KR0165953B1 - 내연기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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사토시 이구치
신이치 다케시마
도시아키 다나카
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Abstract

본 발명의 목적은 NOx 흡수제의 실제의 NOx량을 검출하며, 그것에 근거하여 NOx 흡수제에서의 NOx 방출제어를 실행하는 것으로, 기관 배기 통로내에 NOx 흡수제(18)를 배치한다. NOx 흡수제(18) 하류의 기관 배기 통로내에 공연비에 비례한 전류가 발생하는 O2센서(22)를 배치하여, 상기 O2센서(22)의 출력 신호에 근거하여 NOx 방출시에 NOx 흡수제(18)에 실제로 흡수되어 있는 NOx량을 산출한다. 상기 산출된 NOx 량에 근거하여 추정 NOx 량이 실제의 NOx 흡수량을 나타내도록 보정되며, 상기 보정된 추정 NOx 량이 설정값에 도달한 때에 NOx 흡수제(18)에서의 NOx의 방출 작용이 실행된다.

Description

내연기관의 배기 정화 장치
제1도는 내연기관의 전체도.
제2도는 기본 연료 분사시간의 맵을 나타낸 그래프.
제3도는 보정계수(K)를 나타낸 그래프.
제4도는 기관에서 배출되는 배기 가스중의 미연소 HC, CO 및 농도를 나타낸 그래프
제5a 및 제5b 도는 NOx의 흡기 방출 작용을 설명하기 위한 그래프.
제6도는 NOx의 흡기량 NOxA를 나타내는 그래프.
제7도는 공연비 제어의 시간 그래프.
제8a도 및 제8b도는 NOx 방출을 위해 혼합기를 리치로 하는 주기와 그때의 리치 시간을 나타내는 그래프.
제9도는 O2센서의 양극과 음극 사이를 흐르는 전류값을 나타내는 그래프.
제10도는 O2센서의 양극과 음극 사이를 흐르는 전류값의 변화를 나타낸 시간 그래프.
제11도는 O2센서의 양극과 음극 사이를 흐르는 전류값의 변화를 나타낸 시간 그래프.
제12도는 공연비를 제어하기 위한 흐름도.
제13도는 공연비를 제어하기 위한 흐름도.
제14도는 피드백 제어1을 실행하기 위한 흐름도.
제15도는 피드백 보정계수(FAF)의 변화를 나타내는 그래프.
제16도는 피드백 제어 Ⅱ를 실행하기 위한 흐름도.
제17도는 NOx 방출처리를 실행하기 위한 흐름도.
제18도는 열화판정을 실행하기 위한 흐름도.
제19a도 및 제19b도는 NOx 방출을 위해 혼합공기를 리치로 하는 주기(TL)와 리치시간(TR)을 나타내는 그래프.
제20도는 공연비를 제어하기위해 별도의 실시예를 나타내는 흐름도.
제21도는 공연비를 제어하기위해 별도의 실시예를 나타내는 흐름도.
제22도는 NOx 방출처리를 실행하기 위한 흐름도.
제23도는 열화판정을 실행하기 위한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
15 : 배기 매니폴드 18 : NOx 흡수제
20, 22 : O2센서
[산업상의 이용분야]
본 발명은 내연기관의 배기 정화장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
유입되는 배기 가스의 공연비가 린(희박)일 때에 NOx를 흡수하며, 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치(농후)로 되면 흡수된 NOx를 방출하는 NOx 흡수제를 기관 배기 통로내에 배치하며, 기관의 운전상태에서 NOx 흡수제에 흡수되는 NOx량을 추정하여 NOx 흡수제에 흡수되어 있다고 추정되는 추정 NOx 흡수량이 사전에 정해진 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제로 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하여 NOx 흡수제에서 NOx를 방출시키도록 한 내연 기관이 본 출원에 의해 이미 제안되어 있다(일본 특허출원 평5-334325호 참조).
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나 상기 추정 NOx 흡수량과 꼭 일치하지 않고, 실제의 NOx 흡수량 보다도 작은 경우도 있으면, 많은 경우도 있다. 따라서 추정 NOx 흡수량이 사전에 정해진 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하도록한 경우에는 추정 NOx 흡수량이 실제의 NOx 흡수량 보다도 작은 때에는 추정 NOx 량이 설정값에 도달하기 전에 NOx 흡수제의 흡수 능력이 포화되어 NOx가 NOx 흡수제에 흡수되는 일 없이 대기중에 방출된다는 문제를 발생하며, 이것에 대하여 추정 NOx 흡수량이 실제의 NOx 흡수량 보다도 많은 때에는 NOx 흡수제에 흡수되어 있는 NOx 량이 적은 중에 공연비가 리치로 되기 위해 공연비가 리치로 되는 빈도가 높게 되며, 연료 소비량이 증대된다는 문제를 발생한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
청구범위 제1항 발명에 의하면, 상기 문제점을 해결하기 위해 유입되는 배기 가스의 공연비가 린 일때에 NOx를 흡수하여, 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치로되면 흡수된 NOx를 방출하는 NOx 흡수제를 기관 배기 통로내에 배치하며, NOx 흡수제에 흡수되어 있는 NOx 량을 추정하는 NOx 흡수량 추정 수단을 구비하며, NOx 흡수제에 흡수되어 있다고 추정되는 추정 NOx 흡수량이 사전에 정해진 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하여 NOx 흡수제에서 NOx를 방출시키도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, NOx 흡수제 하류의 배기 통로내에 배치한 공연비 검출 수단과, NOx 흡수제에서 NOx를 방출하는 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치로 된 때에 공연비 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 NOx 흡수제에 흡수되어 있던 모든 NOx량을 산출하는 NOx 흡수량 산출수단과, NOx 흡수량 산출수단에 의해 산출된 NOx량에 근거하여 추정 NOx 흡수량이 실제의 NOx 흡수량을 나타내도록 추정 NOx 흡수량을 보정하는 보정 수단을 구비하며, 보정 수단에 의해 보정된 추정 NOx 흡수량이 사전에 결정된 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하여 NOx 흡수제에서 NOx를 방출시키도록 하고 있다.
또, 청구범위 제2항 발명에 의하면, 제1항 발명에 있어서, NOx 흡수량 산출 수단에 의해 산출된 NOx량에 근거하여 NOx 흡수제의 열화의 상태를 판단하는 열화 판단 수단을 구비하고 있다.
[작용]
제1항 발명은, 공연비 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 NOx 흡수제에 흡수되어 있던 모든 NOx량이 산출되며, 상기 산출된 NOx량에 근거하여 추정 NOx 흡수량이 실제의 NOx 흡수량을 나타내도록 보정된다. 따라서 보정된 추정 NOx 흡수량은 실제의 NOx 흡수량을 나타내게 되며, 상기 보정된 추정 NOx 흡수량이 사전에 정해진 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비가 린에서 리치로 변환되어 NOx 흡수제에서 NOx가 방출된다.
제2항의 발명은, NOx 흡수량 산출 수단에 의해 산출된 NOx 흡수량에서 NOx 흡수능력, 즉 흡수제의 열화 상태가 판단된다.
[실시예]
제1도를 참조하면 도면부호1은 기관본체, 2는 피스톤, 3은 연소실, 4는 점화전, 5는 흡기밸브, 6은 흡기포트, 7은 배기밸브, 8은 배기포트를 각각 나타내고 있다. 흡기포트(6)는 대응하는 지지관(9)을 통해 서지탱크(10)에 연결되며, 각 지지관(9)에는 각각 흡기포트(6)내로 향하여 연료를 분사하는 연료 분사밸브(11)가 장착되어 진다. 서지탱크(10)는 흡기닥트(12)를 통해 공기 정화기(13)에 연결되며, 흡기닥트(12)내에는 트로틀밸브(14)가 배치된다. 반면, 배기포트(8)는 배기 매니홀드(15) 및 배기관(16)을 통해 NOx 흡수제(18)를 내장한 케이싱(17)에 접속된다.
