KR100772954B1 - 내연기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

내연기관의 배기 정화 장치는 배기 정화 기구, 연료 첨가 장치, 전자 제어 장치를 포함한다. 상기 배기 정화 기구는 배기 통로에 배치되어 입자상 물질을 포집한다. 상기 연료 첨가 장치는 상기 배기 정화 기구를 통과하는 배기 가스에 연료를 첨가한다. 상기 전자 제어 장치는 상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출한다. 상기 연료 첨가 장치가 배기 가스에 연료를 첨가하는 동안에, 상기 전자 제어 장치는 소정 시점에서 검출된 차압을 차압기준값과 비교한다. 상기 차압이 상기 차압기준값보다 큰 경우에는, 상기 전자제어 장치는 간헐 연료 첨가로 연료 첨가 방식을 설정한다. 따라서, 상기 배기 정화 기구는 그 배기 정화 기구에 잔류하는 입자상 물질의 양을 감소시킬 수 있다.

Description

내연기관의 배기 정화 장치{EXHAUST PURIFYING APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 배기 통로에 위치된 배기 정화 부재에 연료를 첨가하는 내연기관의 배기 정화장치에 관한 것이다.
배기 통로에 위치된 필터에 의해 배기중의 입자상 물질(PM:Particulate Matter)을 포집하여 배기를 정화시키는 배기 정화 기구가, 차량 탑재용 디젤 기관 등의 내연기관에 채용되고 있다. 이러한 배기 정화 기구에서는, 포집된 입자상 물질의 퇴적에 의한 필터의 폐색이 발생하기 전에, 그 필터에 퇴적된 입자상 물질을 제거하여 그 필터를 재생시킬 필요가 있다.
필터의 입자상 물질을 제거하는 배기 정화 장치로서 일본공개특허공보 제 2003-20930 호에 기재된 것이 알려져 있다. 전술의 문헌에 따른 배기 정화 장치에서는, 필터에 입자상 물질의 산화를 촉진시키는 촉매를 담지시키고, 필터에 유입되는 배기에 연료를 첨가하도록 되어 있다. 연료를 첨가함으로써, 필터에 포집된 입자상 물질이 산화(연소)되어, 필터가 재생된다.
전술한 바와 같은 연료 첨가시에 있어서, 배기 정화 기구에 연료를 계속해서 첨가하면, 이 기구의 상류 부분에서 연료의 연소가 계속된다. 따라서, 고온의 배기가 이 기구의 하류 부분으로 연속적으로 이송된다. 그러므로, 배기 정화 기구의 온도가 그 하류 끝을 향해가며 높아지게 되는 경향이 있다. 따라서, 이 기구의 상류 부분에 입자상 물질이 잔류하기 쉽다. 즉, 입자상 물질이 연소되지 않고 부분적으로 잔류하기 쉽다.
한편, 배기에 연료를 간헐적으로 첨가하는 경우에는, 고온의 배기가 그 배기 정화 기구의 하류 부분으로 연속적으로 이송되는 것이 억제된다. 이것은 배기 정화 기구의 온도분포가 불균일해지는 것을 억제한다. 그러므로, 배기 정화 기구에 부분적으로 잔류하는 입자상 물질의 양이 감소된다.
상기 간헐 첨가는 입자상 물질이 배기 정화 기구에 부분적으로 잔류하는 것을 억제하지만, 연속적 첨가가 실시되는 경우와 비교하여 입자상 물질의 산화가 촉진된다. 그러므로, 간헐적 첨가의 실시가 적절히 수행되지 않으면, 배기 정화 기구의 온도가 과도하게 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 간헐 첨가를 적절히 실시함으로써, 배기 정화 기구에 잔류하는 입자상 물질의 양을 감소시킬 수 있는 내연기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 따라서, 전술의 목적 및 다른 목적들을 달성하기 위해서, 내연기관의 배기 정화 장치는 배기 정화 기구, 연료 첨가 장치, 검출부, 비교부, 그리고 설정부를 구비한다. 상기 배기 정화 기구는 내연기관의 배기 통로에 배치된다. 배기 정화 기구는 배기중의 입자상 물질을 포집한다. 상기 연료 첨가 장치는 배기 정화 기구를 통과하는 배기에 연료를 첨가한다. 상기 검출부는 상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출한다. 상기 연료 첨가 장치가 연료를 배기에 첨가하는 동안, 상기 비교부는 소정 시점에서 그 검출부에 의해 검출된 차압과 상기 소정 시점에 대응하여 설정된 차압기준값을 비교한다. 상기 비교부가 상기 차압이 상기 차압기준값보다 큰 것으로 판정하는 경우, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 장치의 연료 첨가 방식을 간헐 연료 첨가로 설정한다.
또한, 본 발명은 내연기관의 배기 정화 방법도 제공한다. 이 배기 정화 방법은, 내연기관의 배기 통로에 배치된 배기 정화 기구에 의해 배기중에 있는 입자상 물질을 포집하는 포집 단계, 상기 배기 정화 기구를 통과하는 배기에 연료를 첨가하는 연료 첨가 단계, 상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출하는 검출 단계, 연료 첨가가 실시되는 동안 소정 시점에서 검출된 차압과 상기 소정 시점에 대응하여 설정된 차압기준값을 비교하는 비교 단계, 그리고 상기 차압이 상기 차압기준값보다 큰 것으로 판정하는 경우, 상기 연료 첨가 방식을 간헐 연료 첨가로 설정하는 설정 단계를 포함한다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치가 적용되는 내연기관 및 그 주변 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 있어서, 번-업 제어의 처리 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 3 은, 제 1 실시형태에 있어서, 차압을 비교하는 시점을 보여주는 타임차트이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에 있어서, 판정 처리의 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 5 는, 제 2 실시형태에 있어서, 차압을 비교하는 시점을 보여주는 타임차트이다.
도 6 은, 제 3 실시형태에 있어서, 차압을 비교하는 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 7 은, 제 3 실시형태에 있어서, 차압을 비교하는 시점을 보여주는 타임차트이다.
도 8 은, 제 4 실시형태에 있어서, 애쉬 학습값을 산출하는 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 9 는, 제 4 실시형태에 있어서, 차압을 비교하는 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 10 은, 제 5 실시형태에 있어서, 번-업 제어의 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 11 은, 제 6 실시형태에 있어서, 차압의 평균값을 산출하는 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 12 는, 제 7 실시형태에 있어서, 배기 정화 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 13 은, 상기 각 실시형태의 변형예에 있어서, 차압기준값과 흡입공기량 사이의 관계를 보여주는 설명도이다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 도 1 ~ 도 3 을 참조하여 설명하겠다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 따른 배기 정화 장치가 적용된 내연기관 (10) 의 구성을 보여주고 있다. 이 내연기관 (10) 은, 커먼 레일 연료 분사 장치 및 터보차저 (11) 를 구비하는 디젤 기관이다. 내연기관 (10) 은, 흡기 통로 (12), 연소실 (13), 그리고 배기 통로 (14) 를 포함하고 있다.
흡기 통로 (12) 는 내연기관 (10) 의 흡기계를 구성한다. 흡기 통로 (12) 의 최상류 부분에는, 에어클리너 (15) 가 배치되어 있다. 흡기 통로 (12) 에는, 에어클리너 (15) 로부터 하류측으로, 에어플로우미터 (16), 터보차저 (11) 에 포함된 콤프레서 (17), 인터쿨러 (18), 그리고 흡기 스로틀 밸브 (19) 가 구비되어 있다. 흡기 통로 (12) 는 흡기 스로틀 밸브 (19) 의 하류측에 형성된 흡기 매니폴더 (20) 에서 분기되어 흡기 포트 (21) 를 통해 내연기관 (10) 의 각 연소실 (13) 에 접속되어 있다.
