KR100316501B1 - 질소산화물흡수촉매를갖는내연기관시스템 - Google Patents

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Abstract

배기 가스 내의 HC 및 CO뿐만 아니라 NOx 흡수 촉매로부터 방출된 NOx의 적절한 처리를 위해, NOx흡수제 하류측 배기 가스 A/F의 측정치가 피드백 제어 루프에 대한 입력으로서 사용된다. 피드백 제어 루프는 목표 A/F(이론 공연비 또는 농후측)로부터의 실제 A/F 입력의 편차를 감소시키는 방향으로 각 연료 분사기에 적용되는 연료 제어 명령의 피드백 교정 인자 (또는 계수)를 변경시킨다. A/F의 측정치가 농후측으로 절환될 때, NOx 흡수 촉매 상류측 배기 가스 A/F의 측정치는 희박 연소 모드를 유지하도록 통상의 피드백 제어 루프를 수행하기 위한 입력으로서 사용된다.

Description

질소 산화물 흡수 촉매를 갖는 내연 기관 시스템{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH NOx ABSORBENT CATALYST}
본 발명은 내연 기관(엔진)용 배기 가스 정화기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 NOx 흡수제를 보유한 촉매 컨버터를 가지고 배기 통로 내에서 질소 산화물(NOx)의 정화 처리에 최적인 환경을 생성하도록 혼합기(combustible charge)의 공연비(A/F)를 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일본 특허 공개 7-139397호는 NOx 흡수제가 배치된 배기 가스 통로를 갖는 내연 기관을 개시하고 있다. 흡수제 상류측 배기 가스 A/F가 이론 공연비(A/FSTOCH)보다 클 때, 흡수제는 배기 가스 내의 NOx를 흡수한다. A/F가 A/FSTOCH보다 크지 않을 때, 흡수제는 NOx를 방출한다.
도13은 촉매 상류의 배기 가스 내의 NOx 흡수 및 NOx 방출 촉매를 갖는 내연 기관의 폐쇄 연료 제어 루프로의 목표 A/F 명령 입력을 개략적으로 도시한다. 또한, 도13은 (실선으로 도시된) 컨버터의 입구에서 배기 가스 내의 A/F, 즉, 배기 가스 A/F와 (점선으로 도시된) 컨버터 출구에서 배기 가스 A/F를 도시한다. 도13에서, 실선은 희박 연소 모드 중의 연소로부터 야기된 NOx 방출을 도시한다. NOx 흡수제는 저장 한계를 갖는다. 이러한 저장 한계가 초과되면, NOx는 흡수되지 않는다.
통상, 엔진 부하, 엔진 속도 및 A/F가 제어기에서 저장 한계가 도달되었는지를 결정하도록 사용된다. 저장 한계가 초과되기 직전이면, 제어기는 목표 A/F를 이론 공연비 또는 농후측으로, 즉 A/F ≤ A/FSTOICH으로 세팅하여, 흡수제가 NOx를 방출하도록 하여, 방출된 NOx를 배기 가스 내에 함유된 HC 및 CO에 의해 환원시킨다.
목표 A/F의 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로의 변화는 NOx 흡수제로부터 NOx 및 O2의 분리를 야기하여, 분리된 O2의 존재에 의해 흡수제 내의 분위기의 A/F가 농후하게 되는 것을 방지한다. O2의 과도한 존재는 흡수제 내에서 NOx를 정화하는 기능을 하는 HC 및 CO를 산화시킨다. 따라서, 분리된 NOx는 만족스러운 비율로 제거되지 않으며 촉매 컨버터로부터 배출된다.
NOx의 정화를 위해, 컨버터 내의 배기 가스가 혼합기의 A/F에 농후 스파이크(rich spike)를 줌으로써 농후해지는 속도를 가속하는 것이 바람직하다.
NOx 흡수제가 NOx를 흡수할 수 있는 최대량 및 흡수제의 O2저장 능력은 시간이 경과함에 따라 점차 감소된다. 따라서, 농후 스파이크의 양이 NOx 흡수제의 전체 수명에 대해 변경되지 않고 유지된다면 HC 및 CO의 배출이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 농후 스파이크 양을 적당히 조절하는 것은 NOx가 정화되지 않고 흡수제를 떠나는 문제점에 대한 충분한 해결책이 아니다. 이러한 문제점은 농후 스파이크의 양을 증가시킴으로써 해결될 수 없다.
