KR100777344B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 정화 장치에 퇴적된 입자상 물질을 적절히 연소시키는 엔진(2)의 배기 정화 장치(36, 38)의 재생장치에 관한 것이다. 이 재생장치는 입자상 물질의 추정 퇴적량(PMsm)과 실제 퇴적량의 편차를 판정하는 ECU(70)를 포함한다. 추정 퇴적량이 최대값(BUpm)보다 적거나 같고, 배기 압력차(△P/GA)가 보정 기준값(Dp)보다 클 경우, ECU는 배기 압력차에 대응하는 보정값을 추정 퇴적량에 부가한다. 이로 인해 추정 퇴적량은 실제 퇴적량에 도달하게 된다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치{REGENERATION CONTROLLER FOR EXHAUST PURIFICATION APPARATUS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 배기 정화 장치를 가열(heating)함으로써 배기 정화 장치 내에 갇혀 있는 입자상 물질을 제거하는 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치에 관한 것이다.
일본국 공개특허공보 2003-20930호는, 필터 내에 퇴적된 입자상 물질(PM)의 양이 소정값을 초과할 경우에 디젤 엔진의 배기 경로에 배치되는 필터 내에 퇴적된 PM을 연소시키는 기술을 설명하고 있다. 필터 내에 퇴적된 PM은 필터를 가열함으로써 연소되고, 간헐적으로 공연비를 희박(lean) 측으로 조정한다. 선행기술에서, 필터 내에 퇴적된 PM의 양은 엔진으로부터 방출된 PM의 양 및 엔진의 구동 상태에 기초하여 필터 내에 산화된 PM의 양을 주기적으로 부가함으로써 계산된다.
엔진 구동 상태가 변하는 경우, 실제 PM 방출량 및 PM 산화량은 서로 같지 않고 다를 수 있다. 특히, 추정 PM 퇴적량은 실제 PM 퇴적량보다 적을 수도 있다. 실제 퇴적량이 추정 퇴적량보다 클 경우, 퇴적된 PM의 제거는 충분하지 않을 수 있다. 그와 같은 불충분한 제거가 반복된다면, 과다하게 많은 PM의 양이 퇴적될 수 있다. 그와 같은 경우에서, 의도한 것보다 더 많은 양의 PM이 급속히 연소될 수 있다. 결과적으로, 필터는 과열될 것이다. 이는 필터의 온도열화(thermal deterioration)를 유발한다.
본 발명의 목적은, 배기 정화 장치에 퇴적된 입자상 물질을 제거하는 동안에 입자상 물질의 추정 퇴적량과 실제 퇴적량 간 편차를 최소화하는 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 관점은, 내연 기관의 배기 경로에 배치된 배기 정화 장치를 재생하는 재생 제어 장치이다. 배기 정화 장치는 상류 정화구역과 하류 정화구역을 포함한다. 재생 제어 장치는, 배기 정화 장치로부터 제 1 위치 상류와 배기 정화 장치로부터 제 2 위치 하류 사이의 배기 압력차, 및 배기 정화 장치의 하류 정화구역으로부터 제 3 위치 상류와 제 3 위치로부터 제 4 위치 하류 사이의 배기 온도차 중 적어도 하나를 검출하는 차이 검출기를 포함한다. 계산부에서는 배기 정화 장치 내 입자상 물질의 추정 퇴적량을 계산한다. 가열 제어부에서는 추정 퇴적량이 기준 퇴적량보다 클 경우 배기 정화 장치를 가열하여 배기 정화 장치로부터 입자상 물질을 제거한다. 보정 제어부에서는, 추정 퇴적량이 가열로 인하여 보정 판정 기준 범위 내로 떨어질 경우와 적어도 하나의 상기 차이가 보정 기준값보다 클 경우에, 적어도 하나의 상기 차이에 따라 추정 퇴적량을 보정한다.
본 발명의 또 다른 목적은 내연 기관의 배기 경로에 배치되는 배기 정화 장치를 재생하는 재생 제어 장치이다. 배기 정화 장치는 배기 경로에 배치되는 상류 정화 기구 및 하류 정화 기구를 포함한다. 재생 제어 장치는 하류 정화 기구의 상류 위치와 하류 위치 사이의 배기 압력의 차이 및 배기 온도의 차이 중 적어도 하나를 검출하는 차이 검출기를 포함한다. 계산부에서는 배기 정화 장치 내 입자상 물질의 추정 퇴적량을 계산한다. 가열 제어부에서는, 추정 퇴적량이 기준 퇴적량보다 클 경우 배기 정화 장치를 가열하여 배기 정화 장치로부터 입자상 물질을 제거한다. 보정 제어부에서는, 추정 퇴적량이 가열로 인하여 보정 판정 기준 범위 내로 떨어질 경우와 적어도 하나의 상기 차이가 보정 기준값보다 클 경우에는, 적어도 하나의 상기 차이에 따라, 추정 퇴적량을 보정한다.
본 발명의 또 다른 관점과 이점은 본 발명의 원리를 예를 들어 도시한 참고도면과 관련한 아래의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은, 그 목적 및 이점과 더불어 참고도면과 함께 바람직한 본 실시예의 아래의 설명을 참고로 하여 가장 잘 이해될 수 있다:
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 디젤 엔진의 제어 시스템의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 재생 모드 실행 판정의 플로우차트,
도 3은 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 재생 제어의 플로우차트,
도 4는 보정 기준값 맵(MAPdp),
도 5는 첨가 보정량 맵(MAPadd),
도 6 및 도 7은 제 1 실시예의 재생 제어의 타이밍 차트,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 재생 제어의 플로우차트,
도 9는 첨가 보정량 맵(MAPtad),
도 10 및 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 재생 제어의 플로우차트, 그리고
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배기 정화 장치의 개략도이다.
제 1 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치가 이제부터 논의될 것이다. 도 1은 차량 디젤 엔진에 적용되는 재생 제어 장치를 포함하는 제어 시스템의 개략도이다. 본 발명의 재생 제어 장치의 적용은 디젤 엔진에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 재생 제어 장치는 린번(lean-burn) 가솔린엔진에도 역시 적용될 수 있다.
디젤 엔진(2)은 제 1 내지 제 4 실린더(#1, #2, #3, #4)를 포함하는 복수 개의 실린더를 포함한다. 각 실린더(#1 내지 #4)에서, 연소실(4)은 흡기 포트(8)와 흡기 매니폴드(10)를 거쳐 서지 탱크(12)에 연결된다. 각 흡기 포트(8)는 흡기밸브(6)에 의해 개폐된다. 서지 탱크(12)는 인터쿨러(14)와, 배기 터보 차저(16) 같은 슈퍼 차저에 연결된다. 에어 클리너(18)를 통해 공급된 외기(fresh air)는 배기 터보 차저(16)의 압축기(16a)에 의해 압축된다. 서지 탱크(12)는 배기가스 재순환(EGR) 경로(20)의 EGR 가스공급구(20a)를 가진다. 스로틀 밸브(22)는 서지 탱크(12)와 인터쿨러(14) 사이의 흡기경로(13)에 배치된다. 흡입 공기량 센서(24)(흡입 공기량 검출 장치)와 흡기온도 센서(26)는 압축기(16a)와 에어 클리너(18) 사이에 배치된다.
각 실린더(#1 내지 #4)에서, 연소실(4)은 배기 포트(30)와 배기 매니폴드(32)에 연결된다. 각 배기 포트(30)는 배기밸브(28)에 의해 개폐된다. 배기 터보 차저(16)의 배기 터빈(16b)은 배기 매니폴드(32)와 배기 경로(34) 사이에 배치된 다. 배기는, 제 4 실린더(#4)에 가까운 배기 매니폴드(32) 내 위치로부터 배기 터빈(16b)으로 보내진다.
