KR100287050B1 - 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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타카아키 이토우
나오토 스즈키
다케히사 야에가시
코헤이 이가라시
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Abstract

엔진(1)의 배기 매니폴드(7)는 3방향(TW) 촉매(8a)에 연결되고, 상기 TW 촉매(8a)는 NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매(10a)에 연결된다. 상기 엔진(1)은 린과 리치 엔진 작동을 교대로 반복적으로 실행한다. 상기 엔진(1)이 리치작동을 실행하고 그래서 상기 TW 촉매(8a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 될 때, 유입되는 배기가스의 NOX는 상기 TW 촉매(8a)에서 NH3로 변환된다. 그다음, 상기 NH3는 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수된다. 다음, 상기 엔진(1)이 린 작동을 실행하고 그래서 상기 TW 촉매(8a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, 배기가스의 NOX는 TW 촉매(8a)를 통과하여 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르게 된다. 동시에, 촉매(10a)에 흡수된 NH3는 그곳으로 부터 제거되고, 상기 유입되는 NOX를 환원시킨다.

Description

엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법 및 장치
내연기관의 연소실에서 공기-연료 혼합물의 공기-연료비가 엔진의 공기-연료비로서 언급된다면, 다중 실린더를 가진 내연기관용의 배기가스 정화 장치는 공지되어 있고, 여기에서 3방향 촉매가 배기통로에 정렬되고, 상기 엔진의 공기-연료비는 화학량론적인 공기-연료비에 대하여 화학량론적으로 또는 리치(rich)하게 제어된다. 상기 엔진의 공기-연료비가 화학량론적인 공기-연료비에 대하여 린(lean)하게 된다면, 상기 3방향 촉매는 배스가스에서 질소 산화물 NOx를 충분히 정화하지 않으며, 그래서 NOx는 주변의 공기로 방출된다. 따라서, 상술된 배기가스 정화장치는 엔진의 공기-연료비를 화학량론적 또는 리치하게 만들고, 그래서 가능한 많이 상기 3방향 촉매에서 NOx를 정화한다.
한편, 보다 낮은 연료 연소비는 바람직하고, 그래서 상기 엔진의 공기-연료비를 가능한 린하게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 만약 상기 엔진의 공기-연료비가 린하게 된다면, 상술된 배기가스 정화장치는 NOx를 충분히 정화할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미심사된 일본특허 공보 제 4-365920 호는 다중 실린더를 가진 내연기관용 배기가스 정화장치를 기재하고 있고, 상기 엔진은 제 1 및 제 2 실린더 그룹을 가진다. 상기 정화장치는 제 1 실린더 그룹의 각각의 실린더 작동을 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 리치한 엔진 작동으로 연속적으로 만들며, 제 2 실린더 그룹의 각각의 실린더 작동을 상기 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 린한 엔진 작동으로 연속적으로 만드는 엔진 작동 제어장치와; 제 1 실린더 그룹의 각각의 실린더에 연결된 제 1 배기 통로와; 상기 제 2 실린더 그룹의 각각의 실린더에 연결되고 제 1 배기가스 통로와는 다른 제 2 배기 통로와; 유입되는 배기가스에서 NOx의 적어도 한 부분으로 부터 암모니움(NH3)를 합성하기 위하여 제 1 배기 통로에 정렬된 NOx 합성 촉매와; 상기 NOx 합성 촉매의 하류부에 있는 제 1 배기 통로와 제 2 배기 통로를 서로에 대하여 상호연결하는 상호 연결 통로 및; 흐르는 NOx와 NO3를 서로 반응시켜서 NOx와 NO3를 도시에 정화하기 위하여 상기 상호연결 통로에 정렬된 배기가스 정화 촉매를 포함한다. 상기 배기가스 정화 장치에서, 연료 소모비는 린한 엔진 작동이 실행되는 제 2 실린더 그룹의 실린더의 수를 증가시킴으로써 환원되고, 상기 제 1 그룹으로 부터 배출되는 NOx 로 부터 NH3를 합성시키고, 상기 제 2 그룹으로 부터 NH3와 NOx를 반응함으로써 NOx를 정화시킨다.
그러나, 상기 장치는 2개의 분리된 배기통로를 요구하는데, 하나는 제 1 실린더 그룹용이고, 다른 것은 제 2 실린더 그룹용이다. 이러한 점은 상기 장치의 구조를 복잡하게 하고, 상기 장치의 크기를 보다 크게한다.
본 발명은 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연기관의 일반적인 도면.
도 2a는 3방향 촉매의 특성을 도시하는 도면.
도 2b는 엔진의 공기-연료비와, 엔진으로 부터 배출되는 NOX의 양의 변화를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스를 정화하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 엔진의 배기가스 정화방법을 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 도 1에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 설명하기 위한 타임 챠트.
도 6a 및 도 6b는 단위 시간당 엔진으로 부터 배출되는 상기 NOX양을 도시하는 다이아그램.
도 7은 상기 NH3합성촉매의 NH3합성효율을 도시하는 다이아그램.
도 8a 및 도 8b는 단위 시간당 상기 NH3흡수 및 산화 촉매로 부터 제거되는 상기 NH3합성 효율을 도시하는 다이아그램.
도 9a 및 도 9b는 배기가스의 온도를 도시하는 다이아그램.
도 10는 엔진의 작동 주기를 제어하기 위한 흐름도.
도 11은 연료분사 시간을 계산하기 위한 흐름도.
도 12는 점화 타이밍을 계산하기 위한 흐름도.
도 13은 실린더 수의 비를 도시하는 다이아그램.
도 14는 RATIO=1를 가진 린하고 리치한 작동주기를 도시하는 도면.
도 15는 RATIO=2를 가진 린하고 리치한 작동주기를 도시하는 도면.
도 16은 RATIO=3를 가진 린하고 리치한 작동주기를 도시하는 도면.
도 17은 RATIO=4를 가진 린하고 리치한 작동주기를 도시하는 도면.
도 18은 RATIO와 DRATIO사이의 관계를 도시하는 도면.
도 19는 DRICH를 계산하기 위한 방법을 도시하는 도면.
도 20은 다른 실시예에 따라서 상기 비를 사용하여, 엔진의 작동주기를 제어하기 위한 흐름도.
도 21은 또다른 실시예에 따라 비=0를 가진 린하고 리치한 작동주기를 도시하는 도면.
도 22은 다른 실시예에 따라 실린더 수의 비를 도시하는 도면.
도 23은 다른 실시예에 따라 상기 린한 공기-연료비를 도시하는 도면.
도 24는 다른 실시예에 따라 리치한 공기-연료비를 도시하는 도면.
도 25a 및 도 25b는 또다른 실시예에 따라 리치한 공기-연료비를 도시하는 도면.
도 26 내지 도 29는 또다른 실시예에 따라서, 목표 공기-연료비의 변화를 각각 도시하는 타임 챠트.
도 30은 상기 목표 공기-연료비의 변화비를 도시하는 다이아그램.
도 31은 도 26에 도시된 점화 타이밍을 제어하기 위한 흐름도.
도 32는 또다른 실시예에 따른 엔진의 일반적인 도면.
도 33은 또다른 실시예에 따른 엔진의 일반적인 도면.
도 34a 및 도 34b는 NOx 흡장 및 환원 촉매의 NOx 흡장 및 환원 기구를 설명하기 위한 도면.
도 35a 및 도 35b는 도 33에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 개략적으로 도시하는 도면.
도 36a 및 도 36b는 단위 시간당 NOx 흡장 및 환원 촉매로 부터 방출되는 상기 NOx 양을 도시하는 다이아그램.
도 37은 상기 배기가스의 온도를 도시하는 다이아그램.
도 38a는 도 33에 도시된 엔진에서 엔진 작동주기를 제어하기 위한 흐름도.
도 38b는 도 33에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 39는 또다른 실시예에 따른 엔진의 개략적인 도면.
도 40a 및 도 40b는 도 39에 도시된 엔진에서 배기가스 정화 방법을 개략적으로 도시하는 도면.
도 41a 및 도 41b는 상기 배기가스 정화촉매의 구조의 다른 실시예를 각각 도시하는 도면.
도 42는 또다른 실시예에 따른 엔진의 개략적인 도면.
도 43a는 도 42에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 43b는 상기 배기통로를 따라 배기가스 공기-연료비의 변화를 개략적으로 도시하는 도면.
도 44 및 도 45는 엔진과 보조 엔진의 연료분사 시간을 계산하기 위한 흐름도.
도 46은 또다른 실시예에 따른 엔진의 개략적인 도면.
도 47은 도 46에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 48은 또다른 실시예에 따른 엔진의 일반적인 도면.
도 49는 도 48에 도시된 엔진에서 배기가스 정화방법을 설명하기 위한 타임 챠트.
본 발명의 목적은 간단한 구조로 상기 배기가스를 충분히 정화시킬 수 있는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따라서, 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 배기가스의 연료-공기비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스의 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하는 단계와; NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매와, NOx흡장(occlude) 및 환원(NOx-OR)촉매로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 NH3합성 촉매와 배기가스 정화 촉매를 상기 배기가스 부분에 접촉하고, 교대로 상기 흡입 배기가스의 배기가스 공기-연료 비가 리치할 때 상기 흡입 배기가스에서 NOx의 적어도 한 부분으로부터 NH3를 합성하는 NH3합성 촉매를 배기가스 부분에 접촉하며, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 통과하는 유입 배기가스에서 NOx를 통과시키며, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하며, 상기 흡수된 NH3를 제거하고 상기 유입되는 배기가스에서 NH3가 보다 낮게될 때 상기 NH3를 산화하며, 상기 NOx-OR 촉매는 유입되는 배기가스의 배기가스 연료-공기비가 린할 때 유입되는 배기가스에서 NOx를 흡장하며, 상기 흡장된 NOx를 배출하고 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 NOx를 환원시키는 단계를 교대로 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 배기통로를 가지는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는, 배기가스 공기-연료비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하기 위하여 엔진 도는 배기통로에 정렬된 배기가스 부분 형성수단과; 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 유입되는 배기가스에서 NOx의 적어도 한 부분으로부터 NH3를 합성하고, 상기 유입되는 배기가스 공기-연료비가 린할 때 통과되어 유입되는 배기가스에서 NOx를 통과하는 상기 배기가스 부분 형성수단의 하류부에 있는 배기통로에 정렬된 NH3합성 촉매와; 상기 NH3합성 촉매의 하류에 있는 배기통로에 정렬된 배기가스 정화 촉매를 포함하고, 상기 배기가스 정화 촉매는 NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매와 NOx흡장 및 환원(NOx-OR)촉매로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하고, 상기 흡수된 NH3를 제거하고, 상기 유입되는 배기가스에서의 NH3의 농도가 보다 낮게될 때 상기 NH3를 산화하며, 상기 NOx-OR촉매는 상기 유입되는 배기가스의 공기-연료비가 린하게 될 때 유입되는 배기가스에서 NOx를흡장하며, 상기 흡장된 NOx를 방출하고, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 될 때 상기 NOx를 환원시킨다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 아래의 본 발명의 양호한 실시예로부터 보다 잘 이해될 것이다.
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일반적으로, 산화 질소(NOX)는 일산화 질소(NO)와, 이산화 질소(NO2)와, 사산화 이질소(N2O4)와, 일산화 이질소(N2O) 등을 포함한다. 다음의 설명은 일산화 질소(NO) 및/또는 이산화 질소(NO2)로서 주로 NOX를 언급하지만, 본 발명에 따른 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법 및 장치는 다른 산화 질소를 정화할 수 있다.
도 1은 본 발명이 스파크 점화 장치의 내연기관에 적용되는 경우이다. 그러나, 본 발명은 디젤 엔진에 적용될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 엔진은 예를 들면, 자동차용으로 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스파크 점화형 엔진인 엔진몸체(1)는 4개의 실린더 즉, 제 1 실린더(#1)와, 제 2 실린더(#2)와, 제 3 실린더(#3)와, 제 4 실린더(#4)를 구비한다. 각각의 실린더(#1 내지 #4)는 대응하는 브랜치(branch;2)를 거쳐서 공통의 서지 탱크(surge tank;3)에 연결되고, 상기 서지 탱크(3)는 흡입덕트(4)를 거쳐서 에어-크리너(도시않음)에 연결된다. 각각의 브랜치(2)에서, 연료 분사기(5)는 가솔린과 같은 연료를 공급하기 위하여 대응되는 실린더에 정렬된다. 또한, 스로틀 밸브(6)는 흡입 덕트(4)에 정렬되고, 이것의 개구는 가속 페달(도시않음)의 가압이 크게 됨에 따라서 크게된다. 상기 연료 분사기(5)는 전자 제어 유닛(20)으로 부터의 출력에 따라서 제어된다.
한편, 각각의 실린더는 공통의 배기 매니폴드(7)에 연결되고, 상기 배기 매니폴드(7)는 그곳내에서 NH3합성 촉매를 둘러싸고 있는 촉매 변환기(9)에 연결된다. 그다음, 상기 촉매 변환기(9)는 그곳내에서 배기가스 정화 촉매(10)를 둘러싸고 있는 머플러(10)에 연결된다. 그다음, 상기 머플러(10)는 그곳내에서 NH3정화 촉매(12)를 둘러싸고 있는 촉매 변환기(13)에 연결된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 공기 공급장치(14)는 상기 NH3정화 촉매(12)에 제 2 공기를 공급하기 위하여, 상기 머플러(14)와 촉매 변환기(13)사이의 배기통로에 정렬되고, 상기 전자 제어 유닛(20)으로 부터의 출력신호에 따라서 제어된다. 또한, 각각의 실린더(#1 내지 #4)는 전자 제어 유닛(20)으로 부터의 출력신호에 따라서 제어되는 스파크 플러그(15)를 구비한다.
상기 전자 제어 유닛(20)은 디지틀 컴퓨터를 포함하고, 이방향 버스(21)에 의하여 상호 연결되는 ROM(read only memory;22)와, RAM(random access memory;23)와, CPU(micro processor; 24)와, 입력 포트(25)와, 출력 포트(26)를 구비한다. 상기 서지 탱크(3)의 압력에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 압력 센서(27)는 상기 서지 탱크(3)에 장착된다. 상기 센서(27)의 출력 전압은 AD 변환기(28)를 거쳐서 입력 포트(25)에 입력된다. 상기 흡입 공기량(Q)은 AD 변환기(28)로 부터의 출력신호를 기초로하여 상기 CPU(24)에서 계산된다. 또한, 상기 배기 매니폴드(7)의 집적부를 통하여 흐르며 이후에 설명되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비에 비례하는 출력 전압을 발생하는 상류측 공기-연료비 센서(29a)가 상기 배기가스 매니폴드(7)의 집적부에 장착된다. 상기 센서(29a)의 출력 전압은 AD 변환기(30a)를 거쳐서 입력 포트(25)에 입력된다. 상기 NH3합성 촉매(8)로 부터 배출되는 배기 통로에서 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비에 비례하는 출력 전압을 발생하는 하류측 공기-연료비 센서(29b)는 촉매 변환기(9)와 머플러(11)사이의 배기통로에 장착된다. 상기 센서(29b)의 출력 전압은 AD 변환기(30b)를 거쳐서 입력 포트(25)에 입력된다. 또한, 엔진의 크랭크 축이 예를 들면 30도로 회전할 때 마다, 출력 펄스를 발생하는 크랭크 축 센서(31)는 입력 포트(25)에 연결된다. 상기 CPU(24)는 펄스에 따라서 엔진속도(N)를 계산한다. 한편, 상기 출력 포트(26)는 대응하는 구동 회로(32)를 거쳐서 연료 분사기(5)와, 스파크 플러그(15) 및, 제 2 공급 장치(14)에 연결된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 상기 NH3합성 촉매(8)는 본원에서, TW 촉매로 간단하게 표현되는 3방향 촉매(8a)를 구비한다. 상기 TW 촉매(8a)는 예를 들면, 기판의 표면위에 형성된 층위에서 운반되는 팔라듐(Pd)와, 백금(Pt)과, 로듐(Rh)과 같은 귀금속을 포함한다.
도 2a는 상기 TW 촉매(8a)의 배기가스의 정화효율을 도시한다. 공기의 전체량의 비가 흡입통로와, 연소실내로 공급되고, 연료의 전체량에 대한 배기통로에서 소정 위치의 상류부의 배기통로가 흡입통로와, 연소실내로 공급된다면, 상술된 위치의 상류부에 있는 배기 통로는 소정의 위치를 통하여 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비로 언급되고, 약 14.6이고, 과잉 공기비(λ)가 1.0인 화학량론적인 공기-연료비(A/F(S))에 대하여, 흡입하는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, 상기 TW 촉매(8a)가 통과하는 흡입 NOX를 통과하고, 상기 흡입 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 TW 촉매(8a)는 흡입 NOx의 부분으로 부터 NH3를 합성한다. 상기 TW 촉매(8a)의 NH3합성 작용은 불분명하지만, 상기 배기가스의 공기-연료비가 리치한 배기가스내의 NOx의 몇몇은 다음의 화학식 1과 2에 따라서 NH3로 변환된다: 즉,
5H2＋2NO → 2NH3＋ 2H2O
7H2＋ 2NO → 2NH3＋ 4H2O
반대로, 다른 NOx는 다음의 화학식 3내지 화학식 6에 따라서 질소(N2)로 환원된다. 즉:
2CO ＋2NO → N2＋ 2CO2
2H2＋2NO → N2＋ 2H2O
4CO ＋2NO → N2＋4CO2
4H2＋ 2NO2→ N2＋4H2O
따라서, 상기 TW 촉매(8a)에서 흐르는 NOx는 상기 흡입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 NH3또는 N2로 변환되고, 그래서 NOx는 상기 TW 촉매(8a)로 부터 방출되는 것이 방지된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 촉매(8a)의 NH3합성의 효율(ETA)은 상기 흡입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 작게되거나 화학량론적인 공기-연료비((A/F)S)로 부터 보다 리치하게 됨에 따라서 보다 크게되고, 상기 흡입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 보다 작게 될 때 일정하게 유지된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 NH3합성효율(ETA)은 흡입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 13.8과 동일하거나 더 작게될 때 일정하게 유지되고, 상기 과잉 공기비(λ)는 약 0.95가 된다.
한편, 단위 시간당 각 실린더로 부터 배출되는 상기 NOx의 양은 도 2b에 도시된 바와같이 엔진의 공기-연료비에 의존한다. 특히, 상기 배출되는 NOx 양은 상기 엔진의 공기-연료비가 리치하게 될 때 엔진의 공기-연료비가 보다 작게됨에 따보다 작게된다. 그럼으로써, 상기 합성 효율(ETA)를 고려할 때, 단위 시간당 상기 TW 촉매(8a)에 합성되는 NH3의 양은, 흡입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 엔진의 공기-연료비에 일치된다면, 상기 흡입 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 약 13.8이 될 때 최대의 양에 도달한다.