본 발명의 목적은 NOx 흡수제의 전체 수명에 걸쳐, NOx 흡수제를 보유한 촉매 컨버터를 가지고 배기 통로 내에서 NOx의 정화 처리에 최적인 환경을 생성하도록 혼합기의 A/F를 제어하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 실린더와, 상기 실린더 내로 흡입 공기를 유입하기 위한 흡기 통로와, 연료 제어 명령에 응답하여 상기 실린더 내로 연료를 유입하기 위한 연료 분사기와, 상기 실린더 내의 혼합기의 연소로 발생된 배기 가스를 수용하기 위한 배기 통로와, 상기 배기 통로 내에 배치되어 배기 가스 내의 공연비(A/F)가 이론 공연비의 희박측에 있을 때 질소 산화물(NOx)을 흡수하며 A/F가 이론 공연비에 또는 농후측에 있을 때 환원 처리를 위해 NOx를 방출하는 NOx 흡수 촉매와, 상기 연료 제어 명령을 발생시키기 위한 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경시키도록 작동 가능하고, 상기 제어기가 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경한 후에 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매 하류측 배기 가스 A/F가 농후하게 되도록 작동 가능한 내연 기관이 제공된다.
도1은 본 발명에 따른 시스템의 하드웨어를 도시하는 도면.
도2는 본 발명의 양호한 실시예의 제어 루틴을 도시하는 흐름도.
도3은 목표 A/F 입력 명령 및 시스템 응답을 도시하는 도면.
도4는 본 발명의 양호한 제2 실시예의 제어 루틴을 도시하는 흐름도.
도5는 목표 A/F 입력 명령 및 A/F 센서 출력 응답을 도시하는 도면.
도6은 본 발명에 따른 시스템의 다른 하드웨어를 도시하는 도면.
도7은 본 발명의 양호한 제3 실시예의 제어 루틴을 도시하는 흐름도.
도8은 A/F 피드백 교정 효율 유지 시간과 희박 연소 혼합물에 의한 연소 지속 시간 사이의 양호한 관계를 도시하는 도면.
도9는 목표 A/F 입력 명령 및 시스템 응답을 도시하는 도면.
도10은 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 하드웨어를 도시하는 도면.
도11은 본 발명의 양호한 제4 실시예의 제어 루틴을 도시하는 흐름도.
도12는 목표 A/F 입력 명령 및 시스템 응답을 도시하는 도면.
도13은 NOx 흡수 촉매를 갖는 내연 기관의 폐쇄 연료 제어 루프로의 목표 A/F 명령 입력과 촉매 상류의 배기 가스 내의 NOx 배출을 개략적으로 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 내연 기관(엔진)
12 : 흡기 통로
14 : 스로틀 밸브
16 : 연료 분사기
18 : 스파크 플러그
20 : 촉매
22 : 제어기
도1에서, 도면 부호 10은 스로틀 밸브(14)를 포함하는 흡기 통로(12)를 갖는 내연 기관(엔진)을 도시한다. 작동 시에, 스로틀 밸브(14)는 엔진(10)의 실린더로 유입되는 공기의 유량을 측정한다. 유도 상태에서, 실린더는 혼합기를 형성하도록 연료 분사기(16)에 의해 분사된 연료와 혼합되는 공기를 흡입한다. 연료 분사기(16)는 각 실린더의 흡기 포트 내로 또는 실린더 내로 직접 연료 분사를 유도한다.
스파크 플러그(18)에 의해 발생된 스파크는 연소를 위해 실린더 내의 혼합기를 점화시킨다. 연소에 의해 발생된 배기 가스는 NOx 흡수 촉매(20)에 의해 정화되어 대기로 배출된다.
NOx 흡수 삼원 촉매로 불리는 흡수 촉매(20)는 배기 A/F가 A/FSTOICH보다 크지 않거나 (이론 공연비와 동일하거나 또는 농후)할 때, 배기 가스 내의 NOx를 흡수할 수 있다. 배기 A/F가 A/FSTOICH보다 크면 (또는 희박하면), 흡수 촉매는 삼원 촉매 층에 의해 환원 처리되도록 흡수된 NOx를 방출한다.
제어기(22)는 연료 분사기(16)에 의해 분사 타이밍 및 지속시간과 스파크 플러그(18)에 의해 점화 타이밍을 제어한다. 제어기(22)는 중앙 처리 장치(CPU),램(RAM), 롬(ROM) 및 입/출력 인터페이스 회로(I/O)와 같은 공지의 구성 부품을 포함하는 디지털 마이크로컴퓨터를 포함할 수도 있다. 제어기(22)는 연료 분사기(16)를 위한 연료 분사 신호(분사 펄스)와 스파크 플러그(18)를 위한 스파크 신호(출력 트랜지스터)를 발생시킨다.
