KR20020008792A - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

NOx 촉매 상류의 배기 통로에서 환원제 첨가를 할 경우에, NOx 촉매에 있어서의 공연비를 스토이키 근방의 목표 공연비에 근접시킨다.
희박 연소 가능한 내연 기관(1)의 배기 통로(16)에 설치된 NOx 촉매(17)와, 이 NOx 촉매(17) 상류의 배기 통로에 설치된 연료 첨가 공급 수단(19)과, 내연 기관 부하를 검출하는 부하 검출 수단과, 내연 기관 부하에 근거하여 1회의 NOx 환원 처리에서 사용하는 연료 첨가 공급량을 산출하는 첨가량 산출 수단과, 산출된 첨가량의 연료 첨가제를 복수회로 분할하여 첨가하는 연료 첨가 제어 수단을 구비한다. 기관 부하 정도에 따라서 첨가하는 환원제량을 제어한다. 기관 부하에 따라서 산출된 환원제 첨가를 복수회로 분할하여 실행하고, NOx 촉매 쪽 공연비를 스토이키 근방에서 리치와 린을 반복하도록 변화시키며, 환원제 첨가 시의 평균 공연비가 스토이키 근방이 되도록 조정한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Device for purifying exhaust gas of the internal combustion engine}
본 발명은 희박 연소 가능한 내연 기관으로부터 배출되는 질소 산화물(NOx)을 정화하는 NOx 촉매를 구비한 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진이나 린번 가솔린 엔진 등 희박 연소 가능한 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스, 특히 NOx를 정화하는 배기 정화 장치로서, 선택 환원형 NOx 촉매나 흡장 환원형 NOx 촉매 등의 NOx 촉매가 알려져 있다.
선택 환원형 NOx 촉매는 산소 과잉 분위기에 있어서 탄화 수소(HC) 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 촉매로, 이 선택 환원형 NOx 촉매로 NOx를 정화하기 위해서는 적량의 HC 성분(이하, 환원제라 한다)이 필요시된다. 이 선택 환원형 NOx 촉매를 상기 내연 기관의 배기 정화에 사용할 경우, 이 내연 기관의 통상 운전 시의 배기 중의 HC 성분 량은 극히 적기 때문에, 통상 운전 시에 NOx를 정화하기 위해서는 선택 환원형 NOx 촉매에 환원제로서, 예를 들면 연료인 경유를 공급할 필요가 있다.
한편, 흡장 환원형 NOx 촉매는 유입 배기 가스의 공연비가 린일 때는 NOx를 흡수하고, 유입 배기 가스의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하여, N2로 환원하는 촉매이다.
이 흡장 환원형 NOx 촉매를 상기 내연 기관의 배기 정화에 사용할 경우, 이 내연 기관에서는 통상 운전 시의 배기 가스 공연비가 린(lean)이기 때문에, 배기 가스 중의 NOx가 NOx 촉매에 흡수되게 된다. 그렇지만, 린 공연비의 배기 가스를 NOx 촉매에 계속 공급하면, NOx 촉매의 NOx 흡수 능력이 포화하고, 그 이상 NOx를 흡수할 수 없어져, 배기 중의 NOx를 누설시키게 된다.
그래서, 흡장 환원형 NOx 촉매로는, NOx 흡수 능력이 포화하기 전에, 소정 타이밍으로 유입 배기 가스의 공연비를 리치(rich)로 함으로써 산소 농도를 저하시키고, NOx 촉매에 흡수되어 있는 NOx를 방출하여 N2로 환원하며, NOx 촉매의 NOx 흡수 능력을 회복시킬 필요가 있다. 이하, 이렇게 유입 배기 가스의 공연비를 일시적으로 리치로 하는 것을 리치 스파이크라 칭한다.
한편, 이들 NOx 촉매의 NOx 흡수 능력을 회복시키는 데는 적정하게 배기 공연비를 리치로 할 필요가 있다. 그래서 종래는 환원제 첨가량을 내연 기관의 회전수, 기관 부하 등에 근거하여 구하며, NOx 방출, 환원 조건을 만족했을 때에 이것을 배기계에 첨가하도록 했었다.
그런데, 내연 기관의 배기계, 예를 들면 배기 포트에 있어서 환원제를 첨가함으로써 NOx 촉매 쪽에서의 공연비를 제어하여 NOx 방출, 환원을 할 경우, 통상, 배기 포트와 NOx 촉매의 거리가 떨어저 있기 때문에, 배기계에 환원제를 첨가한 경우는 촉매 쪽 공연비 변화에 응답 지연이 생긴다. 또 환원제 첨가 시에, NOx 촉매 쪽 공연비를 리치 스파이크의 목표 공연비에 보존하는 것은 어렵다.
예를 들면, NOx 촉매 쪽을 목표 공연비로 하도록 배기 포트 등에 있어서 일정량의 환원제 첨가를 실행한 경우, 도 9a에 도시하는 바와 같은 환원제 첨가가 된다. 이것은 첨가 환원제의 소정량을 일정 시간에 걸쳐 분사함으로써 실행된다.
한편, NOx 촉매 쪽에서는 공연비가 도 9b에 도시하는 바와 같은 상태가 되어, 스토이키 근방이여야 할 목표 공연비에 대해, 꽤 공연비가 낮은 상태, 즉 NOx 방출, 환원 때문에 필요한 정도 이상으로 리치 상태가 일정 시간 계속한다. 이것은 NOx 촉매에 있어서의 NOx 정화에 필요한 량보다도 다량의 환원제가 첨가되어 있는 것 밖에 되지 않으며, NOx 촉매를 빠져나가는 환원제가 증대한다. 이러한 경우, 환원제에 포함되는 HC 성분이 NOx 촉매를 빠져나가 배기 에미션이 악화할 우려가 있다. 그래서, 빠져나간 HC 성분 정화를 위해, 더욱이 NOx 촉매 하류의 배기 통로에 산화 촉매 등을 설치하는 등의 대책이 필요해질 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 NOx 촉매 상류의 배기 통로에서 환원제 첨가를 할 경우에, NOx 촉매에 있어서의 공연비를 스토이키 근방의 목표 공연비에 근접할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략 구성도.
도 2는 흡장 환원형 NOx 촉매의 NOx 흡방출 작용를 설명하기 위한 도면.
도 3은 멀티 첨가에 있어서의 연료 첨가와 공연비 변화를 도시하는 도면, (a)는 첨가 지령에 근거하여 첨가되는 첨가 연료의 분사 상태를 도시하며, (b)는 첨가 연료 분사에 대응한 NOx 촉매에서의 공연비 변화를 도시하는 도면.