전자제어 유니트(30)는 디지탈 컴퓨터로 이루어지며, 쌍방향성 버스(31)에 의해 상호 접속된 ROM(Read Only Memory)(32), RAM(Random Access Memory)(33), CPU(Micro Process)(34), 상기 전원에 접속된 버퍼RAM(35), 입력포트(36), 및 출력포트(37)를 구비한다. 서지탱크(10)내에는 서지탱크(10)의 절대압에 비례한 출력전압을 발생하는 압력센서(19)가 배치되며, 상기 압력센서(19)의 출력전압은 대응하는 A/D 변환기(38)를 통해 입력포트(36)에 입력된다. 흡기 매니폴드(15)내에는 공연비 센서(이하, O센서로 칭함)(22)가 배치되며, 상기 O2센서(20)는 대응하는 A/D변환기(38)를 통해 입력포트(36)에 입력된다. NOx 흡수제(18)하류의 배기관(21)내에는 별도의 공연비 센서(이하, O 센서로 칭함)(22)가 배치되며, 상기 O2센서(20)는 대응하는 A/D변환기(38)를 통해 입력포트(36)에 접속된다. 또, 상기 입력포트(36)에는 기관회전수를 나타내는 출력 펄스를 발생하는 회전수 센서(23) 및 차속 나타내는 출력펄스를 발생하는 차속센서(24)가 접속된다. 반면, 출력포트(37)는 대응하는 구동회로(39)를 통해 각각 점화전(4'), 연료 분사밸브(11) 및 경고램프(25)에 접속된다.
제1도에 나타내는 내연기관 에서는 다음식에 근거하여 연료 분사시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP ·K·FAF
여기에서, TP는 기본연료 분사시간, K는 보정계수, FAF는 피드백 보정계수를 각각 나타낸다. 기본연료 분사시간(TP)은 실린더내에 공급되는 혼합기의 공연비를 이론공연비로 하는데에 필요한 연료분사 시간을 나타내고 있다. 상기 기본연료 분사시간(TP)은 사전에 실험에 의해 구해진다. 서지탱크(10)내의 절대압(PM) 및 기관회전수(N)의 함수로서 제2도에 나타내는 맵의 형태로 사전에 ROM(32)내에 기억되어 있다. 보정계수(K)는 기관 실린더내에 공급되는 혼합기의 공연비를 제어하기위한 계수로서 K = 1.0이라면 기관실린더 내에 공급되는 혼합기는 이론 공연비로 된다. 이것에 대해서 K 1.0이 되면 기관실린더 내에 공급되는 혼합기의 공연비는 이론 공연비 보다도 크게되며, 즉 K 1.0이 되면 기관 실린더내에 공급되는 혼합기의 공연비는 이론 공연비보다도 작게되며, 즉, 리치로 된다.
피드백 보정계수(FAF)는 K 1.0 일때, 즉 기관 실린더내에 공급되는 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 할 경우에 O2센서(20)의 출력신호에 근거하여 공연비를 이론공연비에 정확하게 일치시키기 위한 계수이다. 상기 피드백 보정계수(FAF)는 폭 1.0을 중심으로 상하 운동하고 있으며, 상기 피드백 보정계수(FAF)는 혼합기가 리치로 되면 감소하고, 혼합기가 린으로 되면 증대한다. 또한 K 1.0 또는 K 1.0일 때에는 FAF는 1.0으로 고정된다.
기관 실린더 내에 공급되는 혼합기의 목표 공연비, 즉, 보정계수(K)의 값은 기관의 운전상태에 따라서 변화되어지며, 본 발명에 의한 실시예에서는 기본적으로는 제3도에 나타내듯이 서지탱크(10)내의 절대압(PM) 및 기관회전수(N)의 함수로서 사전에 정해져있다. 즉, 제3도에 나타내듯이 실선(R)보다도 저부하측의 저부하 운전영역에서는 K 1.0 즉 혼합공기가 린으로 되며, 실선(R) 실선(S)의 사이의 고부하 운전 영역에서는 K = 1.0, 즉 혼합기의 공연비가 이론 공연비로 되며 실선(S)보다도 고부하측의 모든 부하운전 영역에서는 K 1.0 즉, 혼합기가 리치로 된다.
제4도는 연소실(3)에서 배출되는 배기가스중의 대표적인 성분의 농도를 나타내고 있다. 제4도에서 알 수 있듯이 연소실(3)에서 배출되는 배기가스중의 미연소 HC, CO의 농도는 연소실(3)내에 공급되는 혼합기의 공연비가 리치로 되는만큼 증대하여 연소실(3)에서 배출되는 배기가스 중의 산소 O2의 농도는 연소실(3)내에 공급되는 혼합기의 공연비가 린으로 되는 만큼 증대한다.
케이싱(17)내에 수용되어 있는 NOx 흡수제(18)는 예를들면 알루미나를 담체로하며, 상기 담체상에 칼륨K, 나트륨Na, 리튬Li, 세슘Cs과 같은 알칼리 금속, 바튬 Ba, 칼슘Ca과 같은 알칼리토류, 랜탄La, 이트륨Y과 같은 희토류에서 선별된 적어도 1개와, 백금 Pt과 같은 귀금속등이 담지되어 있다. 기관 흡기통로 및 NOx 흡수제(18)상류의 배기통로내에 공급된 공기 및 연료(탄화수소)의 비율을 NOx 흡수제(18)로의 배기가스의 공연비라고 칭하면 상기 NOx 흡수제(18)는 유입 배기가스의 공연비가 린일때에는 NOx를 흡수하며, 유입 배기가스중의 산소 농도가 저하되면 흡수한 NOx를 방출하는 NOx의 흡기방출 작용을 실행한다. 또한 NOx 흡수제(18)상류의 배기 통로내에 연료(탄화수소) 혹은 공기가 공급되지 않는 경우에는 유입배기 가스의 공연비는 연료실(3)내에 공급되는 혼합기의 공연비에 일치되며, 따라서 상기 경우에는 NOx 흡수제(18)는 연소실(3)내에 공급되는 혼합기의 공연비가 린 일때에는 NOx를 흡수하며, 연소실(3)내에 공급되는 혼합기중의 산소 농도가 저하되면 흡수된 NOx를 방출하게 된다.
상기의 NOx 흡수제(18)를 기관 배기통로내에 배치하면 상기 NOx 흡수제(18)는 실제로 NOx의 흡기 방출작용을 실행하지만 상기 흡기 방출작용의 상세한 구조에 대해서는 명확하지 않은 부분도 있다. 그러나 상기 흡기 방출작용은 제5도에 나타내는 구조로 실행되고 있는 것이라고 생각할 수 있다. 이어서, 상기 구조에 대하여 담체상에 백금 Pt 및 바륨 Ba을 담지시킨 경우를 예로들어 설명하지만 다른 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리 토류, 희토류를 이용하여도 동일한 구조로 된다.
즉, 유입 배기 가스가 상당히 린으로 되면 유입 배기 가스 중이 산소 농도가 대폭으로 증대하며, 제 5a도에 나타내듯이 이들 산소 O2가 O2 -또는 O2-의 형태로 백금 Pt의 표면에 부착된다. 반면, 유입 배기 가스중의 NO는 백금 Pt의 표면상에서 O2 -또는 O2-와 반응하며, NO2로 된다(2NO + O2→ 2NO2). 이어서 생성된 NO2의 일부는 백금 Pt위에서 산화되며 흡수제내에 흡수되어 산화 바륨 BaO과 결합하면서 제 5a도에 나타나듯이 초산 이온 NO3 -의 형태로 흡수제내에 확산된다. 상기와 같이하여 NOx가 NOx 흡수제(18)내에 흡수된다.
유입 배기가스중의 산소 농도가 높은한 백금 Pt의 표면에 NO2가 생성되며, 흡수제의 NOx 흡수 능력이 포화되지 않는한 NO2가 흡수제 내에 흡수되어 초산 이온 NO3 -가 생성된다. 이것에 대해 유입 배기가스중의 산소 농도가 저하되어 NO2의 생성량이 저하되면 반응이 반대방향(NO3 -→ NO2)으로 진행되며, 이래서 흡수제내의 초산 이온 NO3 -가 NO2의 형태로 흡수제에서 방출된다. 즉, 유입 배기 가스중의 산소 농도가 저하되면 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되게 된다. 제4도에 나타내듯이 유입 배기 가스의 린 상태가 낮게 되면 유입 배기 가스중의 산소 농도가 저하되며, 따라서 유입 배기 가스의 린 상태를 낮게하면 예를들어 유입 배기 가스의 공연비가 린 이라도 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되게 된다.
