KR100517191B1 - 배기가스 정화장치 - Google Patents

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KR100517191B1
KR100517191B1 KR10-2002-7017526A KR20027017526A KR100517191B1 KR 100517191 B1 KR100517191 B1 KR 100517191B1 KR 20027017526 A KR20027017526 A KR 20027017526A KR 100517191 B1 KR100517191 B1 KR 100517191B1
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도시아키 다나카
신야 히로타
가즈히로 이토
다카미츠 아사누마
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

미립자 필터(22)가 내연기관의 배기통로에 배치된다. 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자의 성질이 퇴적 직후에 비하여 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지 여부를 예측하거나 판정한다. 상기 성질이 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측하거나 판정할 때, 미립자 필터(22)로 유입하는 배기가스의 공연비가 일시적으로 린에서 리치로 전환된다.

Description

배기가스 정화장치{Exhaust emission control device}
본 발명은 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
종래에는, 디젤엔진에서, 배기가스에 함유된 미립자는 배기가스 통로에 미립자 필터를 배치하고, 그 미립자 필터를 사용하여 배기가스내의 미립자를 한번 포획하고 미립자 필터에 포획된 미립자를 점화하여 연소(burning)하고 미립자 필터를 재생함으로써 제거된다. 이 경우, 포획된 미립자를 점화하여 연소하는 것은 상당한 고온과 많은 시간을 필요로 한다.
다른 한편, 질산화물(NOx) 흡수제를 미립자 필터에서 소유하는 내연기관이 공지되어 있는데, 상기 질산화물 흡수제는 공연비가 린(lean)일 때 질산화물을 흡수하고, 공연비가 리치(rich)일 때 흡수한 질산화물을 방출한다(일본 공개특허 6-159037호). 이 내연기관에서, 엔진은 보통 린 공연비하에서 작동된다. 질산화물 흡수제에 흡수된 질산화물의 양이 허용치를 초과할 때, 공연비는 일시적으로 리치로 되어 질산화물 흡수제로부터 질산화물을 방출시키도록 만든다.
질산화물이 질산화물 흡수제로부터 방출되어 환원될 때, 질산화물 환원시 발생하는 열이 미립자 필터의 온도를 증가시킨다. 따라서, 이 내연기관의 실예에서, 질산화물 방출이 끝날 때, 공연비는 다시 린 상태로 복귀한다. 그 시간에 미립자 필터의 온도가 상승한다는 사실을 이용하여, 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 연소한다. 또한, 다른 실예에서, 질산화물이 질산화물 흡수제로부터 방출되어야 할 때, 미립자 필터의 상류측 배기압이 소정 압력을 초과하지 않으면, 공연비는 바로 리치로 되고, 반면, 미립자 필터의 상류측 배기압이 소정 압력을 초과하면 공연비는 리치로 되어 질산화물을 질산화물 흡수제로부터 방출시키도록 만들고, 다음에 공연비가 린으로 되어 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 연소하게 된다.
그러나, 상술한 바와 같이, 미립자 필터에 포획된 미립자를 점화하여 연소하는 것은 상당한 고온 및 많은 시간을 필요로 한다. 이 경우, 퇴적된 미립자를 점화하여 연소해야 할 온도까지 미립자 필터의 온도를 상승시키는 것은 외부에서 에너지를 공급할 것을 필요로 한다. 따라서, 보통, 추가의 연료를 공급하거나 전기 히터를 사용하여 미립자 필터의 온도를 상승시킨다. 그러므로, 미립자의 연소에 시간이 걸리면, 과다한 에너지를 요구하게 될 것이다. 이러한 과다한 에너지의 소모를 감소시키는 것은 미립자를 연소하는데 필요한 시간을 가능한 단축시키는 것을 요구한다.
발명자들은 이러한 관점에서 퇴적된 미립자의 성질을 연구하였고, 그 결과 퇴적된 미립자의 성질이 점차 명확하게 밝혀지고 있다. 세부사항은 이하에 설명하겠지만, 요약하면, 미립자 필터에의 미립자 퇴적시간이 길수록 퇴적된 미립자가 산화되기 어렵고 따라서 퇴적된 미립자의 점화 및 연소에 상당한 고온 및 많은 시간을 필요로 한다는 것을 알았다. 즉, 퇴적된 미립자가 산화되기 어려울 때, 그 미립자의 성질을 산화하기 쉬운 성질로 변화시킬 수 있다면 미립자를 연소하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다는 것을 알았다.
따라서, 본 발명자들은 이러한 점에서 더욱 연구를 진행하였고, 그 결과 일시적으로 공연비를 리치로 함으로써 퇴적된 미립자의 성질이 산화하기 쉬운 성질로 변화될 수 있다는 것을 알았다. 즉, 퇴적된 미립자가 산화되기 어려울 때 공연비를 일시적으로 리치로 만들면, 미립자는 산화되기 용이하게 되고 따라서 미립자를 연소하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다는 것을 알았다.
상기 공지된 내연기관에서, 질산화물은 가끔 공연비를 일시적으로 리치로 함으로써 질산화물 흡수제로부터 방출된다. 따라서, 공연비의 변화 패턴이 본 발명과 유사하다. 그러나 상기 공지된 내연기관에서는, 질산화물 흡수제의 질산화물 흡수량이 허용치를 초과할 때 공연비가 일시적으로 리치로 되는 반면에, 본 발명에서는, 퇴적된 미립자가 산화되기 어려울 때 공연비가 일시적으로 리치로 된다. 공연비를 리치로 만드는 목적이 다를 뿐만아니라, 공연비를 리치로 만드는 시간도 다르다. 즉, 질산화물로부터 질산화물을 방출하는 시간에 공연비를 리치로 만들지라도 반드시 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 상태로 계속 변화시킬 수 있는 것은 아니다.
도 1은 내연기관의 전체 도면.
도 2a 및 2b는 미립자 필터의 도면.
도 3a 및 3b는 미립자의 산화 변화의 도면.
도 4는 작동 제어의 실예의 도면.
도 5는 작동 제어의 다른 실예의 도면.
도 6은 분사제어를 설명하기 위한 도면.
도 7은 미립자 산화성의 저하의 도면.
도 8은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
도 9는 산화에 의해 제거 가능한 미립자량과 미립자 필터의 온도 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 퇴적된 미립자 상태를 설명하기 위한 도면.
도 11a 및 11b는 퇴적된 미립자 상태를 설명하기 위한 도면.
도 12a 및 12b는 퇴적된 미립자 상태를 설명하기 위한 도면.
도 13은 시간 △t의 도면.
도 14a 및 14b는 배출된 미립자량의 도면.
도 15 및 16+은 엔진의 제어 흐름도.
도 17a, 17b, 17c는 압력 강하의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 18은 엔징의 작동 제어의 흐름도.
도 19a, 19b, 19c는 압력 강하의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 20은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
도 21은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
도 22는 매연 발생량의 도면.
도 23a 및 23b는 엔진 작동영역 등의 도면.
도 24는 스로틀 밸브 개방도 등의 변화들의 도면.
도 25는 산화에 의해 제거 가능한 미립자량과 미립자 필터의 온도 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 26은 퇴적된 미립자량의 도면.
도 27은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
도 28은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
도 29a 및 29b는 세팅 맵 등의 도면.
도 30은 엔진의 작동 제어의 흐름도.
본 발명의 목적은 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 단시간에 연소시킬 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 견지에 따라, 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 진행되는 내연기관의 배기가스 정화장치로서, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 예측하기 위한 예측수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환하기 위한 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하는 지를 판정하기 위한 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 정화장치가 제공된다.
본 발명의 제2 견지에 따라, 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 진행되는 내연기관의 배기가스 정화장치로서, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하기 위한 제1 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환하기 위한 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지를 판정하기 위한 제2 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 정화장치가 제공된다.
본 발명의 제3 견지에 따라, 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 진행되는 내연기관의 배기가스 정화장치로서, 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환할 수 있는 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지를 판정하기 위한 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환한 후 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 정화장치가 제공된다.