도 1에 도시된 엔진에서, 상기 배기가스 유입 TW 촉매(8a)의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때, 가능한 많은 양의 NH3를 합성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 아래에 설명된다. 따라서, 백금(Pd) 또는 세륨(Ce)을 운반하는 TW 촉매는 상기 TW 촉매(8a)로서 사용된다. 특히, TW 촉매 운반 백금(Pd)은 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 HC 정화효율을 향상시킬수 있다. 또한, TW 촉매 운반 로듐(Rh)은 NH3합성을 억제하고, 로듐(Rh)이 없는 TW 촉매는 상기 TW 촉매(8a)로서 사용되는 것이 바람직하다.
한편, 도 1에 도시된 실시예에서, 배기가스 정화 촉매(10)는 NH3-AO 촉매로 간단하게 표현되는 NH3흡수 및 산화 촉매(10)로 구성된다. 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 지올라이트 운반 동(Cu)와, 제올라이트 운반 철(Cu) 및 백금(Pt)와, 제올라이트 운반 철(Fe)과 같은 소위 제올라이트 탈질산(denitration) 촉매로 구성되고, 이것은 기판의 표면위에서 운반된다. 또한, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 철(Fe)과 동(Cu)과 같은 전이 금속 또는, 백금(Pd),백금(Pt) 및 로듐(Rh)과 같은 귀금속을 운반하는 제올라이트, 실리카, 실리카-알루미늄, 티타니아과 같은 고체산을 포함한다.
상기 NH3-AO 촉매(10a)는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하고, 상기 유입되는 배기가승에서 NH3의 농도가 보다 낮게되거나, 또는 유입되는 배기가스가 NOX를 포함할 때 상기 흡수된 NH3를 제거한다. 동시에, 상기 NH3-AO 촉매(10a)가 산화 분위기에 있다면, 즉 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하면, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 제거된 모든 NH3를 산화시킨다. 또한, 상기 유입되는 배기가스가 NH3및 NOx를 포함한다면, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 NOx에 의하여 NH3를 산화시킨다. 이러한 경우에, 상기 NH3산화 작용은 불분명한 부분을 갖지만, 상기 NO3산화가 다음의 화학식 7 내지 10에 따라서 발생된다. 즉:
4NH3＋ 7O2→ 4NO2＋ 6H2O
4NH3＋ 5O2→ 4NO ＋ 6H2O
8NH3＋ 6O2→ 12H2O ＋ 7N2
4NH3＋ 4NO ＋ O2→ 6H2O ＋ 4N2
탈질산 작용인 상기 화학식 9와 화학식 10은 산화 화학식 7과 8에서 발생된 NOx와, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 흐르는 배기가스에서의 NOx를 환원시킨다.
실험에 의해서, 유입되는 배기가스의 온도가 약 300 내지 500℃일 때, 상기 실시예의 NH3-AO 촉매(10a)는 양호한 산화와 탈질산 작용을 실행한다. 한편, 일반적으로, 머플러(11)를 통과하는 배기가스의 온도는 약 300 내지 500℃이다. 그럼으로써, 상기 실시예에서, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 머플러(11)에 정렬되고, 그래서 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 양호한 실행을 보장한다.
상기 NH3정화 촉매(12)는 철(Fe) 및 동(Cu)와 같은 전이 금속, 또는 예를 들면 기판의 표면위에 형성된 알루미나의 층위에서 운반되는 백금(Pd)와, 백금(Pt)와, 로듐(Rh)와 같은 귀금속을 포함한다. 상기 촉매(12)가 산화 분위기에 있다면 즉, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기연료비가 린하면, 상기 NH3정화 촉매(12)는 유입되는 배기가스에서 상기 NH3를 정화하거나 용해시킨다. 상기 경우에, 상술된 산화 및 탈질산 작용의 화학식 7 내지 10은 촉매(12)에서 발생되고, 그럼으로써 NH3은 정화되거나 용해된다. 상기 실시예에서, 기본적으로, 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 배출되는 NH3정화 촉매(12)는, NH3가 정화되지 않고 상기 NH3-A0 촉매(10a)로 부터 방출된다면, 상기 주변의 공기로 부터 NH3가 방출되는 것을 방지한다.
도 1에 도시된 엔진에서, 연료 분사시간(TAU)은 다음의 수학식 1를 사용하여 계산된다.
TAU = TB·((A/F)S/(A/F)T)·FAF
TB는 각각의 실린더의 엔진 공기-연료비를 화학량론적인 공기-연료비((A/F)S)와 동일하게 만드는데 적절한 기본적인 연료 분사시간을 나타내고, 이것은 다음의 수학식 2를 사용하여 계산된다.
TB = (Q/N)·K
여기에서, Q는 흡입 공기량을 나타내고, N은 엔진 속도를 나타내며, K는 상수를 나타낸다. 따라서, 기본적인 연료분사 시간(TB)는 단위 엔진속도당 흡입 공기량과, 상수의 곱이다.
(A/F)T는 엔진의 공기-연료비의 제어를 위한 목표값을 나타낸다. 상기 목표값((A/F)T)은 화학량론적인 엔진의 공기-연료비에 대하여 엔진의 공기-연료비를 린하게 만들기 위하여 보다 크게될 때, 상기 연료 분사시간(TAU)은 보다 짧게되고, 그래서 분사될 연료량은 환원된다. 상기 목표값((A/F)T)이 화학량론적인 공기-연료비에 대하여 엔진의 공기-연료비를 보다 리치하게 만들기 위하여 짧게될 때, 상기 연료 분사시간(TAU)은 보다 길게되고, 그래서 분사될 연료량은 증가된다.
FAF는 실질적인 엔진의 공기-연료비를 목표값((A/F)T)과 동일하게 만들기 위한 피드백 교정 계수를 나타낸다. 상기 피드백 교정 계수(FAF)는 주로, 상부측 공기-연료비 센서(29a)로 부터 출력신호의 기초에 의해 결정된다. 상기 배기 매니폴드(7)를 통하여 유입되고 상기 상류측 공기-연료비 센서(29a)에 의하여 검출되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 엔진의 공기-연료비에 순응한다. 상기 상류측 센서(29a)에 의하여 검출되는 배기가스 공기-연료비가 목표값((A/F)T)에 대하여 린하게 될 때, 상기 피드백 교정 계수(FAF)는 보다 크게되고, 그래서 분사될 연료량은 증가된다. 상기 센서(29a)에 의하여 검출되는 배기가스 공기-연료비는 목표값((A/F)T)에 대하여 리치하게 될 때, FAF는 보다 작게되고, 그래서 분사될 연료량은 환원된다. 상기 방법에서, 실질적인 엔진의 공기-연료비는 상기 목교값((A/F)T)와 동일하게 된다. 상기 피드백 교정 계수(FAF)는 1.0 주위에서 변동하게 된다.
이와는 반대로, 상기 하류측 공기-연료비 센서(29b)는 상류측 센서(29a)의 악화로 인하여 목표값((A/F)T)로 부터 엔진의 공기-연료비의 악화를 보상하기 위한 것이다. 상기 상부측 및 하류측 센서(29a 및 29b)를 위하여, 상기 배기가스 공기-연료비의 보다 넓은 범위에서 배기가스 공기-연료비에 대응하는 출력전압을 발생하는 공기-연료비 센서가 사용될 수 있고, 검출된 배기가스 공기-연료비가 화학량론적인 공기-연료비에 대하여 증가되거나 환원하게 될 때 출력전압이 과감하게 변하는 Z-출력형 산소 농도 센서가 사용될 수 있다. 상기 하류측 센서(29b)가 배기가스 정화 촉매(10)와 제 2 공기 공급 장치(14)사이의 배기통로에서 교대로 정렬될 수 있다. 또한, 상기 2개의 센서(29a 및 29b)사이에 위치된 촉매의 악화는 센서(29a 및 29b)로 부터의 출력신호를 기초로 하여 검출될 수 있다.
도 1에 도시된 엔진에서, 제 2 공기 공급장치(14)외에는 상기 배기통로에 제 2 연료 또는 제 2 공기를 공급하기 위한 장치가 없다. 그래서, 상기 제 2 공기 공급 장치(14)의 상류에 있는 배기통로의 엔진 공기-연료비는 엔진의 공기-연료비에 순응한다. 즉, 상기 TW 촉매(8a)에서 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 엔진의 공기-연료비에 순응하고, 상기 배기가스 정화 촉매(10)에서 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 엔진의 공기-연료비에 순응한다. 이와는 반대로, 제 2 공기 공급장치(14)의 하류에 있는 배기통로에서, 상기 배기가스 공기-연료비는 상기 제 2 공기의 공급이 정지될 때 엔진의 공기-연료비에 순응하고, 상기 보조 공기가 공급될 때 엔진의 공기-연료비에 대하여 린하게 된다.
다음은, 도 1에 도시된 엔진에서 배기가스 정화 방법이 도 3, 도 4a, 도 4b를 참고로 하여 설명한다.
도 1에 도시된 엔진에서, 배기가스의 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분과, 배기가스의 공기-연료비가 리치하게 되는 배기가스 부분은 엔진(1)의 배기가스로 부터 교대로 그리고 반복적으로 형성된다. 그다음, 상기 배기가스 부분은 상기 TW 촉매(8a)와, 배기가스 정화 촉매(10) 및, 상기 NH3정화 촉매(12)로 도입된다. 다시 말하면, 상기 촉매(8a 및 10a)로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 도 3에 도시된 바와 같이, 린하고 리치하게 교대로 그리고 반복적으로 된다. 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 될 때, 상기 TW 촉매(8a)는 상술된 화학식 1 과 2에 따라서 도 4a에 도시된 바와 같이, 유입되는 배기가스의 NOx를 NH3또는 N2로 전환한다. 그다음, 상기 TW 촉매(8a)에서 합성되는 NH3는 NH3-AO 촉매(10a)내로 들어간다. 동시에, 유입되는 배기가스에서 NH3의 농도는 매우 높고, 그래서 유입되는 배기가스에서 거의 모든 NH3는 상기 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수된다. NH3가 흡수되지 않고 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 흐를지라도, 상기 NH3는 상기 NH3정화 촉매(12)내로 흘러가서, 정화 또는 산화되는데, 왜냐하면 상기 촉매(12)는 제 2 공기 공급장치(14)에 의하여 산화 분위기에서 유지된다. 이러한 방법에서, NH3는 주변공기로 방출되는 것이 방지된다.
이와는 반대로, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, 상기 TW 촉매(8a)는 도 4b에 도시된 바와 같이 통과하는 유입 NOx를 통과하고, 그다음 상기 NOx는 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르게 된다. 동시에, 상기 유입되는 배기가스에서 NH3의 농도는 거의 0으로 되고, 그래서 NH3는 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 분리된다. 또한, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 산화 분위기에 있으며, 그래서 상기 분리된 NH3는 환원제로 작용하고, 상술된 화학식 7 내지 10에 따라서 유입되는 배기가스에서 NOX를 환원시키고 정화시킨다. 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 흡수된 NH3의 양이 유입되는 NOx를 환원시키기 위하여 요구되는 양을 초과할지라도, 상기 초과되는 NH3은 상기 NH3-AO 촉매(10a) 또는 NH3정화 촉매(12)에서 정화되거나 용해된다. 따라서, NH3은 주변 공기로 부터 방출되는 것이 방지된다. 이러한 경우에, 상기 제 2 공기는 불필요하다.
상술된 바와 같이, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때, 엔진으로 부터 방출되는 NOx는 NH3의 형태로 상기 NH3-AO 형태로 상기 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수되거나 N2로 환원되고, 상기 촉매(8a 및 10a)로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 분리된 NH3에 의하여 N2로 환원된다. 따라서, NOx는 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하거나 린하거나 관계없이 주변공기로 방출되는 것이 방지된다.
상술된 바와같이, 상기 NH3정화 촉매(12)는 양호한 NH3정화를 보장하기 위하여 산화분위기에서 유지된다. 상기 실시예에서, 제 2 공기 공급장치(14)는 약 15.3(λ=1.05)와 동일한 NH3정화 촉매(12)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 만들기 위하여 제 2 공기를 공급한다.
상기 TW 촉매(8a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 유지되는 한, 유입되는 배기가스에서 불연소된 탄화수소(HC) 및/또는 일산화 탄소는 상기 TW 촉매(8a)에서 산화되고 정화된다. 이와는 반대로, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 될 때, 상기 HC 및/또는 CO는 상기 TW 촉매(8a) 및 상기 NH3-AO 촉매(10a)를 통과하게 되는 경우가 있을수 있다. 그러나, 상기 HC 및/또는 CO는 상기 NH3정화 촉매(12)내로 흐르게되고 충분히 산화 및 정화되는데, 왜냐하면 상기 촉매(12)는 상술된 바와 같이 산화 분위기하에서 유지된다.
상기 배기가스 공기-연료비가 린하고 리치한 배기가스 부분을 형성하기 위하여, 예를 들면 배기 매니폴드(7)에서 제 2 공기를 공급하기 위하여 제 2 공기 공급장치가 제공될 수 있다. 상기 경우에, 엔진의 공기-연료비가 리치하게 유지되는 반면에, 상기 제 2 공기의 공급은 정지되고 그럼으로써 배기가스 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 형성하고, 상기 제 2 공기가 공급되어 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성한다. 또는, 예를 들면 배기 매니폴드(7)에서 제 2 연료를 공급하기 위한 제 2 연료 공급장치가 제공될 수 있다. 상기 경우에, 상기 엔진의 공기-연료비는 린하게 유지되고, 상기 제 2 연료의 공급은 정지됨으로써 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성하며, 제 2 연료는 공급되어 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되는 배기가스 부분을 형성한다.
그러나, 상술한 바와 같이, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 들어가는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 도 1에 도시된 엔진에서 엔진의 공기-연료비에 순응한다. 따라서, 상기 엔진의 공기-연료비는 린하고 리치하게 교대로 그리고 반복적으로 제어됨으로써, 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하고 리치하게 교대로 그리고 반복적으로 만든다. 즉, 상기 엔진(1)은 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 린하게 된 엔진 작동상태에서 작동됨으로써, 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만들고, 상기 엔진(1)은 상기 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 리치한 엔진 작동상태에서 작동되어 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들고, 상기 엔진(1)은 린하고 리치한 엔진 작동상태에서 교대로 그리고 반복적으로 작동된다.
다시 말하면, 엔진을 린하고 리치한 엔진 작동상태에서 교대로 그리고 반복적으로 작동시킴으로써, 엔진(1)으로 부터 배출되는 NOx는 충분히 정화되고 주변 공기로 방출되는 것이 방지된다.
상기 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비의 목표값은 목표 공기-연료비((A/F)T)로 언급되고, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 실질적인 배기가스 공기-연료비는 목표의 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 상기 엔진의 공기-연료비의 목표값을 만듬으로써 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 된다. 그럼으로써, 상기 실시예에서, 상기 엔진의 공기-연료비의 목표값은 목표 공기-연료비((A/F)T)에 순응하게 된다. 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 화학량론적인 공기-연료비((A/F)S)에 대하여 린하게 되는 린하게 된 공기-연료비((A/F)L)과 동일하게 되고, 화학량론적인 공기-연료비((A/F)S)에 대하여 리치하게 되는 리치한 공기-연료비((A/F)R)과 동일하게 됨으로써, 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하고 리치하게 교대로 그리고 반복적으로 만든다. 엔진이 린하게 된 엔진 작동상태를 실행하게 되는 동안이 엔진 작동주기가 린 작동 주기(TL)로 언급된다면, 그리고 엔진이 리치한 엔진 작동을 실행하는 동안의 엔진 작동주기가 리치한 작동주기(TR)로 언급된다면, 서로에 대하여 다음에 있는 하나의 린 작동 주기(TL)과 하나의 리치 작동 주기(TR)은 사이클을 형성한다.
상기 린 공기-연료비((A/F)L)과 리치 공기-연료비((A/F)R)가 각각 엔진의 작동 상태에 따라서 결정될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 린 공기-연료비((A/F)L)은 약 25.0으로 일정하게 세트되고, 리치 공기-연료비((A/F)R)은 엔진의 작동 상태에 관계없이 13.8로 일정하게 세트된다. 그럼으로써, 목표 공기-연료비((A/F)T)는 상기 린 엔진 작동이 수용될 때 약 25.0으로 동일하게 되고, 리치 엔진 작동이 실행될 때 약 13.8로 동일하게 된다.
엔진의 공기-연료비가 25.0과 같이 매우 린하게 될 때, 전체 연소실에 걸쳐서 균일하게 퍼져있는 공기-연료 혼합물이 형성된다면, 스파크 플러그(15)은 공기-연료 혼합물을 점화할 수 없는데, 왜냐하면 상기 공기-연료 혼합물은 매우 얇고 점화가 되지 않게되기 때문이다. 이러한 점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 엔진에서, 점화가능한 공기-연료 혼합물은 연소실의 제한된 영역에서 형성되고, 나머지는 공기만 또는, 공기 및 EGR 가스로 충전되고, 상기 린 엔진 작동이 수용될 때 상기 공기-연료 혼합물은 스파크 플러그(15)에 의하여 점화된다. 이러한 점은 상기 엔진의 공기-연료비가 매우 린하게 될지라도 엔진이 점화되지 않는 것을 방지한다. 또한, 상기 점화가 되지 않는 것은 연소실에서 소용돌이 흐름을 형성하고 연소실에서 균일한 공기-연료 혼합물을 형성함으로써 방지될 수 있다.
서두에서 설명한 바와 같이, 보다 낮은 연료 소비율이 바람직하고, 그래서 가능한 길게 린 작동 주기(TL)를 만들고, 가능한 짧게 상기 리치 작동 주기(TR)를 만드는 것이 바람직하다. 특히, TL/TR은 보다 작은 연료 소비율을 위하여 3과 같거나 또는 더 큰 것이 양호하다. 그러나, 상기 린 작동주기(TL)이 보다 길게 될 때, 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 분리되는 NH3양은 보다 작게 된다. 그래서, 보다 긴 린 작동 주기(TL)이 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 NOx를 정화하기 위하여 NH3의 부족으로 도입될 수 있고, 환원이 없이 주변공기로 NOx를 방출할 수 있다. 이러한 점을 해결하기 위하여, 상기 실시예에서, 상기 NH3-AO 촉매(10a; S(NH3))에서 흡수된 NH3양은 린 엔진 작동동안에 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 흡수된 NH3양을 얻게 됨으로써 얻어지고, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))이 소정의 최소량(MIN(NH3))보다 작게 될 때, 린 엔진 작동이 정지되고 리치 엔진 작동이 시작된다. 이러한 점은 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NOx가 환원되지 않고 주변공기로 방출되는 것을 방지한다.
