KR20180052542A - 내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 장치의 제어 방법 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 배기 정화 장치를 제공한다. 상기 배기 정화 장치는, NOx 정화 촉매와, 환원제 탱크와, 환원제 공급 장치와, 승압기와, 가열기와, 전자 제어 유닛을 구비한다. 상기 전자 제어 유닛은, 추정한 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 상기 환원제 공급 장치에 의해 공급되는 환원제가 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되도록 상기 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시키는 제어를 실행하도록 구성된다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 장치의 제어 방법 {EXHAUST GAS CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CONTROL METHOD FOR EXHAUST GAS CONTROL APPARATUS}
본 발명은, 내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2006-214337호에는, 내연 기관의 배기 통로에 NOx 정화 촉매를 마련하고, 환원제를 NOx 정화 촉매에 공급함으로써 NOx 정화 촉매에 있어서 NOx를 환원하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 제2006-214337호에서는, 환원제로서 연료를 NOx 흡장 환원 촉매에 공급하고 있다.
배기관 내의 배기 온도가 낮아, 배기 에너지가 낮은 상태에서는, 배기관 내에 공급된 환원제는 액체 상태로 NOx 정화 촉매에 공급된다. 이에 비해, 일본 특허 공개 제2006-214337호에는, 고압 펌프에 의해 가압된 고온 상태의 연료를 배기관에 도입함으로써 감압 비등 현상에 의해 연료를 조기에 기화하고 있다. 이에 의해, NOx 정화 성능을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다.
본원의 발명자는, 예의 검토한 결과, 액체 상태 또는 기체 상태의 환원제가 아니라, 기액 혼합 상태의 환원제를 NOx 정화 촉매에 공급함으로써 NOx를 더 효과적으로 정화할 수 있는 것을 알아냈다. 이 현상은, 이하에 설명하는 메커니즘에 기초하는 것이라 여겨지고 있다.
배기관 내에서 기화된 환원제가 NOx 정화 촉매에 유입되면, 촉매 전체에 환원 성분이 공급된다. 특히, NOx 정화 촉매가 NOx 흡장 환원 촉매인 경우, 기화된 환원제는, 주로, 촉매에 부착되어 있는 산소와 반응하여 촉매를 승온하는 데 사용된다. 한편, 액적의 환원제는 촉매 상의 환원 성분의 농도를 국소적으로 높일 수 있다. 이 때문에, 기화된 환원제에 의해 촉매 상의 산소가 제거되고, 액적의 환원제에 의해 촉매 상의 환원 성분의 농도가 국소적으로 높아진다. 이에 의해, NOx 흡장 환원 촉매에 있어서의 NOx의 정화 반응을 촉진할 수 있다. 또한, NOx 정화 촉매가 선택 환원형 NOx 저감 촉매(SCR 촉매)인 경우도, 환원제인 요소수의 가수 분해에 의해 생성되는 기체인 암모니아를 촉매 전체에 공급하면서, 액적의 요소수를 촉매에 공급하여 촉매 상의 암모니아 농도를 국소적으로 높임으로써, SCR 촉매에 있어서의 NOx의 정화 반응을 촉진할 수 있다.
본 발명은, 배기 통로 내의 배기 에너지가 낮은 경우에 환원제를 기액 혼합 상태로 NOx 정화 촉매에 공급할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 내연 기관의 배기 정화 장치이다. 상기 배기 정화 장치는, NOx 정화 촉매와, 환원제 탱크와, 환원제 공급 장치와, 승압기와, 가열기와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 NOx 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 통로에 배치된다. 상기 환원제 탱크는, 환원제를 저장한다. 상기 환원제 공급 장치는, 상기 NOx 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 상류측의 상기 배기 통로에 환원제를 공급하도록 구성된다. 상기 승압기는, 상기 환원제 탱크로부터 상기 환원제 공급 장치에 공급되는 환원제를 상기 배기 통로 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하도록 구성된다. 상기 가열기는, 상기 환원제 탱크로부터 상기 환원제 공급 장치에 공급되는 환원제를 가열하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 가열기에 의해 환원제의 온도를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 통로 내의 배기 에너지를 추정하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 상기 환원제 공급 장치에 의해 공급되는 상기 환원제가 상기 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되도록 상기 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시키는 제어를 실행하도록 구성된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 통로 내의 배기 온도의 검출 및 추정 중 어느 하나를 실행하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 온도에 기초하여 상기 배기 통로 내의 상기 배기 에너지를 추정하도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 통로 내의 배기 유량을 추정하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 온도 및 상기 배기 유량에 기초하여 상기 배기 통로 내의 상기 배기 에너지를 추정하도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 에너지가 상기 제1 역치 이상 제2 역치 미만일 때, 상기 환원제의 온도를 제2 목표 온도까지 상승시키도록 구성되어도 된다. 상기 제2 목표 온도는 상기 제1 목표 온도보다 낮아도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 환원제의 온도를 단계적으로 상승시킴으로써, 상기 환원제의 온도를 상기 제1 목표 온도까지 상승시키도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 환원제 공급 장치에 의한 상기 환원제의 공급을 제어하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 환원제의 온도가 상기 제1 목표 온도까지 상승한 후에, 상기 추정된 상기 배기 에너지가 상기 제1 역치 이상으로 된 경우에는, 상기 제1 목표 온도의 상기 환원제를 상기 배기 통로에 공급하고, 상기 제1 목표 온도 미만의 상기 환원제를 상기 배기 통로에 공급하도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 대기압의 검출 및 추정 중 어느 하나를 실행하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 대기압이 상대적으로 낮은 경우에는, 상기 대기압이 상대적으로 높은 경우에 비해, 상기 제1 목표 온도 및 상기 제1 역치 중 적어도 한쪽을 낮게 설정하도록 구성되어도 된다.