도 1은 본 발명을 압축점화식 내연기관에 적용한 경우를 도시한다. 또한 본 발명은 불꽃점화식 내연기관에도 적용할 수 있다.
도 1을 참고하면, 부호 1은 엔진본체, 2는 실린더 블록, 3은 실린더 헤드, 4는 피스톤, 5는 연소실, 6은 전기제어식 연료 분사기, 7은 흡기밸브, 8은 흡기구, 9는 배기밸브, 10은 배기구를 가리킨다. 흡기구(8)는 대응하는 흡기관(11)을 통해 서지탱크(12)에 연결되고, 상기 서지탱크(12)는 흡기덕트(13)를 통해 배기 터보챠저(14)의 압축기(15)에 연결된다. 배기덕트(13) 내부에는 스텝모터(16)에 의해 구동되는 스로틀밸브(17)가 배치된다. 또한, 냉각장치(18)가 흡기덕트(13)를 통해 흐르는 흡입공기를 냉각하기 위해 흡기덕트(13) 주위에 배치된다. 도 1의 실시예에서, 엔진 냉각수가 냉각장치(18)의 내부에 배치되고, 흡입공기가 상기 엔진 냉각수에 의해 냉각된다. 한편, 배기구(10)는 배기 매니폴드(19) 및 배기관(20)을 통해 배기 터보챠저(14)의 배기터빈(21)에 연결된다. 배기터빈(21)의 출구는 미립자 필터(22)를 수용하는 필터케이싱(23)에 연결된다.
배기 매니폴드(19) 및 서지탱크(12)는 배기가스 순환(EGR)통로(24)를 통해 서로 연결된다. EGR 통로(24) 내부에는 전기제어식 EGR 제어밸브(25)가 배치된다. 냉각장치(26)가 EGR 통로(24) 내부에서 순환하는 EGR 가스를 냉각하기 위해 EGR 통로(24) 주위에 배치된다. 도 1의 실시예에서, 엔진 냉각수는 냉각장치(26) 내부에서 안내되고, EGR 가스는 엔진 냉각수에 의해 냉각된다. 한편, 연료 분사기(6)는 연료공급관(6a)을 통해 연료저장소, 즉 커몬레일(common rail:27)에 연결된다. 연료는 전기제어식 가변배출 연료펌프(28)로부터 커몬레일(27)로 공급된다. 커몬레일(27)에 공급된 연료는 연료공급관(6a)을 통해 연료분사기(6)로 공급된다. 커몬레일(27)에는 연료압 센서(29)가 퇴적되어 커몬레일(27)내의 연료압을 검출한다. 연료펌프(28)의 배출은 연료압 센서(29)의 출력신호에 기초하여 제어되므로 커몬레일(27)내의 연료압이 목표연료압으로 된다.
전자제어장치(30)는 ROM(판독전용메모리)(32), RAM(임의접근메모리)(33), CPU(마이크로프로세서)(34), 입력포트(35), 및 양방향 버스(31)를 통해 서로 연결되는 출력포트(36)를 구비하는 디지털 컴퓨터로 구성된다. 연료압 센서(29)의 출력신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 미립자 필터(22)에는 온도센서(39)가 퇴적되어 이 미립자 필터(22)의 온도를 검출한다. 상기 온도센서(39)의 출력신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 미립자 필터(22)에는 압력센서(43)가 퇴적되어 미립자 필터(22)의 상류측 배기가스의 압력과 미립자 필터(22)의 하류측 배기가스의 압력 사이의 차압, 즉 미립자 필터(22)에서의 압력강하를 검출한다. 압력센서(43)의 출력신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다.
한편, 가속페달(accelerator pedal:40)에는 부하센서(41)가 연결되어 이 페달의 밟는 양 L에 비례하여 출력전압을 발생한다. 부하센서(41)의 출력전압은 대응하는 AD 컨버터(37)를 거쳐 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 입력포트(35)에는 크랭크각 센서(42)가 연결되어 크랭크샤프트가 예를 들어 30도만큼 회전할 때마다 출력펄스를 발생한다. 다른 한편, 출력포트(36)는 대응하는 드라이브회로(38)를 거쳐 연료분사기(6), 스로틀밸브를 구동하는 스텝모터(16), EGR 제어밸브(25) 및 연료펌프(28)에 연결된다.
도 2a 및 2b는 미립자 필터(22)의 구조를 도시한다. 도 2a는 미립자 필터(22)의 정면도이고, 도 2b는 미립자 필터(22)의 측단면도이다. 도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 미립자 필터(22)는 벌집 구조를 형성하고, 서로 평행하게 연장하는 다수의 배기유동로(50,51)를 구비한다. 상기 배기유동로는, 플러그(52)에 의해 밀봉된 하류측 단부를 가진 배기가스 유입로(50)와, 플러그(52)에 의해 밀봉된 상류측 단부를 가진 배기가스 유출로(51)로서 구성된다. 도 2a에서 빗금친 부분은 플러그(53)를 도시한다. 따라서, 배기가스 유입로(50) 및 배기가스 유출로(51)는 얇은 분할벽(54)을 통해 교대로 배치된다. 환언하면, 배기가스 유입로(50) 및 배기가스 유출로(51)는 각각의 배기가스 유입로(50)가 4개의 배기가스 유출로(51)에 의해 둘러싸이고 또 각각의 배기가스 유출로(51)가 4개의 배기가스 유입로(50)에 의해 둘러싸이도록 배치된다.
미립자 필터(22)는 예를 들어 코디어라이트와 같은 다공성 재료로써 형성된다. 따라서, 배기가스 유입로(50)로 유입하는 배기가스는 도 2b에 도시된 바와 같이 주변 칸막이(54)를 통해 인접한 배기가스 유출로(51)로 흘러간다.
본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에서, 예를 들어 알루미나로 구성된 캐리어 층은 배기가스 유입로(50) 및 배기가스 유출로(51)의 주변면, 즉 칸막이(54)의 두 양측면과 칸막이(54)의 미세구멍들의 내부벽에 형성된다. 캐리어에는 백금(Pt)과 같은 귀금속 촉매 또는 세륨(Ce)과 같은 희토산화물 촉매(rare earth catalyst)가 담겨있다. 본 발명에 사용되는 미립자 필터(22)는, 린 공연비에서 질산화물을 흡수하고 리치 공연비에서 질산화물을 방출하는 질산화물 흡수제를 가지지 않는다.
주로 배기가스내에 포함된 고체 탄소로 구성된 미립자는 미립자 필터(22)에 포획되어 퇴적된다. 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자는 30초 내지 약 1시간의 기간내에 연속적으로 산화된다. 따라서, 미립자는 미립자 필터(22)에 일정하게 퇴적된다. 미립자 필터(22)의 온도가 미립자를 산화시킬 수 있는 온도, 적어도 250℃에서 유지될 때, 미립자 필터(22)로 전달된 단위시간당 미립자량이 크지 않을 때, 미립자는 얼마동안 산화될 수 있다. 따라서, 이 경우 모든 미립자가 연속적으로 산화될 수 있다.
한편, 미립자 필터(22)로 전달된 단위시간당 미립자량이 크거나 또는 미립자 필터(22)의 온도가 낮을 때, 충분히 산화되지 않은 미립자량이 증가하고, 그러므로 미립자 필터(22)에 퇴적되는 미립자량이 증가한다. 실제 작동상태에서, 미립자 필터(22)로 전달된 단위시간당 미립자량이 커지고, 가끔 미립자 필터(22)의 온도가 낮아지고, 따라서 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 점차 증가한다.
다음에, 미립자 필터(22)에 퇴적되는 미립자가 산화하기 쉬운 정도, 즉 미립자 산화성은 도 3a 및 3b를 참고하여 설명한다. 도 3a 및 3b에서 A/F는 미립자 필터(22)로 유입하는 배기가스의 공연비를 가리킨다. 본원에서, 흡기통로와 연소실(5) 및 미립자 필터(22)의 상류측 배기통로로 공급되는 공기와 연료 사이의 비는 '배기가스 공연비'라고 한다.
