KR100627594B1 - 내연기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 내연기관의 시동시에는(S10, S12, S14), 배기 유동을 억제(배기압을 상승)하고(S18) 또한 2차 에어를 공급하는 동시에(S20), 연소 공연비(A/F)를 리치(rich) 공연비의 범위로 설정한다(S16, S22).
내연기관, 배기 정화 장치, 배기 유동 제어수단, 2차 에어 공급수단, 연소 공연비, 리치 공연비, 공연비 제어수단

Description

내연기관의 배기 정화 장치{Exhaust emission control device of internal combustion engine}
본 발명은 내연기관의 배기 정화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 2차 에어 공급수단을 사용하여 내연기관으로부터의 유해 물질의 배출량을 저감하는 기술에 관한 것이다.
배기 중의 유해 물질(HC, C0, H2 등의 미연소물 외에, 스모크, NOx 등을 포함)을 저감시키는 것을 목적으로 하여 촉매상에서의 반응을 이용한 배기 정화 기술이 알려져 있고, 더욱이 배기 포트에 2차 에어를 공급함으로써 촉매의 조기 활성화를 행하는 2차 에어 기술이 알려져 있다.
그렇지만, 촉매 활성화까지 방출되는 유해 물질량은 콜드(저온) 모드에서의 전체 방출량의 90%에나 달하는 경우가 있어 중요한 문제가 되고 있다.
그래서, 예를 들면 일본 특개평3-117611호, 일본 특개평4-183921호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 저온 상태시에 배기압을 상승시켜서 촉매를 조기 활성화시키는 기술이 개발되어 있고, 예를 들면 일본 특개평8-158897호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 저온 상태시에 배기압을 상승시키는 동시에 2차 에어를 공급하여 촉매의 조기 활성화를 도모하는 기술이 개발되어 있다.
그리고, 출원인의 실험에 의하면, 이와 같이 2차 에어 기술을 배기압의 상승 기술과 조합함으로써, 배기 시스템 내에서의 반응이 촉진되어, 배기 가스의 정화 능력이 증강되고, 배기 정화 효율의 향상이 도모되는 것이 확인되었다.
그런데, 그후의 출원인의 조사에 의해, 저온 상태시에 있어서 2차 에어를 공급하고 또한 배기압을 상승시키는 경우, 내연기관의 연소 공연비를 배기압을 상승시키지 않는 경우의 통상의 연소 공연비로 한 채로 2차 에어의 공급과 배기압의 상승을 행하면, 배기 정화 성능이 저하된다는 문제가 있다는 것을 알 수 있었다.
더욱이, 통내 분사형 내연기관의 경우에는 저온 상태시에 있어서 연소 공연비가 리치(rich)(농후) 공연비로 되도록 흡기 행정에서 연료 분사를 행하면, 미연소 연료인 탄화수소(HC)를 많이 포함한 배기 가스가 배기 통로로 배출되고, 이 HC는 일반적으로 일산화탄소(C0)보다도 반응하기 어렵기 때문에, 2차 에어의 공급과 배기압의 상승을 행하여도 배기 정화 성능이 그다지 향상되지 않은 것도 알았다.
또한 한편으로, 2차 에어에 의한 배기 시스템 내에서의 반응을 충분히 촉진시키기 위해서는 배기압을 700mmHg(933hPa) 정도까지 상승시킬 필요가 있지만, 2차 에어의 공급용으로서 일반적으로 사용되는 에어 펌프는 토출압이 150mmHg(200hPa) 정도이기 때문에, 에어 펌프의 대폭적인 성능 향상이 요구되고, 에어 펌프를 대형화하면, 구동 소비전력의 증대와 아울러 비용 상승으로 연결된다는 문제도 있다.
이 경우, 2차 에어를 사용하지 않고, 예를 들면 일본 특개평5-231195호, 일본 특개평8-158897호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 배기압 상승과 흡배기 밸브의 오버랩 개방도의 변경에 의해 내부 EGR을 증량하는 것도 생각할 수 있지만, 배기압의 상승 기술과 내부 EGR의 증량만으로는 배기 시스템 내에서의 반응을 충분히 촉진할 수 없고, 배기 정화 효율의 향상 및 촉매의 조기 활성화를 충분히 도모하는 것은 어렵다.
본 발명의 목적은 배기압을 상승시킨 경우에도 저가인 구성으로 하여 확실히 2차 에어를 배기 시스템 내에 공급할 수 있고, 내연기관의 시동시에 있어서 배기 시스템 내에서의 반응을 충분히 촉진시켜 배기 정화 효율의 향상을 실현할 수 있는 내연기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 내연기관의 시동시에 유해 물질의 배출량의 저감 효과를 높이도록 배기 유동을 억제하는 배기 유동 제어수단과, 상기 내연기관의 시동시에 상기 내연기관의 배기 시스템에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단과, 상기 내연기관의 시동시에 상기 내연기관의 연소 공연비를 리치(rich) 공연비로 하는 공연비 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 내연기관의 시동시에, 2차 에어를 공급하고 또한 배기 유동을 억제한(배기압을 상승시킨) 경우에 있어서, 연소 공연비(2차 에어 공급 전의 공연비)를 리치 공연비의 범위로 설정함으로써, 배기 시스템(연소실, 배기 포트, 배기 매니폴드, 배기관을 포함) 내에서의 반응을 촉진시켜서, 배기 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 공연비 제어수단은 상기 내연기관의 연소 공연비가 연소 한계 공연비 이상 13 이하로 되도록 연소 공연비를 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 내연기관의 시동시에, 2차 에어를 공급하며 또한 배기 유동을 억제(배기압을 상승)시킨 경우에 있어서, 연소 공연비(2차 에어 공급 전의 공연비)를 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 비교적 농후한 리치 공연비의 범위로 설정함으로써, 배기 정화 성능의 최적화를 도모할 수 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 2차 에어 공급 전의 연소 공연비(연소 A/F)와 HC 배출량의 관계가 내연기관의 시동 후 10초간에 걸친 측정 결과로서 배기압마다 도시되어 있고, 도면 중에서 이점쇄선이 배기압 0mmHg(0hPa)의 경우를, 일점쇄선이 배기압 300mmHg(400hPa)의 경우를, 파선이 배기압 500mmHg(667hPa)의 경우를, 실선이 배기압 700mmHg(933hPa)의 경우를 각각 도시하고 있지만, 이와 같이 배기압이 상승하면, 특히 연소 공연비가 값 13 이하의 리치 공연비 범위에 있어서 HC 배출량이 전반적으로 저하한다.
이러한 현상이 일어나는 것은 배기압의 증대에 의해서 배기 밀도가 높아지는 동시에, 연소 공연비를 리치화할수록 연소실로부터 배출되는 미연소물의 양이 증가하여, 배기 시스템(연소실, 배기 포트, 배기 매니폴드, 배기관을 포함) 내에서의 반응 확률이 증대되는 동시에, 배기 포트로부터 연소실 내로 배기가 역류하여, 연소실 내의 가스가 교반됨으로써 미연소 HC 등의 산화 반응이 촉진되기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 2차 에어 공급수단은 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비가 린(lean) 공연비로 되도록 2차 에어를 공급하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 연소 공연비를 리치 공연비로 하며 또한 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비가 린 공연비로 되도록 2차 에어를 공급함으로써, 배기 시스템 내에서의 반응을 한층 더 촉진시키고, 배기 정화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 2차 에어 공급수단은 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비가 18 이상 22 이하의 범위로 되도록 2차 에어를 공급하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 연소 공연비를 리치 공연비로 하며 또한 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비가 18 이상 22 이하의 범위로 되도록 2차 에어를 공급함으로써, 배기 정화 성능의 최적화를 한층 더 도모할 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 배기압 700mmHg(933hPa) 하에서, 배기 시스템에 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비(배기 A/F)와 HC 배출량과의 관계가 내연기관의 시동 후 50초간에 걸친 실험 결과로서 도시되어 있지만, 이와 같이 배기압을 상승시켰을 때에는 HC 배출량은 배기 공연비가 값 20 부근일 때 최소가 되고, 그 근방의 값 18 내지 22의 범위에서 특히 낮게 억제된다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 내연기관은 다기통 내연기관이고, 상기 2차 에어 공급수단은 일부의 기통에 있어서 연료 공급을 정지하거나 또는 린 공연비 운전을 행함으로써 2차 에어를 공급하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 일부 기통에 있어서 연료 공급을 정지하거나 또는 린 공연비 운전을 행함으로써 2차 에어를 공급하면, 일부 기통으로부터는 산소가 다량으로 배출되는 한편, 다른 기통으로부터는 리치 공연비 하에 미연소물이 다량으로 배출되며, 배기압을 상승시킨 경우에 있어서 이들 미연소물과 산소가 배기 시스템 내에서 양호하게 반응하게 되어, 용이하게 배기 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 내연기관은 다기통 내연기관이고, 상기 다기통 내연기관의 기통을 2개의 기통군으로 나누고, 각각의 기통군마다 독립적으로 설치된 2개의 배기 통로와, 이들 2개의 배기 통로를 연통하는 연통로를 구비하고, 상기 2차 에어 공급수단은 상기 2개의 기통군 중 어느 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기 중의 산소량을 증대시키는 배출 산소량 증대수단을 구비하고, 해당 배출 산소량 증대수단에 의해 상기 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기 중의 산소량이 증대될 때, 상기 배기 유동 제어수단에 의해 상기 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기의 유동 억제 정도가 다른쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기의 유동 억제 정도보다도 커지도록 배기 유동을 억제함으로써 2차 에어를 공급하는 것을 특징으로 한다.