각각이 배기 정화 촉매를 수용시키는 3개의 배기 정화 기구, 즉 촉매 컨버터(36, 38, 40)는 배기 경로(34) 내 배치된다. 최상류에 위치하는 제 1 촉매 컨버터(36)는 NOx 흡장 환원 촉매(36a)를 수납한다. 정상 작동하는 디젤 엔진(2)의 배기가 산화 대기(희박한)에 있는 경우에는, NOx가 NOx 흡장 환원 촉매(36a) 내에 흡장된다. 배기가 환원 대기(화학량적(stoichiometric) 또는 공연비가 화학량적 조건보다 낮은)에 있는 경우에는, NOx 흡장 환원 촉매(36a) 내에 흡장된 NOx가 NOx 흡장 환원 촉매(36a)로부터 이탈되어 NO로 환원되고, HC 및 CO로 더욱 환원된다. 이런 방식으로 NOx가 제거된다.
제 1 촉매 컨버터(36)보다 하류에 배치되는 제 2 촉매 컨버터(38)는 단일구조(monolithic structure)를 가지는 필터(38a)를 수납한다. 필터(38a)의 벽은 배기 경로를 통과시키는 구멍들을 가진다. 필터(38a)의 다공성 벽면은 NOx 흡장 환원 촉매층으로 코팅되어 있다. 필터(38a)는 NOx 흡장 환원 촉매의 바닥부(base)로 기능한다. NOx 흡장 환원 촉매층은 NOx 흡장 환원 촉매(36a)와 같은 방식으로 NOx를 제거시킨다. 배기 내 함유된 입자상 물질(PM)은 필터(38a)의 벽에 퇴적된다. PM은 NOx가 비교적 높은 온도 하에서 산화 대기에 노출될 때 떨어져 나온 활성 산소에 의해 1차 산화된다. 그 후, PM은 둘러싸고 있는 과다 산소(excess oxygen)에 의해 완전히 산화된다. 이렇듯이, NOx 뿐만 아니라 PM 역시 필터(38a)로부터 제거된다. 제 1 촉매 컨버터(36)는 제 2 촉매 컨버터(38)와 일체로 형성된다.
최하류에 위치하는 제 3 촉매 컨버터(40)는 산화를 통해 HC 및 CO를 제거하 기 위한 산화 촉매(40a)를 수납한다. 제 1 배기온도센서(44)는 NOx 흡장 환원 촉매(36a)와 필터(38a) 사이에 배치된다. 필터(38a)와 산화 촉매(40a) 사이에서, 제 2 배기온도센서(46)는 필터(38a)에 인접하여 배치되고, 공연비 센서(48)는 산화 촉매(40a)에 인접하여 배치된다.
공연비 센서(48)는, 예를 들어 고체 전해질을 사용한 센서이다. 공연비 센서(48)는 배기 성분에 기초하여 배기의 공연비를 검출하고 공연비와 직선적으로 비례하는 전압신호를 생성한다. 제 1 배기온도센서(44) 및 제 2 배기온도센서(46)는 각 위치에서 배기 온도(thci 및 thco)를 각각 검출한다.
압력차 센서(50)는 필터(38a)의 상류측과 하류측을 연결하는 관에 연결된다. 압력차 센서(50)는 필터(38a)의 상류측과 하류측 사이의 압력차(△P)를 검출하여 필터(38a)의 막힘 정도(clogging degree), 즉 필터(38a) 내 PM의 퇴적 정도를 검출한다.
배기 매니폴드(32)는 제 1 실린더(#1)에 인접, 또는 배기 터빈(16b)으로 배기를 보내는 제 4 실린더(#4)로부터 멀리 떨어져 위치하는 EGR 경로(20)의 EGR 가스 흡입구(20b)를 가진다. EGR 가스를 개질하기 위한 철제 EGR 촉매(52), EGR 가스를 냉각시키기 위한 쿨러(54), 및 EGR 밸브(56)가 EGR 가스 흡입구(20b)로부터 이와 같은 순서로 EGR 경로(20) 내에 배치된다. EGR 촉매(52) 역시 쿨러(54)의 막힘을 방지하도록 기능한다. EGR 가스 공급구(20a)를 통하여 흡기 시스템에 다시 공급될 EGR 가스의 양은 EGR 밸브(56)의 개방도에 따라 조정된다.
연료 분사 밸브(58)는 각 실린더(#1 내지 #4) 내에 배치되고 대응하는 연소실(4)로 연소를 직접 분사한다. 각 연료 분사 밸브(58)는 연료 공급관(58a)을 통 하여 커먼 레일(60)로 연결된다. 전기적으로 제어되는 가변 배출량 연료 펌프(62)는 커먼 레일(60)에 고압 연료를 공급한다. 커먼 레일(60) 내 고압 연료는 각 연료 공급관(58a)을 통하여 대응하는 연료 분사 밸브(58)에 배분된다. 연료 압력 센서(64)는 커먼 레일(60) 내 연료의 압력을 검출한다.
연료 펌프(62)는 연료 공급관(66)을 통하여 연료 첨가 밸브(68)에 저압 연료를 공급한다. 연료 첨가 밸브(68)는 배기 터빈(16b)으로 연료를 분사하기 위해 제 4 실린더(#4)의 배기 포트(30)에 배치된다. 연료 첨가 밸브(68)는 촉매 제어 모드에서 배기로 연료를 첨가한다.
전자 제어 유닛(ECU)은 CPU, ROM, RAM, 및 구동 회로를 포함하는 디지털 컴퓨터 시스템을 포함한다. 구동 회로는 다양한 유닛을 구동시킨다. ECU(70)에는 흡입 공기량 센서(24), 흡기온도 센서(26), 제 1 배기온도센서(44), 제 2 배기온도센서(46), 공연비 센서(48), 압력차 센서(50), EGR 밸브(56)에 포함된 EGR 개방도 센서, 연료 압력센서(64), 스로틀 개방도 센서(22a), 액셀러레이터 개방도 센서(74), 냉각수 온도 센서(76), 엔진 속도 센서(80), 및 실린더 판별 센서(82)로부터의 검출 신호들이 제공된다. 액셀러레이터 개방도 센서(74)는 액셀러레이터 페달(72)의 누름량(액셀러레이터 개방도(ACCP))을 검출한다. 냉각수 온도 센서(76)는 디젤 엔진(2)의 냉각수 온도(THW)를 검출한다. 엔진 속도 센서(80)는 엔진 속도(NE) 또는 크랭크샤프트(78)의 회전속도를 검출한다. 실린더 판별 센서(82)는 실린더를 판별하기 위하여 크랭크샤프트(78)의 회전상 또는 흡기 캠의 회전상을 검출한다.
ECU(70)는 이와 같은 검출신호들로부터 엔진의 구동 상태를 판정하여, 엔진 의 구동 상태에 따라 연료 분사 밸브(58)의 연료 분사(양 및 시기)를 제어한다. ECU(70)는 EGR 밸브(56)의 개방도 조정, 모터(22b)의 스로틀 개방도 조정, 및 연료 펌프(62)의 배출량을 조정하는 제어를 실행한다. 또한, ECU(70)는 재생 모드, 유황 성분 분해-이탈 모드(이하 '유황 제어 모드'로 한다), 및 정상 제어 모드를 포함하는 촉매 제어를 실행한다. 촉매 제어는 나중에 설명될 것이다.
ECU(70)는 엔진의 구동 상태에 따라 2개의 연소 모드, 즉 정상 연소 모드와 저온 연소 모드로부터 선택된 연소 모드를 실행한다. 저온 연소 모드에서는, ECU(70)가 저온 연소 모드용 EGR 개방도 맵에 기초하여 큰 배기 재순환량을 사용함으로써, 연소온도의 증가를 저하시켜 NOx와 스모크를 동시에 환원시킨다. 저온 연소 모드는 엔진의 엔진부하가 낮고 엔진 속도가 낮거나 중간인 범위 내에 있을 때 실행된다. 저온 연소 모드에서는, ECU(70)가 공연비 센서(48)에 의해 검출된 공연비(AF)에 기초하여 스로틀 개방도(TA)의 조정을 포함하는 공연비 피드백 제어를 실행한다. 저온 연소 모드 외의 연소 모드는 정상 연소 모드이다. 정상 연소 모드에서는, ECU(70)가 정상 연소 모드용 EGR 개방도 맵에 기초하여 (배기 재순환을 수반하지 않는 제어를 포함하는) 정상 EGR 제어를 실행한다.