도 3a에서, 실선 X1은 미립자 필터(22)의 온도가 비교적 낮은 경우를 도시하고, 한편 점선 X2는 미립자 필터(22)의 온도가 높은 경우를 도시한다. 미립자가 미립자 필터(22)에 퇴적하면, 다수의 미세구멍 또는 공간이 퇴적된 미립자의 덩어리 내부에 형성될 것이다. 따라서, 덩어리 내부의 미립자의 표면적 S와 미립자의 덩어리의 용적 V 사이의 비, 즉 표면적/용적 비 S/V는 상당히 큰 값이 된다. 표면적/용적 비 S/V가 크다는 것은 미립자와 산소 사이의 접촉면적이 크다는 것을 의미하며 따라서 미립자의 산화성이 양호하다는 것을 나타낸다.
다른 한편, 린으로 된 공연비 A/F의 상태가 미립자가 포획된 후에도 계속되면, 미립자는 응집하여 미립자의 치수가 점차 커지게 된다. 그 결과, 미립자 덩어리에서 미세구멍 또는 공간의 개수가 점차 감소된다. 따라서, 미립자 덩어리의 표면적/용적 비 S/V가 점차 떨어지고 결과적으로 미립자의 산화성이 도 3a에 X1 및 X2로 도시한 바와 같이 떨어진다. 미립자의 응집작용이 커질수록 온도가 높아진다. 따라서, 도 3a에 도시한 바와 같이, 미립자의 산화성은 X1으로 도시한 저온의 경우 보다 X2로 도시한 고온의 경우에 더 신속하게 떨어진다. 이러한 미립자 산화성의 저하가 계속 허용되면, 미립자는 극단적으로 산화하기 어렵게 되며, 그 결과 퇴적된 미립자를 연소하는데 필요로 하는 시간이 길어진다.
그러나, 이러한 방법으로 미립자의 산화성이 떨어질 때 공연비 A/F를 리치로 만들면 미립자의 산화성이 회복된다는 것을 알았다. 그 이유는 분명치 않지만, 공연비 A/F를 리치로 하는 것은 코우크를 발생할 때의 활성화 작용과 유사한 것으로 생각된다. 즉, 공연비 A/F가 리치로 되면, 산소가 극단적으로 작아지고, 따라서 배기가스내의 CO2 또는 H2O가 탄소결합이 분열되고, 그 결과 다수의 미세구멍 또는 공간이 다시 생성된다. 실제로, 공연비 A/F가 리치로 된 후에 미립자 덩어리의 표면적/용적 비 S/V를 측정할려고 하면, 표면적/용적 비 S/V는 크게 증가해 있다.
이 경우와 마찬가지로, CO2 또는 H2O에 의한 침범은 미립자 필터(22)의 온도가 높을 때 매우 적극적으로 된다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 도 3b에 점선 Y2로 도시된 미립자 필터(22)의 온도가 실선 Y1으로 도시된 미립자 필터(22)의 온도가 낮은 경우에 비하여 높을 때, 미립자의 산화성이 높아진다.
공연비 A/F를 이러한 방법으로 리치로 만들면, 미립자의 산화성은 더 양호하게 된다. 따라서, 미립자를 린 공연비하에서 계속적으로 연소할 때, 가끔 공연비 A/F를 리치로 만들면 미립자를 용이한 산화상태로 유지할 수 있다.
도 4 및 5는 본 발명에 의한 작동 제어의 기본 사상을 도시한다. 도 4 및 5에서 TF는 미립자 필터(22)의 온도를 나타낸다.
도 4에 도시한 실시예에서, 미립자의 산화성이 허용 가능한 한계 LL로 떨어질 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 전환된다. 공연비가 리치로 될 때마다, 미립자의 산화성은 상승된다. 다음에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량 UL을 초과하면, 미립자 필터(22)의 온도를 적어도 600℃로 상승시키고 다음에 린 공연비의 상태를 유지하면서 적어도 600℃로 유지하는 온도 상승제어가 실행된다. 온도 상승제어가 실행될 때, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 점화되어 연소된다.
즉, 본 발명의 이 실시예에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었을 때 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터(22)로 유입하는 배기가스의 공연비 A/F를 린에서 리치로 일시적으로 전환하기 위한 공연비 전환수단과, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량 UL을 초과하는 지를 판정하기 위한 판정수단과, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량 UL을 초과하였을 때 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터(22)의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단이 제공된다.
공연비 A/F를 린에서 리치로 일시적으로 전환하는 방법에는 여러가지가 있다. 예를 들어, 연소실(5)내의 평균 공연비를 리치로 만드는 방법, 팽창행정 후에 또는 배기행정 중에 추가의 연료를 연소실(5)로 분사하는 방법, 및 미립자 필터(22)의 상류측 배기통로로 추가의 연료를 분사하는 방법이 있다.
한편, 미립자 필터(22)의 온도를 상승시키는 방법도 여러가지가 있다. 예를 들어, 미립자 필터(22)의 상류측 단부에 전기히터를 배치하여 이 전기히터를 사용하여 미립자 필터(22)를 가열하거나 또는 미립자 필터(22)로 유입하는 배기가스를 가열하는 방법, 미립자 필터(22)의 상류측 배기통로로 연료를 분사하여 그 연료를 연소시켜 미립자 필터(22)를 가열하는 방법, 및 미립자 필터(22)의 온도가 상승하도록 배기가스의 온도를 상승시키는 방법이 있다.
여기서, 최종방법, 즉 배기가스의 온도를 상승시키는 방법을 도 6을 참고하여 간략하게 설명한다.
배기가스의 온도를 상승시키는 효과적인 한가지 방법은 연료분사 타이밍을 압축행정의 상사점 이후로 지연시키는 방법이다. 즉, 정상에서 주연료 Qm이 도 6에 (I)로 도시된 바와 같이, 압축행정의 상사점 부근에서 분사된다. 이 경우, 도 6에 (Ⅱ)로 도시된 바와 같이, 주연료 Qm의 분사타이밍이 지연되면, 후연소 주기가 길어지게 되고, 따라서 배기가스의 온도가 상승한다. 배기가스의 온도가 높아지게 됨과 함께, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 상승한다.
또한, 도 6에 (Ⅲ)으로 도시된 바와 같이, 배기가스의 온도를 상승시키기 위해, 주연료 Qm에 추가하여 보조연료 Qv를 흡입행정의 상사점 부근에서 분사할 수 있다. 보조연료 Qv가 이러한 방법으로 부차고 분사되면, 연소될 수 있는 연료는 정확하게 보조연료 Qv의 양만큼 증가하며, 따라서 배기가스의 온도가 상승하고 그 결과 미립자 필터(22)의 온도 TF가 상승한다.
한편, 이러한 방법으로 보조연료 Qv가 흡입행정의 상사점 부근에서 분사하면, 압축열이 압축행정 중에 알데히드, 케톤, 페록사이드, 일산화탄소 및 기타 중간 생성물의 생성을 초래한다. 상기 중간 생성물은 주연료 Qm의 반응을 가속화시킨다. 따라서, 이 경우 도 6에 (Ⅲ)으로 도시한 바와 같이, 주연료 Qm의 분사타이밍이 크게 지연될지라도, 실화를 일으키지 않고 양호한 연소가 얻어질 것이다. 즉, 주연료 Qm의 분사타이밍을 이러한 방법으로 크게 지연할 수 있기 때문에, 배기가스의 온도가 크게 높아지고, 따라서 미립자 필터(22)의 온도 TF가 신속하게 상승될 수 있다.
또한, 도 6에 (Ⅳ)으로 도시한 바와 같이, 주연료 Qm에 더하여 팽창행정 또는 배기행정 중에 보조연료 Qp도 분사할 수 있다. 즉, 이 경우, 보조연료 Qp의 주요부분이 연소되지 않지만, 미연소 HC의 형태로 배기통로에서 소멸된다. 상기 미연소 HC는 미립자 필터(22)의 과다산소에 의해 산화된다. 이 때 발생되는 산화반응열이 미립자 필터(22)의 온도를 상승시킨다.