즉, 배출 산소량 증대수단에 의해 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기 중의 산소량을 증대시키고(예를 들면, 린 공연비 운전을 행함), 또한 해당 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기의 유동 억제 정도(배기압의 상승 정도)가 다른쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기의 유동 억제 정도보다도 커지도록 배기 유동을 억제함으로써, 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 산소량이 많은 배기의 배기압이 다른쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기의 배기압보다도 높아지고, 이 압력차에 의해서, 산소량이 많은 배기가 한쪽의 기통군의 배기 통로로부터 연통로를 통해서 다른쪽의 기통군의 배기 통로에 2차 에어로서 공급된다.
이것에 의해, 배기 유동을 억제하여 배기압을 상승시킨 경우에 있어서, 용량이 큰 2차 에어 펌프를 장비하지 않고 2차 에어를 공급하여 배기 시스템 내의 반응을 확실히 촉진시킬 수 있고, 간단한 구성으로 하여 비용 상승없이 배기 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 내연기관은 다기통 내연기관이고, 상기 다기통 내연기관의 기통을 2개의 기통군으로 나누고, 각각의 기통군마다 독립적으로 설치된 2개의 배기 통로와, 이들 2개의 배기 통로를 연통하는 연통로를 구비하고, 상기 2차 에어 공급수단은 상기 2개의 기통군 중 어느 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기 중의 산소량을 증대시키는 배출 산소량 증대수단과, 상기 연통로에 설치되어 상기 한쪽의 기통군의 배기 통로로부터 다른쪽의 기통군의 배기 통로로 배기의 압송을 행하는 에어 펌프를 구비한 것을 특징으로 한다.
즉, 배기 유동 제어수단에 의해 배기 유동을 억제하는(배기압을 상승시킴) 동시에 배출 산소량 증대수단에 의해 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 배기 중의 산소량을 증대시키며, 또한 에어 펌프를 작동시킴으로써, 배기 유동의 억제에 의한 배기압의 상승에 관계없이, 산소량이 많은 배기가 한쪽의 기통군의 배기 통로로부터 연통로를 통해서 다른쪽의 기통군의 배기 통로에 2차 에어로서 공급된다.
이것에 의해, 배기 유동을 억제하여 배기압을 상승시킨 경우에 있어서, 용량이 큰 2차 에어 펌프를 장비하지 않고 소용량의 에어 펌프를 사용하여 2차 에어를 공급하여 배기 시스템 내의 반응을 확실히 촉진시킬 수 있으며, 간단한 구성으로 하여 비용 상승없이 배기 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 상기 배출 산소량 증대수단은 상기 2개의 기통군 중 어느 한쪽의 기통군에 있어서 연료 공급을 정지하거나 또는 린(희박) 공연비 운전을 행하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 한쪽의 기통군에 대해서 연료 공급을 하지 않음으로써 또는 린 공연비 운전을 행함으로써, 용이하게 한쪽의 기통군으로부터 배출되는 산소량을 증대시키도록 할 수 있고, 배기 시스템 내에 확실하게 2차 에어를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배기 정화 장치에서는, 연소실 내에 직접 연료를 분사하는 분사 밸브와, 해당 분사 밸브에 의한 연료 분사를 제어하는 연료 분사 제어수단과, 연소 공연비를 제어하는 공연비 제어수단을 구비한 내연기관의 배기 정화 장치로서, 내연기관의 시동시에 유해 물질의 배출량의 저감 효과를 높이도록 배기 유동을 억제하는 배기 유동 제어수단과, 상기 내연기관의 시동시에 상기 내연기관의 배기 시스템에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단을 구비하고, 상기 2차 에어 공급수단에 의해 배기 시스템에 2차 에어가 공급될 때, 상기 연료 분사 제어수단은 연료를 내연기관의 압축 행정으로 분사하고, 상기 공연비 제어수단은 연소 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 설정하는 것을 특징으로 한다.
즉, 연소실 내에 직접 연료를 분사하는 통내 분사형 내연기관에서는 종래, 압축 행정 분사를 행하면 점화 플러그 근방에 연료를 분사하기 때문에 플러그 그을음이 발생하기 쉽다고 생각되었지만, 출원인이 실험한 바, 내연기관이 특히 저온 상태에 있을 때에 압축 행정 분사를 행하면, 분무 형태가 양호하여 점화 플러그의 그을음이 적고, CO가 많이 생성되는 것을 알 수 있고, 이 사실에 기초해서, 배기 통로 내에 2차 에어를 공급할 때에는 연소 공연비가 이론 공연비 또는 리치 공연비로 되도록 연료를 내연기관의 압축 행정으로 분사하여 CO를 생성하도록 한다.
이것에 의해, 내연기관의 시동시에, 2차 에어를 공급하며 또한 배기 유동을 억제한(배기압을 상승시킨) 경우에 있어서, 배기 가스 중에 CO를 많이 포함하도록 할 수 있고, 이 CO는 HC보다도 반응하기 쉽기 때문에, 배기 시스템 내에서의 반응을 양호하게 촉진시키도록 할 수 있으며, 배기 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 및 제 5 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 2는 배기 유동 제어 장치로서의 버터플라이 밸브를 도시하는 도면.
도 3은 제 1 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴을 도시하는 플로우차트.
도 4는 배기압을 소정 압력(예를 들면, 700mmHg = 933hPa)으로 하며 또한 연소 A/F를 값 10(실선), 값 12(파선)로 한 경우의 HC의 배출량(예를 들면, 촉매 출구)의 시간 변화를, 연소 A/F를 값 14(일점쇄선)로 한 경우와 비교하여 도시한 도면.
도 5는 2차 에어 공급 전의 연소 공연비와 HC 배출량과의 관계를 내연기관의 시동 후 10초간에 걸친 측정 결과로서 배기압마다 도시한 도면.
도 6은 배기압 700mmHg(933hPa) 하에서, 배기 시스템에 2차 에어를 공급한 후의 배기 공연비와 HC 배출량과의 관계를 내연기관의 시동 후 50초간에 걸친 실험 결과로서 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 8은 배기 매니폴드를 도시하는 도면.
도 9는 제 2 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴을 도시하는 플로우차트.
도 10은 본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 11은 제 3 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템의 구성을 도시하는 상세도.
도 12는 배기 유동 제어 장치로서의 2연식 버터플라이 밸브를 도시하는 도면.
도 13은 제 3 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴을 도시하는 플로우차트.
도 14는 제 3 실시예의 변형예 1에 따른 엔진의 배기 시스템의 구성을 도시하는 상세도.
도 15는 제 3 실시예의 변형예 2에 따른 엔진의 배기 시스템의 구성을 도시하는 상세도.
도 16은 제 4 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템의 구성을 도시하는 상세도.
도 17은 제 4 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴을 도시하는 플로우차트.
도 18은 제 5 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴을 도시하는 플로우차트.
도 19는 2차 에어를 공급하는 동시에 연료를 압축 행정으로 분사한 경우(실선)의 촉매 하류의 HC 농도와 배기 온도의 시간 변화를, 흡기 행정으로 분사한 경우(파선)와 비교하여 도시한 도면.
우선, 제 1 실시예에 대해서 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도가 도시되어 있고, 이하, 해당 배기 정화 장치의 구성을 설명한다.
내연기관인 엔진 본체(1; 이하, 단순히 엔진이라고 함)에서는 예를 들면, 연료 분사 모드를 전환하는 것으로 흡기 행정에서의 연료 분사(흡기 행정 분사)와 함께 압축 행정에서의 연료 분사(압축 행정 분사)를 실시할 수 있는 통내 분사형 불꽃 점화식 가솔린 엔진이 채용된다. 이러한 통내 분사형의 엔진(1)은 용이하게 하여 이론 공연비(스토이키오)에서의 운전이나 리치 공연비에서의 운전(리치 공연비 운전) 외에, 린 공연비에서의 운전(린 공연비 운전)이 실현 가능하다.
