 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출시켜 기능을 유지한다.
그런데, 세계각국의 NOx 배출 규제에 의한 규제치는, 예를 들면, 소정 주행 거리에 대한 총 NOx 배출량으로 되어 있다. 그래서, 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 차량의 주행 거리에 상관하는 파라미터값으로서의 차속 센서로부터의 신호를 바탕으로 차량의 주행 거리를 검출(주행 거리 검출 수단)하는 한편, NOx 센서(27)가 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 방출되는 NOx 농도를 검출하고, ECU(28)가 상기 NOx 센서(27)의 출력에 기초하여 대기 중으로 방출될 수 있는 총 NOx 배출량을 연산하고, 또한, 상기 ECU(제어 수단)(28)가 소정의 주행 거리에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량이 소정치를 초과하는 경우에 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하므로써, 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출 및 환원 정화하여, NOx 배출량을 억제하도록 하고 있다.
여기서, 상기 NOx 배출량 제어에 관해서, 도 2의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 스텝(S1)에서 스타터에 의해 엔진의 시동이 개시되어, 시동 스위치가 온되면, 스텝(S2)에서 NOx 센서(27)의 활성 타이머(t)를 리셋하고, 스텝(S3)에서, 메모리되어 있는 주행 거리(CM) 및 NOx 배출량(AM)을 읽어들인다. 상기 주행 거리(CM) 및 NOx 배출량(AM)은, 후술하는 방법에 의해서 전회 운전시에 있어서 주행 거리 및 NOx 배출량을 적산하여, NOx 배출량 억제를 행하는 중에서, 최후에 NOx 퍼지가 행하여지지 않고, 흡장형 NOx 촉매(25)에 어느 정도 NOx가 흡장된 상태에서 점화 스위치 오프된 경우에, 그 시점에서의 주행 거리(C) 및 NOx 배출량(A)을 ECU에서 배터리 백 업에 의해 메모리하고 있던 것이다. 그리고, 스텝(S4)에서, NOx 센서(27)의 활성 타이머(t)를 설정하고, 스텝(S5)에서 NOx 센서(27)가 활성했는지의 여부를 판정하여, 스텝(S6)에서 NOx 센서(27)가 활성할 때까지 그 경과 시간을 적산하며, NOx 센서(27)가 활성하면 스텝(S7)으로 이행한다.
스텝(S7)에서는, 도시하지 않은 주행 거리 카운터가 리셋되고 나서의 거리(C)를 연산하고, 스텝(S8)에서는, 리셋되고 나서 NOx 센서(27)가 활성하기까지의 시간에 배출된 NOx 량을 포함하는 총 NOx 배출량(A)을 연산한다. 이 경우, 총 NOx 배출량 A(g)은 하기 수학식(l)에 의해서 연산할 수 있다.
여기서, A(n)는 총 NOx 배출량, A(n-1)은 전회의 총 NOx 배출량, Q는 NOx 배출 유량(g/s), dt는 샘플링 시간이고, NOx 배출 유량(Q)은 하기 수학식(2)에 의해서 연산할 수 있다.
여기서, NOx 농도(ppm)는 NOx 센서(27)의 출력치이고, 배기 유량(g/s)은 에어 플로우 센서 등에 의해 구한 흡기 유량(예를 들면, 카르만 과식 에어 플로우 센서인 경우는, 에어 플로우 센서 주파수)으로 대표하여도 가능하며, 미리 설정된 엔진(11)의 부하·회전수 맵에 의해 설정하여도 된다.
또한, NOx 센서(27)의 출력이 화학량론 또는 리치 운전으로부터 린 운전으로의 전환 직후 등으로 안정되지 않은 경우 등에는, 전환하고 나서 소정 기간(M)의 NOx 농도를 가령 소정 기간(M)의 경과 후의 NOx 센서(27)의 출력치로서 계산하면 된다. 또는, 전환 직후의 NOx 농도를 0으로 가정하여, 소정 기간(M) 경과 후의 NOx 센서(27)의 출력치까지 직선적으로 증가하였다고 상정하여 계산하여도 가능하며, 서서히 증가하였다고 상정하여 계산하여도 된다.
그리고, 스텝(S9)에서, 주행 거리(C)가, 예를 들면, NOx 배출 규제에 있어서 관리 단위로서 정해진 소정 주행 거리(CO)에 달하지 않고 있는 지의 여부를 판정한다. 여기서, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달하지 않고 있으면, 스텝(S10)에서, 상술한 식(1)에서 구한 총 NOx 배출량(A)이, 소정 주행 거리(CO)에 대한 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하고 있는지의 여부를 판정한다. 또한, 이 경우, NOx 배출 판정량(A0)은, NOx 배출 규제에 의해 정해진 NOx 배출 허용량에, 린 운전시 이외의 운전시에 있어서의 NOx 배출량 및 NOx 센서(27)의 검출 정밀도 등에 의해서 결정되는 여유율(α)을 곱하여 결정한다.
상기 스텝(S10)에서, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하지 않으면, 스텝(S8)으로 되돌아가 총 NOx 배출량(A)을 상술한 식(1)에 의해서 다시 연산하며, 즉, NOx 배출량을 가산하여, 스텝(S9)에서, 스텝(S7)으로 연산한 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달하지 않고 있으면, 스텝(Sl0)에서, 다시, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하고 있는지의 여부를 판정한다. 이와 같상기 스텝(S10)에서 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과할 때까지, 또는, 스텝(S9)에서 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기까지, 스텝(S7, S8, S9, S10)을 반복한다.
그리고, 스텝(S10)에서, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하면, 스텝(S11)에 있어서, NOx 방출 제어를 실행하고, 그 후, NOx 억제 제어를 실행한다. 즉, 흡장형 NOx 촉매(25)로의 NOx의 흡장이 진행하였기 때문에, 배기 공연비를 리치 공연비로서 산소 농도를 저하시키고, 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 효율이 양호하게 방출 환원시킨다. 그리고, 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx가 방출되면, 배기 공연비를 이론 공연비로서 NOx가 촉매의 3원 기능에 의해 환원 정화되도록 하므로써 소정 주행 거리(CO) 사이에서의 총 NOx 배출량(A)을 NOx 배출 판정량(A0)으로 억제할 수 있다.
