KR100375846B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

배기 공연비가 거의 이론 공연비 근방일때, 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하는 3원 촉매와, 배기 공연비가 상기 이론 공연비보다 린 공연비일 때, 배기 가스 중의 NOx를 흡장하는 기능을 갖는 NOx 촉매로 이루어지며, 상기 내연 기관의 배기 통로에 설치된 촉매 장치와, 적어도 온도에 기인하여 생기는 상기 촉매 장치의 열화 상태를 판정하는 촉매 열화 판정 수단과, 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단이 판정한 경우에, 상기 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분을 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비일 때의 배기 가스 성분보다 악화시키는 제어 수단에 의해 내연 기관의 배기 정화 장치를 구성한다.
NOx 촉매의 NOx 흡장 기능이 저하하는 요인은 적어도 온도 상승에 기인하여 생기는 NOx 촉매에 있어서의 흡장재가 불안정화하기 때문에, 촉매 장치의 온도에 기인하여 생기는 상기 촉매 장치의 열화 상태가 소정의 열화 상태에 있는 것을 촉매 열화 판정 수단이 판정하면, 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분을 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비일 때에 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분보다 악화시킨다. 이렇게 함으로써, 흡장재에 CO, H2, NOx, 02, THC 등이 공급됨으로써, 흡장재가 탄산염 또는 초산염 또는 산화염 상태에서 안정화하여, 열 열화가 방지된다. 이 결과, 촉매 장치의 내열 수명을 연장하여 배기 가스의 특성 악화나 비용 증가를 억제할 수 있다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Apparatus for purifing exhaust gas of internal combustion engine}
본 발명은 배기 통로에 3원 기능 및 NOx 흡장 기능을 갖는 촉매가 배치된 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
최근, 내연 기관을 린 공연비로 운전하여 연비 향상을 도모하도록 한 희박 연소 내연 기관이 실용화되고 있다. 이 희박 연소 내연 기관에서는 린 공연비로 운전하면, 3원 촉매가 그 정화 특성으로부터 배기 가스 중의 NOx(질소 산화물)를 충분히 정화할 수 없다는 문제가 있어, 최근에는, 예를 들면, 린 공연비로 운전중에 배기 가스 중의 NOx를 흡장하여, 이론 공연비(stoichiometric) 또는 리치 공연비로 운전중에 흡장된 NOx를 방출 환원하는 흡장형 NOx 촉매를 구비한 배기 정화촉매 장치가 채용되고 있다.
이 흡장형 NOx 촉매는 내연 기관의 산소 과잉 상태에서 배기 가스 중의 NOx를 초산염(혹은, 산화염)으로서 흡장하는 한편, 이렇게 하여 흡장한 NOx를 주로 일산화탄소(CO) 과잉 상태에서 방출하여 질소(N2)로 환원시키는 특성(동시에, 탄산염 생성)을 갖는 촉매이다.
또, 내연 기관은 냉간 시동시에 발생하는 다량의 미연소 HC 배출을 억제하기 위해, 종래부터 상술한 3원 촉매를 배기 통로의 상류에 설치하고 있다. 그렇지만, 이 3원 촉매는 일반적으로, 귀금속(예를 들면, 백금이나 로륨 등)이 담지되어 있으며, 배기 가스가 고온의 린 분위기가 되었을 때에 이 귀금속이 산화하여 촉매 성능이 저하(열 열화)한다. 그 때문에, 배기 통로에 3원 기능을 갖는 촉매가 배치된 배기 정화 장치에서는, 산화 분위기 하에서 이 촉매가 소정의 고온 상태에 노출될 경우, 배기 공연비를 스토이키오메트릭으로 하는 열 열화 대책을 위한 공연비 제어가 예를 들면, 일본국 공개 특허 공보 제(평) 5-59935호에 의해 제안되어 있다.
그렇지만, 희박 연소 내연 기관에 있어서는, 예를 들면, 배기 통로에 3원 촉매와 흡장형 NOx 촉매를 설치하고 있지만, 3원 촉매와 흡장형 NOx 촉매에서는 열 열화를 비롯한 열화 특성이 다른 것이기 때문에, 양자를 양립시켜 유효하게 열화 억제하는 기술이 확립되어 있지 않은 것이 현 상황이다.
즉, 3원 촉매와 흡장형 NOx 촉매에서는 그 내열 온도가 다르고, 어느 한쪽에 대해 열화를 억제하면 다른쪽의 열화가 진행할 우려가 있다. 보다 상세하게는, 3원 촉매는 고온으로 배기 가스가 린 분위기가 되었을 때에 산화하여 열화하기 때문에, 이것을 방지하기 위해서는 3원 촉매가 산화 분위기 하에서 고온 상태가 되었을 때에, 배기 공연비를 스토이키오메트릭으로 하는 공연비 제어를 행할 필요가 있다. 그렇지만, 흡장형 NOx 촉매는 내열 온도가 이보다도 낮고, 고온에서 배기 가스가 스토이키오메트릭 분위기가 되어 CO나 THC(탄화 수소 화합물의 총칭) 등이 적어지면, 흡장재가 탄산염, 초산염(혹은 산화염) 중 어느 한 상태로도 되지 않고 흡장재가 불안정해져 담체와 결부되어 NOx를 흡장 할 수 없게 된다(열화)는 문제가 있다.
특히, 배기 가스 유량이 많을 경우에는, 3원 촉매의 산화에 의한 열화가 촉진되며, 배기 가스 유량이 적을 경우에는, CO나 THC 등이 부족하여 흡장형 NOx 촉매 열화를 촉진해버린다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 3원 촉매나 흡장형 NOx 촉매에 있어서의 열 열화 등의 열화를 방지함으로써 배기 가스 특성의 악화나 비용 증가를 억제 가능하게 한 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 2는 상기 도 1의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어의 플로우 챠트를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 4는 상기 도 3의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어의 플로우 챠트를 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 3의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어에서 사용되는 흡장형 NOx 촉매의 열화 지수를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 3의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어에서 사용되는 3원 촉매의 열화 지수를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어용 흡장형 NOx 촉매의 운전 영역을 나타내는 맵을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 의해 행해지는 열화 억제 제어용 3원 촉매의 운전 영역을 나타내는 맵을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서의 공연비와 부하와의 관계를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명*
1 : 엔진 10 : 배기 매니폴드
13 : 배기 정화 촉매 장치 14 : 고온 센서
32 : 3원 촉매 33 : NOX촉매
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 내연 기관의 배기 정화 장치는 배기 공연비가 거의 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하는 3원 촉매와, 배기 공연비가 상기 이론 공연비보다 린 공연비 일때 배기 가스 중의 NOx를 흡장하는 기능을 갖는 NOx 촉매로 이루어져 상기 내연 기관의 배기 통로에 설치된 촉매 장치와, 적어도 온도에 기인하여 생기는 상기 촉매 장치의 열화 상태를 판정하는 촉매 열화 판정 수단과, 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단이 판정한 경우에, 상기 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분을 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비일 때의 배기 가스 성분보다 악화시키는 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
NOx 촉매의 NOx 흡장 기능이 저하하는 요인은 적어도 온도 상승에 기인하여 생기는 NOx 촉매에 있어서의 흡장재가 불안정하기 때문에, 촉매 장치의 온도에 기인하여 생기는 상기 촉매 장치의 열화 상태가 소정의 열화 상태에 있는 것을 판정하면, 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분을 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비일 때에 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 성분보다 악화시킨다. 이렇게 함으로써, 흡장재에 CO, H2, NOx, O2, THC 등이 공급됨으로써, 흡장재가 탄산염 또는 초산염 또는 산화염 상태에서 안정화하여, 열 열화가 방지된다. 이 결과, 촉매 장치의 내열 수명을 연장하여 배기 가스 특성 악화나 코스트 업을 억제할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 배기 정화 장치에 있어서는, 촉매 장치의 온도를 검출 또는 추정하는 촉매 온도 검지 수단을 추가로 구비하며, 상기 촉매 온도 검지 수단에 의해 검출 또는 추정된 촉매 온도가 상기 촉매 장치의 내열 온도를 넘고 있을 때에, 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
또, NOx 촉매의 온도를 검출 또는 추정하는 촉매 온도 검지 수단을 구비하며, 상기 촉매 온도 검지 수단에 의해 검출 또는 추정된 NOx 촉매의 온도가 상기 NOx 촉매의 내열 온도를 넘고 있을 때에, 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
상기 제어 수단에 의한 배기 가스 성분의 악화는 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 하는 것을 금지함으로써 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 정화 장치에 있어서, 3원 촉매의 온도가 소정 온도 이상이 된 경우에, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 거의 이론 공연비로 하는 공연비 제어 수단을 구비하며, 상기 촉매 온도 검지 수단에 의해 검출 또는 추정된 상기 촉매 장치의 온도에 근거하여, NOx 촉매 온도가 상기 NOx 촉매의 내열 온도를 넘고 있을 때에 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있으면 촉매 열화 판정 수단이 판정하고, 상기 공연비 제어 수단 작동 시에, 상기 촉매 장치가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단이 판정하면, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 거의 이론 공연비로 하는 것을 제어 수단이 금지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 3원 촉매의 온도가 소정 온도 이상이 된 경우에, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 거의 이론 공연비로 함으로써, 배기 가스 온도가 저하하여 3원 촉매의 열 열화가 방지된다. 그리고, 이러한 공연비 제어 시에 NOx 촉매 온도가 상기 NOx 촉매의 내열 온도를 넘으면, 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 거의 이론 공연비로 하는 것을 제어 수단이 금지하기 때문에, 배기 공연비는 린 또는 리치가 되고, NOx 촉매의 NOx 흡장재에 CO, H2, NOx, 02, THC 등이 공급됨으로써 NOx 흡장재가 안정화되어, NOx 촉매의 열 열화가 방지된다.