동일 도면에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 점화 플러그(4)와 함께 전자식 연료 분사 밸브(6)가 장착되어 있고, 이것에 의해, 연료를 연소실 내에 직접 분사 가능하다.
점화 플러그(4)에는 고전압을 출력하는 점화 코일(8)이 접속되어 있다. 또한, 연료 분사 밸브(6)에는 연료 파이프(7)를 통해서 연료 탱크를 갖는 연료 공급장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 더욱 자세하게는 연료 공급장치에는 저압 연료 펌프와 고압 연료 펌프가 설치되어 있고, 이것에 의해, 연료 탱크 내의 연료를 연료 분사 밸브(6)에 대하여 저연료압 또는 고연료압으로 공급하고, 해당 연료를 연료 분사 밸브(6)로부터 연소실 내를 향하여 원하는 연료압으로 분사 가능하다.
실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 대략 직립 방향으로 흡기 포트가 형성되어 있고, 각 흡기 포트와 연통하도록 하여 흡기 매니폴드(10)의 일단이 각각 접속되어 있다. 또한, 흡기 매니폴드(10)에는 흡입 공기량을 조절하는 전자식 스로틀(throttle) 밸브(14)가 설치되어 있다.
또한, 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 대략 수평 방향으로 배기 포트가 형성되어 있고, 각 배기 포트와 연통하도록 하여 배기 매니폴드(12)의 일단이 각각 접속되어 있다.
또한, 각 배기 포트에는 공기 통로(17)를 통해서 2차 에어 펌프(16; 2차 에어 공급수단)가 접속되어 있고, 해당 2차 에어 펌프(16)가 작동함으로써 각 배기 포트에 2차 에어를 공급할 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 통내 분사형의 엔진(1)은 이미 공지된 것이기 때문에, 그 구성의 상세함에 대해서는 설명을 생략한다.
배기 매니폴드(12)의 타단에는 배기관(20; 배기 통로)이 접속되어 있다.
그리고, 배기관(20)에는 배기 정화 촉매장치로서 3원 촉매(30)가 내장되어 있다. 이 3원 촉매(30)는 담체에 활성 귀금속으로서 동(Cu), 코발트(C0), 은(Ag), 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd) 중 어느 하나를 구비하고 있다.
또한, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 배기관(20)에는 배기압을 검출하는 배기압 센서(22), 및 O2 센서 또는 A/F 센서(24)가 설치되어 있다.
더욱이, 배기관(20)의 3원 촉매(30)보다도 하류의 부분에는 배기 유동 제어 장치(40; 배기 유동 제어수단)가 내장되어 있다.
배기 유동 제어 장치(40)는 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO 등의 미연소물 외에, NOx, 스모크, H2 등을 포함)의 저감을 촉진시키는 것을 목적으로 하는 장치로, 배기압, 배기 밀도 및 배기 유속(저감 효과 증강 요인) 중 적어도 어느 하나를 변경하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는 배기 유동 제어 장치(40)는 배기관(20)의 유로 면적을 조절할 수 있는 밀폐형 개폐 밸브(42)에 의해 구성되어 있다.
밀폐형 개폐 밸브(42)로서는 여러가지 방법을 생각할 수 있지만, 여기서는 예를 들면, 도 2에 밸브 폐쇄 상태와 밸브 개방 상태가 도시되는 바와 같이, 배기관(20)을 관통하는 축(43) 주위에서 밸브(44)를 회전시킴으로써 배기관(20)의 유로 면적을 조절할 수 있는 버터플라이 밸브가 채용된다. 버터플라이 밸브에는 액추에이터(45)가 설치되어 있고, 버터플라이 밸브는 해당 액추에이터(45)에 의해서 밸브(44)가 축(43) 주위로 회전되어 개폐 작동한다.
ECU(60)는 입출력장치, 기억장치(R0M, RAM, 불휘발성 RAM 등), 중앙처리장치(CPU), 타이머 카운터 등을 구비하고 있고, 해당 ECU(60)에 의해, 엔진(1)을 포함한 배기 정화 장치의 종합적인 제어가 행하여진다.
ECU(60)의 입력측에는 상술한 배기압 센서(22), O2 센서 또는 A/F 센서(24) 등의 각종 센서류가 접속되어 있고, 이들 센서류로부터의 검출 정보가 입력된다.
한편, ECU(60)의 출력측에는 상술한 연료 분사 밸브(6), 점화 코일(8), 스로틀 밸브(14), 2차 에어 펌프(16; 2차 에어 공급수단), 액추에이터(45) 등의 각종 출력 디바이스가 접속되어 있고, 이들 각종 출력 디바이스에는 각종 센서류로부터의 검출 정보에 기초해서 연산된 연료 분사량, 연료 분사 시기, 점화 시기, 배기 유동 제어량 등이 각각 출력되고, 이것에 의해, 연료 분사 밸브(6)로부터 적정량의 연료가 적정한 타이밍으로 분사되며, 점화 플러그(4)에 의해 적정한 타이밍으로 불꽃 점화가 실시되고, 적정한 타이밍으로 2차 에어가 공급되며, 원하는 배기 유동 제어량(예를 들면, 목표 배기압)이 되도록 개폐 밸브(42)가 제어된다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 정화 장치의 작용, 즉 제 1 실시예에 따른 엔진(1)의 저온 상태시에 있어서의 시동 제어에 대해서 설명한다.
도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴이 플로우차트로 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 따라 설명한다.
스텝 S10에서는 엔진(1)이 저온 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 여기서는 예를 들면, 냉각수 온도가 소정 온도(예를 들면, 60℃)보다 낮은지의 여부를 판별한다. 판별 결과가 아니오(No)인 경우에, 엔진(1)은 난기 상태에 있다고 판정할 수 있고, 해당 루틴을 생략한다. 한편, 판별 결과가 예(Yes)인 경우에, 엔진(1)은 저온 상태에 있다고 판정할 수 있고, 다음 스텝 S12로 진행한다. 또한, 스텝 S10의 판별은 냉각수 온도가 소정 온도보다 낮은지의 여부에 한정되지 않고, 기타, 예를 들면 시동 후 경과 시간이 소정 시간(예를 들면, 50sec)보다 짧은지의 여부의 판별이어도 좋다.
스텝 S12에서는 배기 시스템이 저온 상태의 기간 중인지의 여부를 판별한다. 이 판별은 예를 들면, 이하의 조건 중 어느 하나 이상이 성립하였는지의 여부로 판별한다.
·시동 후 경과 시간 < 소정 시간(예를 들면, 4sec)
·(엔진 회전 속도 > 소정 회전 속도(예를 들면, 1200rpm))가 1회 이상 성립
·배기 온도 < 소정 온도(예를 들면, 600℃)
·오일 온도 < 소정 온도(예를 들면, 35℃)
·냉각수 온도 < 소정 온도(예를 들면, 40℃)
또한, 배기 시스템[배기 포트나 배기 매니폴드(12) 등]은 엔진(1)이 난기 상태가 되기 전에 용이하게 고온 상태로 되기 때문에, 배기 시스템의 저온 상태 기간은 상기 엔진(1)의 저온 상태 기간보다도 단시간이다. 즉, 여기에 설명하는 배기 시스템의 저온 상태는 상기 엔진(1)의 저온 상태와는 구별되는 것이다. 그 때문에, 상기 각 조건의 판별 임계치는 엔진(1)의 난기 상태의 판별 임계치보다도 낮은 값으로 되어 있다.
상기 조건 중 어느 하나가 성립하여, 스텝 S12의 판별 결과가 예(Yes), 즉 배기 시스템이 저온 상태라고 판단된 경우에는 다음 스텝 S14로 진행한다.
스텝 S14에서는 엔진 정지 기간이 소정 시간(예를 들면, 15min)보다 길었는지(엔진 정지 기간 > 소정 기간)의 여부를 판별한다. 즉, 엔진(1)이 정지하고 나서 충분히 시간이 경과하였고, 엔진(1)이 저온 상태에 있는지의 여부를 판별한다.
또한, 상기 스텝 S12 및 스텝 S14에 있어서의 각 조건의 판별 임계치로서의 소정치는 고정치여도 좋지만, 운전 조건(시동 후 경과 시간, 엔진 회전 속도, 엔진 정지 기간, 체적 효율, 실질 평균 유효압, 배기 온도, 오일 온도, 냉각수 온도, 흡입 공기량, 배기 체적 유량, 배기 질량 유량, 또는 이들과 상관 있는 지표 중의 하나 이상)에 의해서 최적화된 맵 값이어도 좋다.