반면, 상기의 경우 연소실(3)내의 공급되는 혼합기가 리치로 되어 유입 배기 가스의 공연비가 리치로되면 제4도에 나타내듯이 기관에서는 다량의 미연소 HC, CO가 배출되며, 이들 미연소 HC, CO는 백금상의 산소 O2 -또는 O2-와 반응하여 산화되어진다. 또, 유입 배기 가스의 공연비가 리치로 되면, 유입 배기 가스중의 산소 농도가 극도로 저하되기 때문에 흡수제에서 NO2가 방출되며, 상기 NO2는 제5b도에 나타내듯이 미연소 HC, CO와 반응하여 환원되어진다. 상기와 같이하여 백금 Pt의 표면상에 NO2가 존재하지 않게 되면 흡수제에서 차차로 NO2가 방출된다. 따라서, 유입 배기 가스의 공연비를 리치로 하면 단시간안에 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되게 된다.
즉, 유입 배기 가스의 공연비를 리치로 하면 우선 처음으로 미연소 HC, CO가 백금 Pt상의 O2 -또는 O2-로 즉시 반응하여 산화되며, 이어서 백금 Pt상의 O2 -또는 O2-가 소비되어도 아직 미연소 HC, CO가 남아 있으면 상기 미연소 HC, CO에 의해 흡수제에서 방출된 NOx 및 기관에서 배출된 NOx가 환원되어진다. 따라서 유입 배기 가스의 공연비를 리치로 하면 단시간안에 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx가 방출되며 또한 상기 방출된 NOx가 환원되기 때문에 대기중에 NOx가 배출되는 것을 저지할 수 있게 된다.
상기와 같이 린 혼합기가 연소되면 NOx가 NOx 흡수제(18)에 흡수된다. 그러나 NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수 능력에는 한도가 있으며, NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수 능력이 포화되면 NOx 흡수제(18)는 빠르게 NOx를 흡수할 수 없게 된다. 따라서, NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수능력이 포화되기 전에 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출시킬 필요가 있으며, 그것을 위해서는 NOx 흡수제(18)에 어느 정도의 NOx가 흡수되어 있는지를 추정할 필요가 있다. 이어서, 상기 NOx 흡수량의 추정 방법에 관하여 설명한다.
린 혼합기가 연소되어 있을 때에는 기관 부하가 높게되는 만큼 단위 시간당 기관에서 배출되는 NOx량이 증대 되기 위해 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에 흡수되는 NOx량이 증대하며, 또 기관 회전수가 높게되는 만큼 단위 시간당 기관에서 배출되는 NOx량이 증대되기 위해 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에 흡수되는 NOx가 증대한다. 따라서 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에 흡수되는 NOx량은 기관 부하와 기관 회전수의 함수로 된다. 이 경우, 기관 부하는 서지탱크(10)내의 절대압에서 대표할 수 있기 때문에 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에 흡수되는 NOx량은 서지탱크(10)내의 절대압(PM)과 기관 회전수(N)의 함수로 된다. 따라서, 본 발명에 의한 실시예에서는 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에 흡수되는 NOx량 NOXA를 절대압(PM) 및 기관 회전수(N)의 함수로서 사전 실험에 의해 구해지며, 상기 NOx 흡수량 NOXA가 PM 및 N의 함수로서 제6도에 나타내는 맵의 형태로 사전에 ROM(32)내에 기억되어 있다.
반면, 상기와 같이 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되어 있는 사이는 배기 가스중에 포함되는 미연소 HC, CO 즉, 잉여 연료는 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx를 환원하기 위해 사용되며, 따라서 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx량 NOXD는 단위 시간당 공급되는 잉여의 연료량에 비례하게 된다. 그런데 단위 시간당 공급되는 잉여 연료량 Q1x는 다음식으로 나타낼 수 있다.
Q1X= f1·(K-1.0)·TP·N
여기에서 f1은 비례정수, K는 보정계수, TP는 기본연료 분사시간, N은 기관 회전수를 나타내고 있다. 반면, 비례정수를 f2로 하면 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx 량 NOXD는 NOXD = f2·Q1X로 나타낼 수 있기 때문에 f = f1·f2로 하면 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx량 NOXD는 다음식으로 나타나게 된다.
NOXD = f·(K=1.0)·TP·N
상기와 같이 린 혼합기가 연소되어진 때에 단위 시간당의 NOx 흡수량이 NOXA로 나타나며, 리치 혼합기가 연소되어진 때에는 단위 시간당의 NOx 방출량은 NOXD로 나타나기 때문에 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 것으로 추정되는 NOx 량 ΣNOX는 다음식으로 나타낼 수 있게 된다.
ΣNOX = ΣNOX + NOXA - NOXD
그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 제7도에 나타내듯이 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 것으로 추정되는 NOx량 ΣNOX가 실제로는 후술하는 보정된 추정 NOx 량 ΣNKK가 허용 최대값 NAX에 도달한 때에는 혼합기의 공연비를 일시적으로 리치로 하여, 그것에 의해 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출시키도록 되어 있다.
그런데 배기 가스중에는 SOx가 포함되어 있으며, NOx 흡수제(18)에는 NOx 만이 아닌 SOx도 흡수된다. 상기 NOx 흡수제(18)에의 SOx의 흡수 구조는 NOx의 흡수 구조와 동일하다고 생각할 수 있다.
즉, NOx의 흡수 구조를 설명한 때와 동일하게 담체상에 백금 Pr및 바륨 Ba을 담지시킨 경우를 예를들어 설명하면, 상기와 바와 같이 유입 배기 가스의 공연비가 린 때에는 산소 O2가 O2 -또는 O2-의 형태로 백금 Pt의 표면에 부착되어 있으며, 유입 배기 가스중의 SO2는 백금 Pt의 표면에서 O2 -또는 O2-와 반응하여 SO3로 된다. 이어서 생성된 SO3의 일부는 백금 Pt상에서 더욱 산화되며 흡수제내에 흡수되어 산화 바륨 BaO 과 결합하면서 황산 이온 SO4 2-의 형태로 흡수제내에 확산되며, 안정된 황산염 BaSO4를 생성한다.
그러나, 상기 황산염 BaSO4는 안정되어 있어서 분해되기 어려우며, 제7도에 나타내듯이 단시간만 혼합 공기의 공연비를 리치로 하여도 거의 모든 황산염 BaSO4은 분해되지 않고 그대로 남는다. 따라서 NOx 흡수제(18)내에는 시간이 경과됨에 따라서 황산염 BaSO4가 증대되게 되며, 이러한 시간이 경과됨에 따라서 NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량이 서서히 저하하게 된다. 즉, 바꿔말하면 시간이 경과함에 따라서 NOx 흡수제(18)가 서서히 열화하게 된다. NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량이 저하되면 NOx 흡수제(18)로의 NOx 흡수량이 적어지는 중에 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출시킬 필요가 있으며, 그것을 위해서는 우선 NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량, 즉 NOx 흡수제(18)의 열화의 상태를 정확하게 검출하는 것이 필요하다.
본 발명에 의한 실시예에서는 NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량, 즉, NOx 흡수제(18)의 열화의 상태를 O2센서(22)에 의해 검출된 공연비에서 검출하도록 하고 있으며, 이하 상기의 것에 관하여 설명한다.
