KR100306873B1 - 질소산화물촉매를가진엔진배기가스제어시스템 - Google Patents

질소산화물촉매를가진엔진배기가스제어시스템 Download PDF

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시게노리 이소무라
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오카메 히로무
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Abstract

엔진배기 파이프(3)에 있어서, NOx 촉매(19)는 린 공연비의 상태에서 NOx를 흡장하고, 리치 공연비 상태에서 흡장된 NOx를 환원한다. CPU(31)는 린 혼합물 연소의 이론 공연비와 관련하여 엔진(1)에 공급된 혼합물의 목표 공연비를 린측으로 설정한다. CPU(31)는 엔진 작동상태와 NOx 촉매(19)의 NOx 정화율에 따라 리치 혼합물 연소를 위한 리치타임을 설정한다. 이때, 가장 짧은 리치타임이 NOx 촉매(19)에 의한 소망의 NOx 정화율이 얻어지는 범위내에 설정된다. 3원 촉매(19a)는 NOx 촉매(19)의 상류에 배치될 수 있다. 3원 촉매(19a)는 산소저장용량이 없는 백금등의 귀금속만을 운반한다.

Description

질소산화물 촉매를 가진 엔진배기가스 제어시스템{ENGINE EXHAUST GAS CONTROL SYSTEM HAVING NOx CATALYST}
본 발명은, 공연비 린 영역(lean zone)에서 린 혼합물 연소를 수행하는 엔진배기가스 제어시스템에 관한 것이고, 린 혼합물 연소시에 발생된 배기가스중 질소산화물(NOx)을 정화하는 NOx 흡장 환원형 촉매를 가진 엔진배기 제어시스템에 관한 것이다.
최근에, 린 공연 혼합물 연소제어는 연비개선을 위해 이론 공연비와 관련하여 린측에서 연료를 연소하는데 이용된다. 이와 같은 린 혼합물 연소가 수행될 때, 내연기관으로부터 배출된 배기가스는 다량의 NOx를 포함하고, 이 NOx를 정화하기 위한 NOx 촉매가 요구된다. 예를 들면, 일본 특허 제2,600,492호는, 배기가스의 공연비가 린상태에 있는 경우 NOx를 흡수함과 아울러, 배기가스의 산소 농도가 감소할 경우 즉, 공연비가 리치상태(rich state)인 경우에는 흡수된 NOx를 방출하는 NOx 흡수제(NOx흡장 환원형 촉매)를 개시한다.
한편, NOx 촉매에 의해 린 혼합물 연소시에 발생한 NOx를 흡수하는 시스템에서, NOx 촉매가 NOx로 포화될 때 NOx 정화능력이 한계에 도달한다. 결과적으로, NOx 촉매의 정화능력을 회복시켜서 NOx의 배기를 억제하기 위해 리치 혼합물 연소가 일시적으로 수행될 필요가 있다.
그러나, 린 혼합물 연소가 리치 혼합물 연소로 스위칭될 때, NOx 촉매 부근의 혼합물 공연비가 리치측으로 즉시 변화되지 않는다. 결과적으로, 배기관내의 가스상태에 있어서 린상태로부터 리치상태로 이동하기 위해 필요한 시간을 포함하는 시간동안 리치 혼합물 연소를 계속하기 위해서는 리치타임(리치 혼합물 연소 기간)을 다소 길게 해야할 필요가 있다. 이러한 경우에, 리치 혼합물 연소가 계속될 경우, 과량으로 연료분사량이 증가하여 연비를 향상시킨다. 리치 혼합물 연소시에는 엔진발생 토오크가 린 혼합물 연소시 보다 크다. 결과적으로, 리치타임이 길게 지속되면 엔진 크랭크축 회전 변동이 크게 된다.
일본 특허 제2,586,738호에서는, NOx 촉매가 배기관에 배치되어 있고, NOx 산화제(산화 촉매 또는 3원 촉매)가 NOx 촉매의 상류측에 배치되어 있다. 상류측상의 촉매는 백금(Pt)-로듐(Rh)-팔라듐(Pd)-조촉매로서의 산화세륨(CeO2)을 운반체로 나른다. 따라서, 산소는 촉매에 보관되고, 이 보관된 산소는 배기가스의 리치성분 (HC 및 CO등)과 반응한다. 이에 따라, 리치성분의 필요량이 산화촉매의 하류에 배치된 NOx 촉매에 공급될 수 없으므로, 린 공연비 혼합물이 연소할 경우에, 산소는 CeO2및 PdO의 형태로 각각 저장된다. 공연비가 리치로 될 경우, Ce2O3및 PdO는 CeOS2및 Pd로 변경되어 저장된 산소를 방출한다. 이 순간에, 방출된 산소는 배기가스의 리치성분과 반응하여 산화 촉매의 하류측 공연비는 리치측으로 변하지 않는다. 따라서, NOx 촉매에 대한 리치성분의 공급량이 짧게 됨으로써 NOx 촉매에서 흡장된 NOx의 환원은 불충분하게 된다.
본 발명의 목적은, NOx 촉매의 정화능력을 회복하도록 정상적인 린 혼합물 연소에 있어서의 리치 혼합물 연소시간을 극대화하는 엔진배기가스 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 산화 촉매 및 NOx 촉매를 이용하면서 NOx 정화율을 증가시키는 엔진배기가스 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 엔진배기가스 제어시스템에서, 정상적으로 린 공연 혼합물이 내연기관에 공급되어 배기가스중의 N0x는 NOx를 흡장하고 환원하는 NOx 촉매에 의해 흡장된다. 리치 공연 혼합물은 엔진에만 일시적으로 공급되어 흡장된 NOx가 NOx 촉매로부터 방출된다. 리치 혼합물 연소를 위한 리치타임은 최소로 가변할 수 있게 제어된다. 이 리치타임은 엔진작동상태와 NOx 촉매의 NOx 정화비에 따라 설정될 수 있다. 선택여하에 따라서는, 리치타임이 NOx 촉매의 NOx 정화상태에 따라 설정될 수 있다. 즉, 리치타임은 센서에 의해 검출된 NOx 정화상태가 리치타임의 한계를 표시할 때까지 소정의 간격마다 짧아질 수 있다. 또한 선택여하에 따라서는, 실제 리치타임이 추정될 수 있고, 린타임이 추정된 실제 리치타임을 기반으로 하여 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 엔진배기가스 제어시스템에서, 산화촉매가 NOx 촉매의 상류에 배치된다. 이 산화촉매는 운반체에 산소를 저장할 수 없는 백금 등의 귀금속만 운반할 수 있다. 선택여하에 따라서는, 산화촉매가, 운반체상의 높은 산소 저장능력을 지닌 조촉매를 운반할 수 없거나, 소량의 조촉매만을 운반한다. 산화촉매는 산화저장능력을 줄이도록 소량의 귀금속을 운반할 수 있다. Rh 경우의 운반량이 0.2 gram/liter 이하이면 바람직하고, Pd인 경우에는 2.5 gram/liter 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 엔진배기가스 제어시스템을 도시한 개략도.