여기서, 상술한 NOx 방출 제어 및 그에 이은 NOx 억제 제어를 도 6의 타임챠트를 참조하여 설명한다. 총 NOx 배출량이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하여, NOx 방출 제어로서 린 운전으로부터 리치 운전으로 공연비를 전환하는 경우, 흡장형 NOx 촉매(25)에 주로 CO를 공급하기 위해서, 예를 들면, A/F=12로 하고 나서 1 내지 5초 동안 리치 운전함과 동시에, 리치 기간의 최초의 기간에 있어서 NOx가 다량으로 방출되기 때문에, NOx를 환원하는 HC를 촉매로 공급하기 위해서 A/F가 소정치에 달한 시점에서 팽창 행정 분사를, 예를 들면 0.l 내지 0.5초 동안 실행하고, 그 후는 NOx는 천천히 방출되므로, CO, HC를 소량 공급하면 되기 때문에, 공연비를 슬라이트 리치(slight righ)로 전환하여, 예를 들면, 직전의 린 시간의 약 0 내지 50%의 시간 운전한다. 상기 슬라이트 리치 기간은 도시하지 않은 02 센서에 의한 피드백 운전으로 하면 된다. 또한, 시간이나 공연비 등의 각 파라미터는 운전 상태나 촉매의 상태, 예를 들면, 공간 속도 SV=배기 유량/촉매 용량, 촉매로의 CO 공급량, 촉매의 NOx 흡장량, 촉매 온도, 촉매의 열화 상태 등에 따라서 변경한다. 여기까지의 일련의 리치 운전, 팽창 행정 분사 운전, 슬라이트 리치 운전이 NOx 방출 제어가 된다. 그리고, 그 후의 스텝(S12)에서, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기까지 촉매의 3원 기능에 의해 확실히 NOx가 정화되도록 화학량론 운전을 계속한다(NOx 방출 제어). 또한, 도 6의 NOx 방출 제어에서는, 리치 운전 후, 슬라이트 리치로 하고 있지만, 촉매의 특성에 따라서 공연비를 화학량론으로 하여도 좋다.
이와 같이 NOx 방출 제어에 의해 흡장형 NOx 촉매(25)를 재생함과 동시에, 스텝(S12)에서 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기까지, NOx 억제 제어에 의해 배기 공연비를 이론 공연비로서 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하면, 스텝(S13)에서 배기 공연비를 이론 공연비로 하는 NOx 억제 제어를 정지한다. 그리고, 스텝(S14)에서 총 NOx 배출량(A)을 리셋하고 나서, 스텝(S15)에서 주행 거리(C)를 리셋한다.
이러한 소정 주행 거리(CO)마다의 NOx 배출량 제어를 구체적으로 설명하면,
도 4에 도시한 바와 같이, 주행 거리(C)의 증가에 따라 총 NOx 배출량(A)이 증가하지만, 운전자의 액셀 페달의 밟기에 의한 자연스러운 가속시의 영역(P1, P2)에서, 배기 공연비가 리치 또는 화학량론 공연비로 되어 린 운전 계속 중에 강제적인 A/F 변경을 행하는 강제 NOx 퍼지를 행하지 않더라도, 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx가 자연스럽게 방출(여기서는, 강제 NOx 퍼지에 대하여 자연 NOx 퍼지라고 칭함)된다. 그리고, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하면, 영역(P3)에서 처음으로 강제적으로 배기 공연비를 리치 공연비(팽창 행정 분사 및 슬라이트 리치 또는 화학량론 공연비 기간을 포함함)로서 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출시키고, 그 후, NOx가 방출되어, 흡장형 NOx 촉매(25)의 정화 기능이 부활(재생)하게 하면, 배기 공연비를 거의 이론 공연비로 하고, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)를 초과할 때까지 주로, 3원 촉매(26)의 기능에 의해 NOx의 대기 중으로의 배출을 방지한다. 그리고, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달하였을 때를 기준 지점으로하여, 총 NOx 배출량(A) 및 주행 거리(C)를 리셋하고, 소정 주행 거리(CO)마다의 NOx 배출량 제어를 다시 개시한다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 상술한 스텝(S7, S8, S9, S10)을 반복하는 처리에 있어서, 스텝(S10)에서 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하지 않고, 스텝(S9)에서 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달하였을 때에는, 스텝(S14) 및 스텝(S15)으로 이행하여 총 NOx 배출량(A) 및 주행 거리(C)를 리셋한다. 또한, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달한 시점에서, NOx 방출 제어를 실시하여 NOx를 방출한 후, 총 NOx 배출량(A) 및 주행 거리(C)를 리셋하도록 하여도 좋다. 또한, 다른 실시예로서, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하지 않고, 스텝(S9)에서 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 달하였을 때에는, 주행 거리(C)만을 리셋하고, 총 NOx 배출량(A)에 관해서는 리셋하지 않도록 하여도 좋다. 이 경우, 다시, 스텝(S1)에서 처리를 개시하였을 때, 그때까지 적산되어 있던 총 NOx 배출량(A)이 메모리되어 있는 NOx 배출량(AM)으로서 판독되도록 하여, 상술된 바와 같이 마찬가지의 처리가 실행된다.
이러한 NOx 배출량 제어를 구체적으로 설명하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 주행 거리(C)의 증가에 따라 총 NOx 배출량(A)이 증가하지만, 운전자의 액셀 페달의 밟기에 의한 자연 가속시의 영역(P1, P2, P3, P4)에서, 배기 공연비가 리치 또는 화학량론 공연비로 되어 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx가 자연스럽게 방출(자연 NOx 퍼지)된다. 여기서는, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하여도, 총 NOx 배출량(A)은 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하지 않기 때문에, 주행 거리(C)만이 리셋된다. 그리고, 다시 주행 거리(C)가 0에서 스타트하지만, 주행 거리(C)가 이번의 소정 주행 거리(CO)에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하게 된 경우, 영역(P5)에서 강제적으로 배기 공연비를 리치 공연비(팽창 행정 분사 및 슬라이트 리치 또는 화학량론 공연비 기간을 포함한다)로서 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출시킨다. 그 후, 흡장형 NOx 촉매(25)의 재생이 완료하면, 총 NOx 배출량(A) 및 주행 거리(C)를 리셋하고, 소정 주행 거리(CO)마다의 NOx 배출량 제어를 새롭게 개시한다.