도 4는 멀티 첨가에 있어서의 연료 첨가와 공연비 변화를 도시하는 도면.
도 5는 멀티 첨가에 있어서의 연료 첨가 패턴을 도시하는 도면.
도 6은 멀티 첨가에 있어서의 다른 연료 첨가 패턴을 도시하는 도면.
도 7은 2회째 이후의 첨가로 감량 보정을 실행한 멀티 첨가에 있어서의 연료 첨가와 공연비 변화의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 멀티 첨가에 있어서의 연료 첨가 루틴을 도시하는 플로 차트도.
도 9는 종래의 연료 첨가에 있어서의 연료 첨가와 공연비 변화를 도시하는 도면.
※도면의 주요 부부에 대한 부호의 설명※
1: 엔진(내연 기관) 2: 흡기 매니폴드(흡기계)
3: 흡기관 6: 터보 차저
9: ECU(엔진 컨트롤용 전자 제어 유닛)
10: 연료 분사 밸브 12: 연료 펌프
13: 배기 포트 14: 배기 매니폴드
22: 제어 밸브 23: EGR 관
24: EGR 쿨러 25: EGR 밸브
26: 공연비 센서 27: 크랭크 각 센서
28: 악셀레이터 개방도 센서 30: 실린더 헤드
31: 차단 밸브 32: 환원제 압력 센서
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용했다. 즉, 희박 연소 가능한 내연 기관의 배기 통로에 설치된 NOx 촉매와,
이 NOx 촉매 상류의 배기 통로에 설치된 환원제 첨가제 공급 수단과,
내연 기관의 부하를 검출하는 부하 검출 수단과,
내연 기관의 부하에 근거하여 1회의 NOx 환원 처리에서 사용하는 환원제 첨가제 공급량을 산출하는 첨가량 산출 수단과,
산출된 첨가량의 환원제 첨가제를 복수회로 분할하여 첨가하는 환원제 첨가 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 우선 내연 기관의 기관 부하 정도에 따라서 첨가하는 환원제 첨가량을 제어한다. 즉, 내연 기관의 저부하 시는 환원제 첨가량을 많게 하고, 한편으로는 기관 부하가 높아짐에 따라서, 환원제 첨가량을 적게 한다. 이렇게 하여내연 기관의 배기 유속이나 온도에 의한 배기 통로 내에서의 환원제의 벽면 부착 정도 등을 고려하면서, 환원제량을 컨트롤하여, 운전 상태에 관계 없이, 항상 NOx 촉매 쪽에 충분한 환원제를 공급할 수 있도록 한다.
다음으로, 상기한 바와 같이 하여 기관 부하에 따라서 산출된 환원제 첨가를 복수회로 분할하여 실행하고, NOx 촉매 쪽 공연비를 스토이키 근방에서 리치와 린을 반복하도록 변화시키며, 계속적인 과도의 리치 상태를 없애 환원제 첨가 시의 평균 공연비가 NOx 촉매 쪽에서 스토이키 근방이 되도록 조정한다. 이렇게 하면 NOx 촉매를 HC가 빠져나가는 것이 억제되고, 또한 스토이키, 리치 시간을 길게 잡을 수 있다.
환원제 첨가를 복수회로 분할하여 실행하는 상기 환원제 첨가 제어 수단에 있어서의 2회째 이후의 환원제 첨가량은 첫회 첨가량보다도 적게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 환원제 첨가를 제어함으로써, 통상은 첫회의 환원제 첨가와 2회째 이후의 환원제 첨가를 적당 간격을 두고 행해도, 1회째 환원제 첨가에 의해 공연비가 리치로 되고나서 첨가 전의 린 상태로 회복하기 전에, 다음 환원제 첨가가 실시되기 때문에, 중첩적으로 환원제가 적산되어, 리치 정도가 과도하게 증대하는 것을 막을 수 있다.
이 경우, (1) 첫회의 환원제 첨가 기간을 길게 하고, 2회째 이후의 환원제 첨가 기간을 첫회보다도 짧게 하는 것, (2) 첫회의 환원제 첨가 압력을 높게 하고, 2회째 이후의 환원제 첨가 압력을 첫회보다도 낮게 하는 것, (3) 첫회의 환원제 첨가와 2회째 환원제 첨가 간격을 다음 회의 환원제 첨가 간격보다도 짧게 하는 것등의 수단을 채용하는 것이 가능하다.
또 상기 환원제 첨가 제어 수단에 있어서의 2회째 이후의 환원제 첨가를 첫회의 환원제 첨가 후의 NOx 촉매 쪽 공연비에 의해 보정한 값에 근거하여 환원제 첨가 제어를 행할 수 있다. 이렇게 하면 정밀도 높은 환원제 첨가가 가능해져, 효율적인 배기 정화가 가능하다.
더욱이 상기 환원제 첨가 제어 수단에 있어서의 복수 회의 환원제 첨가를 내연 기관의 크랭크 각에 동기시킴으로써 배기 밸브가 열렸을 때에 실행함으로써, 환원제를 배기 기류에 확실하게 놓아 효율적 첨가를 실행할 수 있다.
본 발명에서는 또 차량 운전 상태에 따라서 환원제 첨가 여부를 판단하는 첨가 여부 판단 수단을 구비하는 것이 바람직하며, NOx 촉매가 활성 온도에 있는지의 여부, 내연 기관의 운전 영역이 환원제 첨가 가능한 범위에 있는지의 여부 등을 판단하여, NOx를 방출, 환원시키는 것이 가능할 때에 환원제 공급이 되도록 하여, 환원제가 NOx 촉매를 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 배기 정화 장치에 있어서, 희박 연소 가능한 내연 기관으로서는 통 내 직접 분사식 린 번(lean-burn) 가솔린 엔진이나 디젤 엔진을 예시할 수 있다.
또 상기 부하 검출 수단에 의한 부하 검출은 악셀레이터 개방도 센서의 출력 신호 또는 에어 플로미터에 의한 흡입 공기량을 나타내는 출력 신호에 근거하여 부하 정도를 구할 수 있다.
본 발명의 배기 정화 장치에 있어서의 배기 정화 장치에 있어서의 NOx 촉매로서는 흡장 환원형 NOx 촉매나 선택 환원형 NOx 촉매를 예시할 수 있다.