도 2는 제1실시예에 있어서의 연료분사 제어 루우틴(routine)을 도시한 흐름도.
도 3은 제1실시예에 있어서의 λTG 설정 루우틴을 도시한 흐름도.
도 4는 제1실시예에 있어서의 엔진속도와 흡입압력에 따라 리치타임을 설정하는데 이용되는 데이터 맵.
도 5는 리치타임과 NOx 정화율간의 관계를 도시한 그래프.
도 6은 제1실시예에 있어서의 엔진속도와 흡입압력에 따른 린(lean) 목표 공연비를 설정하는 데 이용되는 데이터 맵.
도 7은 제1실시예의 작동을 도시한 타이밍도.
도 8은 리치타임과 토오크 변동간의 관계를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진배기가스 제어시스템을 도시한 개략도.
도 10은 제2실시예에 있어서의 리치타임 학습 루우틴을 도시한 흐름도.
도 11은 제2실시예의 작동을 도시한 타이밍도.
도 12는 제3실시예에 있어서의 λTG 설정 루우틴의 일부를 도시한 흐름도.
도 13은 제3실시예에 있어서의 엔진 부하와 계수(α)간의 관계를 도시한 그래프.
도 14는 제3실시예에 있어서의 실제 리치타임과 계수(α1)간의 관계를 도시한 그래프.
도 15는 제3실시예의 작동을 도시한 타이밍도.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 엔진배기가스 제어시스템의 개략도.
도 17은 제4실시예에 있어서의 하류측상의 공연비에 대한 3원 촉매의 상류측상의 공연비의 천이를 도시한 타이밍도.
도 18은 제4실시예에 있어서의 영역에 대한 엔진배기 바로 하류의 리치 공연비와 NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내연기관(엔진) 3 : 배기관
5 : 드로틀 밸브 6 : 드로틀 밸브 센서
19 : NOx촉매 30 : ECU
31 : CPU 41 : NOx 센서
(제1실시예)
도 1을 참고하면, 내연기관(1)은 4기통 사이클의 스파크 점화식이다. 흡기관 (2)과 배기관(3)이 엔진(1)에 접속되어 있다. 흡기관(2)에는 가속패달(4)과 연동하는 드로틀 밸브(5)가 설치되어 있다. 드로틀 밸브(5)의 개도(opening angle)는 드로틀 밸브 센서(6)에 의해 검출된다. 흡기압 센서(8)는 흡기관(2)의 서지탱크(7)에 배설되어 있다.
피스톤(10)은 엔진(1)의 실린더 역할을 하는 실린더(9)에 배설되어 있고, 피스톤(10)은 연결 로드(11)를 통해 크랭크축(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 실린더(9)와 실린더 헤드(12)에 의해 형성된 연소실(13)은 피스톤(10) 위에 형성되어 있다. 연소실(13)은 흡기밸브(14)와 배기밸브(15)를 통해 흡기관(2) 및 배기관(3)과 연통한다.
배기관(3)에는 배기가스내 산소농도(또는 비연소된 가스내의 일산화탄소등의 농도)에 비례하여 넓은 영역에 선형 공연비 신호를 출력하는 한계-전류식 공연비 센서로 구성된 A/F센서(16)가 마련되어 있다. 배기관(3)의 A/F센서(16) 하류에는 NOx를 정화하는 기능을 지닌 NOx 촉매(19)가 있다. 이 NOx 촉매(19)는 NOx 흡장 환원형 촉매로 알려져 있는데, 이는 린 공연비 상태로 NOx를 흡장하고, 리치 공연비 상태에서 CO 및 HC 형태로 흡장된 NOx를 환원하고 방출한다.
엔진(1)의 흡기포트(17)에는 전자 구동식의 인젝터(18)가 설치되어 있다. 연료(가솔린)가 연료탱크(도시되지 않음)로부터 인젝터(18)에 공급된다. 본 실시예에서, 흡기 메니포올드의 각 분기관용 인젝터(18)를 지닌 멀티 포인트 인젝션(MPI) 시스템이 구성되어 있다. 이 경우에, 흡기관의 상류로부터 공급된 신선한 공기와 인젝터(18)에 의해 분사된 연료가 흡기포트(17)에서 혼합된다. 이 혼합체는 흡기밸브(14)의 개방동작에 의해 연소실(13)(실린더(9))로 흐른다.
실린더 헤드(12)에 배설된 점화 플러그(27)는 점화기(28)로부터의 점화용 고전압에 의해 점화한다. 실린더의 점화 플러그(27)에 대해 점화용 고전압을 분배하는 디스트리뷰터(distributor)(20)가 점화기(28)에 접속되어 있다. 디스트리뷰터 (20)에서, 크랭크축의 회전상태에 따라 720°CA 마다 펄스신호를 발생하는 기준 위치센서(21)와 작은 크랭크각(예를 들어, 30°CA)마다 펄스신호를 발생하는 회전각 센서(22)가 배설되어 있다. 실린더(9)(워터재킷(water jacket))에, 냉매의 온도를 감지하는 냉매 온도 센서(23)가 배설되어 있다.
ECU(30)는, 공지된 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있고, CPU(31), ROM(32), RAM(33), 백업 RAM(34), A/D 변환기(35), 입력/출력 인터패이스(I/O)(36) 등을 지니고 있다. 드로틀 개도각 센서(6), 흡입압력센서(8), A/F센서(16) 및 수온센서(23)의 검출신호가 A/D 변환기(35)에 공급되어 A/D 변환된다. 이후, 그 결과로서 생기는 신호가 버스(37)를 통해 CPU(31)에 의해 패치된다(fetched). 위치센서(21)와 회전각 센서(22)의 펄스신호가 입/출력 인터패이스(36)와 버스(37)를 통해 CPU(31)에 의해 패치된다.
CPU(31)는 드로틀 개도각(TH), 흡기압력(PM), 공연비(A/F), 냉각수온도(Tw),기준 크랭크 위치(G 신호) 및 엔진속도(Ne)등의 엔진작동상태를 검출한다. CPU(31)는 엔진작동상태를 기반으로 하여 연료분사량 제어신호와 점화타이밍 등을 산출하고 이 제어신호를 인젝터(18)와 점화기(28)에 출력한다.
ECU(30)는 배기가스를 제어하도록 여러 루우틴을 실행하도록 프로그램되어 있다.
연료분사 제어루우틴은 각 실린더의 연료분사마다(실시예에서는 180°마다) CPU(31)에 의해 실행된다.