연료 분사 신호를 계산하는 과정에서, 제어기(22)는 목표 A/F를 갖는 혼합기를 생성하는 데 요구되는 엔진 작동 상태 및 연료 분사량(분사 펄스 폭)에 대해 목표 A/F가 결정되었는지를 결정한다. 제어기(22)는 목표 A/F로서 희박 A/F를 세팅할 수 있다.
제어기(22)는 여러 가지 센서로부터 엔진 작동 상태를 표시하는 변수의 정보를 입력받는다. 센서는 흡입 공기 유량(공기량)의 검출을 위한 공기 유량계(24)와, 스로틀 밸브(14)의 개도의 검출을 위한 스로틀 센서(26)를 포함한다. 제1 및 제2 A/F 센서(30, 32)가 배기 통로(28)에 노출된다. 제1 A/F 센서(30)는 배기 A/F의 검출을 위해 NOx 흡수 촉매(20) 상류에 배치된다. 제2 A/F 센서(32)는 배기A/F의 검출을 위해 NOx 흡수 촉매(20) 하류에 배치된다. 제어기(22)는 제1 및 제2 A/F 센서(30, 32)로부터 NOx 흡수 촉매(20)의 상류측 및 하류측 배기 가스 A/F의 정보를 입력받는다. 제어기(22)는 도시되지 않은 크랭크 각도 센서 및 냉각수 온도 센서로부터 엔진 속도(RPM) 및 냉각수 온도의 정보를 입력받는다.
제1 및 제2 A/F 센서(30, 32)는 배기 가스 내의 산소 농도에 기초하여 배기 A/F의 검출을 위한 센서를 각각 포함하며, 이러한 센서는 이론 공연비의 검출을 위한 이론 공연비 센서 또는 넓은 범위에 걸쳐 배기 A/F의 검출을 위한 광범위 A/F센서일 수도 있다.
제어기(22)에 의해 수행되는 제어 계획은 제1 A/F 피드백 제어 루프 및 제2 A/F 피드백 제어 루프로 분할될 수도 있다.
제1 A/F 센서(30)로부터의 실제 A/F는 제1 A/F 피드백 제어 루프로 입력된다. 제1 A/F 피드백 제어 루프에 따라, 연료 분사량은 목표 A/F로부터의 실제 A/F의 편차를 0을 향해 감소시키는 방향으로 교정된다. 연료 분사량 교정 시에 사용되는 A/F 피드백 교정 계수(α)는 예를 들어 비례 적분(PI) 제어에 의해 세팅된다.
목표 A/F가 희박 A/F로부터 이론 또는 농후 A/F로 변경된 직후에, 제2 A/F 피드백 제어 루프는 제1 A/F 피드백 제어 루프 대신 역할을 하도록 된다. 제2 A/F 센서(32)로부터의 실제 A/F가 제2 A/F 피드백 제어 루프로 입력된다. 제1 A/F 피드백 제어 루프에 따라, 연료 분사량은 목표 A/F로부터의 실제 A/F의 편차를 0을 향해 감소시키는 방향으로 교정된다.
도2의 흐름도는 제2 A/F 피드백 제어 루프의 개시 및 종료를 결정하는 제어 루틴을 도시한다.
단계 40에서, 제어기(22)는 플래그(FRS)가 세팅되었는지를 결정한다. 제어기(22)는 플래그(FRS)를 도시되지 않은 다른 제어 루틴에서 처리하며 소정 상태가 충족될 때 플래그(FRS)를 세팅한다.
NOx 흡수 촉매(20)는 배기 A/F가 희박할 때 NOx를 흡수하며, 배기 A/F가 이론 또는 농후할 때 흡수된 NOx를 방출한다. 목표 A/F가 희박으로부터 이론 또는 농후로 세팅을 절환하면, NOx 흡수 촉매(20)는 NOx를 방출한다. 따라서,제어기(22)는 이러한 조건하에서 플래그(FRS)를 세팅한다.
통상, 작동자 출력 요구, 엔진 부하, 엔진 속도에 의해 제공될 수 있는 작동 조건은 목표 A/F를 희박으로부터 이론 또는 농후로 절환시킬 때를 결정한다. 흡수 촉매(20)에 의해 흡수된 NOx가 한계에 도달되려 할 때가 결정되면, 제어기(22)는 NOx의 방출 및 정화를 위한 일시적인 농후화 제어 회로를 개시한다. 이러한 경우에, 제어기(22)는 플래그(FRS)를 세팅한다.