그런데, 배기 시스템이 저온 상태에 있는 기간은 배기 유동 제어를 행하여 배기압이나 배기 밀도를 높였다고 해도 미연소물이나 NOx 등의 유해 물질의 반응은 그 만큼 촉진되지 않고, 상술한 바와 같이 배기 정화 성능이 저하하여 유해 물질(주로 HC)의 배출량이 일시적으로 증가하는 현상이 확인되었다(도 4 참조).
이 현상은 내연기관의 시동 직후[크랭킹(cranking) 개시 직후]에 있어서는 통상은 배기 포트 근방의 배기 시스템 온도가 저하하였기 때문에, 배기 가스가 냉각되어 배기 온도가 저하하고, 배기압을 상승시켜도 반응이 그 만큼 촉진되지 않기 때문에 일어나는 것으로 생각된다.
그래서, 해당 배기 정화 장치에서는 엔진(1)의 시동 직후의 배기 시스템이 저온 상태에 있는 기간에, 배기 정화 성능을 저하시키지 않기 위해서, 스텝 S12 및 스텝 S14의 판별 결과가 예(Yes)인 경우에는 스텝 S16에 있어서, 연소 공연비(연소 A/F)를 리치화한다. 여기서는 상기 도 5에 기초해서, 연소 A/F를 될 수 있는 한 작게 예를 들면 값 10(A/F=10)으로 설정하지만, 연소 A/F는 리치 공연비이면 되고, 바람직하게는 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 범위로 설정되는 것이 좋다(공연비 제어수단). 이 경우, 연료 분사는 흡기 행정 분사가 된다.
이와 같이 공연비를 리치화하면, 연료 분사량이 증가하여 연소실 내에서의 연소열의 발생량이 증가해서 연소 온도가 상승하는 동시에, 미연소물이 증량되기 때문에 연소실, 배기 포트나 배기 매니폴드 등의 배기 시스템 내에서의 미연소물의 반응 확률이 높아져 반응이 연쇄적으로 촉진된다. 이것에 의해, 저온 상태에 있는 배기 포트나 배기 매니폴드 등의 배기 시스템이 단시간에 승온되고, 시동 직후에 있어서의 배기 온도의 저하가 방지된다.
다음 스텝 S18에서는 배기 유동의 억제를 실행한다(배기 유동 제어수단). 즉, 개폐 밸브(42)를 폐쇄 작동시켜서 배기 유동을 억제하고, 배기압을 상승시킨다. 여기서는 배기 센서(22)로부터의 정보에 기초해서 액추에이터(45)를 조작하여, 배기압을 소정 압력(예를 들면, 700mmHg=933hPa)까지 상승시켜 유지한다.
이것에 의해, 엔진(1)의 시동 직후이어도, 배기 온도의 저하를 방지하면서 배기압을 높게 유지하여 산소와 미연소물의 체류 시간, 즉 반응 시간을 길게 할 수 있고, 배기 시스템 내에서의 HC, CO 등의 산화 반응이나 NOx의 환원 반응이 시동 직후에 양호하게 촉진되어, HC, C0, NOx 등의 배출량이 시동 직후에 일시적으로 증대되는 것이 양호하게 억제된다.
스텝 S20에서는 02 센서 또는 A/F 센서(24)로부터의 정보에 기초해서, 배기 공연비(배기 A/F)가 린 공연비, 특히 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어 펌프(16)로부터 2차 에어의 공급을 행한다(2차 에어 공급수단). 이 경우, 상기 도 6에 도시하는 바와 같이, 배기 A/F는 바람직하게는 값 20인 것이 좋다.
이와 같이, 배기압을 높게 유지하면서 배기 A/F가 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어의 공급을 실시하면, 배기 시스템 내에서의 산화 반응, 환원 반응이 연쇄적으로 급속하게 촉진되어, HC, C0, NOx 등의 유해 물질이 양호하게 제거되게 된다.
한편, 시동 후 경과 시간이 소정 시간(예를 들면, 4sec)을 넘는 등 상기 조건을 벗어나, 스텝 S12의 판별 결과가 아니오(No)라고 판정된 경우, 또는 스텝 S14의 판별 결과가 아니오(No)라고 판정된 경우에 다음 스텝 S22로 진행하여, 연소 A/F를 예를 들면, 값 12(A/F=12)로 설정한다(공연비 제어수단).
즉, 스텝 S12나 스텝 S14의 판별 결과가 아니오(No)인 경우에 연소실이나 배기 포트나 배기 매니폴드(12) 등의 배기 시스템은 이미 저온 상태를 벗어나, 고온 상태에 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 이러한 상태에서는 이미 배기 시스템의 승온을 실시할 필요는 없고, 연소 A/F를 상기 배기 시스템이 저온 상태에 있을 때의 연소 A/F(A/F 210)보다도 약간 이론 공연비 쪽의 값으로 한다.
이와 같이 하면, 리치화를 계속한다고 하면 토크 저하를 보정하기 위해서 배기 유량을 증대시킬 필요가 생기지만, 해당 배기 유량 증대에 따른 유해 물질의 배출량의 증가를 억제할 수 있고, 또한 연료 소비율의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 이 경우에도, 연소 A/F는 예를 들면, 값 12(A/F=12)가 되고, 역시 리치 공연비, 바람직하게는 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 범위가 된다(공연비 제어수단).
스텝 S22를 실행한 후에는, 스텝 S18 및 스텝 S20에 있어서, 상기한 바와 같이 배기 유동 제어를 실시하는 동시에 배기 공연비(배기 A/F)가 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어의 공급을 행한다.
이것에 의해, 배기 시스템 내에서의 산화 반응, 환원 반응이 계속해서 연쇄적으로 급속하게 계속 촉진되고, HC, C0, NOx 등의 유해 물질이 양호하게 계속 제거된다.
즉, 엔진(1)의 시동시에 있어서, 배기 유동 제어를 행하여, 연소 A/F를 리치 공연비로 하고, 배기 A/F가 린 공연비로 되도록 2차 에어의 공급을 행함으로써, HC, CO, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하여, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 연소 A/F를 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 범위로 설정하고, 배기 A/F가 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어의 공급을 행함으로써, 배기 정화 성능의 최적화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 2차 에어의 공급을 행하는 동시에 배기압을 소정 압력(예를 들면, 700mmHg=933hPa)으로 하며 또한 연소 A/F를 값 10(실선), 값 12(파선)로 한 경우의 HC의 배출량(예를 들면, 촉매 출구)의 시간 변화가 연소 A/F를 값 14(일점쇄선)로 한 경우와 비교하여 도시되어 있지만, 동일 도면에 의하면, 시동 직후에 있어서는 연소 A/F가 값 10일 때, 즉 연소 A/F가 연소 한계 공연비에 가까울 수록 HC 배출량이 대폭 삭감되고, 그 이후는 연소 A/F가 값 12 또는 그 근방에서 HC 배출량이 최소로 되어 있는 것을 알 수 있고, 때문에 엔진(1)의 시동시에 있어서, 연소 A/F를 리치 공연비, 특히 값 10이나 값 12와 같은 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 범위로 설정함으로써, 배기 정화 성능의 최적화를 도모하면서, 유해 물질의 배출량을 저감시킬 수 있게 된다. 그리고, 배기 A/F가 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어의 공급을 행함으로써, 배기 정화 성능의 한층 더 최적화를 도모하면서, 한층 더 유해 물질의 배출량을 저감시킬 수 있게 된다.
또한, 여기서는 엔진(1)의 시동 직후는 연소 A/F를 값 10으로 하고, 그후, 값 12로 전환하도록 하였지만, 이러한 2단계의 전환에 한하지 않고, 엔진(1)의 시동으로부터의 경과 시간에 따라서 연소 A/F를 리치 공연비의 범위로 3단계 이상으로 전환하도록 하여도 좋고, 이것에 의해, 한층 더 배기 정화 성능의 최적화를 도모할 수 있다. 이 경우, 연소 A/F의 값은 시간 경과와 함께 순차적으로 커지도록 하는 것이 좋다. 즉, 연소 A/F를 리치 공연비로부터 서서히 이론 공연비측으로 이행시키는 것이 좋다. 이 때, 연소 A/F를 연속적으로 전환하도록 하여도 좋다.
그런데, 해당 명세서(특허청구의 범위를 포함) 중의 A/F 표기는 일본국내 프리미엄 가솔린(이론 공연비 14.41)에 대한 값이고, 각 A/F는 이하의 당량비(φ)를 의미하는 것이다.