또한, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하여도, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하지 않았을 때에는, 이 때의 주행 거리(C)를 리셋하지 않고, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하여 NOx 방출 제어를 실행한 후, 총 NOx 배출량(A) 및 주행 거리(C)를 리셋하도록 하여도 좋다.
또한, 본 실시예의 배기 정화 장치에는, NOx 배출량 제어에, 종래의 기술과같이, 린 운전 계속 중에 공연비를 리치화하는 강제 NOx 퍼지를 조합하여도 좋다. 즉, 린 운전 계속 시간이 몹시 길어지거나, 촉매 열화가 생기기도 하여 정화 효율이 대폭적으로 악화하면, 그 이상, 린 운전 계속 시간을 연장하여도 연비 악화의 억제로 이어지지 않기 때문에, 공연비를 리치 또는 화학량론으로 하여, 강제적으로 NOx 퍼지를 행하도록 하여도 좋다.
즉, 도 3의 플로우챠트에 도시한 바와 같이, 스텝(T1)에서, 강제 NOx 퍼지나 자연 NOx 퍼지의 신호가 입력하면, 스텝(T2)에서는 린 운전 계속 시간 타이머(LT)가 설정된다. 그리고, 스텝(T3)에서, 린 운전 계속 시간(LT)이 최장 린 운전 계속 시간(D2)을 초과하고 있는지의 여부를 판정하여, 초과하고 있지 않으면 스텝(T4)으로 이행한다. 한편, 린 운전 계속 시간(LT)이 최장, 린 운전 계속 시간(D2)을 초과하고 있으면 스텝(T6)으로 이행하고, NOx 방출 제어의 실행, 즉, 배기 공연비를 리치 공연비로 하여 산소 농도를 저하시키고, 그 동안, 최초의 소정 시간은 팽창 행정 분사를 실시하여, 리치 공연비 운전 후에, 소정 기간 화학량론 또는 슬라이트 리치 운전을 행하므로써 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출시킨다. 상기 최장 린 운전 계속 시간(D2)은, 통상 양호하게 행하여지는 가속에 의해 완전히 NOx를 퍼지할 수 있는 린 시간이다. 즉, 예를 들면, 통상 양호하게 행하여지는 가속이 약 15초 정도로 하고, 린 시간의 25% 정도의 NOx 퍼지 시간이 필요로 하면 최장 린 운전 계속 시간(D2)은 60초가 되며, 이 시간(D2)을 초과하면 통상의 1회의 가속에서는 NOx를 퍼지할 수 없는, 즉, 자연 NOx 퍼지에서만 확실한 NOx 퍼지가 곤란하며, 강제 NOx 퍼지가 필요하다고 생각되며, 상기 최장 린 운전 계속 시간(D2)의 판정을 설정하고 있다.
그리고, 스텝(T4)에서는, 린 운전 계속 시간(LT)이 가속 발생 한계 시간(D1)을 초과하고 있는지의 여부를 판정하여, 초과하고 있지 않으면 아무것도 하지 않고 이 루틴을 제외한다. 한편, 린 운전 계속 시간(LT)이 가속 발생 한계 시간(D1)을 초과하고 있으면 스텝(T5)으로 이행하고, 이번의 린 운전 중의 총 NOx 배출량(A)이 린 판정량을 초과하고 있는지의 여부를 판정한다. 또한, 상기 가속 발생 한계 시간(D1)은, 가속 발생의 주기에 상당하는 것이다. 즉, 통상, 가속 발생 한계 시간(D1) 이내에는 가속할 것이다 라고 추측할 수 있는 값이며, 예를 들면, 약 30초 정도로 하고, 이것 이상 린 운전이 계속하는 경우에는 이 앞에서도 가속이 발생하기 어려운, 즉, 자연 NOx 퍼지가 행하여질 가능성이 적고, 강제 NOx 퍼지가 필요하다고 생각되어, 상기 가속 발생 한계 시간(D1)을 설정하고 있다.
또한, 상술한 린 판정량은 각각의 린 운전 기간에 있어서의 NOx 배출량을 억제하기 위한 판정량이고, 하기 수학식(3)에 의해서 연산할 수 있다.
여기서, 판정치(g/km)는 1km 당의 NOx 배출 판정량(A0), 제어 주기는 린 운전에서의 주행 거리에 NOx 퍼지 운전에서의 주행 거리를 가산한 것이다.
그리고, 스텝(T5)에서, 이번의 린 운전 중의 총 NOx 배출량(A)이 린 판정량을 초과하고 있으면, 스텝(T6)으로 이행하고, 여기서, 상술과 같이, NOx 방출 제어의 실행, 즉, 배기 공연비를 리치 공연비로 하여 산소 농도를 저하시키고, 그 동안, 이미 최초의 소정 시간은 팽창 행정 분사를 실시하여, 리치 공연비 운전 후에, 소정 기간 화학량론 혹은 슬라이트 리치 운전을 행하므로써 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 NOx를 방출시킨다. 한편, 총 NOx 배출량(A)이 린 판정량을 초과하고 있지 않으면 아무것도 하지 않고 이 루틴을 제외한다.
또한, 상기 스텝(T5)에서는, 이번의 린 운전 중의 총 NOx 배출량(A)이 린 판정량을 초과하고 있으면, NOx 방출 제어를 실행하도록 하였지만, 린 운전 계속 시간(LT) 동안의 NOx 평균 농도가 소정치를 초과하고 있을 때에 NOx 방출 제어를 실행하여도 된다. 이 경우, NOx 평균 농도는, 린 운전 계속 시간(LT) 동안의 NOx 센서(27)의 검출치의 평균치로서도 양호하며, 또한, 린 운전 계속 시간(LT)의 경과시점에서의 NOx 센서(27)의 순간 값으로 하여도 좋다. 또한, NOx 평균 농도의 소정치는 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 평균 유효압(Pe)에 대한 맵이고, 흡장형 NOx 촉매(25)의 정화 효율을, 예를 들면, 50% 이상으로 유지하도록 NOx 방출 제어를 고려한 경우에는, NOx 농도에 0.5를 곱한 값으로 하면 좋고, 정화 효율을 100%로 하고 싶은 경우에는 0에 근사하는 값으로 설정하면 좋다.
또한, 상기 강제 NOx 퍼지 제어의 완료는, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0) 이하이며, 또한, 상기 NOx 퍼지 시간이 소정 시간 이상, 예를 들면, 전회의 린 운전 시간과 NOx 퍼지 계수(E1)의 곱한값 이상으로 되었을 때로서 판정하여도 좋다. 이 경우, NOx 퍼지 시간은, 예를 들면, 린 시간의 약 25% 정도를 필요로 하면, NOx 퍼지 계수(E1)는 0.25가 된다.