또, 3원 촉매의 열화 지표와 NOx 촉매의 열화 지표를 도출하는 열화 지표 도출 수단과, 상기 열화 지표 도출 수단에 의해 도출된 상기 3원 촉매의 열화 지표가상기 3원 촉매용으로 미리 설정된 기준치를 넘을 때에, 상기 3원 촉매가 소정의 열화 상태에 있다고 판단하는 제 1 열화 판정 수단과, 상기 열화 지표 도출 수단에 의해 도출된 상기 NOx 촉매의 열화 지표가 상기 NOx 촉매용으로 미리 설정된 기준치를 넘을 때에, 상기 NOx 촉매가 소정의 열화 상태에 있다고 판단하는 제 2 열화 판정 수단을 구비하며, 제어 수단은 상기 3원 촉매가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 제 1 열화 판정 수단이 판정하면, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 린 공연비가 되는 것을 금지함과 동시에, 상기 NOx 촉매가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 제 2 열화 판정 수단이 판정하면, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비가 되는 것을 금지하도록 해도 된다.
이 경우, 3원 촉매와 NOx 촉매의 열화 지표가 높은 쪽, 즉 열화하기 쉬운 쪽의 촉매의 열화가 우선적으로 억제됨과 동시에, 양쪽의 열화 지표가 높아지면, 린 공연비 및 이론 공연비에서의 내연 기관의 운전이 금지됨으로써, 3원 촉매의 산화에 의한 열화와 NOx 촉매에 있어서의 흡장재의 불안정화에 의한 열화 양쪽이 억제된다. 그리고, 리치 공연비에 의한 내연 기관의 운전이 최소한으로 억제되기 때문에 연비 악화도 억제할 수 있다.
이러한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서는, 3원 촉매의 온도에 대응한 열화 지수를 사용하여 상기 3원 촉매의 열화 지표를 도출함과 동시에, 상기 NOx 촉매용 온도에 대응한 열화 지수를 사용하여 상기 NOx 촉매의 열화 지표를 도출하는 것이 바람직하다.
또, 상기 3원 촉매의 온도에 대응한 열화 지수는 상기 3원 촉매의 온도가 높을수록 상기 3원 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 NOx 촉매용 온도에 대응한 열화 지수는 상기 NOx 촉매의 온도가 높을수록 상기 NOx 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내도록 하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 3원 촉매에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수와 상기 3원 촉매에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수 중 적어도 한쪽과 상기 3원 촉매의 온도에 대응한 열화 지수를 사용하여 상기 3원 촉매의 열화 지표를 도출함과 동시에, 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기 가스의 유량에 대응한 열화 지수와 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수 중 적어도 한쪽과 상기 NOx 촉매용 온도에 대응한 열화 지수를 사용하여 상기 NOx 촉매의 열화 지표를 도출하도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 온도를 비롯하여 배기 유량이나 배기 가스 성분과 같이 촉매 장치의 열화에 높은 관련성을 갖는 요인마다 열화 정도를 판단하여 대처할 수 있기 때문에, 정밀도 높은 열화 판단과, 판단한 열화 상태에 대응하는 적정한 처치를 행하는 것이 가능해진다.
이 때, 상기 3원 촉매에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수는 배기 가스 유량이 많을수록 상기 3원 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 3원 촉매에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수는 배기 공연비가 린이 될수록 상기 3원 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 3원 촉매의 온도에 대응한 열화 지수는 상기 3원 촉매의 온도가 높을수록 상기 3원 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기 가스의 유량에 대응한 열화 지수는 배기 가스 유량이 적을수록 상기 NOx 촉매의 열화의 정도 큰 것을 나타내며, 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수는 배기 공연비가 스토이키오메트릭에 근접할수록 상기 NOx 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 NOx 촉매용 온도에 대응한 열화 지수는 상기 3원 촉매의 온도가 높을수록 상기 3원 촉매의 열화 정도가 큰 것을 나타내도록 하는 것이 열화를 적확하게 판단하는 데 바람직하다.
또, 상술한 목적을 달성하기 위해, 배기 공연비가 거의 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하는 3원 촉매와, 배기 공연비가 상기 이론 공연비보다 린 공연비 일때 배기 가스 중의 NOx를 흡장 하는 기능을 갖는 NOx 촉매를 가지며, 상기 내연 기관의 배기 통로에 설치된 촉매 장치, 상기 촉매 장치의 온도에 상관하는 파라미터 값과, 상기 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 유량에 상관하는 파라미터 값에 따라서, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기를 이론 공연비보다 린으로 하는 린 공연비 운전 상태와, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기를 이론 공연비보다 리치로 하는 리치 공연비 운전 상태를 포함하는 다수의 운전 상태 중 어느 하나를 선택하여 설정하는 운전 상태 설정 수단 및 상기 운전 상태 설정 수단에 의해 설정된 운전 상태에 근거하여, 상기 내연 기관의 혼합기를 제어하는 제어 수단에 의해 내연 기관의 배기 정화 장치를 구성해도 된다.
이러한 배기 정화 장치에서는, 촉매의 열화 특성에 맞추어 온도 및 배기 가스 유량에 따라서 적절한 운전 상태가 선택되며, 연비 악화를 억제하여 3원 촉매와 NOx 촉매 양자의 열화가 억제된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 3원 촉매의 온도에 상관하는 파라미터 값과 상기 3원 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 유량에 상관하는 파라미터 값에 따른 3원 촉매용 운전 상태와, 상기 NOx 촉매의 온도에 상관하는 파라미터 값과 상기 NOx 촉매 장치에 유입하는 배기 가스 유량에 상관하는 파라미터 값에 따른 NOx 촉매용 운전 상태를 각각 설정하고, 이들 설정된 2개의 공연비 운전 상태가 상위할 경우는 보다 린 측 공연비 운전 상태를 선택하도록 하는 것이 바람직하다.
또, NOx 촉매용 운전 상태를 선택하는 데 있어서, NOx 촉매용 운전 상태가 보다 리치 측 공연비 운전 상태로 전환되는 상기 NOx 촉매의 온도 영역이 배기 가스 유량이 적어질수록 보다 고온 측으로 시프트하고 있는 것이 바람직하다.
린 배기 공연비 하에서는, NOx 촉매의 흡장재가 초산염(또는 산화염) 상태에서 안정되어 있기 때문에, 이렇게 리치 측 공연비 운전 상태로의 전환을 극력히 고온 측에서 행하도록 함으로써, 산소 혹은 NOx 방출을 저지하여 흡장재의 안정 상태를 유지할 수 있다.
더욱이, NOx 촉매용 운전 상태를 선택하는 데 있어서, NOx 촉매용 운전 상태가 보다 린 측 공연비 운전 상태로 전환되는 상기 NOx 촉매의 온도 영역이 배기 가스 유량이 적어질수록 보다 저온 측으로 시프트하고 있는 것이 바람직하다.
리치 배기 공연비 하에서는 NOx 촉매의 흡장재가 탄산염 상태에서 안정되어 있기 때문에, 이렇게 린 공연비 운전으로의 전환을 극력히 저온 측에서 행하도록 함으로써, 탄산염 방출을 저지하여, 흡장재의 안정을 유지할 수 있다.
이하, 도면에 근거하여 본 발명의 제 1 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 개략적인 구성, 도 2에 본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에 의한 열 열화 억제 제어의 플로우 챠트를 도시한다.
제 1 실시예의 내연 기관(이하, 엔진이라 칭한다)은 예를 들면, 연료 분사 모드(운전 모드)를 전환함으로써, 흡기 행정에서의 연료 분사(흡기 행정 분사 모드) 또는 압축 행정에서의 연료 분사(압축 행정 분사 모드)를 실시 가능한 통내 분사형 불꽃 점화식 직렬 4기통 가솔린 엔진이다. 그리고, 이 통내 분사형 엔진(1)은 용이하게 하여 이론 공연비(스토이키오메트릭)에서의 운전이나 리치 공연비에서의 운전(리치 공연비 운전) 외에, 린 공연비에서의 운전(린 공연비 운전)이 실현 가능하게 되어 있으며, 특히 압축 행정 분사 모드에서는, 초 린 공연비에서의 운전이 가능하게 되어 있다.
본 실시예에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에는, 각 기통마다 점화 플러그(3)와 함께 전자식 연료 분사밸브(4)가 설치되어 있으며, 이 연료 분사밸브(4)에 의해 연소실(5) 내에 연료를 직접 분사 가능하게 되어 있다. 이 연료 분사밸브(4)에는, 도시하지 않은 연료 파이브를 개재시켜 연료 탱크를 지닌 연료 공급 장치(연료 펌프)가 접속되어 있으며, 연료 탱크 내의 연료가 고연압으로 공급되며, 이 연료를 연료 분사밸브(4)으로부터 연소실(5) 내를 향해 원하는 연압으로 분사한다. 이 때, 연료 분사량은 연료 펌프의 연료 토출압과 연료 분사밸브(4)의 밸브 개방 시간(연료 분사 시간)으로부터 결정된다.
실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 대략 직립 방향으로 흡기 포트가 형성되어있으며, 각 흡기 포트와 연이어 통하도록 하여 흡기 매니폴드(9)의 한쪽 끝이 각각 접속되어 있다. 그리고, 흡기 매니폴드(9)의 다른쪽 끝에는 드라이브 바이 와이어(DBW) 방식의 전동 스로틀밸브(21)가 접속되어 있으며, 이 스로틀밸브(21)에는 스로틀 개도(θth)를 검출하는 스로틀 센서(22)가 설치되어 있다. 또, 실린더 헤드(2)에는, 각 기통마다 대략 수평 방향으로 배기 포트가 형성되어 있으며, 각 배기 포트와 연이어 통하도록 하여 배기 매니폴드(10)의 한쪽 끝이 각각 접속되어 있다.
그리고, 엔진(1)에는 크랭크 각을 검출하는 크랭크 각 센서(23)가 설치되어 있으며, 이 크랭크 각 센서(23)는 엔진 회전 속도(Ne)를 검출 가능하게 되어 있다. 또한, 상술한 통내 분사형 엔진(1)은 이미 공지의 것으로, 그 구성의 상세함에 대해서는 여기서는 설명을 생략한다.