즉, 연소실(3)내에 공급되는 혼합기가 리치로 되면 제4도에 나타내듯이 연소실(3)에서는 산소 O2및 미연소 HC, CO를 포함한 배기 가스가 배출되지만 이 산소 O2와 미연소 HC, CO와는 거의 반응하지 않고, 산소 O2는 NOx 흡수제(18)를 너무 통과하여 NOx 흡수제(18)에서 배출되게 된다. 반면, 연소실(3)내에 공급되는 혼합기가 리치로 되면 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출된다. 이때 배기 가스중에 포함되는 미연소 HC, CO는 방출된 NOx를 환원하기 위해 사용되기 때문에 NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되어 있는 사이에는 NOx 흡수제(18)에서 전혀 미연소 HC, CO가 배출되지 않게 된다. 따라서, NOx 흡수제(18)에서 NOx가 방출되는 사이에는 NOx 흡수제(18)에서 배출되는 배기가스중에는 산소 O2가 포함되어 있지만 미연소 HC, CO가 전혀 포함되어 있지 않으며, 따라서 이 사이는 NOx 흡수제(18)에서 배출되는 배기 가스의 공연비는 약간만 린으로 되어 있다.
이어서, NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 모든 NOx가 방출되면 배기 가스중에 포함되어 있는 미연 HC, CO는 NOx 흡수제(18)내에서 NOx의 환원을 위해 사용되는 일 없이 그대로 NOx 흡수제(18)에서 배출된다. 따라서 이때 NOx 흡수제(18)에서 배출되는 배기 가스의 공연비가 리치로 된다. 즉, NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 모든 NOx 흡수제(18)에서 배출되는 배기 가스가 린에서 리치로 변화하게 된다. 따라서, NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있던 모든 NOx는 NOx 흡수제(18)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 린에서 리치로 변환된후 NOx 흡수제(18)에서 배출되는 배기 가스의 공연비가 리치로 될때까지의 경과 시간의 사이에 NOx 흡수제(18)에서 방출되게 되며, 따라서 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx량을 알 수 있다. 이어서 상기 점에 대하여 상세히 설명한다.
제1도에 나타내는 O2센서(22)는 배기 통로내에 배치된 질코니아로 이루어지는 컵 형상의 통형상체로 되며, 상기 통형상체의 내측면 위에는 백금 박막으로 이루어지는 양극이, 상기 통형상체의 외측면 위에서는 백금박막으로 이루어지는 음극이 각각 형성되어 있다. 음극은 다공질 층에 의해 씌어져 있으며, 음극과 양극 사이에는 일정 전압이 인가된다. 상기 O2센서(22)에서는 제9도에 나타내듯이 공연비 A/F에 비례한 전류 I(mA)가 음극과 양극 사이에 흐른다. 또한, 제9도에 있어서 I0는 공연비 A/F가 이론 공연비(=14.6)일때의 전류값을 나타내고 있다. 제9도에서 알 수 있듯이 공연비 A/F가 린일때에는 전류값 (I)은 II0의 범위에서 공연비 A/F가 크게되는 만큼 증대하며, 공연비 A/F가 거의 13.0 이하의 리치로 되면 전류값(I)은 0 으로 된다.
제10도는 NOx 흡수제(18)에 유입되는 배기 가스의 공연비(A/F)in의 변화와, O2센서(22)의 음극과 양극 사이를 흐르는 전류(I)의 변화와, NOx 흡수제(18)에서 배출된 배기 가스의 공연비(A/F)out의 변화를 나타내고 있다. 제10도에 나타내듯이 NOx 흡수제(18)에 유입되는 배기 가스 공연비(A/F)in이 진에서 리치로 변환되어 NOx 흡수제(18)에서의 NOx 방출 작용이 개시되면 NOx 흡수제(18)에서 유출된 배기 가스의 공연비(A/F)out는 이른 공연비 가까이까지 급속하게 작게되며, 따라서 전류값(I)은 I0근처까지 급속하게 감소한다. 이어서 NOx 흡수제(18)에서의 NOx 방출 작용이 실행되고 있는 사이 NOx 흡수제(18)에서 유출된 배기 가스의 공연비(A/F)out는 약간만 린 상태로 유지되며, 따라서 전류값(I)은 I0보다 약간만 큰 값으로 유지된다. 이어서 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 모든 NOx가 방출되면 NOx 흡수제(18)에서 유출된 배기 가스의 공연비(A/F)out는 급속하게 작게되어 리치로 되며, 따라서 전류값(I)은 급속하게 영 이하로 하강한다.
제11도는 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx 량이 다른 경우의 전류값(I)의 변화를 나타내고 있다. 또, 제11도에 있어서 각 수치는 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx 량을 나타내고 있다. 제11도에 나타내듯이 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx량이 다르면 그것에 따라서 NOx 흡수제(18)에서 배출된 배기 가스의 공연비(A/F)in이 린에서 리치로 전환된후 전류값(I)이 거의 영으로 될때까지의 경과시간(t)이 변화되며, NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있는 NOx 량이 적은만큼 그 경과 시간(t)은 짧게된다. NOx 흡수제(18)에서는 거의 경과시간(t)의 사이, NOx가 계속 방출되며, 상기 경과 시간(t)의 사이에 방출되는 모든 NOx 량을 구하면 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있던 모든 NOx 량을 알 수 있다.
그런데, 상기와 같이 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx 방출량 NOXD 는 다음식으로 나타낸다.
NO × D= f1·(K-1.0)·TP·N
따라서, 경과시간(t)이 사이에 있어서 NOx 방출량 NOXD의 합을 구하면 NOx 흡수제(18)에 실제로 흡수되어있던 모든 NOx 량을 검출할 수 있다.
그런데, NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량, 즉 NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 검출하기 위해서는 검출시에 NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수량(ΣNOX)이 최대 NOx 흡수량으로 되어 있지 않으면 않된다. 즉, 제7도에 있어서 파선으로 나타내는 VNOx가 실제로 흡수되는 최대 NOx 흡수량으로 되면 NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수량(ΣNOX)이 상기 VNOx 보다도 적은 때에 NOx 흡수제(18)에서 모든 NOx를 방출시켜도 최대 NOx 흡수량 VNOx 을 구할 수 없다. 왜냐하면 이때 방출되는 모든 NOx 량은 최대 NOx 흡수량 보다도 적기 때문이다.
이것에 대하여 NOx 흡수제(18)의 흡수 능력이 포화되어 있을때 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출시키면 이때 방출되는 모든 NOx 량은 최대 NOx 흡수량 VNOx를 나타내고 있다. 그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 현재의 최대 NOx 흡수량(VNOx)에 가까운 값보다도 약간 큰 판정 레벨(SAT)을 설정하며, 제7도에 나타내듯이 NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수량(ΣNOX)이 판정 레벨(SAT)에 도달한 때에 NOx 흡수제(18)에서 모든 NOx를 방출시키는 것에 의해 이때의 실제 최대 NOx 흡수량(VNOx), 즉 NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 구하도록 하고 있다.
또한, 제7도에 나타내는 NOx량(ΣNOX)에 대한 허용 최대값(MAX)은 최대 NOx 흡수량(VNOx) 보다도 작은 값으로 설정되어 있으며, ΣNOX가 허용 최대값(MAX)에 도달한 때에는 NOx 흡수제(18)의 열화 판단은 실행되지 않고 NOx 흡수제(18)에서의 NOx 방출 작용 만이 실행된다. NOx 흡수제(18)에서의 NOx 방출 작용만 실행되는 빈도는 NOx 흡수제(18)의 열화 판단이 실행되는 빈도와 비교하여 높으며, 따라서 NOx 흡수제(18)의 열화 판단이 실행된 후, 이어서 NOx 흡수제(18)의 열화 판단이 실행될 때까지 복수회의 NOx 방출작용이 실행된다.
그런데, NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수량(ΣNOX)은 전술한 것과 같이 추정량이며, 따라서 상기 NOx 흡수량(ΣNOX)은 꼭 실제의 NOx 흡수량을 나타내지 않는다. 이경우 예를들어 NOx 흡수량(ΣNOX)이 실제의 NOx 흡수량 보다도 매우 높은 값을 나타내고 있다고 하여도 NOx 흡수량(ΣNOX)이 판정 레벨(SAT)에 도달하여도 실제의 NOx 흡수량은 실제의 최대 NOx 흡수량(VNOx)에 도달되지 않고 실제의 최대 NOx 흡수량(VNOx)을 정확하게 검출할 수 없다는 문제를 발생한다.
