KR100602020B1

KR100602020B1 - ＮＯｘ 어큐물레이터 촉매 컨버터와 연관된 엔진 작동

Info

Publication number: KR100602020B1
Application number: KR1019997007384A
Authority: KR
Inventors: 슈나이벨에버하르트; 블루멘슈톡안드레아스; 빈클러클라우스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2006-07-20
Also published as: DE59811003D1; DE19755600A1; DE19755600C2; KR20000071097A; US6324834B1; JP2001513866A; EP0968362B1; WO1999031367A1; EP0968362A1

Abstract

적어도 일시적으로 희박 연료 공기 혼합으로 작동되는 엔진의 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터에 환원제를 공급하는 것을 제어하기 위한 방법으로서, NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서가 구비되어 서로 분리된 시간 간격으로 반복되어 환원제가 공급되고 소정의 시간 간격으로 매번 공급된 환원제량이 선행한 공급 단계에서 배기 가스 센서 반응을 발생시키는 환원제 공급량에 비해 감소되는 방법이 기술된다.

혼합비, NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터, 배기 가스 센서, 공연비

Description

ＮＯｘ 어큐물레이터 촉매 컨버터와 연관된 엔진 작동 {RUNNING OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN CONJUNCTION WITH AN NOx ACCUMULATOR CATALYTIC CONVERTER}

본 발명은 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터와 관련된 엔진 작동에 관한 것이다.

3원 촉매 컨버터는 희박 공연비(λ가 1보다 클때)의 연소 범위에서 배기 가스 특성에 대한 요구를 더 이상 충족시키지 못한다. 이로 인해 희박 엔진 작동에서 방출된 NOx를 저장하는 어큐물레이터 촉매 컨버터가 장착된다. 농후 범위(λ가 1보다 작을때)에서 엔진 작동을 통해, 저장된 질산염은 방출되고 질소로 환원된다. 가장 양호하게는 제1 단계에서 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터가 충만될 때까지, 즉 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터가 계속 NOx를 저장할 수 없을 때까지 엔진은 희박 작동되는 것이다. 바람직하게는 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 재생에 필요한 시간 주기를 위한 농후 작동의 제2 단계가 연속된다. 희박 작동 범위에서 NOx 촉매 컨버터의 저장 능력은 부하에 따르고 지속적으로 감소된다. 제1 단계가 너무 오래 지속되면 원하지 않는 NOx 방출이 발생된다. 너무 오래 지속되는 제2 단계는 상승된 HC 및 CO 방출을 야기한다. 이로 인해, 상승된 NOx 및 HC 방출이 발생되지 않도록 두 단계 사이의 전환이 행해져야 하는 문제가 발생한다.
제1 단계에서 저장된 NOx 량은 합산된 엔진 회전수를 통해 추정되고 합산된 엔진 회전수가 소정의 임계값을 초과하면 제2 단계로 전환되는 관계가 유럽 특허 공개 560 991 B1호에 개시되어 있다. 이로써 저장된 양이 모델링된다. 저장된양의 실제적인 값은 검출되지 않는다. 모델링은 실제적으로 저장된 양을 불완전하게 모방할 뿐이다. 따라서, 제1 단계는 배기 가스 특성에 유익하지 못하게 너무 길거나 또는 너무 짧다.
사전 공개되지 않은 독일 특허 공개 197 39 848호에는 농후 엔진 작동의 제2 단계의 종료, 즉 배기 가스 내의 산소 부족을 결정하는 가능성이 기술된다. 이를 위해 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 배기 가스 내의 산소 측정 센서가 사용된다. 상기 센서가 희박 혼합에서 농후 혼합으로의 전환을 검출하면, 어큐물레이터 촉매 컨버터는 탄화수소 및 일산화탄소의 산화를 위한 산소를 더 이상 충분하게 공급하지 않고 산소를 함유하는 NOx를 방출한다(O₂ 어큐물레이터 및 NOx 어큐물레이터는 비워진다). 그 결과, 산소가 부족한 제2 단계는 종료되고 희박 혼합(산소 잉여)의 제1 단계로 다시 전환될 수 있다. 이로써 각각의 저장 간격 후에 재생 단계를 종료시키기 위해 CO 및 HC의 해결이 희생되는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 많은 단계 전환의 전체에서 유해 물질 한계값의 유지에 대한 문제를 발생시킬 수 있는 원하지 않는 CO 및 HC 방출이 매 단계 전환시에 발생한다. 또한, 매 단계 전환시에 시스템의 산소 어큐물레이터는 비워지고 이로 인해 연료 소비는 불필요하게 증가된다.