엔진(1)의 배기 매니폴드(10)에는 배기관(배기 통로; 11)이 접속되어 있으며, 이 배기관(11)에는 엔진(1)에 근접한 소형 3원 촉매(32) 및 배기 정화 촉매 장치(13)를 개재시켜 도시하지 않은 머플러가 접속되어 있다. 이 3원 촉매(32)는 엔진(1)의 냉태 시동 시에 배기 가스에 의해 가열하여 조기에 활성화됨과 동시에, 배기 공연비가 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화하는 것으로, 귀금속으로서 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 지닌 촉매로 되어 있다. 그리고, 배기관(11)에 있어서의 3원 촉매(32)와 배기 정화 촉매 장치(13) 사이에는, 배기 정화 촉매 장치(13)의 직상류, 즉, 후술하는 흡장형 NOx 촉매(33)의 직상류에 위치하여 배기 온도를 검출하는 고온 센서(촉매 온도 검지 수단; 14)가 설치되어있다.
또, 배기 정화 촉매 장치(13)는 배기 공연비가 린 공연비 일때 배기 가스 중에 NOx를 흡장하는 NOx 저감 기능과, 배기 공연비가 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, O, NOx)을 정화하는 환원 기능을 갖게 하기 위해, 흡장형 NOx 촉매(33)와 3원 촉매(34) 2개의 촉매를 갖고 구성되어 있으며, 3원 촉매(34) 쪽이 흡장형 NOx 촉매(33)보다도 하류 측에 배치되어 있다. 이 3원 촉매(34)는 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 흡장된 NOx가 방출되었을 때에 흡장형 NOx 촉매(33) 자신으로 환원하지 못한 NOx를 환원하는 역할도 행하고 있다. 또한, 배기 정화 촉매 장치(13)는 흡장형 NOx 촉매(33)가 NOx를 환원하여, HC와 CO를 산화하는 3원 촉매 기능(여기서는, 3원 기능이라 칭한다)을 충분히 갖고 있을 경우에는, 이 흡장형 NOx 촉매(33)만이어도 된다. 이 흡장형 NOx 촉매(33)는 산화 분위기에 있어서 NOx를 일단 흡장시켜(NOx 저감 기능), 주로 CO가 존재하는 환원 분위기 중에 있어서 NOx를 방출하여 N2(질소) 등에 환원시키는 환원 기능을 갖는 것이다. 상세하게는, 흡장형 NOx 촉매(33)는 귀금속으로서 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 가진 촉매로서 구성되어 있으며, 흡장재로서는 바륨(Ba) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속이 채용되고 있다.
또한, 배기 정화 촉매 장치(13)의 하류 측에는 NOx 농도를 검출하는 NOx 센서(27)가 설치되어 있다.
더욱이, 입출력 장치, 기억 장치(ROM, RAM, 불휘발성 RAM 등), 중앙 처리 장치(CPU), 타이머 카운터 등을 갖는 ECU(전자 컨트롤 유닛; 31)가 설치되어 있으며,이 ECU(31)에 의해 엔진(1)을 포함한 본 실시예의 배기 정화 장치의 종합적인 제어가 행해진다. 즉, ECU(31)의 입력 측에는, 상술한 고온 센서(14)나 NOx 센서(27) 등의 각종 센서류가 접속되어 있으며, 이들 센서류로부터의 검출 정보가 입력한다. 한편, ECU(31)의 출력 측에는, 점화 코일을 개재시켜 상술한 점화 플러그(3)나 연료 분사밸브(4) 등이 접속되어 있으며, 이들 점화 코일, 연료 분사밸브(4) 등에는, 각종 센서류로부터의 검출 정보에 근거하여 연산된 연료 분사량이나 점화 시기 등의 최적치가 각각 출력된다. 이로써, 연료 분사밸브(4)로부터 적정량의 연료가 적정한 타이밍으로 분사되며, 점화 플러그(3)에 의해 적정 타잉밍으로 점화가 실시된다.
실제로, ECU(31)에서는, 스로틀 센서(22)로부터의 스로틀 개도 정보(θth)와 크랭크 각 센서(23)로부터의 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 근거하여 엔진 부하에 대응하는 목표 통 내압, 즉 목표 평균 유효압(Pe)을 구하도록 되어 있으며, 더욱이, 이 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 따라서 맵(도시하지 않는다)으로부터 연료 분사 모드를 설정하도록 되어 있다. 예를 들면, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)가 모두 작을 때에는, 연료 분사 모드는 압축 행정 분사 모드가 되어 연료가 압축 행정으로 분사되며, 한편, 목표 평균 유효압(Pe)이 커지고, 혹은 엔진 회전 속도(Ne)가 커지면 연료 분사 모드는 흡기 행정 분사 모드가 되어, 연료가 흡기 행정으로 분사된다.
그리고, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)로부터 제어 목표가 되는 목표 공연비(목표(A/F))가 설정되며, 적정량의 연료 분사량이 이 목표(A/F)에근거하여 결정된다. 또, 고온 센서(14)에 의해 검출된 배기 온도 정보로부터는 촉매 온도(Tcat)가 추정된다. 상세하게는, 고온 센서(14)와 흡장형 NOx 촉매(33)가 다소 떨어저 배치되어 있는 것에 기인하는 오차를 보정하기 위해, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)에 따라서 온도차 맵이 미리 실험 등에 의해 설정되어 있으며, 촉매 온도(Tcat)는 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도 정보(Ne)가 결정된다고 일의적으로 추정되도록 되어 있다.
이하, 이렇게 구성된 제 1 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치의 작용에 대해서 설명한다.
3원 촉매(32)에서는, 엔진(1)의 냉태 시동 시에 배기 가스에 의해 가열되어 조기에 활성화함과 동시에, 배기 공연비가 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화한다.
또, 배기 정화 촉매 장치(13)에 있어서, 흡장형 NOx 촉매(33)에서는, 린 모드에 있어서의 초 린 연소 운전 시와 같은 산소 농도 과잉 분위기에서, 배기 중의 NOx가 초산염으로서 흡장되어 배기 정화가 행해진다. 한편, 산소 농도가 저하한 분위기에서는, 흡장형 NOx 촉매(33)에 흡장한 초산염과 배기 중의 CO가 반응하여 탄산염이 생성됨과 동시에 NOx가 방출되어 환원된다. 따라서, 흡장형 NOx 촉매(33)로의 NOx 흡장이 진행하면, 공연비의 리치화 혹은 추가 연료 분사를 행하는 등 산소 농도를 저하시켜 CO를 공급하여, 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 NOx를 방출시켜 NOx 저감 기능을 유지한다.
더욱이, 배기 정화 촉매 장치(13)의 3원 촉매(34)에서는, 3원 촉매(32)와 마찬가지로, 배기 공연비가 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화한다. 또, 이 3원 촉매(34)는 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 흡장된 NOx가 방출되었을 때에, 이 흡장형 NOx 촉매(33) 자신만으로는 환원하지 못한 NOx를 환원한다.
본 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 배기 가스 온도, 즉, 고온 센서(14)의 출력에 근거하여 추정된 3원 촉매(32)의 온도가 미리 설정된 소정 온도 이상이 된 경우에, 엔진(1)의 공연비를 스토이키오메트릭으로 제어하는 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 실행(공연비 제어 수단)함으로써, 배기 가스 온도를 저하하여 이 3원 촉매(32)의 열 열화를 방지하도록 하고 있다. 또, 이 스토이키 피드 백 제어 실행 시에 고온 센서(14)의 출력에 근거하여 추정된 흡장형 NOx 촉매(33)의 온도가 소정 온도보다 높은 촉매 내열 온도를 넘을 경우에는, 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 금지하여, 흡장형 NOx 촉매(33; 배기 정화 촉매 장치(13))에 유입하는 배기 가스 성분을 악화(제어 수단)시키도록 하고 있다.
즉, 3원 촉매(32)와 흡장형 NOx 촉매(33)는 그 정화 기구가 다르기 때문에, 양자의 열 열화가 개시하는 내열 온도는 다르며, 3원 촉매(32)의 내열 온도는 흡장형 NOx 촉매(33)의 내열 온도보다 높게 되어 있다. 그리고, 흡장형 NOx 촉매(33)에 있어서, NOx 흡장 기능이 저하하는 요인, 어느 운전 영역에서 스토이키오메트릭 피드 백 제어가 실행됨으로써 3원 촉매(32)의 정화 효율이 향상하고, 흡장형 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 성분이 양호해지며, 흡장재가 탄산염 또는 초산염 또는 산화염을 형성할 수 없어 불안정해지기 때문에, 흡장형 NOx 촉매(33)의 온도가 내열 온도를 넘은 경우, 여기에 유입하는 배기 가스 성분을 스토이키오메트릭 피드 백 제어 실행 시에 유입하는 배기 가스 성분보다 악화시켜, 흡장재에 CO, H2, NOx, 02, THC 등을 공급함으로써, 흡장형 NOx 촉매(33)를 안정시켜 열 열화를 방지하도록 하고 있다. 이 경우, 흡장형 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 성분을 악화시키는 수법으로서는, 기준 공연비가 스토이키오메트릭에 대해 슬라이트 리치 혹은 슬라이트 린이 되는 피드 백 제어를 실행하거나, 린 공연비 제어를 실행하면 된다.
여기서, 이 배기 정화 장치에 있어서의 열 열화 억제 제어에 대해서, 도 2의 플로우 챠트에 근거하여 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 스텝(S1)에 있어서, 고온 센서(14)의 출력에 근거하여 추정된 3원 촉매(32)의 촉매 온도(Tcat1)와 미리 설정된 소정 온도(T1)를 비교한다. 이 소정 온도(T1)란 이대로 엔진(1)의 운전을 계속해 가면 3원 촉매(32)를 열 열화시켜버릴 가능성이 있는 온도이다. 그 때문에, 스텝(S1)에서 3원 촉매(32)의 촉매 온도(Tcat1)가 소정 온도(T1) 이상이 된 경우(촉매 열화 판정 수단)에는, 스텝(S2)으로 이행하여, 여기서 엔진(1)의 공연비를 스토이키오메트릭로 제어하는 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 실행한다. 따라서, 3원 촉매(32)에 유입하는 배기 가스 분위기가 산화 분위기가 되지 않고, 열 열화를 방지할 수 있다.