흡장 환원형 NOx 촉매는 유입하는 배기 가스의 공연비가 린일 때에 NOx를 흡수하고, 유입하는 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하며, N2로 환원하는 촉매이다. 이 흡장 환원형 NOx 촉매는 예를 들면 알루미나를 캐리어로 하며, 이 캐리어 상에 예를 들면 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 토류, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류로부터 선택된 적어도 하나와, 백금(Pt)과 같은 귀금속이 유지되어 이루어진다.
선택 환원형 NOx 촉매는 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 촉매를 말하며, 제올라이트에 Cu 등의 천이 금속을 이온 교환하여 유지한 촉매, 제올라이트 또는 알루미나에 귀금속을 유지한 촉매 등이 포함된다.
본 발명에 있어서의 환원제로서는 경유, 가솔린, 등유 등의 탄화 수소(HC)를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
또 본 발명의 배기 정화 장치에 있어서, 환원제 분사 수단은 환원제 공급 펌프, 배기 통로에 설치한 환원제 분사 노즐 등으로 구성할 수 있다.
(발명의 실시예)
이하, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 실시예를 도 1에서 도 6의 도면에 근거하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예는 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치를 내연 기관으로서의 차량 구동용 디젤 엔진에 적용한양태이다.
도 1은 이 실시예에 있어서의 내연 기관의 배기 정화 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다. 이 도면에 있어서, 엔진(1)은 직렬 4기통 디젤 엔진으로, 각 기통의 연소실에는 흡기 매니폴드(2) 및 흡기관(3)을 통해서 흡기가 도입된다. 흡기관(3)의 시단에는 에어 클리너(4)가 설치되고, 흡기관(3) 도중에는 에어 플로미터(5), 터보 차저(6)의 컴프레서(6a), 인터 쿨러(7), 스로틀 밸브(8)가 설치되어 있다.
에어 플로미터(5)는 에어 클리너(4)를 통해서 흡기관(3)에 유입하는 새로운 공기의 공기량에 따른 출력 신호를 엔진 컨트롤용 전자 제어 유닛(ECU)(9)에 출력하며, ECU(9)는 에어 플로미터(5)의 출력 신호에 근거하여 흡입 공기량을 연산한다.
또, 엔진(1)의 각 기통의 연소실에는 각각 연료 분사 밸브(10)로부터 연료(경유)가 분사된다. 각 연료 분사 밸브(10)는 커먼 레일(11)에 접속되어 있으며, 커먼 레일(11)에는 연료 펌프(12)로부터 연료가 공급된다. 연료 펌프(12)는 엔진(1)이 나타내지 않은 크랭크 샤프트에 의해 구동된다. 여기서는 크랭크 샤프트의 회전 토크가 연료 펌프(12)의 입력 축에 전달되며, 연료 펌프(12)는 전달된 회전 토크에 따른 압력으로 연료를 토출한다.
연료 펌프(12)로부터 토출된 연료는 연료 공급관을 통해서 커먼 레일(11)에 공급되며, 소정압까지 축압되어 각 기통의 연료 분사 밸브(10)에 분배된다. 이 연료 분사 밸브(10)에 구동 전류가 인가되면, 연료 분사 밸브(10)가 개방하여 연료분사가 된다. 각 연료 분사 밸브(10)의 개방 시기 및 개방 기간은 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 ECU(9)에 의해 제어된다.
또, 엔진(1)의 각 기통의 연소실에서 생긴 배기 가스는 배기 포트(13)를 통해서 배기 매니폴드(14)로 배출되며, 도시하지 않은 머플러를 통해서 대기에 배출된다. 배기 매니폴드(14)로 배출된 배기 가스 일부는 배기 환류관(23)을 통해서 흡기 매니폴드(2)에 재순환 가능하게 되어 있으며, 배기 환류관(23) 도중에는 EGR 쿨러(24)와 EGR 밸브(25)가 설치되어 있다. EGR 밸브(25)는 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 ECU(9)에 의해 개방도 제어되어, 배기 환류량을 제어한다.
또, 배기관(15) 도중에는 터보 차저(6)의 터빈(6b), 흡장 환원형 NOx 촉매(린 NOx 촉매)를 수납한 케이싱(18), 그 하류에는 배기관(16)을 흐르는 배기의 공연비에 대응한 전기 신호를 출력하는 공연비 센서(26)가 설치되어 있다. 터빈(6b)은 배기 가스에 의해 구동되며, 터빈(6b)에 연결된 컴프레서(6a)를 구동하여 흡기를 승압한다.
다음으로, 배기관(16) 케이싱(18)에 수납된 흡장 환원형 NOx 촉매(이하, NOx 촉매라 하는 경우도 있다)(17)에 대해서 설명한다.
흡장 환원형 NOx 촉매(17)는 예를 들면 알루미나(Al203)를 캐리어로 하여, 이 캐리어 상에 예를 들면 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 토류, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류로부터 선택된 적어도 하나와, 백금(Pt)과 같은 귀금속이 유지되어 이루어진다.
이 NOx 촉매(17)는 유입 배기의 공연비(이하, 배기 공연비라 칭한다)가 논리공연비보다도 린일 때는 NOx를 흡수하며, 배기 공연비가 이론 공연비 혹은 그보다도 리치로 되어 유입 배기 가스 중의 탄소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 NO2또는 NO로서 방출하는 NOx의 흡방출 작용을 행한다. 그리고, NOx 촉매로부터 방출된 NOx(NO2또는 NO)는 바로 배기 가스 중의 미연 HC나 CO와 반응하여 N2로 환원된다. 따라서, 배기 공연비를 적당히 제어하면 배기 가스 중의 HC, CO, NOx를 정화할 수 있게 된다.
또한, 배기 공연비란 여기서는 NOx 촉매의 상류 측 배기 통로나 엔진 연소실, 흡기 통로 등에 각각 공급된 공기량 합계와 연료(탄화 수소)량의 합계 비를 의미하는 것으로 한다. 따라서, NOx 촉매보다도 상류의 배기 통로 내에 연료, 환원제 혹은 공기가 공급되지 않을 경우에는 배기 공연비는 엔진 연소실 내에 공급되는 혼합기의 공연비에 일치한다.
그런데, 디젤 엔진의 경우는 스토이키(이론 공연비, A/F=14 내지 15)보다도 훨씬 린 영역에서 연소가 행해지기 때문에, 통상의 기관 운전 상태에서는 NOx 촉매에 유입하는 배기 가스의 공연비는 대단히 린이며, 배기 가스 중의 NOx는 NOx 촉매에 흡수되어, NOx 촉매로부터 방출되는 NOx량은 극히 적다.