도 4에서, 퇴적된 미립자를 연소하기 위한 미립자 필터(22)의 온도는 도 6의 (Ⅳ)의 방법을 사용하여 상승된다. 그러므로, 도 4에 도시한 바와 같이, 미립자 필터(22)의 온도가 상승되려고 할 때, 공연비 A/F는 즉시 약간 작아지게 된다.
다른 한편, 도 5에 도시한 실시예에서도 마찬가지로, 미립자의 산화성이 허용 가능한 한계 LL로 저하하면, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 전환된다. 공연비가 리치로 될 때마다, 미립자의 산화성이 향상된다. 하지만, 도 5에 도시된 실시예에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량 UL을 초과하면, 공연비 A/F는 린에서 리치로 일시적으로 전환되어 미립자의 산화성을 상승시킨다. 다음에, 온도상승제어가 실행되어 미립자 필터(22)의 온도를 적어도 600℃로 상승시키고 다음에 린 공연비의 상태를 유지하면서 적어도 600℃를 유지한다. 이러한 방법으로, 도 5에 도시된 실시예에서, 퇴적된 미립자가 그 산화성이 상승한 상태에서 연소되기 시작하기 때문에, 퇴적된 미립자를 연소하는 시간이 더욱 단축된다.
작동제어로서, 도 4에 도시된 방법이나 도 5에 도시된 방법 중 어느 것을 사용할 수 있다. 그러나, 아래에 설명된 실시예에서는 도 5에 도시된 방법을 사용한 경우의 실시예를 가지고 설명되어 있다. 다음에 이 실시예들을 계속해서 설명하기로 한다.
도 7 및 8은 제1 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 미립자 필터(22)에 퇴적되는 단위시간당 미립자 산화성의 저하 또는 증가가 산출되고, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 상기 산화성의 저하 또는 증가에 기초하여 퇴적된 후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지 판정된다.
즉, 도 3a 및 3b를 참고하여 설명한 바와 같이, 공연비 A/F가 린으로 유지될 때, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 높을수록 미립자 산화성이 낮아진다. 공연비 A/F가 리치일 때, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 높을수록 미립자 산화성이 커진다. 따라서, 요약하면, 단위시간당 미립자 산화성의 저하 △DEO는 도 7에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다. 즉, 공연비 A/F가 실선 L로 도시한 바와 같이 린일 때, 미립자의 온도 TF가 높을수록 미립자 산화성의 저하 △DEO는 커진다. 한편, 공연비 A/F가 실선 R로 도시한 바와 같이 리치일 때, 미립자 산화성의 저하 △DEO는 부(negative)로 되고, 저하 △DEO의 절대값 즉, 미립자 산화성의 단위시간당 증가는 미립자 필터(22)의 온도 TF가 높을수록 커진다.
따라서, 도 7에 도시된 단위시간당 미립자 산화성의 저하 △DEO를 산출하여 산출한 저하 △DEO를 누적가산하면, 미립자 산화성의 저하를 판정할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 미립자 산화성의 저하가 도 5에서 LL에 해당하는 허용 가능한 한계 XO를 초과할 때, 공연비 A/F가 일시적으로 리치로 된다.
도 8은 제1 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 8을 참고하면, 먼저 단계 100에서, 도 7에 기초하여 산출된 미립자 산화성의 저하 △DEO가 DEO에 가산된다. 따라서, 상기 DEO는 미립자 산화성의 저하를 표현한다. 다음에, 단계 101에서, 미립자 산화성의 저하 DEO가 허용 가능한 한계 XO를 초과하였는 지 그리고 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 큰지를 판정한다. DEO<XO 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 102로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자는 린 공연비하에서 연속적으로 연소된다. 다음에 루틴이 단계 101로 진행된다.
한편, 단계 101에서, DEO≥XO 및 TF>To인지를 판정하면, 루틴이 단계 103으로 진행하고 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만드는 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 비록 DEO≥XO 이더라도, TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다, 다음에 단계 104에서 DEO가 삭제된다. 다음에 루틴이 단계 105로 진행한다.
단계 105에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)에서의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 106으로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만드는 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 상기 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 107로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃로 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 하는 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 중지되고 정상작동이 다시 한번 실행된다.
도 9 내지 도 16은 제2 실시예를 도시한다. 제2 실시예에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자에서 가장 많이 저하하는 산화성을 가진 미립자량은 모델을 사용하여 산출된다. 가장 많이 저하한 산화성을 가진 미립자량이 소정량을 초과할 때, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화하였는 지를 판정한다.
먼저, 도 9를 참고하면, 도 9의 실선 Z는 미립자 필터(22)에의 미립자의 산화율 즉, 예를 들어 산화에 의해 제거 가능한 분당 미립자량 G(g/min)와, 미립자 필터(22)의 온도 TF 사이의 관계를 도시한다. 즉, 도 9에서, 곡선 Z는 미립자 필터(22)로 흐르는 미립자량이 산화에 의해 제거 가능한 양 G와 일치하는 균형점을 도시한다. 이 때, 유입하는 미립자량과 산화에 의해 제거 가능한 미립자량이 동일하고, 따라서 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 일정하게 유지된다. 한편, 도 9의 영역 Ⅰ에서, 유입하는 미립자량이 산화에 의해 제거 가능한 미립자량보다 작으며, 따라서 퇴적된 미립자량이 작아지며, 반면에 도 9의 영역 Ⅱ에서 유입하는 미립자량이 산화에 의해 제거 가능한 양보다 커지고, 따라서 퇴적된 미립자량이 증가한다.
도 10은 유입하는 미립자량이 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G와 일치할 때 퇴적된 미립자 상태를 모델로 하는 것을 개략적으로 도시하고 있다. 도 10에서, 횡좌표를 따라가는 수자 1 내지 5는 퇴적된 미립자의 산화성을 도시한다. 이 산화성은 수자 1 에서 5로 갈수록 더 나빠진다. 또한, 도 10에서, W1, W2, W3, W4, W5는 산화성 1, 2, 3, 4, 5에 따라 일정 시간에 퇴적하는 미립자량들을 도시한다. WO1, WO2, WO3, WO4, WO5는 일정 시간후 산화에 의해 제거된 미립자량을 도시한다. WR1, WR2, WR3, WR4, WR5는 그 시간에 여전히 퇴적되어 남아 있는 미립자량을 도시한다.
이 모델에서, 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자 W1은 일정 시간에 걸쳐 정확하게 WO1의 정도만큼 산화에 의해 제거되며, 따라서 바로 미립자 WR1이 남으며 산화성이 1에서 2로 떨어지고, 다음에 나머지 미립자 WR2가 일정 시간에 걸쳐 정확하게 WO2의 정도로 산화에 의해 제거되고, 따라서 바로 미립자 WR2가 남으며 산화성이 2에서 3으로 떨어지는 것으로 생각된다. 그러므로, 도 10으로부터 이해할 수 있듯이, 이 모델에서 W2는 WR1과 일치하고, W3은 WE2와 일치하고, W4는 WR3와 일치하고, W5는 WR4와 일치한다.
또한, 이 모델에서, 퇴적된 미립자량 W1, W2, W3, W4, W5를 따라 일정시간에 걸쳐 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 WO1, WO2, WO3,WO4, WO5의 비 WO1/W1, WO2/W2, WO3/W3, WO4/W4, WO5/W5가 고정되어 있다. 이 경우, 미립자 산화성이 많이 떨어질수록 상기 비는 작아지는 것으로 생각된다. 따라서, 이 모델에서, WO1/W1은 60%로 되고, WO2/W2는 57%, WO3/W3는 54%, WO4/W4는 52%, WO5/W5는 50%로 된다.
또한, WO5/W5가 50%이므로, WR5/W5도 역시 50%로 된다. 나머지 미립자 WR5는 예정시간에 걸쳐 산화에 의해 계속 제거된다. 이러한 방법을 고려하여 도 10에 도시된 모델을 준비하였다.
다른 한편, 유입하는 미립자량이 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G 보다 크다면, 도 11A에 도시한 바와 같이, WO1 대 W1, WO2 대 W2, WO3 대 W3, WO4 대 W4, WO5 대 W5의 비가 도 10에 도시된 경우에 비하여 작아진다. 그 결과, 나머지 미립자량 WR1, WR2, WR3, WR4, WR5는 도 10에 도시된 경우에 비하여 증가한다. 이러한 상황이 계속되면, 도 11B에 도시한 바와 같이, 산화성 5를 가진 미립자량이 크게 증가한다.