본 발명의 제2 양태는, 배기 정화 장치의 제어 방법이다. 상기 배기 정화 장치는 내연 기관에 설치되어 있다. 상기 배기 정화 장치는, NOx 정화 촉매, 환원제 탱크, 환원제 공급 장치, 승압기, 가열기, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 NOx 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 통로에 배치된다. 상기 환원제 탱크는 환원제를 저장한다. 상기 환원제 공급 장치는, 상기 NOx 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 상류측의 상기 배기 통로에 상기 환원제를 공급하도록 구성된다. 상기 승압기는, 상기 환원제 탱크로부터 상기 환원제 공급 장치에 공급되는 상기 환원제를 상기 배기 통로 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하도록 구성된다. 가열기는, 상기 환원제 탱크로부터 상기 환원제 공급 장치에 공급되는 환원제를 가열하도록 구성된다. 상기 제어 방법은, 상기 가열기에 의해 환원제의 온도를 제어하는 것과, 상기 배기 통로 내의 배기 에너지를, 상기 전자 제어 유닛에 의해 추정하는 것과, 상기 추정된 상기 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 상기 환원제 공급 장치에 의해 공급되는 상기 환원제가 상기 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되도록, 상기 전자 제어 유닛에 의해, 상기 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시키는 것을 포함한다.
상기 구성에 따르면, 배기 통로 내의 배기 에너지가 낮은 경우에 환원제를 기액 혼합 상태로 NOx 정화 촉매에 공급할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치가 설치된 내연 기관을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a는 NSR 촉매의 촉매 담체의 표면 부분의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 NSR 촉매의 촉매 담체의 표면 부분의 개략적인 단면도이다.
도 3은 경유의 증기압 곡선을 나타낸다.
도 4는 배기관 내에 연료를 공급할 때의 기관 회전수 등의 타임차트이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 기관 회전수 및 연료 분사 밸브로부터의 연료 분사량과 NSR 촉매에 도달하는 NOx의 양의 관계를 나타내는 맵이다.
도 7은 기관 회전수 및 연료 분사 밸브로부터의 연료 분사량과 배기 통로 내의 배기 온도의 관계를 나타내는 맵이다.
도 8은 배기 통로 내의 배기 온도 및 배기 유량과 배기 통로 내의 배기 에너지의 관계를 나타내는 맵이다.
도 9는 배기관 내에 연료를 공급할 때의 기관 회전수 등의 타임차트이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙인다.
이하, 도 1∼도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치가 설치된 내연 기관을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 내연 기관(1)은 압축 자착화식 내연 기관(디젤 엔진)이다. 내연 기관(1)은, 예를 들어 차량에 탑재된다.
도 1을 참조하면, 부호 10은 기관 본체, 2는 각 기통의 연소실, 3은 각 연소실(2) 내에 각각 연료를 분사하는 전자 제어식 연료 분사 밸브, 4는 흡기 매니폴드, 5는 배기 매니폴드를 각각 나타낸다. 흡기 매니폴드(4)는, 흡기관(6)을 통해 터보 차저(과급기)(7)의 컴프레서(7a)의 출구에 연결된다. 컴프레서(7a)의 입구는 흡기관(6)을 통해 에어 클리너(8)에 연결된다. 흡기관(6) 내에는 스텝 모터에 의해 구동되는 스로틀 밸브(9)가 배치된다. 또한, 흡기관(6) 주위에는 흡기관(6) 내를 흐르는 흡입 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치(13)가 배치된다. 도 1에 도시한 내연 기관(1)에서는, 기관 냉각수가 냉각 장치(13) 내로 유도되어, 기관 냉각수에 의해 흡입 공기가 냉각된다. 흡기 매니폴드(4) 및 흡기관(6)은 공기를 연소실(2)로 유도하는 흡기 통로를 형성한다.
한편, 배기 매니폴드(5)는 배기관(27)을 통해 터보 차저(7)의 터빈(7b)의 입구에 연결된다. 터빈(7b)의 출구는 배기관(27)을 통해 NOx 흡장 환원 촉매(28)에 연결된다. NOx 흡장 환원 촉매(28)는, 배기관(27)을 통해 매연 저감 장치(DPF)(29)에 연결된다. 배기 매니폴드(5) 및 배기관(27)은, 연소실(2)에 있어서의 혼합기의 연소에 의해 발생한 배기 가스를 배출하는 배기 통로를 형성한다. DPF(29)는, 배기 중의 입자상 물질(PM)을 포집함과 함께, 포집한 PM을 연소시켜 정화한다. 또한, NOx 흡장 환원 촉매(28)에 대해서는 후술한다.
배기 매니폴드(5)와 흡기 매니폴드(4)는 배기 가스 재순환(EGR) 통로(14)를 통해 서로 연결된다. EGR 통로(14) 내에는 전자 제어식 EGR 제어 밸브(15)가 배치된다. 또한, EGR 통로(14) 주위에는 EGR 통로(14) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하기 위한 EGR 냉각 장치(20)가 배치된다. 도 1에 도시한 내연 기관(1)에서는 기관 냉각수가 EGR 냉각 장치(20) 내로 유도되고, 기관 냉각수에 의해 EGR 가스가 냉각된다.
연료는 연료 펌프(30)에 의해 연료 탱크(31)로부터 연료 배관(32)을 통해 커먼레일(18) 내에 공급된다. 연료 펌프(30)는, 연료 탱크(31) 내의 연료를 퍼올림과 함께 연료를 승압한다. 커먼레일(18) 내에 공급된 고압의 연료는 각 연료 공급관(17)을 통해 각 연료 분사 밸브(3)에 공급된다. 각 연료 분사 밸브(3)는 각 연소실(2) 내에 연료를 분사한다.
내연 기관(1)의 각종 제어는 전자 제어 유닛(ECU)(80)에 의해 실행된다. ECU(80)는, 디지털 컴퓨터로 이루어진다. ECU(80)는, 쌍방향성 버스(81)에 의해 서로 접속된 ROM(리드 온리 메모리)(82), RAM(랜덤 액세스 메모리)(83), CPU(마이크로프로세서)(84), 입력 포트(85) 및 출력 포트(86)를 구비한다. 부하 센서(101) 및 에어 플로 미터(102)의 출력이, 대응하는 AD 변환기(87)를 통해 입력 포트(85)에 입력된다.