한편, 보다 짧은 리치 작동 주기가 양호하다. 그러나, 리치 작동 주기(TR)이 너무 짧게 된다면, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))은 NOx의 충분한 환원용으로 요구되는 것 보다 더 작게 될 수 있고, 그럼으로써 NOx는 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 유입되는 NOx 양이 매우 증가될 때 환원되지 않고 방출될 수 있다. 또한, 보다 짧은 리치 작동 주기는 린과 리치 공기-연료비사이의 목표 공기-연료비((A/F)T)에서 빈번한 변화로 이끌수 있고, 그래서 구동성의 바람직하지 못한 악화가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 리치 작동주기(TR)이 보다 길게 된다면, 상기 NH3-AO촉매(10a)가 NH3로 포화되고, 보다 많은 양의 NH3이 그곳으로 부터 방출된다. 이러한 점을 해결하기 위하여, 상기 실시예에서, 리치 엔진 작동동안에 상기 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수되는 NH3양이 얻어지고 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))을 얻게 되고, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))이 최대의 양(MAX(NOx))보다 더 크게될 때, 리치 엔진 작동은 정지되고 린 엔진 작동은 시작되고, 상기 최대의 양은 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 흡수 능력에 따라서 결정된다. 상기 방법에서, 상기 린 및 리치 작동 주기(TL 및 TR)는 본 실시예에서, 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 흡수된 NH3양(S(NH3))에 따라서 결정된다.
상기 NH3-AO 촉매(10A)에서 흡수된 NH3양을 직접 찾는 것은 어렵다. 그러므로, 상기 실시예에서, 상기 흡수된 NH3양은 TW 촉매(8a)에서 또는 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NH3양을 기초로 하여 평가된다. 상기 경우에, NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NH3양을 검출하기 위한 센서는 TW 촉매(8a)와 NH3-AO 촉매(10a)사이의 배기통로에 정렬될 수 있다. 그러나, 상기 실시예에서, 적용가능성을 고려하면, 상기 합성된 NH3양은 TW 촉매(8a)내로 흐르는 NOx 양을 기초로 하여 평가되고, 그다음 흡수된 NH3양은 합성된 NH3양을 기초로 하여 평가된다. 즉, 단위 시간당 흡수된 NH3양은 단위 시간당 상기 TW 촉매(8a)내로 흐르는 NOx의 양이 크게될 때 크게된다. 또한, 단위 시간당 합성된 NH3양은 합성 효율(ETA)가 크게 됨에 따라서 크게된다.
한편, 엔진 속도(N)가 크게됨에 따라서 단위 시간당 엔진으로 부터 방출되는 NOx 의 양은 크게되고, 그래서 단위 시간당 TW 촉매(8a)내로 흐르는 NOx 양은 보다 크게된다. 또한, 엔진하중(Q/N)(흡입 공기량(Q)/엔진 속도(N))이 크게 됨에 따라서, 상기 엔진으로 부터 배출되는 배기가스 양은 크게되고 연소 온도는 높게되며, 그래서 단위당 TW 촉매(8a)내로 흐르는 NOx 의 양은 상기 엔진 하중(Q/N)이 크게 됨에 따라서 크게된다.
도 6a는 일정한 린 또는 리치 공기-연료비((A/F)L) 또는 (A/F)R)를 가지고, 단위 시간당 엔진으로 부터 배출되는 NOx (Q(NOx))와, 엔진 하중(Q/N)과, 엔진 속도(N)사이의 관계를 실험으로 부터 얻은 것을 도시한다. 도 6a에서, 곡선은 동일한 NOx 의 양을 도시한다. 도 6a에 도시된 바와같이, 엔진 하중(Q/N)이 높고 엔진 속도(N)가 크게 됨에 따라서 배출되는 NOx 의 양(Q(NOx))은 크게된다. 상기 배출된 NOx(Q(NOx))은 도 6b에 도시된 바와 같은 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
상기 합성 효율(ETA)은 TW 촉매(8a)내로 흐르는 배기가스의 온도(TTC)에 따라서 변하고, 이것은 상기 TW 촉매(8a)의 온도를 나타낸다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 일정한 리치 공기-연료비((A/F)R)를 가지고, TTC가 낮게 될 때 상기 배기가스 온도(TTC)가 높게 됨에 따라서 상기 합성 효율(ETA)은 높게되고, 상기 TTC가 높게 될 때 TTC가 높아짐에 따라서 낮게 된다. 상기 합성 효율(ETA)은 도 7에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
단위 시간당 엔진으로 부터 방출된 NOx 양(Q(NOx))은 도 2b를 참고로 하여 상술된 바와 같이 엔진의 공기-연료비에 따라서 변한다. 그러므로, 예를 들면 엔진의 작동상태에 따라서, 상기 린 또는 리치 공기-연료비((A/F)L,(A/F)R)이 변하게 된다면, 도 6b에 도시된 맵에 의하여 얻어진 배출된 NOx 양(Q(NOx))은 실질적인 린 또는 리치 공기-연료비((A/F)L, (A/F)R)를 기초로 하여 교정되어야만 한다. 또한, 상기 합성 효율(ETA)는 TW 촉매(8a)내로 유입되는 배기가스의 비기가스 공기-연료비 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 리치 공기-연료비((A/F)R)에 따라서 변한다. 그러므로, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)가 예를 들면, 상기 엔진 작동상태에 따라서 변하게 된다면, 도 7에 도시된 맵에 의하여 얻어진 합성 효율(ETA)은 실질적인 리치 공기-연료비((A/F)R)를 기초로 하여 교정되는 것이 요구된다.
상기 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)를 사용하여 계산된 Q(NOx)와, 배기가스 온도(TTC)를 사용하여 계산된 합성 효율(ETA)은 단위 시간당 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 유입되는 상기 NH3양을 나타낸다. 따라서, 리치 엔진 작동동안에, 상기 NH3-AO에 흡수된 NH3양은 다음의 수학식 3를 사용하여 계산된다.
S(NH3) = S(NH3) ＋ Q(NOx)·ETA·DELTAa
여기에서, DELTAa는 Q(NOx)와 ETA의 계산의 시간간격을 나타낸다. 그래서,Q(NOx)·ETA·DELTAa는 Q(NOx)와 ETA의 마지막 계산으로 부터 상기 계산까지 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수된 NH3양을 나타낸다.
도 8a는 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 실험에 의하여 얻어지는 리치로 부터 린으로 변할 때, 상기 단위 시간당 NH3-AO 촉매로 부터 제거되는 상기 NH3양(D(NH3))을 도시한다. 도 8a에서, 곡선은 동일하게 제거되는 NH3의 양을 나타낸다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 제거된 NH3의 양(D(NH3))은 흡수된 NH3양(S(NH3))이 크게됨에 따라서 크게된다. 또한, D(NH3)는 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 온도를 나타내는 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 배기가스의 온도(TAC)가 보다 크게됨에 따라서 크게된다. 제거된 NH3의 양(D(NH3)은 도 8b에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
따라서, 린 엔진 작동동안에, 상기 흡수된 NH3의 양(S(NH3))은 다음의 수학식 4를 사용하여 계산된다.
S(NH3) = S(NH3) - D(NH3)·DELTAd
여기에서, DELTAd는 D(NH3)의 계산의 시간간격을 나타내고, 그래서 D(NH3)·DELTAd는 D(NH3)의 마지막 계산으로 부터 상기 계산까지, 상기 NH3-AO 촉매(10a)로 제거되는 NH3의 양을 나타낸다.
상기 TW촉매(8a)내로 흐르는 배기가스의 온도(TTC)와, 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 배기가스의 온도(TAC)를 얻기 위하여, 온도 센서는 상기 TW 촉매(8a)의 바로 상류부에 있고, NH3-AO 촉매(10a)의 바로 상류부에 있는 배기통로에 정렬될 수 있다. 그러나, 상기 배기가스 온도는 엔진의 작동상태 즉, 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)를 기초로 하여 평가될 수 있다. 그래서, 도 1에 도시된 엔진에서, TTC와 TAC는 도 9a 및 도 9b에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다. ETA 및 D(NH3)는 도 9a 및 도 9b에 도시된 맵으로 부터 얻어진 TTC와 TAC를 사용하여 계산된다.
상기 실시예에서, 예를 들면, 하나의 린 작동 주기(TL)은 몇분 동안에 실행되고, 하나의 리치 작동 주기는 몇초 동안에 실행된다. 그러므로, 상기 실시예에서, 엔진(1)은 기본적으로 린 엔진 작동을 실행하고, 리치 엔진 작동을 일시적으로 실행하게 된다. 상기 경우에, 린 엔진 작동동안에 다수의 실린더가 린 엔진 작동을 실행하고, 리치 엔진 작동동안에 다수의 실린더가 리치 엔진 작동을 실행한다. 상기 린 및 리치 작동 주기는 시간으로 미리 결정될 수 있다. 또한, 첫째, 린 엔진 작동동안에 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 전체 NOx 양이 발견되고, 린 작동 주기(TL)은 전체 유입되는 NOx 양이 NH3-AO 촉매(10a)내에 흡수된 NH3양이 정화될 수 있는 NOx 양을 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
다음, 도 1에 도시된 엔진에서 점화 타이밍의 제어가 도 5를 참고로 하여 설명될 것이다.
도 1에 도시된 엔진에서, 린 엔진 작동에서 점화 타이밍(IT)은 예를 들면 엔진의 적절한 출력 토크를 제공하는 ITL로 된다. 이와는 반대로, 리치 엔진 작동의 적절한 출력 토크는 점화 타이밍(ITL)에 대하여 지연되는 ITR로 된다. 점화 타이밍을 지연시키는 것은 출력 토크의 증가를 억제함으로써, 엔진이 린 및 리치 엔진 작동을 교대로 그리고 반복적으로 실행할 때, 출력 토크에서 바람직하지 못한 동요을 억제시킨다. 또한, 점화 타이밍을 지연시키는 것은 TW 촉매(8a)내로 유입되는 배기가스의 온도를 증가시킴으로써, 합성된 NH3양은 보다 크게 유지된다. 결과적으로, NOx를 정화하기 위한 NH3양은 리치 작동 주기(TR)를 연장시키기 않고 증가된다. 린 엔진 작동(ITL)에서 점화 타이밍은 린 공기-연료비((A/F)L)과 같은 엔진 작동 상태에 따라서 세트된다. 또한, 리치 엔진 작동(ITR)에서 점화 타이밍은 리치 공기-연료비((A/F)R)와 점화 타이밍(ITL)과 같은 엔진 작동 상태에 따라서 세트된다.
도 10 내지 도 12는 상술된 실시예를 실행하기 위한 루틴을 도시한다. 각각의 루틴은 모든 소정의 크랭크각을 인터럽트함으로써 실행된다.
도 10은 엔진 작동 주기의 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시한다.
도 10에서, 먼저 40단계에서, FRICH가 1로 되는지가 결정된다. 상기 리치 작동이 실행될 때 FRICH는 1로 되고, 상기 린 작동이 실행될 때에는 0으로 된다. FRICH가 1로 된다면, 즉 상기 리치 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 41로 가게되고, 여기에서 배기된 NOx (Q(NOx))은 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)를 기초로하여 도 6b에 도시된 맵을 사용함으로써 계산된다. 다음의 단계 42에서, 배기가스 온도(TTC)는 도 9a에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 43에서, 상기 NH3합성 효율(ETA)는 배기가스 온도(TTC)를 기초로 하여 도 7에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 44에서, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))은 다음의 수학식 5를 사용하여 계산된다.
S(NH3) = S(NH3) ＋ Q(NOx)·ETA·DELTAa
여기에서, DELTAa는 마지막 처리 사이클로 부터 상기 처리 사이클까지의 시간 간격이고, 예를 들면 타이머에 의하여 얻어진다. 다음의 단계 45에서, 흡수된 NH3양(S(NH3))이 최대양(MAX(NH3))보다 더 크게되는지가 판단된다. S(NH3)≤MAX(NH3)이라면, 처리 사이클이 종료된다. 즉, S(NH3)≤MAX(NH3)이라면, 흡수된 NH3양은 NOx를 정화하기 위하여 너무 작은 것으로 판단되고, 그래서 리치 작동이 연속적으로 실행된다.
S(NH3)〉MAX(NH3)이라면, 루틴은 단계 46으로 가게되고, FRICH는 0으로 되며, 그다음 처리 사이클은 종료된다. 즉, S(NH3)〉MAX(NH3)이라면, 상기 흡수된 NH3양은 NOx를 정화하는데 충분하고, 리치 작동은 정지되고 린 작동이 시작된다(도 5에 도시된 시간 a,c,e 또는, g에서와 같이). 따라서, 리치 작동 주기(TR)는 S(NH3)〉MAX(NH3)될 때 까지 상기 FRICH가 1로 될 때로 부터의 주기이다.
이와는 반대로, 단계 40에서 FRICH =0 이라면, 즉 상기 린 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 47로 가게 되고, 여기에서 배기가스 온도(TAC)는 도 7b에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 48에서, 상기 흡수된 NH3양(D(NH3))은 TAC와 상기 S(NH3)를 기초로 하여 도 8b에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 49에서, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))은 다음의 수학식 6을 사용하여 계산된다.
S(NH3) = S(NH3) - D(NH3)·DELTAd
여기에서, DELTAd는 마지막 처리 사이클로 부터 현재의 사이클까지의 시간 간격이다. 다음의 단계 50에서, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3)이 최소 양(MIN(NH3))보다 더 작게되는지가 판단된다. S(NH3)≥MIN(NH3)이라면, 상기 처리 사이클은 종료된다. 즉, S(NH3)≥MIN(NH3)이라면, 상기 흡수된 NH3양(S(NH3))은 NOx를 정화하기 위하여 여전히 큰 것으로 판단되고, 그래서 린작동은 연속된다.
S(NH3)〈MIN(NH3)이라면, 상기 루틴은 단계 51로 가고, FRICH는 1로 되며, 처리 사이클은 종료된다. 즉, S(NH3)〈MIN(NH3)이라면, 상기 흡수된 NH3양은 NOx를 정화하기 위하여 충분한 것으로 판단되고, 리치 엔진 작동이 시작된다(도 5에 도시된 시간 b,d,또는, f에서와 같이). 따라서, 상기 린 작동주기(TL)은 상기 FRICH가 S(NH3)〈MIN(NH3)될 때 까지 0으로 될 때로 부터 있다.
도 11은 상기 연료 분사 시간(TAU)를 계산하기 위한 루틴을 도시한다.
도 11에서, 먼저 단계 60에서, 기본적인 연료 분사 시간(TB)는 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)를 기초로 하여 다음의 수학식 7를 사용하여 계산된다.
TB = (Q/N)·K
다음의 단계 61에서, 피드백 교정 상수(FAF)가 계산된다. 다음의 단계 62에서, 도 10에 도시된 루틴에서 제어되는 FRICH가 1인지 아닌지가 판단된다. FRICH=1이라면, 즉, 상기 리치 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 63으로 진행되고, 여기에서 리치 공기-연료비((A/F)R)가 계산된다. 상기 실시예에서, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)가 엔진의 작동상태에 관계없이 13.8로 일정하게 유지되고, 그래서 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)이 단계 63에서 13.8로 된다. 다음의 64 단계에서, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)은 목표 공기-연료비((A/F)T)로 기억된다. 다음, 상기 루틴은 단계 65로 진행된다.
이와는 반대로, FRICH가 0으로 된다면, 즉, 상기 린 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 66으로 진행되고, 여기에서 린 공기-연료비((A/F)L)가 계산된다. 상기 실시예에서, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)은 엔진의 작동 상태에 관계없이 25.0으로 일정하게 유지되고, 그래서 상기 린 공기-연료비((A/F)L)은 단계 66에서 25.0으로 된다. 다음의 단계 67에서, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 목표 공기-연료비((A/F)T)로서 기억된다. 다음, 상기 루틴은 단계 65로 진행된다.
단계 65에서, 상기 연료 분사시간(TAU)은 다음의 수학식 8를 사용하여 계산된다.
TAU = TB·((A/F)S/(A/F)T)·FAF
각각의 연료 분사기(5)는 연료 분사시간(TAU)용 연료를 분사한다.
도 12는 점화 타이밍의 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시한다.
도 12에서, 먼저, 단계 160에서, 도 10에 도시된 루틴에서 제어되는 FRICH가 0인지 아닌지가 판단된다. FRICH=0이라면, 즉, 상기 린 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 161로 진행하고, 여기에서 ITL은 예를 들면 엔진 작동상태에 따라서 계산된다. 다음의 단계 162에서, ITL은 점화 시간(IT)로서 기억된다. 그다음, 상기 처리 사이클은 종료된다.
FRICH=1이라면, 즉, 리치 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 163으로 진행하고, 여기에서 ITR은 예를 들면 ITL에 따라서 계산된다. 다음의 단계 164에서, ITR은 점화 시간(IT)로서 기억된다. 그다음, 상기 처리 사이클은 종료된다. 각각의 스파크 플러그(15)은 점화시간(ITL 또는 ITR)에 따라서 점화 작동을 실행한다.
상술된 실시예에서, 배기가스는 단일의 배기통로를 사용하여 즉, 다수의 다수의 배기통로를 제공하지 않고 정화될 수 있다. 따라서, 상기 배기가스 정화장치의 구조는 작고 심플하게 유지된다.
한편, 하나의 사이클(도 5 참고)에서 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더 수의 비에 린 엔진 작동을 실행하는 실린더 수의 비가 실린더 수의 비(RATIO)로 언급된다면, 상기 실린더 수의 비(RATI)를 가능한 크게 만드는 것이 바람직하므로, 상기 연료 소비율을 가능한 작게한다. 그러나, 서두에서 언급된 종래장치에서와 같이, 상기 실린더의 부분이 리치 엔진 작동을 실행하고, 다른 부분이 린 엔진 작동을 실행하며, 상기 실린더 수의 비(RATIO)는 제한된다. 그래서, 동일한 린과 리치의 공기-연료비((A/F)L 및 (A/F)R)로써, 연료 소비율의 환원은 제한된다. 이와는 반대로, 상기 실시예에서, 상기 비(RATIO)는 NH3-AO 촉매(10a)내로 유입되는 NOx 양이 촉매(10a)로 부터 제거되는 NH3양을 초과할 때 까지 보다 크게된다. 특히, 실린더 수의 비(RATIO)는 4실린더 엔진에서 3보다 크게 된다. 결과적으로, 연료 소비율은 보다 작게 된다.
또한, 예를 들면 종래기술에서와 같이, 제 1 실린더(#1)가 리치 작동을 연속적으로 실행하고, 제 2, 제 3, 제 4 실린더(#2, #3, #4)가 린 작동을 연속적으로 실행한다면, 상기 실린더(#1 내지 #4)로 배출되는 배기가스 사이의 큰 온도차이가 발생할 수 있고, 엔진 몸체에서 또는 배기 매니폴드(7)에서 보다 큰 온도로 내려갈 수 있고, 그러므로 그곳내에서 큰 열 변형을 발생시킨다. 또한, 상기 예에서, 보다 큰 양의 증착이 리치 작동을 연속적으로 실행하는 제 1 실린더(#1)에 존재할 수 있다. 이와는 반대로, 상기 실시예에서, 린 또는 리치 작동이 발생되는 실린더는 규정되어 있지 않으며, 즉 각각의 실린더는 린과 리치 작동을 실행한다. 따라서, 엔진 몸체 또는 배기 매니폴드(7)에서 보다 큰 열변형이 방지되고, 그래서 특정 실린더에서 보다 큰 양의 침착이 방지된다.
또한, 본 실시예에 따른 배기가스 정화방법은 단일 실린더 엔진에서 사용될 수 있다.