또, 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 실행해도, 3원 촉매(32)와 흡장형 NOx촉매(33)와는 그 정화 기구가 다르기 때문에, 흡장형 NOx 촉매(33)의 열 열화가 진행해버린다. 그 때문에, 스텝(S3)에서는, 이 스토이키오메트릭 피드 백 제어 실행 시에, 흡장형 NOx 촉매(33)의 촉매 온도(Tcat2)와 촉매 내열 온도(T2)를 비교한다. 이 촉매 내열 온도(T2)란 이 온도를 넘으면 흡장형 NOx 촉매(33)의 흡장재가 불안정해져 흡장 능력이 저하(열 열화)해버릴 가능성이 있는 온도이다. 그 때문에, 스텝(S3)에서 흡장형 NOx 촉매(33)의 촉매 온도(Tcat2)가 촉매 내열 온도(T2)를 넘을 경우에는(촉매 열화 판정 수단), 스텝(S4)으로 이행하여, 여기서 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 금지하여 기준 공연비를 슬라이트 리치로 한다. 따라서, 흡장형 NOx 촉매(33)의 흡장재에 대해 CO, H2, THC가 공급되며, 여기에 탄산염이 생성되어 안정화하여, 열 열화를 방지할 수 있다. 한편, 스텝(S3)에서 흡장형 NOx 촉매(33)의 촉매 온도(Tcat2)가 촉매 내열 온도(T2) 이하이면, 아무것도 하지 않고 이 루틴을 빠져 나간다.
또한, 흡장형 NOx 촉매(33)의 불안정화에 의한 열 열화를 방지하기 위해, 흡장형 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 성분을 악화시키는 수법으로서, 상술한 실시예에서는, 스토이키오메트릭 피드 백 제어를 금지하여 기준 공연비를 슬라이트 리치로 했지만, 기준 공연비를 슬라이트 리치로 해도 되고, 이 경우, 흡장형 NOx 촉매(33)의 흡장재에 대해 NOx나 02가 공급되어, 여기에 초산염이 생성되어 안정화된다.
또, 배기관(11)의 바로 하류에 설치한 3원 촉매(32)는 엔진(1)의 냉태 시동시에 배기 가스에 의해 가열하여 조기에 활성화시키는 것을 주목적으로 설치된 것으로, 또한, 흡장형 NOx 촉매(33)의 바로 하류에 3원 촉매(34)가 설치되어 있는 것을 고려하면, 배기관(11)에 3원 촉매(32)를 바이패스하는 바이패스 통로 및 바이패스 밸브를 설치하여, 촉매 온도(Tcat)가 상승했을 때에는, 배기 가스를 바이패스 통로를 통해 흡장형 NOx 촉매(33)에 직접 유입시키도록 해도 된다. 이 경우, 3원 촉매(32)의 열 열화를 방지할 수 있음과 동시에, 스토이키오메트릭으로 한 배기 가스 중의 HC, 02, NOx를 흡장형 NOx 촉매(33)에 공급하여 안정화를 도모할 수 있다.
그리고, 본 제 1 실시예에서는, 본 발명의 배기 정화 장치로서의 3원 촉매(32) 및 흡장형 NOx 촉매(33)를 내연 기관 설계 시에 설치하는 것을 전제로 하여 설명했지만, 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 3원 촉매(32) 및 스토이키오메트릭 피드 백 제어에 의한 열 열화 대책이 실시된 내연 기관에 대해, 흡장형 NOx 촉매(33) 및 배기 가스 성분보다 악화시키는 기준 공연비의 슬라이트 리치화 혹은 슬라이트 린화의 피드 백 제어나 린 공연비 제어를 추가해도 되는 것이다.
또, 본 제 1 실시예에서는, 배기관(11)에 3원 촉매(32)와 흡장형 NOx 촉매(33; 배기 정화 촉매 장치(13))를 따로 설치했지만, 일체형, 즉, 3원 기능 부착 흡장형 NOx 촉매로 하여 배치해도 된다. 이 경우, 상류에 3원 촉매를 설치한 경우와 마찬가지로, 스토이키오메트릭 피드 백 실행 시에 촉매 상의 3원 기능이 흡장재의 불안정화를 초래한다는 문제가 생기기 때문에, 상기 실시예와 같이, 추정되는 촉매 온도에 따라서 공연비를 제어함으로써 열 열화를 방지할 수 있다. 또, 1개의 촉매 장치 중에 3원 촉매(32), 흡장형 NOx 촉매(33), 3원 촉매(34)를 설치해도 된다.
그리고, 상술한 본 제 1 실시예에서는, 엔진(1)을 통내 분사형 불꽃 점화식 직렬 4기통 가솔린 엔진으로 했지만, 엔진(1)은 흡장형 NOx 촉매를 갖는 것이면, 흡기관 분사형 린 번 엔진이어도 된다.
다음으로, 도 3 내지 도 9에 근거하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예도 혼합기의 공연비를 이론 공연비보다도 연료 희박 측에 제어하여 연소실 내에 연료를 직접 분사하도록 한 불꽃 점화식 다기 통형 통내 분사 내연 기관을 예로 들어 설명하고 있다. 도 3에는 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 배기 정화 장치를 구비한 내연 기관의 개략적인 구성, 도 4에는 배기 정화 장치에 의한 열화 억제 제어의 플로우 챠트, 도 5에는 흡장형 NOx 촉매의 열화 지수 상황을 나타내는 그래프, 도 6에는 3원 촉매의 열화 지수 상황을 나타내는 그래프를 도시하고 있다.
다기 통형 통내 분사 내연 기관으로서는, 예를 들면, 연료를 직접 연소실에 분사하는 통내 분사형 직렬 4기통 가솔린 엔진(1; 이하 엔진(1)이라 칭한다)이 적용된다. 엔진(1)은 예를 들면, 연소 모드(운전 모드)를 전환함으로써, 흡기 행정에서의 연료 분사(흡기 행정 분사 모드) 또는 압축 행정에서의 연료 분사(압축 행정 분사 모드)가 실시 가능하게 되어 있다. 그리고, 이 엔진(1)은 이론 공연비(스토이키오메트릭)에서의 운전이나 리치 공연비에서의 운전(리치 공연비 운전) 외에, 린 공연비에서의 운전(린 공연비 운전)이 실현 가능하게 되어 있으며, 특히, 압축 행정 분사 모드에서는, 흡기 행정에서의 린 공연비 운전보다도 큰 공연비가 되는초 린 공연비에서의 운전이 가능하게 되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 점화 플러그(3)가 설치됨과 동시에, 각 기통마다 전자식 연료 분사밸브(4)가 설치되어 있다. 연소실(5) 내에 연료 분사밸브(4)의 분사구가 개구하여, 연료 분사밸브(4)로부터 분사되는 연료가 연소실(5) 내에 직접 분사되도록 되어 있다. 엔진(1)의 실린더(6)에는 피스톤(7)이 상하 방향으로 접동 자유 자재하게 지지되어, 피스톤(7)의 정상면에는 반구 형상으로 파인 캐비티(8)가 형성되어 있다. 캐비티(8)에 의해, 도 3에서는 시계 회전 역 텀블류를 발생시키도록 되어 있다.
실린더 헤드(2)에는, 각 기통마다 대략 직립 방향으로 흡기 포트가 형성되며, 각 흡기 포트와 연이어 통하도록 하여 흡기 매니폴드(9)의 한쪽 끝이 각각 접속되어 있다. 흡기 매니폴드(9)의 다른쪽 끝에는 드라이브 바이 와이어(DBW) 방식의 전동 스로틀밸브(ETV; 21)가 접속되며, ETV(21)에는 스로틀 개도(θth)를 검출하는 스로틀 포지션 센서(22)가 설치되어 있다. 또, 엔진(1)에는, 크랭크 각을 검출하는 크랭크 각 센서(23)가 설치되며, 크랭크 각 센서(23)는 엔진 회전 속도(Ne)를 검출 가능하게 되어 있다.
또, 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 대략 수평 방향으로 배기 포트가 형성되고, 각 배기 포트와 연이어 통하도록 하여 배기 매니폴드(10)의 한쪽 끝이 각각 접속되어 있다. 또, 배기 매니폴드(10)에는 도시하지 않은 EGR 장치가 설치되어 있다. 한편, 배기 매니폴드(10)에는 배기관(11)이 접속되며, 배기관(11)에는 엔진(1)에 인접한 소형 3원 촉매(32) 및 배기 정화 촉매 장치(13)를 개재시켜 도시하지 않은 머플러가 접속되어 있다.
3원 촉매(32)는 엔진(1)의 냉태 시동 시에 배기 가스에 의해 가열하여 조기에 활성화시킴과 동시에, 배기 공연비가 스토이키오메트릭 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화하는 것으로, 귀금속으로서 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 가진 촉매로 되어 있다. 배기관(11)에 있어서의 3원 촉매(32)와 배기 정화 촉매 장치(13) 사이에는, 배기 정화 촉매 장치(13)의 바로 상류에 위치하여, 즉, 후술하는 NOx 트랩 촉매로서의 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32)의 바로 상류에 위치하여 배기 온도를 검출하는 고온 센서(14, 14a)가 설치되어 있다.
배기 정화 촉매 장치(13)는 배기 공연비가 린 공연비 일때 배기 가스 중의 NOx를 흡장함과 동시에 주로 CO가 존재하는 환원 분위기 중에 있어서 흡장한 NOx를 방출하여 질소(N2) 등으로 환원시키는 흡장·방출·환원 기능과, 배기 공연비가 스토이키오메트릭 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화하는 환원 기능을 갖고 있다. 즉, 배기 정화 촉매 장치(13)는 흡장·방출·환원 기능을 갖게 하기 위한 흡장형 NOx 촉매(33)와, 3원 기능을 갖게 하기 위한 3원 촉매(34)를 구비한 구성으로 되어 있으며, 3원 촉매(34)가 흡장형 NOx 촉매(33)의 하류 측에 배치되어 있다.