내연기관 (10) 의 배기계를 구성하는 배기 통로 (14) 에는, 배기 포트 (22) 가 각 연소실 (13) 에 접속되어 있다. 배기 포트 (22) 는 배기 매니폴더 (23) 를 통해 터보차저 (11) 의 배기 터빈 (24) 에 접속되어 있다. 배기 터빈 (24) 의 하류인 배기 통로 (14) 부분에는, 배기 정화 기구가 배치되어 있다. 배기 정화 기구는, 상류 끝으로부터의 순서로, NOX 촉매 컨버터 (25), DPNR 컨버터 (26), 그리고 산화 촉매 컨버터 (27) 를 포함하고 있다.
NOX 촉매 컨버터 (25) 에는 흡장환원형의 NOX 촉매가 담지되어 있다. 이 NOX 촉매는, 배기의 산소 농도가 높을 때에 배기중의 NOX 를 흡장하고, 배기의 산소 농도가 낮을 때에는 그 흡장된 NOX 를 방출한다. NOX 촉매는, 환원제로서 기능하는 미연소 연료 성분이 그 주위에 충분히 존재하고 있다면, 방출된 NOX 를 환원시켜 배기를 정화한다. NOX 촉매 컨버터 (25) 는 배기중의 입자상 물질이 통과하는 상기 배기 정화 촉매를 구성한다.
DPNR 컨버터 (26) 는 다공질 재료로 만들어지며, 배기중의 입자상 물질을 포집한다. DPNR 컨버터 (26) 도, 상기 NOX 촉매 컨버터 (25) 와 마찬가지로, 흡장환원형의 NOX 촉매를 담지하고 있다. DPNR 컨버터 (26) 의 NOX 촉매는, 방출된 NOX 를 환원시켜 배기를 정화한다. NOX 촉매에 의해 촉발된 반응은 포집된 입자상 물질을 산화시켜 제거한다. DPNR 컨버터 (26) 는 배기 정화 부재를 구성한다.
산화 촉매 컨버터 (27) 에는 산화 촉매가 담지되어 있다. 이 산화 촉매는 배기중의 HC 또는 CO 를 산화시켜 배기를 정화한다.
배기 통로 (14) 의 DPNR 컨버터 (26) 의 상류 부분 및 하류 부분에는, 제 1 가스 온도 센서 (28) 와 제 2 가스 온도 센서 (29) 가 각각 구비되어 있다. 제 1 가스 온도 센서 (28) 는, DPNR 컨버터 (26) 로 유입되는 배기의 온도인 입력(input) 가스 온도 (thci) 를 검출한다. 제 2 가스 온도 센서 (29) 는, DPNR 컨버터 (26) 를 나가는 배기의 온도인 출력 가스 온도 (thco) 를 검출한다. 또한, 제 1 실시형태에서 차압 센서 (30) 인 검출부가 배기 통로 (14) 에 구비되어 있다. 상기 차압 센서 (30) 는 DPNR 컨버터 (26) 의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압 (ΔP) 을 검출한다. 또한, DPNR 컨버터 (26) 와 산화 촉매 컨버터 (27) 의 사이에는, 배기의 공연비를 검출하는 A/F 센서 (32) 가 배기 통로 (14) 에 배치되어 있다.
내연기관 (10) 은, 배기의 일부를 흡기 통로 (12) 에 있는 공기로 되돌리는 배기 재순환 장치(EGR 장치)를 더 포함하고 있다. 이 EGR 장치는, 배기 통로 (14) 와 흡기 통로 (12) 를 연결하는 EGR 통로 (33) 를 포함하고 있다. EGR 통로 (33) 의 최상류부는, 배기 터빈 (24) 의 상류인 배기 통로 (14) 부분에 접속되어 있다. EGR 통로 (33) 에는, 그 상류 쪽으로부터, EGR 촉매 (34), EGR 쿨러 (35), 그리고 EGR 밸브 (36) 가 이러한 순서대로 구비되어 있다. EGR 촉매 (34) 는 재순환된 배기를 개질한다. EGR 쿨러 (35) 는 개질된 배기를 냉각시킨다. EGR 밸브 (36) 는, 개질되어 냉각된 배기의 유량을 조정한다. EGR 통로 (33) 의 최상류 부분은, 흡기 스로틀 밸브 (19) 의 하류인 흡기 통로 (12) 부분에 접속되어 있다.
내연기관 (10) 의 각 연소실 (13) 에는, 그 연소실 (13) 내에서 연소될 연료를 분사하는 인젝터 (40) 가 각각 구비되어 있다. 인젝터 (40) 는, 고압 연료 파이프 (41) 에 의해서 커먼 레일 (42) 에 접속되어 있다. 고압 연료는, 연료 펌프 (43) 를 통해 커먼 레일 (42) 에 공급된다. 커먼 레일 (42) 내의 고압 연료의 압력은 그 커먼 레일 (42) 에 부착된 레일 압력 센서 (44) 에 의해 검출된다.
연료 펌프 (43) 는, 저압 연료 파이프 (45) 를 통해서 저압 연료를 연료 첨가 밸브 (46) 에 공급할 수 있다. 연료 첨가 밸브 (46) 는, 특정 실린더의 배기 포트 (22) 에 구비되어 있고, 배기 터빈 (24) 으로 연료를 분사한다. 이러한 방식으로, 연료 첨가 밸브 (46) 는 배기중에 연료를 첨가한다.
내연기관 (10) 의 각종 제어를 맡고 있는 전자 제어 장치 (50) 는, 내연기관 (10) 의 제어에 관한 각종 연산 처리를 실시하는 CPU, 그 제어에 필요한 프로그램 및 데이터를 보관하는 ROM, CPU 의 연산 결과를 일시 보관하기 위한 RAM, 외부와의 사이에 신호를 입출력하기 위한 입출력 포트를 포함하고 있다. 전자 제어 장치 (50) 의 입력 포트에는, 전술한 센서들 이외에, 내연기관 (10) 의 회전속도 (NE) 를 검출하는 기관 회전속도 센서 (51), 액셀레이터 페달의 누름 정도를 검출하는 액셀레이터 페달 센서 (52), 그리고 흡기 스로틀 밸브 (19) 의 개도를 검출하는 스로틀 센서 (53) 가 접속되어 있다. 전자 제어 장치 (50) 의 출력 포트에는, 상기 흡기 스로틀 밸브 (19), 인젝터 (40), 연료 펌프 (43), 연료 첨가 밸브 (46), 그리고 EGR 밸브 (36) 를 구동시키기 위한 구동 회로가 접속되어 있다.
전자 제어 장치 (50) 는, 상기 각 센서로부터의 검출 신호를 바탕으로 하여, 내연기관 (10) 의 운전 상태를 파악한다. 전자 제어 장치 (50) 는, 이 파악된 운전 상태에 따라 출력 포트에 접속된 장치들의 구동 회로에 지령 신호를 출력한다. 전자 제어 장치 (50) 는, 인젝터 (40) 로부터의 연료 분사 시기 및 연료 분사량의 제어, 흡기 스로틀 밸브 (19) 의 개도 제어, EGR 밸브 (36) 의 개도 제어에 기초한 EGR 제어 등의 각종 제어 절차를 실시한다.
전자 제어 장치 (50) 는, 제어의 일환으로서, 연료 첨가 밸브 (46) 로부터 배기중으로 연료를 첨가한다. 연료 첨가 밸브 (46) 는, 다음의 제어 중에, 즉, PM 제거 제어, NOX 환원 제어, 그리고 S 방출 제어 중에 배기에 대해 연료를 첨가한다.