다음, 도 1에 도시된 엔진에서 린과 리치 작동 주기(TL,TR)를 결정하기 위한 다른 실시예가 설명된다.
상술된 실시예에서, 린과 리치 작동 주기(TL,TR)은 흡수된 NO3의 양(S(NH3))에 따라서 세트된다. 결과적으로, 상기 실린더 수의 비(RATIO)는 흡수된 NH3양(S(NH3))에 따라서 세트된다. 이와는 반대로, 상기 실시예에서, 모든 엔진 작동 상태를 위하여 NOX를 정화하는데 적절한 비(RATIO)는 진행방향으로 저장되고, 상기 린과 리치 작동 주기(TL 및 TR)는 실질적인 실린더 수의 비를 적절한 비(RATIO)로 만들기 위하여 세트된다.
상기 실시예에서, 상기 비(RATIO)는 1,2,3 및 4로 부터 선택된 것이다. 도 13은 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)에 의하여 형성된 엔진 작동 상태용 NOx를 정화하는데 적절한 비(RATIO)를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 엔진 속도(N)가 일정하고, 상기 엔진 하중(Q/N)이 낮게 될 때 상기 비(RATIO)는 엔진 하중(Q/N)이 보다 높게 됨에 따라서 크게 되고, 엔진 하중(Q/N)이 높게 될 때 엔진 하중(Q/N)이 높게 됨에 따라서 작게된다. 상기 비(RATIO)는 도 13에 도시된 바와 같이 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
도 13에 도시된 맵으로 부터 얻어진 상기 RATIO를 위하여, 린 엔진 작동을 실행하고 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더의 수를 세트하기 위하여 어떠한 방법도 적용될 수 있다. 상기 실시예에서, 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더의 수는 비(RATIO)에 관계없이 1로 세트된다. 상술된 바와 같이, 상기 비(RATIO)는 한 사이클에서 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더에 대한 린 엔진 작동을 실행하는 실린더의 수의 비이다. 그래서, 상기 린 엔진 작동을 실행하는 실린더의 수는 1로 된 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더 수에서 1,2,3,4로 이루어지고, 비(RATIO)는 1, 2, 3 및, 4로 이루어진다. 다음, 엔진작동 주기를 제어하기 위한 방법은 도 14 내지 도 17를 참고로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1에 도시된 엔진에서, 상기 실린더 하나의 연소 행정은 상기 크랭크축이 약 180도 회전될 때마다 처리상태에 있다. 즉, 상기 연소 행정은 제 1(#1)과, 제 3(#3), 제 4(#4) 및, 제 2 실린더(#2)의 순서대로 반복적으로 처치가 이루어진다. 도 14 내지 도 17에서, 흰색 및 검은색 사이클은 린과 리치 엔진 작동을 각각 나타낸다. 도 14는 상기 비(RATIO)가 1로 되는 경우를 도시한다. 상기 경우에, 리치 작동은 하나의 실린더 즉, 예를 들면 제 1 실린더(#1)에서 실행되고, 린 작동은 하나의 실린더 즉, 제 3 실린더(#3)에서 실행된다. 그래서, 제 1 실린더(#1)에서의 리치 작동은 리치 작동 주기(TR)를 형성하고, 제 3 실린더(#3)에서의 린 작동은 린 작동 주기(TL)를 형성하며, 상기 2개의 실린더에서의 작동은 사이클을 형성한다. 다음의 사이클은 제 4 및 제 2 실린더(#4 및 #2)의 작동에 의하여 실행된다.
상술된 바와 같이, 도 1에 도시된 엔진에서, 상기 연소 행정은 크랭크 축이 180도 회전될 때 마다 처리상태에 있고, 그래서 실린더의 배기가스 행정 주기는 서로 다르며 즉, 서로 중첩되지 않는다. 결과적으로, RATIO=1인 경우에, 상기 배기가스 공기-연료비가 리치한 제 1 실린더(#1)로 부터 배출되는 배기가스는 상기 TW 촉매(8a)내로 흐르게 되고, 그다음 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 제 3 실린더(#3)로 부터 배출되는 배기가스는 TW 촉매(8a)내로 흐르게 되고, 이와 같은 방법으로, 실린더로 부터의 배기가스는 교대로 상기 TW 촉매(8a)내로 흐르게 된다. 따라서, 배기가스 공기-연료비가 리치하고 린하게 되는 배기가스 부분은 상기 TW 촉매(8a)내로 교대로 그리고 반복적으로 흐르게 된다. 본 발명은 배기가스 주기가 서로에 대하여 조금 중첩하는 경우에 적용될 수 있다.
도 15는 RATIO=2인 경우를 도시한다. 이경우에, 상기 리치 작동은 예를 들면 제 1 실린더(#1)에서 실행되고, 린 작동은 2개의 실린더 즉, 제 3 실린더 및 제 4 실린더(#3 및 #4)에서 실행된다. 그래서, 제 1 실린더(#1)에서의 리치 작동은 리치 작동 주기(TR)를 형성하고, 제 3 및 제 4 실린더(#3 및 #4)에서의 린 작동은 린 주기(TL)를 형성하며, 상기 3개의 실린더에서의 작동은 사이클을 형성한다. 다음의 사이클은 제 2, 제 1 및 제 3 실린더(#2, #1, #3)의 작동에 의하여 형성된다.
도 16은 RATIO=3인 경우를 도시한다. 이경우에, 리치 작동은 예를 들면, 제 1 실린더(#1)에서 실행되고, 린 작동은 3개의 실린더, 즉 제 3, 제 4, 제 2 실린더(#3, #4, #2)에서 실행된다. 그래서, 상기 제 1 실린더(#1)에서 리치 작동은 리치 작동 주기(TR)를 형성하고, 상기 제 3, 제 4, 제 2 (#3, #4, #2) 실린더에서의 린 작동은 린 작동주기(TL)를 형성하며, 상기 4개의 실린더에서의 작동은 사이클을 형성한다. 다음의 사이클은 제 1, 제 3, 제 4 실린더(#1, #3, #4)의 작동에 의하여 형성된다.
도 17은 RATIO=4인 경우를 도시한다. 상기 경우에, 리치 작동은 예를 들면, 제 1 실린더(#1)에서 실행되고, 린 작동은 4개의 실린더 즉, 제 3, 제 4, 제 2 및 제 1 실린더(#3, #4, #2 및, #1)에서 실행된다. 그래서, 제 1 실린더(#1)에서의 리치 작동은 리치 작동 주기(TR)를 형성하고, 제 3, 제 4, 제 2 및, 제 1 실린더(#3, #4, #2, #1)에서의 린 작동은 린 작동 주기(TL)를 형성하며, 5개 실린더의 작동은 사이클을 형성한다. 다음의 사이클은 제 3, 제 4, 제 2, 제 1 및, 제 3 실린더(#3, #4, #2, #1, #3)의 작동에 의하여 형성된다.
상기 RATIO가 도 17에 도시된 실시예에서 엔진 실린더의 전체 수와 동일하거나 더 크게될 때, 모든 실린더는 하나의 린 작동 주기에서 린 엔진 작동을 실행한다. 이러한 점은 보다 긴 린 작동 주기(TL)를 보장하고, 그래서 연료 소비율을 환원시킨다.
상기 실린더 수의 RATIO를 상기 방법으로 린과 리치의 작동주기(TL 및 TR)로 세트할 때, 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NH3의 양과 NOx의 양은 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 점은 NOx와 NO3가 상기 NH3-AO 촉매(10a)를 통과하는 것을 방지하고, 상기 배기가스를 충분하게 정화시킨다.
상기 리치 작동을 실행하는 실린더는 RATIO를 세트할 때 고정되지 않고, 그래서 상기 린과 리치 작동 주기(TL 및 TR)를 세트하게 된다. 또한, 예를 들면 상기 RATIO가 2 또는 4로 될 때, 리치 작동을 실행하는 실린더는 모든 사이클에서 변하게 된다. 그래서, 엔진 몸체(1) 또는 배기 매니폴드(7)는 열변형으로 부터 부가로 방지되고, 특정 실린더에서의 침착은 부가로 방지된다.
상기 RATIO가 예를 들면, 도 14 또는 도 16에 도시된 바와 같이 1 또는 3으로 될 때 리치 작동을 실행하는 실린더는 고정된다. 즉, 단지 제 1 및 제 3 실린더(#1 및 #3)는 도 14에 도시된 실시예에서 리치 작동을 실행하고, 단지 제 1 실린더(#1)는 도 16에 도시된 실시예에서 리치 작동을 실행한다. 그러나, 상기 RATIO가 엔진 작동 상태에서 변화로 인하여 변하게 된다면, 리치 작동을 실행하는 실린더는 변하게 된다. 즉, 상기 리치 작동을 실행하는 실린더는 상기 RATIO가 변하게 될 때마다 변하고, 그래서 실린더는 불필요하게 고정되지 않는다. 상기 RATIO가 안정된 엔진 작동 상태로 인하여 긴 주기동안에 동일하게 유지되고 그래서 특정 실린더가 소정의 주기동안에 리치 작동을 실행한다면, 리치 작동을 실행하는 실린더는 상기 RATIO를 유지하면서 서로에 대하여 뱐할수 있다. 즉, 도 16에 도시된 실시예에서, 제 1 실린더(#1)가 소정의 주기동안에 리치 동작을 실행한다면, 제 3 실린더(#3)는 리치 작동을 실행하면서, 제 1 실린더는 예를 들면, RATIO를 유지하기 위하여 린 작동을 실행하게 된다. 또한, 상기 RATIO는 일시적으로 2 또는 4로 변할 수 있고, 그래서 상기 리치 작동을 실행하는 실린더를 변화시킨다.
상기 린과 리치 작동이 상기 비(RATIO)에 따라서 실행될 때, 각각의 실린더는 이것은 린 작동 또는 리치 작동을 실행하는지가 판단되도록 요구된다. 다음은, 상기 실린더가 린과 리치 작동을 실행하는지를 판단하기 위한 방법이 설명된다.
상기 실시예에서, 5비트의 데이터(DRATIO)의 DRICH는 실린더 수의 비(RATIO)를 나타내고, 마지막 5개의 실린더에서의 엔진 작동을 나타내는 5비트의 히스토리 데이터(DHISTORY)는 연소 행정이 처리되는 될 때마다 계산되고, 린 작동 또는 리치 작동은 DRICH를 기초로 하여 실행될 때마다 판정된다. 상기 데이터(DRATIO)는 도 18에 도시된 바와 같이, RATIO=1인 경우 "1"이고, RATIO=2인 경우 "11"이며, RATIO=3인 경우 "111"이며, RATIO=4인 경우 "1111"이고, 도 18에 도시된 맵과 같은 맵형태로 롬(22)에 저장된다.
DHISTORY의 24에서의 비트는 이전의 4번 실행되는 엔진 작동을 나타내고, 23에서의 비트는 이전의 4번 실행되는 엔진 작동을 나타내며, 22에서의 비트는 이전에 3번 실행된 엔진 작동을 나타내고, 21에서의 비트는 이전의 2번 실행된 엔진 작동을 나타내며, 상기 20에서의 비트는 마지막 엔진 작동을 나타낸다. 각각의 실린더에서, 각각의 비트는 린 작동이 실행될 때 0으로 되며, 리치 작동이 실행될 때 1으로 된다. 그래서, 예를 들면, DHISTORY="10010"는 리치, 린, 린, 리치를 나타내고, 사기 린 작동은 교대로 실행된다.
DRATIO 와 DHISTORY의 곱은 각각의 실린더용 상기 연료 분사 시간(TAU)이 계산될 때 계산된다. 상기 실린더는 DRICH가 "0"일 때 리치 작동을 실행하고, DRICH가 다른 것일 때 린 작동을 실행한다. 다음으로, DRICH의 에는 도 15와 마찬가지로 도 19를 참고로 하여 설명될 것이다.
도 19는 RATIO = 2인 경우에 DRICH를 도시한다. 도 19에 도시된 실시예에서, 제 2 실린더(#2)를 위하여, DHISTORY는 "10010"이고, DRATIO는 "11"이며, 그래서 DRICH는 "10"이다. 결과적으로, 상기 제 2 실린더(#2)는 린 작동을 실행한다. 즉, 제 2 실린더(#2)는 린 작동을 실행한다. 즉, 제 2 실린더(#2)용의 목표 공기-연료 비((A/F)T)는 린 공기-연료비((A/F)L)로 이루어진다. 다음의 제 1 실린더(#1)를 위하여, DHISTORY는 "100"이며, DRATIO는 "11"이며, 그래서 DRICH는 "0"이다. 결과적으로, 상기 제 1 실린더(#1)는 리치 작동을 실행한다. 즉, 제 1 실린더(#1)용의 목표 공기-연료비((A/F)T)는 리치 공기-연료비((A/F)R)으로 된다. 다음의 제 3 실린더(#3)는 DRICH가 "1"이기 때문에 린 작동을 실행하고, 다음의 제 4 실린더(#4)는 DRICH가 "10"이기 때문에 린 작동을 실행하며, 다음의 제 2 실린더(#2)는 DRICH가 "0"이기 때문에 리치 작동을 실행한다.
도 20은 상술된 실시예를 실행하기 위한 루틴을 도시한다. 이러한 루틴은 모든 소정의 크랭크 각을 인터럽트함으로써 실행된다.
도 20에서, 먼저, 단계 70에서, 실린더의 어느 하나의 연료 분사 타이밍인지 아닌지가 판단된다. 연료 분사 타이밍이 아닌 것으로 판단되면, 처리 사이클은 종료된다. 연료 분사 타이밍으로 판단되며, 상기 루틴은 단계 71으로 진행하고, 여기에서 실린더 수 비(RATIO)는 도 13에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 72단계에서, DRATIO는 도 71에 얻어진 비(RATIO)를 기초로 하여 도 18에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 73에서, DRICH는 DRATIO와 DHISTORY의 제안으로써 계산된다. 다음의 단계 74에서, DHISTORY는 상기 처리 사이클에서 DRICH를 기초로 하여 다시 새롭게 된다. 다음의 단계 75에서, DRICH가 "0"인지 아닌지가 판단된다. DRICH = "0"이라면, 상기 루틴은 단계 76으로 진행하고, 여기에서 FRICH는 1로 된다. FRICH가 도 10에 도시된 루틴에서 도시된 것과 동일하고, 도 11에 도시된 루틴으로 부터 알 수 있는 바와 같이, FRICH가 1로 될 때, 상기 리치 엔진 작동이 실행된다. 그다음, 상기 처리 사이클은 종료된다.
만약 단계 75에서 DRICH ≠ "0"이라면, 루틴은 단계 77로 진행하고, 여기에서 FRICH는 0으로 된다. FRICH가 0으로 될 때, 린 작동이 실행된다. 그다음, 처리 사이클이 종료된다.
상기 실시예에서, 하나의 리치 작동 주기에서 리치 엔진 작동을 실행하는 실린더의 수는 1로 된다. 결과적으로, 하나의 리치 작동 주기동안에 NH3-AO 촉매내로 유입되는 상기 NH3의 양은 보다 작게 된다. 그러므로, 크기는 물론 NH3-AO 촉매(10a)의 부피는 매우 작게 될 수 있다.
하나의 사이클에서, 다수의 실린더는 리치 작동을 실행할 수 있다. 도 21은 하나의 사이클에서 리치 작동을 실행하는 실린더의 수는 3으로 되는 예를 도시하고, 여기에서 제 1, 제 3, 제 4 실린더(#1, #3 및, #4)가 차례로 리치 작동을 실행한다. 그다음, 만약 비(RATIO)가 2이라면, 다음의 6개의 실린더가 린 작동을 실행한다. 다음의 사이클에서, 제 3, 제 4 및, 제 2 실린더(#3, #4, #2)는 리치 작동을 실행한다. 상기 경우에, 리치 작동을 실행하는 실린더는 마지막 사이클에서의 것과 완전하게 동일하게 된다. 즉, 상기 리치 작동을 실행하는 실린더는 모든 사이클에서 변하게 된다. 결과적으로, 도 21에서 도시된 실시예에서, 예를 들면 엔진 몸체는 열변형으로 방지되고, 특정 실린더위에서의 매우 큰 양의 침착이 또한 방지된다.
상술된 실시예에서, 실린더 수의 비(RATIO)는 엔진 하중(Q/N)과 엔진속도(N)의 함수로써 세트된다. 또한, 상기 비(RATIO)는 도 22에 도시된 바와 같이, 흡입 공기량(Q)의 함수로써 세트될 수 있다. 상기 경우에, 상기 비(RATIO)는 Q가 작게 될 때 흡입 공기량(Q)가 크게됨에 따라서 크게되고, 도 22에 도시된 바와 같이, Q가 크게될 때 Q가 크게됨에 따라서 작게된다.
다음은, 린 공기-연료비(A/F)를 세트하기 위한 다른 방법이 설명된다.
상기 엔진의 공기-연료비가 린 공기-연료비((A/F)L)로 되는 린 작동 동안에, 엔진의 적절한 출력 토크를 보장하는 것은 어렵고, 상기 목표 공기-연료비((A/F)L)가 간단하게 린으로 된다면, 실질적인 출력 토크는 엔진 작동 상태에 따라서 결정되는 요구된 출력 토크로 부터 빗나가게 된다. 상기 실시예에서, 이러한 점을 해결하기 위하여, 실질적인 출력 토크를 린 작동에서 요구되는 토크와 동일학 만드는 린 공기-연료비((A/F)L)은 저장되고, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 린 작동에서 린 공기-연료비((A/F)L)로 세트된다.
도 23은 상기 실질적인 토크를 요구되는 출력 토크와 동일하게 만드는 린 공기-연료비((A/F)L)를 도시한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 실험에 의해서 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)의 함수로써 얻어진다. 일정한 엔진 속도(N)에서, 엔진 하중(Q/N)이 낮게 될 때 엔진 하중(Q/N)이 높게 됨에 따라서, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 크게되고, 엔진 하중(Q/N)이 높게 될 때 엔진 하중(Q/N)이 높게 됨에 따라서, 상기 린 공기-연료비는 작게된다. 또한, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 도 23에 도시된 맵 형태로 롬(22)에 저장된다. 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 도 11에 도시된 루틴의 단계 66에서, 도 23에 도시된 맵을 사용하여 계산될 수 있다.
다음은, 리치 공기-연료비((A/F)R)를 세트하기 위한 다른 방법이 설명된다.
상술된 바와 같이, 보다 짧은 리치 작동 주기는 보다 낮은 연료 소비율을 위하여 바람직하다. 즉, 엔진의 작동 상태에 따라서 리치 공기-연료비((A/F)R)를 변화시키는 것이 바람직하고, 그러므로 리치 작동주기에서 합성된 NH3의 양을 보다 크게 한다. 그러나, 상기 엔진의 공기-연료비가 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터 리치 공기-연료비((A/F)R)까지 변할 때, 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NH3의 양이 갑자기 증가한다면, 상기 NH3는 흡수되지 않고 NH3-AO 촉매(10a)로 부터 방출될 수 있다. 그러므로, 상기 실시예에서, 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 흐르는 NH3의 양을 리치 작동에서 연료 소비율을 환원시키고 배기가스의 양호한 정화를 하는데 적절하게 만드는 리치 공기-연료비((A/F)R)가 저장되고, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 리치 작동에서 리치 공기-연료비((A/F)R)과 동일하게 된다.