부하 센서(101)는, 액셀러레이터 페달(120)의 답입량에 비례한 출력 전압을 발생시킨다. 따라서, 부하 센서(101)는 기관 부하를 검출한다. 에어 플로 미터(102)는, 흡기 통로에 있어서 에어 클리너(8)와 컴프레서(7a) 사이에 배치되고, 흡기관(6) 내를 흐르는 공기 유량을 검출한다. 또한, 입력 포트(85)에는, 크랭크 샤프트가 예를 들어 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(108)가 접속되고, 크랭크각 센서(108)에 의해 기관 회전수가 검출된다.
한편, 출력 포트(86)는, 대응하는 구동 회로(88)를 통해, 연료 분사 밸브(3), 스로틀 밸브 구동용 스텝 모터, EGR 제어 밸브(15) 및 연료 펌프(30)에 접속되어 있다.
또한, 내연 기관(1)은, 연소실에 점화 플러그가 배치된 불꽃 점화식 내연 기관, 특히 희박 혼합기 연소(린번) 방식의 가솔린 엔진이어도 된다. 또한, 기통 배열, 흡기 및 배기계의 구성 및 과급기의 유무와 같은 내연 기관(1)의 구체적인 구성은, 도 1에 도시한 구성과 상이해도 된다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 내연 기관(1)의 배기 정화 장치의 구성에 대해 설명한다. 내연 기관(1)의 배기 정화 장치는, 내연 기관(1)의 배기 통로에 배치된 NOx 정화 촉매를 구비한다. 본 실시 형태에서는, NOx 흡장 환원 촉매(이하, 「NSR 촉매」)(28)가 NOx 정화 촉매의 일례이다. NSR 촉매(28)는, 내연 기관(1)의 배기 통로에 있어서, 터보 차저(7)의 터빈(7b)과 DPF(29) 사이의 배기관(27) 내에 배치된다. 또한, NSR 촉매(28)는, DPF(29)보다 배기 흐름 방향 하류측에 배치되어도 된다. 또한, NSR 촉매(28)는 DPF(29)와 일체여도 된다.
이하, 도 2a, 도 2b를 참조하여, NSR 촉매(28)의 구성 및 작용에 대해 간단하게 설명한다. 도 2a, 도 2b는, NSR 촉매(28)의 촉매 담체(28a)의 표면 부분의 개략적인 단면도이다. NSR 촉매(28)는, 촉매 담체(28a)와, 촉매 담체(28a) 상에 담지된 귀금속(28b) 및 흡장 물질(28c)을 포함한다.
촉매 담체(28a)는, 예를 들어 알루미나(Al2O3)이다. 귀금속(28b)은, 예를 들어 백금(Pt)이다. 흡장 물질(28c)은, 예를 들어 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속과, 바륨(Ba), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 토류와, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류 중 적어도 하나이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, NSR 촉매(28)에서는, 배기 가스 중의 산소 농도가 높을 때, 즉 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 린할 때에는, 배기 가스에 포함되는 질소 산화물 성분(NO)이 귀금속(28b) 상에서 산화되어 NOx로서 흡장 물질(28c)에 흡장된다. 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, NSR 촉매(28)에서는, 배기 가스 중의 산소 농도가 낮을 때, 즉 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치할 때에는, 흡장 물질(28c)에 흡장되어 있던 NOx가 방출되고, 방출된 NOx가, 배기 가스 중의 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등의 환원 성분에 의해 귀금속(28b) 상에서 환원 정화된다. 따라서, NSR 촉매(28)는, 도 2a와 도 2b의 상태를 반복함으로써 배기 가스 중의 NOx를 정화할 수 있다.
내연 기관(1)의 배기 정화 장치는, 환원제 탱크, 환원제 공급 장치(35), 승압기 및 가열기(34)를 더 구비한다. 본 실시 형태에서는, 환원제는 연료이며, 연료 탱크(31)는 환원제 탱크의 일례이다. 연료는, 예를 들어 경유이다.
본 실시 형태에서는, 각 연료 분사 밸브(3)에 누설 연료 배관(33)이 연결되어 있다. 커먼레일(18)로부터 각 연료 분사 밸브(3)에 공급된 연료 중, 연소실(2) 내에 분사되지 않은 연료는 누설 연료 배관(33)을 통해 환원제 공급 장치(35)에 환원제로서 공급된다. 환원제 공급 장치(35)는, NSR 촉매(28)보다 배기 흐름 방향 상류측의 배기 통로에 환원제를 공급하도록 배기관(27)에 고정된다. 구체적으로는, 환원제 공급 장치(35)는 터보 차저(7)의 터빈(7b)과 NSR 촉매(28) 사이의 배기관(27) 내에 환원제를 공급한다. 이것에 의해, 환원제 공급 장치(35)는 배기관(27)을 통해 NSR 촉매(28)에 환원제를 공급한다.
환원제 공급 장치(35)는, 예를 들어 연료 분사 밸브(3)와 마찬가지의 전자 제어식 분사 밸브이다. 환원제 공급 장치(35)는, 대응하는 구동 회로(88)를 통해, ECU(80)의 출력 포트(86)에 접속된다. ECU(80)는, 환원제 공급 장치(35)로부터 공급되는 환원제의 공급 타이밍 및 공급량을 제어한다.
승압기는, 연료 탱크(31)로부터 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 환원제를 배기 통로 내의 압력보다 높은 압력으로 승압한다. 본 실시 형태에 있어서는, 연료 펌프(30)가 승압기의 일례이다. 연료 펌프(30)는, 누설 연료 배관(33)을 통해 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 연료를 배기관(27) 내의 압력(대기압(101.33kPa 정도)보다 높은 압력(예를 들어, 1.0Mpa)으로 승압한다.
가열기(34)는, 누설 연료 배관(33)에 배치되고, 연료 탱크(31)로부터 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 환원제를 가열한다. 가열기(34)는, 예를 들어 누설 연료 배관(33)의 외주를 둘러싸도록 누설 연료 배관(33)에 고정된다. 또한, 가열기(34)는 누설 연료 배관(33)에 매립되어도 된다.