또, 가솔린 엔진의 경우에는 연소실에 공급하는 혼합기를 스토이키 또는 리치 공연비로 함으로써 배기 가스의 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 하고, 배기 가스 중의 산소 농도를 저하시키며, NOx 촉매에 흡수되어 있는 NOx를 방출시킬 수 있지만, 디젤 엔진의 경우에는 연소실에 공급하는 혼합기를 스토이키 또는 리치 공연비로 하면 연소 시에 촉매가 발생하는 등의 문제가 발생하는 등의 문제가 있어 채용할 수는 없다.
따라서, 디젤 엔진에서는 NOx 촉매의 NOx 흡수 능력이 포화하기 전에 소정 타이밍으로, 배기 가스 중에 환원제를 공급하여 배기 가스 중의 산소 농도를 저하시키며, NOx 촉매에 흡수된 NOx를 방출하여 환원할 필요가 있다. 더구나, 상기 환원제로서는 일반적으로, 디젤 엔진의 연료인 경유를 사용할 수 있다.
그 때문에, 이 실시예에서는 ECU(9)에 의해 엔진(1)의 운전 상태 이력으로부터 NOx 촉매에 흡수된 NOx량을 추정하고, 그 추정 NOx량이 미리 설정한 소정치에 달했을 때에, 소정 시간만큼 유량 조정 밸브(22)를 개방하여 소정량의 연료를 연료 첨가 노즐(19)로부터 배기 중에 분사하고, NOx 촉매에 유입하는 배기 중의 산소 농도를 저하시켜, NOx 촉매에 흡수된 NOx를 방출시켜 N2로 환원하도록 하고 있다.
그래서, 본 실시예에 있어서의 내연 기관(1)은 NOx 촉매(17)보다도 상류의 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제인 연료(경유)를 첨가하는 환원제 첨가 장치를 설치하고 있다. 이 장치에서는 엔진(1)의 실린더 헤드(30)에 4번 기통의 배기 포트(13)에 면하게 하여 연료 첨가 노즐(환원제 첨가 장치의 첨가구)(19)이 설치되어 있다. 연료 첨가 노즐(19)에는 연료 펌프(12)로 펌프 업된 연료가 연료 파이프(20) 및 실린더 헤드(30)에 설치된 연료 통로(21)를 통해서 공급 가능하게 되어 있으며, 연료 파이프(20) 도중에 설치된 유량 조정 밸브(22)에 의해 연료 파이프(20)를 흐르는 연료 유량을 조정할 수 있어, 첨가량 제어가 행해진다. 이 실시예에 있어서 상기 연료 펌프(12), 연료 첨가 노즐(19), 연료 파이프(20), 연료통로(21), 유량 조정 밸브(22) 등은 환원제 첨가 장치를 구성하고 있다.
상기 유량 조정 밸브(22)보다 상류의 연료 파이프(20)에는 연료의 흐름을 차단하는 차단 밸브(31)와, 상기 유량 조정 밸브(22)보다 상류에 설치되며, 연료 파이프(20) 내의 압력에 대응하는 전기 신호를 출력하는 환원제 압력 센서(32)를 구비한다.
상기 연료 첨가 노즐(19)은 연료가 배기 집합관(15)을 향해 분사되도록 설치되며, 유량 조정 밸브(22)가 개방되면, 연료 펌프(12)로부터 토출한 고압 연료가 연료 파이프(20)를 통해서 연료 첨가 노즐(19)에 보내진다. 이 연료 압력이 연료 첨가 노즐(19)에 작용하여, 이것이 개방 밸브압 이상에 달하면 연료 첨가 노즐(19)이 개방하여 환원제가 분사된다.
한편, 유량 조정 밸브(22)가 폐쇄 밸브되어 연료 펌프(12)로부터의 연료 공급이 정지되면, 연료 첨가 노즐(19)에 작용하고 있던 연료 압력이 보다 작아지기 때문에 연료 첨가 노즐(19)이 폐쇄 밸브하여 연료 분사가 정지한다.
상기 유량 조정 밸브(22)는 ECU(9)에 의해 개폐 및 개방도 제어가 행해지며, 이 개도가 커지면 연료 첨가 노즐(19)에 보내지는 연료 압력(연압)이 상승하고, 개도가 작아지면 연압은 낮아진다.
다음으로, 배기 매니폴드(14)에 있어서 1번 기통에 대향하는 부위에는 배기 일부를 흡기계로 되돌리기 위한 배기 환류관(이하, EGR 관이라 한다)(23)의 한쪽 끝이 접속되어 있으며, EGR 관(23)의 다른쪽 끝은 흡기 매니폴드(2)에 접속되어 있다. EGR 관(23) 도중에는 EGR 쿨러(24)와 EGR 밸브(25)가 설치되어 있다. EGR 밸브(25)는 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 ECU(9)에 의해 개방도 제어되며, 배기 환류량을 제어한다. EGR 관(23)과 EGR 쿨러(24)와 EGR 밸브(25)는 배기 재순환 장치(EGR)를 구성한다.
그런데, 상기 연료 첨가 노즐(19)은 연료를 배기 집합관(15)을 향해 분사하기 때문에, 첨가된 연료는 배기 집합관(15)에 매끄럽게 흐른다. 그리고, 연료 첨가 노즐(19)은 4번 기통의 배기 포트(13)에 설치되어 있으며, 한편, 배기 매니폴드(14)에 있어서의 EGR 관(23)의 접속 부위는 1번 기통에 근접한 위치이기 때문에, 연료 첨가 노즐(19)로부터 첨가된 연료가 EGR 관(23)에 돌아 들어가는 일은 없다.
상기 ECU(9)는 디지털 컴퓨터로 이루어지며, 쌍방향 버스에 의해 상호 접속된 ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CPU(센트럴 프로세서 유닛), 입력 포트, 출력 포트를 구비하며, 엔진(1)의 연료 분사량 제어 등의 기본 제어를 행한다.