그리고, 상술한 실시예 중의 영역(P1, P2, P3, P4)과 같이 자연스러운 가속에 의해 공연비가 린으로부터 리치 또는 화학량론으로 전환하는 타이밍에 맞추어, NOx 방출 제어, 즉, 소정 A/F에의 소정 시간 리치화(촉매 특성에 따라서는 슬라이트 리치를 포함하는 화학량론화일지라도 가능하다) 및 A/F 변경 초기의 소정 시간 팽창 행정 분사 및 리치화 후의 소정 시간 화학량론(슬라이트 리치)화를 행하여도 된다(이와 같이 자연 가속에 맞추어 행하는 리치화, 팽창 행정 분사, 화학량론화도 여기서는 NOx 방출 제어라고 칭함). 이렇게 함으로써, 보다 확실하게 NOx 퍼지할 수 있는 한편, 원래 운전자가 의도한 가속에 의한 리치화 또는 화학량론화에 맞추어 리치화를 행하므로, 원래 린 운전인 지점에서 리치화를 행하는 강제 NOx 퍼지에 비교하여 리치화에 요하는 연료량은 적어지게 된다.
또한, 원래 운전자가 가속에 따르는 쇼크를 예기하고 있을 때 그것에 맞추어 공연비의 전환을 행하므로, 린 운전 중에 운전자의 예기하지 않은 타이밍에서 리치화를 행하는 강제 NOx 퍼지에 비교하여, 공연비 전환시의 쇼크를 운전자는 느끼기 어렵다. 또한, 자연 가속 등에 의한 공연비 변화에 맞추어 NOx 방출 제어를 행할 때, 린으로부터 화학량론으로 전환하는 경우에만 행하고, 린으로부터 리치로 전환하는 경우는 모두 충분히 리치화되어 있는 것으로서 NOx 방출 제어를 행하지 않는 것으로 해도 좋다. 또한, 자연 가속시의 리치 정도에 따라서 NOx 방출 제어의 실시 필요 여부를 판단하여도 좋다.
즉, NOx 방출 제어시의 목표 공연비를 공연비의 상한치(린측의 한계치)로 하고, 자연 가속시의 리치 정도가 작은 경우, 예를 들면, 자연 가속시의 목표 공연비가 NOx 방출 제어시의 목표 공연비로부터 린측의 설정이었던 경우는, NOx 방출 제어시의 목표 공연비로부터 린측이 되지 않도록 NOx 방출 제어에 의한 리치화를 행하고, 가속 정도가 클 때 등 이미 충분히 리치로 되어 있는 경우, 예를 들면, 자연 가속시의 목표 공연비가 NOx 방출 제어시의 목표 공연비로부터 리치측이던 경우는, 굳이 NOx 방출 제어에 의한 리치화는 실시하지 않는 것으로 해도 가능하다. 또한, 자연 가속에 의해 린으로부터 화학량론으로 전환하는 경우는, 리치화 및 팽창 행정 분사만 행하고, 화학량론(슬라이트 리치)화 부분은 생략하여도 된다. 여기서는, 이러한 자연 가속에 의한 공연비의 전환에 NOx 방출 제어를 조합한 방법도 포함하여 자연 NOx 퍼지라고 칭한다.
이와 같이 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서는, NOx 센서(27)가 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 대기 중으로 방출될 수 있는 NOx 농도를 검출하고, 상기 NOx 센서(27)의 출력에 기초하여 대기 중으로 방출될 수 있는 총 NOx 배출량(A)을 연산하고, 주행 거리(C)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 규제에 의해 정해진 NOx 배출 판정량에 대응한 NOx 배출 판정량(A0)을 초과하였을 때에는, 배기 공연비를 리치 공연비로 변경하므로써 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 효율이 양호하게 NOx를 방출 환원시키고, 그 후, 이론 공연비로 변경하므로써 촉매의 3원 기능에 의해 NOx가 환원 정화되도록 하고 있다.
따라서, 소정 기간의 NOx 배출량을 직접 관리하므로써 정밀도 양호하게 소정의 값으로 억제할 수 있음과 동시에, 각각의 짧은 린 운전 구간마다 NOx 배출량을 판정하여 NOx 퍼지(강제 NOx 퍼지)를 개시하는 종래의 기술을 사용한 경우와 같이, 여러가지의 운전을 상정하여 미리 판정치에 큰 여유를 갖게 하여 놓을 필요가 없으며, NOx 퍼지 빈도가 증가하는 일도 없으므로, NOx 퍼지에 의한 연비의 악화, 즉, CO₂배출량의 증대가 대단히 적다. 또한, 자연 NOx 퍼지의 빈도는 도로 상황 또는 운전자의 운전 특성 등 여러가지 요인에 의해 달라지지만, 본 발명은, 강제 NOx 퍼지는 원래 린 운전의 영역에서 리치 또는 화학량론 운전으로 하기 위해서, 연비 악화가 크기 때문에 적극적으로 사용하지 않도록 하여, 연비 악화가 없고, 또는 대단히 작은 자연 NOx 퍼지의 기회를 적극적으로 이용하여 NOx 퍼지하고자 하는 것이다. 그러므로, 상술의 강제 NOx 퍼지와 조합하지 않은 실시예에 있어서는, 소정 주행 기간의 최초 동안 운전자의 가속 운전 등에 의한 자연 NOx 퍼지가 행하여지는 것을 기다려, 소정 주행 기간의 종료가 가까운, 자연 NOx 퍼지에서만 총 NOx 배출량이 판정치를 상회하는 경우에만 NOx 방출 제어 및 NOx 억제 제어를 행하기 때문에, NOx 퍼지에 의한 연비의 악화, 즉, CO₂배출량의 증대가 없고, 또는 대단히 적다. 강제 NOx 퍼지와 조합한 실시예에 있어서도 강제 NOx 퍼지는 적극적으로 행하지 않도록 하고 있으므로, 마찬가지로 NOx 퍼지에 의한 연비의 악화, 즉, CO₂배출량의 증대가 적다.