도 24는 리치 작동에서 상기 NH3-AO 촉매(10a0내로 유입되는 NH3의 양을 연료 소비율을 환원시키고 배기가스의 양호한 정화에 적절하게 만드는 리치 공기-연료비((A/F)R)를 도시한다. 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)는 실험에 의하여 흡입 공기량(Q)의 함수로써 저장된다. Q〈Q1 일 때, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)가 14.4로 되고, Q1〈Q〈Q2 될 때 상기 흡입 공기량(Q)는 보다 크게 됨에 따라서 작게되고, Q2〈Q로 될 때 12.5로 되며, 여기에서 Q1과 Q2는 소정의 값이다. 흡입 공기량(Q)이 보다 크게되고, 그래서 연소 온도가 보다 크게 될 때, 상기 엔진으로 부터 방출되는 NOx의 양은 갑자기 크게되고, 그래서 NH3-AO 촉매(10a)내로 유입되는 NH3의 양은 갑자기 크게된다. 그러므로, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)이 보다 크게되어 상기 연소 온도가 하강될 때, NO3는 상기 NH3-AO촉매(10a0내로 과도하게 유입되는 것이 방지된다. 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)이 도 24에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다. 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)는 도 11에 도시된 루틴의 단계 63에서, 도 24에 도시된 맵을 사용하여 계산될 수 있다.
다음, 리치 공기-연료비((A/F)R)를 세트하기 위한 부가의 실시예가 도 25a 및 도 25b를 참고로 하여 설명된다.
상술된 바와 같이, 도 1에 도시된 엔진은 린 작동을 실행하고, 리치 작동을 일시적으로 실행한다. 그래서, 상기 엔진은 기본적인 엔진 작동으로 있는 린 작동용으로 적합한 리치 작동을 실행한다. 다시 말하면, NH3의 양을 합성하기 위하여 엔진은 리치 작동을 실행하여 린 작동에서 상기 NH3-AO 촉매(10a)내로 유입되는 NOx를 정화하는데 적합하도록 동일하게 된다. 그러므로, 상기 실시예에서, 마지막 린 작동용으로 적합한 리치 작동을 만드는 목표 공기-연료비((A/F)T)에서 변화값(DROP)는 저장되고, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)는 도 25a에 도시된 바와 같이, 마지막 린 작동에서 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터 상기 변화값(DROP)를 추출함으로써 계산된다. 상기 변화값(DROP)은 엔진의 작동 상태에 따라서 변하고, 그래서 엔진 하중과 같이 리치 작동이 시작되기 바로 전의 엔진의 작동 상태에 따라서 세트된다. 이러한 결과는 린 공기-연료비((A/F)L)와는 관계없이 배기가스를 충분하게 정화시킨다.
도 25b는 실험에 의하여 얻어진 변화값(DROP)을 도시한다. 도 25b에 도시된 바와같이, 상기 변화값(DROP)는 엔진 하중(Q/N)이 보다 크게 됨에 따라서 작게되고, 도 25b에 도시된 맵형태로 롬(22)에 저장된다. 도 11에 도시된 루틴의 단계 63에서, 먼저 상기 변화값(DROP)은 도 25b에 도시된 맵을 사용하여 계산될 수 있고, 그다음 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)는 단계 66에서 계산된 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터 DROP를 추출함으로써 계산될 수 있다.
또한, 상기 리치 공기-연료비((A/F)R)은 표준값이 될 수 있고, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)는 리치 공기-연료비((A/F)R)에 대하여 변화값을 부가함으로써 계산될 수 있으므로, 마지막 리치 작동에 적합한 린 작동을 만든다.
다음, 각 실린더용의 목표 공기-연료비((A/F)T)를 제어하기 위한 다른 실시예가 도 26 내지 도 30를 참고로 하여 설명된다.
상술된 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더의 목표 공기-연료비((A/F)T)는, 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기 공기-연료비를 교대로 그리고 반복적으로 린하고 리치하게 만들기 위하여, 상기 린과 리치 공기-연료비((A/F)L 및 (A/F)R)를 교대로 그리고 반복적으로 린과 리치로 된다. 또한, 상술된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비는 상기 단계의 형태로 변하게 된다. 그러나, 목표 공기-연료비가 상기 단계로 형태로 변하게 된다면, 바람직하지 못한 엔진의 출력 토크에서 과감한 변화가 발생할 수 있고, 구동성은 악화될 수 있다. 그래서, 도 26에 도시된 상기 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 소정의 변화비(SLOPEL)를 가지고, 25.0과 같은 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터, 13.8과 같은 리치 공기-연료비((A/F)R)까지 보다 작게 된다. 상기 비(SLOPER 및 SLOPEL)는 각각 엔진 작동상태에 따라서 세트된다. 본 발명은 출력 토크에서 극적인 변화를 발생시키고, 양호한 구동성을 보장한다.
도 27에 도시된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 또한, 변화비(SLOPER)에 따라서 점자 작게 되고, 변화비(SLOPEL)에 따라서 점차 크게된다. 이러한 점은 양호한 구동성을 보장한다. 또한, 상기 실시예에서, 목표 공기-연료비((A/F)T)가 린 공기-연료 비((A/F)L)에 도달한 후에, 목표 공기-연료비((A/F)T)는 소정의 주기동안에 린 공기-연료비((A/F)L)에서 일정하게 유지되고, 그다음 리치 공기-연료비((A/F)R)로 향하여 상기 비(SLOPER)에 따라서 보다 작게 된다. 결과적으로, 상기 린 작동 주기(TL)은 도 26에 도시된 실시예에서의 작동주기보다 더 길게되고, 상기 연료 소비율은 보다 작게 된다. 또한, 단위 시간당 린과 리치 공기-연료비사이의 목표 공기-연료비((A/F)T)의 변화 동작은 보다 작게 되고, 따라서 구동성은 보다 향상된다.
상술된 바와 같이, 상기 TW 촉매(8a)는 리치 작동에서 NOx를 정화하기 위하여 NH3를 합성한다. 그러나, 목표 공기-연료비((A/F)T)가 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터 리치 공기-연료비((A/F)R)까지 점차적으로 작게 된다면, 상기 TW 촉매(8a)에서 합성되는 NH3의 양은 빠르게 증가될 수 없거나, 또는 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 촉매(10a)내로 유입되는 NOx에 초과되는 NH3를 흡수할 수 있다. 그래서, 도 28에 도시된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 단계의 형태로 상기 린 공기-연료비로 부터 리치 공기-연료비로 빠르게 변화됨으로써, NH3와 NHX가 정화되지 않고 방출되는 것이 방지된다. 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 리치 공기-연료비로 부터 린 공기-연료비로 비(SLOPEL)로 점차적으로 변하게 됨으로써, 출력 토크의 바람직하지 못한 파동을 억제한다.
도 29에 도시된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 비(SLOPER)에 따라서 점차적으로 작게 되고, 예를 들면 도 26에 도시된 바와 같이 상기 비(SLOPEL)로 점차적으로 크게 된다. 그러나, 상기 실시예에서, 절대값(SLOPER)은 SLOPEL의 절대값보다 작게 되고, 그래서 출력 토크의 파동은 억제되며, NOx를 억제하기 위하여 상기 NH3가 작게되는 것을 방지한다.
또한, 도 29에 도시된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 린 공기-연료비((A/F)L)와 동일하게 이루어진 후에, 소정의 주기동안에 린 공기-연료비((A/F)L)에서 일정하게 유지되고, 그다음 리치 공기-연료비((A/F)R)를 향하여 보다 작게 된다. 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 리치 공기-연료비((A/F)R)와 동일하게 된 후에, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 소정의 주기동안에 리치 공기-연료비((A/F)R)에서 일정하게 유지되고, 그다음 린 공기-연료비((A/F)L)를 향하여 보다 크게된다. 결과적으로, 단위 시간당 린과 리치 공기-연료비((A/F)T)의 변화 작동은 보다 작게되고, 그래서 구동성은 부가로 향상된다.
도 26 내지 도 29에 도시된 실시예에서, 상기 변화비(SLOPEL, SLOPER)은 엔진 작동 상태에 관계없이 일정하게 세트되고, 상기 비(SLOPEL, SLOPER)는 엔진 작동 상태에 따라서 세트된다. 도 30은 상기 비(SLOPEL, SLOPER)과, 엔진 하중(Q/N)사이의 관계를 도시한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 각각의 비(SLOPEL, SLOPER)은 엔진 하중(Q/N)이 크게됨에 따라서 작게된다. 상기 비(SLOPEL, SLOPER)는 도 30에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
또한, 도 26 내지 도 29에 도시된 실시예에서, 상기 변화비(SLOPEL,SLOPER)는 린과 리치 공기-연료비사이의 목표 공기-연료비((A/F)T)의 하나의 변화공정을 통하여 일정하게 유지된다. 또한, 상기 변화비(SLOPEL 및 SLOPER)는 예를 들면, 작동상태에 따라서, 목표 공기-연료비((A/F)T)의 하나의 변화 공정에서 변할수 있다. 한편, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 상술된 실시예와 같이 변할 때, 각 실린더의 점화 타이밍은 목표 공기-연료비((A/F)T)에서 변하게 된다. 즉, 예를 들면, 도 26에 도시된 실시예에서, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 점차적으로 작게 될 때, 점화 타이밍(IT)은 변화비(SR)에 따라 점차적으로 지연되고, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)가 점차적으로 크게될 때 변화비(SL)에 따라 점차적으로 전진하게 된다. 비(SL 및 SR)는상기 비(SLOPEL 및 SLOPER)에 대응된다. 이것은 출력 토크에서 바람직하지 못한 동요를 보다 효과적으로 억제한다. 상기 비(SL 및 SR)는 일정하게 유지될 수 있거나, 엔진의 작동 상태에 따라서 변할 수 있다.
도 31은 도 26에 도시된 실시예에서 점화 타이밍을 제어하기 위한 루틴을 도시한다. 상기 루틴은 모든 소정의 크랭크각을 인트럽트함으로써 실행된다.
도 31에서, 먼저, 단계 170에서, 도 10에 도시된 루틴에서는 0 또는 1로 되는 FRICH가 1로 되는지가 판단된다. FRICH=0이라면, 즉, 엔진이 린 작동을 실행한다면, 상기 루틴은 단계 171로 진행하고, 여기에서 점화 타이밍(IT)은 SL에 의하여 향상 즉, 전진하게 된다. 다음의 단계172에서, ITL은 예를 들면 엔진의 작동 상태에 따라서 계산된다. 다음의 단계 173에서, 점화 타이밍(IT)이 ITL보다 더 큰지가 판단된다. IT〉ITL이라면, 상기 루틴은 단계 174로 진행하고, 여기에서 점화 타이밍(IT)은 ITL로 제한된다. 그다음, 처리 사이클은 종료된다.
단계 170에서 FRICH=1이라면, 즉 엔진이 리치 작동을 실행한다면, 상기 루틴은 단계 175로 진행하고, 여기에서 점화 타이밍(IT)은 SR에 의하여 환원 즉, SR에 의하여 지연된다. 다음의 단계176에서, ITR은 예를 들면 엔진 작동 상태에 따라서 계산된다. 다음의 단계177에서, 상기 점화 타이밍(IT)가 ITR보다 작게되는지가 판단된다. 만약 IT〈ITR이라면, 상기 루틴은 단계 178로 진행하고, 여기에서 점화 타이밍(IT)은 ITR에 제한된다. 그다음, 상기 처리 사이클은 종료된다.
도 32는 본 발명에 따른 엔진의 다른 실시예를 도시한다. 도 32에서, 도 1의 것과 동일한 구성 요소가 동일한 도면부호 지시되어 있다. 상기 엔진은 도 1에 도시된 것과 동일한 전자 제어 유닛을 구비하지만, 도 32에는 도시되어 있지 않다.
도 32에서, 엔진 몸체(1)는 크랭크 축(도시않음)의 한 쪽에 정렬된 제 1 뱅크(1a)와, 크랭크 축의 다른 쪽에 정렬된 제 2 뱅크(1b)를 구비한다. 제 1 뱅크는 직선으로 정렬된 제 1, 제 3, 제 5 및 제 7 실린더(#1, #3, #5, #7)를 포함하고, 제 2 뱅크(1b)는 직선으로 정렬된 제 2, 제 4, 제 6, 제 8 실린더(#2, #4, #6, #8)를 포함한다. 상기 제 1 뱅크(1a)의 실린더는 공통의 배기 매니폴드(7a)에 연결되고, 제 2 뱅크(1b)의 실린더는 공통의 배기 매니폴드(7b)에 연결된다. 상기 배기 매니폴드(7a 및 7b)는 대응되는 배기 파이프(80a, 80b)를 거쳐서 상기 공통의 TW 촉매(8a)에 연결된다. 상기 상류측 공기-연료비 센서(29a)는 상기 실시예에서, 상기 배기 매니폴드(80a 및 80b)에 만나는 부분의 하류측 배기통로에 정렬된다. 또한, 상기 상류측 센서(29a)는 한쌍의 센서를 포함할 수 있고, 이중의 하나는 매니폴드(7a)에 정렬되고, 다른 것은 매니폴드(7b)에 연결된다.
또한, 상기 엔진은 린 및 리치 엔진 작동을 교대로 그리고 반복적으로 수행함으로써, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 도 5에 도시된 바와 같이 만든다. 즉, 엔진은 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들고, 그래서 NH3를 합성하고 상기 NH3-AO 촉매(10a)내에 흡수되며, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만들고, 그래서 NH3를 제거하고, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 제거된 NH3에 의하여 NHX를 환원시킨다.
상기 엔진에서, 린과 리치 작동 주기는 도 13 내지 도 21를 참고로 하여 설명된 바와 같이, 실린더의 수 비(RATIO)를 기초로 하여 세트될 수 있다. 상기 경우에, 상기 비(RATIO)는 1 내지 7로 선택된다. 도 32에 도시된 바와 같이, 8이상의 실린더를 가진 다중 실린더 엔진에서, 상기 비(RATIO)는 5,6,7과 같이 보다 크게 설정될 수 있고, 그래서 연료 소비율은 도 1에 도시된 엔진에서의 것보다 더 낮게 된다.
도 32에 도시된 엔진에서, 크랭크 축이 약 90도로 회전될 때마다, 상기 배기 행정은 제 1, 제 8 및, 제 4, 제 3, 제 6, 제 5, 제 7 및, 제 7 실린더의 순서로 진행된다. 상기 경우에, 어떤 실린더의 배기 행정 주기의 시작은 선행된 실린더의 배기행정 주기의 끝에 중첩되고, 어떠한 실린더의 배기행정 주기의 끝은 다음의 실린더의 배기행정 주기의 시작에 중첩된다. 그러나, 상기 엔진이 린과 리치 동작을 교대로 그리고 반복적으로 수행할 때, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 린 및 리치로 교대로 그리고 반복적으로 이루어진다. 그래서, 상기 배기행정 주기가 다른 실린더의 배기행정 주기와 중첩될지라도, 배기가스는 충분히 정화될 수 있다. 이러한 배기가스 정화 장치의 다른 구성과, 이것의 작동은 도 1에 도시된 엔진의 것과 동일하고, 그래서 그 설명은 생략된다.
다음, 도 32에 도시된 엔진의 다른 실시예가 설명된다.
상기 실시예에서, 엔진(1)은 4개의 실린더 그룹을 구비하는데, 제 1 그룹은 제 1 및 제 2 실린더를 구비하고, 제 2 그룹은 제 3 실린더 및 제 4 실린더를 구비하며, 제 3 그룹은 제 5 실린더 및 제 6 실린더를 구비하고, 제 4 그룹은 제 7 및 제 8 실린더를 구비한다. 상기 동일한 실린더 그룹에서 실린더의 배기행정 주기는 서로에 대하여 거의 동일하지만, 상기 그룹의 배기행정 주기는 서로 다르게 된다. 즉, 배기행정은 제 1, 제 3, 제4, 제 7 실린더 그룹의 순서대로 상기 크랭크 축이 약 90도로 회전될 때 마다 진행중에 있다.
상기 엔진은 또한 린 및 리치 엔진 작동을 교대로 그리고 반복적으로 실행함으로써, 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 도 5에 도시된 바와같이, 린과 리치를 교대로 그리고 반복적으로 만든다. 즉, 상기 엔진은 촉매(8a 및 10b)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 리치 작동을 실행하므로, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 NH3와 제거된 NH3를 합성시키고, 상기 촉매(8a 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만들고, 그래서 NH3를 제거하고 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 제거된 NH3에 의하여 NOx를 환원시킨다.
상기 엔진에서, 제 1 실린더 그룹으로 부터 배출된 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 예를 들면, 목표 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 만들기 위하여, 어떠한 방법도 제 1 및 제 2 실린더(#1 및 #2)의 엔진 공기-연료비로 세트하기 위하여 적용될 수 있다. 상기 실시예에서, 제 1 및 제 2 실린더(#1 및 #2)의 엔진 공기-연료비는 서로에 대하여 동일하게 세트되고, 목표 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 된다. 그러나, 중요한 점은 촉매(8a 및 10a)내로 흐르는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 목표 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 만드는 것과, 제 1 및 제 2 실린더의 엔진 공기-연료비를 목표 공기-연료비((A/F)T)와 동일하게 만드는 것이 필요하다는 것이다. 상술된 설명은 다른 실린더 그룹에 적용될 수 있고, 그래서 특별한 설명은 생략된다.
상기 엔진에서, 린 및 리치 작동 주기는 도 13 내지 도 21를 참고로 하여 설명한 바와 같이 상기 실린더 수의 비(RATIO)를 기초로 하여 세트될 수 있다. 상기 경우에, 상기 비(RATIO)는 하나의 사이클에서, 리치 작동을 실행하는 실린더 그룹의 수에 대하여 린 작동을 수행하는 실린더 그룹의 수의 비로 고려될 수 있다. 또한, 각각의 실린더 그룹은 단일 실린더를 구비할 수 있다. 배기가스 정화 장치와 이것의 작동의 다른 구성은 도 1에 도시된 엔진에서의 것과 동일하고, 그래서 이것의 설명은 생략된다.
다음, 도 33에 도시된 엔진의 다른 실시예가 설명된다. 도 33에서, 도 1에서와 같은 동일한 구성요소는 동일 도면부호 지시된다.
도 33에서, 배기가스 정화 촉매(10)는 상기 TW 촉매(8a)가 둘러싸여 있는 촉매 변환기(9)에 둘러싸여 있다. 특히, 상기 배기가스 정화 촉매(10)는 상기 TW 촉매(8a)를 운반하는 기판위에 운반되고, 도 33에 도시된 바와 같이, 상기 TW 촉매(8a)의 하류부에 일련으로 정렬된다. 또한, 상기 NH3정화 촉매(12)는 도 1에 도시된 엔진에서와 같이, 배기가스 정화 촉매(10)의 하류부에 정렬된다.