흡장형 NOx 촉매(33)는 귀금속으로서 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 가지고 흡장재로서 바륨(Ba) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속이 채용된 촉매로 구성되어 있다. 또, 3원 촉매(34), 흡장된 NOx가 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 방출되었을 때에 흡장형 NOx 촉매(33) 자신으로 환원하지 못한 NOx를 환원하는 역할도 하고 있다. 더구나, 배기 정화 촉매 장치(13)는 흡장형 NOx 촉매(33)가 NOx를 환원하여, HC와 CO를 산화하는 3원 촉매 기능(3원 기능)을 충분히 갖고 있는 경우에는, 흡장형 NOx 촉매(33)만으로 구성해도 된다.
차량에는 전자 제어 유닛(ECU; 31)이 설치되고, 이 ECU(31)에는 입출력 장치, 제어 프로그램이나 제어 맵 등의 기억을 행하는 기억 장치, 중앙 처리 장치 및 타이머나 카운터류가 구비되어 있다. ECU(31)에 의해 엔진(1)을 포함한 본 실시예의 배기 정화 장치의 종합적인 제어가 실시된다. 각종 센서류의 검출 정보는 ECU(31)에 입력되고, ECU(31)는 각종 센서류의 검출 정보에 근거하여, 연료 분사 모드나 연료 분사량을 비롯하여 점화 시기 등을 결정하며, 연료 분사밸브(4)나 점화 플러그(3) 등을 구동 제어한다.
엔진(1)에서는, 흡기 매니폴드(9)로부터 연소실(5) 내에 유입한 흡기류가 역 텀블류를 형성하여, 압축 행정 중기 이후에 연료를 분사하여 역 텀블류를 이용하면서 연소실(5)의 정상부 중앙에 배치된 점화 플러그(3) 근방에만 소량의 연료를 모아, 점화 플러그(3)로부터 격리한 부분에서 극히 린 공연비 상태로 한다. 점화 플러그(3) 근방만을 스토이키오메트릭 또는 리치 공연비로 함으로써, 안정된 층 형상 연소(층 형상 초 린 연소)를 실현하면서 연료 소비를 억제한다.
또, 엔진(1)으로부터 고출력을 얻을 경우에는, 연료 분사밸브(4)로부터의 연료를 흡기 행정에 분사함으로써 연소실(5) 전체에 균질화하여, 연소실(5) 내를 스토이키오메트릭이나 린 공연비의 혼합기 상태에 하여 예혼합 연소를 행한다. 물론, 스토이키오메트릭 혹은 리치 공연비 쪽이 린 공연비보다도 고출력이 얻어지기때문에, 이 때에도, 연료의 안개화 및 기화가 충분히 행해지는 타이밍으로 연료 분사를 행하여, 효율 좋게 고출력을 얻도록 하고 있다.
ECU(31)에서는, 스로틀 포지션 센서(22)로부터의 스로틀 개도(θth)와 크랭크 각 센서(23)로부터의 엔진 회전 속도(Ne)에 근거하여 엔진 부하에 대응하는 목표 통내압, 즉, 목표 평균 유효압(Pe)이 구해지며, 더욱이, 이 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)에 따라서 맵(도시하지 않는다)으로부터 연료 분사 모드가 설정된다. 예를 들면, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)가 모두 작을 때는, 연료 분사 모드는 압축 행정 분사 모드가 되어 연료가 압축 행정으로 분사되며, 한편, 목표 평균 유효압(Pe)이 커지고, 혹은 엔진 회전 속도(Ne)가 커지면 연료 분사 모드는 흡기 행정 분사 모드가 되어, 연료가 흡기 행정에서 분사된다. 그리고, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)로부터 각 연료 분사 모드에서의 제어 목표가 되는 목표 공연비(목표(A/F))가 설정되어, 적정량의 연료 분사량이 이 목표(A/F)에 근거하여 결정된다.
또, 고온 센서(14) 혹은 고온 센서(14a)에 의해 검출된 배기 온도 정보로부터 촉매 온도(3원 촉매(32), 흡장형 NOx 촉매(33), 3원 촉매(34))가 추정된다. 상세하게는, 고온 센서(14)와 3원 촉매(32) 및 배기 정화 장치(13)가 다소 떨어저 배치되어 있는 것에 기인하는 오차를 보정하기 위해, 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)와의 정보에 따라서 온도 오차 맵이 미리 실험 등에 의해 설정되어 있으며, 촉매 온도는 목표 평균 유효압(Pe)과 엔진 회전 속도(Ne)가 결정된다고 일의적으로 추정된다. 더욱이, 운전 상태에 의해 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분상황이 맵에 의해 설정되어 있다. 더구나, 배기 가스 유량은 도시하지 않은 흡기량 센서 정보에 의해 추정하는 것도 가능하고, 배기 가스 성분은 배기 가스 상황을 직접 검출하는 센서를 별도 설치하는 것도 가능하다.
상기 구성의 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 3원 촉매(32)에서는, 엔진(1)의 냉태 시동 시에 배기 가스에 의해 가열되어 조기에 활성화함과 동시에, 배기 공연비가 스토이키오메트릭 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화한다.
또, 배기 정화 장치(13)에 있어서, 흡장형 NOx 촉매(33)에서는, 린 모드에 있어서의 초 린 연소 운전과 같은 산소 농도 과잉 분위기에서, 배기 중의 NOx가 초산염으로서 흡장되어 배기 정화가 행해진다. 한편, 산소 농도가 저하한 분위기에서는, 흡장형 NOx 촉매(33)에 흡장한 초산염과 배기 중의 CO가 반응하여 탄산염이 생성됨과 동시에 NOx가 방출된다. 따라서, 흡장형 NOx 촉매(33)로의 NOx 흡장이 진행하면, 공연비의 리치화 혹은 추가 연료 분사를 행하는 등, 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 NOx를 방출하여 환원시켜 NOx 저감 기능을 유지한다.
더욱이, 배기 정화 장치(13)의 3원 촉매(34)에서는, 3원 촉매(32)와 마찬가지로, 배기 공연비가 스토이키오메트릭 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질(HC, CO, NOx)을 정화한다. 또, 흡장형 NOx 촉매(33)로부터 흡장된 NOx가 방출되었을 때에, 흡장형 NOx 촉매(33) 자신만으로는 환원하지 못한 NOx를 환원한다.
본 제 2 실시예의 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 배기 가스 온도, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분을 최적으로 제어하여(운전 상태를 최적으로 전환하여), 3원 촉매(32), 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(34)의 열 열화를 억제하고 있다.
3원 촉매와 흡장형 NOx 촉매에서는 내열 온도가 다름과 동시에, 3원 촉매는 배기 가스가 린 분위기가 되었을 때에 산화하여 열화하는 한편, 흡장형 NOx 촉매는 스토이키오메트릭 분위기가 되어 CO나 THC 등이 적어졌을 때에 흡장재가 탄산염, 초산염(혹은 산화염) 중 어느 한 상태로도 되지 않고 흡장재가 불안정해져 담체와 결부되어 NOx를 흡장할 수 없게 된다(열화). 특히, 배기 가스 유량이 많은 경우에, 산화가 촉진되어 3원 촉매의 열화에 대해 악영향을 미치고, 배기 가스 유량이 적은 경우에 CO나 THC 등이 부족하여 흡장형 NOx 촉매의 열화에 대해 악영향을 미쳐버린다. 즉, 흡장형 NOx 촉매(33)와 3원 촉매(32; 3원 촉매(34))와는 배기 가스 유량에 대한 열화 특성이 상반한다.
이 때문에, 배기 가스 온도, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분에 대한 흡장형 NOx 촉매(33)와 3원 촉매(32; 3원 촉매(34))의 열화 지수를 각각 도출하여(열화 지표 도출 수단), 흡장형 NOx 촉매(33)에서의 배기 가스 온도, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분에 대한 열화 지수에 의해 열화 지표를 구함과 동시에 3원 촉매(32; 3원 촉매(34))에서의 배기 가스 온도, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분에 대한 열화 지수에 의해 열화 지표를 구하여, 각 열화 지표에 근거하여 운전 영역을 최적으로 전환하여 열화를 억제하고 있다.
구체적으로는, 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화 지표(열화 지수)가 NOx 촉매용 소정치(제 1 소정치)를 넘었을 때에 스토이키오메트릭에서의 엔진(1)의 운전을 금지함과 동시에, 3원 촉매(32; 3원 촉매(34))의 열화 지표(열화 지수)가 3원 촉매용 소정치(제 2 소정치)를 넘었을 때에 린 공연비에서의 엔진(1)의 운전을 금지하도록 하고 있다(공연비 제어 수단). 이로써, 연비 악화를 초래하지 않고, 열화 특성이 상반하는 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32; 3원 촉매(34))의 열 열화를 억제하도록 하고 있다.
이하, 도 4의 플로우 챠트에 근거하여 배기 정화 장치에 있어서의 열화 억제 제어에 대해서 설명한다.
도면에 도시하는 바와 같이, 스텝(S11)에서 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화 지수를 도 5에 근거하여 검출하고, 스텝(S12)에서 3원 촉매(32)의 열화 지수를 도 6에 근거하여 검출하며, 스텝(S13)에서 3원 촉매(34)의 열화 지수를 도 6에 근거하여 검출한다. 즉, 도 5에 도시하는 바와 같이, 흡장형 NOx 촉매(33)에 있어서의 촉매 온도에 대한 열화 지수(1A), 배기 가스 유량에 대한 열화 지수(1B), 배기 가스 성분에 대한 열화 지수(1C)가 설정되어 있다. 또, 도 6에 도시하는 바와 같이, 3원 촉매(32) 및 3원 촉매(34)에 있어서의 촉매 온도에 대한 열화 지수(2A), 배기 가스 유량에 대한 열화 지수(2B), 배기 가스 성분에 대한 열화 지수(2C)가 설정되어 있다.
도 5a, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34)는 촉매 온도가 높아짐에 따라서 열화 지수가 악화 상태가 된다. 도 5b, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 흡장형 NOx 촉매(33)는 배기 가스 유량이 적은 상태에서 열화 지수가 악화 상태가 되는 한편, 3원 촉매(32, 34)는 배기 가스 유량이 많아지는 상태에서 열화 지수가 악화 상태가 된다. 도 5c, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 흡장형 NOx 촉매(33)는 배기 가스 성분의 CO, H2, TCH, NOx, 02가 적은 상태에서 열화 지수가 악화 상태가 되는 한편, 3원 촉매(32, 34)는 02, NOx가 많아지는 상태에서 열화 지수가 악화 상태가 된다.