즉, 이러한 모델을 고려하여 최악의 산화성을 갖는 미립자량 WO5를 찾을 수 있다.
다음에, 최악의 산화성을 갖는 미립자량 W5를 산출하는 방법을 간략히 설명한다.
도 12a, 12B는 유입하는 미립자량과 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 사이의 균형점이 도 9에서 지점 A와 B인 경우를 도시한다. 도 12a, 12B는 도 10과 동일한 방법으로 미립자 상태를 도시하고 있지만, 도 12a, 12B에서 횡좌표는 시간을 가리킨다. 즉, 도 12a에서 횡좌표는 미립자가 유입한 후 5분, 10분, 15분, 20분, 25분을 가리킨다. 도 12b에서, 횡좌표는 미립자가 유입한 후 2분, 4분, 6분, 8분, 10분을 가리킨다.
도 9의 지점 B는 지점 A에 비해 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G가 유입하는 미립자량보다 더 크며, 따라서 도 12b에서의 미립자량 W1은 도 12a에서의 미립자량 W1 보다 더 커진다. 한편, 도 9의 지점 B는 지점 A에 비해 미립자 필터(22)의 온도 TF가 더 높고, 따라서 미립자 산화성이 신속하게 저하한다. 이것에도 불구하고, 산화성이 5로 되기전에 미립자가 산화에 의해 제거되어야 한다는 사실은 도 12b에 도시한 바와 같이 미립자가 신속하게 산화에 의해 제거된다는 것을 의미한다.
미립자 W1의 60%가 산화에 의해 제거되는데 필요한 시간 △t, 또는 미립자 W2의 57%가 산화에 의해 제거되는데 필요한 시간 △t는 도 12a에서 5분이고, 도 12b에서 2분이다. 이러한 방법으로, 시간 △t가 단축될수록 도 13에 도시한 바와 같이 미립자 필터(22)의 온도 TF가 높아진다.
이 실시예에서, 시간 △t가 경과할 때마다, 나머지 미립자량 WR1, WR2, WR3, WR4, WR5가 산출된다. 나머지 미립자량 WR5가 도 5에 LL에 해당하는 허용 가능한 한계 WRX를 초과할 때, 공연비 A/F가 일시적으로 리치로 된다.
또한, 나머지 미립자량의 산출은 유입하는 미립자량 즉, 엔진에서 배출된 미립자량을 찾아야 할 것을 필요로 한다. 상기 배출된 미립자량은 엔진 모델에 따라 변하지만, 엔진 모델이 결정되면, 필요 토크 TQ 및 엔진 회전수 N의 함수로 된다. 도 14a는 도 1에 도시된 내연기관의 배출된 미립자량 M을 도시한다. 곡선 M1, M2, M3, M4, M5는 배출된 미립자량들을 도시한다(M1<M2<M3<M4<M5). 도 14a에 도시된 실시예에서, 필요 토크 TQ가 높을수록 배출된 미립자량 M이 많아진다. 도 14a에 도시된 배출된 미립자량 M은 도 14b에 도시된 맴의 형태로 ROM(32)에 필요 토크 TQ와 엔진 회전수 N의 함수로서 미리 저장되어 있음에 주목하라,
도 15 및 도 16은 제2 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 먼저 단계 200에서, 시간 △t는 도 13에 도시된 관계로부터 산출된다. 다음에, 단계 201에서, 도 14a에 도시된 시간 △t에서 배출된 미립자량 M의 누적량 ∑M이 산출된다. 다음에, 단계 202에서, 도 9에 도시된 시간 △t에서 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G의 누적량 ∑G가 산출된다. 이어서, 단계 203에서, 시간 △t가 경과하였는 지 판정된다. 시간 △t가 경과하였을 때, 루틴이 단계 204로 진행한다.
단계 204에서, 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 WO1(=∑G ×0.6), WO2(=WR1 ×0.57), WO3(=WR2 ×0.54), WO4(=WR3 ×0.52), WO5(=WR4 ×0.5)가 산출된다. 다음에, 단계 205에서, 미립자의 나머지량 WR5, WR4, WR3, WR2, WR1이 아래 관계를 기초로 하여 산출된다.
WR5 ←WR4-WO5
WR4 ←WR3-WO4
WR3 ←WR2-WO3
WR2 ←WR1-WO2
WR1 ←∑M-WO1
상기 관계들의 의미는 도 10에 명백히 나타나 있다고 생각되며, 따라서 그 설명을 생략한다.
다음에, 단계 206에서, 나머지 미립자량 WR5이 허용 가능한 한계 WRX를 초과하였는 지 그리고 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 높은지를 판정한다. WR5≤WRX 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 207로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자가 린 공연비하에서 연속적으로 연소된다. 다음에, 루틴이 단계 210으로 진행한다.
다른 한편, 단계 206에서 WR5≤WRX 및 TF≤To 이라고 판정할 때, 루틴이 단계 208로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자의 산화성이 회복된다. WR5>WRX 일지라도, TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다. 다음에 단계 209에서, 초기화가 실행된다. 이어서 루틴이 단계 210으로 진행한다.
단계 210에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 211로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 이러한 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 212로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃ 까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하기 위해 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고 정상작동이 한번더 실행된다.
도 17a, 17b, 17c, 18은 제3 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 미립자 필터(22)의 압력강하가 추정되는 반면에, 한편으로는 미립자 필터(22)의 실제 압력강하가 검출되고, 추정된 압력강하와 실제 압력강하 사이의 차압을 사용하여, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화되기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정한다. 즉, 미립자 산화성이 저하할 때, 미립자가 충분히 산화되지 않고 퇴적하며, 따라서 미립자 필터(22)의 압력강하가 증가한다. 따라서, 이것으로부터 미립자 산화성이 저하하였는 지를 판정할 수 있다.
그러므로, 먼저 미립자 필터(22)의 압력강하를 추정하는 방법을 설명한다. 이 실시예에서, 미립자의 누적량 ∑WR은 배출된 미립자량 M과 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G로부터 산출된다. 도 17a는 미립자의 누적량 ∑WR과 표준상태의 압력강하 △PD 사이의 관계를 도시한다. 따라서, 미립자의 누적량 ∑WR을 찾으면, 표준상태의 압력강하 △PD를 도 17a에 도시된 관계로부터 찾을 수 있다.
다른 한편, 미립자의 누적량 ∑WR이 동일하더라도, 미립자 필터(22)의 온도 TF와 배기가스량 GE가 변하면, 이와 함께 압력강하도 변한다. 본 발명의 실시예에서, 표준상태의 압력강하 △PD를 위한 교정계수 K는 도 17b에 도시된 맵의 형태로 ROM(32)에 미리 저장되어 있다. 교정계수 K를 압력강하 △PD로 곱함으로써, 미립자 필터(22)의 온도 TF에 해당하는 압력강하 PDD와 배기가스량 GE가 산출된다.
미립자 산화성이 저하하면, 도 17c에 도시한 바와 같이 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD가 산출된 압력강하 PDD보다 커지게 된다. 제3 실시예에서, 상기 압력강하들의 차이 (PD-PDD)가 세팅 PX를 초과할 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 된다.
도 18은 제3 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 18을 참고하면, 먼저 단계 300에서, 배출된 미립자량 M은 도 14b에 도시된 맵으로부터 산출되고, 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G는 도 9에 도시된 관계로부터 산출된다. 다음에, 단계 301에서, 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G가 이전 처리사이클의 시간에 퇴적된 미립자량 WR과 배출된 미립자량 M의 합 (M+WR)에서 감산되어 퇴적된 미립자의 현재 누적량 ∑WR을 산출한다(=(M+WR)-G). 다음에 단계 302에서 ∑WR은 WR로 된다.