단계 40에서, 플래그(FRS)가 복원되어 0과 동일하게 되면, 루틴은 이 단계 40으로 복귀된다. 단계 40에서, 플래그(FRS) = 1이면, 루틴은 제어기(22)가 입력을 제1 A/F 센서(F. A/F S.: 30)로부터 제2 A/F 센서(S. A/F S.: 32)로 절환시키는 단계 42로 진행한다. 먼저 FRS = 1인 것이 결정된 직후에, 제어기(22)는 입력으로서 제2 A/F 센서(32)로부터의 실제 A/F를 사용하여 계속되어, 제2 A/F 피드백 제어 루프를 작동하게 한다. 제2 A/F 피드백 제어 루프에 따라, 연료 분사량은 제2 A/F 센서(32)로부터의 이론 또는 농후로 세팅된 목표 A/F로부터의 실제 A/F의 편차를 감소시키는 방향으로 변화된다. 흡수 촉매(20) 하류의 배기 A/F는 이론 또는 농후 세팅을 향해 조정된다. 제어기(22)는 단계 44에서 제2 A/F 센서(32)가 희박측으로부터 농후측으로 절환되었는지를 결정할 때까지 제2 A/F 피드백 제어 루프를 수행한다. 단계 44에서, 제어기(22)는 제2 A/F 센서(32)가 희박측으로부터 농후측으로 절환되었는지를 결정한다. 본 실시예에서, 제2 A/F 센서(32)는 이론 공연비 방식이다. 소위 광범위 A/F 센서가 제2 A/F 센서(32)로서 사용되면, 단계 44의 질문은 "소정의 목표 A/F가 도달되었는가?"로 될 수 있다.
단계 44에서의 질문이 긍정이면, 루틴은 제어기(22)가 플래그(FRS)를 복원시키는 단계 46으로 진행된다. 다음 단계 48에서, 제어기(22)는 입력을 제2 A/F 센서(32)로부터 제1 A/F 센서(30)로 절환시킨다.
도3은 제어기(22)가 플래그(FRS)를 세팅할 때에 그리고 그 후에 제1 A/F 센서(30)에서의 배기 A/F와 제2 A/F 센서(32)에서의 배기 A/F의 응답을 도시한다.
도3에서, 목표 A/F가 이론 또는 농후로 변경되어 제어기(22)가 플래그(FRS)를 세팅하는 순간, 제어기(22)는 입력을 제1 A/F 센서(30)로부터 제2 A/F 센서(32)로 절환시킨다. 그 다음 제어기(22)는 입력으로서 제2 A/F 센서(32)로부터의 실제 A/F를 사용해서 피드백 제어 루프를 개시한다. 다시 말하면, 연료 분사량은 제2 A/F 센서(32)가 희박측으로부터 농후측으로 절환될 때까지 증가된다.
제1 A/F 센서(30)는 상대적으로 이른 단계에서 희박측으로부터 농후측으로 절환된다. 그러나, 제2 A/F 센서(32)는 NOx 흡수 촉매(20)로부터 분리된 NOx 및 O2에 의해 제1 A/F 센서(30)의 절환 시에 희박측에 유지된다. 따라서, 연료 분사량은 제1 A/F 센서(30)가 농후측으로 절환된 후에도 계속 증가하여, 소위 "농후 스파이크"를 생성한다. 이러한 농후 스파이크는 제2 A/F 센서(32)가 희박측으로부터 농후측으로 절환되는 데 요구되는 시간을 단축시킨다. 따라서, NOx 흡수 촉매(20) 내의 배기 A/F가 농후측으로 절환되는 데 요구되는 시간이 단축된다.
농후 스파이크는 NOx 흡수 촉매(20)에 의해 방출된 NOx 처리 시에 효과적인 것으로 입증되었다. 따라서, NOx 흡수 촉매(20)의 내부가 농후측으로 신속히 절환되면, NOx의 효과적인 환원이 기대된다.
농후 스파이크의 연료 분사량의 증가가 제2 A/F 센서(32)의 농후측으로의 절환 시에 종료된다. 이는 NOx 흡수 한계 및 O2저장 한계가 NOx 흡수 촉매(20)의 장기간의 사용에 대해서 저하된 후에도 농후 스파이크를 위한 연료 분사량의 과도한 증가를 억제하는 데 유익하다.