가열기(34)는, 예를 들어 통전에 의해 발열하는 발열체이다. 가열기(34)는, 대응하는 구동 회로(88)를 통해, ECU(80)의 출력 포트(86)에 접속된다. ECU(80)는, 가열기(34)에의 통전량을 제어하고, 나아가 누설 연료 배관(33) 내의 환원제의 온도를 제어한다.
또한, 연료 분사 밸브(3)에 공급되는 연료는, 연료 펌프(30) 대신 연료 탱크(31) 내에 배치된 인탱크 펌프에 의해 커먼레일(18)에 공급되어도 된다. 이 경우, 환원제를 승압하는 승압기는 인탱크 펌프와는 별개로 연료 배관(32) 또는 누설 연료 배관(33)에 설치되어도 된다. 또한, 환원제는, 연료 배관(32) 및 누설 연료 배관(33)을 통하는 일 없이, 연료 탱크(31)와 환원제 공급 장치(35)를 접속하는 환원제 배관(도시하지 않음)을 통해 환원제 공급 장치(35)에 공급되어도 된다. 이 경우, 승압기 및 가열기는 환원제 배관에 배치된다. 또한, 환원제는 연료 탱크(31)와는 별개의 환원제 탱크에 저장되어 있어도 된다.
내연 기관(1)의 배기 정화 장치는, ECU(80)에 의해, 온도 제어, 배기 에너지의 추정 및 환원제 공급의 제어를 실행한다. ECU(80)는, 가열기(34)를 제어하여 환원제의 온도를 조정한다. ECU(80)는, 배기 통로(본 실시 형태에서는 배기관(27)) 내의 배기 에너지를 추정한다. ECU(80)는, 환원제 공급 장치(35)에 의한 환원제의 공급을 제어한다. 구체적으로는, ECU(80)는, 환원제 공급 장치(35)로부터 배기관(27) 내에 공급되는 환원제의 공급 타이밍 및 공급량을 제어한다.
이하, 내연 기관(1)의 배기 정화 장치의 제어에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 환원제로서 연료, 예를 들어 경유가 사용된다. 도 3은, 경유의 증기압 곡선을 나타낸다. 경유는 다양한 성분을 포함하고 있고, 성분마다 비점이 상이하다. 도 3의 좌측의 실선은 경유의 최저 비점 성분의 증기압 곡선을 나타내고, 도 3의 우측의 실선은 경유의 최고 비점 성분의 증기압 곡선을 나타내고 있다. 경유는, 각 압력에 있어서, 최저 비점보다 낮은 온도에서는 액체 상태가 되고, 최고 비점보다 높은 온도에서는 기체 상태가 되고, 최저 비점과 최고 비점 사이의 온도(도 3의 사선부)에서는 기액 혼합 상태가 된다.
배기관(27) 내의 온도가 낮아, 배기 에너지가 낮은 상태에 있어서, 저온의 연료가 배기관(27) 내에 분사되면, 분사된 연료가 배기관(27) 내의 배기 에너지에 의해 기화되지 않기 때문에, 액체 상태의 연료가 NSR 촉매(28)에 공급된다.
그러나, 본원의 발명자는, 예의 검토한 결과, 액체 상태 또는 기체 상태의 연료가 아닌, 기액 혼합 상태의 연료를 NSR 촉매(28)에 공급함으로써 NOx를 더 효과적으로 정화할 수 있는 것을 알아냈다. 이 현상은, 이하에 설명하는 메커니즘에 기초하는 것이라고 여겨지고 있다.
배기관(27) 내에서 기화된 환원제가 NSR 촉매(28)에 유입되면, 촉매 전체에 환원 성분이 공급된다. 기화한 환원제는, 주로, 촉매에 부착되어 있는 산소와 반응하여 촉매를 승온하는 데 사용된다. 한편, 액적의 환원제는 촉매 상의 환원 성분의 농도를 국소적으로 높일 수 있다. 이 때문에, 기화된 환원제에 의해 촉매 상의 산소를 제거하면서, 액적의 환원제에 의해 촉매 상의 환원 성분의 농도를 국소적으로 높임으로써, NSR 촉매(28)에 있어서의 NOx의 정화 반응을 촉진할 수 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 배기관(27) 내의 배기 에너지가 낮은 경우에 기액 혼합 상태의 연료를 NSR 촉매(28)에 공급하기 위해, 배기관(27) 내에서 연료의 일부를 감압 비등시킨다. 연료의 일부를 감압 비등시키기 위해, 연료 펌프(30)가, 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 연료를 배기관(27) 내의 압력보다 높은 압력으로 승압함과 함께, ECU(80)가 가열기(34)에 의해 연료의 온도를 상승시킨다.
구체적으로는, ECU(80)는, 추정한 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 환원제 공급 장치(35)에 의해 공급되는 연료가 배기관(27) 내에서 기액 혼합 상태로 되도록 연료의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시킨다. 제1 역치는, 예를 들어 저온(예를 들어, ∼30℃)의 연료를 부분적으로 기화시키는 데 필요한 배기 에너지의 하한값으로 설정된다. 제1 목표 온도는, 배기관(27) 내에 공급된 연료가 배기관(27) 내에서 기액 혼합 상태로 되는 온도, 즉 배기관(27) 내의 압력에 있어서의 연료의 최고 비점과 최저 비점 사이의 온도 영역(도 3의 TC) 내의 온도로 설정된다.
예를 들어, ECU(80)는, 도 3의 우향의 화살표로 나타낸 바와 같이, 가열기(34)에 의해 누설 연료 배관(33) 내의 연료 온도를 상승시킨다. 이 결과, 배기관(27) 내의 배기 에너지가 낮은 경우라도, 도 3의 하향의 화살표로 나타낸 바와 같이, 배기관(27) 내에 공급된 연료가 감압 비등에 의해 액체 상태로부터 기액 혼합 상태로 변화된다. 따라서, 본 실시 형태의 내연 기관(1)의 배기 정화 장치는, 상술한 제어에 의해, 배기 통로 내의 배기 에너지가 낮은 경우에 환원제를 기액 혼합 상태로 NOx 정화 촉매에 공급할 수 있다.