다음에, 단계 303에서, 예정시간이 경과하였는 지를 판정한다. 예정시간이 경과하지 않았을 때, 루틴이 단계 306으로 넘어가고, 반면에 예정시간이 경과하였을 때, 루틴이 단계 304로 진행한다. 단계 304에서, 압력강하 △PD는 퇴적된 미립자량 ∑WR을 기초로 하여 도 17a에 도시된 관계로부터 산출된다. 압력강하의 추정치 PDD는 상기 압력강하 △PD와 도 17b에 도시된 교정계수 K로부터 산출된다. 이어서, 단계 305에서, 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD와 압력강하의 추정치 PDD 사이의 차압 (PD-PDD)가 세팅 PX 보다 크게 되었는 지, 그리고 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃보다 높은지를 판정한다.
PD-PDD≤PX 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 306으로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자는 린 공연비하에서 연속으로 연소된다. 다음에, 루틴이 단계 308로 진행한다.
한편, 단계 305에서 PD-PDD>PX 및 TF>To인 것을 판정하면, 루틴이 단계 307로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. PD-PDD>PX이더라도, TF≤To일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다. 이어서, 루틴이 단계 308로 진행한다.
단계 308에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 309로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 이러한 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 310으로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃ 까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하기 위해 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고 정상작동이 한번더 실행된다.
도 19a, 19b, 19c, 20은 제4 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 퇴적된 미립자의 일부를 산화시키기 위해 약 450℃로 일시적으로 상승되고, 미립자의 산화성이 압력강하의 연속적인 크기로부터 저하하였는 지를 판정한다. 즉, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 상승하게 되면, 미립자 산화성이 높을 때, 퇴적된 미립자가 다량 산화되지만, 미립자 산화성이 낮을 때에는 퇴적된 미립자가 거의 산화하지 않을 것이다. 따라서, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 상승한 후의 압력강하는 미립자 산화성이 높을 때 도 19a에 PDD로 도시한 바와 같이 낮아지게 되고, 반면에 미립자 산화성이 낮을 때 도 19a에 PD로 도시한 바와 같이 높아지게 된다. 따라서, 미립자 산화성이 압력강하 PD와 PDD 사이의 차압으로부터 저하하였는 지를 판정할 수 있다.
특히, 이 실시예에서, 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD가 예정 목표치 PDT로 될 때 미립자 필터(22)의 온도상승제어가 실행된다. 상기 목표치 PDT는 도 19b에 도시한 바와 같이 필요 토크 TQ 및 엔진 회전수 N의 함수로서 ROM(32)에 미리 저장되어 있다. 다음에, 온도상승제어가 종료된 후, 도 19a에 도시된 판정 타이밍 TK가 도달될 때, 실제 압력강하 PD 및 압력강하 PD가 미립자 산화성이 높을 때 비교된다. 상기 압력강하 PDD는 실험등을 통해 미리 알게 된다. 압력강하 PDD는 도 19d에 도시한 바와 같이 필요 토크 TQ 및 엔진 회전수 N의 함수로서 ROM(32)에 미리 저장되어 있다. 이 실시예에서, 차압 (PD-PDD)가 세팅 PXX를 초과할 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 된다.
도 20은 제4 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 20을 참고하면, 먼저 단계 400에서, 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD가 도 19b에 도시된 목표지 PDT로 되었는 지를 판정한다. PD가 PDT가 아닐 때, 루틴이 단계 404로 넘어가며, 반면에 PD=PDT 일 때, 루틴이 단계 401로 진행한다. 단계 401에서, 미립자 필터(22)의 온도 TF를 일시적으로 상승시키기 위해 온도상승제어가 실행된다. 온도상승제어가 종료할 때, 루틴이 단계 402로 진행하고, 여기서 도 19a에 도시된 판정 타이밍 TK가 도달되었는 지를 판정한다. 판정 타이밍 TK가 도달되었을 때, 루틴은 단계 403으로 진행하고, 여기서 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD와 도 19c에 도시된 맴으로부터 찾은 압력강하 PDD 사이의 차압 (PD-PDD)가 세팅 PXX보다 크게 되었는 지를 판정하고, 또 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃보다 높은지를 판정한다.
PD-PDD≤PXX 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 404로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자가 린 공연비하에서 연속으로 연소된다. 다음에, 루틴이 단계 406으로 진행한다.
한편, 단계 403에서 PD-PDD>PXX 및 TF>To 이라고 판정될 때, 루틴이 단계 405로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산성화가 회복된다. 비록 PD-PDD>PXX 이더라도 TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다. 다음에 루틴이 단계 406으로 진행한다.
단계 406에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 407로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 상기 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 408로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고, 정상작동이 다시 한번 실행된다.
다음에, 제5 실시예를 설명한다. 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지 어느 정도까지 예측할 수 있다. 예를 들면, 엔진 시동시, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 낮으며, 따라서 다량의 미립자가 산화되지 않고 미립자 필터(22)에 퇴적된다. 이 미립자는 미립자 필터(22)의 온도가 높을지라도 즉시 산화되지 않을 것이다. 따라서, 다량의 미립자가 미립자 필터(22)에 계속 퇴적될 것이다. 이 시간에, 미립자 산화성은 저하되지 않을 것이다. 또한, 고속작동이 계속되면, 미립자가 린 공연비하에서 장시간에 걸쳐 고온에 노출되고, 따라서 미립자 산화성이 저하할 것이다. 따라서, 엔진 시동시 또는 고속작동이 예정시간을 지나 계속될 때, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는다는 것을 예측할 수 있다.
또한, 엔진이 일정 시간을 지나서 계속 작동하면, 미립자 산화성이 이 시간에 저하하는 것으로 생각된다. 따라서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가, 엔진 작동 시간 또는 엔진 회전의 누적치 또는 차량 작동 거리가 예정치를 초과할 때, 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는다는 것을 예측할 수 있게 된다.
따라서, 이 실시예에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측하였을 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 된다.
도 21은 제5 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 21에서, 먼저 단계 500에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측할 수 있는 지 그리고 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 높은지를 판정한다. 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후 또는 TF≤To 일 때에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측할 수 없을 때, 루틴이 단계 501로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자는 린 공연비하에서 연속으로 연소된다. 다음에 루틴이 단계 503으로 진행한다.
한편, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후 및 TF>To 일 때에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측할 수 있을 때, 루틴이 단계 502로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었다는 것을 예측할 수 있을지라도, TF≤To 일 때, 리치 처리가 실행되지 않는다. 다음에 루틴이 단계 503으로 진행한다.
단계 503에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 504로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 리치로 일시적으로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 이 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 505로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃까지 상승시키고 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고, 정상작동이 한번 더 실행된다.
다음에, 본 발명을 실행하기에 적합한 저온 연소 방법이 도 22 내지 도 24를 참고하여 간략하게 설명된다.
도 1에 도시된 내연기관에서, EGR 율(EGR 가스량/EGR 가스량+흡기량)이 증가될 때, 매연 발생량이 점차 증가하여 피크가 된다. EGR 율이 더 증가하면, 이 때 매연 발생량이 신속히 떨어진다. 이것은 EGR 가스의 냉각도를 변화시킬 때 EGR 율과 매연 사이의 관계를 도시하는 도 22를 참고하여 설명한다. 도 22에서, 곡선 A는 EGR 가스의 온도를 약 90℃로 유지하기 위해 EGR 가스를 강제냉각하는 경우를 도시하고, 곡선 B는 소형 냉각장치에 의해 EGR 가스를 냉각하는 경우를 도시하고, 곡선 C는 EGR 가스를 강제냉각하지 않는 경우를 도시한다.
도 22의 곡선 A로 도시한 바와 같이, EGR 가스를 강제냉각할 때, EGR 율이 50% 보다 약간 작은 경우 매연 발생량이 피크가 된다. 이 경우, EGR 율을 약 55% 보다 많게 하면, 매연이 거의 발생되지 않는다. 한편, 도 22의 곡선 B로 도시한 바와 같이, EGR 가스를 약간 냉각할 때, EGR 율이 50% 보다 약간 높은 경우 매연 발생량이 피크가 된다. 이 경우, EGR 율을 적어도 약 65%로 하면, 매연이 거의 발생되지 않는다. 또한, 도 22의 곡선 C로 도시한 바와 같이, EGR 가스가 강제냉각되지 않을 때, 매연 발생량은 EGR 율이 55% 근방에서 피크로 된다. 이 경우, EGR 율을 적어도 약 70%로 하면, 매연이 거의 발생되지 않는다.