A/F = 10 →φ≒ 1.441
A/F = 12 →φ≒ 1.201
A/F = 13 →φ≒ 1.108
A/F = 14 →φ≒ 1.029
A/F = 18 →φ≒ 0.801
A/F = 20 →φ≒ 0.721
A/F = 22 →φ≒ 0.655
다음에, 제 2 실시예에 대해서 설명한다.
또한, 제 2 실시예에 있어서는 상기 제 1 실시예에 대하여 2차 에어 펌프를 갖지 않은 점 및 엔진(1)이 특히 다기통 엔진인 점이 다르고, 여기서는 상기 제 1 실시예와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도가 도시되어 있고, 해당 제 2 실시예에서는 엔진(1)으로서 예를 들면 통내 분사형 불꽃 점화식 4기통 가솔린 엔진이 채용된다.
그리고, 배기 매니폴드(12)로서는, 여기서는 도 8에 도시하는 바와 같은 듀얼형 배기(exhaust) 매니폴드 시스템이 채용된다. 기타, 배기 매니폴드(12)는 싱글형 배기 매니폴드 시스템이어도 좋고, 또한 클램셸(clamshell)형 배기 매니폴드 시스템이어도 좋다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 작용, 즉 제 2 실시예에 따른 엔진(1)의 저온 상태시에 있어서의 시동 제어에 대해서 설명한다.
도 9를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴이 플로우차트로 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 따라 설명한다. 또한, 여기서는 상기 도 3과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 2 실시예에서는, 스텝 S10 내지 스텝 S16 또는 스텝 S22를 거쳐서 스텝 S18에 있어서 배기 유동을 억제하면, 스텝 S20’에서는, #1기통 내지 #4기통 중 어느 하나가 1기통으로의 연료 공급을 정지(연료컷)하고(2차 에어 공급수단), 다른 3기통에 대해서는 연소 공연비를 상기 리치 공연비로 유지한다. 즉, 해당 엔진(1)은 4기통 엔진이기 때문에, 4사이클마다 동일한 기통에 있어서 연료컷을 행한다. 예를 들면, #1기통에 대해서는 연료컷을 행하고, #2기통 내지 #4기통에 대해서는 리치 공연비로 되도록 연료 분사 밸브(6)로부터 연료를 분사한다. 이 경우, #2기통 내지 #4기통으로의 연료 분사는 흡기 행정 분사가 된다.
즉, 여기서는 하나의 기통에 있어서 연료컷을 실시한 후, 다음 기통에 대해서는 공연비를 리치 공연비로서 연료가 공급되도록 연료 공급을 제어한다.
또한, 여기서는 어떤 1기통 만에 대해서 연료컷을 행하도록 하였지만, 어떤 2기통에 대해서 2사이클마다 연료컷을 행하도록 하여도 좋다.
이와 같이, 일부의 기통에 있어서 연료컷을 행하는 한편, 다른 기통에서 공연비가 리치 공연비로 되도록 연료를 공급하면, 연료컷을 행한 일부의 기통으로부터는 공기(배기 에어)만이 배기 매니폴드(12)로 배출되는 한편, 리치 공연비로 되도록 과잉의 연료를 공급한 다른 기통으로부터는 불완전 연소에 의해 다량의 미연소물(HC, CO 등)이 배기 매니폴드(12)로 배출된다. 즉, 배기 매니폴드(12)에는 배기 에어 중의 산소와 미연소물이 대략 동시에 공급되게 된다.
그리고, 산소와 미연소물이 배기 매니폴드(12)에 공급되면, 배기 유동이 억제된 상태로, 충분한 산소 존재 하에서, 배기 매니폴드(12) 내부나 배기관(20) 내, 즉 배기 시스템에서 산화 반응이 양호하게 촉진된다.
이것에 의해, 상기 제 1 실시예의 경우와 같이 HC, CO, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하여, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
또한, 여기서는 연료컷을 행함으로써 배기 에어를 공급하도록 하였지만, 연료컷 대신에 린 공연비 운전을 행하도록 하여, 잉여 산소를 많이 포함하는 배기 가스를 배기 에어로서 공급하도록 하여도 좋고(배출 산소량 증대수단), 이렇게 하여도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 제 3 실시예에 대해서 설명한다.
또한, 제 3 실시예에 있어서도, 상기 제 1 실시예와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도가 도시되어 있고, 해당 제 3 실시예에서도, 상기 제 2 실시예와 마찬가지로, 엔진(1)으로서 예를 들면 통내 분사형 불꽃 점화식 4기통 가솔린 엔진이 채용된다.
배기 매니폴드(12)로서는 여기서는 듀얼형 배기 매니폴드 시스템이 채용된다.
도 11을 참조하면, 해당 엔진(1)의 배기 시스템의 상세도가 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 기초해서 해당 제 3 실시예에 따른 엔진(1)의 배기 시스템의 구성에 대해서 설명한다.
엔진(1)의 연소 순서는 #1 - #3 - #4 - #2의 순서이기 때문에, 듀얼형 배기 매니폴드 시스템으로 이루어지는 배기 매니폴드(12)는 배기 간섭을 피하기 위해서, 연속하지 않는 기통끼리, 즉 #1기통과 #4기통(한쪽의 기통군)의 배기 통로가 합류하여 1개의 배기 통로를 형성하고, #2기통과 #3기통(다른쪽의 기통군)의 배기 통로가 합류하여 별도의 1개의 배기 통로를 형성하고 있다. 즉, 듀얼형 배기 매니폴드 시스템으로 이루어지는 배기 매니폴드(12)는 출구에 있어서 배기 통로는 2개로 되어 있다.
동일 도면에 도시하는 바와 같이, 배기관(20)은 차폐판 등에 의해 배기관(20a)과 배기관(20b)의 2개로 분할되어 있고, 배기관(20a)이 #1기통과 #4기통으로부터의 배기 통로에 접속되고, 배기관(20b)이 #2기통과 #3기통으로부터의 배기 통로에 접속되어 있다.
그리고, 배기관(20)에는 배기관(20a)과 배기관(20b)을 포함하여, 배기관(20) 내의 배기의 유동을 제어하도록 하여 배기 유동 제어 장치(140)가 내장되어 있다. 배기 유동 제어 장치(140)는 상기 배기 유동 제어 장치(40)와 마찬가지로, 배기 유동의 억제, 즉 배기압 상승, 배기 밀도 증가 및 배기 유속 저하 중 적어도 어느 하나를 실시하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는 배기 유동 제어 장치(140)는 배기관(20a)과 배기관(20b)의 각각의 유로 면적을 조절 가능한 밀폐형 개폐 밸브(142; 배기 유동 제어수단)에 의해서 구성되어 있다.
밀폐형 개폐 밸브(142)로서는 여러가지 방식을 생각할 수 있지만, 여기서는 예를 들면, 도 12에 개략 도시하는 바와 같은 2연식 버터플라이 밸브가 채용된다.
이 2연식 버터플라이 밸브는 배기관(20a)에 대응하는 밸브(144a)와 배기관(20b)에 대응하는 밸브(144b)가 독립인 한편, 쌍방 모두 회전축(143)에 고정되고, 해당 회전축(143)에 동기 회전하도록 구성되어 있다. 즉, 밀폐형 개폐 밸브(142)는 2연식 버터플라이 밸브로서, 2개의 밸브(144a, 144b)가 1개의 회전축(143)을 공유하여 일체로 구성되어 있다.
그리고, 회전축(143)에는 액추에이터(145)가 접속되어 있고, 해당 버터플라이 밸브는 해당 액추에이터(145)로 회전축(143)이 회전됨으로써 개폐 작동한다.
자세하게는 회전축(143)은 밸브(144a)가 장착된 축(143a)과 밸브(144b)가 장착된 축(143b)으로 이루어지고, 이들 축(143a)과 축(143b)은 스프링(143c)을 통해서, 밸브(144a)와 밸브(144b)가 회전축(143) 주위에서 소정 각도 어긋나도록 직렬로 연결되어 있다. 즉, 해당 버터플라이 밸브는 회전축(143)을 폐쇄 밸브측으로 회전시켰을 때에, 밸브(144a)에 의한 배기관(20a)의 유로 면적의 교축량 쪽이 크고, 밸브(144b)에 의한 배기관(20b)의 유로 면적의 교축량 쪽이 작아지도록 구성되는 한편, 회전축(143)을 개방 밸브측으로 전개 위치까지 회전시켰을 때에는 스프링력에 저항하여 밸브(144a, 144b)가 모두 전체 개방 되도록 구성되어 있다.
그리고, 배기관(20)은 밀폐형 개폐 밸브(142)의 하류에서 1개로 합류하고 있고, 해당 합류하여 1개로 된 배기관(20)의 부분에 3원 촉매(30)가 개장되어 있다.