도3에서, 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환될 때 또는 그 직후에, 제어기(22)는 제1 A/F 피드백 제어 루프를 작동하게 하며 제2 A/F 피드백 제어 루프를 작동하지 않게 한다. 다시 말하면, 제어기(22)는 제1 A/F 센서(30)에서 실제 배기 A/F를 이론 공연비와 일치시키도록 A/F 피드백 제어를 개시한다.
도4의 흐름도는 본 발명의 양호한 실시예를 도시한다.
단계 50에서, 제어기(22)는 플래그(FRS)가 세팅되는지를 결정한다. 플래그(FRS)가 세팅(= 1)된 직후, 제어 루틴은 단계 50으로부터 단계 52로 진행된다.
단계 52에서, 제어기(22)는 입력을 제1 A/F 센서(30)로부터 제2 A/F 센서(32)로 절환시킨다. 그 다음 루틴은 단계 54로 진행된다.
단계 54에서, 제어기(22)는 타이머(Ta)를 복원시키거나 클리어하며 (Ta= 0), A/F 피드백 교정 계수(α)를 100%의 초기값과 동일하게 복원시킨다. 타이머(Ta)는, 입력으로서 제2 A/F 센서(32)를 사용하는 제2 A/F 피드백 제어 루프가 계속 진행되는 시간을 카운팅한다. 피드백 교정 계수(α)는 연료 분사량을 교정하기 위한 작동량으로서 사용된다.
다음 단계 56에서, A/F 피드백 교정 계수(α)는 다음 식으로 주어진다.
α = KNα+ LNα···(1)
여기서, KNα는 상수이고, LNα는 제2 A/F 센서(32)의 농후측으로의 절환 시의 α값을 학습함으로써 생성된 값이다.
피드백 교정 계수(α)로서 초기값을 세팅한 후(도5 참조), 제어 루틴은 단계 58로 진행된다.
단계 58에서, 제어기(22)는 타이머(T)를 증가시킨다. 단계 60에서, 제어기(22)는 T가 최대값(Tαmax)보다 작은지를 결정한다.
단계 60에서 T가 Tαmax보다 작으면, 루틴은 단계 62로 진행된다. 단계 62에서, 제어기(22)는 교정 계수(α)를 증분(Nα')만큼 증가시킨다. 그 다음 루틴은 단계 64로 진행된다.
단계 64에서, 제어기(22)는 계수(α)가 소정의 최대치(αmax)를 초과했는지를 결정한다(도5 참조). 그러하다면, 루틴은 단계 66으로 진행된다. 단계 66에서, 제어기(22)는 계수(α)로서 최대치(αmax)를 세팅한다. 단계 64 및 단계 66을 따른 진행에 의해, 연료 분사량의 과도한 증가가 방지될 수 있다. 다시 말하면, 과도한 농후 스파이크의 발생이 방지된다.
필요하다면, 단계 62, 단계 64 및 단계 66에서 적분 제어가 생략될 수도 있다. 이 경우, 계수(α)는 단계 56에서 세팅된 값으로 유지된다.
단계 68에서, 제어기(22)는 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환되었는지를 절환한다. 그러하다면, 제어기(22)는 요구된 농후 스파이크가 발생되었는지를 결정하며 제1 A/F 피드백 제어를 작동하게 하도록 진행된다.
단계 68 후에, 루틴은 단계 70으로 진행된다. 단계 70에서, 제어기(22)는 타이머(Tα)가 소정의 최소값(Tαmin)을 초과하는지를 결정한다.
타이머(Tα)가 최소값(Tαmin)을 초과한 후에 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환되었다고 가정하자. 이 경우, 루틴은 단계 70으로부터 단계 72로 진행된다.
단계 72에서, 제어기(22)는 LNα을 학습함으로써 생성된 값을 [(n-1) x LNα+ α']/n으로 갱신하고, 여기서 α'는 제2 A/F 센서(32)의 농후측으로의 절환 시의 교정 계수(α)의 값이며 n은 소정의 가중 계수이다.
이러한 방식으로 LNa를 갱신하는 것은, 제2 A/F 센서(32)가 제1 A/F 센서(30)를 대체한 직후 변화로서, 제2 A/F 센서(32)를 농후측으로 절환시키는 데 요구되는 적절한 값을 제공한다.
필요하다면, 농후측으로 절환 시의 학습 작동으로부터 생성된 값이 엔진 부하의 값 및 엔진 속도의 값의 여러 조합에 대해 저장될 수도 있다.