이러한 방법으로 적어도 55%의 EGR 율을 만들 때 매연을 거의 발생하지 않는 이유는, 연소시의 연료 및 주변 가스의 온도가 EGR 가스의 흡열작용으로 인하여 높아지지 않게 되며 즉, 저온연소가 실행되며, 그 결과 탄화수소가 매연으로 되지 않기 때문이다.
상기 저온연소는 공연비에 관계없이 매연 발생을 억제하면서 질산화물 발생량을 감소시킬 수 있는 특징을 가진다. 즉, 공연비가 리치로 되면, 연료가 과다하게되지만 연소온도가 저온으로 억제되며, 따라서 과다연료가 매연으로 되지 않으므로 매연이 발생되지 않는다. 또한, 이 때, 질산화물도 극소량만이 발생된다. 한편, 평균 공연비가 린일 때 또는 공연비가 이론공연비(stoichiometric air-fuel ratio)일 때, 연소온도가 높아지면, 소량의 매연이 발생되지만, 저온연소하에서 연소온도는 저온으로 억제되며, 따라서 매연이 거의 발생되지 않고, 마찬가지로 극소량의 질산화물만이 발생된다.
그러나, 엔진의 필요 토크 TQ가 더 높아지면, 즉 연소분사량이 더 커지면, 연소시의 연료 및 주변 가스의 온도가 높아지게 되고, 따라서 저온연소가 어렵게 될 것이다. 즉, 저온연소가 연소에 의해 발생된 열량이 비교적 작은 경우 엔진 중간부하 및 저부하 작동시에만 가능하다. 도 23a에서, 영역 Ⅰ은 연소실(5)의 불활성가스량이 매연 발생이 피크로 되는 불활성가스량 보다 큰 경우인 제1 연소 즉, 저온연소가 실행될 수 있는 작동영역을 도시하고, 반면 영역 Ⅱ는 연소실(5)의 불활성가스량이 매연 발생이 피크로 되는 불활성가스량 보다 작은 경우인 제2 연소 즉, 보통 연소가 실행될 수 있는 작동영역을 도시한다.
도 23b는 작동영역 Ⅰ에서 저온연소의 경우의 목표 공연비 A/F를 도시한다. 도 24는 스로틀 밸브의 개방도, EGR 제어밸브의 개방도, EGR 율, 공연비, 분사시작시기 θs, 분사종료시기 θE, 및 작동영역 Ⅰ에서 저온연소의 경우의 필요 토크 TQ에 해당하는 분사량을 도시한다. 도 24는 작동영역 Ⅱ에서 실행되는 보통 연소시에 스로틀 밸브(17) 등의 개방도를 다함께 도시한다.
도 23b 및 도 24에서, 저온연소가 작동영역 Ⅰ에서 실행되고 있을 때, EGR 율이 적어도 55%로 만들어지고, 공연비 A/F가 15.5에서 약 18의 린 공연비도 변한다는 것을 이해할 것이다. 상술한 바와 같이, 저온연소가 실행되고 있을 때, 매연 즉 미립자가 거의 배출되지 않는다. 따라서, 미립자 필터(22)에 다량의 미립자 형성을 회피할 수 있다.
또한, 저온연소를 사용하면, 연소실(5)내의 공연비가 다량의 매연 즉, 다량의 미립자를 발생하지 않고 리치로 될 수 있다. 그러므로, 엔진 작동 상태가 도 23a에 도시한 제2 작동영역 Ⅱ일 때, 미립자 산화성을 증가시키기 위해 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들어야 한다는 것을 판정하거나 또는 예측할 때, 엔진 작동 상태가 제1 작동영역 Ⅰ로 시프트될 때까지 공연비 A/F가 리치로 되지 않고, 엔진 작동 상태가 제1 작동영역 Ⅰ로 시프트된 후 공연비 A/F가 리치로 되는 것이 바람직하다.
도 25 내지 도 30은 미립자 필터(22)가 촉매를 갖지 않은 경우의 여러가지 실시예를 도시한다. 미립자 필터(22)가 촉매를 갖지 않을 때, 도 25에 도시한 바와 같이, 미립자 산화율 즉, 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G가 미립자 필터(22)의 온도 TF를 600℃ 부근으로 신속하게 상승시킨다. 따라서, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 약 600℃ 보다 작을 때, 미립자는 산화에 의해 제거되지 않고 미립자 필터(22)에 퇴적한다. 연소분사식 내연기관에서, 정상에서 미립자 필터(22)의 온도 TF는 600℃ 보다 상당히 작다. 따라서, 촉매를 갖지 않은 미립자 필터(22)를 사용하면, 미립자는 미립자 필터(22)에 계속 퇴적한다.
따라서, 촉매를 갖지 않은 미립자 필터(22)를 사용할 때, 퇴적된 미립자의 산화성이 더욱 용이하게 저하한다. 그러므로, 이 경우 마찬가지로, 공연비 A/F는 가끔 퇴적된 미립자의 산화성을 상승시키도록 일시적으로 리치로 되어야 한다.
도 26 및 도 27은 미립자 필터(22)가 촉매를 갖지 않은 경우에 적합한 제6 실시예를 도시한다. 도 26은 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량 W를 도시한다. 도 26의 수자 및 부호는 도 10의 것과 동일한 의미를 가진다. 미립자 필터(22)가 촉매를 갖지 않을 때, 유입하는 미립자 W1은 모두 나머지 미립자 WR1으로 된다. 상기 나머지 미립자 WR1은 단위시간이 경과할 때마다 부족한 산화 미립자 WR2, WR3, WR4로 연속적으로 변한다. 따라서, 최악의 산화성을 가진 미립자량 WR5가 점차 증가한다. 이 실시예에서, 나머지 미립자량 WR5가 허용 가능한 한계 WRXX를 초과할 대, 공연비 A/F는 미립자 산화성을 증가시키기 위해 일시적으로 리치로 된다.
도 27은 제6 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 27에서, 먼저 단계 600에서, 나머지 미립자량 WR5, WR4, WR3, WR2, WR1이 아래 관계를 기초하여 산출된다.
WR5 ←WR5+WR4
WR4 ←WR3
WR3 ←WR2
WR2 ←WR1
WR1 ←M
여기서, 상기 M은 도 14b의 맵에서 산출된 배출된 미립자량이다.
다음에, 단계 601에서, 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자량 wr5가 허용 가능한 한계 WRXX를 초과하였는 지 그리고, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 높은지를 판정한다. WR5≤WRXX 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 602로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자는 린 공연비하에서 연속으로 연소된다. 다음에, 루틴이 단계 605로 진행한다.
한편, 단계 605에서 WR5>WRXX 및 TF>To 인 것을 판정할 때, 루틴이 단계 603으로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. WR5≤WRXX 이더라도 TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다. 다음에 단계 604에서 초기화가 실행된다. 이어서 루틴이 단계 605로 진행한다.
단계 605에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 606으로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 상기 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 607로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고, 정상작동이 한번더 실행된다.
다음에, 제7 실시예를 설명한다. 미립자가 미립자 필터(22)로 유입할 때, 상기 미립자는 더 늦게 또는 더 빨리 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자 WR로 된다. 따라서, 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자량으로부터 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자량 WR5를 어느 정도 추정할 수 있다. 그러므로, 이 실시예에서, 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자량의 누적량이 세팅 MX를 초과할 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 된다.
도 28은 제7 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 28에서, 먼저 단계 700에서, 도 14b에 도시된 맵에서 산출된 배출된 미립자량 M이 ∑M에 가산된다. 따라서, 상기 ∑M은 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자량의 누적치를 표현한다. 다음에, 단계 701에서, 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자량의 누적치 ∑M이 세팅 MX를 초과하였는 지 그리고, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 높은지를 판정한다. ∑M≤MX 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 702로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자가 린 공연비하에서 계속 연소된다. 다음에 루틴이 단계 705로 진행한다.