또한, 흡장형 NOx 촉매(25)의 종류에 의해서, NOx 흡장 능력이 우수한 경우에는, NOx 방출 제어는 행하지 않고 NOx 억제 제어만으로서도 가능하다. 즉, 강제 NOx 퍼지, 자연 가속에 맞춘 NOx 방출 제어를 포함하여 NOx 방출 제어는 행하지 않고, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)에 달하였을 때에, NOx 억제 제어만 행하도록 한다. 이것은 NOx 흡장 능력이 우수한 경우에는, 운전자가 의도한 자연스러운 가속에 의한 리치화 또는 화학량론화에서만 충분히 NOx는 퍼지할 수 있다고 생각되기 때문이고, 퍼지할 수 없는 경우가 있다고 해도, NOx 억제 제어에 의해서 촉매의 3원 기능으로 NOx를 정화 환원한다. 이렇게 함에 따라, 더욱, 연비의 악화, 즉, CO2배출량의 증대를 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는, 소정 주행 거리(CO)당 총 NOx 배출량(A)을 판정함으로써, 연비의 악화를 억제함과 동시에, 소정 기간의 NOx 배출량을 소정의 값으로 억제할 수 있어, NOx 배출 규제를 양호하게 달성할 수 있으며, 동시에, CO₂배출량을 억제할 수 있다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치는, 각 시점에서의 NOx 배출 상황(총 NOx 배출량(A))에 따라서 린 운전 영역을 변경하므로써, 소정 주행 기간 주행시의 총 NOx 배출량이 소정치 이하가 되도록 제어하여 연비 저감과 NOx 배출량 저감을 양립하며, 특히 차량의 가속시의 모두 또는 일부에 있어서도 린 운전한 경우일지라도, 소정 주행 기간에서의 총 NOx 배출량을 확실히 소정치 이하로 억제할 수 있는 것이다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 스텝(P1)에서 도시하지 않은 주행 거리 카운터가 리셋되고 나서의 주행 거리(C)를 연산하고, 스텝(P2)에서는, 리셋되고 나서NOx 센서(27)가 활성하기까지의 시간에 배출된 NOx 량을 포함하는 총 NOx 배출량(A)을 연산한다. 상기 총 NOx 배출량(A)의 연산 방법은, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지이다.
스텝(P3)에서는, 구한 주행 거리(C)와 총 NOx 배출량(A)에 의해 린 존 선택 맵에 기초하여 린 영역 상한 출력을 설정한다. 상기 린 존 선택 맵은, 예를 들면, 도 8에 도시한 바와 같이, 횡축을 주행 거리(C)로서 세로축을 총 NOx 배출량(A)으로 한 영역을 복수로 구획한 것이고, 원점(주행 거리 C=0, 총 NOx 배출량 A= 0)과 소정 주행 거리(CO)일 때에 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 판정량(A0)에 달한 점을 연결한 선의 아래 쪽 영역을 PAl=A 영역(현시점에서의 주행 거리(C)와 총 NOx 배출량(A)이 PA1=A 영역에 있으면, 현재의 NOx 배출량의 페이스에서 주행을 계속하여 가면, 소정 주행 거리(CO)에 달한 시점에서 NOx 배출 판정량(A0) 이하가 되는 것으로 예측할 수 있다)로 하고, 이것과 평행인 복수의 선에 의해서 구획하며, 또한, NOx 배출 판정량(A0)보다 아래 쪽의 영역을 각각 PAl= B, C, D 영역으로 하고, 총 NOx 배출량 A= NOx 배출 판전량(A0)일 때를 PAl= E 영역으로 하고 있다.
따라서, 스텝(P3)에서는, 현시점의 주행 거리(C)와 총 NOx 배출량(A)의 교점이 린 존 선택 맵의 어떤 영역에 있는가로 린 영역 상한 출력을 설정한다. 그리고, 스텝(P4)에서는, 차량의 요구 출력(PSR)을 하기 수학식(4)에 의해서 연산한다. 또한, 계수(M)는 단위를 맞추기 위한 계수이다.
그리고, 스텝(P5)에서, 요구 출력(PSR)이 린 존 선택 맵에 의해 구한 린 영역 상한 출력(PS1)보다도 큰지의 여부를 린 맵에 의해 판정한다. 상기 린 존 맵은, 도 9에 도시한 바와 같이, 횡축을 엔진 회전 속도(Ne)로서 세로축을 목표 평균 유효압(Pe)으로 한 영역을 엔진 출력이 같아지는 점을 연결한 복수의 등 출력선으로 구획한 것이고, 각 선의 안쪽이 린 운전 영역이고, 외측이 W/O 린(화학량론 또는 리치)운전 영역이다.
상기 린 존 맵에서, 초기 린 존을 나타내는 경계(A)는 연비면은 그다지 걱정하지 않고 연소면 등으로부터 최대한 린 운전 영역을 넓게 할 수 있도록 설정하고 있다. 그렇게 함으로써, 고 부하역도 린 운전역이 되고, 가속시 등도 린 운전이 가능하게 된다. 실제의 운전에 있어서는, 정상 운전(통상, 린 운전)은 적고, 과도 운전(가속 운전 또는 감속 운전, 통상, 가속 운전에서는 화학량론 또는 리치 운전)의 빈도가 높기 때문에, 결과로서 린 빈도가 향상하여 연비를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 액셀러레이터 밟기 변화 속도가 빠른 것으로 인해 가속으로 판정한 경우의 모두 또는 일부에서도 린 운전을 행하는 경우에는, 통상이 일반적인 운전의 범위에 있어서는 모든 린 운전도 가능하게 되어, 연비를 크게 향상시키는 것이 가능하게 된다. 한편, 린 존 맵에서 경계(D)는 예를 들면, 촉매가 열화하여 NOx 배출량이 증가하여 린 운전 존을 좁게 하지 않아서는 안되는 경우라도, 최저에서도, 예를 들면, 차속 60km/h는 린 운전하고 싶은 경우는, 상기 차속 60 kmn/h 정상 주행에 필요한 출력점을 지나는 선으로 한다.
따라서, 스텝(P3)에서 설정된 린 영역 출력이 PS1=A로 하면, 도 9에 도시한 린 존 맵에서, 경계(A)의 안쪽이 린 운전 영역으로, 외측이 비 린(W/O 린) 운전 영역이 되고, 스텝(P5)에서는, 구한 요구 출력(PSR)이 어느쪽의 영역에 있는지의 여부를 판정하고 있다.