촉매 제어에 관해 지금부터 설명될 것이다.
재생 모드에서, ECU(70)는 배기 정화 촉매 내 PM의 추정 퇴적량이 재생 기준값에 도달할 경우, 특히 제 2 촉매 컨버터(38)의 필터(38a) 내 퇴적된 PM을 가열한다. PM은 산화 및 분해되도록 가열되어 CO2 및 H2O를 생성하고 CO2 및 H2O로 떨어져 나온다. 재생 모드에서, ECU(70)는 연료 첨가 밸브(68)로 연료를 반복 첨가하여 화학량적 공연비보다 높은 공연비에서 촉매층을 (예를 들면 600℃ 내지 700℃로) 가열한다. ECU(70)는 폭발 행정(power stroke) 또는 배기 행정 동안에 대응하는 연료 분사 밸브(58)로 각 연소실(4) 내 (분사 후) 연료 분사를 더욱 수행할 수도 있다. ECU(70)는, 나중에 설명될 특정 조건하에서 간헐적인 연료 첨가 절차를 실행함으로써 연소 가열을 더욱 실행한다. 간헐적인 연료 첨가 절차에서, ECU(70)는 연료가 첨가되지 않는 동안에 공연비 저하 절차를 실행한다. 공연비 저하 절차는, 연료 첨가 밸브(68)로부터 연료를 간헐적으로 첨가함으로써 화학량적 공연비와 같도록 또는 약간 낮도록 공연비를 낮춘다. 이러한 실시예에서는, 공연비 저하 절차가 공연비를 화학량적 공연비보다 약간 낮추게 한다. 특정한 경우에서는, 연료 분사 밸브(58)의 추후 분사 및 간헐적인 연료 첨가절차가 연소시에 수행될 수도 있다. 재생 모드에서는, NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면에서의 PM 막힘(clogging)이 제거되고, 추정 퇴적량보다 많은, 퇴적량의 필터(38a) 내 퇴적된 PM이 연소되고 환원된다.
유황 제거 모드는 NOx 흡장 환원 촉매(36a) 및 필터(38a)가 유황 성분에 의해 오염되고, NOx 흡장 용량과 같은 그 배기 정화용량이 저하된 경우에 실행된다. 유황 제거 모드는 NOx 흡장 환원 촉매(36a) 및 필터(38a)로부터 유황 성분을 분해 및 이탈시켜서 NOx 흡장 환원 촉매(36a) 및 필터(38a)가 유황 성분을 제거하고 유황 오염으로부터 복구된다. 유황 제거 모드에서, ECU(70)는 연료 첨가 밸브(68)로부터 연료를 반복적으로 첨가함으로써 촉매층을 (예를 들어, 650℃까지) 가열한다. ECU(70)는 연료 첨가 밸브(68)로부터 연료를 간헐적으로 첨가함으로써 화학량적 공연비와 같도록 또는 약간 낮도록 공연비를 낮추는 공연비 저하 절차를 더 실행한 다. 제 1 실시예에서는, 공연비 저하 절차가 공연비를 화학량적 공연비보다 약간 낮추게 한다. 유황 제거 모드에서는, 연료 분사 밸브(58)를 사용한 추후 분사가 실행될 수도 있다. 이 절차는 재생 모드에서 특정 조건 하에서 실행된 간헐적 연료 첨가 절차와 유사하고 역시 PM의 연소효과를 가진다.
NOx 환원 모드에서는, NOx 흡장 환원 촉매(36a) 및 필터(38a)에 흡장된 NOx가 N2, CO2 및 H2O로 환원되고, N2, CO2 및 H2O로 떨어져 나온다. NOx 환원 모드에서, ECU(70)는 비교적 긴 시간에 걸쳐 연료 첨가 밸브(68)로부터 간헐적으로 연료를 첨가하여 촉매층의 온도는 비교적 낮게(예를 들어, 250 내지 500℃) 설정된다. 그와 같이 낮은 촉매층 온도에서, 공연비는 화학량적 공연비와 같거나 약간 낮도록 저하된다.
앞선 3개의 촉매 제어 모드를 제외한 촉매 제어는 정상 제어 모드이다. 정상 제어 모드에서는, ECU(70)가 연료 첨가 밸브(68)로 연료 첨가 및 연료 분사 밸브(58)로 추후 분사를 수행하지 않는다.
재생 모드에서 ECU(70)에 의해 실행되는 절차가 지금부터 논의될 것이다. 재생 모드의 실행 판정을 보여주는 도 2의 플로우차트 및 재생 모드를 보여주는 도 3의 플로우차트는 각각 소정의 시간 주기(time cycle) 내에서 인터럽트(interrupt)로 실행된다. 도 2에서 재생 모드 실행 판정의 결과는 도 3에서 재생 제어를 시작하는지 여부를 판정한다.
재생 모드 실행 판정(도 2)이 먼저 설명된다.
S102 단계에서 ECU(70)는, 도 2에서 하나의 제어주기 동안에 디젤 엔진(2)의 각 연소실(4)로부터 방출된 PM의 전체량인 입자상 물질 방출량(PMe)을 계산한다. 본 실시예에서, ECU(70)는 실험을 통하여 사전에 생성된 맵을 참고하여 입자상 물질 방출량(PMe)을 계산한다. 이 맵은 예를 들어 엔진 속도(NE), 그리고 엔진부하(예를 들면, 연료 분사 밸브(58)의 연료 분사량)와 방출량을 연관시킨다. ECU(70)는 엔진 속도(NE) 및 엔진부하로부터 입자상 물질 방출량(PMe)을 계산한다.
S104 단계에서, ECU(70)는 필터(38a) 내에 퇴적 또는 갇혀 있는 PM의 산화량(PMc)을 계산한다. 산화량(PMc)은 이 절차의 하나의 제어주기 동안 산화를 거쳐 제거된, 갇혀 있는 PM의 양이다. 제 1 실시예에서, ECU(70)는 실험을 통해 사전에 생성된 맵을 참고로 하여 산화량(PMc)을 계산한다. 이 맵은 필터(38a)의 촉매층 온도(예를 들어, 제 2 배기온도센서(46)에 의해 검출된 배기 온도(thco)), 그리고 흡입 공기량(GA)과 산화량을 연관시킨다. ECU(70)는 배기 온도(thco) 및 흡입 공기량(GA)로부터 산화공기량을 계산한다.
S106 단계에서, ECU(70)는 수학식 1을 사용하여 추정된 PM 퇴적량을 계산한다.
PMsm ← Max[PMsm + PMe - PMc, 0]
수학식 1에서, 오른쪽의 추정 퇴적량(PMsm)은 이 절차의 전 주기에서 계산된 값이다. Max는 괄호 내 값 중 최대값을 추출하는 연산자를 나타낸다. 예를 들면, PMsm + PMe - PMc가 양의 값을 나타낼 경우, PMsm + PMe - PMc의 결과값은 상기 수학식의 왼쪽인 추정 퇴적량으로 입력된다. PMsm + PMe - PMc가 음의 값인 경우에는, 제로값(그램)이 상기 수학식의 왼쪽인 추정 퇴적량으로 입력된다.