그래서, 본 발명에 의한 실시예에서는 NOx 흡수량(ΣNOX)에 대한 보정값(KX)을 도입하며, NOx 흡수량(ΣNOX)이 허용 최대값(MAX)에 도달하여(NOx) 흡수제(18)에서의 NOx 의 방출이 실행될 때마다 O2센서(22)의 출력 신호에 근거하여 실제의 NOx 흡수량(X NOx)을 산출하여 다음식에 근거하여 보정값(KX)을 갱신하도록 하고 있다.
KX = KX ·(X NOX/ ΣNOX)
이 경우, 보정된 추정 NOx 량은 ΣNKX(=KX·ΣNOX)로 나타내고 있다. 즉, 실제의 NOx 흡수량(X NOx)에 대하여 예를들면 추정 NOx 흡수량(ΣNOX)이 작게된 경우에는 ΣNKX(=KX·ΣNOX)가 NOX에 일치되도록 보정값(KX)의 값이 그때까지 사용되어온 보정값(KX)의 값에 대하여 증대되어진다. 따라서, 본 발명에 의한 실시예에서는 실제로는 추정 NOx 량(ΣNOX)이 MAX 로 도달된 때가 아닌 보정된 추정 NOx 량(ΣNKX)이 허용 최대값(MAX)에 도달된 때에 NOx의 방출 작용이 실행된다.
최대 NOx 흡수량(VNOx)이 작게되면, 즉 NOx 흡수제(18)의 열화의 상태가 높게되면 허용 최대값(MAX)이 작게되며, 제7도에서 알 수 있듯이 NOx 방출을 위해 리치로 되는 주기가 짧게된다. 또, NOx 흡수제(18)의 열화 상태가 높게되어 허용 최대값(MAX)이 작게되면 NOx의 방출에 필요한 시간이 짧게되기 때문에 리치로 유지되는 시간이 짧게된다. 따라서, NOx 흡수제(18)의 열화 상태가 낮은 때에는 제8A도에 나타내듯이 리치로 되는 시간 주기(t1) 및 리치로 유지되는 시간(t2)이 비교적 길며, NOx 흡수제(18)의 열화 상태가 높게되면 제8B도에 나타내듯이 리치로 되는 주기 및 리치로 유지되는 시간이 짧게된다.
상기와 같이 본 발명에 의한 실시예에서는 O2센서(22)의 음극과 양극 사이를 흐르는 전류(I)에 근거하여 실제의 NOx 량(V NOx, X NOx)이 산출되며, 이들 VNOx, XNOx의 값에 근거하여 NOx 방출을 위한 공연비 제어가 실행된다. 이 경우 O2센서(22)의 음극과 양극 사이를 흐르는 전류(I)는 전압으로 변환되어 입력 포트(36)내에 입력되며, 전자 제어 유닛(30)내에서는 상기 전압을 다시 대응하는 전류값(I)으로 변환되어 상기 전류값(I)에 근거하여 공연비의 제어가 실행된다.
제12도 및 제13도는 공연비 제어 루틴을 나타내고 있으며, 상기 루틴은 일정시간마다 들어가는 것에 의해 실행된다.
제12도 및 제13도를 참조하면, 우선 처음에 스텝(100)에 있어서 제2도에 나타내는 관계에서 기본 연료 분사 시간(TP)이 산출된다. 이어서, 스텝(101)에서는 NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 판단되어지는 것을 나타내는 열화 판정 그래프가 셋트되어 있는지 어떤지가 판별된다. 열화 판정 그래프가 셋트되어 있지 않은때에는 스텝(102)으로 진행되어 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출되어지는 것을 나타내는 NOx 방출 그래프가 셋트되어 있지 않을 때에는 스텝(103)으로 진행된다.
스텝(103)에서는 제3도에 근거하여 보정 계수(K)가 산출된다. 이어서 스텝(104)에서는 보정 계수(K)가 1.0인지 아닌지를 판별한다. K=1.0 일때, 즉, 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 할 때에는 스텝(126)으로 진행되어 공연비의 피드백 제어(I)가 실행된다. 상기 피드백 제어(I)는 제14도에 나타나 있다. 한편, K=1.0이 아닌때에는 스텝(105)으로 진행하여 보정 계수(K)가 1.0 보다도 작은지 아닌지가 판별된다. K 1.0 일때 즉, 린 혼합기의 공연비를 린으로 할때에는 스텝(127)으로 진행되어 공연비의 피드백 제어Ⅱ가 실행된다. 상기 피드백 제어Ⅱ는 제16도에 나타나 있다.
반면, K 1.0이 아닐때에는 스텝(106)으로 진행되어 FAF가 1.0으로 고정되며, 이어서 스텝(107)으로 진행된다. 스텝(107)에서는 다음식에 근거하여 연료분사 시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP·K·FAF
이어서, 스텝(108)에서는 보정계수(K)가 1.0보다 작은지 아닌지가 판별된다. K 1.0일때, 즉, 린 혼합기를 연소할 때에는 스텝(109)으로 진행되어 제6도에서 NOx 흡수량(NOXA)이 산출된다. 이어서 스텝(110)에서는 NOx 방출량(NOXD)이 영으로 되며, 이어서 스텝(113)으로 진행된다. 이것에 대하여 스텝(108)에 있어서 K≥1.0으로 판별된 때, 즉 이온 공연비의 혼합기 또는 리치 혼합기를 연소시킬 때에는 스텝(111)으로 진행되어 다음식에 근거하여 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD = f·(K-1)·TP·N
이어서 스텝(112)에서는 NOx 흡수량(NOXA)이 영으로 되며, 이어서 스텝(113)으로 진행한다. 스텝(113)에서는 다음에 근거하여 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있다고 추정되는 NOx량 (ΣNOX)이 산출된다.
(ΣNOX) = ΣNOX + NOXA - NOXD
이어서 스텝(114)에서는 추정 NOx량(ΣNOX)에 보정값(KX)을 곱하는 것에 의해 보정된 추정 NOx량, 즉, 실제의 NOx 량(ΣNKX)이 산출된다. 이어서 스텝(115)에서는 ΣNOX가 부로되어 있는지 아닌지를 판별하며, ΣNOX가 영으로 된다.
이어서 스텝(117)에서는 현재의 차속(SP)DL ΣSP 에 가산된다.
상기 ΣSP는 차량의 누적 주행 거리를 나타내고 있다. 이어서 스텝(118)에서는 누적 주행거리(ΣSP)가 설정값(SP0)보다도 큰지 어떤지를 판별한다. ΣSP≤SP0의 때에는 스텝(119)으로 진행하여 ΣNKX MAX로 된 때에는 스텝(120)으로 진행되어 NOx 방출 플래그가 셋트된다.
반면, 스텝(118)에서 ΣSP SP0로 판별된 때에는 스텝(121)으로 진행하여 NOx량(ΣNKX)이 판정 레벨(SAT)(제7도)보다도 크게되었는지 아닌지가 판별된다. ΣNKX SAT로 된때에는 스텝(112)으로 진행되어 열화 판정 플래그가 셋트되며, 이어서 스텝(123)에 있어서 ΣSP가 영으로 된다.
열화 판정 플래그가 셋트되면 스텝(101)에서 스텝(124)로 진행되어 열화 판정이 실행된다. 상기 열화 판정은 제18도에 나타나 있다. 한편, NOx 방출 플래그가 셋트되면 스텝(102)에서 스텝(125)으로 진행되어 NOx 방출 처리가 실행된다. 상기 NOx 방출 처리는 제17도에 나타나 있다.
이어서 제12도의 스텝(126)에 있어서 실행되는 피드백 제어 I, 즉 O2센서(20)의 출력 신호에 근거하여 공연비를 이론 공연비로 추정하기 위한 피드백 제어에 관하여 제14도 및 제15도를 참조하여 설명한다.
제15도에 나타내듯이 O2센서(20)는 혼합기가 리치일 때에는 0.9(V)정도의 출력 전압(V)을 발생하며, 혼합기가 린일때에는 0.1(V) 정도의 출력 전압(V)을 발생한다. 제14도에 나타내는 피드백 제어 I는 상기 O2센서(20)의 출력 신호에 근거하여 실행된다.