도 2의 루우틴이 단계(101)에서 먼저 개시되면, CPU(31)는 엔진작동상태를 나타내는 센서 검출 결과(엔진속도(Ne), 흡기압력(PM), 냉각수온도(Tw))를 판독한다. 단계(102)에서, CPU(31)는 ROM(32)에 예비적으로 기억된 기본 분사 맵을 이용함으로써 각 시간마다 엔진속도(Ne)와 흡기압(PM)을 따라 기본 분사량(TP)을 산출한다. CPU(31)는 단계(103)에서 알려진 공연비(F/B) 상태가 만족되는지의 여부를 식별한다. 공연비(F/B) 상태는 냉각수온(Tw)이 소정의 온도이상인 상태, 회전속도가 높지 않고 부하가 높지 않은 상태, 및 A/F 센서(16)가 작동중인 상태 등을 포함한다.
단계(103)에서 부정으로 결정될 때(F/B 상태가 만족스럽지 못할 때), CPU(31)는 스탭(104)으로 진행하여 공연비 보정계수(FAF)를 "1.0"으로 설정한다. FAF=1.0의 설정은 공연비가 개방제어됨을 의미한다. 단계(103)가 긍정적으로 판별될 때(F/B 상태가 만족스러울 때), CPU(31)는 단계(200)로 진행하여 목표 공연비(λTG)를 설정하는 과정을 실행한다. 이 목표공연비(λTG)를 설정하는 과정은 이하후술될 도 3의 루우틴에 따라 수행된다.
이후에, 단계(105)에서는, CPU(31)가 목표 공연비(λTG)로부터 각 시간별 실제 공연비(λ)(센서 측정값)의 편차를 기반으로 하여 공연비 보정계수(FAF)를 설정한다. 실시예에서, 향상된 제어원리를 기반으로 한 공연비(F/B) 제어가 실행된다. A/F 센서(16)의 검출결과를 F/B 제어시에 목표 공연비와 일치하게 하도록 공연비 보정계수(FAF)는 공지된 방식으로 다음 식 (1), (2)를 이용하여 산출된다.
FAF = K1ㆍλ+ K2ㆍFAF1 +
.... + Kn + 1ㆍFAFn + ZI ... (1)
ZI = ZI1 + Kaㆍ(λTG-λ) ... (2)
식 (1), (2)에서, λ는 A/F 센서(16)에 의한 한계 전류의 공연비 변환값이고, K1∼Kn+1은 F/B 상수를 나타내고, ZI는 적분항을 나타내고, Ka는 적분상수를 나타낸다. 첨자(1∼n+1)는 샘플링 개시로부터의 제어수를 각기 나타내는 변수이다.
단계(106)에서는, FAF값을 설정한 후, CPU(31)는 다음 식 (3)을 이용하여 기본 분사량(Tp), 공연비 보정계수(FAF), 및 기타 보정계수(FALL)(냉각 수온의 여러 보정 계수, 공기 조화기 부하등)로부터 최종 연료 분사량(TAU)을 산출한다.
TAU = TpㆍFAFㆍFALL ...(3)
최종 분사량(TAU)을 산출한 후에, CPU(31)는 TAU값에 대응하는 제어신호를 인젝터(18)에 출력하고 즉시 루우틴을 종료한다.
단계(200)의 과정에 대응하는 λTG 설정 루우틴은 도 3에 도시되어 있다. 이 루우틴에서, 목표 공연비(λTG)는 리치 혼합물 연소가 린 혼합물 연소를 실행하는동안 일시적으로 수행되는 방식으로 적절히 설정된다. 즉, 실시예에서 린타임(LT)과 리치타임(RT)은 모든 연료분사를 카운트하는 주기 카운터(PC)의 값을 기반으로 하여 소정의 시간비율이 되도록 설정되고, 린 혼합물 연소와 리치 혼합물 연소가 시간(LT, RT)에 따라서 교대로 실행된다.
도 3에서, 단계(201)에서 CPU(31)는 상기 시간에 주기 카운터(PC)가 "0"인지의 여부를 식별한다. PC=0 이면(단계(201)에서 YES이면), 단계(202)에서는, 린타임(TL)과 리치타임(TR)이 엔진속도(Ne)와 흡기압력(PM)을 기반으로 설정된다. 단계 (201)에서 "NO"인 경우(PC≠0인 경우), CPU(31)는 단계(202)의 처리를 스킵한다.
린타임(LT)과 리치타임(RT)은 린 공연비에서의 연료 분사수와 리치 공연비에서의 연료 분사수에 각각 대응한다. 기본적으로, 엔진속도(Ne)가 높을수록 또는 흡입압력(PM)이 높을수록, LT 및 RT는 더욱 큰 값으로 설정된다. 실시예에 있어서, 리치타임(RT)은 도 4의 관계를 기반으로 한 맵 데이터를 검색함으로써 얻어진다. 도 4의 관계는 NOx 촉매(19)에 의한 바람직한 NOx 정화율이 얻어지는 범위내에서 가장 짧은 리치타임을 나타내도록 설정되어 있다.
즉, 리치타임에서의 NOx 정화율 특성은 도 5의 관계를 갖는다. 도 5에 따르면, NOx 정화율의 특성은 엔진작동상태(엔진속도(Ne)와 흡입압력(PM))에 따라 변한다. 일반적으로, Ne와 PM이 클수록, NOx 정화율의 특성이 도면에서 오른쪽으로 더욱 이동하게 된다. Ne와 PM이 작을수록, NOx정화율의 특성이 도면의 왼쪽으로 더욱 이동하게 된다. 소정의 레벨(예를 들면, 도 5에서의 95% 이상)로 NOx 정화율을 유지하는 동안 리치타임을 줄이기 위해, 최적 리치타임은 Ne와 PM의 상태에 따라 도5의 A1, A2 및 A3로부터 얻어진다(여기서, A1＜A2＜A3).
한편, 린타임(LT)은 리치타임(RT)과 소정의 계수(α)로부터 다음과 같이 얻어진다.
LT = RTㆍα
계수(α)를 거의 100의 고정값으로 설정하면 충분하다. 계수(α)는 엔진속도 (Ne)와 흡입압력(PM)등의 엔진작동상태에 따라 가변할 수 있게 설정될 수 있다.
이후, CPU(31)는 단계(203)에서 주기 카운터(PC)를 "1"만큼 증가시킨다. 이후, 단계(204)에서 CPU(31)는 PC값이 설정된 린타임(LT)에 대응하는 값에 도달하는 지의 여부를 식별한다. PC＜LT이고 단계(204)가 부정이라고 판단될 경우, CPU(31)는 단계(205)로 진행하여 목표공연비(λTG)를 각 시간마다 엔진속도(Ne) 및 흡입압력(PM)을 기반으로 린 제어값으로 설정한다. λTG값을 설정한 후, CPU(31)는 도 2의 원래 루우틴으로 복귀된다.
이 경우에, λTG 값은 예컨대, 도 6에 도시된 목표 공연비 맵 데이터를 검색함으로써 얻어진다. 즉, A/F=20 내지 23에 대응하는 값이 λTG값으로 설정된다. 린 혼합물 연소 실시조건이, 작동이 정상상태가 아닌 경우와 같이, 만족되지 않으면, λTG가 거의 이론 비 근처로 설정된다. 이러한 경우에, 단계(205)에서 설정된 λTG값은 도 2의 단계(105)에서의 FAF값 산출을 위해 이용되고, 공연비는 FAF값에 의해 린측으로 제어된다.