S108 단계에서, ECU(70)는 추정 퇴적량(PMsm)이 재생 기준값(PMstart)(기준 퇴적량에 대응) 이상인지를 확인해서 재생 모드를 시작할 것인지를 판정한다. PMsm이 PMstart보다 작을 경우에는(S108 단계에서, NO), ECU(70)가 일시적으로 이 절차를 중단한다. PMsm이 PMstart보다 작은 상태는 도 6의 타이밍 차트에 도시된 t0 시점 전의 상태와 대응된다.
디젤 엔진(2)의 구동 상태로 인하여 PMe가 PMc보다 큰 상태가 계속되는 경우에는, S102, S104, 및 S106 단계가 반복된다. 이로 인해 추정 퇴적량(PMsm)이 점차 증가한다. 그러나, PMsm이 PMstart보다 작은 동안에는(S108 단계에서, NO), ECU(70)가 이 절차를 일시적으로 중단한다.
추정 퇴적량(PMsm)이 증가하여 PMsm ≥ PMstart를 충족시키는 경우(S108 단계에서, YES), ECU(70)는 유황 제거 모드에서 PM 제거를 위한 가열이 중단되는지 여부를 판정한다. 유황 제거 모드에서 PM 제거 가열이 중단되는 경우(S110 단계에서, NO), ECU(70)는 이 절차를 일시적으로 중단한다. 유황 제거 모드에서 PM 제거 가열이 수행되는 경우(S110 단계에서, YES), ECU(70)는 재생 제어를 시작한다(도 6의 S112 단계에서, t0). 이 경우, 도 3의 재생 제어는 주기적으로 실행된다.
도 3을 참고로 하여 재생 제어가 설명될 것이다. ECU(70)는 도 2에서 재생 모드 실행 판정을 실행한 후에 재생 제어를 실행한다. 따라서, 재생 제어는 재생 모드 실행 판정과 같은 주기로 실행된다.
S122 단계에서, ECU(70)는 이전 주기에서 계산된 추정 퇴적량(PMsm)이 보정 판정 기준 범위 이내(보정 판정 기준 범위의 최대값(BUpm) 이하)인지 여부를 판정한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 최대값(BUpm)은 재생 기준값(PMstart) 보다는 상 당히 작고, 중단 판정값(PMend)(예를 들어, 0그램)보다는 약간 크다.
PMsm이 BUpm보다 큰 경우에는(도 6의 S122 단계에서, t0 내지 t1), ECU(70)는 S146 단계에서 PM 제거 가열의 개시를 설정(지시)하고 일시적으로 이 절차를 중단한다. PM 제거 가열에서, 연료 첨가 밸브(68)는 상술한 방식으로 반복적으로 연료를 첨가한다. 이로 인해 촉매는 화학량적 공연비보다 높은 공연비의 대기에 노출되고 촉매층 온도(배기 온도(thci))는 증가한다(예를 들어, 600℃ 내지 700℃). 그 후, 입자상 물질 방출량(PMe)은 산화량(PMc)보다 적어지고, 추정 퇴적량(PMsm)은 점차 감소한다.
PMsm이 BUpm보다 큰 동안에는(S122 단계에서, NO), 상술한 연료 첨가에 의해 PM을 제거하기 위한 절차는 계속된다.
추정 퇴적량(PMsm)은 점차 감소하여 중단 판정값(PMend)에 도달한다. 추정 퇴적량(PMsm)이 감소하여 PMsm ≤ BUpm을 충족하는 경우에(S122 단계에서, YES), ECU(70)는 유황 제거 모드 이외의 모드가 현재 실행되고 있는지, 또한 유황 제거 모드 이외의 모드가 요청되었는지 여부를 판정한다(S124 단계).
유황 제거 모드가 실행되는 경우, 또는 유황 제거 모드가 요청된 경우(S124 단계), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S138 단계), 일시적으로 이 절차를 중단한다. 연소 가열과 비슷한 절차가 유황 제거 모드에서 수행되기 때문에 PM 제거 가열은 중지된다.
유황 제거 모드 이외의 모드가 실행되고 유황 제거 모드는 요청되지 않는 경우(S124 단계에서, YES), ECU(70)는 도 4의 보정 기준값 맵(MAPdp)을 참고하여 흡입 공기량(GA)에 대응하는 보정 기준값(DP)을 판정한다(S126 단계). ECU(70)는, 흡입 공기량(GA)에 대한 필터(38a)의 상류측 및 하류측 사이의 압력 차이(△P)의 △P/GA 비율이 보정 기준값(Dp) 이상인지 여부를 판정한다(S128 단계). 그 △P/GA 비율은 배기 압력차에 대응된다. 따라서, 기준값(Dp)은 △P/GA 비율의 최소값으로 사용된다. 필터(38a)의 막힘을 판별하는 정확도는 기준값(Dp)을 판정함으로써 보장된다.
배기 유량(exhaust flow amount)에 대한 압력 차이(△P)의 비율은 실제 구동 상태를 정확히 반영하는 △P/GA 비율 대신에 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 흡입 공기량(GA)은 배기 유량에 직접적으로 비례한다. 그러므로, △P/GA 비율의 이용이 제어 정확도에 영향을 미치지는 않는다.
△P/GA 비율을 Dp 값과 비교하는 대신에, 압력 차이(△P)가 배기 유량(또는 흡입 공기량(GA))에 따라 크게 설정되는 보정 기준값(예를 들어, Dp*GA)과 비교될 수도 있다. 이 경우, 압력 차이(△P)는 배기 압력차에 대응된다.
△P/GA가 Dp보다 작을 경우(S128 단계에서, NO), 필터(38a)는 PM으로 막히지 않고, 추정 퇴적량(PMsm)은 실제 퇴적량에서 벗어나지 않는다. 이 경우, ECU(70)는 S140 단계에서 추정 퇴적량(PMsm)이 중단 판정값(PMend) 이하인지 여부를 판정한다. 재생 제어의 초기 상태에서, PMsm은 PMend보다 작다(S140 단계에서, NO). 그러므로, PM 제거 가열은 계속된다(S146 단계). 이 경우, 도 6에 서와 같이, 추정 퇴적량(PMsm)은 수학식 1을 사용한 계산에 따라 t1 시점 이후 점차 감소를 계속한다.
△P/GA가 Dp보다 작은 상태가 계속되고(S128 단계에서, NO), 추정 퇴적량(PMsm)이 감소하여 PMsm ≤ PMend(0그램)을 충족하는 경우(S140 단계에서 YES, 도 6에서 t2), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142 단계), 재생 모드를 종료한다(S144 단계). 그 후, ECU(70)는 일시적으로 이 절차를 중단한다. 이로써 필터(38a) 내에 주로 갇혀있던 PM의 제거가 완료된다. 추정 퇴적량이 증가하여 다시 PMsm ≥ PMstart를 충족시키는 경우(도 2의 S108 단계에서, YES), 재생 제어가 유황 제거 모드에 의해 중지되지 않는 한(S110 단계에서, YES), 재생 제어는 아래에 설명되는 방식으로 다시 시작된다(S112 단계).
다음은, 필터(38a)가 PM으로 막히고 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량으로부터 벗어나는 경우를 설명한다. 이 경우, S122 단계에서의 판정이 YES이고, S124 단계에서의 판정이 YES가 된 후에 △P/GA 비는 보정 기준값(Dp) 이상이 된다(S128 단계에서, YES).
S130 단계에서, ECU(70)는 S128 단계에서 YES로 판정되는 횟수, 즉 △P/GA 비율이 Dp값 이상인 것으로 연속하여 판정되는 횟수가 중지 판정 횟수(Np)(예를 들어, 2회) 이하인지 여부를 판정한다. 예를 들면, 판정 횟수가, S130 단계에서의 판정이 처음으로 실행(S130 단계에서, YES)된 것과 같이 중지 판정 횟수(Np)보다 작은 경우에, ECU(70)는 도 5의 부가 보정량 맵(MAPadd)을 참고하여 △P/GA 비율에 대응하는 증가 보정량(PMadd)을 판정한다(S132 단계).