제14도를 참조하면 우선 처음으로 스텝(130)에 있어서 O2센서(20)의 출력 전압(V)이 0.45(V) 정도의 기준전압(Vr) 보다도 작은지 아닌지가 판별된다. V≤Vr일때, 즉 공연비가 린 일때에는 스텝(131)으로 진행되어 지연 카운트값(CDL)이 1만큼 감소된다. 이어서 스텝(132)에서는 지연 카운트값(CDL)이 최소값(TDR) 보다도 작게되었는지 아닌지가 판별되며, CDL TDR로 된때에는 스텝(133)으로 진행되어 CDL을 TDR로 한후 스텝(137)으로 진행한다. 따라서 제15도에 나타내듯이 V≤Vr로 되면 지연 카운트값(CDL)이 서서히 감소되며, 이어서 CDL은 최소값 TDR에 유지된다.
반면, 스텝(130)에 있어서 V Vr로 판별된 때, 즉 공연비가 리치일 때에는 스텝(134)에 진행되어 지연 카운트값(CDL)이 1만큼 감소된다. 이어서 스텝(135)에서는 지연 카운트값(CDL)이 최대값(TDL) 보다도 크게되었는지 아닌지가 판별되며, CDL TDL로 된 때에는 스텝(136)으로 진행되어 CDL을 TDL로 한후 스텝(137)로 진행된다. 따라서 제15도에 도시되듯이 V Vr로 되면 지연 카운트값(CDL)이 서서히 증대되며, 이어서 CDL은 최대값 TDL로 유지된다.
스텝(137)에서는 전회의 처리 사이클에서 금회의 처리 사이클의 사이에 지연 카운트값(CDL)의 부호가 정에서 부호 또는 부에서 정으로 반전되었는지 아닌지가 판별된다. 지연 카운트값(CDL)의 부호가 반전된 때에는 스텝(138)로 진행되어 정에서 부로의 반전인지 아닌지, 즉 리치에서 린으로의 반전인지 아닌지가 판별된다. 리치에서 린으로의 반전의 때에는 스텝(139)으로 진행되어 피드백 보정계수(FAF) 리치 스탭 값(RSR)이 가산되며, 제15도에 나타내듯이 FAF는 리치 스탭값(RSR)만 급격하게 증대된다. 이것에 대하여 린에서 리치로의 반전일 때에는 스텝(140)으로 진행되어 FAF에서 린 스캡값(RSL)이 감산되며, 제15도에 도시하듯이 FAF는 린 스캡값(RSL)만 급격하게 감소된다.
반면, 스텝(137)에 있어서 지연 카운트값(CDL)의 부호가 반전되어 있지 않다고 판별된 때에는 스텝(141)으로 진행되어 지연 카운트값(CDL)이 부인지 아닌지가 판별된다. CDL ≤ 0일 때에는 스텝(142)으로 진행되어 피드백 보정 계수(FAF)에 리치 적분값(KIR (KIR RSR)이 가산되며, 제15도에 나타내 듯이 FAF는 서서히 증대된다. 반면, CDL 0의 때에는 스텝(143)으로 진행되어 FAF에서 린 적분값(KIL(KIL RSL))이 감산되며, 제15도에 나타나듯이 FAF는 서서히 감소된다. 이와 같이 하여 공연비가 이론 공연비로 제어된다.
이어서 제12도의 스텝(127)에 있어서 실행되는 피드백 제어Ⅱ, 즉 O2센서(22)의 전류값(I)에 근거하여, 공연비를 보정계수(K)에 대응한 목표 린 공연비로 유지하기 위한 피드백 제어에 관하여 제16도를 참조하여 설명한다.
제16도를 참조하면 우선 처음으로 스텝(150)에 있어서 제9도에 나타내는 관계에서 목표린 공연비에 대응한 목표 전류값(I0)이 산출된다. 이어서 스텝(151)에서는 O2센서(22)의 전류값(I)이 목표 전류값(F0) 보다도 큰지 아닌지가 판별된다. I I0일때에는 스텝(152)으로 진행되어 피드백 보정 계수(FAF)에 일정값(△F)이 가산되며, 1≤I0일때에는 스텝(152)으로 진행되어 피드백 보정계수(FAF)에 일정값(△F)이 가산되며, 1≤I0일 때에는 스텝(153)으로 진행되어 피드백 보정계수(FAF)에서 일정값(△F)이 감산된다. 이와 같이 하여 공연비가 목표린 공연비로 유지된다.
이어서 제12도의 스텝(125)에 있어서 실행되는 NOx 방술 제어에 관하여 제17도를 참조하여 설명한다.
제17도를 참조하면 우선 처음으로 스텝(160)이 있어서 보정계수(K)가 예를들면 1.3 정도의 일정값(KK)으로 된다. 이어서 스텝(161)에서는 다음식에 근거하여 연료분사 시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP·K
따라서 NOx 방출 처리가 개시되면 공연비의 피드백 제어는 정지되며, 혼합기의 공연비가 리치로 된다. 이어서 스텝(162)에서는 다음식에 근거하여 단위 시간당 NOx흡수제(18)에서 방출되는 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD =f·(K-1.0)·TP.N
이어서 스텝(163)에서는 다음식에 근거하여 NOx 흡수제(18)에서 실제로 방출되는 NOx 방출량(XNOx)이 산출된다. 또한 다음식에 있어서 △t는 시간 분할 간격을 나타내고 있다.
X NOx = XNOx + NOXD·△t
이어서 스텝(164)에서는 O2센서(22)의 전류값(I)이 미리 정해진 일정값(α)(제11도)보다도 저하되었는지 아닌지가 판별된다. 1 α로 되면 스텝(165)으로 진행되어 실제의 NOx 방출량(X NOx)과 보정된 추정 NOx 흡수량(ΣNKX)과의 차이의 절대값 | XNOx - ΣNKX |가 일정값(β)보다도 큰지 아닌지가 판별된다. | XNOx - ΣNKX | ≤ β의 때에는 스텝(167)에 점프된다. 이것에 대하여 | XNOx - ΣNKX | β일때에는 스텝(166)으로 진행되어 다음식에 근거하여 보정값(KX)이 보정된다.
KX = KX·XNOx/ΣNKX
이어서 스텝(167)에서는 NOx 방출 플래그가 리셋되며, 혼합기의 공연비가 리치에서 그때의 운전상태에 의해 정해지는 공연비에 통상은 린으로 변환된다. 이어서 스텝(168)에서는 XNOx 및 ΣNOX가 영으로 된다.
이어서 제12도의 스텝(124)에 있어서 실행되는 열화 판정에 관하여 제18도를 참조하여 설명한다.
제18도를 참조하면 우선 처음으로 스텝(170)에 있어서 보정계수(K)가 예를들면 1.3 정도의 일정값(KK)으로 된다. 이어서 스텝(171)에서는 다음식에 근거하여 연료 분사 시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP.K
따라서 열화 판정이 개시되면 공연비의 피드백 제어는 정지되며 혼합기의 공연비가 리치로된다. 이어서 스텝(72)에서는 다음식에 근거하여 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD = f·(K-1.0)·TP·N
이어서 스텝(173)에서는 다음식에 근거하여 NOx 흡수제(18)에서 실제로 방출되는 NOx 방출량(VNOx)이 산출된다. 또한, 다음식에 있어서 △t는 시간 분할의 간격을 나타내고 있다.
VNOx = VNOx + NOXD·△t
이어서 스텝(174)에서는 O2센서(22)의 전류값(I)이 미리 정해진 일정값(α)(제11도) 보다도 저하되었는지 아닌지가 판별된다. I α로 되면 스텝(175)으로 진행되어 VNOx에 1.0보다도 큰 일정값, 예를들면 1.1을 곱하는 것에 의해 판정레벨(SAT(=1.1 VNOx)이 산출된다. 이와 같이 판정 레벨(SAT)이 VNOx 보다도 큰 값으로 되기 때문에 상기 VNOx는 NOx 흡수제(18)가 흡수되는 최대 NOx 흡수량을 나타나게 된다. 즉, 만일 VNOx가 최대 NOx 흡수량 보다도 작은 NOx 흡수량을 나타내고 있던 경우에는 열화 판정이 실행되는 때에 판정 레벨(SAT)이 크게 되며, 최종적으로는 VNOx가 최대 NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 나타내게 된다.