PC≥LT이고 단계(204)가 긍정으로 식별될 경우, CPU(31)는 단계(206)로 진행하여 목표 공연비(λTG)가 리치 제어값으로 설정된다. 이러한 경우에, λTG값이 리치영역에서 고정된 값에 설정될 수 있고, 엔진속도(Ne)와 흡입압력(PM)을 기반으로 한 맵 데이터를 검색함으로써 가변될 수 있게 설정될 수 있다. 맵 데이터 검색을 수행하는 경우에, λTG값은 엔진속도(Ne)가 높아지거나 흡입압력(PM)이 높아지도록 설정되고, 리치니스(richness)의 크기가 높아지게 된다.
이후, 단계(207)에서, CPU(31)는 PC값이 설정된 린타임(LT)과 리치타임(RT)의 합 "LT+RT"에 대응하는 값에 도달하는지의 여부를 식별한다. PC＜LT+RT이고 단계(207)가 부정으로 식별될 경우에, CPU(31)는 도 2의 원래 루우틴으로 복귀한다. 이러한 경우에, 단계(206)에서 설정된 λTG값이 도 2에 나온 단계(105)에서의 FAF값 산출을 위해 이용되고, 공연비가 FAF값에 의해 리치측상에 있도록 제어된다.
한편, PC≥LT+RT이고 단계(207)가 긍정으로 판별될 경우에, 단계(208)에서 CPU(31)는 주기 카운터를 "0"으로 클리어하고, 도 2의 원래 루우틴으로 복귀한다. 주기 카운터의 클리어링(clearing) 동작에 따라, 단계(201)는 다음 처리에 있어서 YES로 식별되고, 린타임(LT)과 리치타임(RT)이 새롭게 설정된다. 공연비의 린제어와 리치제어는 린타임(LT)과 리치타임(RT)을 기반으로 하여 다시 수행된다.
도 7에 도시되어 있듯이, PC=0∼LT인 기간 동안, 공연비는 린측에 있도록 제어된다. 이때, 배기가스중의 NOx는 NOx 촉매(19)에 의해 흡장된다. PC=LT 내지 LT+RT인 기간동안, 공연비는 리치측으로 제어된다. 이 순간에, 촉매(19)에 의해 흡장된 NOx는 환원되고, 배기가스중의 비연소 가스성분(HC, CO)이 방출된다. 이러한 방식으로, 공연비의 린제어와 리치제어는 린타임(LT)과 리치타임(RT)에 따라서 되풀이해서 실행된다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 실시예에 따라 아래에 설명될 효과가 얻어진다.
(a) 리치 혼합물 연소에 대한 리치타임은 NOx 촉매(19)에 의해 엔진작동상태와 NOx 정화율에 따라 설정된다. 리치타임은 종래의 장치에 마진을 포함시킴으로써 더 길게 설정되기 때문에, 연료소비와 토오크 변동에 있어서의 열화가 야기될 수 있다. 그러나, 실시예에 있어서, 리치타임을 짧게 하도록 도 4 및 도 5의 관계에 따라 리치타임을 설정함으로써, 종래의 장치의 불편함이 해소될 수 있다. 엔진작동상태가 변할지라도 적절한 리치 혼합물 연소가 항상 수행될 수 있다. 결과적으로, 리치 혼합물 연소가 최적 시간동안 실행되고, 연료소비의 향상과 토오크 변동의 억제가 실현될 수 있다.
도 8은 시간당 리치타임과 각 시간별 토오크 변동 사이의 관계를 도시하는 실험 데이터를 도시한다. 도면으로부터, 리치타임이 더욱 짧고 토오크 변동이 더욱 억제되었다는 것을 알 수 있다.
(b) 가장 짧은 리치타임은 NOx 촉매(19)에 의한 바람직한 NOx 정화율이 얻어지는 범위내에서 설정된다. 이 경우에, 최적 리치타임이 설정되고, NOx 촉매(19)에 의한 NOx 정화 성능이 유지될 수 있다.
(제2실시예)
본 실시예는, 리치타임을 최적으로 짧게 하기 위해 NOx 촉매(19)에 의한 NOx 정화상태를 감지하면서 차례로 리치타임이 학습되는 것을 특징으로 한다. 도 9에 도시되어 있듯이, 촉매상태 검출기로서 역할을 하는 NOx 센서(41)는 NOx 촉매(19)의 하류측에 마련되어 있고, 센서(41)의 출력은 ECU(30)에 의해 패치된다. ECU(30)는 NOx 센서의 출력을 감지하는 동안 리치타임을 점차 단축시키도록 학습한다. NOx 센서(NOx 농도)의 출력이 리치타임을 단축하는 과정동안 소정의 값으로 되거나 보다 커지게 되는 경우, 이 시간에서의 리치타임은 최소로 간주되어, ECU(30)의 백업 RAM(34)에 기억된다.
센서(41)는 안정화된 지르코니아(zirconia)등으로 된 산소이온 전도성 고체 전해질 기판을 이용함으로써 NOx 농도에 대응하는 전류신호를 발생시킨다.
도 10의 루우틴이 개시되는 경우, 먼저 단계(301)에서 CPU(31)는, 엔진작동 상태가 "(i)영역(여기서 i=1, 2, 3,,...n)"에 있는 경우, 학습완료 플래그(Fi)가 "0"인지의 여부를 결정한다. 1로부터 n까지의 엔진작동영역은 엔진속도(Ne)와 흡기압력(PM)에 따라 설정되고, 이 학습완료 플래그(Fi)는 모든 작동영역에 대해 제공된다. Fi=0은 (i)영역에서의 리치타임 학습이 완료되지 않았음을 나타내고, Fi=1은 (i)영역에서의 리치타임 학습이 완료되었음을 나타낸다. 플래그(Fi)는 루우틴의 작동 초기에 "0"으로 초기화된다.
단계(302)에서, CPU(31)는 소정의 엔진 작동상태가 10초이상 지속되는지의 여부를 식별한다. 다음 단계(303)에서는, 린/리치 스위칭이 실행되는지의 여부, 즉 엔진(1)의 저온 개시시 및 고부화 작동시에 이론적인 작동이 실행되는지의 여부를 식별한다.
단계(301∼303) 각각에서 NO인 경우에, CPU(31)는 단계(304)로 진행한다. 단계(301∼303)의 모두에서 YES인 경우에, CPU(31)는 단계(305)로 진행한다.단계(304)에서, CPU(31)는 리치타임 학습시간의 시간간격을 측정하는 리치타임 학습 카운터(RTLC)를 "0"으로 클리어하고 일단 루우틴을 종료한다.