△P/GA 비율은 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량(PMsm)의 편차를 반영한다. 부가 보정맵(MAPadd)은 △P/GA 비율에 따른, 또는 상술한 편차에 따른 부가 보정량(PMadd)을 나타낸다. △P/GA 비율과 부가 보정량(PMadd) 사이의 관계는 실험을 통하여 결정된다.
ECU(70)는 수학식 2를 사용하여 추정 퇴적량을 얻거나 보정한다.
PMsm ← PMsm + PMadd
이 경우, 추정 퇴적량(PMsm)은 실제 퇴적량에 근접하거나 동일한 값으로 증가한다(t11).
S136 단계에서, ECU(70)는 PM 제거 가열을 연소 가열로 전환시키고 이 절차를 일시적으로 중단시킨다. 연소 가열이 시작되면, NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면에서의 PM 막힘은 제거되어, 추정 퇴적량(PMsm)보다 많은 필터(38a) 내 퇴적된 PM의 양이 연소된다. 이는 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량(PMsm)의 편차를 줄여준다. 추정 퇴적량은 일단 중단 판정값(PMend)보다 약간 큰 최대값(BUpm) 이하가 되도록 저하된다. 그러므로, 비록 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량으로부터 벗어난다 하더라도, 연소 가열로 인하여 많은 양의 PM이 급속히 연소되는 경우는 피할 수 있다.
PMsm이 BUpm보다 큰 기간 동안에(S122 단계에서, NO), 연소형 PM 제거 가열이 수행된다(S146 단계). PMsm ≤ BUpm이 다시 충족되고(S122 단계에서 YES, 도 7의 t12) △P/GA가 Dp보다 작고(S128 단계에서, NO) PMsm이 PMend보다 큰 경우에(S140에서, NO), PM 제거 가열이 도 7의 실선과 같이 계속된다(S146 단계). PMsm ≤ PMend이 충족되는 경우(S140 단계에서, YES), PM 제거 가열이 중지되고(S142 단계), 재생 모드가 완료된다(S144 단계, 도 7의 t13).
△P/GA ≥ Dp가 충족되는 경우(S128 단계에서, YES), ECU(70)는 S128 단계에서의 판정 횟수가 중지 판정 횟수(Np)(2회) 이하인지 여부를 판정한다(S130 단계). 예를 들어, S128 단계에서 판정이 2번 실행되는 경우(S130 단계에서, YES), ECU(70)는 △P/GA 비율에 기초하여 부가 보정량(PMadd)을 다시 판정하여(S132 단계), 업데이트된 부가 보정량(PMadd)으로 추정 퇴적량(PMsm)을 보정한다(S134 단계). 그러므로, 도 7의 점선과 같이 추정 퇴적량(PMsm)은 최대값(BUpm)보다 큰 값까지 다시 증가한다(t12).
ECU(70)는 연소 가열을 계속하여(S136 단계), 이 절차를 일시적으로 중단한다. 계속되는 연소 가열로 인해 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량(PMsm)의 편차는 더욱 줄어든다.
PMsm이 BUpm보다 큰 기간 동안(S122 단계에서, NO), ECU(70)는 연소 가열을 계속한다(S146 단계). PMsm ≥ BUpm이 다시 충족되는 경우(S122 단계에서 YES, 도 7의 t14)에, 그리고 △P/GA가 Dp보다 작고(S128 단계에서, NO), PMsm이 PMend보다 큰 경우(S140 단계에서, NO), ECU(70)는 연소형 PM 제거 가열을 계속한다(S146 단계). PMsm ≤ PMend가 충족되는 경우(S140 단계에서 YES, 도 7의 t15), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142 단계), 재생 모드를 완료시킨다(S144 단계).
△P/GA ≥ Dp가 충족되는 경우(S128 단계에서 YES, t13), △P/GA 비에 관한 판정이 3번 실행된다(S130 단계에서, NO). 이 경우, ECU(70)는 △P/GA가 Dp보다 작은 경우에 실행된 절차와 동일한 절차를 실행한다. PMsm ≤ PMend가 도 7의 점선과 같이 충족되는 경우(S140 단계에서 YES, 도 7의 t15), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142 단계), 재생 모드를 완료시킨다(S144 단계).
압력 차이 센서(50) 및 흡입 공기량 센서(24)가 차이 검출기로 작용한다. S122 내지 S134 단계들을 실행하는 ECU(70)는 추정 퇴적량의 보정 제어부로 기능한다.
제 1 실시예는 아래에 설명되는 이점을 가진다.
(a) 배기의 흐름 저항이 증가하고, 필터(38a)의 상류측과 하류측 사이의 배기 압력차(△P/GA)는 제 2 촉매 컨버터(38)의 필터(38a) 내 PM 막힘의 정도가 증가하는 만큼 증가한다. 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량으로부터 벗어나지 않는 경우, 배압차(△P/GA)는 추정 퇴적량(PMsm)에 대응한다. 따라서, 추정 퇴적량(PMsm)이 보정 판정 기준 범위 내로 떨어지는 경우, 압력 차이센서(50)에 의해 검출된 배압차(△P/GA)가 보정 판정 기준 범위(≤ BUpm) 내라면, 추정 퇴적량(PMsm)이 정확한 것이다.
배압차(△P/GA)가 보정 판정 기준 범위보다 큰 경우, 실제 퇴적량은 추정 퇴적량(PMsm)보다 크다. 그러한 상태가 계속된다면, 잔여 PM이 있더라도 재생 모드는 완료된다. 그러한 잔여 PM 제거가 퇴적되는 경우에, 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량의 편차가 점차 증가한다. 이는 급속히 연소되도록 의도된 바보다도 많은 PM 양으로 이어진다. 결과적으로, 필터(38a)는 과열되고 필터(38a)를 유발할 수 있다.
제 1 실시예에서, ECU(70)는 PMsm ≤ BUpm이 충족되는 경우에 △P/GA와 보정 기준값(Dp)을 비교하여 추정 퇴적량(PMpm)이 실제 퇴적량으로부터 벗어나 있는지 여부를 판정한다. △P/GA ≥ Dp가 충족되면, ECU(70)는 부가 보정량 맵(MAPadd)을 참고하여 △P/GA 비율에 대응하는 부가 보정량(PMadd)을 판정하고 추정 퇴적량(PMsm)을 부가 보정량(PMadd)으로 보정한다. △P/GA 비율이 증가함에 따라, 부가 보정량(PMadd)이 증가한다. 이로써, 추정 퇴적량(PMsm)은 실제 퇴적량에 도달하거나 동일하게 된다.
이렇듯이, 추정 퇴적량(PMsm)과 실제 퇴적량 사이의 편차가 최소화되어 필터(38a) 내에 퇴적된 PM이 적절히 제거된다. 이로써 많은 양의 PM이 급속히 연소되는 것이 억제된다.
(b) 통상적으로, 배기의 유량에 따라 배기 흐름의 흐름 균일성(flow uniformity)이 변하고 배압과 배기 온도를 검출하는 센서의 정확도가 떨어진다. 따라서, 배기 유량에 따라 보정 기준값이 설정되는 것이 바람직하다. 제 1 실시예에서, ECU(70)는 도 4의 보정 기준 맵(MAPdp)을 참고하여 보정 기준값(Dp)을 판정한다. 보정 기준값 맵(MAPdp)의 보정 기준값(Dp)은 흡입 공기량(GA)이 증가함에 따라 작아지도록 설정된다. 흡입 공기량(GA)이 증가함에 따라, 배기 유량이 증가한다. 이로써 배기 유량의 흐름 균일성이 개선된다. 그러므로, 흡입 공기량(GA)이 증가함에 따라 보정 기준값(Dp)은 감소하고, 흡입 공기량(GA)이 감소함에 따라 보정 기준값(Dp)은 증가한다. 이로써 추정 퇴적량(PMsm)을 매우 정확하게 보정하는 시점이 판정되고, 따라서 부가 보정량(PMadd)을 매우 정확하게 얻을 수 있다. 그러므로, 추정 퇴적량(PMsm)은 매우 정확하게 보정되고 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량(PMsm)의 편차는 더 정확하게 최소화된다.