한편, 단계 701에서 ∑M>MX 및 TF>To 인 것을 판정할 때, 루틴이 단계 703으로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. ∑M>MX 일지라도 TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다, 이어서 단계 704에서 ∑M가 삭제된다. 다음에 루틴이 단계 705로 진행한다.
단계 705에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 706으로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 상기 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 707로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고, 정상작동이 한번더 실행된다.
도 29 및 도 30은 제8 실시예를 도시한다. 상술한 바와 같이, 미립자가 미립자 필터(22)로 유입할 때, 상기 미립자는 더 늦게 또는 더 빨리 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자 WR로 된다. 따라서, 미립자 필터(22)로 유입하는 미립자량의 누적치로부터 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자량 WR5를 추정할 수 있다. 환언하면, 미립자 필터(22)에서의 압력강하의 증가로부터 최저의 산화성을 가진 나머지 미립자량 WR5를 추정할 수 있다. 그러므로, 이 실시예에서, 미립자 필터(22)의 실제 압력강하 PD가 세팅 DPTT를 초과할 때, 공연비 A/F는 일시적으로 리치로 된다. 이 경우, 공연비 A/F의 리치 처리가 종료할 때, 공연비 A/F는 세팅 DPTT를 정확하게 △D만큼 증가시킴으로써 한번더 일시적으로 리치로 된다.
초기 세팅 DPTT는 도 29a에 도시한 바와 같이 필요 토크 TQ 및 엔진 회전수 M의 함수로서 맵의 형태로 ROM(32)에 미리 저장되어 있다. 세팅 DPTT의 증가 △D도 역시 도 29b에 도시한 바와 같이 필요 토크 TQ 및 엔진 회전수 M의 함수로서 맵의 형태로 ROM(32)에 미리 저장되어 있다.
도 30은 제8 실시예의 실행을 위한 흐름도를 도시한다.
도 30에서, 먼저 단계 800에서, 압력센서(43)에 의해 검출된 실제 압력강하 PD가 도 29a에 도시된 맵으로부터 산출된 세팅 DPTT 보다 큰지 그리고, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 미립자가 산화될 수 있는 온도 To, 예를 들어 250℃ 보다 높은지를 판정한다. DP≤DPTT 또는 TF≤To 일 때, 루틴이 단계 801로 진행하고, 여기서 정상작동이 실행된다. 이 때, 미립자가 린 공연비하에서 계속 연소된다. 다음에 루틴이 단계 804로 진행한다.
한편, 단계 800에서 DP>DPTT 및 TF>To 인 것을 판정할 때, 루틴이 단계 802로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. DP>DPTT 일지라도 TF≤To 일 때에는 리치 처리가 실행되지 않는다, 다음에, 단계 803에서, 도 29b에 도시된 맵으로부터 산출된 증가 △D가 세팅 DPTT에 가산되고, 가산된 결과 새로운 세팅 DPTT가 만들어진다. 다음에 루틴이 단계 804로 진행한다.
단계 804에서, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지 즉, 압력센서(43)에 의해 검출된 미립자 필터(22)의 압력강하 PD가 도 5의 UL에 해당하는 허용 가능한 한계 PDX를 초과하였는 지를 판정한다. PD>PDX 일 때, 루틴이 단계 805로 진행하고, 여기서 공연비 A/F를 일시적으로 리치로 만들기 위해 리치 처리가 실행된다. 이 때문에, 미립자 산화성이 회복된다. 상기 리치 처리가 종료할 때, 루틴이 단계 806으로 진행하고, 여기서 미립자 필터(22)의 온도 TF를 적어도 600℃까지 상승시켜 린 공연비하에서 적어도 600℃로 유지하도록 온도상승제어가 실행된다. 이 때문에, 미립자 필터(22)에 퇴적된 미립자가 연소될 수 있다. 미립자 필터(22)의 재생이 완료될 때, 온도상승제어가 정지되고, 정상작동이 한번더 실행된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하여 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 단시간에 연소시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 진행되는 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서,
    미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 예측하기 위한 예측수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환하기 위한 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지를 판정하기 위한 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공연비 전환수단은 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측할지라도 미립자 필터의 온도가 소정 온도 보다 낮을 때에는 공연비를 린에서 리치로 전환하지 않는 배기가스 정화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 예측수단은 엔진 시동시에 또는 고속작동이 적어도 소정 시간동안 계속될 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측하는 배기가스 정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 예측수단은 엔진 작동시간 또는 엔진 회전수의 누적치 또는 차량 주행거리가 소정치를 초과하였을 때 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측하는 배기가스 정화장치.
  5. 제1항에 있어서, 미립자 필터에 촉매를 갖는 배기가스 정화장치.
  6. 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 진행되는 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서,
    미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하기 위한 제1 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환하기 위한 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지를 판정하기 위한 제2 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공연비 전환수단은 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었음을 예측할지라도 미립자 필터의 온도가 소정 온도 보다 낮을 때에는 공연비를 린에서 리치로 전환하지 않는 배기가스 정화장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 배기가스 정화장치는 미립자 필터에 퇴적된 미립자의 단위시간당 산화성의 저하량 및 증가량을 산출하기 위한 산출수단을 추가로 구비하고, 상기 제1 판정수단은 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 산화성의 상기 저하량 및 증가량에 기초하여 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하는 배기가스 정화장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 배기가스 정화장치는 미립자 필터에 퇴적된 미립자의 산화성이 최대로 저하된 미립자량을 모델을 사용함으로써 산출하기 위한 산출수단을 추가로 구비하고, 상기 제1 판정수단은 산화성이 최대로 저하된 미립자량이 소정량을 초과할 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하는 배기가스 정화장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 배기가스 정화장치는 미립자 필터의 압력강하를 추정하기 위한 추정수단과, 미립자 필터의 실제 압력강하를 검출하기 위한 검출수단을 추가로 구비하고, 상기 제1 판정수단은 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 상기 추정수단에 의해 추정된 압력강하와 상기 검출수단에 의해 검출된 실제 압력강하 사이의 차압으로부터 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하는 배기가스 정화장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 추정수단은 미립자 필터로 유입하는 미립자량과 미립자 필터의 온도로부터 미립자 필터에 퇴적된 미립자량을 산출하고, 퇴적된 미립자량으로부터 미립자 필터의 압력강하를 추정하는 배기가스 정화장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 배기가스 정화장치는 미립자 필터의 미립자를 산화에 의해 부분적으로 제거하기 위해 미립자 필터의 온도를 일시적으로 상승시키기 위한 온도상승수단을 추가로 구비하고, 상기 제1 판정수단은 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 상기 온도상승수단에 의한 온도상승 작용의 완료후 상기 차압으로부터 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하는 배기가스 정화장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 판정수단은 상기 검출수단에 의해 검출된 실제 압력강하가 미리 저장된 목표치에 도달할 때 상기 온도상승수단에 의해 미립자 필터의 온도를 일시적으로 상승시키고, 미립자 필터에 퇴적된 미립자가 미리 저장된 온도상승 작용의 완료후의 압력강하와 상기 검출수단에 의해 검출된 실제 압력강하 사이의 차압으로부터 퇴적 직후에 비해 산화하기 어려운 성질로 변화되었는 지를 판정하는 배기가스 정화장치.
  14. 제6항에 있어서, 미립자 필터에 촉매를 갖는 배기가스 정화장치.
  15. 배기가스내의 미립자를 포획하여 제거하기 위한 미립자 필터가 엔진 배기통로에 배치되고, 연소가 린 공연비하에서 계속되는 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서,
    미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환할 수 있는 공연비 전환수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였는 지를 판정하기 위한 판정수단과, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량이 소정량을 초과하였을 때 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화하기 쉬운 성질로 변화시키기 위해 미립자 필터로 유입하는 배기가스의 공연비를 린에서 리치로 일시적으로 전환한 후 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 산화시켜 제거하도록 미립자 필터의 온도를 린 공연비하에서 상승시키기 위한 온도 제어수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
  16. 제15항에 있어서, 미립자 필터에 촉매를 갖는 배기가스 정화장치.
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