PM 제거 제어는, DPNR 컨버터 (26) 에 의해 포집된 입자상 물질을 연소시켜서 이산화탄소(CO2) 와 물(H2O) 로 하여 배출시키기 위해 수행된다. 이것은 DPNR 컨버터 (26) 의 폐색을 제거한다. PM 제거 제어시에, 연료 첨가 밸브 (46) 는 연료를 배기에 계속적으로 첨가시킴으로써, 배기중 및 촉매 베드에 첨가된 연료를 산화시킨다. 이 산화반응에 의해 생성된 열은 촉매 베드 온도를 증가시키는데 사용된다(예컨대, 600 ℃ ~ 700 ℃). 따라서, 입자상 물질이 연소된다.
NOX 환원 제어는, NOX 촉매 컨버터 (25) 및 DPNR 컨버터 (26) 의 NOX 촉매에 흡장된 NOX 를, 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O) 로 환원시켜 방출시키기 위해서 실시된다. NOX 환원 제어시에는, 연료 첨가 밸브 (46) 가 일정 시간 간격 으로 간헐적으로 연료를 배기중으로 첨가시킴으로써, NOX 촉매 주변의 배기는 일시적으로 산소 농도가 낮고, 미연소 연료 성분이 많은 상태로 된다. 즉, 리치 스파이크가 간헐적으로 실시된다. 이렇게 하면, NOX 촉매로부터의 NOX 의 방출 및 NOX 의 환원을 촉진시킨다. 즉, NOX 가 환원되어 정화된다.
S 방출 제어는, NOX 촉매에 유황산화물 (SOX) 이 흡장됨으로써 저하된 NOX 흡장 능력을 회복하기 위하여 실시된다. S 방출 제어가 개시되면, 연료 첨가 밸브 (46) 는, PM 제거 제어에서와 마찬가지로, 배기로 계속적으로 연료를 첨가함으로써, 촉매 베드 온도를 증가시킨다(예컨대, 600 ℃ ~ 700 ℃ 범위 내의 온도) 이후, NOX 환원 제어에서와 마찬가지로, 연료 첨가 밸브 (46) 는 배기에 간헐적으로 연료를 첨가하여 리치 스파이크를 실시한다. 이렇게 하면, NOX 촉매로부터의 SOX의 방출 및 SOX의 환원을 촉진시킨다. 따라서, NOX 흡장 능력이 회복된다.
내연기관 (10) 에 있어서, 인젝터 (40) 는, PM 제거 제어 또는 S 방출 제어 중 촉매 베드 온도가 증가되는 동안에 애프터 분사를 실시해도 된다. 애프터 분사는, 연료가 연소실 (13) 에 분사되어 연료가 연소실 (13) 내에서 연소되는 메인 분사 후에 수행되는 분사이다. 애프터 분사에 의해 분사된 대부분의 연료는 연소실 (13) 내에서 연소되는 것이 아니고 배기 통로로 배출된다. 애프터 분사는 배기중의 미연소 연료 성분의 양을 증가시킴으로써 촉매 베드 온도의 증가를 촉진시킨다. 연료 첨가 밸브 (46), 애프터 분사 등이 첨가 장치를 구성한다.
전술한 바와 같이, 제 1 실시형태는 배기 통로에 배치된 연료 첨가 밸브 (46) 로부터 배기중으로 연료를 첨가시키거나 또는 상황에 따라서는 인젝터 (40) 로부터 애프터 분사를 실시하여 내연기관 (10) 의 배기 정화 성능을 유지하고 있다.
전술한 바와 같은 PM 제거 제어를 실시함으로써, NOX 촉매 컨버터 (25) 및 DPNR 컨버터 (26) 에 연료를 계속하여 첨가하는 경우에는, 각 컨버터의 상류 부분에서 연료의 연소가 계속하여 일어난다. 따라서, 각 컨버터 (25, 26) 의 하류 부분으로 고온의 배기가 연속적으로 이송된다. 그러므로, NOX 촉매 컨버터 (25) 및 DPNR 컨버터 (26) 의 온도는 그 하류 부분을 향하여 높아지는 경향이 있다. 따라서, DPNR 컨버터 (26) 의 상류 부분에 입자상 물질이 잔류하기 쉽다. 즉, 입자상 물질이 미연소된 채로 부분적으로 잔류하기 쉽다. 연료가 연속적으로 첨가되는 경우, DPNR 컨버터 (26) 의 상류에 배치된 NOX 촉매 컨버터 (25) 의 온도는 낮게 머무르는 경향이 있다. 그 결과로, NOX 촉매 컨버터 (25) 의 전단부에 입자상 물질이 쉽게 수집된다. 따라서, 폐색이 일어날 수 있다.
제 1 실시형태에서는, 연료 첨가 밸브 (46) 에 의한 배기로의 연료 첨가에 대한 제어로서, 번-업 제어가 추가되어 있다. 번-업 제어에서는, 연료 첨가 밸브 (46) 로부터 배기로 연료가 간헐적으로 첨가된다. 그러므로, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
즉, 연료를 배기에 간헐적으로 첨가하는 경우에는, 고온의 가스가 NOX 촉매 컨버터 (25) 및 DPNR 컨버터 (26) 의 하류 부분으로 연속적으로 이송되는 것이 억제된다. 이렇게 하면, 각 컨버터 (25) 또는 (26) 의 온도 분포가 불균일해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과로, DPNR 컨버터 (26) 에 부분적으로 잔류하는 입자상 물질의 양이 감소되고 또한 NOX 촉매 컨버터 (25) 의 전단부에 수집되는 입자상 물질의 양도 감소된다.
DPNR 컨버터 (26) 에 입자상 물질이 잔류하고 있으면, 잔류하는 입자상 물질이 다음번에 PM 제거 제어가 실시될 때 급격하게 연소될 수 있다. 번-업 제어가 실시되면, DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 양을 감소시킬 수 있기 때문에, 입자상 물질의 급격한 연소도 억제시킬 수 있다.
간헐 연료 첨가는, DPNR 컨버터 (26) 에 부분적으로 잔류하는 입자상 물질의 양 및 NOX 촉매 컨버터 (25) 의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양을 감소시키며, PM 제거 제어를 실시함으로써 연료가 연속적으로 첨가되는 경우와 비교하여 입자상 물질의 산화가 촉진된다. 그러므로, 간헐 연료 첨가가 적절히 실시되지 않으면, DPNR 컨버터 (26) 의 온도가 과도하게 증가될 수 있다.
DPNR 컨버터 (26) 에 포집된 입자상 물질의 양이 PM 제거 제어의 연료 첨가에 의해 감소됨에 따라 DPNR 컨버터 (26) 의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압은 줄어든다. 그러므로, 이 차압에 기초하여 입자상 물질의 잔류량을 추정할 수 있다.
제 1 실시형태는, PM 제거 제어의 연료 첨가를 실시하는 동안에, 소정 시점에서의 차압과 이 소정 시점에 대응하는, 차압의 기준값인 차압기준값을 비교하는 비교부를 포함하고 있다. 또한, 제 1 실시형태는, 연료 첨가의 방식을 간헐 연료 첨가로 전환시키는 전환부도 포함하고 있는데, 환언하자면, 상기 비교부가 소정 시점에서의 차압이 그 차압기준값보다 더 큰 것으로 판정하는 경우 번-업 제어를 실시하는 전환부를 포함하고 있다. 즉, 제 1 실시형태는 간헐 연료 첨가와 다른 상태로 연료가 첨가되고 있는 동안에, 입자상 물질의 양이 충분히 감소되지 않으면, 연료 첨가의 방식을 간헐 연료 첨가로 전환하도록 하고 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 번-업 제어의 방식을 설명하겠다.
도 2 에 나타낸 일련의 처리는 번-업 제어의 처리 순서를 보여주고 있는데, 전자 제어 장치 (50) 에 의해 소정 시간마다 반복 실시된다.