(c) 흡입 공기량 센서(24)에 의해 검출된 흡입 공기량(GA)이 배기 유량 대신에 사용된다. 따라서, 적절한 보정 기준값(Dp)이 용이하게 설정되고, 정확도 높은 부가 보정량(PMadd)이 매우 정확한 시기에 용이하게 얻어질 수 있다.
(d) 최대값(BUpm)을 사용하여 얻어지는 보정 판정 기준 범위는 재생 모드가 완료되기 직전에 추정 퇴적량(PMsm)에 의해 얻어지는 범위 내로 설정된다. 실제 PM 퇴적량은 PM 제거를 위한 정상적인 가열을 실행함으로써 충분히 감소된다. 그 러므로, 연소 가열이 실시되어 동시에 모든 PM을 연소하는 경우일지라도, 연소 가열이 많은 양의 PM을 급속히 연소하는 상황은 피할 수 있다. 따라서, 그러한 특별 가열로도 필터(38a)는 과열되지 않고 필터(38a)의 열화는 발생하지 않는다. 그러므로, 퇴적된 입자상 물질은 적절히 제거된다.
(e) 보정된 추정 퇴적량(PMsm)이 보정 판정 기준 범위 내로 다시 떨어지고 △P/GA ≥ Dp 가 충족되는 경우에, ECU(70)는 추정 퇴적량(PMsm)의 보정을 반복한다. 따라서, 실제 퇴적량으로부터 이전 주기에서 추정 퇴적량(PMsm)의 편차를 위한 보상이 불충분한 경우라도, 추정 퇴적량(PMsm)을 반복하여 보정함으로써 실제 퇴적량으로부터의 추정 퇴적량(PMsm)의 편차를 거의 완벽하게 제거할 수 있다.
(f) 재(ash)와 같은 불연성 물질의 존재로 인하여 △P/GA ≥ Dp가 충족되는 상황이 계속될 수 있다. 이러한 경우에, 재생 모드를 연장하기 위하여 추정 퇴적량(PMsm)을 반복해서 보정하는 것은 연비(fuel efficiency)를 더욱 낮출 수 있다. 그러므로, ECU(70)는 추정 퇴적량(PMsm)이 보정되는 횟수를 제한하여 연비가 낮아지는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 중지 판정 횟수(Np)는, 추정 퇴적량(PMsm)의 보정이 3회 연속하여 실행되지 않도록 2회로 설정된다.
(g) 유황 제거 모드는 연소 가열과 동일한 효과를 가진다. 그러므로, 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량으로부터 벗어나는 경우일지라도, 유황 제거 모드에서 그 편차는 감소되거나 제거된다. 따라서, ECU(70)는 유황 제거 모드에서 추정 퇴적량(PMsm)을 보정하지 않는다. 이렇듯이, 특히 연소 가열인 재생 모드는 연비저하 방지를 위하여 자주 실행되지는 않는다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어가 도 8을 참고로 하여 지금부터 설명될 것이다.
제 2 실시예에서는, 하류 배기 정화 기구에 대응되는, 필터(38a)의 상류 및 하류측 사이의 배기 온도차(△THC, thco-thci)가 배압차(△P/GA)를 대신하여 사용된다. 즉, ECU(70)는 △THC가 보정 기준값(Dth) 이상인지 여부를 판정한다. 보정 기준값(Dth)은 예를 들어, 200 내지 300℃ 사이의 값이다. 도 8의 S125, S127, S129 및 S131 단계는 각각 도 3의 S126, S128, S130 및 S132를 대신한다. 다른 부분은 제 1 실시예와 동일하다.
S124 단계의 판정이 YES일 경우에, ECU(70)는 수학식 3에 따라 배기 온도차(△THC)를 얻는다.
△THC ← thco - thci
ECU(70)는 배기 온도차(△THC)가 보정 기준값(Dth) 이상인지 여부를 판정한다(S127 단계). △THC가 Dth보다 작고(S127 단계에서, NO), PMsm이 PMend보다 큰 경우(S140 단계에서, NO), ECU(70)는 PM 제거 가열을 계속한다(S146 단계). PMsm ≤ PMend를 충족하는 경우(S140 단계에서, YES), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142 단계), PM 재생 제어 모드를 종료한다(S144 단계). 이러한 단계들 동안에, PMsm은 도 6의 타이밍 차트에 도시된 바와 같이 변한다.
△THC ≥ Dth가 충족되는 경우(S127 단계에서, YES), ECU(70)는 현재의 PM 제거 가열을 반복하는 동안에 YES로 응답된 S127의 판정 횟수가 중지 판정 횟수(Np)(예를 들어, 2회) 이하인지를 확인한다(S129 단계). 예를 들어, S127 단계가 첫 번째로 실시된 경우, ECU(70)는 S129 단계의 결과를 YES로 판정한다. 이 경우, ECU(70)는 도 9의 부가 보정량 맵(MAPtad)을 참고하여 배기 온도차(△THC)에 대응하는 부가 보정량(PMadd)을 판정한다(S131 단계).
NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면 막힘으로 인하여 실제 퇴적량으로부터 추정 퇴적량(PMsm)이 편차를 일으키는 경우, PM 제거 가열을 실시하기 위하여 연료 첨가 밸브(68)로부터 첨가된 연료는, NOx 흡장 환원 촉매(36a)를 통과할 때 급격히 연소되고, 필터(38a) 내 응축물질에서 연소된다. 이로 인해 NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면이 막히지 않은 경우와 비교하여 배기 온도차(△THC)가 증가한다. 한편, 배기 온도차(△THC)는 NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면 막힘으로 인하여 유발된 실제 퇴적량과 추정 퇴적량과의 편차를 반영한다. 부가 보정량 맵(MAPtad)은 배기 온도차(△THC)에 대응하는 부가 보정량(PMadd)을 저장한다. 편차의 정도는, 배기 온도차(△THC)가 증가함에 따라 더욱 커진다. 따라서, 부가 보정량(PMadd)은 배기 온도차(△THC)가 증가함에 따라 증가한다. 배기 온도차(△THC)와 부가 보정량(PMadd)과의 관계는 실험을 통하여 얻어진다.
ECU(70)는 부가 보정량(PMadd)을 사용하여 수학식 2에 따라 추정 퇴적량(PMsm)을 보정한다(S134 단계). 이로 인하여 추정 퇴적량(PMsm)이 증가하여 도 7의 타이밍 차트에 도시된 바와 같이 실제 퇴적량에 도달하거나 동일하게 된다.
ECU(70)는 PM 제거 가열을 연소 가열로 전환한다(S136 단계). 비록 연소 가열 개시시에 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량과 편차를 보이더라도, 추정 퇴적량(PMsm)은 중단 판정값(PMend)보다 약간 큰 최대값(BUpm) 이하이다. 따라서, 비록 연소 가열이 실시되더라도 많은 양의 PM이 급격하게 연소되는 것은 아니다. 그러므로, 필터(38a)는 과열되지 않는다.
PMsm이 BUpm보다 큰 기간 동안에(S122 단계에서, NO), ECU(70)는 연소 가열을 실시함으로써 PM을 제거한다(S146 단계). PMsm ≤ BUpm이 다시 충족되고(S122 단계에서, YES), S124 단계의 판정이 YES인 경우, ECU(70)는 배기 온도차(△THC)를 계산한다(S125 단계). △THC가 보정 기준값(Dth)보다 작고(S127 단계에서, NO), PMsm이 PMend보다 클 경우(S140 단계에서, NO), ECU(70)는 PM 제거 가열을 계속한다(S146, 도 7의 실선). PMsm ≤ PMend가 충족되면(S140 단계에서, YES), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142 단계), PM 재생 제어 모드를 종료한다(S144 단계).