이들 제어를 위해, ECU(9)의 입력 포트에는 악셀레이터 개방도 센서(28)로부터의 입력 신호와, 크랭크 각 센서(27)로부터의 입력 신호가 입력된다. 악셀레이터 개방도 센서(28)는 악셀레이터 개도에 비례한 출력 전압을 ECU(9)에 출력하며, ECU(9)는 악셀레이터 개방도 센서(28)의 출력 신호에 근거하여 엔진 부하를 연산한다. 크랭크 각 센서(27)는 크랭크 샤프트가 일정 각도 회전할 때마다 출력 펄스를 ECU(9)에 출력하며, ECU(9)는 이 출력 펄스에 근거하여 기관 회전수를 연산한다. 이들 엔진 부하와 기관 회전수에 의해 엔진 운전 상태가 판별되며, ECU(9)는 엔진운전 상태에 따른 연료 분사량을 분사량 맵(도시하지 않는다)을 참조하여 산출하며, 산출된 연료 분사량에 대응하는 연료 분사 밸브(10)의 개방 기간을 산출하여, 연료 분사 밸브(10) 작동을 제어한다.
이 내연 기관(1)에서는 상술한 바와 같이, NOx 촉매(17)를 배기 통로 내에 배치하기 때문에, 이것에 유지된 NOx 흡수제가 NOx의 흡방출 작용을 행한다. 이 NOx 흡수·환원 메커니즘은 도 2에 도시한 바와 같은 것이라 생각되고 있다. 도시한 것은 캐리어 상에 백금(Pt) 및 바륨(Ba)을 유지시킨 경우이지만, 다른 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리 토류, 희토류를 사용해도 동일 메커니즘이 된다. 이 개략은 다음과 같은 것이다.
우선, 유입 배기 가스의 린 상태가 진행하면, 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 증대하며, 도 2a에 도시되는 바와 같이, 증대한 산소(02)는 02 -또는 02-로서 백금(Pt) 표면에 부착한다. 이 02 -또는 02-와 유입 배기 가스 중의 NO가 반응하여 NO2가 된다(2NO+02→2NO2). 이렇게 하여 생성된 NO2일부는 백금(Pt) 상에서 더욱 산화되면서, NOx 흡수제 내에 흡수되어 산화 바륨(BaO)과 결합한다. 그 결과, 도 2a에 도시하는 바와 같이 초산 이온 NO3 -로서 NOx 흡수제 내에 확산된다. 이상과 같이 하여 NOx가 NOx 흡수제 내에 흡수된다.
유입 배기 가스 중의 산소 농도가 높은 동안은 백금(Pt) 표면에서 NO2가 생성되며, NOx 흡수제의 흡수 능력이 포화할 때까지는 NO2는 NOx 흡수제 내에 계속 흡수되어 초산 이온(NO3 -)이 생성된다.
이에 대해 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하여 NO2생성량이 저하하면, 반응이 역방향(NO3 -→NO2)으로 진행하여, NOx 흡수제 내의 초산 이온(N03 -)이 NO2로서 N0x 흡수제로부터 방출된다. 즉, 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 NOx 흡수제로부터 NOx가 방출되게 되지만, 유입 배기 가스의 린 정도가 낮을 때는 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 저하한다.
한편, 유입 배기 가스의 공연비를 리치로 하면, HC, CO는 백금(Pt) 상의 산소(02 -또는 02-)와 반응하여 산화된다. 또 유입 배기 가스 공연비가 리치이면 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 극도로 저하하기 때문에, NOx 흡수제로부터 N02가 방출되며, 이 NO2는 도 2b에 도시되는 바와 같이 미연의 HC, CO와 반응하여 환원 정화된다. 이렇게 하여 백금(Pt) 표면에 NO2가 존재하지 않게 되면 NOx 흡수제로부터 차례로 NO2가 방출된다.
따라서, 유입 배기 가스 공연비를 리치로 하면, 단시간 중에 NOx 흡수제로부터 NOx가 방출되어 환원 정화된다.
이 실시예에서는 디젤 엔진이 사용되고 있기 때문에 통상 운전 시의 배기 공연비는 린으로, NOx 흡수제는 배기 중의 NOx를 흡수한다. 또, NOx 촉매(17)의 상류측 배기 포트에 환원제가 공급되면, 이 NOx 촉매(17)를 통과하는 배기 가스의 공연비는 리치가 되어, NOx 흡수제로부터의 NOx 방출과 환원이 된다.
또한, 여기서 말하는 배기 공연비란 NOx 흡수제의 상류 측 배기 포트와 엔진 연소실 또는 흡기 통로에 공급된 공기와 연료와의 비율을 말한다. 따라서 배기 포트에 공기나 환원제가 공급되지 않을 때는 배기 공연비는 엔진의 운전 생연비(엔진 연소실 내의 공연비)와 같아진다.
또, 본 발명에서 사용하는 환원제는 저장, 보급 등 시의 번잡함을 피하기 위해, 엔진(1)의 연료인 경유를 환원제로서 사용한다.
또한, 일반적으로는 환원제 공급 조건으로서, 환원제(이 실시예에서는 연료)의 공급 압력(나아가서는 분사 압력), 공급 기간, 공급 간격이 있다. 여기서는 1회의 NOx 방출 및 환원 처리에 사용하는 첨가 연료 첨가를 복수회로 분할하여 실행하는 첨가(이하, 멀티 첨가라 한다)를 함으로써, 효율적인 NOx 방출, 환원을 실현한다.
이하, 배기 포트(13)에 있어서 연료 첨가 노즐(19)로부터 환원제를 공급함에 있어서, 엔진(1)의 부하 상태를 판단하여, 연료 첨가량 및 멀티 첨가 실시를 제어할 경우에 대해서 설명한다.
(제 1 실시예)
이 실시예의 제어에서는 우선 엔진(1)의 운전 조건이 ECU(9)에 의해 판독된다. 상술한 바와 같이 ECU(9)는 악셀레이터 개방도 센서(28)의 출력 신호에 근거하여 엔진 부하를 연산하며, 크랭크 각 센서(27)의 출력 펄스에 근거하여 기관 회전수를 연산한다. 이들 엔진 부하와 기관 회전수에 의해 엔진 운전 상태가 판별되며, ECU(9)는 엔진 운전 상태에 따른 연료 분사량을 분사량 맵(도시하지 않는다)을 참조하여 산출한다.
이어서, ECU(9)에 의해 엔진(1) 운전 상태 이력으로부터 NOx 촉매에 흡수된 NOx량을 추정하여, 그 추정 NOx량이 미리 설정한 소정치에 달했을 때에, 연료를 연료 첨가 노즐(19)로부터 배기 중에 분사한다. 연료 분사는 유량 조정 밸브(22)의 개방에 의해 연료 펌프(12)로부터 토출한 연료 일부가 연료 파이프(20)를 통해서 연료 첨가 노즐(19)에 공급됨으로써 실행된다.