상기 처리가 개시되면, 스텝 (S110) 에서 전자 제어 장치 (50) 는 PM 제거 제어가 실시되고 있는지의 여부를 판정한다. PM 제거 제어는, 별도의 처리에 의해 추정된 DPNR 컨버터 (26) 에서의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 PM 제거 기준값 (PMstart) 에 도달하였을 때 실시된다. 추정된 PM 퇴적량 (PMsm) 은 다음의 식 (1) 에 기초하여 산출된다.
PMsm ← Max[PMsm + PMe - PMc, "0"] (1)
PMsm : PM 퇴적량
PMe : PM 배출량
PMc : PM의 산화량
PM 배출량 (PMe) 은, 내연기관 (10) 의 연소실들로부터 배출되는 PM의 양이다. 상기 PM 배출량 (PMe) 은 미리 실험 등을 통하여 얻은 맵, 즉, 기관 회전 속도 (NE) 와 기관부하(인젝터 (40) 로부터의 연료분사량)를 파라미터로 포함하는 PM 배출량 산출맵에 따라 산출된다.
산화량 (PMc) 은, DPNR 컨버터 (26) 에 포집된 입자상 물질이 산화에 의해 정화되는 양이다. 이 산화량 (PMc) 은, 미리 실험 등을 통하여 얻은 맵, 즉, DPNR 컨버터 (26) 의 베드 온도(본 실시형태에서는 제 2 가스 온도 센서 (29) 에 의해 검출되는 출력 가스 온도 (thco) 와 에어플로우미터 (16) 에 의해 검출되는 흡입공기량 (Ga) 을 파라미터로 포함하는 산화량 산출맵에 따라 산출된다.
식 (1) 의 우측의 PM 퇴적량 (PMsm) 은, 전회의 실시에서 산출된 PM 퇴적량 (PMsm) 의 값이다. 우측의 Max 는 [ ] 내의 값들로부터 가장 큰 값을 추출하는 연산자이다. 그러므로, "PMsm + PMe - PMc" 가 정의 값이라면, 그 값이 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 으로 사용된다. "PMsm + PMe - PMc" 가 부의 값이라면, PM 퇴적량 (PMsm) 으로 0 이 사용된다. 내연기관 (10) 의 운전 상태 때문에, PM 배출량 (PMe) 이 산화량 (PMc) 보다 계속하여 크다면(PM 배출량 (PMe)＞산화량 (PMc)), 추정된 PM 퇴적량 (PMsm) 은 차츰 증가된다. 한편, 연료가 첨가될 때에는, PM 배출량 (PMe) 은 산화량 (PMc) 보다 작아지게 되고(PM 배출량 (PMe)＜산 화량 (PMc)), 추정된 PM 퇴적량 (PMsm) 은 차츰 감소된다.
스텝 (S110) 의 처리에서, PM 제거 제어가 실시되고 있지 않은 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S110) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 그 처리를 종료시킨다.
한편, PM 제거 제어가 실시되고 있는 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S110) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S120) 으로 진행한다. 스텝 (S120) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인지의 여부를 판정한다. 임계값 (A) 은, 번-업 제어의 간헐 연료 첨가가 실시되더라도, DPNR 컨버터 (26) 에 있는 입자상 물질이 급격히 산화 및 연소되지 않고, 또한 DPNR 컨버터 (26) 의 열적 열화가 일어나지 않을 정도로 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 충분히 작은지의 여부를 판정할 수 있는 값으로 설정된다. 임계값 (A) 은 PM 제거 기준값 (PMstart) 보다 작은 값으로서 미리 실험 등을 통해서 그 값이 최적화되어 있다.
금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S120) 의 판정 결과가 "아니오" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 DPNR 컨버터 (26) 내에 입자상 물질이 아직 다량 남아 있어, 연료가 간헐적으로 첨가되면, DPNR 컨버터 (26) 내의 입자상 물질이 급격히 연소될 가능성이 있는 것으로 판정한다. 따라서, 전자 제어 장치 (50) 는 번-업 제어를 실시하지 않고 그 처리를 일시적으로 종료시킨다. 이때, PM 제거 제어의 연속 첨가가 계속하여 실시된다.
한편, PM 제거 제어를 계속함으로써 DPNR 컨버터 (26) 내의 입자상 물질의 양이 감소되고, 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S120) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 간헐 연료 첨가가 DPNR 컨버터 (26) 내의 입자상 물질의 급격한 연소를 일으키지 않을 것으로 추정한다. 그러므로, 전자 제어 장치 (50) 는, 스텝 (S130) 으로 진행하여, 차압 (ΔP) 과 흡입공기량 (Ga) 의 비인 (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 보다 큰가의 여부를 판정한다. 차압기준값 (Dp) 은, 입자상 물질의 실제 퇴적량이 상기 임계값 (A) 과 동일할 때의 차압 (ΔP) 에 따라 설정된 값으로서 미리 실험 등을 통해 그 값이 최적화되어 있다.
입자상 물질의 잔류량을 추정할 때, 배기의 유량에 대한 차압 (ΔP) 의 비(ΔP/배기의 유량)를 사용함으로써 추정 정밀도가 향상된다. 흡입공기량 (Ga) 은 배기의 유량과 정비례 관계에 있기 때문에, 흡입공기량 (Ga) 에 대한 차압 (ΔP) 의 비(ΔP/Ga)를 사용하는 것은 정밀도를 저하시키지 않는다. (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 을 비교하는 대신에, 차압 (ΔP) 을 배기의 차압으로 사용하여, 배기의 유량(또는 흡입공기량 (Ga))이 증가됨에 따라서 증가되는 값과 비교하여도 된다. 예컨대, (Dp×Ga) 와 차압 (ΔP) 을 비교해도 된다. 또한, 보다 간단하게는, 차압 (ΔP) 과 미리 설정된 기준값을 비교해도 된다.
(ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 이하인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S130) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질이 PM 제거 제어의 실시에 의해 확실하게 연소되는 것으로 판정한다. 그러므로, 전자 제어 장치 (50) 는 번-업 제어를 실시하지 않고 그 처리를 일시적으로 종료시킨다. 이때, PM 제거 제어의 연속 연료 첨가가 계속하여 실시된다.
한편, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S130) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질이 충분히 연소되지 않고, 잔류하여 버릴 우려가 있다고 판정한다. 그러므로, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S140) 으로 진행하여, 번-업 제어를 실시한다. 즉, 연료의 첨가 방식이 PM 제거 제어의 연속 연료 첨가로부터 간헐 연료 첨가로 전환되고, 본 처리를 일시적으로 종료시킨다. 번-업 제어는, PM 퇴적량 (PMsm) 이 0 이 되었을 때, PM의 잔류량이 충분히 감소되었다고 판단될 정도로 차압 (ΔP) 이 충분히 감소되었을 때, 또는 간헐 연료 첨가를 통하여 연료가 미리 설정 회수로 실시되었을 때에 종료되는 것이 바람직하다.
도 3 은, 번-업 제어 처리가 실시되는 경우에 차압의 비교 시점을 보여준다. 도 3 에서, 시각 t0 에서 PM 퇴적량 (PMsm) 이 PM 제거 기준값 (PMstart) 에 도달하였고, PM 제거 제어는 이미 실시되고 있는 중이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, PM 제거 제어의 연속 연료 첨가에 의해서 DPNR 컨버터 (26) 의 입자상 물질의 양은 감소되고, PM 퇴적량 (PMsm) 은 차츰 감소된다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다도 큰 기간 중(시각 t0 에서 시각 t1 까지)에는, 연료 첨가의 방식으로서 연속 연료 첨가가 설정된다. 시각 t=1 에서, PM 퇴적량 (PMsm)이 임계값 (A) 이하로 되면, (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 의 비교가 실시된다. (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 보다 큰 경우에는, 연료의 첨가 방식이 시각 t=1 에서 간헐 연료 첨가로 전환된다. 이 시각 t1 이후에 있어서는, 간헐 연료 첨가를 실시함으로써 DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 산화가 촉진되고, NOX 촉매 컨버터 (25) 의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양도 감소된다.