상기 스텝(P5)에서, 요구 출력(PSR)이 린 운전 영역에 있으면, 스텝(S6)으로 이행하여 린 운전을 계속하지만, 요구 출력(PSR)이 비 린 운전 영역에 있으면, 스텝(S7)으로 이행하여 린 운전을 금지하고, NOx 방출 제어를 실행하고, 그 후, NOx 억제 제어를 실행한다. 이 경우, NOx 방출 제어는 촉매의 특성에 맞추어, 배기 공연비의 리치화, 화학량론화, 팽창 행정 분사 중 어느 하나를 선택하여 행하여도 좋다. 또한, 스텝(P3)에서 설정된 린 상한 출력이 PS1= E이었던 경우에는, 더 이상 NOx를 배출하는 것은 전혀 가능하지 않으므로, 린 존 맵에서는 영역(E), 즉, 요구 출력(PSR)이 얼마일지라도 린 운전 금지가 된다.
또한, 도 8에 도시한 린 존 선택 맵 및 도 9에 도시한 린 존 맵에서, 영역의 구획수는 A 내지 E에 한정되는 것이 아니고, 이것보다 많게 하여도 된다. 또한, 도 9에 도시한 린 존 맵에서, 영역을 엔진 등 출력선으로 구획하였지만, 등 엔진 아웃 NOx 배출량선 등, 테일 파이프 NOx 배출량선 등이어도 가능하다.
이와 같이 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서는, NOx 센서(27)가 흡장형 NOx 촉매(25)로부터 대기 중으로 방출될 수 있는 NOx 농도를 검출하고, 상기 NOx 센서(27)의 출력에 기초하여 대기 중으로 방출될 수 있는 총 NOx 배출량(A)을 연산하고, 주행 거리(CO)가 소정 주행 거리(CO)에 도달하기 전에, 총 NOx 배출량(A)이 NOx 배출 규제에 의해 정해진 NOx 배출 판정량에 대응한 NOx 배출 판정량(A0)을 초과할 것으로 예측될 때에는, 린 공연비에서의 운전 영역을 감소하도록 하고 있다.
따라서, 각 시점에서 흡장형 NOx 촉매(25)의 정화 능력 상황에 기초한 NOx 배출 상황에 따라서 린 공연비에서의 운전 영역을 확대하거나 감소하거나 함으로써, 소정 기간의 총 NOx 배출량을 소정의 값으로 억제할 수 있음과 동시에, 차량 가속시의 모두 또는 일부에 있어서도 린 운전을 가능하게 하여 린 운전 빈도를 크게하더라도 소정 기간의 총 NOx 배출량(A)을 소정의 값으로 억제할 수 있으므로, 연비를 크게 향상할 수 있다.
또한, 상술의 실시예에서는, 총 NOx 배출량(A)을 판정하기 위한 NOx 배출 판정량(A0)을 일정하게 하였지만, 예를 들면, NOx 배출 규제의 규제치가 차속에 의해서 나누어져 있던 경우 등에는, NOx 배출 판정량(A0)을 차속에 의해서 설정하고, 소정 기간의 평균 차속의 변화에 따라서 원활하게 변경하는 것으로 하여, 예를 들면, 맵으로 설정하여도 좋다. 예를 들면, 저차속에서의 판정치(C1)(g/km)와 고차속에서의 판정치(C2)(g/km)를 설정하고, 그 동안을 직선 보간에 의해서 구하여도 된다. 또한, 이 경우, C1<C2이다.
또한, NOx 배출 판정량(A0)을 차속에 의해서 설정한 경우, NOx 배출량(A0)(g)을 평균 차속으로부터가 아니라, 하기 수학식(5)과 같이, 그때마다의 차속에 대한 판정치의 적산에 기초하여 구하여도 된다.
여기서, H는 순간의 차속(V)에 대하여 맵으로부터 구한 판정치(g/km)이고, d t는 계산 주기이다.
또한, 총 NOx 배출량(A)을 판정하기 위한 소정 주행 거리(CO)는, 세계각국의 NOx 배출 규제로서 주로 사용되는 관리 단위인 1km, 또는 그것보다 짧게 하거나 하여도 좋고, 짧을 수록 NOx 배출량의 판정 정밀도를 향상하는 것이 가능하다. 또는, 소정 주행 거리(CO)를, 예를 들면, 4km로 하고, 이것보다 작은 값, 예를 들면, 1km씩 어긋나게 하여 4패턴의 총 NOx 배출량(A)의 연산을 행하고, 각 패턴마다의 총 NOx 배출량(A)의 판정을 행하도록 하므로써, NOx 배출량의 판정 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 여유율(α)로서 NOx 배출 허용량에 곱하여 NOx 배출 판정량(A0)을 구하였지만, 차로서 NOx 배출 허용량으로부터 여유율(α) 감산하여 NOx 배출 판정량(A0)을 구하여도 좋으며, 또한, 린 운전 이외의 운전 비율에 따라서 변경하여도 좋다. 또한, NOx 센서(27)의 열화에 의한 경시적 변화를 고려하여 토탈 주행 거리에 따라서 여유율(α)을 변경하여도 좋다. 그리고, 린 운전 이외의 운전시의 NOx 배출량에 의한 영향분(α1)과 NOx 센서(27)의 검출 정밀도에 의한 영향분(α2)으로 나누어, NOx 배출 허용량에 여유율(α1과 α2)을 승산 또는 감산하여 NOx 배출 판정량(A0)을 구하여도 된다.
또한, NOx 센서(27)의 열화에 의한 경시 변화를 고려하여 NOx 센서 출력을 보정하여 총 NOx 배출량의 연산에 사용하여도 된다.
또한, 최장 린 운전 계속 시간(D2), 가속 발생 한계 시간(D1), NOx 퍼지 계수(E1) 등을 흡장형 NOx 촉매(25)의 능력에 따라서 결정하는 것이 가능하며, 흡장형 NOx 촉매(25)의 열화에 따라서 결정하여도 된다. 상기 흡장형 NOx 촉매(25)의 열화 판정 방법으로서는, 린 빈도의 저하(NOx 센서를 사용하여 린 운전과 그 이외의 운전의 전환을 판정한 경우), 토탈 주행 거리, NOx 센서(27)의 출력치, 흡장형 NOx 촉매(25)의 상류에 배치한 NOx 센서와 하류의 NOx 센서(27)의 출력차, 새롭게 흡장형 NOx 촉매(25)의 하류 또는 상류에 설치하거나 리니어 A/F 센서 또는 O2 센서의 NOx 방출 제어 중의 거동 변화 등으로부터 구하면 된다. 또한, 최장 린 운전 계속 시간(D2), 가속 발생 한계 시간(P1)은 각 운전자의 특성을 주행 중에 학습하여 결정하여도 좋다.