이 연료 분사 시, 이것을 복수로 분할하여 소정량씩을 분사한다. 이것은 ECU(9)에 의해 유량 조정 밸브(22)를 단속적으로 개폐하도록 제어하여, 연료 첨가 노즐(19)로부터의 분사가 소정 간격을 두고 행해지도록 한다. ECU(9)에 의한 첨가 지령에 의해 유량 조정 밸브(22)가 개폐하기 때문에, 연료 첨가는 도 3a에 도시하는 바와 같이 3회로 분할되어, 소정 첨가 시간과 첨가 간격에 의해 실행된다.
한편, NOx 촉매(17) 쪽 공연비는 공연비 센서(26)에 의해 출력되며, 도 3b에 도시하는 바와 같이 스토이키 근방의 목표 공연비를 경계로 오르내리지만, 연료 첨가 시의 공연비 평균을 거의 목표 공연비로 할 수 있다.
이렇게 NOx 촉매(17) 측 공연비를 유사적으로 목표 공연비에 맞출 수 있으며, 무효인 연료 첨가를 억제하여 NOx 촉매(17)를 빠져나가는 HC량을 저감시킬 수 있고, 또한 NOx 촉매(17)에 있어서의 스토이키 근방에 유지하는 시간을 길게 할 수있기 때문에, 효율적인 NOx 정화가 가능해진다.
(제 2 실시예)
이 실시예에서는 첫회의 연료 분사 후, 2회째 이후의 환원제 첨가량을 첫회 첨가량보다도 적게 한다.
상술한 제 1 실시예에서는 분할된 연료 분사에 있어서, 3회 분사 모두 거의 동량의 연료를 첨가하는 것이다. 여기서는 도 4에 도시하는 바와 같이, 첫회의 연료 분사에 의해 공연비가 리치가 된 후, 완전히 원래의 린 공연비로 돌아가기 전에, 다음 회의 분사를 실행하게 되며, NOx 촉매(17) 측에서는 리치인 배기가 서로 겹쳐 리치 정도가 과잉 상태가 생긴다. 이 경우는 연료의 무효 첨가량이 커지며, 또한 NOx 촉매(17)를 HC가 빠져나가는 사태가 생길 수 있다.
그래서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 연료 첨가 노즐(19)로부터 첨가되는 연료의 2회째 이후의 연료 분사량을 첫회의 분사량보다도 적게 하는 것으로 했다. 그 수단으로서는 예를 들면 ECU(9)가 유량 조정 밸브(22)를 제어하여, 첫회의 연료 첨가 기간을 길게 하고, 2회째 이후의 연료 첨가 기간을 첫회보다도 짧게 한다.
그 밖에, 첫회의 연료 첨가 압력을 높게 하고, 2회째 이후의 연료 첨가 압력을 첫회보다도 낮게 하는 것, 또는 첫회의 연료 첨가와 2회째의 연료 첨가 간격을 다음 회의 연료 첨가 간격보다도 짧게 하는 것 등의 수단에 의해, 2회째 이후의 연료 분사량을 첫회의 분사량보다도 적게 하는 것이 가능하다.
도 5는 연료 첨가 패턴을 도시하며, ECU(9)는 미리 ROM에 기억된 이들 연료 첨가 패턴에 따라서 유량 조정 밸브(22)를 제어한다.
도 5a에 도시하는 것은 첫회의 연료 첨가량을 많게 하고, 2회째 이후의 연료 첨가량을 그보다도 적게 한 것이다.
도 5b에 도시하는 것은 첫회의 연료 첨가 기간을 길게 하고, 2회째 이후의 연료 첨가 시간을 그보다도 적게 한 것으로, 첨가 간격도 그에 따라 첫회가 길고, 2회째 이후는 짧게 되어 있다. 여기서 첨가 간격과는 연료 첨가 개시로부터 그 첨가가 종료한 후의 다음 첨가 개시까지의 시간을 말한다.
도 5c에 도시하는 것은 첫회의 연료 첨가 압력을 높게 하고, 2회째 이후의 연료 첨가 압력을 낮게 한 것으로, 첨가 간격은 일정하다. 연료 첨가 압력이 상승하면, 보다 많은 연료가 연료 분사 노즐(19)로부터 분사되며, 동일 첨가 시간으로 분사해도 연량 첨가 압력이 크면 분사량은 많아진다.
도 5d에 도시하는 것은 첫회와 2회째의 분사 간격을 다음 회의 분사 간격보다도 짧게 한 것이다.
상기 도 5a의 연료 첨가 패턴에서는 예를 들면 첫회의 연료 첨가 시에는 연료 분사 노즐(19)의 구멍 크기를 가변으로 하여 첫회는 크게 열고, 2회째 이후를 작게 한다.
도 5b의 연료 첨가 패턴에서는 첫회의 연료 첨가 시에는 유량 조절 밸브(22)를 길게 열고, 2회째 이후의 첨가에서는 유량 조절 밸브(22)의 개방 시간을 짧게 한다.
도 5c의 연료 첨가 패턴에서는 첫회의 연료 첨가 시에는 유량 조절 밸브(22)의 개방도를 모두 개방으로 하여 연료 통로(21) 내의 압력을 높게 보존해 두고, 2회째 이후의 첨가에서는 유량 조절 밸브(22)의 개방도를 작게 하여, 연료 첨가 노즐(19)에서의 연료 분사 압력을 낮게 한다.
도 5d의 연료 첨가 패턴에서는 첫회의 연료 첨가로 유량 조절 밸브(22)가 닫힌 후, 짧은 시간을 두고 다시 유량 조절 밸브(22)를 개방한다. 그 후는 비교적 긴 시간을 두고 유량 조절 밸브(22)를 개방한다.
상기 도 5a 내지 도 5d 까지의 제어는 ECU(9)의 ROM에 기억해 두고, 적당히 실행하지만, 이들은 운전 상황, 예를 들면 기관 부하 정도에 의해 선택되도록 해도 된다. 또 가능한 한, 이들을 조합시켜 실행할 수도 있다. 예를 들면 첫회의 연료 첨가 압력을 상승시키고, 더불어 분사 기간을 길게 하며, 2회째 이후에서는 그보다도 압력을 저하키며, 또한 분사 기간을 짧게 하는 등의 조합을 생각할 수 있다.