또한, ECU(80)는, 연료의 온도가 제1 목표 온도가 되도록, 연료의 온도를 검출하는 온도 센서의 출력에 기초하여 가열기(34)에의 통전량을 피드백 제어해도 된다. 온도 센서는, 가열기(34)와 환원제 공급 장치(35) 사이의 환원제 공급로(본 실시 형태에서는, 누설 연료 배관(33))에 배치된다. 또한, ECU(80)는, 내연 기관(1)의 외기온을 검출하는 외기온 센서 또는 내연 기관(1)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서의 출력에 기초하여 누설 연료 배관(33) 내의 연료 온도를 추정하고, 추정한 연료의 온도에 기초하여 가열기(34)에의 통전량을 제어해도 된다.
이하, 도 4의 타임차트를 참조하여, 내연 기관(1)의 배기 정화 장치의 제어에 대해 구체적으로 설명한다. 도 4는, 배기관(27) 내에 연료를 공급할 때의 기관 회전수, 연료 공급의 요구의 유무, 가열기(34)의 온/오프, 연료 온도 및 배기 에너지의 개략적인 타임차트이다.
도시한 예에서는, 시각 t1에 있어서 배기관(27) 내로의 연료 공급이 요구되어 있다. 시각 t1에 있어서 배기관(27) 내의 배기 에너지는 제1 역치 Tr1보다 작다. 또한, 시각 t1에 있어서 연료 공급이 요구될 때까지, 가열기(34)는 오프로 되어 있다(통전되어 있지 않음). 이 때문에, 시각 t1에 있어서의 연료 온도는 제1 목표 온도 TT1보다 낮다. 이 상태에서, 연료가 배기관(27) 내에 공급되면, 연료가 배기관(27) 내에서 기화되지 않고, 액체 상태의 연료가 NSR 촉매(28)에 공급된다.
이 때문에, 시각 t1에 있어서, 연료 온도를 제1 목표 온도 TT1까지 상승시키기 위해, 가열기(34)가 온으로 된다. 이 결과, 시각 t2에 있어서, 연료 온도가 제1 목표 온도 TT1에 도달한다.
시각 t2에서는, 환원제 공급 장치(35)에 의해 배기관(27) 내에 연료가 공급된다. 배기관(27) 내에 공급된 연료의 일부는 배기관(27) 내에서 감압 비등된다. 이 결과, 기액 혼합 상태의 연료가 NSR 촉매(28)에 공급된다. 배기관(27) 내로의 연료 공급이 종료되면, 가열기(34)가 다시 오프로 된다.
이하, 도 5의 흐름도를 참조하여, 배기관(27) 내에 환원제를 공급하기 위한 제어에 대해 설명한다. 도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 제어 루틴은, 내연 기관(1)의 시동 후, ECU(80)에 의해 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다.
스텝 S101에서는, ECU(80)가, 환원제의 공급 요구가 있는지 여부를 판정한다. ECU(80)는, 예를 들어 NSR 촉매(28)의 NOx 흡장량의 추정값이 소정값 이상일 때에 환원제의 공급 요구가 있다고 판정하고, NOx 흡장량의 추정값이 소정값 미만일 때에 환원제의 공급 요구가 없다고 판정한다. 소정값은, NSR 촉매(28)에 흡장 가능한 NOx의 최대 흡장량보다 적은 값이 된다.
NSR 촉매(28)의 NOx 흡장량은, 예를 들어 NSR 촉매(28)에 도달하는 NOx의 양을 적산함으로써 산출된다. NSR 촉매(28)에 도달하는 NOx의 양은, 예를 들어 ECU(80)의 ROM(82)에 기억된 맵 또는 계산식을 사용하여, 기관 회전수 및 연료 분사 밸브(3)로부터의 연료 분사량에 기초하여 추정된다. 맵에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, NSR 촉매(28)에 도달하는 NOx의 양 AN이 기관 회전수 NE 및 연료 분사 밸브(3)로부터의 연료 분사량 Qe의 함수로서 표시된다.
스텝 S101에 있어서 환원제의 공급 요구가 없다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 종료된다. 한편, 스텝 S101에 있어서 환원제의 공급 요구가 있다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S102로 진행한다.
스텝 S102에서는, ECU(80)가, 추정한 배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치 미만인지 여부를 판정한다. 제1 역치는, 예를 들어 저온(예를 들어, ∼30℃)의 연료를 부분적으로 기화시키는 데 필요한 배기 에너지의 하한값으로 설정된다.
ECU(80)는, 배기 통로 내의 배기 온도를 검출 혹은 추정한다. ECU(80)는, 검출 또는 추정한 배기 온도에 기초하여 배기 통로 내의 배기 에너지를 추정한다. ECU(80)는, 배기 온도가 높을수록 배기 에너지를 높게 추정하고, 배기 온도가 제1 온도 미만일 때, 배기 에너지가 제1 역치 미만이라고 판정한다. 제1 온도는, 제1 역치의 배기 에너지에 상당하는 온도이며, 예를 들어 200℃이다.
ECU(80)는, 예를 들어 배기 통로에 배치된 배기온 센서(36)에 의해 배기 통로 내의 배기 온도를 검출한다. 본 실시 형태에서는, 배기온 센서(36)는, NSR 촉매(28)보다 배기 흐름 방향 상류측의 배기 통로에 배치되고, 구체적으로는, 터보 차저(7)의 터빈(7b)과 NSR 촉매(28) 사이의 배기관(27) 내에 배치된다.
또한, ECU(80)는, ECU(80)의 ROM(82)에 기억된 맵 또는 계산식을 사용하여, 기관 회전수 및 연료 분사 밸브(3)로부터의 연료 분사량에 기초하여 배기 통로 내의 배기 온도를 추정해도 된다. 맵에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 배기 통로 내의 배기 온도 TE가 기관 회전수 NE 및 연료 분사 밸브(3)로부터의 연료 분사량 Qe의 함수로서 표시된다.