스텝(S11)에서는, 도 5에 근거하여 열화 지수(1A), 열화 지수(1B), 열화 지수(1C)가 검출되고, 스텝(S12) 및 스텝(S13)에서는, 도 6에 근거하여 열화 지수(2A), 열화 지수(2B), 열화 지수(2C)가 검출된다. 각각의 열화 지수가 검출되면, 스텝(S14)에서 열화 지표(1, 2)가 연산된다. 열화 지표(1)는 열화 지수(1A), 열화 지수(1B), 열화 지수(1C)에 근거하여 연산되는 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화 지표이고, 열화 지표(2)는 열화 지수(2A), 열화 지수(2B), 열화 지수(2C)에 근거하여 연산되는 3원 촉매(32, 34)의 열화 지표이다.
예를 들면, 열화 지표(1)는 (열화 지수(1A)×열화 지수(1B)×열화 지수(1C)) 또는 {열화 지수(1A)×(열화 지수(1B)+열화 지수(1C))}로서 연산된다. 또, 열화 지표(2)는 열화 지표(1)와 마찬가지로, (열화 지수(2A)×열화 지수(2B)×열화 지수(2C)) 또는 {열화 지수(2A)×(열화 지수(2B)+열화 지수(2C))}로서 연산된다. 더구나, 촉매의 성질 등에 의해 가중을 하여 연산하는 것도 가능하다. 또, 열화 지표를 연산할 경우에는, 각 열화 지수를 적어도 1개 이상을 사용하면 된다.
스텝(S14)에서 열화 지표(1, 2)가 연산되면, 즉, 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34)의 열화의 용이함이 구해지면, 스텝(S15)에서 열화 지표(1)가 제 1소정치를 넘고 있는지의 여부가 판단된다. 스텝(S15)에서 열화 지표(1)가 제 1 소정치를 넘고 있다고 판단된 경우, 스텝(S16)에서 스토이키오메트릭 피드 백(스토이키오메트릭(F/B)) 운전이 금지된다. 즉, 고온에서 배기 가스 유량이 적고 배기 가스 성분의 CO, H2, TCH, NOx, 02가 적은 상태의 경우에, 흡장형 NOx 촉매(33)가 열화하기 쉬운 상황에 있다고 판단되며, 배기 가스 성분의 CO, H2, TCH, NOx, 02가 적은 스토이키오메트릭(F/B)가 금지되어 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화가 억제된다.
스텝(S16)에서 스토이키오메트릭(F/B) 운전을 금지한 후 혹은 스텝(S15)에서 열화 지표(1)가 NOx 소정치를 넘고 있지 않다고 판단된 경우, 스텝(S17)에서 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있는지의 여부가 판단된다. 스텝(S17)에서 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있다고 판단된 경우, 스텝(S18)에서 린 운전이 금지된다. 고온에서 배기 가스 유량이 많고 배기 가스 성분인 NOx, 02가 많은 경우에, 3원 촉매(32, 34)가 열화하기 쉬운 상황에 있다고 판단되어, NOx, 02가 많은 린 운전이 금지되어 3원 촉매(32, 34)의 열화가 억제된다.
즉, 열화 지표(1)가 제 1 소정치를 넘고 또한 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있을 경우에는, 양쪽 촉매 열화를 억제하기 위해, 스토이키오메트릭(F/B) 및 린이 금지되어 리치 운전 상태가 된다. 또, 열화 지표(1)가 제 1 소정치를 넘고 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있지 않을 경우에는, 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화를 억제하기 위해, 스토이키오메트릭(F/B)만이 금지되어 린 운전 혹은 리치 운전이 가능한 상태가 된다. 또, 열화 지표(1)가 제 1 소정치를 넘지 않고 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있는 경우에는, 린 운전만이 금지되어 스토이키오메트릭(F/B) 혹은 리치 운전이 가능한 상태가 되며, 열화 지표(1)가 제 1 소정치를 넘고 있지 않고 또한 열화 지표(2)가 제 2 소정치를 넘고 있지 않을 경우에는, 메트릭(F/B) 및 린은 금지되지 않으며, 스토이키오메트릭(F/B), 린 운전 및 리치 운전 모두가 가능한 상태가 된다.
더구나, 스토이키오메트릭(F/B)를 금지할 때에, CO, H2, TCH, NOx, 02를 증량시키거나, 촉매를 냉각하여 온도를 저하시키거나, 배기 가스 유량을 증가시키는 수단을 병용하는 것도 가능하다. 이 경우, 제 1 소정치를 별도 설정으로 해도 된다. 또, 린 운전을 금지할 때에, NOx, 02를 감소시키거나, 촉매를 냉각하여 온도를 저하시키거나, 배기 가스 유량을 감소시키는 수단을 병용하는 것도 가능하다. 이 경우, 제 2 소정치를 별도 설정으로 해도 된다.
상술한 바와 같이, 열화 지표가 높은 즉, 촉매 온도나 배기 가스 유량이나 배기 가스 성분에 기인하는 열화 지수가 높아 열화하기 쉽게 되어 있는 측의 촉매 열화를 억제하는 상태에서 운전 상태가 제어되어 우선적으로 열화가 억제됨과 동시에, 열화 지표(1, 2) 양쪽이 높은 즉, 촉매 온도나 배기 가스 유량이나 배기 가스 성분에 기인하는 열화 지수가 높아 모두 열화하기 쉽게 되어 있는 경우는 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34) 열화를 억제하도록 린 및 스토이키오메트릭에서의 운전이 금지되도록 되어 있다. 이 때문에, 리치 운전에만 운전 영역이 제한되는 것은 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34)가 모두 열화하기 쉽게 되어 있는 경우만이 되어, 연비 악화를 억제하여 열화 특성이 다른 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34) 양자의 열화를 효율이 좋게 억제할 수 있다.
도 7, 도 8에 근거하여 열화 억제 제어의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예의 열화 억제 제어는 촉매의 온도와 배기 가스 유량(흡기 유량)으로 정해지는 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화 지수 및 3원 촉매(32, 34)의 열화 지수에 따라서 정해지는 엔진(1)의 운전 영역을 촉매 온도와 배기 가스 유량을 패러미터로서 맵화(운전 영역 설정 수단)한 것으로, 맵에 따라서 열화를 억제하는 상태의 운전 영역이 되도록 운전을 행하여 3원 촉매(32), 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(34)의 열 열화를 억제하도록 한 것이다.
도 7에는 흡장형 NOx 촉매(33)의 운전 영역을 나타내는 촉매 온도와 흡기 유량과의 관계의 맵, 도 8에는 3원 촉매(32, 34)의 운전 영역을 나타내는 촉매 온도와 흡기 유량과의 관계의 맵을 도시하고 있다.
도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 흡장형 NOx 촉매(33) 및 3원 촉매(32, 34) 각각에 있어서, 촉매 온도와 흡기 유량과의 관계에서 열화가 억제되는 운전 영역이 설정되어 있다. 즉, 소정 온도(T℃) 이상에서 촉매 온도와 흡기 유량에 근거하여 운전 영역이 고온 측으로부터 순서대로 A존, B존, C존 및 D존으로 나뉘어 있다. 더구나, 각 존의 경계에 있어서의 실선은 저온 측으로부터 고온 측으로 존을 전환할 때의 경계에서, 점선은 고온 측으로부터 저온 측으로 존을 전환할 때의 경계가 되고 있으며, 히스테리시스가 설치된 상태로 되어 있다.
A존은 리치 공연비로, 촉매 온도가 높아 오픈 루프 모드 존으로 되어 있다.단, A/F는 소정치(예를 들면 13) 이하로 되어 있다. B존은 스토이키오메트릭(F/B)+리치 시프트에 의해 스토이키오메트릭 보다 약간 리치 공연비를 달성하는 존으로 되어 있으며, F/B 게인은 통상의 스토이키오메트릭(F/B)와는 별도 설정된다. C존은 린 공연비로, 정상 시는 린 모드가 되는 존으로 되어 있다. 단, 목표 A/F<소정치(스토이키오메트릭(F/B)+리치 시프트도 포함한다)가 30초 이상 경과한 후에 돌입한 경우는 상술한 스토이키오메트릭(F/B)+리치 시프트를 소정 시간(예를 들면 5초간) 실행시킨 후에 린 모드로서 촉매 승온이 방지된다. 또, 이 영역에서의 가속 시는 상술한 스토이키오메트릭(F/B)+리치 시프트가 실행되며, F/B 게인은 별도 설정된다. D존은 고부하 오픈 루프 모드 금지 존으로 되어 있다. 단, 도 9에 도시하는 바와 같이, 판정 A/F가 규정 A/F(예를 들면 13.8) 이하에서는, 오픈 루프 모드로 하여 목표 A/F를 판정 A/F 이하로 한다. 시동 모드, 펠 모드, 연료 컷 모드는 제외한다. 이 때문에, A존에 비해 B존이, B존에 비해 C존 쪽이 연비는 향상하며, D존은 드라이버리티를 희생으로 하지 않는 범위 내에서 연비를 억제할 수 있다.
더구나, 상기 실시예에서는, 엔진(1)의 운전 영역을 4개의 운전 영역에 설정하고 있지만, 4개 이상의 운전 영역에 설정하는 것도 가능하고, 또, 스토이키오메트릭 공연비의 영역을 설정하는 것도 가능하다. 더욱이, 소정 온도(T℃) 이상으로 촉매의 열화 억제를 위한 운전 영역을 설정하고 있지만, 저온역을 포함하는 모든 온도 영역에서 열화 억제를 위한 운전 영역을 설정하는 것도 가능하다.