단계(305)에서, CPU(31)는 "1"만큼 RTLC를 증가시킨다. 다음 단계(306)에서, CPU(31)는 그 시간에서의 RTLC의 값이 소정의 시간(실시예에서는 60초)에 대응하는 값에 도달하는지의 여부를 식별한다. RTLC＜60초이면, CPU(31)는 루우틴을 종료한다. RTLC≥60초이면, CPU(31)는 다음 단계(307)로 진행한다. "60초"의 시간은 리치타임 학습(학습기간)에 필요한 시간에 해당한다.
CPU(31)는 NOx 센서(41)의 출력값이 소망의 NOx 정화율(실시예에서 NOx 농도=20ppm에 대응하는 값)을 보장하기 위한 소정의 식별값 이하인지를 식별한다. 이 경우에 있어서, 하나의 학습기간에 NOx 센서 출력을 평균화하고, 산출된 평균값을 소정의 판별값(20ppm)과 비교하는 것이 바람직하다.
NOx≤20ppm인 경우, 단계(308)에서, CPU(31)는 리치타임이 더욱 단축될 수 있다고 생각하여, 한번의 분사만큼만 리치타임(리치분사수)을 단축시킨다. 예를 들어, 리치타임의 초기값이 약 10분사로 설정된다. CPU(31)는 다음 단계(309)에서 RTLC를 "0"으로 클리어하고, 이 루우틴을 종료한다. 이 방식으로, 단계(307)의 식별결과가 YES인 상태에서 리치타임이 점차 단축된다.
한편, NOx＞20ppm인 경우, 단계(310)에서 CPU(31)는 바람직한 NOx 정화율이 현재 리치타임으로는 보장될 수 없다고 생각하여, 한번의 분사만큼 리치타임(리치분사수)을 증대시킨다. 다음 단계(311)에서, CPU(31)는 그 시간에 리치타임을 백업 RAM(34)에 기억시킨다. 이 경우에, 학습된 리치타임은 각 시간마다 모든 엔진작동상태(1로부터 n까지의 모든 영역)에 대해서 기억된다. 백업 RAM(34)에 기억된 리치타임의 학습된 값은 기억되고, 전원이 차단되었다 할지라도 유지된다.
이후, 단계(312)에서 CPU(31)는 그 시간에 작동영역 i(=1부터 n)에 대응하는 학습완료 플래그(Fi)에 "1"을 설정하고, 다음 단계(313)에서 리치타임 학습 카운터를 "0"으로 클리어하고 루우틴을 종료한다.
도 3의 단계(202)에서, 리치타임이 학습되고 그 값이 위에서처럼 갱신될 경우에, 각 시간마다 작동영역 i(=1부터 n)에 따른 리치타임이 백업 RAM(34)으로부터 판독된다. 이 경우에는 린타임이 다음과 같이 산출된다.
린타임=αㆍRT
여기서, 계수(α)는 약 "100"의 고정값으로 설정되거나, 엔진속도(Ne)와 흡입압력(PM)등의 엔진 작동상태에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.
도 10에 따른 작동을 도 11의 타이밍도를 사용하여 상세히 설명한다.
도 11에서, 시간(t1∼t4)에 의해 규정된 각 기간은 리치타임 학습기간(실시예에서 60초)을 도시한다. 시간(t1, t2, t3)에서, NOx 센서의 출력(학습기간에 있어서의 평균값)은 소정의 값(20ppm) 이하이다. 결과적으로 리치타임은 한번의 분사만큼만 단축된다(도 10의 단계(308)).
이와는 달리, 시간(t4)에서, NOx 센서의 출력(시간(t3∼t4)의 기간동안의 평균값)은 소정의 값(20ppm)을 초과한다. 따라서, 한번 분사의 리치타임이 가산되고, 이 결과적인 리치타임이 학습된 값으로 메모리에 기억된다(도 10에서의 단계(310) 및 단계(311)). 시간(t4)에서, "1"이 학습 완료 플래그(Fi)로 설정된다(도 10의 단계(312)).
위에서 상세히 설명된 제2실시예에 따라 다음의 효과가 얻어질 수 있다.
(a') 리치타임은 NOx 촉매(19)에 의해 NOx 정화상태를 감지하는 동안 단축되도록 점차 갱신되고, 이 시간에 리치타임이 촉매(19)에 의해 NOx 정화상태로부터 한계값으로 식별되면, 리치타임을 단축하도록 리치타임의 갱신이 취소된다. 작동에 의해, 리치타임은 NOx 촉매(19)의 NOx 정화수행을 보장하는 동안 단축될 수 있다. 또한, 리치 혼합물 연소가 최적 시간동안 수행되고 연료소비의 개선과 토오크의 변동의 억제가 실현될 수 있다.
(b') NOx 센서(41)가 NOx 촉매(19)의 상류측에 설치되고, NOx 촉매(19)에 의한 NOx 정화의 정도가 센서의 출력을 기반으로 하여 식별된다. 결과적으로, 리치타임의 단축은 NOx 센서의 출력(NOx 농도)을 기반으로 하여 허가되거나 금지되어 리치타임이 적절히 학습될 수 있다.
(c') 리치타임의 학습된 값은 엔진(1)의 작동영역마다 기억된다. 따라서, 엔진작동상태에 따른 리치타임이 매번 설정될 수 있어 작동상태에 있어서의 변경이 적절히 처리될 수 있다.
(d') 리치타임이 NOx 센서의 출력을 기반하여 단축의 한계값에 도달함이 식별될 경우, 리치타임은 반대측에 갱신된다(한번 분사에 해당하는 시간이 가산된다). 이 경우에, 리치타임이 과도하게 단축될 경우가 될지라도, 리치타임이 보정될 수 있다. NOx 촉매(19)의 열화등의 시간에 따른 변경으로 인해 리치타임이 연장될지라도 최적의 리치타임이 항상 설정될 수 있다.
(제3실시예)
제3실시예는 린/리치 제어의 경우에, 실제 리치타임이 리치 혼합물 연소에 대한 리치타임 제어 지령값과 각 시간마다의 엔진작동상태로부터 추정되고, 린타임은 실제 리치타임을 기반으로 하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에서는, 제1실시예에서의 λTG 설정 루우틴의 일부가 도 12에 도시된 것처럼 수정되었다. 흐름도는 도 3에 나온 흐름도의 일부(단계(201) 및 (202))와 대체되어 실행된다.
도 12의 루우틴에 있어서, 이 시간에서 주기 카운터(PC)가 "0"으로 설정되면(단계(401)에서 YES), 단계(402)에서 CPU(31)는 각 시간마다의 엔진속도 (Ne)와 흡입압력(PM)을 기반으로 하여 리치타임(제어 지령값)을 설정한다. 엔진속도(Ne)가 높거나 흡입압력(PM)이 높을수록, 리치타임(제어 지령값)이 큰 값으로 설정된다(도 4). 그러나, 이러한 경우에는 NOx 촉매(19)에 공급된 배기가스가 리치측으로 확실히 스위칭되도록, 리치타임은 각 시간마다 엔진작동상태에 따라 낮은 한계값에 의해 안내된다. 이는, 리치타임이 과도하게 단축될 경우에 공연비가 린에서 리치로 스위칭될 지라도 촉매의 출입시에 배기가스의 공연비가 리치로 되지 않고, NOx가 거의 환원될 수 없기 때문이다.