또한, ECU(80)는, 배기 통로 내의 배기 유량을 추정하고, ECU(80)의 ROM(82)에 기억된 맵 또는 계산식을 사용하여, 검출 또는 추정한 배기 온도 및 추정한 배기 유량에 기초하여 배기 통로 내의 배기 에너지를 추정해도 된다. 이 경우, 배기온 센서(36)를 내연 기관(1)에 설치할 필요는 없다. ECU(80)는, 예를 들어 에어 플로 미터(102)에 의해 검출된 흡입 공기량에 기초하여 배기 통로 내의 배기 유량을 추정한다. 맵에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 배기 통로 내의 배기 에너지 EE가 배기 통로 내의 배기 온도 TE 및 배기 통로 내의 배기 유량 EF의 함수로서 표시된다.
스텝 S102에 있어서 배기 에너지가 제1 역치 이상이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 종료된다. 한편, 스텝 S102에 있어서 배기 에너지가 제1 역치 미만이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S103으로 진행한다.
스텝 S103에서는, ECU(80)가, 환원제 공급 장치(35)에 의해 공급되는 환원제가 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되도록, 가열기(34)에 의해 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시킨다. 제1 목표 온도는, 배기 통로 내에 공급된 연료가 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되는 온도, 즉, 배기 통로 내의 압력에 있어서의 연료의 최고 비점과 최저 비점 사이의 온도 영역 내의 온도로 설정된다. 환원제가 경유인 경우, 제1 목표 온도는 예를 들어 180℃∼350℃이다.
이어서, 스텝 S104에서는, ECU(80)가, NSR 촉매(28)에 환원제를 공급하기 위해, 환원제 공급 장치(35)에 의해 배기 통로에 환원제를 공급한다. 스텝 S104 후, 본 제어 루틴은 종료된다.
제2 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치와 마찬가지이다. 이 때문에, 이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 환원제의 온도를 제1 목표 온도로 상승시키기 위해서는, 어느 정도의 시간(t1∼t2)을 요한다. 이 때문에, 환원제의 공급이 요구되고 나서 환원제를 제1 목표 온도로 상승시킬 때까지의 시간이 길어져, 적절한 타이밍에 환원제를 배기관(27) 내에 공급할 수 없는 경우가 있다.
그래서, 제2 실시 형태에서는, ECU(80)는, 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시킬 때, 환원제의 온도를 단계적으로 상승시킨다. 예를 들어, ECU(80)는, 환원제의 공급이 예고되었을 때에 환원제의 온도를 소정 온도까지 상승시키고, 환원제의 공급이 요구되었을 때에 환원제의 온도를 소정 온도로부터 제1 목표 온도까지 상승시킨다. 이것에 의해, 제2 실시 형태에서는, 환원제의 공급 요구에 대한 응답성을 높일 수 있다.
이하, 도 9의 타임차트를 참조하여, 제2 실시 형태에 있어서의 내연 기관(1)의 배기 정화 장치의 제어에 대해 구체적으로 설명한다. 도 9는 배기관(27) 내에 연료를 공급할 때의 기관 회전수, 연료 공급의 예고의 유무, 연료 공급의 요구의 유무, 가열기(34)의 온/오프, 연료 온도 및 배기 에너지의 개략적인 타임차트이다.
도시한 예에서는, 시각 t1에 있어서 배기관(27) 내로의 연료 공급이 예고되어 있다. 이 때문에, 시각 t1에 있어서, 연료 온도를 소정 온도 T까지 상승시키기 위해, 가열기(34)가 온으로 된다. 이 결과, 시각 t2에 있어서, 연료 온도가 소정 온도 T에 도달한다. 연료 온도가 소정 온도 T에 도달한 후, 연료 온도는 소정 온도 T로 유지된다.
그 후, 시각 t3에 있어서 배기관(27) 내로의 연료 공급이 요구된다. 시각 t3에 있어서 배기관(27) 내의 배기 에너지는 제1 역치 Tr1보다 작다. 이 때문에, 시각 t3에 있어서, 연료 온도를 제1 목표 온도 TT1까지 상승시키기 위해, 가열기(34)에의 통전량이 증가된다. 이 결과, 시각 t4에 있어서, 연료 온도가 제1 목표 온도 TT1에 도달한다.
시각 t4에서는, 환원제 공급 장치(35)에 의해 배기관(27) 내에 연료가 공급된다. 배기관(27) 내에 공급된 연료의 일부는 배기관(27) 내에서 감압 비등된다. 이 결과, 기액 혼합 상태의 연료가 NSR 촉매(28)에 공급된다. 배기관(27) 내에의 연료 공급이 종료되면, 가열기(34)가 다시 오프로 된다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 제어 루틴은, 내연 기관(1)의 시동 후, ECU(80)에 의해 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다.
스텝 S101에서는, ECU(80)가, 환원제의 공급 예고가 있는지 여부를 판정한다. ECU(80)는, 예를 들어 NSR 촉매(28)의 NOx 흡장량의 추정값이 제1 흡장량 이상일 때에 환원제의 공급 예고가 있다고 판정하고, NOx 흡장량의 추정값이 제1 흡장량 미만일 때에 환원제의 공급 예고가 없다고 판정한다. 제1 흡장량은, NSR 촉매(28)에 흡장 가능한 NOx의 최대 흡장량보다 적은 값으로 된다.
스텝 S201에 있어서 환원제의 공급 예고가 없다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 종료된다. 한편, 스텝 S201에 있어서 환원제의 공급 예고가 있다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S202로 진행한다.
스텝 S202에서는, ECU(80)가 가열기(34)에 의해 환원제를 사전 가열한다. 구체적으로는, ECU(80)는 가열기(34)에 의해 환원제의 온도를 소정 온도까지 상승시킨다. 소정 온도는, 제1 목표 온도보다 낮은 온도이다. 환원제가 경유인 경우, 소정 온도는 예를 들어 80∼100℃이다.
이어서, 스텝 S203에서는, ECU(80)가, 환원제의 공급 요구가 있는지 여부를 판정한다. ECU(80)는, 예를 들어 NSR 촉매(28)의 NOx 흡장량의 추정값이 제2 흡장량 이상일 때에 환원제의 공급 요구가 있다고 판정하고, NOx 흡장량의 추정값이 제2 흡장량 미만일 때에 환원제의 공급 요구가 없다고 판정한다. 제2 흡장량은, NSR 촉매(28)에 흡장 가능한 NOx의 최대 흡장량보다 적고, 또한 제1 흡장량보다 많은 값으로 된다.