삭제

본 발명의 목적은 원하지 않는 HC 및 CO 방출을 감소시키면서 어큐물레이터 촉매 컨버터의 각각의 완전한 충전과 비우기를 통해 NOx 어큐물레이터 기능을 최적으로 이용할 수 있도록 어큐물레이터 촉매 컨버터의 재생을 제어하는 것이다.
다른 목적은 종래 방법에 비해 배기 가스를 전체적으로 개선하도록 엔진 혼합 성분 제어를 통한 어큐물레이터 촉매 컨버터의 재생이 행해지는 것이다.
이런 목적은 독립항의 특징으로 해결된다. 본 발명의 유익한 개선은 종속 항에서 기술된다.
본 발명의 실시예에서, 촉매 컨버터 및 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 엔진의 작동시에, 공연비의 제어가 엔진의 희박과 농후 작동으로 교대로 제어되도록 수행되고, 농후 정도 및/또는 농후 단계 기간은 선행된 농후 단계에서의 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 변경된다.
이때 엔진은 시간적 평균에서 희박 혼합으로 작동된다.
본 발명에 따른 환원제의 공급은 단지 엔진의 작동 변수를 근거로 하는 모델에 의해 제어식으로 사전 설정되는 것이 아니고 촉매 컨버터의 후방에 배치된 배기 가스 센서의 도움으로 조절된다.
배기 가스 센서가 농후 단계에서 환원제의 과잉을 나타내면 후속되는 농후 단계에서 환원제의 유입량은 감소된다. 이는 예를 들어 농후 단계의 단축 또는 농후 정도의 감소를 통해 달성된다.
충분히 감소되었을 때 배기 가스 센서는 후속되는 농후 단계 종료시에 환원제의 과잉을 더 이상 나타내지 않는다. 후속되는 농후 단계에서 공급되는 환원제의 양은 컨버터의 후방에 위치된 배기 가스 센서의 반응이 새롭게 형성될 때까지 순차적으로 상승된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에서 환원제의 원하지 않는 중단은 거의 없다. 이로써, 배기 가스의 질이 유익하게 개선된다. 본 발명에서 공급된 환원제의 양은 폐쇄 작용 라인에서 적용된다.
컨버터 후방에 배치되는 센서는 통상적으로 산소에 민감한 람다 센서 또는 예를 들어 HC 센서가 고려된다.
본 발명은 배기 가스 내의 HC 및 CO를 환원제로서 제공하기 위한 엔진의 농후 제어에 제한되는 것은 아니다. 환원제는 또한 예를 들어 저장 탱크로부터의 요소(urea)와 같은 다른 원료로 제어식으로 계량될 수 있다.

삭제

이하에서는 도면을 참조로 실시예가 기술된다.

도1은 본 발명의 효과가 전개되는 배경 기술이 도시된다.

도2는 본 발명에 따른 방법의 실시예가 도시된다.

도3은 본 발명에 따른 방법의 달성에서 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터의 충전 정도를 도시하는 그래프이다.

도1에서는 촉매 컨버터(2)와 배기 가스 센서(3, 4)와 제어 장치(5)와 연료 측정 수단(6)과 부하(L) 및 회전수(n), 경우에 따라서 온도와 스로틀 밸브 위치 등과 같은 엔진의 다른 작동 변수를 위한 다양한 센서(7, 8, 9)를 구비한 엔진(1)이 도시된다. 상기 촉매 컨버터는 제1 부분(2a) 및 제2 부분(2b)을 갖는다. 제1 부분(2a)은 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터를 도시한다. 제2 부분(2b)은 일체로 되거나 또는 하류에 있는 산소 어큐물레이터를 나타낸다.

전술된 입력 신호로부터, 경우에 따라서 다른 입력 신호들로부터 제어 장치는 특히, 연료 측정 수단(6)을 제어하는 연료 측정 신호를 형성한다. 상기 연료 측정 수단(6)은 흡기관 분사식에서 뿐만 아니라, 연료 직접 분사식에서도 실린더의 연소실 내로 형성될 수 있다. 혼합비의 다양성은 분사 임펄스 폭의 변경에 의해 달성될 수 있고, 분사 임펄스 폭으로 연료 측정 수단이 제어된다. 본 발명에 따른 방법의 핵심은 본 기술 분야에서 우선 제어 장치(5) 및 촉매 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)이다. 본 발명에 따른 장치는 장치 청구항의 특징을 통해 구현된다.

엔진은 이론 혼합비(λ = 1)에 대해 제1 단계에서는 연료가 적은(희박) 혼합과 제2 단계에서에서는 연료가 많은(농후) 혼합이 교대로 작동된다. 제1 단계에서 NOx 촉매 컨버터는 엔진의 NOx 방출을 저장한다. 제2 단계에서 정해진 농후 정도는 어큐물레이터 촉매 컨버터를 재생시킨다. 재생은 저장된 질산이 질소(N2)로 환원되는 것을 통해 달성된다. 어큐물레이터 촉매 컨버터의 높은 저장율 및 환원율이 달성되도록 어큐물레이터(2a)는 거의 완전히 비워져서 환원제가 충분히 공급되어야 한다.

도2에서는 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터가 매번 완전히 충전되고 비워지는 바람직한 경우에 대한, 저장된 NOx 량의 그래프와 관련된 단계 전환(도2의 (a))과, 촉매 컨버터 전방에 배치된 배기 가스 센서(3)에 의해 검출된 대응 공연비(λ)와 관련된 단계 전환(도2의 (b))과, 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)의 신호 작동과 관련된 단계 전환(도2의 (c))이 도시된다.