도 33에 도시된 엔진에서, 상기 배기가스 정화 촉매(10)는 NOx-OR 촉매로 단순하게 표현되는 NOx 흡장 및 환원 촉매(10b)로 구성된다. 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 칼륨(K)과, 나트륨(Na), 리듐(Ni)과, 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속과, 란탄(La) 및 이트륨(Y)과 같은 희귀 금속과, 철(Fe)과 동(Cu)과 같은 전이 금속 및, 캐리어로써 알루미나위에서 운반되는 팔라듐(Pa), 백금(Pt)과, 로듐(Rh)과 같은 귀금속으로 부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 NOx-OR 촉매(10B)는 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 NOx가 흡장되는 NOx 흡장 및 방출 작용을 실행하고, 상기 유입되는 배기가스의 산소 농도가 낮게 될 때 그곳으로 부터의 흡장된 NOx를 방출한다.
상기 NOx-OR 촉매(10b)가 엔진의 배기통로에 배치될 때, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 NOx 흡장 및 방출작용을 실질적으로 수행하지만, 상기 작용은 불명료하다. 그러나, 상기 작용은 도 34에 도시된 매카니즘에 따라서 수행되는 것으로 고려될 수 있다. 상기 매카니즘은 백금(Pt)과 바륨(Ba)이 캐리어위에서 운반되는 경우의 예로서 사용됨으로써 설명될 것지만, 다른 귀금속, 알카리 금속, 알카리 토류 금속, 또는 희금속이 사용될지라도 유사한 매카니즘이 얻어지게 된다.
즉, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, 즉, 유입되는 배기가스의 산소농도가 증가될 때, 상기 산소(O2)는 도 34a에 도시된 바와 같이, O2-또는 O2-의 형태로 백금(Pt)의 표면위에 침착되고, NO2(2NO ＋ O2→ 2NO2)으로 된다. 결과적으로, 발생된 NO2의 부분은 백금(Pt)에서 산화되고, 상기 NOx-OR 촉매(10b)으로 흡장된다. 산화 바륨(BaO)로써 결합될 때, 도 34에 도시된 바와같이, 질산 이온(NO3-)의 형태로 촉매(10b)에서 확산된다. 상기 방법에서, NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된다.
이와는 반대로, 상기 유입되는 배기가스의 산소농도는 보다 낮게 되고, NO2의 발생은 하게 되며, 반응은 역방향(NO3-→NO2)으로 진행되며, 그래서 상기 NOx-OR 촉매(10b0에서의 질산 이온(NO3-)은 도 34b에 도시된 바와 같이, 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 NO2의 형태로 방출된다. 즉, 상기 유입되는 배기가스에서의 산소 농도가 낮게될 때, 즉, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린에서 리치로 변할 때, NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 방출된다. 이와 동시에, NH3와 같은 환원제가 NOx-OR 촉매(10b)에 존재한다면, NOx는 상기 환원제에 의하여 환원되어 정화된다. 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때, 탄화수소(HC)와, 일산화 탄소(CO) 또는, 산소(H2)는 상기 TW-OR 촉매(8a)를 통과하여, NOx-OR 촉매(10b)내로 흐를수 있다. HC, CO 등은 NH3는 물론 환원제로 작용하고, 상기 NOx-OR 촉매(10b)의 NOx의 부분을 환원시킨다. 그러나, NH3의 환원능력은 HC, CO 등의 것보다는 높고, 그래서 NOx는 환원제로서 NH3를 사용함으로써 신뢰성있게 정화될 수 있다.
또한, 상기 엔진은 린과 리치 엔진 작동은 교대로 그리고 신뢰성있게 수행하고, 그래서 촉매(8a 및 10b)B내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 도 38b에 도시된 바와같이, 린과 리치를 교대로 그리고 반복적으로 만든다. 상기 촉매(8a 및 10b)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만드는 린 작동을 엔진을 수행할 때, 배기가스내의 NOx는 상기 TW 촉매(8a)를 통과하게 되고, 그다음 도 35b에 도시된 바와 같이, 상기 NOx-OR 촉매(10b)내로 흐르게 된다. 동시에, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 린하게 되고, 그래서 유입되는 배기가스의 NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된다.
한편, 촉매(8a 및 10b)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 리치 작동을 엔진을 수행할 때, NOx의 부분은 도 35a에 도시도니 바와같이, 상기 TW 촉매(8a)의 NH3로 전환된다. 동시에, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되고, 그래서 흡장된 NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 방출된다. 상기 방출된 NOx는 유입되는 배기가스에서 NH3에 의하여 환원되고, 그래서 정화된다. 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 유입되는 NH3양이 상기 방출된 NOx를 정화하는데 요구되는 양을 초과한다면, 상기 초과된 NH3는 촉매(12)를 정화하는 NH3내로 흐르고, 그기에서 정화된다. 이러한 점은 NH3가 주변공기로 방출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 린과 리치 공기-연료비((A/F)L 및 (A/F)R)는 상기 엔진에서 각각 25.0 과 13.8로 세트된다.
다음, 도 33에 도시된 엔진에서 린과 리치 작동주기를 제어하기 위한 방법이 설명된다.
도 1에 도시된 엔진에서와 같이, 상기 린작동 주기(TL)이 보다 길게 되는 것이 바람직하지만, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 린 작동이 보다 길게된다면 NOx와 포화될 것이다. 한편, 상기 리치 작동이 너무 짧게 된다면, 상기 목표 공기-연료비((A/F)T)는 린과 리치 공기-연료비사이에서 자주 변화되게 된다. 그래서, 상기 실시예에서, 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된 NOx의 양이 얻어지고, 상기 흡장된 NOx의 양은 린 작동에서 소정의 최대양을 초과할 때 리치 작동을 수행하고, 상기 흡장된 NOx의 양이 리치 작동에서 소정의 최소양아래에 있을 때 린 작동을 실행한다.
상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된 NOx를 직접 찾는 것은 어렵다. 그러므로, 상기 실시예에서, 상기 흡장된 NOx의 양은 상기 NOx-OR 촉매(10b)내로 흐르는 NOx의 양 즉, 상기 엔진으로 부터 배출되는 NOx양을 기초로 하여 평가된다. 즉, 단위 시간당 배출되는 NOx(Q(NOx))는 도 6에 도시된 맵을 사용하여 계산된다.
도 36a는 실험에 의하여 얻어지는 단위 시간당 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 방출되는 NOx의 양(D(NOx))을 도시한다. 도 36a에서, 실선은 NOx-OR 촉매(10b)의 온도가 높게 경우를 도시하고, 파선은 상기 NOx-OR 촉매(10b)의 온도가 낮게되는 경우를 도시한다. 또한, 도 36a에서, TIME는 리치 작동이 시작될 때 즉, 촉매(8a 및 10b)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린 공기-연료비((A/F)L)로 부터 리치 공기-연료비((A/F)R)로 변할 때로 부터의 시작되는 시간을 나타낸다. 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서의 NOx의 침착비는 촉매(10b)의 온도가 높게 됨에 따라서 높게 된다. 그래서, 상기 NOx-OR 촉매(10B)의 온도 즉, 촉매(10b)내로 유입되는 배기가스의 온도(TNC)가 높게될 때, 도 36a에서 실선으로 도시된 바와 같이, NOx의 큰 양은 짧은 시간에서 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 방출되고,TNC가 도 36a에서 파산으로 도시된 바와 같이, 작은 양의 NOx가 방출된다. 다시 말하면, 단위 시간당 방출되는 NOx의 양(D(NOx))은 상기 배기가스의 온도(TNC)가 높게 됨에 따라서 크게된다. 상기 방출된 NOx의 양(D(NOx))은 도 36b에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
상기 배기가스의 온도(TNC)는 배기통로에 정렬되는 온도센서를 사용함으로써 검출될 수 있고, TNC가 상기 실시예에서, 엔진 하중(Q/N)과 엔진 속도(N)를 기초로 하여 평가된다. 즉, TNC가 실험에 의하여 얻어지고, 도 37에 도시된 맵의 형태로 롬(22)에 저장된다.
다음, 도 33에 도시된 엔진용 작동주기를 제어하기 위한 방법은 도 38a 및 38b를 참고로 하여 보다 상세하게 설명된다. 도 38a에 도시된 루틴은 모든 소정의 크랭크 각을 언트럽트함으로써 실행된다.
도 38a에서, 먼저 단계80에서, FRICH가 1로 되는지가 판단된다. 상기 리치 작동이 실행될 때 FRICH는 1로 되고, 상기 린 작동이 실행될 때 0으로 된다. FRICH가 1로 된다면, 즉, 리치 작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 81로 진행하고, 여기에서 배기가스 온도(TNC)는 도 37에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 82에서, D(NOx)는 도 36b에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 83에서, NOx-OR촉매(10b)에서 흡장되는 NOx의 양(S(NOx))은 다음의 수학식 9를 사용하여 계산된다.
S(NOx) = S(NOx) - D(NOx)·DELTAd
여기에서, DELTAd는 마지막 처리 사이클로 부터 상기 처리 사이클까지의 시간 간극이다. 다음의 단계 84에서, 상기 흡장된 NOx(S(NOx))는 최소량(MIN(NOx)보다 작게 되는지 판단된다. 만약 S(NOx)≥MIN(NOx)이라면, 처리 사이클은 종료된다. 즉, 만약 S(NOx)≥MIN(NOx)이라면, 흡장된 NOx의 양(S(NOx))은 여전히 크게되고, 그래서 리치 작동이 연속적으로 된다.
만약 S(NOx)〈MIN(NOx)이라면, 상기 루틴은 단계 85로 진행하고, 여기에서 FRICH는 0으로 되며, 처리 사이클은 종료된다. 즉, S(NOx)〈MIN(NOx)이라면, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 그곳에서 흐르는 NH3를 위하여 충분한 NOx를 방출할 수 없는 것으로 판단되어, 그래서 상기 리치 작동은 정지되고 린 작동이 시작된다(도 38b에 도시된 시간 a,c,e,또는 g와 같이).
이와는 반대로, 단계 80에서 FRICH =0이라면, 즉, 상기 린작동이 실행된다면, 상기 루틴은 단계 86으로 진행하고, 여기에서 배출된 NOX의 양(Q(NOX))은 도 6b에 도시된 맵을 사용하여 계산된다. 다음의 단계 87에서, 상기 흡장된 NOX의 양(S(NOX))은 다음의 수학식 10를 사용하여 계산된다.
S(NOX) = S(NOX) + Q(NOX)·DELTAa
여기에서, DELTAa는 마지막 처리 사이클로 부터 현재의 처리 사이클까지의 시간 간격이다. 다음의 단계 88에서, 상기 흡장된 NOX의 양(S(NOX))은 촉매(10b)의 흡장 능력에 따라서 결정되는 최대량(MAX(NOX))보다 크게되는지가 판단된다. 만약 S(NOX)≤MAX(NOX)이라면, 상기 처리 사이클은 종료된다. 즉, 만약 S(NOX)≤MAX(NOX)이라면, 상기 흡장된 NOX의 양은 작게 판단되고, 그래서 린 작동은 연속적으로 실행된다.
S(NOX)〉MAX(NOX)이라면, 상기 루틴은 89로 진행하고, 여기에서 FRICH는 1로 되며, 그다음 처리 사이클은 종료된다. 즉, S(NOX)〉MAX(NOX)이라면, 흡장된 NOX의양은 상당히 크게되고, 상기 린 작동은 정지되며 리치 작동이 시작된다(도 38b에 도시된 b,d 또는 f의 시간에서와 같이).
또한, 상기 실시예에서, 상기 배기가스는 다수의 배기 통로를 제공하지 않고 충분히 정화될 수 있다. 따라서, 상기 배기통로의 구조는 작고 심플하게 유지된다. 배기 정화장치의 다른 구조와 이것의 작동은 도 1에 도시된 엔진과 동일하고, 그래서 이것의 설명은 생략된다.
다음, 부가의 실시예가 도 39를 참고로 하여 설명된다. 도 39에서, 도 1의 구성 요소와 동일한 것은 동일한 도면부호 지시된다.
도 39에서, 배기가스 정화 촉매(10)는 상기 NH3-AO 촉매(10a)와 상기 NOx-OR 촉매(10b)를 포함한다. 상기 NOx-OR촉매(10b)는 상기 TW 촉매(8a)에 공통적인 캐리어에서 운반되고, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 NOx-OR 촉매(10b)의 하류부에 있는 머플러(11)에 정렬된다. 또한, 상기 NH3정화 촉매(12)는 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 하류부에 정렬된다.
다시 상기 엔진에서, 상기 실린더의 목표 공기-연료비((A/F)T)는 린과 리치 공기-연료비((A/F)L 및 (A/F)R)를 교대로 반복적으로 동일하게 만드고, 그래서 상기 촉매(8a 및 10a 및 10b)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 를 교대로 그리고 반복적으로 린과 리치로 만든다. 상기 실시예에서, 배기가스의 정화는 상류측에 정렬된 NOx-OR 촉매(10b)에 의하여 주로 정화가 실행되고, 상기 NH3-AO 촉매는 보조적이다. 즉, 도 40b에 도시된 바와 같이, 상기 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, 엔진으로 방출되는 NOx는 상기 TW 촉매(8a)를 통과하고, 그다음 NOx-OR 촉매(10b)내로 유입된다. 동시에, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 린하게 되고, 그래서 NOx는 NOx-OR촉매(10b)에서 흡장된다. 상기 NOx가 NOx-OR 촉매(10b)를 흡장하지 않고 통과할지라도, 상기 NOx는 유입되는 NOx-AO 촉매(10a)에서 정화된다. 즉, 동시에, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 린하게 되고, 그래서 NH3는 그곳으로 부터 제거되며, 상기 NH3는 NOx를 환원시킨다. 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때, NH3는 상기 그곳내로 유입되는 NOx의 양에 관계없이 상기 NH3-A0 촉매(10a)로 부터 제거된다. 그러나, 과잉 NH3는 다음의 촉매(12)에서 정화된다. 따라서, NOx와 NH3가 주변으로 방출되는 것이 방지된다.
촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 도 40a에 도시된 바와 같이 리치하게 될 때, 엔진으로 부터 방출되는 NOx는 TW 촉매(8a)내로 흐르게되고, 이것의 부분은 NH3로 전환된다. 그다음, NH3는 상기 NOx-OR 촉매(10b)내로 흐르게 된다. 동시에, 상기 유입되는 배기갓의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되고, NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 방출된다. 상기 NOx는 유입되는 NOx에 의하여 환원되고 정화된다. 상기 NH3가 NOx를 환원시키지 않고 NOx-OR 촉매(10b)를 통과하고, 상기 NH3는 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 흡수된다. 또한, NH3가 흡수되지 않고 NH3-AO 촉매(10a)를 통과할지라도, 상기 NH3는 촉매(12)에서 정화된다. 따라서, NOx 와 NH3는 둘다 충분하게 정화된다.
상기 실시예에서, 린과 리치 작동 주기(TL 및 TR)는 도 33에 도시된 엔진에서와 같이, 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된 NOx의 양에 따라서 세트된다. 즉, 상기 흡장된 NOx의 양이 최대량을 초과할 때 린 작동은 정지되고 리치 작동이 시작되며, 상기 흡장된 NOx의 양이 최소량아래로 떨어질 때 리치 작동이 정지되고 리치 작동이 시작된다. 그러나, 상기 흡장된 NOx의 양이 최대 양을 초과하고 상기 촉매(10b)가 포화된다면, NOx는 촉매(10b)를 통과하고, 그다음 NH3-AO내로 유입되고 그래서, 그곳으로 부터 제거된 NH3에 의하여 환원된다. 따라서, 작동주기의 정확한 제어는 상기 NOx를 충분히 정화하기 위하여 불필요하다.
또한, 린과 리치 작동 주기(TL 및 TR)는 도 1에 도시된 엔진에서와 같이, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에 흡수된 NH3의 양에 따라서 세트될 수 있다. 또한, 상기 린과 리치 작동주기(TL 및 TR)는 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된 NOx의 양이 최대량을 초과할 때 린 작동이 정지되고 상기 리치 작동이 시작되며, 상기 NOx-AO 촉매(10a)의 제거된 NH3의 양이 최대량을 초과할 때 리치 작동이 정지되고 린 작동이 시작될 수 있는 방법으로 세트될 수 있다. 또한, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 제거된 NH3의 양이 린 작동시에 최소량아래로 떨어질 때 리치 작동이 시작될 수 있으며, 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장된 NOx의 양이 리치 작동중에 최소량아래로 떨어질 때 리치 작동이 시작할 수 있다. 또한, 상기 촉매(10a 및 10b)을 위하여 최소량을 비교적 크게 설정하는 것은, NH3가 상기 NH3-AO 촉매(10a)에 항상 흡수되고, NOx는 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 항상 흡장되는 결과를 발생시킨다. 그래서, 엔진의 일시적인 작동으로 인하여 상기 실질적인 엔진의 공기-연료비가 목표 공기-연료비((A/F)T)로 부터 빗나가게 될지라도, 상기 배기가스는 촉매(10a 및 10b)중의 적어도 하나에 의하여 충분히 정화된다. 따라서, 상기 배기가스는 엔진 작동의 상태에도 불구하고 정화된다.
상기 방법으로, 도 39에 도시된 엔진은 단일 배기통로를 가진 배기가스를 정화한다.
도 39에 도시된 실시예에서, 상기 촉매(10a 및 10b)의 내구성을 고려할 때, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 상류측에 정렬되고, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 하류측에 정렬된다. 또한, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 상류측에 정렬될 수 있으며, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 하류측에 정렬될 수 있다. 또한, 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 흡수된 NH3의 양에 따라서 상기 린과 리치 작동을 셋팅하는 것은 제어능력을 보다 쉽게 만든다. 또한, 상기 촉매(10a 및 10b)는 평행하게 정렬될 수 있다. 배기 정화 장치와 이것의 작동의 다른 구성은 도 1에 도시된 엔진과 같으므로, 이것의 설명은 생략된다.
도 41a 및 도 41b는 배기가스 정화 촉매(10)의 장치용의 다른 실시예를 도시한다.
도 41a 및 도 41b에서, 상기 NH3-AO 촉매(10a) 및 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 공통의 기판위에서 운반되는 반면에, 이들은 도 39에 도시된 실시예에서 각각의 기판위에서 운반된다. 즉, 도 41a에 도시된 실시예에서, 상기 촉매(10a 및 10b)는 서로에 대하여 적층되고 공통의 기판(110)위에서 운반된다. 도 41a에 도시된 바와 같이, 상기 NH3-AO 촉매(10a)를 포함하는 층은 먼저 벌집 구조를 가진 기판(110)의 표면위에 형성되고, 그다음 NOx-OR 촉매(10b)를 포함하는 층은 상기 NH3-AO 촉매(10a)위에 형성된다. 상술된 바와같이, 상기 NOx-OR 촉매(10b)의 내구 온도는 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 내구 온도보다 더 높다. 그러므로, 상기 NOx-OR 촉매(10)에 의하여 상기 NH3-AO 촉매(10b)를 피복하는 것은 상기 NH3-AO 촉매(10a)가 배기가스와 직접 접촉하는 것을 방지한다. 결과적으로, 상기 배가가스의 양호한 정화가 보장되면서, 상기 NH3-AO 촉매(10a)의 내구성을 보장한다.