단계 60에서, 제어기(22)는 타이머(Tα)가 Tαmax를 초과한 것을 결정하면, 루틴은 학습 작동에 의해 LNα를 갱신하기 위해 단계 72로 진행된다. 이 경우, α'는타이머(Tα)가 Tαmax초과 시의 교정 계수(α)의 값이다.
Tα가 Tαmax를 초과하면, 루틴은 단계 72로 진행된 다음 단계 76, 단계 78 및 단계 80으로 진행되며, 제어기(22)는 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환되는 것을 기다리지 않고 제1 A/F 피드백 제어 루프를 작동하게 한다. 이는 제2 A/F 피드백 제어 루프가 요구된 결과를 달성하기 전에 종료되는 경우이다.
단계 70에서, 제어기(22)가 타이머(Tα)가 Tαmin을 초과하는 데 실패한 것을 결정하면, 루틴은 단계 74로 진행된다. 단계 74에서, 제어기(22)는 값(LNα)을 DNαx LNα으로 갱신하며, 여기서 DNα는 계수이며 1보다 작다. 이는 값(LNα)이 감소하는 경우이다. 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환되는 데 요구되는 시간이 Tαmin보다 작으면, 값(LNα)은 후속 작동 사이클 중에 Tαmin을 향해 장시간 동안 감소된다. 이는 NOx의 처리에 대한 적절한 응답으로 제2 A/F 센서(32)를 농후측으로 절환시킨다.
단계 72 또는 단계 74 후에, 루틴은 단계 76으로 진행된다. 단계 76에서, 제어기(22)는 교정 계수(α)를 100%의 초기값과 동일하게 복원시킨다. 다음 단계 78에서, 제어기(22)는 플래그(FRS)를 0으로 복원시킨다. 그 다음 단계 80에서, 제어기(22)는 입력을 제2 A/F 센서(32)로부터 제1 A/F 센서(30)로 절환시킨다. 그 후, 제어기(22)는 제1 A/F 피드백 제어 루프를 수행하도록 계속된다.
도4에 도시된 상술된 제어 계획에 따라, NOx 흡수 촉매(20) 내의 분위기는촉매(20)가 이전의 희박 연소 모드 중에 흡수한 NOx의 처리에 적절한 A/F로 신속히 조정된다. 그러나, 이는 촉매(20) 하류로 탈출한 NOx 처리에 효과적이지 않다. 또한, 제어 계획 중에 농후 스파이크에 의해 발생된 농후화에 의한 HC 및 CO가 처리될 필요가 있다.
이러한 문제는 도6에 도시된 바와 같이 NOx 흡수 촉매(20) 하류의 배기 통로(28) 내에 삼원 촉매(34)를 제공함으로써 해결될 수 있다.
도7은 삼원 촉매(34)에 의해 배기 가스의 독성 성분의 처리를 용이하게 하도록 된 제어 루틴을 도시하는 흐름도의 일부이다. 이 흐름도는 도7에 도시된 바와 같이 단계 68의 하류 및 단계 70의 상류에 두 개의 단계 82 및 단계 84가 삽입된 점을 제외하고는 대체로 도4에서 도시된 흐름도와 동일하다. 이 제어 루틴은 다음과 같은 점을 제외하고 도4의 제어 루틴과 대체로 동일하다. 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환될 때 성립된 피드백 교정 계수(α)가 소정 기간, 즉 유지 시간(NRT) 동안 유지된다. 즉, 피드백 교정 계수는 시간, 즉 이전의 희박 연소 모드가 지속되는 희박 연소 시간의 함수이다.
도7에서, 제어기(22)가 단계 68에서 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환된 것을 결정한 후에 제어 루틴은 단계 82로 진행된다. 단계 82에서, 제어기(22)는 도8에서 도시된 바와 같이 표 TRNT를 불러온다. 표 TRNT는 유지 시간(NRT)과 희박 연소 시간 사이의 실험적으로 결정된 관계를 도시한다. 제어기(22)는 NRT의 값을 결정하기 위한 표 TRNT의 표 검색 작업 수행 시에 희박 연소 시간을 사용한다. 다음 단계 84에서, 제어기(22)는 NRT 시간 동안 교정 계수(α)를 유지한다. NRT 시간의 경과 후에, 루틴은 단계 70으로 진행된다. 도9는 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환될 때 성립된 교정 계수(α)가 제1 A/F 피드백 제어 루프로 복귀되기 전 NRT에 대해 유지되는 것을 명확히 도시한다. 이러한 농후화 작동은 흡수 촉매(20)로부터 방출된 NOx의 효과적인 정화를 위해 삼원 촉매(34) 내에서 농후 A/F의 신속한 달성을 성취한다.