다음 단계(403)에서, CPU(31)는 실제 리치타임을 산출한다. 이 실제 리치타임은 실질적으로 촉매의 입장시에 배기가스의 공연비가 리치로 되기 위해 요구되는 시간이다. 예를 들어, 실제 리치타임은 다음과 같이 산출된다.
실제 RT=βㆍRT(제어 지령값)
계수(β)는 도 13에 도시되어 있듯이 흡입압력(PM)과 드로틀 개도각 등의 엔진 부하에 따라서 설정된다. 즉, 엔진부하가 작을수록 배기가스의 혼합이 지연되기 때문에, 작은 값이 계수(β)로 설정된다.
이후, 단계(404)에서, CPU(31)는 산출된 실제 리치타임(RT)을 기반으로 하여 린타임(LT)을 설정한다. 린타임은 다음과 같이 산출된다.
LT=α1ㆍ실제 RT
계수(α1)는, 예를 들어 도 14에 도시된 관계를 기반으로 하여 얻어진다. 실제 리치타임이 길수록, 보다 큰 값이 계수( α1)로 설정된다.
이후, CPU(31)는 도 3의 단계(203∼208)에 따라 위의 린제어와 리치제어를 교대로 실행한다.
도 15에 도시되어 있듯이, 목표 공연비( λTG)가 소정의 리치타임(제어 지령값)에 의해 린으로부터 리치로 스위칭될 때, 엔진 연소실로 흐르는 혼합물의 공연비(연소 A/F)의 변화가 연료웨트(fuel wet) 등의 영향에 의해 느려지게 된다. 또한, 배기가스가 NOx 촉매(19)에 도달하는 경우 배기가스의 공연비(배기가스 A/F)가 나머지 실린더 배기가스와의 혼합과 배기파이프내 이송시의 지연으로 인해 더욱 느려지게 된다. 따라서, 실질적으로 리치(실질 리치타임)로 되도록 촉매의 입장시 배기가스의 공연비에 필요한 시간이 제어 지령값보다 약간 단축된다. 이러한 경우에, 공연비의 리치제어는 소정의 리치타임(제어 지령값)을 기반으로 하여 실행되고, 공연비의 린제어는 실제 리치타임을 기반으로 하여 수행된다.
위에서 상세히 설명한 제3실시예에 따라 다음과 같은 효과가 얻어질 수 있다.
(a") 리치타임(제어 지령값)과 비교된 실제 리치타임은 엔진작동상태를 기반으로 추정되고, 린타임은 추정된 실제 리치타임으로부터 설정된다. 이 경우에, 린타임은 적절히 설정될 수 있다. 실제 리치타임이 더욱 단축될지라도, NOx는 린 혼합물 연소 부족으로 인해 무방비로 배기되지 않는다. 결과적으로, 리치 혼합물 연소는 최적시간에 수행될 수 있고, 연료소비의 향상과 토오크 변동의 억제가 실현될 수 있다.
(b") 엔진(1)의 부하가 작을수록 리치타임 지령값과 비교되는 실제 리치타임이 더욱 단축된다고 추정된다. 이 경우에, 배기가스 공연비의 린/리치 스위칭이 지연되는 저부하의 상태하에서 조차도, 리치타임과 린타임이 적절히 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다음 방식으로 또한 실현될 수 있다.
예를 들어, 드로틀 개도각, 가속기 개도각 등은 엔진작동상태를 검출하도록 파라미터로서 이용될 수 있다.
다른 공연비 센서는 NOx 촉매(19) 하류에 배치될 수 있다. 촉매상태는 공연비의 린⇔리치 스위칭시에 촉매 전,후의 응답(응답속도)으로부터 식별될 수 있고, 리치타임의 학습은 식별결과의 기초하에서 허가되거나 금지된다. 이 경우에 이용되는 공연비 센서로서, 산소의 농도에 따라 선형전류신호를 출력하는 공지된 A/F 센서(한계 전류식 공연비 센서), 경계로서의 이론비와 관련한 린과 리치측에 따라 상이한 전압신호를 출력하는 공지된 O2센서 등이 적용될 수 있다.
2이상의 분사시간에 해당하는 리치타임이 시간마다 갱신될 수 있다. 이 경우에, 예컨대, NOx 센서의 출력을 기반으로 하여, 마진을 고려한 갱신폭을 한계값으로 가변할 수 있게 설정하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
전원이 턴온될 때마다 리치타임이 초기값(10분사시간에 해당하는 시간)으로부터 다시 학습될 수 있다.
리치타임(제어 지령값)은 제2실시예에서 설명된 리치타임 학습값을 이용함으로써 동일시간의 제어 지령값을 설정하도록 변경될 수 있다.
앞의 실시예에서 린과 리치제어값에 의해 목표 공연비(λ)를 스위칭함으로써 린 혼합물 연소와 리치 혼합물 연소가 수행될지라도, 이는 또한 변경될 수 있다. 예를 들어, 공연비 보정 계수(FAF)가 린보정측과 리치보정측에서 스위칭됨으로써 린 혼합물 연소와 리치 혼합물 연소를 수행한다.
각각의 실시예에서의 공연비 제어시스템에 있어서는, 향상된 제어 이론을 이용함으로써 목표 공연비와 실제 검출 공연비(실제 공연비)간의 편차에 따라 공연비가 피드백 제어된다. 공연비는 비례정수(P-I)제어에 의해 제어되는 피드백제어될 수 있거나 개방루우프 제어될 수 있다.
(제4실시예)
본 실시예에서, 도 16에 도시되어 있듯이, 배기가스에 포함된 HC, CO 및 NOx의 3개 성분을 정화하기 위한 3원 촉매(19a)는 NOx 흡장 환원작용을 하는 NOx 촉매(19)의 상류에 마련된다. 3원 촉매(19a)의 용량은 NOx 촉매의 용량보다 작다. 3원 촉매(19a)는 엔진(1)의 저온개시후 곧 활성화될 개시촉매로 작용하여 유해한가스를 정화한다.
ECU(30)는 제1∼제3실시예를 참고로 설명된 여러 제어 루우틴을 실행하도록 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 린 공연비 영역에서의 린 혼합물 연소가 정상적으로 수행되고, 리치 혼합물 연소가 린 연소중 일시적으로 수행된다.
본 실시예에 따른 3원 촉매(19a)에서, 산소를 저장할 수 없는 귀금속만이 운반체상의 촉매재로서 운반된다. 특히, 코디어라이트와 같은 스테인레스 스틸 또는 세라믹으로 된 운반체가 촉매층에 의해 도금된다. 이 촉매층은 다공성 알루미나 (Al2O3) 표면에 백금(Pt)만을 운반함으로써 구성된다.