판정 레벨(SAT)을 구하기 위해서는 1.1 이외의 별도의 수치를 VNOx에 곱하여도 좋으며, 1.0 이상의 임의 수치를 VNOx에 곱하는 것에 의해 판정 레벨(SAT)을 구할 수 있다. 단, VNOx에 곱하는 수치를 너무 크게하면 NOx 흡수제(18)의 NOx 흡수량이 최대 NOx 흡수량으로 된 후 NOx의 방출작용이 실행될 때까지의 시간이 길게되기 때문에 대기중으로의 NOx의 방출량이 증대된다. 따라서, VNOx에 곱하는 수치는 그다지 크게 하는 것을 바람직하지 않으며, 상기 수치는 1.3 정도 이하가 바람직하다.
스텝(175)에 있어서 판정 레벨(SAT)이 산출되면 스텝(176)으로 진행되며, VNOx에 1.0 이하의 정수치, 예를들면 0.8을 곱하는 것에 의해 허용 최대값(MAX(=0.8·VNOx))이 산출된다. 즉, 허용 최대값 MAX 도 NOx 흡수제(18)이 열화 상태에 따라서 갱신되게 된다. 이어서 스텝(177)에서는 최대 NOx 흡수량(VNOx)이 사전에 정해진 최소값(MIN) 보다도 저하되었는지 아닌지가 판별된다. VNOx MIN 으로 되면 스텝(178)으로 진행되어 경고 램프(25)가 점등된다. 이어서 스텝(179)에서는 열화 판정 플래그가 리셋된다. 열화 판정 플래그가 리셋되면 혼합기의 공연비가 리치에서 그때의 운전 상태에 따른 공연비로, 통상은 전으로 변환된다. 이어서 스탭(180)에서는 VNOx 및 ΣNOX가 영으로 된다.
제19a도 내지 제23도에 별도의 실시예를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서도 보정된 NOx 흡수량(ΣNKX)이 판정 레벨(SAT)을 넘은 때에 NOx 흡수제(18)의 열화 판정이 실행되지만 열화 판정에서 다음의 열화 판정이 실행될 때까지의 사이의 NOx 방출 제어는 제1실시예에 비교하여 간편한 방법으로 실행된다. 즉, 상기 실시예에서는 제19a도 및 제19b도에 도시하듯이 NOx 흡수제(18)에서 NOx를 방출하는 혼합기가 리치로 되는 주기(TL) 및 이때의 혼합기의 리치 시간(TR)이 최대 NOx 흡수량 VNOx에 따라서, 즉 NOx 흡수제(18)이 열화의 상태에 따라서 정해진다. 즉, 제19a도에 나타나 있듯이 혼합기가 리치로 되는 주기(TL)는 최대 NOx 흡수량(VNOX)이 저하되는 만큼, 바꾸어 말하면 NOx 흡수제(18)의 열화의 상태가 크게될 수록 짧게되며, 제19b도에 도시되듯이 혼합기의 리치 시간(TR)은 최대 NOx 흡수량(VNOx)이 저하되는 만큼, 바꾸어 말하면 NOx 흡수제(18)의 열화 상태가 크게 되는 만큼 짧게된다. 또한 제19a도 및 제19b 도에 나타내는 관계는 사전에 ROM(32)내에 기억되어 있다.
제20도 및 제21도는 상기 제2실시예를 실행하기 위한 공연비 제어 루틴을 나타내고 있으며, 상기 루틴은 일정 시간 마나 분할에 의해 실행된다.
제20도 및 제21도를 참조하면 우선 처음에 스텝(200)에 있어서 제2도에 나타내는 관계에서 기본 연료 분사시간(TP)이 산출된다. 이어서 스텝(201)에서는 NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 판단할 수 있는 것을 나타내는 열화 판정 플래그가 셋트되어 있는지 아닌지가 판별된다. 열화 판정 플래그가 셋트되어 있지 않은 때에는 스텝(202)으로 진행되어 NOx 흡수제(18)에서 NOx을 방출되는 것을 나타내는 NOx 방출 플래그가 셋트되어 있는지 아닌지가 판별된다. NOx 방출 플래그가 셋트되어 있지 않은 때에는 스텝(203)으로 진행된다.
스텝(203)에서는 제3도에 근거하여 보정계수(K)가 산출된다. 이어서 스텝(204)에서는 보정계수(K)가 1.0인지 아닌지가 판별된다. K=1.0 일때, 즉, 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 할 때에는 스텝(228)으로 진행되어 공연비의 피드백 제어 I가 실행된다. 상기 피드백 제어 I는 제14도에 나타나 있다. 한편, K=1.0이 아닌때에는 스텝(205)으로 진행되어 보정계수(K)가 1.0 보다도 작은지 아닌지가 판별된다. K 1.0일때, 즉 린 혼합기의 공연비를 린으로 할 때에는 스텝(229)으로 진행되어 공연비의 피드백 제어Ⅱ가 실행된다. 상기 피드백 제어Ⅱ는 제16도에 나타나 있다.
반면, K 1.0이 아닌 때에는 스텝(206)으로 진행되어 FAF가 1.0으로 고정되며, 이어서 스텝(207)으로 진행된다. 스텝(207)에서는 다음식에 근거하여 연료분사 시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP·K·FAF
이어서 스텝(208)에서는 보정계수(K)가 1.0 보다도 작은지 아닌지가 판별된다. K 1.0 일때, 즉 린 혼합기를 연소할 때에는 스텝(209)으로 진행되어 제6도에서 NOx 흡수량(NOXA)이 산출된다. 이어서 스텝(210)에서는 NOx 흡수량(NOXD)이 영으로 된다. 이어서 스텝(211)에서는 카운트값(TC)에 시간 분할의 간격(△t)이 가산된다. 따라서 상기 카운트 값(TL)은 경과 시간을 나타내고 있다.
스텝(211)에 있어서 경과 시간(TC)이 산출되면 스텝(215)으로 진행되며, 다음식에 근거하여 NOx 흡수제(18)에 흡수되어 있다고 추정되는 NOx 량(ΣNOX)이 산출된다.
ΣNOX = ΣNOX + NOXA - NOXD
반면, 스텝(208)에 있어서 K ≥ 1.0 이라고 판별된 때, 즉, 이론 공연비의 혼합기 또는 리치 혼합기를 연소시킬 때에는 스텝(212)으로 진행되어 다음식에 근거하여 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD = f·(K-1.0)·TP·N
이어서 스텝(213)에서는 NOx 흡수량(NOXA)이 영으로 되며, 이어서 스텝(214)에서는 경과시간(TC)이 영으로 된다. 이어서 스텝(215)으로 진행되어 추정 NOx 량(ΣNOX)에 보정값(KX)을 곱하는 것에 의해 보정된 추정 NOx 량 즉, 실제의 NOx 량(ΣNKx)이 산출된다. 이어서 스텝(217)에서는 ΣNOX가 부로 되었는지 아닌지가 판별되며, ΣNOX 0으로 된 때에는 스텝(218)으로 진행되어 ΣNOX가 영으로 된다. 이어서 스텝(219)에서는 현재의 차속(SP)이 ΣSP에 가산된다. 상기 ΣSP는 차량의 누적 주행 거리를 나타내고 있다. 이어서 스텝(220)에서는 누적 주행 거리 ΣSP가 설정값(SP0) 보다도 큰지 아닌지가 판별된다. ΣSP ≤ SP0일때에는 스텝(221)으로 진행되어 경과시간(TC)이 최대 NOx 흡수량(VNOx)에 따른 제19a도에 나타낸 주기(TC)를 넘었는지 아닌지가 판별된다. TC TL로 된 때에는 스텝(222)으로 진행되어 NOx 방출 플래그가 셋트된다.