도6 내지 도9에 도시된 제어 계획에 따라, 도8의 표 TRNT는 삼원 촉매(34) 내의 배기 가스의 신속한 농후화를 위해 농후화 작동이 계속되는 NRT를 결정하도록 참조된다. 이러한 개방 루프 농후화 제어는 도10 내지 도12에 도시된 바와 같이 폐쇄 루프 농후화 제어로 교체될 수도 있다.
도10은 하드웨어를 도시한다. 이러한 하드웨어는 삼원 촉매(34)의 하류에 제3 A/F 센서(36)를 추가한 점에서만 도6의 하드웨어와 다르다.
도11은 삼원 촉매(34)에 의해 배기 가스의 독성 성분의 처리를 용이하게 하기 위해 폐쇄 루프 농후화 제어를 수행하도록 된 제어 루틴을 도시하는 흐름도의 일부를 도시한다. 이 흐름도는 도11에 도시된 바와 같이 단계 68의 하류 및 단계 70의 상류에 두 개의 단계 86 및 단계 88이 삽입된 점을 제외하고는 도4의 흐름도와 대체로 동일하다. 이 제어 루틴은 다음을 제외하고는 도4의 제어 루틴과 대체로 동일하다. 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환될 때 성립된 피드백 교정 계수(α)는 제3 A/F 센서(36)가 농후측으로 절환될 때까지 유지된다.
도11에서, 제어기(22)가 단계 68에서 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환되었다는 것을 결정한 후에 제어 루틴은 단계 86으로 진행된다. 단계 86에서, 제어기(22)는 교정 계수(α)를 유지한다. 다음 단계 88에서, 제어기(22)는 제3 A/F 센서(T. A/F S.: 36)가 농후측으로 절환되었는지를 결정한다. 그렇지 않으면, 루틴은 단계 70으로 진행된다. 따라서, 교정 계수(α)는 단계 88에서 제3 A/F 센서(36)가 농후측으로 절환된 것이 결정될 때까지 유지된다. 도12는 제2 A/F 센서(32)가 농후측으로 절환될 때 성립된 교정 계수(α)가 제3 A/F 센서(36)가 농후측으로 절환될 때까지 유지되는 것을 명확히 도시한다. 이 폐쇄 루프 농후화 작동은 긴 농후 스파이크 없이 삼원 촉매(34) 내의 농후 A/F의 신속한 달성을 성취한다.
본 발명에 따르면, NOx 흡수제의 전체 수명에 대하여, NOx 흡수제를 보유한 촉매 컨버터를 가지고 혼합기의 A/F를 제어하여 배기 통로에서 NOx의 제거 처리에 적합한 환경을 만들기 위한 시스템이 제공된다.

Claims (11)

  1. 실린더와, 상기 실린더 내로 흡입 공기를 유입시키기 위한 흡기 통로와, 연료 제어 명령에 응답하여 상기 실린더 내로 연료를 유입시키기 위한 연료 분사기와, 상기 실린더 내의 혼합기의 연소로 발생된 배기 가스를 받기 위한 배기 통로와, 상기 배기 통로 내에 배치되어 배기 가스 내의 공연비(A/F)가 이론 공연비의 희박측에 있을 때 질소 산화물(NOx)을 흡수하며 A/F가 이론 공연비에 또는 농후측에 있을 때 환원 처리를 위해 NOx를 방출하는 NOx 흡수 촉매와, 상기 연료 제어 명령을 발생시키기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경시키도록 작동 가능하고, 상기 제어기가 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경한 후에 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대하여 상기 NOx 흡수 촉매 하류측 배기 가스 A/F가 농후해질 때까지 실린더 내로 유입되는 연료량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매의 하류에 배치된 삼원 촉매를 또한 포함하며,
    상기 제어기는 상기 배기 가스의 A/F의 측정치가 희박측으로부터 농후측으로 절환된 후에 상기 삼원 촉매 하류측 배기 가스 A/F의 측정치가 농후측으로 절환될 때까지 피드백 교정 인자를 변경되지 않게 유지하도록 작동 가능한 것을 특징으로하는 내연 기관 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매의 하류에 배치된 삼원 촉매를 또한 포함하고,