위의 구조의 3원 촉매(19a)는 촉매(19a)에 저장된 산소가 배기가스중의 리치성분(HC, CO)과 반응하고, 이 리치성분이 하류측에 공급될 수 없도록 불편함을 제거한다. 즉, 3원 촉매(19a)에 의한 산소의 저장이 극히 억제되기 때문에, 흡장된 NOx를 환원 및 방출하는데 충분한 리치성분이 NOx 촉매(19)에 공급되고, 배기가스중 리치성분이 이 흡장된 NOx를 환원 및 방출하기 위해 충분히 이용된다.
도 17에서, 린 혼합물 연소가 리치 혼합물 연소로 일시적으로 스위칭되는 경우, 3원 촉매(19a) 상류에서의 공연비(A/F)가 (a)로 도시되어 있듯이 변경되고, 3원 촉매(19a) 하류에서의 공연비(A/F)가 (b)로 도시된 것처럼 변경되며, NOx 촉매(19)에 흡장된 NOx량이 (c)로 도시된 것처럼 변한다.
공연비가 시간(t1)에 린값으로부터 리치값으로 스위칭되는 경우, 3원 촉매(19a) 상류측상의 공연비가 리치측으로 변하기 시작한다. 촉매(19a)의 상류측과 하류측상의 공연비가 이론 공연비(λ=1)에 대해 리치로 되는 경우, NOx 촉매(19)에 의해 흡장된 NOx가 환원되어 방출되고, NOx 흡장량이 감소하기 시작한다. 실질적으로 촉매(19a)의 하류측상의 공연비가 배기가스의 이송 지연으로 인해 촉매 (19a)의 상류측상의 공연비 뒤에서 약간 변할지라도, 이들은 편이상 도 17에 동시에 도시된다. 이후에 공연비가 리치값으로부터 린값으로 복귀되는 경우에, 시간 (t3)에서 공연비가 린측으로 변하기 시작하여 린영역으로 복귀한다. t2∼t3로부터의 기간동안 (b)로 도시된 3원 촉매(19a) 하류에서의 공연비는 리치영역으로 들어가게 되어 NOx 촉매(19)에 의해 흡장된 거의 모든 NOx가 환원되어 방출된다. 이 경우에, 3원 촉매(19a)의 산소저장량은 위에서 언급한 것처럼 최소로 조절되기 때문에, 3원 촉매(19a) 하류 공연비의 리치니스(richness)의 량이 감소되어 실질적인 리치기간이 단축되지 않는다. 이러한 작동은 3원 촉매(19a)가 NOx 촉매(19)의 상류에 마련되지 않은 경우와 거의 같다.
도 17의 이점쇄선에 의해 도시된 공연비의 천이는, 비교를 위해 높은 산소 저장능력을 지닌 3원 촉매(또는 산화 촉매)가 NOx 촉매의 상류측에 마련된 경우를 도시한다. 이러한 경우에, 3원 촉매에 저장된 산소는 배기가스중의 리치성분과 반응한다. 공연비는 시간(t2) 직후 이론 공연비로 즉시 유지되고, 리치측으로 이동한다. 결과적으로, 3원 촉매(19a)의 하류측의 공연비 리치니스의 정도가 감소되어 리치기간이 단축된다.
즉, 본 실시예의 장치에서, 리치성분은 도 17의 밑금친 영역에 해당하는 량만큼 증가되고 이 증가된 리치성분은 NOx 촉매(19)에 공급된다. NOx 촉매(19)에 흡장된 NOx가 증가된 리치성분만큼 환원되어 방출된다.
도 18은, 리치가스가 공급되는 경우(예를 들어, 도 17에서 시간(t2∼t3)) NOx 촉매 바로 상류의 배기가스(도 16의 점(B)에서의 배기가스)의 리치 공연비의 영역과 함께, 엔진으로부터 배출된 바로 하류의 배기가스(도 16의 점(A)에서의 배기가스)의 리치 공연비 영역을 도시한다. 공연비의 영역은 λ=1로부터 리치측으로의 편차 적분값에 대응한다. 도 17의 실선은 제4실시예의 특성을 도시하고, 이점쇄선은 선행기술의 장치 특성을 도시하고, 점선은 3원 촉매(19a)가 NOx 촉매 상류에 마련되지 않은 경우의 특성을 도시한다. 3원 촉매(19a)가 마련되지 않은 경우, 엔진배기 바로 하류의 배기가스 성분과 NOx 촉매 상류의 배기가스 성분이 동일하기 때문에, 이들의 리치부분 영역이 서로 일치하게 된다(가로좌표축의 값과 세로좌표축의 값의 비는 1:1).
예를 들면, 엔진배기 바로 하류의 리치 공연비 영역이 "P"인 경우에:
ㆍ 본 실시예의 경우에는, NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비 영역이 "Q1"이고;
ㆍ 선행기술 장치의 경우에는, NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비 영역이 "Q2"이며;
ㆍ 3원 촉매(19a)가 마련되는 경우에는, NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비 영역이 "Q3"이다(여기서, P=Q3, Q3〉Q1》Q2).
실시예의 경우에는, NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비 영역이 3원 촉매(19a)가 마련되지 않는 경우에 비해서 약간 환원되는 경우에, 그 영역이 선행기술의 장치에 비해 대폭적으로 증가함을 도 18로부터 알 수 있다. 선행기술의 특성은, 가로축의 "L"의 범위에서, 엔진배기 바로 하류의 리치 공연비가 증가할지라도, NOx 촉매 바로 상류의 리치 공연비는 NOx 촉매 상류측상의 3원 촉매(19a)에 의해 흡장된 산소에 의해 증가되지 않고, "0"으로 남아 있다. 즉, 범위(L)는 NOx 촉매(19)의 상류측상이 3원 촉매(19a)의 산소 저장량에 대응하고, NOx 정화율의 열화를 야기한다.
제4실시예에 따르면, 산소를 저장 할 수 없는 백금(Pt)만이 운반체에 의해 운반되는 구조를 가진 촉매재가 NOx 촉매의 상류측에 배치된 3원 촉매(19a)로 이용된다. 따라서, 필요 이상의 리치타임을 지연함이 없이 흡장된 NOx를 환원하여 방출하는데 충분한 리치 성분을 NOx 촉매(19)에 공급할 수 있다. 따라서, NOx 촉매(19)의 NOx 정화율은 3원 촉매(19a)와 NOx 촉매(19)를 지닌 배기시스템에서 향상될 수 있다.
3원 촉매(19a)는 개시촉매로 이용되기 때문에 방출이 촉매의 신속한 활성 요청을 만족하면서 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시예는 다음과 같이 수정될 수 있다.
3원 촉매(19a)는 높은 산소저장능력을 지닌 조촉매가 운반체에 의해 운반되지 않거나 또는 조촉매의 소량만이 운반체에 의해 운반되는 방식으로 구성된다. 이 경우에는, 고 산소흡장 능력을 지닌 조촉매로서, 산화세륨(CeO2), 바륨(B), 란탄 (La)등이 이용될 수 있다. 이 경우에는 NOx 촉매(19)의 NOx 정화율이 향상될 수 있다.