스텝 S204∼스텝 S206은, 도 5에 있어서의 스텝 S102∼스텝 S104와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
제3 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치와 마찬가지이다. 이 때문에, 이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치보다 큰 경우에는, 배기 에너지에 의해 환원제를 부분적으로 기화시킬 수 있으므로, 환원제를 감압 비등시킬 필요는 없다. 그러나, 환원제가 가열기(34)에 의해 가열되지 않는 경우에는, 환원제의 점도가 높아져, 배기관(27) 내에 공급되는 환원제의 입경이 커진다. 이 결과, 배기 에너지에 의한 환원제의 기화가 억제된다. 이 때문에, 배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치보다 큰 경우라도, 배기 에너지가 비교적 작은 경우에는, 환원제의 미립화를 촉진하기 위해, 환원제를 가열하는 것이 바람직하다.
그래서, 제3 실시 형태에서는, ECU(80)는, 추정한 배기 에너지가 제1 역치 이상 제2 역치 미만일 때, 환원제의 온도를 제1 목표 온도보다 낮은 제2 목표 온도까지 상승시킨다. 이것에 의해, 배기 에너지에 따른 환원제의 가열이 행해져, 환원제를 더 확실하게 기액 혼합 상태로 할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 제어 루틴은, 내연 기관(1)의 시동 후, ECU(80)에 의해 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다.
스텝 S301∼스텝 S306은, 도 10에 있어서의 스텝 S201∼스텝 S206과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 제어 루틴은, 스텝 S304에 있어서 배기 에너지가 제1 역치 이상이라고 판정된 경우, 스텝 S307로 진행한다. 스텝 S307에서는, ECU(80)가, 추정한 배기 통로 내의 배기 에너지가 제2 역치 미만인지 여부를 판정한다. 제2 역치는 제1 역치보다 큰 값이다. ECU(80)는, 예를 들어 배기 온도가 제2 온도 미만일 때, 배기 에너지가 제2 역치 미만이라고 판정한다. 제2 온도는, 제1 온도보다 높은 온도이며, 예를 들어 250℃이다.
스텝 S307에 있어서 배기 에너지가 제2 역치 이상이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S306으로 진행하여, 환원제가 배기 통로에 공급된다. 한편, 스텝 S307에 있어서 배기 에너지가 제2 역치 미만이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S308로 진행한다.
스텝 S308에서는, ECU(80)가, 가열기(34)에 의해 환원제의 온도를 제1 목표 온도보다 낮은 제2 목표 온도까지 상승시킨다. 제2 목표 온도는, 환원제의 미립화가 촉진되는 온도로 설정된다. 환원제가 경유인 경우, 제2 목표 온도는 예를 들어 100℃∼150℃이다. 스텝 S308 후, 스텝 S306에 있어서 환원제가 배기 통로에 공급된다. 스텝 S306 후, 본 제어 루틴은 종료된다.
또한, 본 제어 루틴에 있어서 스텝 S301 및 스텝 S302는 생략되어도 된다.
또한, 제1 역치, 제1 목표 온도, 제2 역치 및 제 2 목표 온도 중 적어도 하나는 대기압에 기초하여 보정되어도 된다. 예를 들어, 고지 등에 있어서 대기압이 상대적으로 낮은 경우에는, 환원제의 감압 비등이 발생하는 온도 영역이 낮아진다. 이 때문에, ECU(80)는, 대기압이 상대적으로 낮은 경우에는, 대기압이 상대적으로 높은 경우에 비해, 제1 역치 및 제1 목표 온도 중 적어도 한쪽을 낮게 설정해도 된다. 마찬가지로, ECU(80)는, 대기압이 상대적으로 낮은 경우에는, 대기압이 상대적으로 높은 경우에 비해, 제2 목표 온도 및 제2 역치 중 적어도 한쪽을 상대적으로 낮게 설정해도 된다. ECU(80)는, 예를 들어 내연 기관(1)에 설치된 대기압 센서에 의해 대기압을 검출한다. 또한, ECU(80)는, 흡기관(6)내 압력 등에 기초하여 대기압을 추정해도 된다.
제4 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 장치와 마찬가지이다. 이 때문에, 이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
상술한 바와 같이, ECU(80)는, 배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시킨다. 그러나, 환원제의 승온에는 시간을 필요로 하기 때문에, 환원제의 온도가 제1 목표 온도까지 상승하였을 때에 배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치 이상으로 되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 제1 목표 온도의 환원제를 배기 통로 내에 공급하면, 공급된 모든 환원제가 환원제의 감압 비등 및 배기 통로 내의 배기 에너지에 의해 기화될 우려가 있다.
그래서, 제4 실시 형태에서는, ECU(80)는, 추정한 배기 에너지가, 환원제의 온도가 제1 목표 온도까지 상승한 후에 제1 역치 이상으로 된 경우에는, 제1 목표 온도의 환원제를 배기 통로에 공급하고, 또한 제1 목표 온도 미만의 환원제를 배기 통로에 공급한다. 구체적으로는, ECU(80)는, 환원제의 공급량을 증가시킴으로써, 제1 목표 온도의 환원제 외에도, 가열기(34)에 의해 가열되어 있지 않은 환원제 또는 가열기(34)에 의해 제1 목표 온도 미만으로 가열된 환원제를 배기 통로에 공급한다. 이것에 의해, 환원제의 승온 중에 배기 에너지가 과잉으로 상승한 경우라도, 기액 혼합 상태의 환원제를 NSR 촉매(28)에 공급할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 환원제 공급 처리의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 제어 루틴은, 내연 기관(1)의 시동 후, ECU(80)에 의해 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다.
스텝 S401∼스텝 S403은, 도 5에 있어서의 스텝 S101∼스텝 S103과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 제어 루틴은, 스텝 S403 후, 스텝 S404로 진행한다. 스텝 S404에서는, 스텝 S402와 마찬가지로, ECU(80)가, ECU(80)에 의해 추정된 배기 통로 내의 배기 에너지가 제1 역치 미만인지 여부를 판정한다.