반면, 스텝(220)에서 ΣSP SP0이라고 판별된 때에는 스텝(223)으로 지행되어 ΣNKX가 판정 레벨(SAT)(제7도) 보다도 큰지 아닌지가 판별된다. ΣNKX SAT로 된 때에는 스텝(224)으로 진행되어 열화 판정 플래그 셋트되며, 이어서 스텝(225)에 있어서 ΣSP가 영으로 된다. 열화 판정 플래그가 셋트되면 스텝(201)에서 스텝(226)으로 진행되어 열화 판정이 실행된다. 상기 열화 판정은 제23도에 나타내고 있다. 반면, NOx 방출 플래그가 셋트되면 스텝(202)에서 스텝(227)으로 진행되어 NOx 방출 처리가 실행된다. 상기 NOx 방출 처리는 제22도에 나타나 있다.
이어서 제20도의 스텝(227)에 있어서 실행되는 NOx 방출제어에 관하여 제22도를 참조하여 설명한다.
제22도를 참조하면 우선 처음으로 스텝(230)에서 보정계수(K)가 예를 들면 1.3 정도의 일정값(KK)으로 된다. 이어서 스텝(231)에서는 다음식에 근거하여 연료 분사시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP·K
따라서 NOx 방출 처리가 개시되면 공연비의 피드백 제어는 정지되며, 혼합기의 공연비가 리치로 된다. 이어서 스텝(232)에서는 다음식에 근거하여 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD = f·(K-1.0)·TP·N
이어서 스텝(233)에서는 다음식에 근거하여 NOx 흡수제(18)에서 실제로 방출되는 NOx 방출량(XNOx)이 산출된다. 또한, 다음식에 있어서 △t는 시간 분할의 간격을 나타내고 있다.
XNOx = XNOx + NOXD·△t
이어서 스텝(234)에서는 NOX의 방출 처리가 개시되어 최대 NOx 흡수량(V NOx)에 따른 제19b도에 나타내는 리치시간(TR)을 경과했는지 아닌지가 판별된다. 리치 시간(TR)을 경과하면 스텝(235)으로 진행되어 실제의 NOx 방출량(X NOx)으로 보정된 추정 NOx 흡수량 ΣNKX 와의 차이의 절대값 | X NOx - ΣNKX |가 일정값(β) 보다도 큰지 아닌지가 판별된다. | X NOx - ΣNKX |가 일정값(β) 보다도 큰지 아닌지가 판별된다. |X NOx - ΣNKX | ≤ β일때에는 스텝(237)로 점프한다. 이것에 대하여 | X NOx - ΣNKX | β일 때에는 스텝(236)으로 진행되어 다음식에 근거하여 보정값(KX)이 보강된다.
KX = KX·XNOx/ΣNKX
이어서 스텝(237)에서는 NOx 방출 플래그가 리셋되며, 혼합기의 공연비가 리치에서 그때의 운전 상태에 의해 정해지는 공연비로, 통상은 린으로 변환된다. 이어서 스텝(238)에서는 TC, ΣXNOx 및 ΣNOX가 영으로 된다.
이어서 제20도의 스텝(226)에 있어서 실행되는 열화 판정에 관하여 제23도를 참조하여 설명한다.
제23도를 참조하면 우선 처음에 스텝(240)에서 보정계수(K)가 예를들면 1.3 정도의 일정값(KK)으로 된다. 이어서 스텝(241)에서는 다음식에 근거하여 연료분사 시간(TAU)이 산출된다.
TAU = TP·K
따라서 열화 판정이 시작되면 공연비의 피드백 제어는 정지 되며, 혼합기의 공연비가 리치로 된다. 이어서 스텝(242)에서는 다음식에 근거하여 단위 시간당 NOx 흡수제(18)에서 방출되는 NOx 방출량(NOXD)이 산출된다.
NOXD = f·(K-1.0)·TP·N
이어서 스텝(243)에서는 다음식에 근거하여 NOx 흡수제(18)에서 실제로 방출되는 NOx 방출량(UNOx)이 산출된다. 또한, 다음식에 있어서 △t는 시간 분할의 간격을 나타내고 있다.
VNOx = VNOx + VOXD·△t
이어서 스텝(244)에서는 O2센서(22)의 전류값(Ⅰ)이 미리 정해진 일정값(α)(제11도) 보다도 저하되었는지 아닌지가 판별된다. 1 α로 되면 스텝(245)으로 진행되어 VNOx에 1.0보다도 큰 일정값, 예를들면 1.1을 곱하는 것에 의해 판정 레벨(SAT)(=1.1, VNOx)이 산출된다. 이 경우 상기한 것과 같이 VNOx는 최대 NOx 흡수량을 즉, NOx 흡수제(18)의 열화 상태를 나타내고 있다. 이어서 스텝(246)에서는 최대 NOx 흡수량(NOx VNOx)에 근거하여 제19a도에 나타내는 관계에서 혼합기를 리치로 하는 주기(TL)가 산출되며, 이어서 스텝(247)에서는 최대 NOx 흡수량(VNOx)에 근거하여 제19B도에 나타내는 관계에서 혼합기의 리치 시간(TR)이 산출된다.
이어서 스텝(248)에서는 최대 NOx 흡수량(UNOx)이 사전에 정해진 최소값(MIN) 보다도 저하했는지 아닌지가 판별된다. VNOx MIN 으로 되면 스텝(249)으로 진행되어 경고 램프(25)가 점등된다. 이어서 스텝(250)에서는 열화 판정 플래그가 리셋된다. 열화 판정 플래그가 리셋되면 혼합기의 공연비가 리치에서 그때의 운전 상태에 따른 공연비로, 통상은 린으로 변환된다. 이어서 스텝(251)에서는 VNOx 및 ΣNOX가 영으로 된다.
[발명의 효과]
제1항의 발명에서는, NOx 흡수제에 실제 흡수되어 있는 NOx량이 사전에 결정된 설정값에 도달한 때에 NOx 흡수제에서의 NOx의 방출 작용이 실행된다. 따라서 종래와 같이 NOx가 NOx 흡수제에 흡수되는 일은 없이 때기에 방출되거나 연료 소비량이 증대한다는 문제가 발생하는 것을 저지할 수 있다.
또, 제2항의 발명에서는 NOx 흡수제에 실제로 흡수되어 있던 NOx 량을 검출하며, 이것에 근거하여 NOx 흡수제의 열화 상태를 판단하도록 하고 있기 때문에 NOx 흡수제의 열화 상태를 정확하게 판단할 수 있다.

Claims (2)

  1. 유입되는 배기 가스의 공연비가 린(희박)일 때에 NOx를 흡수하며, 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치(농후)로 되면 흡수한 NOx를 방출하는 NOx 흡수제를 기관 배기 통로내에 배치하며, NOx 흡수제에 흡수되어 있는 NOx량을 추정하는 NOx 흡수량 추정 수단을 구비하며, NOx 흡수제에 흡수되어 있다고 추정되는 추정 NOx 흡수량이 사전에 결정된 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하여 NOx 흡수제에서 NOx를 방출시키도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, NOx 하류의 배기 통로내에 배치된 공연비 검출 수단과, NOx 흡수제에서 NOx를 방출하는 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치로 된 때에 상기 공연비 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 NOx 흡수제에 흡수되어 있던 모든 NOx량을 산출하는 NOx 흡수량 산출수단과, 상기 NOx 흡수량 산출수단에 의해 산출된 NOx량에 근거하여 추정 NOx 흡수량이 실제의 NOx 흡수량을 나타내도록 추정 NOx 흡수량을 보정하는 보정 수단을 구비하며, 상기 보정 수단에 의해 보정된 추정 NOx 흡수량이 사전에 결정된 설정값을 넘은 때에 NOx 흡수제에 유입되는 배기 가스의 공연비를 린에서 리치로 변환하여 NOx 흡수제에서 NOx를 방출시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 NOx 흡수량 산출 수단에 의해 산출된 NOx량에 근거하여 NOx 흡수제의 열화 상태를 판단하는 열화 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화장치.
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