흡기 유량이 적은 경우에는, 흡장형 NOx 촉매(33)가 열화하기 쉽기 때문에,높은 촉매 온도까지 린 모드를 실시하여(C존의 영역을 넓혀), 흡장형 NOx 촉매(33)의 열화를 억제한다. 흡기 유량이 많은 경우에는, 3원 촉매(32, 34)가 열화하기 쉽기 때문에, 촉매 온도가 높아지지 않는 동안에 리치 측 모드인 B존의 비 린 모드를 실시하여, 3원 촉매(32, 34)의 열화를 억제한다. 각 촉매 온도로부터 구한 존에 대해, 도 7 및 도 8에서 선택되는 존이 다른 경우, A존, B존, C존, D존 순으로 우선된다(예를 들면, 도 7에서는 B존이 선택되고 도 8에서는 C존이 선택된 경우, B존이 우선된다).
이 때문에, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, A존, B존, C존, D존에 운전 영역을 설정하여, 촉매 온도와 흡기 유량(배기 가스 유량)에 근거하여 존을 선택함으로써, 열화하기 쉬운 촉매의 열화가 우선적으로 억제되는 상태의 운전 영역이 선택되며, 연비 악화를 억제하여 흡장형 NOx 촉매(33)와 3원 촉매(32, 34) 양자의 열화가 효율 좋게 억제된다.
더구나, 도 7에 도시한 바와 같이, B존과 C존의 경계에 있어서, 고온 측으로부터 저온 측의 B존으로부터 C존으로 전환할 때(점선), 흡기 유량이 적은 영역에서 저온 측으로 점선이 기울고 있다. 이것은 B존에 있어서의 흡장형 NOx 촉매(33)는 리치 운전을 위해 탄산염으로 되어 있으며, 배기 가스 유량이 적기 때문에, 저온 측에서 린으로 해도 새로운 CO, 02, NOx가 적은 상태로 되어 있다. 이 때문에, 바로 린으로 전환하면 탄산염을 방출해버리기 때문에, 되도록 저온 측까지 리치 상태를 유지하여 탄산염 방출을 억제하여 열화를 억제하기 때문이다.
반대로, B존과 C존의 경계에 있어서, 저온 측으로부터 고온 측의 C존으로부터 B존으로 전환할 때(실선), 흡기 유량이 적은 영역에서 고온 측으로 실선이 기울고 있다. 이것은 C존에 있어서의 흡장형 NOx 촉매(33)는 린 운전을 위해 초산염으로 되어 있으며, 배기 가스 유량이 적다. 이 때문에, 바로 리치로 전환하면 02을 방출해버리기 때문에, 되도록 저온 측까지 리치 상태인 안정 상태를 유지하여 열화를 억제하기 위함이다.
상기 제 2 실시예에서는, 배기관(11)에 3원 촉매(32)와 배기 정화 장치(13)를 따로 설치했지만, 1개의 촉매 장치 속에 3원 촉매(32), 흡장형 NOx 촉매(33), 3원 촉매(34)를 설치하도록 해도 된다. 또, 흡장형 NOx 촉매(33)에 3원 기능을 갖게 하여 일체형으로 해도 된다. 또, 내연 기관으로서 통내 분사 엔진(1)을 예로 들어 설명했지만, 배기 정화용 3원 촉매(3원 기능)와 배기 가스 중의 질소 산화물을 흡장하는 흡장형 NOx 촉매를 갖는 것이면, 흡기관 분사형 린 엔진에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
또, NOx 선택 환원형 촉매를 추가로 사용할 경우, NOx 선택 환원형 촉매는 3원 촉매와 유사한 열화 특성을 나타내기 때문에, 3원 촉매와 동일한 경향의 열화 지수나 맵을 사용하면 된다. 또, 촉매 온도에 상관하는 파라미터 값으로서, 제 2 실시예에서는 촉매 온도와 배기 온도로부터 추정하는 것으로 했지만, 촉매 온도를 실측해도 되고, 배기 온도 검출치를 직접 또는 보정하여 사용하는 것으로 해도 된다. 더욱이, NOx 트랩 촉매로서, 린 분위기에서 NOx를 흡장하여 리치 또는 스토이키오메트릭 분위기에서 흡장하고 있는 NOx를 방출 환원하는 흡장형 NOx 촉매를 예로 들어 설명했지만, 린 분위기에서 NOx를 흡장하여 리치 또는 스토이키오메트릭분위기에서 흡장하고 있는 NOx를 직접 환원하는 NOx 트랩 촉매를 사용해도 된다.
본 발명에 따라서, 2원 촉매나 흡장형 NOX촉매에 있어서의 열 열화 등의 열화를 방지함으로써 배기 가스 특성의 악화나 비용 증가를 억제할 있도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.

Claims (14)

  1. 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서,
    배기 공연비가 거의 이론 공연비 근방일때, 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하는 3원 촉매(32, 34)와, 배기 공연비가 상기 이론 공연비 보다 린 공연비 일때, 배기 가스 중의 NOx를 흡장하는 기능을 갖는 NOx 촉매(33)로 이루어지며, 상기 내연 기관(1)의 배기 통로(11)에 설치된 촉매 장치(13)와,
    적어도 온도에 기인하여 생기는 상기 촉매 장치(13)의 열화 상태를 판정하는 촉매 열화 판정 수단(S1, S3, S15, S17) 및
    상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단(S1, S3, S15, S17)이 판정한 경우에, 상기 촉매 장치(13)에 유입하는 배기 가스 성분을 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비일 때의 배기 가스 성분보다 악화시키는 제어 수단(31, S4, S16, S18)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 장치(13)의 온도을 검출 또는 추정하는 촉매 온도 검지 수단(14, 14a)을 추가로 구비하며,
    상기 촉매 열화 판정 수단은 상기 촉매 온도 검지 수단(14, 14a)에 의해 검출 또는 추정된 촉매 온도가 상기 촉매 장치(13)의 내열 온도를 넘고 있을 때에,상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 NOx 촉매(33)의 온도(Tcat2)를 검출 또는 추정하는 촉매 온도 검지 수단(14)을 추가로 구비하고,
    상기 촉매 열화 판정 수단은 상기 촉매 온도 검지 수단(14)에 의해 검출 또는 추정된 NOx 촉매의 온도(Tcat2)가 상기 NOx 촉매(33)의 내열 온도(T2)를 넘고 있을 때에, 상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단(S1, S3, S15, S17)이 판정한 경우에, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 하는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 장치(13)의 온도를 검출 또는 추정하는 촉매 온도 검지 수단(14)과, 상기 촉매 온도 검출 수단(14, 14a)에 의해 검출 또는 추정된 상기 촉매 장치(13)의 온도에 근거하여, 상기 3원 촉매(32)의 온도(Tcat1)가 소정 온도(T1) 이상으로 된 경우에, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비 이론 공연비로 하는 공연비 제어 수단(S2)을 추가로 구비하고,
    상기 촉매 열화 판정 수단(S3)은 상기 촉매 온도 검지 수단(14)에 의해 검출 또는 추정된 상기 촉매 장치(13)의 온도에 근거하여, NOx 촉매(33)의 온도(Tcat2)가 상기 NOx 촉매(33)의 내열 온도(T2)를 넘고 있을 때에, 상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있다고 판정하며,
    상기 제어 수단(S4)은 상기 공연비 제어 수단(S2)의 작동 시에, 상기 촉매 장치(13)가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 촉매 열화 판정 수단(S1)이 판정하면, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비를 거의 이론 공연비로 하는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 열화 판정 수단은 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 지표와 상기 NOx 촉매(33)의 열화 지표를 도출하는 열화 지표 도출 수단(S11, S12, S13, S14)과,
    상기 열화 지표 도출 수단(S11, S12, S13, S14)에 의해 도출된 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 지표가 상기 3원 촉매(32, 34)용으로 미리 설정된 기준치를 넘을 때에, 상기 3원 촉매(32, 34)가 소정의 열화 상태에 있다고 판단하는 제 1 열화 판정 수단(S15) 및
    상기 열화 지표 도출 수단(S11, S12, S13, S14)에 의해 도출된 상기 NOx 촉매(33)의 열화 지표가 상기 NOx 촉매(33)용으로 미리 설정된 기준치를 넘을 때에, 상기 NOx 촉매(33)가 소정의 열화 상태에 있다고 판단하는 제 2 열화 판정 수단(S17)을 구비하며,
    상기 제어 수단(S16, S18)은 상기 3원 촉매(32, 34)가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 제 1 열화 판정 수단(S15)이 판정하면, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비가 린 공연비가 되는 것을 금지함과 동시에, 상기 NOx 촉매(33)가 소정의 열화 상태에 있는 것을 상기 제 2 열화 판정 수단(S17)이 판정하면, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비가 되는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 열화 지표 도출 수단(S14)은 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도에 대응한 열화 지수(2A)를 사용하여 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 지표를 도출함과 동시에, 상기 NOx 촉매(33)의 온도에 대응한 열화 지수(1A)를 사용하여 상기 NOx 촉매(33)의 열화 지표를 도출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도에 대응한 열화 지수(2A)는 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도가 높을수록 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 정도가 큰 것을 나타내며, 상기 NOx 촉매(33)의 온도에 대응한 열화 지수(1A)는 상기 NOx 촉매(33)의 온도가 높을수록 상기 NOx 촉매(33)의 열화 정도가 큰 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 열화 지표 도출 수단은 상기 3원 촉매(32, 34)에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수(2B)와 상기 3원 촉매(32, 34)에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수(2C) 중 적어도 한쪽과 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도에 대응한 열화 지수(2A)를 사용하여 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 지표를 도출함과 동시에, 상기 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수(1B)와 상기 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수(1C) 중 적어도 한쪽과 상기 NOx 촉매(33)의 온도에 대응한 열화 지수(1A)를 사용하여 상기 NOx 촉매(33)의 열화 지표를 도출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 3원 촉매(32, 34)에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수(2B)는 배기 가스 유량이 많을수록 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 정도가 큰 것을 나타내고,
    상기 3원 촉매(32, 34)에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수(2C)는 배기 공연비가 린이 될수록 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 정도가 큰 것을 나타내고,
    상기 3원 촉매(32, 34)의 온도에 대응한 열화 지수(2A)는 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도가 높을수록 상기 3원 촉매(32, 34)의 열화 정도가 큰 것을 나타내고,
    상기 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 유량에 대응한 열화 지수(1B)는 배기 가스 유량이 적을수록 상기 NOx 촉매(33)의 열화 정도가 큰 것을 나타내고,
    상기 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 성분에 대응한 열화 지수(1C)는 배기 공연비가 스토이키오메트릭에 근접할수록 상기 NOx 촉매(33)의 열화 정도가 큰 것을 나타내며,
    상기 NOx 촉매(33)의 온도에 대응한 열화 지수(1A)는 상기 NOx 촉매(33)의 온도가 높을수록 상기 NOx 촉매(33)의 열화 정도가 큰 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서,
    배기 공연비가 거의 이론 공연비 근방일때 배기 가스 중의 유해 물질을 정화하는 3원 촉매(32, 34)와, 배기 공연비가 상기 이론 공연비보다 린 공연비 일때 배기 가스 중의 NOx를 흡장하는 기능을 갖는 NOx 촉매(33)를 가지며, 상기 내연 기관(1)의 배기 통로(11)에 설치된 촉매 장치(13)와,
    상기 촉매 장치(13)의 온도에 상관하는 파라미터 값과, 상기 촉매 장치(13)에 유입하는 배기 가스 유량을 상관하는 파라미터 값에 따라서, 상기 내연 기관(1)에 공급되는 혼합기를 이론 공연비보다 린으로 하는 린 공연비 운전 상태와, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기를 이론 공연비보다 리치로 하는 리치 공연비 운전 상태를 포함하는 다수의 운전 상태 중 어느 하나를 선택하여 설정하는 운전 상태 설정 수단(31) 및
    상기 운전 상태 설정 수단에 의해 설정된 운전 상태에 근거하여, 상기 내연 기관의 혼합기를 제어하는 제어 수단(31)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치.