단지, 최장 린 운전 계속 시간(D2), 가속 발생 한계 시간(D1)을, 예를 들면, 5 내지 10초 정도로 지나치게 작게 하면, 강제 NOx 퍼지의 빈도가 증가하며, 그에 따라 연비가 악화한다. 특히, 강제 NOx 퍼지에 있어서의 공연비의 전환시에 공연비의 테일링(tailing)을 행하는 경우, NOx 방출에는 그다지 기여하지 않는 공연비 전환에 따르는 공연비 테일링 시간의 누적 시간이 증가하여 전체의 연비가 악화함과 동시에, 전환 쇼크에 의해 운전성이 악화하기 때문에, 최장 린 운전 계속 시간(D2)은 20 내지 30초 정도를 하한치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 강제 NOx 퍼지의 개시 또는 완료를, NOx 센서의 출력을 사용하여 판정하도록 하여도 좋다. 또한, NOx 센서를 흡장형 NOx 촉매(25)의 상류에도 배치하여, 상류의 NOx 센서와 하류의 NOx 센서(27)의 출력차로부터 촉매 정화 효율의 악화를 판정하여 린 운전을 정지하고, 강제 NOx 퍼지를 행하여도 된다. 또한, 화학량론 및 리치 운전 중의 NOx 농도도 NOx 센서 출력으로부터 구하도록 하여, 총 NOx 배출 판정량(A)의 연산에 더하여도 좋고, NOx 방출 제어의 종료 시점의 판정에 사용하여도 좋다. 또한, NOx 센서(27)를 3원 촉매(26)의 하류측으로 하였지만, 흡장형 NOx 촉매(25)와 3원 촉매(26)의 사이일지라도 가능하며, 이로써 흡장형 NOx 촉매(25)의 배출 거동을 응답성 양호하게 측정할 수 있다. 이 경우, 총 NOx 배출량의 연산은 NOx 센서의 출력에 NOx 센서 하류의 3원 촉매(26)의 정화 효율을 고려하여 행한다. 또한, NOx 센서의 NOx 농도 출력 대신에, NOx 센서로부터의 리니어 A/F 출력을 사용하여 제어하도록 하여도 좋으며, NOx 센서 대신에, 리니어 A/F 센서, 또는 02센서, 예를 들면, 표층에 촉매를 첨부한 촉매 첨부 O2센서의 출력을 사용하여 제어하도록 하여도 좋다.
또한, NOx 방출 제어를 행할 때의 리치 운전, 팽창 행정 분사, 화학량론(슬라이트 리치) 운전에 관해서, 각각의 시간, 공연비 등의 각 파라미터는, 직전의 린 운전 시간, 또는 직전의 린 운전 기간 중의 NOx 배출량에 기초하여 설정하도록 하여도 좋다. 또한, 여기서는 NOx를 확실히 방출하기 위한 최적의 NOx 방출 방법으로서, NOx 방출 제어를 리치 운전, 팽창 행정 분사, 화학량론(슬라이트 리치) 운전의 조합으로 행하고 있지만, 최적의 NOx 방출 방법은 흡장형 NOx 촉매의 방출 특성에 따라서 변하는 것으로, 각각의 시간, 공연비 등의 각 파라미터는 흡장형 NOx 촉매의 종류, 또한 3원 촉매와의 조합 방법에 따라서 결정되어진다. 그러므로, 촉매의 종류, 조합 방법에 따라서는 팽창 행정 분사를 없는 것으로 하여도 좋고, 화학량론(슬라이트 리치)기간을 없는 것으로 하여도 좋으며, 리치 기간을 없는 것으로 하여도 좋다. 또한, 리치 기간 및 팽창 행정 분사를 모두 없게 하여 화학량론(슬라이트 리치) 기간만으로 하여도 좋고, 팽창 행정 분사 및 화학량론(슬라이트 리치) 기간을 모두 없게 하여 리치 기간만으로 하여도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, NOx 센서(27)를 사용하여 NOx 배출량 제어를 행하고 있지만, NOx 센서(27)를 사용하지 않고 하기 수학식(6)에 의해서 총 NOx 배출 판정량(A)을 연산하여, NOx 배출량 제어를 행할 수 있다.
상기 NOx 배출치(g/s)는 대기 중으로 방출될 수 있는 NOx 치로서 엔진(11)의 부하·회전수 맵 또는 차속 맵에 의해서 미리 실험적으로 구한 값이 설정되어 있다. 이 경우, NOx 센서(27)를 사용하지 않기 때문에, 비용면에서 유리하게 된다.
또한, NOx 배출치는 촉매의 정화 효율에 따라서 다르지만, 특히 흡장형 NOx 촉매(25)가 연료 중의 S분, 즉, 유황(sulfa)에 의해서 피독하면 정화 효율은 현저히 저하한다. 그 한편으로, S 피독에 의해 정화 효율이 저하한 촉매를 고온(예를 들면, 550℃ 이상)에서 또한 리치로서 하면 촉매에 축적된 S 분이 방출되어 촉매는 재생하여 정화 효율이 부활한다(S 재생). 따라서, NOx 센서(27)를 사용하지 않고총 NOx 배출량(A)을 구했을 때, 하기 수학식(7)과 같이, 어느 정도 촉매에 S 분이 축적되어 정화 효율이 저하하고 있거나 즉, 어느 정도 S 재생하고 있느냐를 고려하도록 하여도 된다.