    상기 제어기는 상기 배기 가스 A/F의 측정치가 희박측으로부터 농후측으로 절환된 후 소정 시간 동안 상기 피드백 교정 인자를 변경하지 않고 유지하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  4. 실린더와, 상기 실린더 내로 흡입 공기를 유입시키기 위한 흡기 통로와, 연료 제어 명령에 응답하여 상기 실린더 내로 연료를 유입시키기 위한 연료 분사기와, 상기 실린더 내의 혼합기의 연소로 발생된 배기 가스를 받기 위한 배기 통로와, 상기 배기 통로 내에 배치되어 배기 가스 내의 공연비(A/F)가 이론 공연비의 희박측에 있을 때 질소 산화물(NOx)을 흡수하며 A/F가 이론 공연비에 또는 농후측에 있을 때 환원 처리를 위해 NOx를 방출하는 NOx 흡수 촉매와, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매 상류측 배기 가스 A/F의 제1 측정을 위한 제1 A/F 센서와, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매 하류측 배기 가스 A/F의 제2 측정을 위한 제2 A/F 센서와, 목표 A/F로부터의 실제 A/F 입력의 편차를 0을 향해 감소시키는 방향으로 상기 연료 제어 명령의 피드백 교정 인자를 변경시키기 위한 제1 피드백 제어 루프와 목표 A/F로부터의 실제 A/F 입력의 편차를 0을 향해 감소시키는 방향으로 상기 연료 제어 명령의 상기 피드백 교정 인자를 변경시키기 위한 제2 피드백 제어 루프를 포함하며 상기 연료 제어 명령을 발생시키기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 보통은 상기 제1 피드백 제어 루프로의 실제 A/F 입력으로서 배기 가스 A/F의 상기 제1 측정치를 사용하며 상기 제2 피드백 제어 루프는 작동하지 않게 하고, 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경시키도록 작동 가능하고, 제어기가 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경한 직후에는 상기 제2 피드백 제어 루프에 대한 실제 A/F 입력으로서 배기 가스 A/F의 상기 제2 측정치를 사용하여 제2 피드백 제어 루프를 수행함으로써 제2 측정치가 농후측으로 절환될 때까지 실린더 내로 유입되는 연료량을 증가시키고 상기 제1 피드백 제어 루프는 작동하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 피드백 제어 루프는 상기 제어기가 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경한 직후에 상기 NOx 흡수 촉매 하류측 배기 가스 A/F의 제2 측정치가 농후측으로 절환될 때까지 작동을 수행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 상기 NOx 흡수 촉매 하류측 배기 가스 A/F의 상기 제2 측정치가 농후측으로 절환되지 않으면 상기 제어기가 상기 목표 A/F를 희박측으로부터 이론 공연비 또는 농후측으로 변경한 후 소정 시간의 경과 시에 상기제2 피드백 제어 루프의 작동을 종료하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 상기 A/F의 제2 측정치가 농후측으로 절환된 직후 상기 제2 피드백 제어 루프에 의해 달성된 상기 피드백 교정 인자의 값을 결정하여, 상기 제2 피드백 제어 루프의 후속 작동 중에 상기 피드백 교정 인자의 초기값을 변경시키는 데 있어서 상기 교정 인자의 소정값을 사용하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 상기 A/F의 제2 측정치가 농후측으로 절환될 때까지 소정의 최소 시간이 경과되지 않으면 상기 피드백 교정 인자의 상기 결정된 값을 감소시키도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매의 하류에 배치된 삼원 촉매와, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 삼원 촉매의 하류에 배기 가스 A/F의 제3 측정을 위한 제3 A/F 센서를 또한 포함하며;
    상기 제어기는 상기 배기 가스 A/F의 상기 제2 측정치가 농후측으로 절환된 후에 상기 삼원 촉매 하류측 배기 가스 A/F의 제3 측정치가 농후측으로 절환될 때까지 상기 제2 피드백 제어 루프에서 결정된 상기 피드백 교정 인자를 변경하지 않고 유지하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 배기 통로 내의 배기 가스의 유동에 대해 상기 NOx 흡수 촉매의 하류에 배치된 삼원 촉매를 또한 포함하고,
    상기 제어기는 상기 배기 가스 A/F의 제2 측정치가 농후측으로부터 절환된 후에 소정 시간 동안 상기 제2 피드백 제어 루프에서 결정된 상기 피드백 교정 인자를 변경하지 않고 유지하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 이전의 희박 연소 모드가 지속되는 시간에 반응하여 상기 피드백 제어 인자가 변경되지 않고 유지되는 소정 시간을 변경하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
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