스텝 S404에 있어서 배기 에너지가 제1 역치 미만이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S406으로 진행하고, 환원제가 배기 통로에 공급된다. 한편, 스텝 S404에 있어서 배기 에너지가 제1 역치 이상이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S405로 진행한다.
스텝 S405에서는, ECU(80)가, 제1 목표 온도의 환원제 외에도 제1 목표 온도 미만의 환원제를 배기 통로에 공급하기 위해, 환원제의 공급량을 증가시킨다. 스텝 S405 후, 스텝 S406에 있어서 환원제가 배기 통로에 공급된다. 스텝 S406 후, 본 제어 루틴은 종료된다.
이상, 본 발명에 관한 바람직한 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이것들 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구범위의 기재 내에서 다양한 수정 및 변경을 실시할 수 있다. 예를 들어, 환원제로서 바이오 디젤 연료(BDF)와 같은 연료가 사용되어도 된다. 또한, NOx 정화 촉매는 선택 환원형 NOx 저감 촉매(SCR 촉매)여도 된다. 이 경우, 환원제로서 요소수가 사용된다. 또한, 제1 목표 온도, 제1 역치, 제2 목표 온도 및 제2 역치는, 환원제가 배기 통로 내에서 기액 혼합 상태로 되도록 환원제의 특성에 맞추어 적절한 값으로 설정된다.
또한, 상술한 실시 형태는, 임의로 조합하여 실시 가능하다. 예를 들어, 도 12에 있어서의 스텝 S404 및 스텝 S405가, 도 10에 있어서의 스텝 S205와 스텝 S206 사이 또는 도 11에 있어서의 스텝 S305와 스텝 S306 사이에 실행되어도 된다.

Claims (8)

  1. 내연 기관(1)의 배기 정화 장치이며,
    상기 내연 기관(1)의 배기 통로(27)에 배치된 NOx 정화 촉매(28)와,
    환원제를 저장하는 환원제 탱크(31)와,
    상기 NOx 정화 촉매(28)보다 배기 흐름 방향 상류측의 상기 배기 통로(27)에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급 장치(35)와,
    상기 환원제 탱크(31)로부터 상기 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 환원제를 상기 배기 통로(27) 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하도록 구성된 승압기(30)와,
    상기 환원제 탱크(31)로부터 상기 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 상기 환원제를 가열하도록 구성된 가열기(34)와,
    상기 가열기(34)에 의해 상기 환원제의 온도를 제어하도록 구성된 전자 제어 유닛(80)을
    포함하며,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 통로(27) 내의 배기 에너지를 추정하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 상기 환원제 공급 장치(35)에 의해 공급되는 상기 환원제가 상기 배기 통로(27) 내에서 기액 혼합 상태로 되도록 상기 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시키는 제어를 실행하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 통로(27) 내의 배기 온도의 검출 및 추정 중 어느 하나를 실행하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 온도에 기초하여 상기 배기 통로(27) 내의 상기 배기 에너지를 추정하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 통로(27) 내의 배기 유량을 추정하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 연산한 배기 온도 및 상기 배기 유량에 기초하여 상기 배기 통로(27) 내의 상기 배기 에너지를 추정하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 배기 에너지가 상기 제1 역치 이상 제2 역치 미만일 때, 상기 환원제의 온도를 제2 목표 온도까지 상승시키도록 구성되고,
    상기 제2 목표 온도는 상기 제1 목표 온도보다 낮은, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 환원제의 온도를 단계적으로 상승시킴으로써, 상기 환원제의 온도를 상기 제1 목표 온도까지 상승시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 환원제 공급 장치(35)에 의한 상기 환원제의 공급을 제어하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 환원제의 온도가 상기 제1 목표 온도까지 상승한 후에, 상기 배기 에너지가 상기 제1 역치 이상으로 된 경우에는, 상기 제1 목표 온도의 상기 환원제를 상기 배기 통로(27)에 공급하고, 상기 제1 목표 온도 미만의 환원제를 상기 배기 통로(27)에 공급하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 대기압의 검출 및 추정 중 어느 하나의 연산을 실행하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(80)은, 상기 대기압이 상대적으로 낮은 경우에는, 상기 연산한 대기압이 상대적으로 높은 경우에 비해, 상기 제1 목표 온도 및 상기 제1 역치 중 적어도 한쪽을 낮게 설정하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 배기 정화 장치의 제어 방법이며,
    상기 배기 정화 장치는 내연 기관(1)에 설치되어 있고, 상기 배기 정화 장치는 NOx 정화 촉매(28), 환원제 탱크(31), 환원제 공급 장치(35), 승압기(30), 가열기(34), 전자 제어 유닛(80)을 포함하고,
    상기 NOx 정화 촉매(28)는, 상기 내연 기관(1)의 배기 통로(27)에 배치되고,
    상기 환원제 탱크(31)는 환원제를 저장하고,
    상기 환원제 공급 장치(35)는, 상기 NOx 정화 촉매(28)보다 배기 흐름 방향 상류측의 상기 배기 통로(27)에 상기 환원제를 공급하도록 구성되고,
    상기 승압기(30)는, 상기 환원제 탱크(31)로부터 상기 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 상기 환원제를 상기 배기 통로(27) 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하도록 구성되고,
    가열기(34)는, 상기 환원제 탱크(31)로부터 상기 환원제 공급 장치(35)에 공급되는 환원제를 가열하도록 구성되고,
    상기 제어 방법은,
    상기 가열기(34)에 의해 환원제의 온도를 제어하는 것과,
    상기 배기 통로(27) 내의 배기 에너지를, 상기 전자 제어 유닛(80)에 의해 추정하는 것과,
    상기 배기 에너지가 제1 역치 미만일 때, 상기 환원제 공급 장치(35)에 의해 공급되는 상기 환원제가 상기 배기 통로(27) 내에서 기액 혼합 상태로 되도록, 상기 전자 제어 유닛(80)에 의해 상기 가열기를 제어하여, 상기 환원제의 온도를 제1 목표 온도까지 상승시키는 것을
    포함하는, 내연 기관의 제어 방법.
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