또한, #1기통의 배기 통로와 #3기통의 배기 통로, 및 #2기통의 배기 통로와 #4기통의 배기 통로는 각각 작은 직경의 연통로(18, 19)에 접속되어 있다. 또한, 연통로(18, 19)는 #1기통의 배기 포트와 #2기통의 배기 포트, 및 #4기통의 배기 포트와 #3기통의 배기 포트를 연통하도록 실린더 헤드(2) 내에 형성하여도 좋다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배기 정화 장치의 작용, 즉 제 3 실시예에 따른 엔진(1)의 저온 상태시에 있어서의 시동 제어에 대해서 설명한다.
도 13을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴이 플로우차트로 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 따라 설명한다. 또한, 여기서도 상기 도 3과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 3 실시예에서는 스텝 S10 내지 스텝 S16 또는 스텝 S22를 거친 후, 스텝 S18에 있어서 배기 유동 제어 장치(140)의 액추에이터(145)를 작동시켜서 밀폐형 개폐 밸브(142)를 폐쇄 상태로 한다. 즉, 2연식 버터플라이 밸브의 밸브(144a, 144b)를 모두 폐쇄 작동시켜서 배기관(20a, 20b)의 유로 면적을 모두 교축하도록 한다.
그리고, 스텝 S120에서는 #1기통과 #4기통(한쪽의 기통군)에 있어서 연료 공급의 정지, 즉 연료컷(배출 산소량 증대수단)을 행하여 공기(배기 에어)만을 배기관(20a)으로 배출하는 한편, #2기통과 #3기통(다른쪽의 기통군)에 있어서 리치 공연비 운전을 행하고, 연소 공연비를 상기 리치 공연비로 유지하여 미연소물을 배기관(20b)으로 배출하도록 한다. 이 경우, #2기통과 #3기통으로의 연료 분사는 흡기 행정 분사가 된다.
이것에 의해, 배기관(20a) 내 및 배기관(20b) 내의 배기 유동이 억제되지만, 상술한 바와 같이 밀폐형 개폐 밸브(142)는 밸브(144a)에 의한 배기관(20a)의 유로 면적의 교축량 쪽이 밸브(144b)에 의한 배기관(20b)의 유로 면적의 교축량보다도 커지도록 구성되어 있기 때문에, 배기관(20a) 내의 배기 유동의 억제 정도 쪽이 배기관(20b) 내의 배기 유동의 억제 정도보다도 커지고, 배기관(20a) 내의 배기압 쪽이 배기관(20b) 내의 배기압보다도 높아진다.
그리고, 이 압력차에 의해, #1기통의 배기 통로 내의 배기 에어가 연통로(18)를 통과하여 #3기통의 배기 통로로 유입되고, #4기통의 배기 통로 내의 배기 에어가 연통로(19)를 통과하여 #2기통의 배기 통로로 유입되며, #1기통 및 #4기통으로부터 배출된 배기관(20a) 측의 배기 에어가 #2기통 및 #3기통의 배기 통로, 즉 배기관(20b)에 도입된다.
즉, 해당 제 3 실시예의 경우, #1기통과 #4기통(한쪽의 기통군)에 있어서 연료컷을 행하고, 또한 배기관(20a) 내의 배기압을 높이는 것으로, 연소 기통군(여기서는 #2기통 및 #3기통)의 배기 통로에 용이하게 공기를 공급할 수 있다.
특히, 배기 유동의 억제에 의해 배기관(20b) 내의 배기압도 높여 배기 시스템 내 반응을 촉진시키는 경우, 2차 에어 펌프의 토출압이 작으면, 배기압 쪽이 높기 때문에 배기 가스 중에 2차 에어를 충분히 혼류시킬 수 없다는 문제가 있지만, 이와 같이 #1기통과 #4기통(한쪽의 기통군)으로부터의 배기 통로 내, 즉 배기관(20a) 내의 배기압과 #2기통과 #3기통(다른쪽의 기통군)으로부터의 배기 통로 내, 즉 배기관(20b) 내의 배기압 사이에 전자가 높아지고 후자가 낮아지도록 압력차를 형성함으로써, 배기 유동의 억제에 의해 연소 기통군의 배기 통로 내의 배기압이 상승한 경우에도, 고출력으로 비싼 2차 에어 펌프를 사용하지 않고, 확실히 연소 기통군의 배기 통로에 공기를 공급할 수 있다.
그리고, 이와 같이 미연소물이 배출된 연소 기통군의 배기 통로에 공기가 공급되면, 배기 유동이 억제된 상태에서, 충분한 산소 존재 하에서, 배기 매니폴드(12) 안이나 배기관(20) 안, 즉 배기 시스템에 있어서 산화 반응이 양호하게 촉진된다.
이것에 의해, 상기 제 1 실시예의 경우와 같이 HC, C0, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하여, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제 3 실시예의 변형예가 도시되어 있고, 이하 제 3 실시예의 변형예 1 및 변형예 2에 대해서 설명한다.
변형예 1에서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 상기 도 11의 경우와 마찬가지로 #1기통의 배기 통로와 #3기통의 배기 통로, 및 #2기통의 배기 통로와 #4기통의 배기 통로는 각각 미세 직경의 연통로(18, 19)에 접속되어 있다. 그리고, 해당 변형예 1에서는 배기관(20a)에 대응하는 밀폐형 개폐 밸브(142a’; 스로틀 수단)가 3원 촉매(30)의 상류에 독립적으로 내장되어 있는 한편, 배기관(20b)에 대응하는 밀폐형 개폐 밸브(142b’; 배기 유동 제어수단)가 배기관(20b)이 아니라 배기관(20)의 3원 촉매(30) 하류의 부분에 독립적으로 내장되어 있다. 즉, 여기서는 밀폐형 개폐 밸브(142a’)와 밀폐형 개폐 밸브(142b’)로 배기 유동 제어 장치(140’)가 구성되어 있다. 이들 밀폐형 개폐 밸브(142a’) 및 밀폐형 개폐 밸브(142b’)에 대해서도, 예를 들면 버터플라이 밸브가 채용되어 있다.
즉, 해당 변형예 1에서는 연소 기통군인 #2기통 및 #3기통으로부터의 배기 가스에 대해서는 3원 촉매(30)도 포함시킨 범위로 유동이 억제된다.
그리고, 이들 밀폐형 개폐 밸브(142a’, 142b’)는 밀폐형 개폐 밸브(142a’)에 의한 배기관(20a)의 유로 면적의 교축량 쪽이 밀폐형 개폐 밸브(142b’)에 의한 배기관(20)의 3원 촉매(30) 하류 부분의 유로 면적의 교축량보다도 커지도록 구성되어 있다.
따라서, 해당 변형예 1에 있어서도, 밀폐형 개폐 밸브(142a’, 142b’)를 모두 폐쇄 상태로 하면, 상기 도 11의 경우와 마찬가지로 배기관(20a) 내의 배기 유동의 억제 정도 쪽이 배기관(20b) 내의 배기 유동의 억제 정도보다도 커지고, 이 압력차에 의해, #1기통 및 #4기통(한쪽의 기통군)으로부터 배출된 배기 에어가 확실하게 #2기통 및 #3기통(다른쪽의 기통군)의 배기 통로에 공급된다.
이것에 의해, 상술한 바와 같이 배기 시스템에 있어서, 산화 반응이 양호하게 촉진되어, HC, CO, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하여, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
또한, 해당 변형예 1과 같이 밀폐형 개폐 밸브를 독립적으로 설치하면, 상기 도 11의 경우에는 밀폐형 개폐 밸브(142)의 밸브(144a)와 밸브(144b)가 회전축(143)으로 연결되어 있기 때문에, 배기 승온에 의해 상승한 배기관(20b) 내의 배기열이 밸브(144b)로부터 밸브(144a)에 전달되어 배기관(20a) 내의 배기 에어에 의해서 냉각되어 버리지만, 이러한 열 손실이 방지되어, 배기관(20b) 내에서 양호하게 배기 승온이 실시되고, 3원 촉매(30)를 더욱 빠른 시기에 활성화할 수 있다.
또한, 이와 같이 밀폐형 개폐 밸브(142b’)를 3원 촉매(30)의 하류 부분에 설치하면, 배기관(20b) 내의 배기 승온에 의해 3원 촉매(30)의 상류에서는 상당히 고온이었던 배기 온도가 3원 촉매(30)의 하류에서는 배기열이 3원 촉매(30)의 승온에 사용되어 저하하기 때문에, 밀폐형 개폐 밸브(142b’)의 과열이 방지되어, 밀폐형 개폐 밸브(142b’)의 내구성이 향상된다는 이점도 있다.