한편, 도 41b에 도시된 실시예에서, 층(10c)은 기판(10)에서 운반된다. 상기 층은 혼합된 형태로 있는 촉매(10a 및 10b)를 포함한다. 상기 경우에, 예를 들면, 상기 NH3-AO 촉매(10a)는 이온 변화 방법에 의하여 금속을 운반하는 제오라이트를 포함하고, 상기 NOx-OR 촉매(10b)는 귀금속을 운반하는 알루미나와, 알카리 금속 또는 알카리 토류 금속 등을 포함한다. 이들 촉매(10a 및 10b)는 혼합되어, 그다음 기판(10)의 표면위에 적용된다.
상기 촉매(10a 및 10b)를 운반하는 방법은 배기가스 정화장치의 구조를 보다 간단하게 만든다.
다음, 다른 실시예가 도 43를 참고로 하여 설명된다. 도 42에서, 도 1의 것과 동일한 구성 요소는 동일한 도면부호로 지시된다. 도 42에서, 상기 배기가스 정화 촉매(10)는 NH3-AO 촉매(10a)와, NOx-OR 촉매(10b)를 포함하지만, 이들중의 하나는 생략될 수 있다.
도 42에는, 촉매(8a,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위한 리치 장치(120)가 제공된다. 상기 실시예에서, 상기 장치(120)는 크랭크 축이 상기 엔진(1)의 크랭크축과는 다른 보조 내연기관(120a)을 포함한다. 상기 보조 엔진(120a)에 대하여 가솔린과 같은 연료를 공급하기 위한 연료 분사기(125)가 상기 보조 엔진(120a)의 흡입 덕트(124)에 정렬된다. 상기 분사기(125)의 상류부에 있는 흡입 덕트(124)에서, 스로틀 밸브(126)가 또한 정렬된다. 한편, 보조 엔진(1)의 배기 파이프(127)는 TW 촉매(8a)가 둘러싸여 있는 촉매 변환기(9)에 배기 매니폴드(7)와 배기 파이프(127)를 연결하는 상호연결 파이프(129)에 연결된다. 그래서, 상기 촉매(8a,10b,10a,12)내로 차례로 흡입되는 배기가스는 엔진(1)으로 부터의 배기가스와, 보조 엔진(120a)으로 부터의 배기가스의 혼합물이다. 도 42에 도시된 보조 엔진(120a)은 단일 실린더를 구비하는 스파크 점화형 엔진으로서 구성되고, 상기 보조 엔진(120a)는 다중 실런더 또는 디이젤 엔진으로서 구성될 수 있다.
흡입 덕트(124)의 압력에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 압력 센서(137)가 흡입 덕트(124)에 장착된다. 상기 센서(137)의 출력 전압은 입력 포트(25)에 대한 AD 변환기(138)를 거쳐서 입력된다. 상기 보조 엔진(120a)의 흡입 공기량(AQ)은 상기 AD 변환기(138)로 부터의 출력 신호를 기초로 하여 상기 CPU(24)에서 계산된다. 또한, 상기 배기 매니폴드(7)의 집적 부분을 통과하는 배기가스의 배기가스 공기-연료비에 비례하는 출력 전압을 발생하는 상류측 공기-연료비 센서(29c)가 상기 배기 매니폴드(7)의 집적 부분에 장착된다. 상기 센서(29c)의 출력 전압은 입력 포트(25)에 대하여 AD 변환기(30c)를 경유하여 입력된다. 상기 공기-연료비 센서(29a)는 배기 매니폴드(7)와 배기 파이프(127)로 부터의 배기가스가 서로 만나야만 하는 접합점의 하류측에 있는 상호연결 파이프(129)에 장착된다. 그래서, 상기 센서(29a)는 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비에 비례하는 출력 전압을 발생시킨다. 또한, 예를 들면, 보조 엔진(120a)의 크랭크 축이 30도 회전할 때 마다, 출력 펄스를 발생하는 크랭크 각 센서(131)가 입력 포트(25)에 연결된다. 상기 CPU(24)는 펄스에 따라서 보조 엔진(120a)의 엔진 속도(AN)를 계산한다. 또한,촉매(8a 및 10b)의 온도를 나타내는 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 온도에 비례하는 출력 전압을 발생하는 온도 센서(140)가 상술한 바와 같이 접합점의 하류에 있는 상호 연결 파이프(129)에 정렬된다. 상기 출력 포트(26)는 대응하는 구동 회로(32)를 거쳐서 연료 분사기(125)에 연결된다.
상기 엔진(1)의 출력 토크는 예를 들면, 자동차를 구동하기 위하여 사용된다. 이와는 반대로, 상기 보조 엔진(120a)의 출력 토크는 절연된 밴(van)을 위한 냉각장치와, 콘크리트 혼합 트럭용 혼합기와, 버스용 공기 조절기 및, 엔진과 전기 모터에 의하여 구동되는 소위 혼성형 차량용 전기 모터를 위한 전력발생용 전기 발전기와 같은 보조 장치(132)를 구동하기 위하여 사용된다. 상기 보조 엔진(120a)의 스로틀 밸브(126)는 보조 엔진(120a)의 소정의 출력 토크에 따라서 제어된다. 또한, 상기 보조 장치(132)는 냉각수 펌프, 오일 펌프 및, 교류 발전기와 같은 엔진(1)의 보조 기계류가 될 수 있다.
상기 실시예에서, 기본적으로, 엔진(1)은 도 43a에서 파선으로 도시된 바와 같이, 25.0과 같은 린 공기-연료비((A/F)L)로 연속적으로 린 작동을 실행한다. 이러한 것은 연료 소비율을 부가로 환원시킨다. 상기 엔진(1)이 빠르게 가속될 때, 상기 엔진(1)은 엔진의 공기-연료비가 화학량론적인 공기-연료비와 동일하게 되는 화학량론적인 작동을 수행할 수 있고, 그래서 보다 큰 출력 토크를 보장한다.
한편, 상기 실시예에서, 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린과 리치를 교대로 그리고 반복적으로 이루어지며, 특히, 도 43a에서 실선으로 도시된 바와같이, 상기 린 공기-연료비((A/F)L)과 리치 공기-연료비((A/F)R)를 교대로 그리고 반복적으로 이루어진다.
촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만들기 위하여, 상기 보조 엔진(120a)는 린 작동을 실행한다. 특히, 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린 공기-연료비((A/F)L)로 동일하게 만들기 위하여, 보조 엔진(120a)로 부터의 배기가스의 배기가스 공기-연료비 즉, 보조 엔진(120a)의 엔진 공기-연료비는 상기 린 공기-연료비((A/F)AL)과 동일하게 된다. 상기 실시예에서, 엔진(1)으로 부터의 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 ((A/F)L)과 동일하게 되고, 그래서 상기 린 공기-연료비((A/F)AT)는 (A/F)L과 동일하게 된다. 다시 말하면, 상기 경우에, 상기 보조 엔진(120a)의 목표 공기-연료비((A/F)AT)는 도 43a에 도시된 바와같이 2점쇄선으로 (A/F)L로 된다.
상기 촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여, 상기 보조 엔진(120a)는 리치 작동을 실행한다. 특히, 촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 13.8과 같은 리치 공기-연료비((A/F)R)로 만들기 위하여, 상기 보조 엔진(120a)의 엔진 공기-연료비는 리치 공기-연료비((A/F)R)보다 더 작거나 더 리치한 리치 공기-연료비((A/F)AR)과 동일하게 된다. 다시 말하면, 상기 경우에, 보조 엔진(120a)의 목표 공기-연료비((A/F)AT)는 도 43a에서 2점쇄선으로 도시된 바와같이 (A/F)AR로 된다. 상기 방법에서, 보조 엔진(120a)은 린과 리치 작동을 교대로 그리고 반복적으로 실행하고, 상기 엔진(1)은 린 작동을 연속적으로 실행한다.
즉, 상기 촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 상기 보조 엔진(120a)이 도 43b에서 실선으로 도시된 바와같이 린 작동을 실행할 때 린하게 유지되며, 도 43b에서 파선으로 도시된 바와 같이 보조 엔진(120a)이 리치 작동을 실행할 때 리치로 변하게 된다.
상기 엔진(1)의 엔진 공기-연료비가 공기-연료비 센서(29c)로 부터 출력신호를 기초로 하여 린 공기-연료비(A/F)와 동일하게 된다. 상기 보조 엔진(120a)의 엔진 공기-연료비는 상기 공기-연료비 센서(29a)로 부터의 출력신호를 기초로 하는 린 공기-연료비((A/F)L) 및 리치 공기-연료비((A/F)R)과 동일하게 상기 촉매(8a,10b 및 10a)로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 만들기 위하여 제어된다.
상기 실시예에서, 촉매(8a, 10b, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린학 되는 동안의 주기인 린 작동 주기와, 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되는 주기인 리치 작동주기가 상기 NH3-AO 촉매(10a)에서 흡수되는 NH3의 양(S(NH3))과, 상기 NOx-OR 촉매(10b)에서 흡장되는 상기 NOx의 양(S(NOx))중의 적어도 하나에 따라서 제어된다. 즉, 상기 보조 엔진(120a)의 린과 리치 작동은 S(NH3)과 S(NOx)중의 적어도 하나에 따라서 제어된다. 즉, 예를 들면, 상기 보조 엔진(120a)의 엔진 작동이 흡수된 NH3의 양이 최대량을 초과할 때 린 작동으로 부터 린 작동으로 변하게 되고, 상기 흡수된 NH3의 양이 최소량이하로 떨어질 때 리치 작동으로 부터 린 작동으로 변하게 된다.
상기 흡장된 NOx의 양(S(NOx))은 상기 NOx-OR 촉매(10b)내로 유입되는 NOx의 양즉, 엔진(1 및 120a)으로 부터 배출되는 NOx의 양의 합을 기초로 하여 평가된다. 상기 흡수된 NH3의 양(S(NH3))은 엔진(1 및 120a)으로 부터 배출되는 NOx의 양과, 상기 NOx-OR 촉매(10b)로 부터 배출된 NOx의 양을 기초로 하여 평가되는 촉매(8a)내의 합성된 NH3의 양을 기초로 하여 평가된다. 촉매(8a 및 10b)의 온도를 나타내는 온도(TTC 및 TNC)는 센서(140)에 의하여 검출되고, 상기 촉매(10a)의 온도를 나타내는 온도(TAC)는 센서(140)으로 부터의 출력 신호를 기초로 하여 평가된다.
도 44는 엔진(1)용 연료 분사 시간(TAU)를 계산하기 위한 루틴을 도시한다. 도 44에서, 먼저 단계 180에서, 기본적인 연료 분사 시간(TB)는 다음의 수학식 11를 사용하여 계산된다.
TB = (Q/N)·K
다음의 단계 181에서, 피드백 교정 계수(FAF)는 센서(29c)로 부터의 출력신호를 기초로 하여 계산된다. 다음의 단계 182에서, 린 공기-연료비((A/F)L)가 계산된다. 다음의 단계 183에서, 린 공기-연료비((A/F)L)는 목표 공기-연료비((A/F)L)로서 기억된다. 다음의 단계 184에서, 연료 분사시간(TAU)는 다음의 수학식 12를 사용하여 계산된다.
TAU = TB·((A/F)S / (A/F)T)·FAF
각각의 연료 분사기(5)는 연료 분사 시간(TAU)용으로 연료를 분사한다.
도 45는 보조 엔진(120a)용 연료 분사 시간(ATAU)를 계산하기 위한 루틴을 도시한다.
도 45에서, 먼저 단계 190에서, 기본적인 연료 분사시간(ATB)는 엔진하중(AQ/AN)과 엔진속도(AN)를 기초로 하여 다음의 수학식 13를 사용하여 계산된다.
ATB = (AQ / AN)·K
다음의 단계 191에서, 피드백 교정 계수(ATAF)는 센서(29a)로 부터의 출력 신호를 기초로 하여 계산된다. 상기 피드백 교정 계수(AFAT)는 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린 또는 리치 공기-연료비((A/F)L,(A/F)R)과 동일하게 만들기 위하여 보조 엔진(120a)의 엔진 공기-연료비를 제어하기 위한 것이다. 다음의 단계 192에서, 도 10에 도시된 루틴에서 제어되는 FRICH가 1로 되는지 판단된다. FRICH = 1이라면, 즉, 상기 리치작동이 수행된다면, 상기 루틴은 단계 193으로 진행하고, 여기에서 리치 공기-연료비((A/F)AR)이 계산된다. 다음의 단계 194에서, 상기 리치 공기-연료비((A/F)AR)이 목표 공기-연료비((A/F)AT)로써 기억된다. 다음은, 상기 루틴은 단계 197로 진행한다.
이와는 반대로, FRICH가 단계 192에서 0이라면, 즉, 상기 린 작동이 수행된다면, 상기 루틴은 195로 진행하고, 여기에서 린 공기-연료비((A/F)AL)가 계산된다. 다음의 단계 196에서, 린 공기-연료비((A/F)AL)은 목표 공기-연료비((A/F)AT)로 기억된다. 다음, 상기 루틴은 단계 197로 진행한다.
단계 197에서, 상기 연료 분사시간(ATAU)는 다음의 수학식 14를 사용하여 계산된다.
ATAU = ATB·((A/F)S / (A/F)AT)·AFAF
상기 연료 분사기(125)는 연료 분사 시간(ATAU)용 연료를 분사한다.
도 42에 도시된 실시예에서, 엔진(1)은 린 작동을 연속적으로 실행하고, 상기 보조 엔진(120a)은 린과 리치 작동을 교대로 그리고 반복적으로 실행한다. 상기 경우에, 크랭크 축은 서로 다르게 되고, 그래서 구동능력이 악화되는 것이 방지되며, 배기가스의 양호한 정화를 보장한다. 또한, 상기 보조 엔진(120a)은 부가의 출력 토크를 제공한다. 또한, 상기 엔진(1)이 보조 엔진(120a)을 기본적으로 구비한다면, 리치로 만드는 장치(120)를 새롭게 제공할 필요는 없고, 그래서 상기 배기가스 정화 장치의 구조는 보다 간단하게 된다. 상기 배기가스 정화 장치의 구조와 그 작동은 도 1에 도시된 엔진것과 동일하고, 그래서 이것의 설명은 생략된다.
도 46은 부가의 다른 실시예를 도시한다. 도 46에서, 도 1과 도 46에서 것과 동이한 구성요소는 동일한 도면부호 지시된다.
상기 실시예에서, 리치로 만드는 장치(120)는 공기-연료비가 제어가능한 버너(120b)를 포함한다. 상기 버너(120b)의 배기가스는 파이프(127 및 129)를 거쳐서 상기 TW 촉매(8a)내로 유입되고, 상기 엔진(1)으로 부터 배기가스와 혼합된다.
다음, 상기 실시예에서 배기가스 정화 방법이 도 47를 참고로 하여 설명된다. 촉매(8a,10b 및 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 상기 이전의 실시예에서와 같이, 린 공기-연료비((A/F)L)와 리치 공기-연료비((A/F)R)를 교대로 그리고 반복적으로 이루어진다. 그러나, 상기 실시예에서, 상기 버너(120b)는 린 공기-연료비((A/F)L)와 함께 린 작동을 실행하고, 그래서 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 (A/F)L과 동일하게 만든다. 상기 버너(120b)는 리치 공기-연료비((A/F)AR)로 리치 작동을 실행하고, 엔진(1)은 린 공기-연료비((A/F)L)로써 린 작동을 실행함으로써, 상기 촉매(8a,10b, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 (A/F)R과 동일하게 만든다. 따라서, 상기 버너(120b)는 교대로 그리고 반복적으로 작동 및 정지된다.
버너(120b)용 연료는 가솔린, 이소옥탄, 헥산, 헵탄, 가스 오일과 같은 탄화수소와, 부탄 또는 프로판과 같은 액체상태로 저장될 수 있는 등유 또는 탄화수소가 될 수 있다. 그러나, 엔진(1)용 연료와 같은 연료가 버너(120b)용으로 사용된다면, 부가의 연료 탱크를 제공할 필요가 없고, 그래서 가솔린은 상기 실시예에서 사용된다.
상기 버너(120b)가 상기 실시예에서, 파이프(127 및 129)를 거쳐서 촉매 변환기(9)에 연결되고, 상기 변환기(9) 또는 촉매(8a)와 일체로 제공될 수 있다. 또한, 상기 버너(120b)는 연속적으로 작동될 수 있고, 촉매(8a,10b,10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 린하게 만들때에 (A/F)L과 같은 린 공기-연료비비와 함께 린 작동을 실행할 수 있다. 상기 배기가스 정화장치의 다른 구성과 그 작동은 도 42에 도시된 엔진에서와 동일하고, 그래서 그 설명은 생략된다.
도 48은 또 다른 실시예를 도시한다. 도 48에서, 도 1 및 도 42와 동일한 구성 요소는 동일 도면부호 지시된다.
상기 실시예에서, 엔진(1)은 디이젤 엔진으로 구성되고, 스파크-점화형 엔진이 채택될 수 있다. 도 48에서, 각각의 연료 분사기(5)는 실린더의 대응하는 연소실내로 직접 연료를 분사한다. 또한, 공기-흐름 계량기(27a)는 흡입 덕트(4)에 정렬된다. 상기 공기-흐름 계량기(27a)는 흡입 공기량에 비례하는 출력 전압을 발생하고, 이것의 출력 전압은 AD 변환기(28a)를 거쳐서 입력 포트(25)에 입력된다.
도 48에 도시된 바와 같이, 리치로 만드는 장치(120)는 배기가스내로 환원제를 부가하기 위하여 배기 매니폴드(7)의 출구에 정렬되는 환원제 분사기(120c)를 포함한다. 상기 환원제는 가솔린, 이소옥탄, 헥산, 헵탄, 가스 오일과 같은 탄화 수소와, 부탄 또는 프로판과 같은 액체 상태로 저장될 수 있는 케로젠 또는 탄화수로가 될 수 있지만, 엔진(1)용 환원제와 같은 것이 양호하다.
상기 엔진(1)은 린 작동을 연속적으로 실행한다. 디이젤 엔진이 리치 작동을 실행한다면, 상기 엔진은 많은 양의 검은 연기를 배출한다. 상기 검은 연기는 많은 양의 연소되지 않은 HC를 포함하고, 상기 촉매(8a)는 HC를 충분히 정화할 수 없다. 한편, HC와 같은 것을 정화하기만을 위한 부가의 촉매를 제공하는 것은 바람직하지 않다. 그러므로, 도48에 도시된 디이젤 엔진은 린 작동을 연속적으로 실행한다.