3원 촉매(19a)는 촉매에 운반된 산소를 저장할 수 있는 귀금속(Rh, Pd)의 량이 줄어드는 방식으로 또한 구성되어 있다. 특히, Rh인 경우 운반량은 0.2 gram/liter 이하이고, Pd의 경우 운반량은 2.5 gram/liter 이하가 됨이 바람직하다.
3원 촉매(19a)가 실시예에서 NOx 촉매(19)의 상류측에 마련될지라도, 3원 촉매(19a)는 산화 촉매로 변할 수 있다. 즉, 산화반응을 갖는 촉매가 NOx 촉매의 상류에 마련되는 한 어느 구성도 이용될 수 있다.
주지해야 할 것은, 본 발명은, 개시된 실시예와 변경으로 제한되어서는 않지만 본 발명의 사상에서 벗어남 없이 기타 방식으로 수행될 수 있다는 것이다.
본 발명에 의하면, NOx 촉매의 정화능력을 회복하도록 정상적인 린 혼합물 연소에 있어서의 리치 혼합물 연소시간을 극대화할 수 있으며, 산화 촉매 및 NOx 촉매를 이용하면서 NOx 정화율을 증가시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 린 혼합물 연소에 대한 이론비와 관련해서 내연기관에 공급된 공연 혼합물의 공연비를 린측으로 정상적으로 제어하고, 이 이론 공연비와 관련해서 공연비를 리치측으로 일시적으로 제어하는 공연비 제어수단과;
    린 혼합물 연소시에 배출된 배기가스내의 NOx를 흡장하고, 리치 혼합물 연소를 위한 리치측으로 공연비를 일시적으로 제어함으로써 NOx 촉매로부터 흡장된 NOx를 방출하는 NOx 촉매수단과;
    상기 NOx 촉매에 의해서 엔진작동상태와 NOx 정화율에 따라 리치 혼합물 연소를 위한 리치타임을 설정하는 리치타임 설정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리치타임 설정수단은 상기 NOx 촉매에 의해서 소망의 NOx 정화율이 얻어질 수 있는 범위내에서 가장 짧은 리치타임을 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  3. 린 혼합물 연소에 대한 이론비와 관련해서 내연기관에 공급된 공연 혼합물의 공연비를 린측으로 정상적으로 제어하고, 이 이론 공연비와 관련해서 공연비를 리치측으로 일시적으로 제어하는 공연비 제어수단과;
    린 혼합물 연소시에 배출된 배기가스내의 NOx를 흡장하고, 리치 혼합물 연소를 위한 리치측으로 공연비를 일시적으로 제어함으로써 NOx 촉매로부터 흡장된 NOx를 방출하는 NOx 촉매수단과;
    상기 NOx 촉매의 NOx 정화상태를 검출하는 촉매상태 검출수단과;
    소정의 시간간격으로 단축되도록 리치 혼합물 연소를 위한 리치타임을 갱신하는 리치타임 갱신수단과;
    상기 리치타임의 갱신을 취소하여 이때에 리치타임이 상기 촉매의 검출된 NOx 정화상태로부터 한계 값으로서 식별될 때 리치타임을 단축시키는 갱신 취소수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 촉매상태 검출수단은 상기 NOx 촉매의 하류측에 마련된 가스농도 센서와, 그 센서의 출력값을 기반으로 하여 NOx 촉매의 NOx 정화 정도를 식별하는 식별수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 내연기관의 모든 작동영역에 대해 갱신된 리치타임을 저장하는 저장수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  6. 린 혼합물 연소에 대한 이론비와 관련해서 내연기관에 공급된 공연 혼합물의 공연비를 린측으로 정상적으로 제어하고, 이 이론 공연비와 관련해서 공연비를 리치측으로 일시적으로 제어하는 공연비 제어수단과;
    린 혼합물 연소시에 배출된 배기가스내의 NOx를 흡장하고, 리치 혼합물 연소를 위한 리치측으로 공연비를 일시적으로 제어함으로써 NOx 촉매로부터 흡장된 NOx를 방출하는 NOx 촉매수단과;
    리치 혼합물 연소를 위한 리치타임의 제어 지령값을 설정하는 제어 지령값 설정수단과;
    상기 리치 혼합물 연소시에 배기가스가 설정된 리치타임 지령값에 의해 리치로 되고, 엔진작동상태를 기반으로 하여 NOx 촉매에 공급되는 실제시간을 추정하는 실제 리치타임 추정수단과;
    상기 추정된 실제 리치타임을 기반으로 하여 린 혼합물 연소를 위한 린타임을 설정하는 린타임 설정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 지령값 설정수단은 엔진작동상태에 따라서 낮은 한계값에 의해 리치타임 제어 지령값을 보호하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 실제 리치타임 추정수단은 상기 내연기관의 부하가 작아짐에 따라 리치타임 지령값과 비교해서 실제 리치타임이 단축되게 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  9. 엔진배기 시스템에 배설되어 NOx를 흡장하여 환원하는 제1촉매수단과;
    상기 제1촉매수단의 상류에 배치되어 적어도 산화작용을 하는 제2촉매수단과;
    린 혼합물 연소에 대한 이론비와 관련해서 내연기관에 공급된 공연 혼합물의 공연비를 린측으로 정상적으로 제어하고, 이 이론 공연비와 관련해서 공연비를 리치측으로 일시적으로 제어하는 공연비 제어수단과;
    상기 리치 혼합물 연소를 위한 리치타임을 변경하는 리치타임 변경수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 리치타임 변경수단은 상기 제1촉매수단의 흡장 NOx 용량에 따라 리치타임을 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  11. 엔진배기 시스템에 배설되어 NOx를 흡장하여 환원하는 제1촉매수단과;
    상기 제1촉매수단의 상류에 배치되어 적어도 산화작용을 하며, 산소를 저장할 수 없는 귀금속만 운반하는 제2촉매수단을 포함하는 내연기관용 제어시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2촉매수단은 귀금속으로서 백금만을 운반함을 특징으로 하는 내연기관용 제어시스템.
  13. 엔진배기 시스템에 배설되어 NOx를 흡장하여 환원하는 제1촉매수단과;
    상기 제1촉매수단의 상류에 배치되어 적어도 산화작용을 하며, 높은 산소 저장능력을 지닌 소량의 조촉매를 가지거나 또는 조촉매를 가지지 않는 제2촉매수단을 포함하는 내연기관용 제어시스템.
  14. 엔진배기 시스템에 배설되어 NOx를 흡장하여 환원하는 제1촉매수단과;
    상기 제1촉매수단의 상류에 배치되어 적어도 산화작용을 하며, 소량의 귀금속을 운반시켜 산소 저장능력을 저하시키는 제2촉매수단을 포함하는 내연기관용 제어시스템.
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