변형예 2에서는 도 15에 도시하는 바와 같이, 역시 상기 도 11의 경우와 마찬가지로 #1기통의 배기 통로와 #3기통의 배기 통로, 및 #2기통의 배기 통로와 #4기통의 배기 통로는 각각 미세 직경의 연통로(18, 19)에 접속되어 있다.
그리고, 해당 변형예 2에서는 배기관(20)의 3원 촉매(30)의 하류 부분이 굴곡되어 그 일정 범위가 배기관(20a)에 따라 연장되고, 이러한 일정 범위의 부분에는 배기관(20a)과 배기관(20)의 3원 촉매(30)의 하류 부분의 각각의 관로 내의 배기의 유동을 제어하도록 하여 배기 유동 제어 장치(140”)가 내장되어 있다.
여기서는, 배기 유동 제어 장치(140”)로서 상기 도 11의 경우와 같이 2연식 버터플라이 밸브로 이루어지는 밀폐형 개폐 밸브(142”; 배기 유동 제어수단)가 채용되어 있다.
따라서, 해당 변형예 2에 있어서도, 밀폐형 개폐 밸브(142”)를 폐쇄 상태로 하면, 역시 배기관(20a) 내의 배기 유동의 억제 정도 쪽이 배기관(20b) 내의 배기 유동의 억제 정도보다도 커지고, 이 압력차에 의해 #1기통 및 #4기통(한쪽의 기통군)으로부터 배출된 배기 에어가 확실히 연소 기통군인 #2기통 및 #3기통(다른쪽의 기통군)의 배기 통로에 공급된다.
이것에 의해, 상술한 바와 같이 배기 시스템에 있어서 산화 반응이 양호하게 촉진되어, HC, C0, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하고, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 변형예 1과 같이 배기 승온에 의해 상승한 배기관(20b) 내의 배기열이 배기관(20a) 측에 전달되어 냉각되지 않기 때문에, 열 손실이 방지되어, 배기관(20b) 내에서 양호하게 배기 승온이 실시되고, 3원 촉매(30)를 더욱 빠른 시기에 활성화할 수 있다.
또한, 역시 상기 변형예 1과 같이 3원 촉매(30)의 하류에서는 해당 배기 승온의 열이 3원 촉매(30)의 승온에 사용되어 배기 온도는 저하되고 있기 때문에, 밀폐형 개폐 밸브(142”)의 과열이 방지되어, 밀폐형 개폐 밸브(142”)의 내구성이 향상된다는 이점도 있다.
더욱이, 해당 변형예 2에서는 상기 변형예 1에 대하여 밀폐형 개폐 밸브(142”)를 별개로 하지 않고 일체로 구성하고 있기 때문에, 배기 승온이나 내구성 등의 면에서 유리한 효과를 가지면서 비용 절감을 도모할 수 있게 된다.
또한, 여기서는 #1기통과 #4기통에 대해서 연료컷을 행하도록 하여, #2기통 및 #3기통에 대해서 연소 운전을 행하도록 하였지만, 반대로, #2기통과 #3기통에 대해서 연료컷을 행하여, #1기통 및 #4기통에 대해서 연소 운전을 행하도록 하여도 좋고, 또한 연료컷을 행하는 기통군으로부터의 배기관과 연소 운전을 행하는 기통군으로부터의 배기관을 독립적으로 구성하는 것으로 하면, 어느 1기통만을 연료컷시켜도 좋고, 어느 3기통을 연료컷시키는 것도 가능하다. 또한, 엔진(1)의 요구 출력 또는 진동 모드에 따라서 연료컷하는 기통 수를 변경하도록 하여도 좋다. 더욱이, 소정 기간마다 연료컷을 행하는 기통과 연소 운전을 행하는 기통을 교대로 바꾸도록 하면, 각 기통의 연소실 상태나 3원 촉매(30)의 승온 상태 등을 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 여기서는 연료컷을 행함으로써 배기 에어를 공급하도록 하였지만, 연료컷 대신에 린 공연비 운전을 행하도록 하여, 잉여 산소를 많이 포함하는 배기 가스를 배기 에어로서 연소 그룹측에 공급하도록 하여도 좋고(배출 산소량 증대수단), 이렇게 하여도 상기한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 배출 산소를 증대하는 측의 배기관(20a)에 내장된 밸브(144a) 또는 밀폐형 개폐 밸브(142a’)에 의한 교축량을 다른 밸브(144b) 또는 밀폐형 개폐 밸브(142b’)에 의한 교축량에 대하여 크게 하는 것에는 밸브(144a) 또는 밀폐형 개폐 밸브(142a’)에 의해 완전히 배기관(20a)을 차단하는 경우도 포함하고 있다. 이것에 의해, 확실히 2차 에어가 공급되는 동시에, 저온의 배기 에어에 의해서 하류의 3원 촉매(30)가 냉각되는 것이 방지된다.
다음에, 제 4 실시예에 대해서 설명한다.
또한, 제 4 실시예에 있어서도, 상기 제 1 실시예나 제 3 실시예의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 4 실시예에서는 도 10이 적용되고, 상기 제 2 및 제 3 실시예와 같이, 엔진(1)으로서 예를 들면 통내 분사형 불꽃 점화식 4기통 가솔린 엔진이 채용된다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 엔진(1)의 배기 시스템의 상세도가 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 기초해서 해당 제 4 실시예에 따른 엔진(1)의 배기 시스템의 구성에 대해서 설명한다.
해당 제 4 실시예에서는 연통로(18, 19)에 토출압 150mmHg(200hPa) 정도의 소형의 에어 펌프(16’)가 내장되어 배기 에어 시스템이 구성되어 있다. 자세하게는 에어 펌프(16’)는 #1기통의 배기 통로로부터 #3기통의 배기 통로로, 및 #4기통의 배기 통로로부터 #2기통의 배기 통로로 배기를 압송하도록 구성되어, 설치되어 있다.
그리고, 3원 촉매(30)의 하류에는 배기관(20a)과 배기관(20b)을 포함하여, 배기관(20) 내의 배기의 유동을 제어하도록 배기 유동 제어 장치(40)로서 밀폐형 개폐 밸브(42; 배기 유동 제어수단)가 내장되어 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배기 정화 장치의 작용, 즉 제 4 실시예에 따른 엔진(1)의 저온 상태시에 있어서의 시동 제어에 대해서 설명한다.
도 17을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴이 플로우차트로 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 따라 설명한다. 또한, 여기서도 상기 도 3과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 4 실시예에서는 스텝 S10 내지 스텝 S16 또는 스텝 S22를 거친 후, 스텝 S18에 있어서 배기 유동 제어 장치(40)의 밀폐형 개폐 밸브(42)를 폐쇄 상태로 하여, 배기 유동의 억제를 행한다.
그리고, 스텝 S120에서는 #1기통과 #4기통(한쪽의 기통군)에 있어서 연료컷(배출 산소량 증대수단)을 행하여 공기(배기 에어)만을 배기관(20a)으로 배출하는 한편, #2기통과 #3기통(다른쪽의 기통군)에 있어서 리치 공연비 운전을 행하여, 연소 공연비를 상기 리치 공연비로 유지하여 미연소물을 배기관(20b)으로 배출하도록 한다. 이 경우, #2기통과 #3기통으로의 연료 분사는 흡기 행정 분사가 된다.
그리고, 스텝 S122에 있어서, 에어 펌프(16’)를 작동시켜, #1기통과 #4기통으로부터 배출되는 배기 에어를 연소 기통군인 #2기통 및 #3기통으로부터의 배기 가스에 혼입시키도록 한다.
즉, 해당 제 4 실시예의 경우, 상기 제 3 실시예와 같이 배기관(20a)의 배기압과 배기관(20b)의 배기압 사이에 압력차가 없더라도, 연소 기통군의 배기 통로에 배기 에어를 용이하게 공급할 수 있으며, 배기 유동의 억제에 의해 배기압을 상승시킨 경우에도, 에어 펌프(16’)의 흡입측의 공기압과 토출측의 배기압, 즉 배기관(20a) 내의 배기 에어압과 배기관(20b) 내의 배기압을 같은 레벨로 유지함으로써, 확실하게 연소 기통군의 배기 통로에 배기 에어를 공급할 수 있다. 이 경우, 에어 펌프(16’)는 소형이기 때문에 용이하게 입수할 수 있고, 비용이 증가하지도 않는다.
이것에 의해, 상기 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 HC, CO, NOx 등의 유해 물질의 배출량을 저감하여, 배기 정화 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응열이 대량으로 발생하기 때문에, 배기 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
또, 상기 에어 펌프(16’)를 제 3 실시예에 있어서의 연통로(18, 19)에 설치하도록 하여도 좋다.