본 실시형태는 이하와 같은 효과를 가지고 있다.
(1) PM 제거 제어에 의한 연료 첨가를 실시하는 동안, 소정 시점에서의 차압이, 그 소정 시점에 대응하는 차압의 기준값인 차압기준값 (Dp) 보다 큰 경우에 연료의 첨가 방식을 간헐 연료 첨가로 전환하도록 하고 있다. 즉, 제 1 실시형태는, 간헐 연료 첨가와는 다른 방식으로 연료 첨가가 실시되고 있는 동안에 입자상 물질이 충분히 감소되지 않으면, 연료의 첨가 방식을 간헐 연료 첨가로 전환하도록 하고 있다. 그러므로, 간헐 연료 첨가를 적절하게 실시할 수가 있고, 따라서, DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 양을 감소시킬 수가 있게 된다.
DPNR 컨버터 (26) 에 입자상 물질이 잔류하고 있으면, 이 잔류하는 입자상 물질이 차회의 연료 첨가시에 급격하게 연소될 우려가 있다. 본 실시형태에 있어서는, DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 양이 감소되기 때문에, 입자상 물질의 급격한 연소도 억제된다.
(2) PM 퇴적량 (PMsm) 이 소정 임계값 (A) 이하로 되는 시점에서 차압이 차압기준값 (Dp) 과 비교된다. 즉, 차압을 비교하는 시점은 PM 퇴적량 (PMsm) 에 기초하여 설정된다. 그러므로, 차압의 비교는 입자상 물질의 퇴적량이 어느 정도 감소되었을 경우에 실시된다. 그 결과로, DPNR 컨버터 (26) 의 온도를 과 도하게 증가시킬 수 있는 상태를 회피할 수 있다. 예컨대, 간헐 연료 첨가에 의해 대량의 입자상 물질이 급격하게 산화되는 것을 회피할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이제, 도 4 및 도 5 를 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
제 1 실시형태에서는, PM 제거 제어가 실시되는 동안에 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하로 되는 시점에서 차압을 비교한다. 제 2 실시형태는, 전술의 비교 시점 이외에, 연료 첨가의 방식이 번-업 제어의 간헐 첨가로 전환된 후에 차압을 비교한다는 점에서 제 1 실시형태와 다르다. 이하에서는, 제 1 실시형태와 다른 점들에 대해 주로 논의하겠다.
도 4 에 나타낸 일련의 처리들은 차압의 비교를 실시할 것인지의 여부를 판정하는 판정 루틴에 대한 절차를 나타낸다. 상기 절차는 전자 제어 장치 (50) 에 의해 소정 시간 간격마다 반복된다.
상기 루틴이 시작되면, 전자 제어 장치 (50) 는 PM 제거 제어가 스텝 (S210) 에서 실시중인가의 여부를 판정한다. 스텝 (S210) 에서 실시된 처리는 도 2 에 나타낸 스텝 (S110) 에서 실시된 것과 동일하다.
스텝 (S210) 에서 PM 제거 제어를 실시중인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S210) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S220) 으로 진행한다. 스텝 (S220) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인가의 여부를 판정한다. 스텝 (S220) 에서 실시된 처리는 도 2 에 나타낸 스텝 (S120) 에서 실시된 처리와 동일하다. 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S220) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 그 루틴을 종료시킨다.
한편, 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하라고 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S220) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S230) 으로 진행한다. 스텝 (S230) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는, 도 2 에 나타낸 스텝 (S130) 에서 실시된 처리와 동일한 방식으로 차압의 비교를 실시하고 일시적으로 그 루틴을 종료시킨다.
스텝 (S210) 에서 PM 제거 제어를 실시중이지 않은 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S210) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S240) 으로 진행하여 번-업 제어가 실시중인가의 여부를 판정한다. 만일, 번-업 제어가 실시중이지 않은 것으로 판정되면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 그 루틴을 종료시킨다.
한편, 번-업 제어가 실시중인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S240) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S250) 으로 진행한다. 스텝 (S250) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (B) 이하인가의 여부를 판정한다. 임계값 (B) 은 임계값 (A) 보다 작은 값으로 설정된다. 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (B) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S250) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 그 루틴을 종료시킨다.
한편, 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (B) 이하인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S250) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치는 스텝 (S230) 으로 진행한다. 스텝 (S230) 에서, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 이하인 것으로 판정되는 경우, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질의 잔류량이 상기 번-업 제어의 실시에 의해 감소되는 것으로 판정하고 일시적으로 그 루틴을 종료시킨다.
도 5 는, 판정 루틴이 실시될 때 차압을 비교하는 시점을 보여준다. 도 5 에서, PM 퇴적량 (PMsm) 은 시각 t0 에서 PM 제거 기준값 (PMstart) 에 도달하였고, PM 제거 제어는 이미 실시중이다.
도 5 에 나타낸 바와 같이, DPNR 컨버터 (26) 에 있는 입자상 물질의 양은 PM 제거 제어의 연속 연료 첨가에 의해 감소되며, PM 퇴적량 (PMsm) 은 차츰 감소된다. PM퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다 큰, t0 에서 t 까지의 기간 중에는, 연료 첨가 방식으로서 연속 연료 첨가가 설정된다. 시각 t=1 에서 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하로 되는 경우, (ΔP/Ga) 값을 차압기준값 (Dp) 과 비교한다. 만일, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (Dp) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 연료 첨가의 방식이 시각 t=1 에서 간헐 연료 첨가로 전환된다. 이후, DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 양은 번-업 제어의 간헐 첨가에 의해 감소되고, PM 퇴적량 (PMsm) 은 차츰 감소된다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (B) 이하로 되는 시점에서, (ΔP/Ga) 값을 차압기준값 (Dp) 과 다시 비교한다. 이후, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질의 잔류량이 감소되고 있는지의 여부를 판정한다.
전술한 바와 같이, 제 2 실시형태는 연료 첨가의 방식이 간헐 연료 첨가로 전환된 후에도, 차압의 비교를 실시한다. 그러므로, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질의 잔류량이 간헐 연료 첨가에 의해 감소 되는지의 여부를 판정할 수 있다.
(제 3 실시형태)
이제, 도 6 및 도 7 을 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
제 1 실시형태에서는, 번-업 제어가 개시되기 전에, (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 을 비교하고 있다. 제 3 실시형태는, 전술의 비교 이외에, 번-업 제어가 개시된 후에도, (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 의 비교를 실시하도록 하고 있는 점에서 제 1 실시형태와 다르다. 이하에서는 제 1 실시형태와의 차이점을 중심으로 하여 설명하겠다.
도 6 에 나타낸 일련의 처리는, 차압의 비교 절차를 나타내고 있다. 이 절차는 전자 제어 장치 (50) 에 의해 소정 시간마다 반복 실시된다.
본 절차가 개시되면, 스텝 (S310) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 PM 제거 제어가 실시되고 있는가의 여부를 판정한다. 스텝 (S310) 에서 실시되는 처리는, 앞의 도 2 에 나타낸 스텝 (S110) 에서 실시된 처리와 동일하다.
스텝 (S310) 에서, PM 제거 제어가 실시중인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S310) 에서의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S320) 으로 진행한다. 스텝 (S320) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 (ΔP/Ga) 값이 차압 기준값 (DpA) 보다도 큰가의 여부를 판정한다. 스텝 (S320) 의 처리는 앞의 도 2 에 나타낸 스텝 (S130) 에서의 처리와 동일하다. 차압기준값 (DpA) 은 차압기준값 (Dp) 과 동일한 값으로 설정되어 있다. (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpA) 이하인 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S320) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 본 처리를 종료시킨다.