△THC ≥ Dth가 다시 충족되는 경우(S127 단계에서, YES), ECU(70)는 S127 단계에서 YES로 판정되는 횟수가 중지 판정 횟수(Np)(2회) 이하인지 여부를 확인한다(S129 단계). 현재 판정 횟수가 2회이기 때문에, ECU(70)는 △THC에 기초하여 부가 보정량(PMadd)을 계산하고, 부가 보정량(PMadd)을 업데이트하여 추정 퇴적량(PMsm)을 업데이트된 부가 보정량(PMadd)으로 다시 보정한다(S134 단계). 도 7에서 점선으로 도시된 바와 같이, 이로 인하여 추정 퇴적량이 보정 판정 기준 범위의 최대값(BUpm)보다 큰 값으로 다시 증가한다.
ECU(70)는 연소 가열을 계속하고(S136 단계), 일시적으로 이 절차를 중단한다. 연소 가열을 계속하면 추정 퇴적량과 실제 퇴적량의 편차를 더욱 없앨 수 있다.
PMsm이 BUpm보다 큰 기간 동안에(S122 단계에서, NO), ECU(70)는 연소 가열을 계속한다(S146 단계). PMsm ≤ BUpm이 다시 충족된다 하더라도(S122 단계에서, YES), △THC ≥ Dth가 충족되는 한(S127 단계에서, YES), ECU(70)는 S129 단계의 결과를 NO라고 판정한다. △THC ≥ Dth가 충족되거나 △THC가 Dth보다 작더라도, ECU(70)는 S140 단계까지 진행한다.
연소 가열이 계속되고 PMsm ≤ BUpm이 충족된다면(S140 단계에서, YES), ECU(70)는 PM 제거 가열을 중지하고(S142), PM 재생 제어 모드를 종료한다(S144 단계).
제 1 배기온도센서(44)와 제 2 배기온도센서(46)는 차이 검출기로 작용한다. 도 8의 S122부터 S134까지 실행하는 ECU(70)는 추정 퇴적량을 보정하는 보정 제어부로 기능한다.
제 2 실시예는 아래에 설명되는 이점을 가진다.
(a) d필터(38a)가 PM으로 막히기 전에 NOx 흡장 환원 촉매(36a)(상류 배기 정화 기구)가 PM으로 막히는 경우, 배기는 재생 제어 동안에 NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 오직 제한된 구역만을 통과한다. 그러므로, NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 반응열이 불충분하고, 반응열은 하류 필터(38a) 내에서 고르지 않게(unevenly) 생성된다.
따라서, 제 2 실시예에서는, 필터(38a)의 상류 및 하류측 사이의 배기 온도차(thco-thci)가 배기 압력차(△P/GA) 대신에 사용된다. ECU(70)는 온도차가 보정 기준값(Dth) 이상인 경우 추정 퇴적량을 보정한다. 이로 인해 추정 퇴적량이 실제 퇴적량에 도달 내지 동일하게 된다.
이렇듯이, 추정 퇴적량과 실제 퇴적량과의 편차가 최소화되어 퇴적된 PM은 적절히 제거된다. 이로 인해, 많은 양의 PM이 급속히 연소되는 것이 억제된다.
(b) 제 2 실시예는 제 1 실시예에서 설명된 (b) 내지 (g)의 이점을 마찬가지 로 가진다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어가 지금부터 논의될 것이다.
제 3 실시예에서는, 도 3의 플로우차트를 대신하여 도 10, 도 11의 플로우차트가 수행된다. 도 10 및 도 11의 플로우차트는 도 3 및 도 8의 플로우차트를 조합하여 얻어진다. 즉, 배기 압력차(△P/GA)의 판정(S128 단계), 또는 배기 온도차(△THC)의 판정(S127 단계)이 YES인 경우에, S150, S152, S131, S132, S134, 및 S136이 수행된다. 다른 단계와 관련해서는 도 3 또는 도 8을 참고한다.
△P/GA ≥ Dp이 충족되거나(S128 단계에서, YES), △THC ≥ Dth가 충족되는 경우(S127 단계에서, YES), ECU(70)는 S127과 S128 단계에서 YES로 판정하는 횟수가 중지 판정 횟수(Np) 이하인지 여부를 판정한다(S150 단계).
YES로 판정한 횟수가 Np 이하라면(S150 단계에서, YES), ECU(70)는 현재의 S150 단계가 S128에서 YES라는 판정에 의한 것인지를 확인한다(S152 단계). 만일 현재의 S150 단계가 S128에서 YES라는 판정에 의한 것이라면(S152 단계에서, YES), ECU(70)는 도 5의 부가 보정맵(MAPadd)을 참고하여 배기 압력차(△P/GA)에 대응하는 부가 보정량(PMadd)을 판정한다(S132 단계). 만일 현재의 S150 단계가 S128에서 NO라는 판정 및 S127 단계에서 YES라는 판정에 의한 것이라면(S152 단계에서, NO), ECU(70)는 도 9의 부가 보정맵(MAPtad)을 참고하여 배기 온도차(△THC)에 대응하는 부가 보정량(PMadd)을 판정한다(S131).
ECU(70)는 수학식 2에 따라 부가 보정량(PMadd)으로 추정 퇴적량(PMsm)을 보정한다(S134 단계). 이로 인하여 추정 퇴적량(PMsm)이 증가하여 실제 퇴적량에 도 달하거나 동일하게 된다.
ECU(70)는 추정 퇴적량을 보정한 후 PM 제거 가열을 연소 가열로 전환하고(S136 단계), 이 절차를 일시적으로 중단한다. 연소 가열은, NOx 흡장 환원 촉매(36a)의 앞면을 막히게 하는 PM을 제거하고, 추정 퇴적량(PMsm)보다 많은 필터(38a) 내 퇴적된 많은 양의 PM을 연소하며, 추정 퇴적량(PMsm)과 실제 퇴적량 간의 편차를 서서히 줄인다. 연소 가열 개시시에, 추정 퇴적량(PMsm)이 실제 퇴적량과 편차를 보이더라도, 추정 퇴적량(PMsm)은 중단 판정값(PMend)보다 약간 큰 최대값(BUpm) 이하이다. 따라서, 연소 가열은 많은 양의 PM을 급격하게 연소하지 않고, 필터(38a)는 과열되지 않는다.
압력차 센서(50), 흡입 공기량 센서(24), 제 1 배기온도센서(44), 및 제 2 배기온도센서(46)는 차이 검출기로 작용한다. S122, S124, S125, S126, S128, S150, S152, S131, 및 S132 단계들에서 재생 제어(도 10 및 도 11)를 실행하는 ECU(70)는 보정 제어부로 기능한다.
제 3 실시예는 다음과 같은 이점을 가진다.
(a) 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 설명된 이점이 얻어진다. 특히, 필터(38a)의 상류 및 하류측 사이의 배기 압력차(△P/GA)에 덧붙여, 필터(38a)의 상류 및 하류측 사이의 배기 온도차(△THC)가 사용된다. 따라서, 추정 퇴적량(PMsm)과 실제 퇴적량 간의 편차가 최소화되어 퇴적된 PM이 적절히 제거된다. 이로 인하여 많은 양의 PM의 급속한 연소를 신뢰성 있게 방지한다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 재생 제어 장치가 지금부터 설명될 것이다.
제 4 실시예에서는, 도 12를 참고하면, 제 1 실시예에서 설명된 2개의 촉매 컨버터, 즉 제 1 촉매 컨버터와 제 2 촉매 컨버터 대신에 NOx 흡장 환원 촉매로 바닥 코팅된 단일 필터(138a)가 사용된다. 압력차 센서(150)가 필터(138a)의 상류 및 하류측 사이의 압력차(△P)를 검출한다. 제 1 배기온도센서(144)는 필터(138a) 안 배기 온도(배기 온도(thci))를 검출한다. 제 2 배기온도센서(46), 공연비 센서(48), 제 3 촉매컨버터(40), 및 산화 촉매(40a)는 제 1 실시예에서 대응되는 구성요소와 동일하므로, 상기 구성요소에는 동일한 참조번호가 주어진다.