  12. //제 11 항에 있어서, 상기 운전 상태 설정 수단은 상기 3원 촉매(32, 34)의 온도에 상관하는 파라미터 값과, 상기 3원 촉매(32, 34)에 유입하는 배기 가스 유량에 상관하는 파라미터 값에 따른 3원 촉매용 운전 상태와, 상기 NOx 촉매(33)의 온도에 상관하는 파라미터 값과, 상기 NOx 촉매(33)에 유입하는 배기 가스 유량에 상관하는 파라미터 값에 따른 NOx 촉매용 운전 상태를 각각 설정하여, 이들 설정된 2개의 공연비 운전 상태가 상위할 경우는 보다 린 측 공연비 운전 상태를 선택하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 운전 상태 설정 수단에 의해 선택되는 NOx 촉매용 운전 상태가 보다 리치 측 공연비 운전 상태로 전환되는 상기 NOx 촉매(33)의 온도 영역이 배기 가스 유량이 적어질수록 보다 고온 측으로 시프트하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 운전 상태 설정 수단에 의해 선택되는 NOx 촉매용 운전 상태가 보다 린 측 공연비 운전 상태로 전환되는 상기 NOx 촉매(33)의 온도 영역이 배기 가스 유량이 적어질수록, 보다 저온 측으로 시프트하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100992812B1 (ko) 2008-10-16 2010-11-08 현대자동차주식회사 선택적 촉매 열화도 추정장치 및 방법

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100492449B1 (ko) * 2000-06-30 2005-05-31 아이씨티 코., 엘티디. 배기 정화용 촉매장치
JP3824959B2 (ja) * 2002-03-29 2006-09-20 本田技研工業株式会社 排ガスセンサの温度制御装置
DE10237382A1 (de) * 2002-08-12 2004-03-04 Volkswagen Ag Verfahren zum Betrieb eines magerlauffähigen Verbrennungsmotors mit einem Abgasreinigungssystem
DE10257172B4 (de) * 2002-12-03 2011-06-22 Volkswagen AG, 38440 Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einer flexiblen Anpassung der Bauteileschutzauslegung
DE10302244A1 (de) * 2003-01-22 2004-08-12 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges
JP2005273613A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Hino Motors Ltd 排気ガスのｏｂｄ用センシング方法
US7743606B2 (en) 2004-11-18 2010-06-29 Honeywell International Inc. Exhaust catalyst system
FR2878901B1 (fr) * 2004-12-07 2010-02-26 Renault Sas Procede d'estimation du vieillissement d'un piege catalytique a oxydes d'azote
US7182075B2 (en) 2004-12-07 2007-02-27 Honeywell International Inc. EGR system
CN100577996C (zh) 2004-12-14 2010-01-06 沃尔沃拉斯特瓦格纳公司 用于诊断氧化催化剂的方法、装置
US7165399B2 (en) 2004-12-29 2007-01-23 Honeywell International Inc. Method and system for using a measure of fueling rate in the air side control of an engine
US7591135B2 (en) 2004-12-29 2009-09-22 Honeywell International Inc. Method and system for using a measure of fueling rate in the air side control of an engine
US7328577B2 (en) 2004-12-29 2008-02-12 Honeywell International Inc. Multivariable control for an engine
US7275374B2 (en) 2004-12-29 2007-10-02 Honeywell International Inc. Coordinated multivariable control of fuel and air in engines
US7467614B2 (en) 2004-12-29 2008-12-23 Honeywell International Inc. Pedal position and/or pedal change rate for use in control of an engine
US7752840B2 (en) 2005-03-24 2010-07-13 Honeywell International Inc. Engine exhaust heat exchanger
JP4424242B2 (ja) * 2005-03-30 2010-03-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の混合気状態推定装置、及びエミッション発生量推定装置
US7469177B2 (en) 2005-06-17 2008-12-23 Honeywell International Inc. Distributed control architecture for powertrains
US7389773B2 (en) 2005-08-18 2008-06-24 Honeywell International Inc. Emissions sensors for fuel control in engines
US7155334B1 (en) 2005-09-29 2006-12-26 Honeywell International Inc. Use of sensors in a state observer for a diesel engine
US7765792B2 (en) 2005-10-21 2010-08-03 Honeywell International Inc. System for particulate matter sensor signal processing
US7357125B2 (en) 2005-10-26 2008-04-15 Honeywell International Inc. Exhaust gas recirculation system
US7415389B2 (en) 2005-12-29 2008-08-19 Honeywell International Inc. Calibration of engine control systems
JP4435300B2 (ja) 2006-12-12 2010-03-17 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
WO2009150752A1 (ja) * 2008-06-11 2009-12-17 トヨタ自動車株式会社 ＮＯｘ触媒の異常診断装置及び異常診断方法
US8060290B2 (en) 2008-07-17 2011-11-15 Honeywell International Inc. Configurable automotive controller
US8620461B2 (en) 2009-09-24 2013-12-31 Honeywell International, Inc. Method and system for updating tuning parameters of a controller
US8504175B2 (en) 2010-06-02 2013-08-06 Honeywell International Inc. Using model predictive control to optimize variable trajectories and system control
JP5573703B2 (ja) * 2011-01-26 2014-08-20 三菱自動車工業株式会社 排気浄化システム
DE102012209682B4 (de) * 2011-06-16 2015-07-02 GM Global Technology Operations, LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren für einen stromabwärts von einem katalytischen Wandler positionierten Sauerstoffsensor
US9181844B2 (en) 2011-06-16 2015-11-10 GM Global Technology Operations LLC Diagnostic system and method for an oxygen sensor positioned downstream from a catalytic converter
US9677493B2 (en) 2011-09-19 2017-06-13 Honeywell Spol, S.R.O. Coordinated engine and emissions control system
US20130111905A1 (en) 2011-11-04 2013-05-09 Honeywell Spol. S.R.O. Integrated optimization and control of an engine and aftertreatment system
US9650934B2 (en) 2011-11-04 2017-05-16 Honeywell spol.s.r.o. Engine and aftertreatment optimization system
EP3051367B1 (en) 2015-01-28 2020-11-25 Honeywell spol s.r.o. An approach and system for handling constraints for measured disturbances with uncertain preview
EP3056706A1 (en) 2015-02-16 2016-08-17 Honeywell International Inc. An approach for aftertreatment system modeling and model identification
EP3091212A1 (en) 2015-05-06 2016-11-09 Honeywell International Inc. An identification approach for internal combustion engine mean value models
EP3125052B1 (en) 2015-07-31 2020-09-02 Garrett Transportation I Inc. Quadratic program solver for mpc using variable ordering
US10272779B2 (en) 2015-08-05 2019-04-30 Garrett Transportation I Inc. System and approach for dynamic vehicle speed optimization
US10415492B2 (en) 2016-01-29 2019-09-17 Garrett Transportation I Inc. Engine system with inferential sensor
US10036338B2 (en) 2016-04-26 2018-07-31 Honeywell International Inc. Condition-based powertrain control system
US10124750B2 (en) 2016-04-26 2018-11-13 Honeywell International Inc. Vehicle security module system
WO2018101918A1 (en) 2016-11-29 2018-06-07 Honeywell International Inc. An inferential flow sensor
US11057213B2 (en) 2017-10-13 2021-07-06 Garrett Transportation I, Inc. Authentication system for electronic control unit on a bus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0559935A (ja) * 1991-09-03 1993-03-09 Mitsubishi Automob Eng Co Ltd 内燃エンジンの触媒劣化防止装置
JP3303981B2 (ja) * 1991-12-20 2002-07-22 株式会社日立製作所 エンジン排気ガス浄化装置の診断装置
US5426934A (en) * 1993-02-10 1995-06-27 Hitachi America, Ltd. Engine and emission monitoring and control system utilizing gas sensors
JP3151368B2 (ja) * 1995-02-17 2001-04-03 株式会社日立製作所 内燃機関用排気ガス浄化装置の診断装置
JP3380366B2 (ja) * 1995-05-22 2003-02-24 株式会社日立製作所 エンジン排気ガス浄化装置の診断装置
JP3430879B2 (ja) * 1997-09-19 2003-07-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3446582B2 (ja) * 1998-01-14 2003-09-16 日産自動車株式会社 エンジンの排気浄化装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100992812B1 (ko) 2008-10-16 2010-11-08 현대자동차주식회사 선택적 촉매 열화도 추정장치 및 방법

Also Published As

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