한편, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpA) 보다 큰 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S320) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S330) 으로 진행한다. 스텝 (S330) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는, 도 2 에 나타낸 스텝 (S140) 의 처리와 마찬가지의 방식으로, 연료의 첨가 방식을 번-업 제어에 의한 간헐 연료 첨가로 전환시키고, 그 처리를 일시적으로 종료시킨다.
스텝 (S310) 에서, PM 제거 제어가 실시중이지 않은 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S310) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S340) 으로 진행하고, 번-업 제어를 실시중인지의 여부를 판정한다. 만일, 번-업 제어가 실시중이지 않은 것으로 판정되는 경우에는,전자 제어 장치 (50) 는 본 처리를 일시적으로 종료시킨다.
한편, 번-업 제어를 실시중인 것으로 판정하는 경우에는, 즉, 스텝 (S340) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S350) 으로 진행한다. 스텝 (S350) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회 검출되고 있는 차압 (ΔP) 을 사용한 (ΔP/Ga) 값이, 차압기준값 (DpB) 보다 큰가의 여부를 판정한다. 차압기준값 (DpB) 은 차압기준값 (DpA) 보다 작은 값을 갖는다. 보다 바람직하게는 상기 차압기준값 (DpB) 은 입자상 물질의 잔류량이 충분히 감소되고 있는지를 판정할 수 있는 값으로 설정된다. (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpB) 보다 큰 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S350) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질의 잔류량이 충분히 감소되지 않은 것으로 판정하여, 스텝 (S330) 으로 진행한다. 스텝 (S330) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 번-업 제어의 실시를 계속하고, 본 처리를 일시적으로 종료시킨다.
한편, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpB) 이하인 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S350) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 본 처리를 일시적으로 종료시킨다. 스텝 (S350) 에서, (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpB) 이하인 것으로 판정되는 경우에는, 전자 제어 장치 (50) 는 간헐 연료 첨가에 의해 입자상 물질의 잔류량이 확실하게 감소되고 있다고 판정하고, 번-업 제어를 종료시킨다.
도 7 은, 상기 비교 절차가 실시되고 있을 때, 차압의 비교 시점을 보여주고 있다. 도 7 에서, PM 퇴적량 (PMsm) 은 시각 t=0 에서 PM 제거 기준값 (PMstart) 에 도달하여 있고, PM 제거 제어는 이미 실시되고 있는 중이다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, PM 제거 제어의 연속 연료 첨가에 의해 DPNR 컨버터 (26) 에서의 입자상 물질의 양은 감소되고, (ΔP/Ga) 값은 차츰 감소된다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다 큰 시기 동안(시각 t0 에서 시각 t1 까지)에는, 연료 첨가 방식으로서 연속 연료 첨가가 설정된다. 시각 t1 에서, PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하로 되면, (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (DpA) 의 비교가 실시된다. (ΔP/Ga) 값이 차압기준값 (DpA) 보다 큰 것으로 판정되는 경우에는, 연료의 첨가 방식이 시각 t1 에서 간헐 연료 첨가로 전환된다. 이후, 번-업 제어의 간헐 첨가에 의해 DPNR 컨버터 (26) 에 잔류하는 입자상 물질의 양이 감소되고 (ΔP/Ga) 의 값은 차츰 감소된다 (ΔP/Ga) 값이 시각 t3 에서 차압기준값 (DpB) 이하로 되는 경우, 전자 제어 장치 (50) 는 간헐 연료 첨가에 의해 입자상 물질의 잔류량이 확실히 감소되고 있는 것으로 판정하여, 번-업 제어를 종료시킨다.
전술한 바와 같이, 제 3 실시형태에 따르면, 전자 제어 장치 (50) 는 입자상 물질의 잔류량이 간헐 연료 첨가에 의해 확실히 감소 되고 있는 것을 판정할 수가 있다. 이렇게 하면, 간헐 연료 첨가가 과도하게 계속되는 것을 억제할 수 있다.
제 2 실시형태에서 설명한 스텝 (S250) 의 처리에서, PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (B) 이하인 것으로 판정되는 경우, 제 3 실시형태에 따른 스텝 (S350) 의 처리는, 즉, (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (DpB) 과의 비교를 실시할 수 있다.
(제 4 실시형태)
이하, 도 8 및 도 9 를 참조하여 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
연료 첨가에 의해, 입자상 물질이 산화 및 연소되면, 그 입자상 물질의 일부는 애쉬(ash) 와 같은 비가연성 물질로 된다. 이 비가연성 물질이 DPNR 컨버터 (26) 에 잔류한다면, 이 비가연성 물질의 잔류량은 차압 (ΔP) 에 영향을 주게 된 다. 이것은 전술한 바와 같은 차압을 비교하여 판정을 내릴 경우에, 그 판정 정밀도를 저하시킬 수 있다. 제 4 실시형태에서는, 이러한 애쉬의 잔류량이 추정되고, 이 추정값에 기초하여 제 3 실시형태에 있어서의 차압기준값 (DpA, DpB) 이 보정된다.
도 8 에 나타낸 일련의 처리는, 애쉬의 잔류량에 상당하는 애쉬 학습값 (gD) 을 산출하는 절차를 보여주고 있다. 이 처리는 전자 제어 장치 (50) 에 의해 소정 시간마다 반복하여 실시된다. 이 일련의 처리는 비가연성 물질 추정부를 구성한다.
본 처리가 개시되면, 스텝 (S410) 에서 전자 제어 장치 (50) 는 번-업 제어의 종료 직후에 있는지의 여부를 판정한다. 만일, 번-업 제어의 종료 직후가 아닌 것으로 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S410) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 본 처리를 일시적으로 종료시킨다.
한편, 번-업 제어의 종료 직후라고 판정되는 경우에는, 즉, 스텝 (S410) 의 판정 결과가 "예" 이며, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S420) 으로 진행한다. 스텝 (S420) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 차압 (ΔP) 을 읽어들인다. 그리고나서, 스텝 (S430) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 전회의 번-업 제어의 종료 직후에 읽어들인 차압 (ΔP) 과 금회의 번-업 제어의 종료 직후에 읽어들인 차압 (ΔP) 사이의 차를 산출하여 애쉬 학습값 (gD) 을 얻는다. 그리고나서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 처리를 일시적으로 종료시킨다.
도 9 에 나타낸 일련의 처리는, 제 4 실시형태에서 산출된 애쉬 학습값 (gD) 을 사용하여 제 3 실시형태에서 설명된 차압의 비교 처리를 행하는 경우의 절차를 나타내고 있다. 도 9 에 나타낸 처리 순서에 있어서, 도 6 에 나타낸 처리 순서와 동일한 처리에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 9 에 나타낸 바와 같이, 스텝 (S520) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 차압기준값 (DpA) 에 애쉬 학습값 (gD) 을 더함으로써 얻은 값, 즉, 애쉬의 잔류에 의해 증가된 차압의 분량만큼 증가된 차압기준값과 (ΔP/Ga) 값을 비교한다. 스텝 (S530) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 차압기준값 (DpB) 에 애쉬 학습값 (gD) 을 더함으로써 얻은 값과 (ΔP/Ga) 값을 마찬가지로 비교한다. 전술한 바와 같이, 애쉬 학습값 (gD) 에 기초하여 각각의 차압기준값이 보정되도록 하고 있기 때문에, DPNR 컨버터 (26) 에 비가연성 물질이 잔류하는 경우에도, 차압을 비교하여 판정을 내릴 때에 있어서의 판정 정밀도를 적합한 방식으로 확보할 수 있다. 그러므로 연료 첨가의 방식이 적합한 방식으로 간헐 연료 첨가로 전환된다. 스텝 (S520) 및 스텝 (S530) 에서 차압기준값을 보정하는 절차는 보정부를 구성한다.