이상과 같이 첨가 패턴을 변화시킴으로써, 상황에 따라서 적절한 수단에 의해 멀티 첨가에 있어서 첫회에 비해, 2회째 이후의 연료 첨가를 변화시킴으로써 NOx 촉매(17) 측을 목표 공연비와 유사적으로 맞추어, 연료의 무효 첨가량을 적게 할 수 있다.
(제 3 실시예)
이 실시예에 있어서는 도 7에 도시하는 바와 같이, 멀티 첨가 중, 2회째 이후의 연료 첨가량을 첫회의 연료 첨가 후에, NOx 촉매(17) 하류의 공연비 센서(26)로부터 출력되는 공연비에 근거하여 보정한 값에 의해 연료 첨가 제어를 실행한다.
이러한 제어에서는 처음에 ECU(9)는 기관 회전수(Ne), 연료 분사량(Qfin)으로부터, NOx 촉매(17) 쪽을 목표 공연비로 하기 위해 필요한 연료 첨가량을 산출하며, 이것을 복수회로 분할하여 첨가할 경우에, 첫회의 연료 첨가의 베이스 첨가 시간(τb)과 이 베이스 첨가 시간(τb)에 근거하여 목표 공연비에 맞추도록 멀티 첨가 간격(Tintml)을 결정한다. 또, 첨가 시간(τb)에 대응하는 시간(Trichb)을 산출한다. 그리고 분할한 첨가량 합계가 소정 첨가량이 되도록 멀티 첨가의 규정 회수를 구한다.
여기서, 베이스 첨가 시간(τb)과는 연료 첨가 노즐(19)이 개방하여 연료가 분사되어 있는 시간으로 기초로 되는 연료 분사 시간이다. 또 멀티 첨가 간격(Tintml)은 연료 첨가 개시로부터 다음 회의 연료 첨가 개시까지의 간격이다. 덧붙여 베이스 리치 시간은 1회의 연료 첨가에 의해 공연비가 임계치보다도 리치 범위에 있는 시간을 말한다.
다음으로, ECU(9)는 유량 조정 밸브(22)를 개방하여 첫회의 연료 첨가를 실행하며, 그 임계치(Trichaf)와 공연비 센서(26)로부터 출력된 공연비를 비교한다. 여기서, 임계치(Trichaf)는 스토이키 근방의 목표 공연비보다도 높은(린) 값이며, NOx 촉매(17)가 리치 스파이크에 의한 NOx 방출, 환원을 실행하기 위해 필요한 최저한의 공연비 값, 즉 경계치이다. 이 임계치(Trichaf)보다도 공연비 센서(26)로부터 출력되는 공연비가 린일 때는 ECU(9)는 임계치(Trichaf)의 공연비 보다 리치로 다음 회의 연료 첨가의 리치 시간(Trich)을 증대시킨다.
그 후 ECU(9)는 멀티 첨가를 실행하여, 다시 임계치(Trichaf)와 공연비 센서(26)로부터의 공연비를 비교한다. 이 공연비 센서(26) 출력이 임계치 (Trichaf)보다도 리치일 때는, 2회째 이후의 첨가에 있어서의 리치 시간(Trich)과,첫회의 베이스 리치 시간(Trichb)을 비교하여, 그 결과에 의해 베이스 첨가 시간(τb)을 보정한다. 즉, 베이스 리치 시간(Trichb)과 리치 시간(Trich)을 비교하여, 리치 시간(Trich)이 베이스 리치 시간(Trichb)과 같든지, 이보다도 클 때는 2회째 이후의 베이스 첨가 시간(τb)을 감소시킨다. 한편, 반대로 리치 시간(Trich)이 베이스 리치 시간(Trichb)보다도 작을 때는 2회째 이후의 베이스 첨가 시간(τb)을 증대시킨다. ECU(9)는 이 보정에 의해 리치 시간(Trich)을 재설정한다. 멀티 첨가의 모든 분사가 종료하고 있지 않으면, 그 재설정된 리치 시간(Trich)에 근거하여 다음 회의 분사를 실행한다.
여기서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 베이스 첨가 시간(τb)이 감량 보정된 경우는 2회째 이후의 연료 첨가의 리치 시간(Trich)은 소정의 길이로 단축되며, 첨가 시에 있어서의 공연비가 최대로 리치가 되는 값(Richpeak)이 거의 일정하게 유지된다. 혹시 이러한 보정을 하지 않을 경우에는 도 4에 도시하는 바와 같이 연료 첨가마다 리치 정도가 크게 되고, 과잉 연료 첨가로 된다.
여기서, 베이스 첨가 시간(τb) 보정에는 도 7에 도시되는 공연비가 최대로 리치가 되는 값(Richpeak)을 사용할 수 있다. 이 경우는 연료 첨가마다의 리치 피크 값을 적산하여, 그 적산치가 소정 값을 넘은 경우에는 그 정도에 따라서 베이스 첨가 시간(τb)이 감량 보정되도록 한다.
또, 동일하게 베이스 첨가 시간(τb) 보정에는 공연비 센서(26) 출력으로부터 임계치(Trichaf)를 감소한 값을 연료 첨가마다에 적산한 값을 사용할 수도 있다. 이 값이 소정 값을 넘은 경우는 그 정도에 따라서 베이스 첨가 시간(τb)이감량 보정되도록 한다.
한편, 연료 첨가와 다음의 연료 첨가 사이의 연료 무첨가 기간에서는 공연비가 린 측으로 변화하여, 이 최대로 린이 되는 공연비 값도 거의 일정해진다. 여기서는 분할된 연료 첨가에 의해 목표 공연비를 경계로 하여 린 쪽과 리치 쪽에 공연비가 변동하지만, 이 공연비를 평균하면 거의 목표 공연비에 가까운 값이 된다.
따라서, 첨가 연료의 NOx 촉매(17)가 빠져나가는 것이 억제됨과 동시에, 공연비 센서(26)로부터 출력되는 실제 공연비에 근거하는 피드 백 제어에 의해 정밀도 좋은 연료 첨가가 실행되어, 극히 효율 좋게 NOx 정화를 행할 수 있다.
이 연료 첨가 제어는 도 8에 도시하는 연료 첨가 루틴에 따라서 실행되고, 이 처리 루틴은 ECU(9)의 ROM에 미리 기억되어 있으며, CPU에 의해 반복 실행되는 루틴이다. 이하 이 루틴에 따라서 이 제어를 설명한다.