압력차 센서(150)는 배기 정화 장치의 상류 및 하류측 사이의 배기 압력차(△P/GA)를 검출한다. 제 1 배기온도센서(144)는 필터(138a) 내 배기의 온도를 검출한다. 제 2 배기온도센서(46)는 필터(138a)의 출구 부근에서 배기의 온도를 검출한다. 따라서, 제 1 및 제 2 배기온도센서(144, 46)는 배기 정화 장치의 비교적 하류구역에서 배기 온도차(△THC(thco-thci))를 검출한다.
제 1 내지 제 3 실시예에서 설명된 재생 모드 실행 판정 및 재생 제어가 실행된다.
제 4 실시예는 다음과 같은 이점을 가진다.
(a) 제 4 실시예에 따른 촉매 배치 역시 추정 퇴적량(PMsm)과 실제 퇴적량 간의 편차를 최소화하여 퇴적된 PM이 적절히 제거된다. 이로 인해 많은 양의 PM이 급속하게 연소되는 것이 방지된다.
본 발명이, 발명의 요지에서 벗어나지 않은 범위에서 수많은 다른 형태로 변형될 수 있다는 점은 당업자에게 명백하다. 특히, 본 발명은 다음과 같은 형태로 변형될 수도 있다는 점이 이해되어야 한다.
(1) 상술한 실시예에서, 배기 압력차(△P/GA)와 관련한 판정 또는 배기 온도차(△THC)와 관련한 판정이 YES인 경우에, 연소 가열이 실시된다. 그러나, 이와 같은 특별한 가열로 전환하는 대신에 통상적인 PM 제거 가열이 계속되어도 무방하다.
(2) 상술한 실시예에서의 최대값(BUpm)은 중단 판정값(PMend)과 동일한 값이어도 무방하다.
(3) 상술한 실시예에서, 배기 유량은 디젤 엔진(2)의 구동 상태로부터, 예를 들면 흡입 공기량 센서(24)를 사용한 흡입 공기량(GA)을 검출하는 대신에 맵을 이용한 엔진 속도(NE) 및 연료 분사량(GA)으로부터 계산되어도 무방하다. △P/배기 유량은 다양한 절차에서 배압차로 이용되어도 무방하다. 나아가, 보정 기준값 맵(MAPdp)은 배기 유량에 기초하여 생성되어도 무방하다.
본 예들과 실시예는 예시적이고 제한 없이 고려되어야 하고, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 한정되는 것이 아니라, 첨부되는 청구범위의 요지 및 균등범위 내에서 변형될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연 기관의 배기 경로에 배치된 배기 정화 장치를 재생시키는 재생 제어 장치에 있어서, 상기 배기 정화 장치는 상류 정화 부분 및 하류 정화 부분을 포함하고,
    상기 재생 제어 장치는,
    상기 배기 정화 장치로부터 상류의 제 1 위치 및 상기 배기 정화 장치로부터 하류의 제 2 위치 사이의 배기 압력 차이값과, 상기 배기 정화 장치의 하류 정화 부분으로부터 상류의 제 3 위치 및 상기 제 3 위치로부터 하류의 제 4 위치 사이의 배기 온도 차이값 중 하나 이상을 검출하는 차이 검출 장치;
    상기 배기 정화 장치의 입자상 물질의 추정 퇴적량을 계산하는 계산부;
    상기 추정 퇴적량이 기준 퇴적량보다 클 경우, 상기 배기 정화 장치로부터 상기 입자상 물질을 제거하기 위해 상기 배기 정화 장치를 가열하는 가열 제어부; 및
    상기 추정 퇴적량이 가열로 인하여 보정 판정 기준 범위 내로 떨어지는 경우와 하나 이상의 상기 차이값이 보정 기준값보다 클 경우에는, 하나 이상의 상기 차이값에 따라 상기 추정 퇴적량을 보정하는 보정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  2. 내연 기관의 배기 경로에 배치된 배기 정화 장치를 재생시키는 재생 제어 장치에 있어서, 배기 정화 장치는 상기 배기 경로에 배치된 상류 정화 기구 및 하류 정화 기구를 포함하고,
    상기 재생 제어 장치는,
    상기 하류 정화 기구의 상류 위치 및 하류 위치 사이의 배기 압력 차이값과 배기 온도 차이값 중 하나 이상을 검출하는 차이 검출 장치;
    상기 배기 정화 장치 내 입자상 물질의 추정 퇴적량을 계산하는 계산부;
    상기 추정 퇴적량이 기준 퇴적량보다 클 경우, 상기 배기 정화 장치로부터 입자상 물질을 제거하기 위해 상기 배기 정화 장치를 가열하는 가열 제어부; 및
    상기 추정 퇴적량이 가열로 인하여 보정 판정 기준 범위 내로 떨어지는 경우와 하나 이상의 상기 차이값이 보정 기준값보다 클 경우에는, 하나 이상의 상기 차이값에 따라 추정 퇴적량을 보정하는 보정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보정 제어부는 상기 추정 퇴적량에 하나 이상의 상기 차이값이 증가함에 따라 증가하는 보정값을 부가하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보정 제어부는 배기 유량에 따라 상기 보정 기준값을 판정하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보정 제어부는 상기 배기 유량이 증가하면 상기 보정 기준값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    공기 흡입량을 검출하는 센서를 더 포함하고
    상기 보정 제어부는 상기 배기 유량 대신에 검출된 상기 공기 흡입량을 사용하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보정 판정 기준 범위는, 상기 가열이 완료되기 직전에 상기 배기 정화 장치 내 입자상 물질의 상기 퇴적량과 동일한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보정 판정 기준 범위의 최대값은, 상기 가열이 완료되는 때에 상기 배기 정화 장치 내 입자상 물질의 상기 퇴적량과 동일한 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    보정된 상기 추정 퇴적량을 사용하여 다시 계산된 추정 퇴적량이 상기 보정 판정 기준 범위 내로 떨어지고, 또한 하나 이상의 상기 차이값이 상기 보정 기준값보다 큰 경우에는, 상기 보정 제어부는 상기 추정 퇴적량의 보정을 반복하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    하나 이상의 상기 차이값이 상기 보정 기준값보다 큰 상태가 계속되고, 또한 상기 추정 퇴적량이 보정된 횟수가 중지 판정 횟수에 도달하는 경우에, 상기 보정 제어부는 현재 실시되는 가열이 완료될 때까지 상기 추정 퇴적량의 상기 보정을 실행하는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 재생 제어 장치에는, 상기 배기 정화 장치로부터 유황 성분을 떼어냄으로써 유황 오염으로부터 상기 배기 정화 장치를 복원시키는 유황 제거 모드가 제공되고, 상기 보정 제어부는, 상기 재생 제어 장치가 유황 제거 모드에 있거나 상기 유황 제거 모드가 요청되는 경우에 상기 추정 퇴적량의 보정을 억제하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배기 정화 장치는 NOx 흡장 환원 촉매로 코팅된 바닥을 포함하는 촉매 컨버터이고, 상기 바닥은 배기 내 함유된 입자상 물질을 여과하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배기 정화 장치는,
    NOx 흡장 환원 촉매 장치; 및
    상기 NOx 흡장 환원 촉매 장치로부터 하류에 배치되고 NOx 흡장 환원 촉매층을 가지는, 배기 내 포함된 입자상 물질을 여과하기 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 제어 장치.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 따른 상기 계산부, 상기 가열 제어부, 및 상기 대체 제어부로 작용하는 전자 제어 유닛.
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