다음에, 제 5 실시예에 대해서 설명한다.
또, 제 5 실시예에 있어서도, 상기 제 1 실시예와의 공통 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 5 실시예에서는 도 1이 적용되고, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 엔진(1)으로서 예를 들면 통내 분사형 불꽃 점화식 가솔린 엔진이 채용된다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 배기 정화 장치의 작용, 즉 제 5 실시예에 따른 엔진(1)의 저온 상태시에 있어서의 시동 제어에 대해서 설명한다.
도 18을 참조하면, 제 5 실시예에 따른 시동 제어의 제어 루틴이 플로우차트로 도시되어 있고, 이하 동일 도면에 따라 설명한다. 또, 여기서도 상기 도 3과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
해당 제 5 실시예에서는 스텝 S10 내지 스텝 S14를 거친 후, 스텝 S16에 있어서, 연소 A/F를 예를 들면 값 10(A/F=10)으로 설정하고, 스텝 S22에 있어서, 연소 A/F를 예를 들면 값 12(A/F=12)로 설정한다. 그렇지만, 여기서는 연소 A/F는 리치 공연비 또는 이론 공연비이면 되고, 바람직하게는 연소 한계 공연비 이상 13 이하의 범위로 설정되는 것이 좋다(공연비 제어수단).
스텝 S18에서는 배기 유동 제어 장치(40)의 밀폐형 개폐 밸브(42)를 폐쇄 상태로 하여, 배기 유동의 억제를 행한다.
그리고, 스텝 S19에서는 연료를 압축 행정으로 분사하도록 연료 분사 모드를 압축 행정 분사 모드로 바꾼다. 이 경우, 바람직하게는 압축 행정 분사 종료 시기를 BTDC 60°정도로 설정하는 것이 좋다.
더욱이, 스텝 S20에 있어서, 배기 A/F가 린 공연비, 특히 값 18 내지 22의 범위로 되도록 2차 에어 펌프(16)로부터 2차 에어의 공급을 행한다(2차 에어 공급수단). 또한, 배기 A/F는 바람직하게는 값 20인 것이 좋다.
이것에 의해, 배기 통로에 공기가 도입되는 동시에 연소 A/F가 리치 공연비 또는 이론 공연비로 설정되어, 배기 시스템 내에 공기 중의 산소와 함께 미연소물이 존재하고, 이들 산소와 미연소물이 배기 시스템 내에서 반응하게 되지만, 이 때에, 연료를 압축 행정으로 분사함으로써, 특히 엔진(1)이 저온 상태에 있을 때에 있어서, 상술한 바와 같이 연료의 분무 형태가 양호하게 되어 점화 플러그(4)가 그을음이 적어지고, 배기 가스 중에 CO가 많이 포함되게 된다. 그리고, CO는 HC보다도 반응하기 쉽기 때문에, 배기 시스템 내에서의 반응이 충분히 촉진된다.
즉, 도 19를 참조하면, 2차 에어를 공급하는 동시에 연료를 압축 행정으로 분사한 경우(실선)의 촉매 하류의 HC 농도와 배기 온도의 시간 변화가, 흡기 행정으로 분사한 경우(파선)와 비교하여 타임 차트로 도시되어 있지만, 이와 같이 2차 에어를 공급하는 동시에 연료를 압축 행정으로 분사하도록 하면, 시동 직후(모터링으로부터 파이어링으로의 전환시)부터 HC의 배출량을 양호하게 저하시켜, 배기 온도를 높일 수 있다.
이것에 의해, 배기 정화 효율의 향상을 도모하고, 3원 촉매(30)의 조기 활성화를 도모할 수 있다.
또한, 해당 제 5 실시예에서는 2차 에어 펌프(16)를 사용하여 2차 에어의 공급을 행하도록 하고 있지만, 상기 제 2 내지 제 4 실시예에 도시한 바와 같이 배기 에어의 공급을 행하도록 하여도 좋다.
이상으로 설명을 끝내지만, 본 발명의 실시예는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 배기 유동 제어 장치(40, 140, 140’, 140”)로서 밀폐형 개폐 밸브(42, 142, 142’, 142”)를 사용하도록 하였지만, 흡배기 시스템에 터보 과급기(turbo-charger)를 구비하는 경우에는 해당 터보 과급기의 웨스트 게이트 밸브를 밀폐형 개폐 밸브(42) 등의 대신에 사용하도록 하여도 좋다.
또한, 터보 과급기의 과급압을 이용하여 2차 에어를 공급하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 엔진(1)으로서 통내 분사형 가솔린 엔진을 사용하도록 하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 엔진(1)은 디젤엔진이어도 좋고, 제 1 내지 제 4 실시예에 대해서 설명하면, 흡기관 분사형 가솔린 엔진이어도 좋다.

Claims (9)

  1. 다기통 내연기관의 배기 정화 제어 장치로서,
    상기 내연기관의 기통을 2개의 기통군으로 나누고, 각각의 기통군 마다 독립적으로 설치된 2개의 배기 통로와,
    이들 2개의 배기 통로를 연통하는 연통로와,
    상기 2개의 기통군들 중 하나에 대한 연료 공급을 정지하거나 또는 상기 2개의 기통군들 중 하나에서 린(희박) A/F 운전을 실행함으로써 배기에 함유된 산소량을 증대시키며, 상기 내연기관의 시동시에 상기 연통로를 거쳐서 상기 다른 기통군의 배기 통로에 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 공급하는 2차 에어 공급수단과,
    상기 2차 에어 공급수단이 상기 다른 기통군의 배기 통로에 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 공급할 때에 상기 다른 기통군의 연소 공연비를 리치(농후) 공연비로 설정하는 공연비 제어수단, 및
    상기 내연기관의 시동시에 유해 물질의 배출량의 저감 효과를 높이기 위해서, 상기 기통군들 중 하나의 배기 통로에서 상기 배기 유동의 억제 정도가 상기 다른 기통군의 배기 통로에서 상기 배기 유동의 억제 정도보다도 커지도록 상기 배기 유동을 억제하며, 이에 의해 상기 배기 내에 함유된 산소량을 증대시키는 배기 유동 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공연비 제어수단은 상기 내연기관의 연소 공연비가 연소 한계 공연비 이상 13 이하로 되도록 연소 공연비를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 에어 공급수단은 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 상기 다른 기통군의 배기 통로에 공급한 후에 얻어지는 배기 공연비가 린 공연비로 되도록 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 상기 다른 기통군의 배기 통로에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2차 에어 공급수단은 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 상기 다른 기통군의 배기 통로에 공급한 후에 얻어지는 상기 배기 공연비가 18 이상 22 이하로 되도록 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 상기 다른 기통군의 배기 통로에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 에어 공급수단은 상기 연통로에 부착된 에어 펌프를 구비하고, 상기 기통군들 중 하나의 배기 통로로부터 상기 다른 기통군의 배기 통로로 배기를 압송하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  8. 삭제
  9. 연소실 내에 직접 연료를 분사하는 분사 밸브와, 상기 분사 밸브에 의한 연료 분사를 제어하는 연료 분사 제어수단을 구비한 다기통 내연기관의 배기 정화 장치로서,
    상기 내연기관의 기통을 2개의 기통군으로 나누고, 각각의 기통군 마다 독립적으로 설치된 2개의 배기 통로와,
    이들 2개의 배기 통로를 연통하는 연통로와,
    상기 2개의 기통군들 중 하나에 대한 연료 공급을 정지시키거나 또는 상기 2개의 기통군들 중 하나에서 린 A/F 운전을 실행함으로써 배기에 함유된 산소량을 증대시키며, 상기 내연기관의 시동시에 상기 연통로를 거쳐서 상기 다른 기통군의 배기 통로에 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 공급하는 2차 에어 공급수단과,
    상기 2차 에어 공급수단이 상기 다른 기통군의 배기 통로에 상기 증대된 산소량을 함유하는 배기를 공급할 때에, 상기 연료 분사 제어 수단에 의해서 압축 행정 중에 상기 연료를 상기 다른 기통군에 분사함으로써, 상기 다른 기통군의 연소 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 설정하는 공연비 제어수단, 및
    상기 내연기관의 시동시에 유해 물질의 배출량의 저감 효과를 높이기 위해서, 상기 기통군들 중 하나의 배기 통로에서 상기 배기 유동의 억제 정도가 상기 다른 기통군의 배기 통로에서 상기 배기 유동의 억제 정도보다도 커지도록 상기 배기 유동을 억제하며, 이에 의해 상기 배기 내에 함유된 산소량을 증대시키는 배기 유동 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
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