우선, 스텝(100)에서는, 기관 회전수(Ne), 연료 분사량(Qfin)으로부터 첫회의 연료 첨가의 베이스 첨가 시간(τb)과, 이 베이스 첨가 시간(τb), 멀티 첨가 간격(Tintml)을 결정한다. 또, 베이스 첨가 시간(τb)에 대응하는 베이스 리치 시간(Trichb)과, 첨가량 합계가 소정 첨가량이 되도록 멀티 첨가의 규정 회수를 구한다.
다음으로 스텝(101)으로 진행하여, 상기 조건에 따라 연료 분사 노즐(19)로부터 첫회의 연료 분사를 실행한다.
그 후, 스텝(102)에서는 공연비 센서(26)의 출력치와 임계치(Trichaf)를 비교한다. 이 임계치(Trichaf)보다도 공연비 센서(26)로부터 출력되는 공연비가 작을 때는 스텝(103)으로 진행한다.
스텝(103)에서는 임계치(Trichaf)의 공연비 보다 리치로 되도록 2회째 이후의 연료 첨가에 있어서의 리치 시간(Trich)을 증대시킨다.
다음으로 스텝(104)으로 진행하여, 리치 시간(Trich)이 멀티 첨가 간격(Tintml)보다도 큰지의 여부를 판정한다. 이 리치 시간(Trich)이 멀티 첨가 간격(Tintml)보다도 커질 경우에는 스텝(105)으로 진행하여, 과도 리치 상태가 되는 것이 예상되기 때문에 연료 첨가를 금지하든지, 또는 첨가 장치나 산출 등에 이상이 있다고 하여 페일 판정을 한다.
반대로, 스텝(104)에서 리치 시간(Trich)이 멀티 첨가 간격(Tintml) 내에 있으면, 그 후 다음 회의 연료 첨가를 실행하며, 다시 임계치(Trichaf)와 공연비 센서(26)로부터의 공연비를 비교한다. 이 공연비 센서(26) 출력이 임계치(Trichaf)보다도 리치인 경우, 스텝(106)으로 진행하며, 그 이후 첨가에 있어서의 리치 시간(Trich)과, 이저 회 실행한 연료 첨가의 베이스 리치 시간(Trichb)(이전 회 리치 시간(Trich))을 비교한다. 리치 시간(Trich)이 베이스 리치 시간(Trichb)보다도 작든지, 같을 경우에는 스텝(108)으로 진행하여, 베이스 첨가 시간(τb)을 증량 보정하여, 스텝(109)에서는 리치 시간(Trich)을 리셋한다. 반대로 리치 시간(Trich)이 베이스 리치 시간(Trichb)보다도 클 때는 다음 회의 연료 첨가의 베이스 첨가 시간(τb)을 감소 보정하여, 스텝(109)에서는 리치 시간(Trich)을 재설정한다.
다음, 스텝(110)에 있어서, 멀티 첨가가 규정 회수 실행되었는지의 여부가판정되어, 실행 미종료이면 스텝(102)으로 되돌아가, 연료 첨가 노즐(19)로부터 연료를 첨가한다.
한편, 규정 회수의 멀티 첨가가 종료하고 있으면, 이 루틴을 종료한다.
이 실시예에 있어서는 2회째 이후의 연료 첨가량을 첫회의 연료 첨가 후에, NOx 촉매(17) 하류의 공연비 센서(26)로부터 출력되는 공연비에 근거하여 보정하기 때문에, 정밀도 좋은 연료 첨가가 실행된다.
[다른 실시예]
상술한 실시예에서는 본 발명을 디젤 엔진에 적용한 예로 설명했지만, 본 발명을 희박 연소 가능한 가솔린 엔진에 적용할 수도 있다.
또, ECU(9)는 크랭크 각 센서(27)로부터의 신호에 의한 엔진(1) 회전으로부터, 기통 내에서 연료한 배기 가스를 배기 매니폴드(14)에 배출하는 배기 밸브(도시하지 않는다)가 열리는 시기에 동기하여, 연료 첨가 노즐(19)로부터의 연료 분사를 실행하도록 제어한다. 이렇게 하면 배기 가스가 기통으로부터 배출되고, 배기 집합관(15) 및 배기관(16) 내를 아래로 흐르는 배기류에 첨가 연료를 놓을 수 있기 때문에, 첨가 연료가 배기 집합관(15) 및 배기관(16) 내의 벽면에 부착하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서 첨가 연료가 확실하게 NOx 촉매(17)에 도달하여 효율적인 배기 정화를 실시할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의하면, 기관 부하에 근거하여 환원제 첨가량을 구한 후, 이 량의 환원제 첨가를 복수로 분할하여 행함으로써 NOx 촉매에 있어서의 공연비를 목표 공연비와 유사적으로 맞출 수 있다. 따라서 과잉 리치를 생기게 하는 무효 환원제 첨가량이 감소하고, 또한 환원제가 NOx 촉매를 빠져나가는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 극히 효율 좋은 배기 정화를 하는 것이 가능해진다.

Claims (8)

  1. 희박 연소 가능한 내연 기관의 배기 통로에 설치되어, 환원제 공급에 의해 흡수한 NOx를 방출, 환원하는 NOx 촉매와,
    이 NOx 촉매 상류의 배기 통로에 설치된 환원제 공급 수단과,
    내연 기관의 부하를 검출하는 부하 검출 수단과,
    내연 기관의 부하에 근거하여 1회의 NOx 환원 처리에서 사용하는 환원제 공급량을 산출하는 환원제량 산출 수단과,
    산출된 첨가량의 환원제를 복수회로 분할하여 첨가하는 환원제 첨가 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    차량의 운전 상태에 따라서 환원제 첨가의 여부를 판단하는 첨가 여부 판단 수단을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 2회째 이후의 환원제 첨가량은 첫회의 첨가량보다도 적은 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 첫회의 환원제 첨가 기간을 길게 하고, 2회째 이후의 환원제 첨가 기간을 첫회보다도 짧게 한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 첫회의 환원제 첨가 압력을 높게 하고, 2회째 이후의 환원제 첨가 압력을 첫회보다도 낮게 한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 첫회의 환원제 첨가와 2회째의 환원제 첨가 간격을 다음 회의 환원제 첨가 간격보다도 짧게 한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 2회째 이후의 환원제 첨가를 첫회의 환원제 첨가 후의 NOx 촉매 쪽의 공연비에 의해 보정한 값에 근거하여 환원제 첨가 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 제어 수단에서 복수 회의 환원제 첨가를 내연 기관의 크랭크 각에 동기시킴으로써 배기 밸브가 열렸을 때에 실행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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