여기서, NOx0는 S 재생되어 있지 않은 경우, 즉, S가 포화 상태에까지 축적되어 정화 효율이 저하하고 있을 때의 대기 중으로 방출될 수 있는 NOx 배출치(g/s)이다. 이것은 미리 실험적으로 구한 값을 부하·회전수 맵 또는 차속 맵으로서 설정하면 된다. 한편, NOx1은 S 재생 종료의 경우, 즉, S 재생 직후의 S가 축적되어 있을 때의 대기 중으로 방출될 수 있는 NOx 배출치(g/s)이고, NOx0와 마찬가지로, 부하·회전수 맵 또는 차속 맵으로 하면 된다. K는 공연비에 관한 파라미터이고, 여기서는 린 운전 시에만 NOx 배출치를 적산하는 것으로 하여, 린 운전시는 1로 하고, 린 운전시 이외일 때는 0으로 한다. TR은 S 재생이 어느 정도 행하여져 있는가의 S 재생 정도를 나타내는 것으로, 소정 주행 거리(Cs)(예를 들면, 500 내지 1000 km가 적당한 값)를 주행하는 동안에 흡장형 NOx 촉매(25)에 축적된 S 분을 방출하기 위해서, 흡장형 NOx 촉매(25)의 온도가 소정 온도(예를 들면, 700℃) 상당하게 되는 시간(S 재생 시간)이 소정 시간(Ts)(예를 들면, 3 내지 10분이 적당한 값) 필요로 하면, 그것에 대한 실제의 주행 거리와 S 재생 시간의 비로서, 하기 수학식(8)으로서 계산한다. S 재생 시간을 구할 때, S 재생하는 속도는 흡장형 NOx 촉매(25)의 온도에 따라서 다르고, 온도가 높을 수록 S 재생하는 속도는 지수 함수적으로 증가하므로, 각각의 촉매 온도에서의 S 재생 속도의 차이를 고려하여 적당한 촉매 온도(예를 들면, 700℃)에서의 S 재생 시간으로 환산하여 구하면 된다. 상기 TR에 의해서 S 재생 정도를 판단하여, NOx 배출치의 2개의 맵 NOx0(S 재생 없음)과 NOx1(S 재생 있음)로부터 총 NOx 배출량(A)을 구하도록 하고 있다.
또한, 흡장형 NOx 촉매의 정화 효율은 S 피독 이 외에 열 열화 등에 의해서도 저하되므로, S 피독 이외에 의한 정화 효율 저하 정도를 대표하는 것으로 하여 토탈의 주행 거리의 영향도 포함하도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 실시예에서는, 총 NOx 배출량(A)을 연산하는 사이클로서 소정기간을 소정 주행 거리로 하고, 소정 주행 거리마다의 NOx 배출량 제어로 하고 있지만, 예를 들면, 단위를 시간으로 하여 소정 시간마다 제어로 하여도 좋다. 즉, 예를 들면, NOx 배출 규제의 관리 단위가 소정 시간으로 되어 있는 경우에는, 총 NOx 배출량(A)을 연산하는 사이클을 소정 시간마다로 하여 NOx 배출량 제어를 행하면 된다.
그리고, 상술한 실시예에서는, 흡장형 NOx 촉매를 갖는 배기 정화 촉매 장치에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 차량의 주행 기간에 도달하기 전에 총 NOx 배출량(A)이 소정치를 넘지 않도록 배기 공연비를 변경하는 것을 특징으로 하는 것이며, 촉매의 종류나 배치에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 근접 3원 촉매가 배기 매니폴드식의 경우이어도 가능하며, 근접 3원 촉매가 없는 경우일지라도 가능하다. 또한, 본 실시예에서는, 배기 정화 촉매 장치에 흡장형 NOx 촉매를 사용하고 있지만, 상술한 바와 같이, 촉매에 흡착한 NOx를 직접 환원하는 흡착 형태의 NOx 촉매를 사용하여도 좋다. 또한, 배기 공연비가 린 공연비로 HC 존재하에, 배기 가스 중의 NOx를 정화할 수 있는 선택 환원형 NOx 촉매를 사용하여도 되지만, 이 경우, NOx 방출 제어는 행하지 않는다. 또한, 린 운전이 가능한 엔진이면, 엔진 형식에는 한정되지 않으며, 흡기관 분사형의 린 번 엔진이어도 좋고, 디젤 엔진이어도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치는, 모든 운전 조건에 있어서 확실히 소정의 NOx 배출량으로 억제하여 NOx 배출량 저감과 CO2 배출량의 저감을 양립하며, 배기 통로에 흡장형 NOx 촉매를 갖는 린 번 엔진에 사용하기 적합하다.

Claims (11)

  1. 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 배기 공연비가 린(lean) 공연비일 때 배기 가스 중의 NOx를 정화 또는 흡장하는 NOx 저감 기능과, 배기 공연비가 이론 공연비 또는 리치(rich) 공연비일 때 배기 가스 중의 유해 물질을 환원하는 환원 기능을 갖는 배기 정화 촉매 장치와, 대기 중으로 방출되는 NOx 농도를 검출 또는 추정하는 NOx 검지 수단과, 상기 NOx 검지 수단의 출력에 기초하여 차량의 주행 기간 계측 이후의 대기 중으로 방출되는 NOx 배출량을 수시 적산하여 총 NOx 배출량을 연산하여 차량이 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 소정치를 초과하는 것이 검출 또는 예측되는 경우 린 공연비에서의 운전을 중지 또는 억제하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과한 것이 검출된 경우, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과한 것을 검출하여 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경한 후, 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기까지는 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 유지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하기 전에 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과할 것으로 예측되는 경우, 린 공연비에서의 운전 영역을 감소시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 소정 주행 기간의 도중 경과 시점에서의 상기 총 NOx 배출량에 기초하여 린 공연비에서의 운전 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하면, 상기 총 NOx 배출량의 연산 및 상기 소정 주행 기간의 계측을 리셋하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 차량이 상기 소정 주행 기간에 도달하여도, 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과하지 않은 경우는, 상기 총 NOx 배출량이 상기 소정치를 초과하고 나서 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하고, 그 후에 상기 총 NOx 배출량의 연산 및 상기 소정 주행 기간의 계측을 리셋하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 린 공연비에서의 운전 계속 시간이 소정의 한계 시간을 초과하는 경우, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 린 공연비에서의 운전 계속 시간이 소정의 한계 시간 이상이며, 또한, 그 사이에 상기 총 NOx 배출량 또는 평균 NOx 농도 또는 순간 NOx 농도가 소정치 이상인 경우, 배기 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 총 NOx 배출량에 대한 상기 소정값을 차속에 따라서 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 운전자의 가속 조작에 맞추어 이론 공연비 또는 리치 공연비로 변경함과 함께, 공연비 변경 초기에 팽창 행정 이후에서의 실린더 내로의 연료 분사를 병용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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