애쉬 학습값 (gD) 을 사용하여 차압기준값을 보정하는 대신에, 애쉬 학습값 (gD) 을 사용하여 차압 (ΔP) 의 보정을 실시할 수도 있다. 이 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 스텝 (S520) 에서는, 차압 (ΔP) 으로부터 애쉬 학습값 (gD) 을 뺄셈하여 얻은 값, 즉, 애쉬의 잔류에 의한 차압의 증대분만큼 보정된 차압을 사용하여 (ΔP/Ga) 값을 산출한다. 또한, 스텝 (S530) 에서도 마찬가지로 차압 (ΔP) 으로부터 애쉬 학습값 (gD) 을 뺄셈하여 얻은 값을 사용하여 (ΔP/Ga) 값이 산출될 수도 있다.
애쉬 학습값 (gD) 을 사용하는 차압기준값 및 차압의 보정은, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에도 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
(제 5 실시형태)
다음으로, 도 10 을 참조하여 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
내연기관의 흡입공기량이 줄어듦에 따라서, 즉, 배기의 유량이 저하됨에 따라서, 상기 차압 (ΔP) 은 크게 변동하는 경향이 있다. 차압 (ΔP) 이 크게 변동하는 때에는, 차압의 비교 판정에 있어서의 판정 결과도 변동되게 된다. 그러므로, 그 판정 결과의 신뢰성도 떨어지게 된다.
그러므로, 제 5 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태의 절차에 있어 흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 이상이라면, 전자 제어 장치 (50) 는 (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 을 비교한다.
즉, 도 10 에 나타낸 일련의 처리와 같이, 제 1 실시형태에서 설명된 스텝 (S130) 의 처리 전에, 흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 이상인가의 여부를 판정하는 처리 (S610) 가 추가되어 있다. 따라서, 흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 미만인 경우에는, 즉, 스텝 (S610) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 (ΔP/Ga) 값과 차압기준값 (Dp) 을 비교하지 않고, 번-업 제어 처리를 일시적으로 종료시킨다.
한편, 흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 이상인 경우에는, 즉, 스텝 (S610) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 (ΔP/Ga) 값과 차압기 준값 (Dp) 을 비교한다.
전술한 바와 같이, 제 5 실시형태에 있어서는, 흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 이상이면, 전자 제어 장치 (50) 가 차압의 비교를 실시하기 때문에, 판정 결과의 신뢰성 저하가 억제된다.
흡입공기량 (Ga) 이 소정량 (Gamin) 이상인 경우에 차압 (ΔP) 을 검출하여도 동일한 효과가 얻어진다.
흡입공기량 (Ga) 과 소정량 (Gamin) 의 비교는, 제 2 ~ 제 4 실시형태에서도 동일한 방식으로 적용할 수 있다.
(제 6 실시형태)
도 11 을 참조하여 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
제 6 실시형태에서는, 전자 제어 장치 (50) 가 차압의 비교 시점으로부터 소정 시간이 경과 할 때까지의 기간 중에 검출된 차압의 평균값을 산출한다. 전자 제어 장치 (50) 는 상기 산출된 평균값을 제 1 ~ 제 5 실시형태에서의 차압 (ΔP) 으로서 사용한다.
도 11 에 나타낸 일련의 처리는 제 6 실시형태에서의 차압 (ΔP) 의 평균값을 산출하기 위한 절차를 나타내고 있으며, 이 절차는 전자 제어 장치 (50) 에 의해 소정 시간마다 반복된다.
상기 절차가 개시되면, 스텝 (S710) 에서 전자 제어 장치 (50) 는 PM 제거 제어가 실시중인가의 여부를 판정한다. 스텝 (S710) 에서의 처리는 도 2에 나 타낸 스텝 (S110) 의 처리와 동일하다. PM 제거 제어가 실시중이지 않은 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S710) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 본 루틴을 종료시킨다.
한편, PM 제거 제어가 실시중인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S710) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S720) 으로 진행한다. 스텝 (S720) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회의 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인가의 여부를 판정한다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S720) 의 판정 결과가 "아니요" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 본 루틴을 종료시킨다.
한편, PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S720) 의 판정 결과가 "예" 이면, 다시 말하면, 전술한 바와 같은 차압의 비교가 실시되는 시점인 경우에는, 전자 제어 장치는 스텝 (S730) 으로 진행한다. 스텝 (S730) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 전회에 읽어들인 차압 (ΔP) 과 금회에 읽어들인 차압 (ΔP) 의 평균값을 산출한다. 이 평균값은 차압 (ΔP) 의 잠정값으로 사용된다.
그리고나서, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S740) 으로 진행하여 PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 이하인가의 여부를 판정한다. 이 판정값 (D) 은 임계값 (A) 보다 작은 값으로 설정되어 있다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 보다 큰 것으로 판정되는 경우, 전자 제어 장치 (50) 는 일시적으로 본 루틴을 종료시킨다. PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 이하로 될 때까지, 상기 절차를 반복 실 시함으로써 차압 (ΔP) 의 평균값이 갱신되어진다.
한편, 스텝 (S740) 에서, PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 이하인 것으로 판정되는 경우, 즉, 스텝 (S740) 의 판정 결과가 "예" 이면, 전자 제어 장치 (50) 는 스텝 (S750) 으로 진행한다. 스텝 (S750) 에서, 전자 제어 장치 (50) 는 금회 산출되어 있는 평균값을 차압 (ΔP) 으로 확정하고 본 루틴을 일시적으로 종료시킨다.
전술한 바와 같이, 제 6 실시형태에서는, 전자 제어 장치 (50) 가 PM 퇴적량 (PMsm) 이 임계값 (A) 이하인 것으로 판정되는 때로부터, PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 이하인 것으로 판정되는 때까지, 즉, 차압을 비교하는 시점으로부터 소정 시간이 경과 할 때까지의 사이에 검출되는 차압의 평균값을 산출한다. 그러므로, 차압의 변동이 차압의 비교 판정에 미치는 영향을 억제할 수 있게 된다.
제 6 실시형태에서, 전자 제어 장치 (50) 는 PM 퇴적량 (PMsm) 이 판정값 (D) 이하로 될 때까지 차압의 평균값을 갱신하고 있다. 그러나, 전자 제어 장치 (50) 는 차압이 비교되는 시점으로부터 소정 시간이 경과 할 때까지 차압의 평균값을 갱신할 수도 있다.
스텝 (S730) 의 처리에서, 차압의 서변값(smoothed value)을 산출하기 위해서, 평균값을 산출하는 대신에 상기 검출된 차압이 서변 처리를 거치도록 할 수 있다. 또한, 본 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.
(제 7 실시형태)
다음으로, 도 12 를 참조하여 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 내연기관의 배기 정화 장치를 설명하겠다.
제 7 실시형태는, 제 1 실시형태에 있어서의 NOX 촉매 컨버터 (25) 및 DPNR 컨버터 (26) 와 같은 두 개의 컨버터 대신에, 도 12 에 나타낸 바와 같은 하나의 DPNR 컨버터 (126) 를 구비하는 점에서 다르다. 제 1 실시형태와 동일하게 제 1 가스 온도 센서 (28) 에 의해 DPNR 컨버터 (126) 에 유입되는 배기의 온도인 입력 가스 온도 (thci) 가 검출된다. 제 2 가스 온도 센서 (29) 에 의해 DPNR 컨버터 (126) 를 통과한 배기의 온도인 출력 가스 온도 (thco) 가 검출된다. 차압 센서 (30) 는 DPNR 컨버터 (126) 의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압 (ΔP) 을 검출한다.