다음, 상기 실시예에서 배기가스 정화 방법이 도 49를 참고로 하여 설명된다. 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 린 공기-연료비((A/F)L)와 리치 공기-연료비((A/F)R)를 교대로 반복적으로 이루어진다. 상기 목적을 위하여, 환원제 분사기(120b)에 의한 환원제 분사는 정지되고, 엔진(1)은 린 공기-연료비((A/F)L)와 함께 린 작동을 실행하고, 그래서 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 (A/F)L과 동일하게 만든다. 상기 환원제 분사기(120c)는 환원제를 분사하고, 상기 엔진(1)은 린 공기-연료비((A/F)L)와 함께 린 작동을 실행하고, 그래서 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 (A/F)R로 만든다. 즉, 상기 환원제 분사기(120c)는 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배가가스 공기-연료비를 (A/F)R과 동일하게 만든다. 상기 방법에서, 분사기(120c)에 의한 환원제 분사는 작동과 정지가 교대로 반복적으로 실행된다.
상술된 실시예에서, 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비는 (A/F)L과 동일하게 될 때, 상기 환원제 분사는 정지되는 반면에, 엔진(1)은 린 공기-연료비((A/F)L)와 함께 린 작동을 실행한다. 또한, 상기 환원제 분사기(120c)는 매우 작은 양의 환원제를 분사할 수 있고, 상기 엔진(1)은 (A/F)L보다 더 린하게 되는 린 공기-연료비로 린 작동을 실행할 수 있고, 그래서 촉매(8a,10b 및, 10a)내로 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 (A/F)L와 동일하게 만든다.
또한, 배기가스내에 존재하는 산소를 소비하기 위하여, 버너는 상기 TW 촉매(8a)의 상류부 배기통로에 정렬될 수 있으므로, 상기 배기가스 공기-연료비를 리차하게 만든다.
본 발명에 따라서, 배기가스를 매우 간단한 구조로 정화할 수 있는 엔진의 배기가스 정화용 방법 및 장치가 제공하는 것이 가능하다.
본 발명이 설명을 위하여 선택된 특정 실시예를 참고로 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 기본 개념 및 범위를 벗어나지 않고 많은 변경예가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (52)

  1. 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법에 있어서, 배기가스의 공기-연료비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스의 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하는 단계와; NH3합성 촉매와, NOx흡장 및 환원(NOx-OR)촉매에 상기 배기가스 부분을 교대로 접촉시키고, 상기 NH3합성 촉매는, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료 비가 리치할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOx로부터 NH3를 합성하며, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOx로부터 어떠한 NH3도 합성하지 않으며, 상기 NOx-OR 촉매는 유입되는 배기가스의 배기가스 연료-공기 비가 린할 때 유입되는 배기가스에서 NOx를 흡장하며, 상기 흡장된 NOx를 배출하고 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 NOx를 환원시키는 단계를 차례로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 엔진의 공기-연료비를 린하게 만들어 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성하고, 엔진의 공기-연료비를 리치하여 만들어 배기가스 공기-연료비를 리치하게 되는 배기가스 부분을 형성하기 위하여, 엔진의 엔진 공기-연료비를 제어하는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 엔진의 엔진 공기-연료비는 린 주기동안에는 린하게되며, 상기 엔진의 엔진 공기-연료비는 리치 주기동안에는 리치하게 되며, 상기 린과 리치 주기는 엔진의 작동상태에 따라서 각각 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 엔진은 배기 행정 주기가 서로 다른 다수의 실린더 또는 실린더 그룹을 구비하고, 상기 린 주기는 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수로 세트되고, 상기 리치 주기는 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수로 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수와, 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수는 엔진의 공기-연료비가 모든 사이클에서 리치하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹을 변화시키기 위하여 세트되며, 상기 사이클은 연속되는 하나의 린 주기와 리치 주기에 의하여 형성되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 린과 리치 주기는 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수에 대한 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수의 비에 따라서 제어되며, 상기 수의 비는 엔진의 작동 상태에 따라 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 엔진과는 다른, 리치하게 만드는 장치는 엔진의 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 상기 NH3합성 촉매의 엔진 상류부의 배기통로에 정렬되며, 상기 방법은 엔진의 엔진 공기-연료비를 린하게 유지하는 단계와, 상기 리치하게 만드는 장치의 리치 발생 작동을 정지하여 배기가스의 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스를 형성하는 단계 및, 상기 리치하게 만드는 장치의 리치 발생 작동을 실행하여 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되는 배기가스를 형성하는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 장치는 공기-연료비가 제어가능한 연소기와; 상기 연소기의 배기가스를 NH3합성 촉매의 배기가스 상류부내로 도입하기 위한 도입 통로를 포함하고, 상기 리치하게 만드는 장치의 리치 발생 작동은 연소기의 공기-연료비를 리치하게 만들고 엔진의 배기가스에 연소기의 배기가스를 첨가함으로써 실행되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 장치는 NH3합성 촉매의 배기가스 통로 상류부내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 분사기를 구비하고, 상기 환원제 분사기의 리치하게 만드는 작동은 엔진의 배기가스에 환원제를 첨가함으로써 실행되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방법은 NOx-OR 촉매내에 흡장된 NOx의 양을 평가하는 단계를 부가로 포함하고, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 상기 평가된 흡장 NOx의 양에 따라서, 린으로부터 리치로 또는, 리치로부터 린으로 변하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 변화비로써 린으로부터 리치로 또는 리치로부터 린으로 점차적으로 변하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비가 린으로부터 리치로 변할 때의 변화비가, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비가 리치로부터 린으로 변할 때의 변화비보다 더 크게되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 변화비는 엔진 작동 상태에 따라서 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서, 촉매와 접촉하게 되는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 NH3합성 촉매의 입구에 인접하게 된 엔진의 배기통로에 정렬된 공기-연료비 센서의 출력 신호를 기초로 하여 목표 공기-연료비에 동일하게 되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 부분을 NH3합성 촉매에 접촉시킨후에, 상기 NOx-OR 촉매와, NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매의 배기가스 부분을 접촉시키고, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하는 단계와, 상기 유입되는 배기가스가 NOX를 포함하고 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3-AO 촉매에 흡수된 NH3의 양을 환원시키고, 상기 NH3와 NOX를 정화시키기 위하여, 상기 NH3-AO 촉매에서 NH3와 NOX의 반응을 발생시키는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 부분을 NH3합성 촉매에 접촉시킨후에, 상기 NOX-OR 촉매와, NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매의 배기가스 부분을 접촉시키고, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하는 단계와, 상기 유입되는 배기가스가 NOX를 포함하고 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3-AO 촉매에 흡수된 NH3의 양을 환원시키고, 상기 NH3와 NOX를 정화시키기 위하여, 상기 NH3-AO 촉매에서 NH3와 NOX의 반응을 발생시키는 단계를 부가로 포함하고, 상기 NH3-AO 촉매와 NOX-OR 촉매는 공통의 기판위에 서로 적층되어 있는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 부분을 NOX-OR 촉매에 접촉한 후에, 유입되는 배기가스에서 NH3를 정화하기 위하여 NH3정화 촉매를 배기가스 부분에 접촉하는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  18. 배기통로를 가지는 엔진의 배가가스를 정화하기 위한 장치에 있어서, 배기가스 공기-연료비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하기 위하여 엔진 도는 배기통로에 정렬된 배기가스 부분 형성수단과; 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOX로부터 NH3를 합성하고, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOX로부터 어떠한 NH3도 합성하지 않으며, 상기 배기가스 부분 형성수단의 하류부에 있는 배기통로에 정렬된 NH3합성 촉매와; 상기 NH3합성 촉매의 배기가스 통로 하류부에 정렬된 NOX흡장 및 산화(NOX-OR)촉매를 포함하고, 상기 NOX-OR 촉매는 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때 유입되는 배기가스에서 NOX를 흡장하며, 상기 흡장된 NOX를 방출하고, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치하게 될 때 상기 NOX를 환원시키는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 배기가스 부분 형성 수단은, 엔진의 공기-연료비를 린하게 만들어 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성하고, 엔진의 공기-연료비를 리치하게 만들어 배기가스 공기-연료비를 리치하게 되는 배기가스 부분을 형성하기 위하여, 엔진의 엔진 공기-연료비를 제어하는 엔진의 공기-연료비 제어 수단을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 배기가스 부분 형성 수단은, 엔진과는 다르며, 엔진의 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 상기 NH3합성 촉매의 배기통로의 상류부에 정렬된 리치하게 만드는 수단과, 엔진의 엔진 공기-연료비를 린하게 유지하기 위한 수단을 포함하고, 상기 리치하게 만드는 수단은 리치 발생 작동을 정지하여 배기가스의 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스를 형성하며, 리치 발생 작동을 실행하여 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되는 배기가스를 형성하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 수단은 공기-연료비가 제어가능한 연소기와; 상기 연소기의 배기가스를 NH3합성 촉매의 배기통로 상류부내로 도입하기 위한 도입 통로를 포함하고, 상기 리치하게 만드는 수단은 연소기의 공기-연료비를 리치하게 만들고 엔진의 배기가스에 연소기의 배기가스를 첨가함으로써 리치 발생 작동을 실행하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 연소기는 버너인 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 수단은 NH3합성 촉매의 배기통로 상류부내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 분사기를 구비하고, 상기 환원제 분사기는 엔진의 배기가스에 환원제를 첨가함으로써 리치하게 만드는 작동을 실행하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 배기가스 부분 형성 수단은 변화비로써 형성된 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비를 린으로부터 리치로 또는 리치로부터 린으로 점차적으로 변화시키는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  25. 제18항에 있어서, 상기 NH3합성 촉매와 NOX-OR 촉매는 공통의 기판위에서 운반되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  26. 제18항에 있어서, 상기 NH3합성 촉매의 배기통로 하류부에 정렬되는 NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매를 부가로 포함하고, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하고, 그리고 유입되는 배기가스가 NOX를 포함하고 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때, 상기 NH3-AO 촉매에 흡수된 NH3의 양을 환원시키고, NH3와 NOX를 정화하기 위하여 상기 NH3-AO 촉매에서 NH3와 NOX의 반응을 발생시키는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 NH3-AO 촉매는 NOX-OR 촉매의 배기통로 하류부에 정렬되어 있는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  28. 제18에 있어서, 상기 NH3합성 촉매의 배기통로 하류부에 정렬되는 NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매를 부가로 포함하고, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하고, 그리고 유입되는 배기가스가 NOX를 포함하고 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때, 상기 NH3-AO 촉매에 흡수된 NH3의 양을 환원시키고, NH3와 NOX를 정화하기 위하여 상기 NH3-AO 촉매에서 NH3와 NOX의 반응을 발생시키고, 상기 NH3-AO 촉매와 NOX-OR 촉매는 공통의 기판위에 서로 적층되어 있는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  29. 제18항에 있어서, 상기 NH3합성 촉매는 팔라듐, 백금, 로듐과 같은 적어도 하나의 귀금속을 포함하는 3방향 촉매인 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  30. 제18항에 있어서, 상기 NOX-OR 촉매는, 칼륨, 나트륨, 리튬, 세슘과 같은 알카리 금속과, 바륨, 칼슘과 같은 알카리 토류 금속과, 란탄 및 이트륨과 같은 희토류 금속과, 철과 동과 같은 전이 금속 및, 팔라듐, 백금, 로듐과 같은 귀금속으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  31. 제18항에 있어서, 유입되는 배기가스에서 NH3를 정화하기 위하여 NOX-OR 촉매의 하류부에 정렬된 NH3정화 촉매를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 NH3정화 촉매는 팔라듐, 백금 및 로듐과 같은 귀금속고, 철과 동과 같은 전이금속으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  33. 제15항에 있어서, 상기 NH3-AO 촉매에서 흡수된 NH3의 양을 평가하는 단계를 부가로 포함하고, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 상기 평가된 흡수 NH3의 양에 따라서 린으로부터 리치 또는 리치로부터 린으로 변하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  34. 제26항에 있어서, 상기 NH3-AO 촉매는 제올라이트, 실리카, 실리카-알루미나와 같은 고체산과, 철과 동과 같은 전이 금속을 운반하는 티타니아 또는, 팔라듐, 백금 및 로듐과 같은 귀금속을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  35. 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법에 있어서, 배기가스의 연료-공기비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스의 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하는 단계와; NH3합성 촉매와, NH3흡장 및 산화(NH3-AO) 촉매에 상기 배기가스 부분을 차례로 접촉시키고, 상기 NH3합성 촉매는, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료 비가 리치할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOx로부터 NH3를 합성하며, 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOx로부터 어떠한 NH3도 합성하지 않으며, 상기 NH3-AO 촉매는 유입되는 배기가스에서 NH3를 흡수하고, 유입되는 배기가스가 NOX를 포함하고 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3-AO 촉매에서 흡수된 NH3의 양을 환원시키고 NH3와 NOx를 정화하기 위하여 NH3-AO 촉매에서 NH3와 NOx를 반응시키는 단계를 차례로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  36. 제35항에 있어서, 엔진의 엔진 공기-연료비를 린하게 만들어 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성하고, 엔진의 엔진 공기-연료비를 리치하여 만들어 배기가스 공기-연료비를 리치하게 되는 배기가스 부분을 형성하기 위하여, 엔진의 엔진 공기-연료비를 제어하는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  37. 제36에 있어서, 상기 엔진의 엔진 공기-연료비는 린 주기동안에는 린하게 되며, 상기 엔진의 엔진 공기-연료비는 리치 주기동안에는 리치하게 되며, 상기 린과 리치 주기는 엔진의 작동상태에 따라서 반복적으로 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 엔진은 배기가스 행정 주기가 서로 다른 다수의 실린더 또는 실린더 그룹을 구비하고, 상기 린 주기는 엔진의 공기-연료비가 린하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수로 세트되고, 상기 리치 주기는 엔진의 공기-연료비가 리치하게 되는 실린더 또는 실린더 그룹의 수로 세트되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  39. 제35항에 있어서, 상기 엔진과는 다른, 리치하게 만드는 장치는 엔진의 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 상기 NH3합성 촉매의 엔진 상류부의 배기통로에 정렬되며, 상기 방법은 엔진의 엔진 공기-연료비를 린하게 유지하는 단계와, 상기 리치하게 만드는 장치의 리치 발생 작동을 정지하여 배기가스의 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스를 형성하는 단계 및, 상기 리치하게 만드는 장치의 리치 발생 작동을 실행하여 배기가스 공기-연료비가 리치하게 되는 배기가스를 형성하는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  40. 제35항에 있어서, 상기 NH3-AO 촉매에서 흡수된 NH3의 양을 평가하는 단계를 부가로 포함하고, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 상기 평가된 흡수 NH3의 양에 따라서 린으로부터 리치로 또는 리치로부터 린으로 변하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  41. 제35항에 있어서, 상기 촉매와 접촉하는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 변화비로써 린으로부터 리치로 또는 리치로부터 린으로 점차적으로 변하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  42. 제35항에 있어서, 촉매와 접촉하게 되는 배기가스 부분의 배기가스 공기-연료비는 NH3합성 촉매의 입구에 인접하게 된 엔진의 배기통로에 정렬된 공기-연료비 센서의 출력 신호를 기초로 하여 목표 공기-연료비에 동일하게 되는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  43. 제35항에 있어서, 상기 배기가스 부분을 상기 NH3-AO촉매에 접촉한 후에, 상기 유입되는 배기가스에서 NH3를 정화하기 위하여 배기가스 부분을 NH3정화 촉매에 접촉시키는 단계를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 방법.
  44. 배기통로를 가지는 엔진의 배가가스를 정화하기 위한 장치에 있어서, 배기가스 공기-연료비가 린한 배기가스 부분과, 배기가스 공기-연료비가 리치한 배기가스 부분을 엔진의 배기가스로부터 교대로 그리고 반복적으로 형성하기 위하여 엔진 또는 배기통로에 정렬된 배기가스 부분 형성수단과; 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 리치할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOX로부터 NH3를 합성하고, 상기 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린할 때 상기 NH3합성 촉매에서 NOX로부터 어떠한 NH3도 합성하지 않으며, 상기 배기가스 부분 형성수단의 하류부에 있는 배기통로에 정렬된 NH3합성 촉매와; 상기 NH3합성 촉매의 배기가스 통로 하류부에 정렬된 NH3흡수 및 산화(NH3-AO)촉매를 포함하고, 상기 NH3-AO촉매는 그곳에서 유입되는 배기가스의 NH3를 흡수하고, 상기 유입되는 배기가스가 그곳에서 NOX를 포함하고 유입되는 배기가스의 배기가스 공기-연료비가 린하게 될 때 상기 NH3-AO 촉매에서 흡수된 NH3의 양을 환원시키고 상기 NH3와 NOX를 정화하기 위하여 NH3와 NOx를 반응시키는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 배기가스 부분 형성 수단은, 엔진의 공기-연료비를 린하게 만들어 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스 부분을 형성하고, 엔진의 공기-연료비를 리치하게 만들어 배기가스 공기-연료비를 리치하게 되는 배기가스 부분을 형성하기 위하여, 엔진의 엔진 공기-연료비를 제어하는 엔진의 공기-연료비 제어 수단을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  46. 제44항에 있어서, 상기 배기가스 부분 형성 수단은, 엔진과는 다르며, 엔진의 배기가스의 배기가스 공기-연료비를 리치하게 만들기 위하여 상기 NH3합성 촉매의 엔진 상류부의 배기통로에 정렬되는 리치하게 만드는 수단과, 엔진의 엔진 공기-연료비를 린하게 유지하는 유지 수단을 포함하고, 상기 리치하게 만드는 수단은 이것의 리치하게 만드는 작동을 정지하여 배기가스 공기-연료비가 린하게 되는 배기가스를 형성하고, 이것의 리치하게 만드는 작동을 실행하여 배기가스 공기-연료 비가 리치하게 되는 배기가스를 형성하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  47. 제45항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 수단은 공기-연료비가 제어가능한 연소기와; 상기 연소기의 배기가스를 NH3합성 촉매의 배기가스 상류부내로 도입하기 위한 도입 통로를 포함하고, 상기 리치하게 만드는 수단은 연소기의 공기-연료비를 리치하게 만들고 엔진의 배기가스에 연소기의 배기가스를 첨가함으로써 리치하게 만드는 작동을 실행하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  48. 제48항에 있어서, 상기 리치하게 만드는 수단은 NH3합성 촉매의 배기통로 상류부내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 분사기로 구비하고, 상기 환원제 분사기는 엔진의 배기가스에 환원제를 첨가함으로써 리치하게 만드는 작동을 실행하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  49. 제44항에 있어서, 상기 NH3합성 촉매는 팔라듐, 백금, 로듐과 같은 적어도 하나의 귀금속을 포함하는 3방향 촉매인 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  50. 제44항에 있어서, 유입되는 배기가스에서 NH3를 정화하기 위하여 배기가스 정화촉매의 하류부에 정렬된 NH3정화 촉매를 부가로 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  51. 제50항에 있어서, 상기 NH3정화 촉매는 팔라듐, 백금 및 로듐과 같은 귀금속과, 철과 동과 같은 전이 금속으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
  52. 제44항에 있어서, 상기 NH3-AO 촉매는 제올라이트, 실리카, 실리카-알루미나와 같은 고체산과, 철 및 동과 같은 전이금속을 운반하는 티타니아 또는 팔라듐, 백금 및 로듐과 같은 귀금속을 포함하는 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 장치.
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