이와 같은 구성에 있어서, DPNR 컨버터 (126) 에 연료가 계속하여 첨가되는 경우, DPNR 컨버터 (126) 의 상류 부분에서 연료의 연소가 계속하여 행해진다. 따라서, DPNR 컨버터 (126) 의 하류 부분으로 고온의 배기가 연속적으로 이송된다. 그러므로, DPNR 컨버터 (126) 의 온도는 하류 부분을 향하여 증가되는 경향이 있다. 따라서, DPNR 컨버터 (126) 의 상류 부분에 입자상 물질이 잔류하기 쉽다. 연료가 계속적으로 첨가되면, DPNR 컨버터 (126) 의 상류 부분의 온도는 낮게 머무르는 경향이 있다. 그러므로, DPNR 컨버터 (126) 의 전단부에 입자상 물질이 쉽게 수집된다. 그 결과로, 폐색이 일어날 수 있다.
한편, 배기에 연료를 간헐적으로 첨가하는 경우에는, 고온의 배기가 DPNR 컨버터 (126) 의 하류 부분으로 연속적으로 이송되는 것이 억제된다. 이렇게 하 면, DPNR 컨버터 (126) 에서의 온도 분포가 불균일해지는 것을 억제할 수 있다. 그러므로, DPNR 컨버터 (126) 에 부분적으로 잔류하는 입자상 물질의 양이 감소되고 또한 DPNR 컨버터 (126) 의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양도 적합한 방식으로 감소된다.
그러므로, 제 7 실시형태에서도, 제 1 실시형태에서 설명된 바와 같은 번-업 제어 처리가 실시될 수 있다. 그러므로, 제 7 실시형태는 제 1 실시형태와 동일한 효과를 갖는다.
또한, 제 7 실시형태에 따른 배기 정화 장치는 제 2 ~ 제 6 의 각 실시형태와 동일한 방식으로 구현될 수 있고, 각 실시형태에 대응하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시형태들은 다음과 같이 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 내연기관의 흡입공기량이 감소됨에 따라 각 실시형태에서의 차압의 비교 판정에서 얻은 판정 결과가 변동하는 경향이 있다. 그러므로, 그 결과의 신뢰성도 저하되게 된다. 그러므로, 각 실시형태에서의 차압기준값은, 도 13 에 나타낸 바와 같이, 흡입공기량이 줄어듦에 따라 더 큰 값으로 설정될 수 있다. 이 경우, 흡입공기량이 줄어듦에 따라서 간헐 연료 첨가가 실시될 가능성이 낮아진다. 이것은 차압의 비교에서 만들어진 잘못된 판정에 기인하여 연료 첨가의 방식이 간헐 연료 첨가로 전환되는 것을 바람직한 방식으로 억제하여 준다.
에어플로우미터 (16) 에 의해 흡입공기량 (Ga) 을 검출하는 대신에, 예를 들 어, 기관 회전 속도 (NE) 와 연료 분사량 등 내연기관 (10) 의 운전 상태를 바탕으로 하여 배기의 유량을 산출할 수도 있다. 흡입공기량 (Ga) 대신에, 산출된 배기의 유량이 사용될 수 있다.
NOX 촉매 컨버터 (25) 가 다른 촉매 컨버터이거나, 또는 DPNR 컨버터 (26), (126) 가 입자상 물질을 포집하는 기능만을 갖는 필터이어도 된다. 이들 경우에 있어서, 본 발명은 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 내연기관의 배기 정화 장치에 있어서,
    내연기관의 배기 통로에 배치되어 배기중의 입자상 물질을 포집하는 배기 정화 기구와,
    상기 배기 정화 기구를 통과하는 배기에 연료를 첨가하는 연료 첨가부와,
    상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출하는 검출부와,
    상기 연료 첨가부가 배기에 연료를 첨가하는 중에, 소정 시점에서 상기 검출부에 의해 검출된 상기 차압과 상기 소정 시점에 대응하여 설정된 차압기준값을 비교하는 비교부, 및
    상기 비교부가 상기 차압이 상기 차압기준값보다 큰 것으로 판정하는 경우에, 상기 연료 첨가부에 의한 연료 첨가의 방식을 간헐 연료 첨가로 설정하는 설정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 시점은 제 1 시점이고, 상기 차압기준값은 제 1 차압기준값이고, 상기 설정부가 연료 첨가의 방식을 간헐 연료 첨가로 설정한 후에, 상기 비교부는, 상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에서 상기 검출부에 의해 검출된 차압과 그 제 2 시점에 대응하여 설정된 제 2 차압기준값을 비교하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 설정부는, 상기 제 2 시점에서 검출된 차압이 제 2 차압기준값 이하인 경우에, 상기 간헐 연료 첨가를 종료시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 설정부는, 연료 첨가의 방식이 간헐 연료 첨가로 설정된 후, 배기 정화 기구에 있는 입자상 물질의 추정 퇴적량이 0 으로 된 후에 상기 간헐 연료 첨가를 종료시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 설정부는, 연료 첨가의 방식이 간헐 연료 첨가로 설정된 후, 간헐 연료 첨가의 연료 첨가를 소정 회수로 실시되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 시점은 상기 배기 정화 기구에 있는 입자상 물질의 추정 퇴적량이 임계값 이하로 되는 시점을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 간헐 연료 첨가가 종료되었을 때 검출된 차압을 기초로 하여 상기 배기 정화 기구 중의 미연소 물질의 양을 추정하는 추정부, 및 이 추정부에 의해 추정된 미연소 물질의 양을 기초로 하여 상기 검출부에 의해 검출된 차압을 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 간헐 연료 첨가가 종료되었을 때 검출된 차압을 기초로 하여 상기 배기 정화 기구 중의 미연소 물질의 양을 추정하는 추정부, 및 이 추정부에 의해 추정된 미연소 물질의 양을 기초로 하여 상기 검출부에 의해 검출된 차압기준값을 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 추정부는, 전회의 간헐 연료 첨가가 종료되었을 때 검출된 차압과 금회의 간헐 연료 첨가가 종료되었을 때 검출된 차압에 기초하여 미연소 물질의 양을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관의 흡입공기량이 소정량 이상인 경우에, 상기 비교부는 상기 차압과 상기 차압기준값을 비교하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출부는, 상기 내연기관의 흡입공기량이 소정량 이상인 경우에, 상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압기준값은, 상기 내연기관의 흡입공기량이 감소됨에 따라서 증가되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압은 어느 시점으로부터 소정 시간이 경과되는 기간 중에 검출된 차압의 평균값을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압은 어느 시점으로부터 소정 시간이 경과되는 기간 중에 검출된 차압을 서서히 변하게 하여 얻은 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 정화 기구는 배기중의 입자상 물질이 통과하는 배기 정화 촉매와 이 배기 정화 촉매의 하류에 배치되어 상기 입자상 물질을 포집하는 배기 정화 부재를 포함하고, 상기 검출부는 상기 배기 정화 부재의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  16. 내연기관의 배기 정화 방법에 있어서,
    내연기관의 배기 통로에 배치된 배기 정화 기구에 의해 배기중의 입자상 물질을 포집하는 포집 단계,
    상기 배기 정화 기구를 통과하는 배기에 연료를 첨가하는 연료 첨가 단계,
    상기 배기 정화 기구의 상류 부분과 하류 부분 사이의 차압을 검출하는 검출 단계,
    상기 연료 첨가가 실시중인 동안에, 소정 시점에서 검출된 차압과 그 소정 시점에 대응하여 설정된 차압기준값을 비교하는 비교 단계, 및
    상기 차압이 상기 차압기준값보다 큰 것으로 판정되는 경우, 연료 첨가의 방식을 간헐 연료 첨가로 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 방법.
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