시점 t=0에서 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터는 비워진 상태일 것이다. 그 다음 제1 단계(Ph1)에서 엔진은 희박 혼합(λ가 1보다 클때)으로 작동된다. 방출된 NOx는 어큐물레이터 촉매 컨버터 내에 저장된다. 제1 단계(희박 단계)는 바람직하게는 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 충만했을 때 종료된다. 제1 단계에는 어큐물레이터 촉매 컨버터가 재생되는 제2 단계가 연결된다. 본 실시예에서 재생은 제2 단계(Ph2)의 농후 엔진 작동에 의해 달성된다. 더 농후한 혼합비로 작동되는 엔진은 연소되지 않은 HC 및 CO를 환원제로서 방출한다. 촉매 컨버터의 작동하에서 환원제는 저장된 NOx와 반응하여, 배기 가스와 함께 이송되는 물, CO₂ 또는 N₂를 형성한다. 이를 통해 어큐물레이터는 NOx 수용 능력을 회복, 즉 재생된다. 단계(Ph1, Ph2)들 사이는 제어 장치(5)에 의해 연속적인 전환으로 제어된다.

바람직한 경우는 재생(단계 2)이 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전히 비워질 때까지 수행되고 촉매 컨버터 후방에서 잉여 환원제가 발생되기 전까지 종료되는 것이다. 잉여 환원제의 발생은 산소 부족이 동반되고, 이는 산소에 민감한 배기 가스 센서(4)에 의해 감지된다. 예를 들어, 선택적으로 잉여 탄화 수소는 또한 산소에 민감한 배기 가스 센서(4) 대신 또는 보완으로 HC 센서에 의해 감지될 수 있다. 도2의 (a)에 따르면 어큐물레이터 촉매 컨버터는 매번의 농후 단계(Ph2)의 종료시에 완전히 비워지고, 도2의 (c)에 따르면 촉매 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)의 신호 반응은 변함 없다. 도시된 센서 신호의 낮은 레벨은 산소 잉여와 이로 인한 시간적인 평균에서 엔진 연료 소비의 가장 최적화된 희박 혼합비 작동을 나타낸다.

촉매 컨버터(2)가 바람직하게는 충전된 버퍼로서 사용되는 일체로 되거나 또는 하류에 있는 산소 어큐물레이터(2b)를 갖기 때문에, 엔진 작동에서 요구되는 환원제량의 정확한 계산은 불가능하다. 환원제의 CO 및 HC의 허용되지 않는 높은 공급은 산소 어큐물레이터(2b)에 저장된 산소와 반응된다. 하류에 있는 산소 어큐물레이터는 잉여 환원제를 통해 최적으로 절반만 비워진다. 하류에 있는 산소 어큐물레이터는 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전하게 비워지는 것을 보장하기 위해 유익한 환원제의 약간의 과다 계량을 허용한다. 산소 어큐물레이터를 절반까지 비우는 것은 실제 작동에서는 불가피한, 계량의 부정확성에 대한 보상을 가능하게 한다.

도3에서는 도2에 도시된 것과 유사한 본 발명을 도시한다.

도3에서 도시된 바와 같이, 먼저, 컨버터의 후방에 배치된 센서(4)가 자체 신호 작동을 변경하지 않고 희박 혼합을 특정 레벨상에 유지시키도록 엔진 제어는 실행된다. 이는 농후 단계의 기간이 이미 최적이라는 것을 의미한다. 즉, 상기 기간은 산소 어큐물레이터 컨버터(2b)에 의해 완화되는 공급의 부정확성을 계량하는 것을 제외한 요구에 상응되어 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전하게 재생된다. 그러나 농후 단계 기간은 어큐물레이터 촉매 컨버터의 완전한 재생을 위해 충분하지 않을 수도 있다. 따라서, 어느 정도까지 실험적으로 농후 단계의 기간은 순차적으로 증대된다. 도시된 세번째 농후 단계(Ph2.3)의 종료시에, 컨버터 시스템(2)에 입력된 환원제는 재생 요구량(2a)에 버퍼량(2b)을 더한 사전 설정된 값을 초과하게 되어, 컨버터 후방에서 CO 및 HC와 같은 환원제의 잉여와 함께 산소 부족이 발생한다.

도3의 (c)는 배기 가스 센서(4)의 신호 작동 결과의 변화를 도시하고 상기 변화는 예를 들어 임계값 비교를 통해 검출된다.

선행된 농후 단계(Ph2.2)가 반응을 개시 하기에는 기간이 충분하지 않은 반면, 신호 변화의 개시를 위한 농후 단계(Ph2.3)는 기간이 길어서 촉매 컨버터 시스템(2)에 의해 완충될 수 없다. 따라서, 실제적인 환원제 요구량은 순차적으로 연장 폭을 변화시킴으로써 결정되는 정밀도에 따라 결정된다.

다음의 농후 단계(Ph2.4)는 단축되고, 단축의 정도는 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)는 여전히 완전하게 재생되지만 산소 어큐물레이터 촉매 컨버터(2b)는 대략 절반만 비워지도록 정해진다. 따라서, 과정은 반복되고 농후 단계 또한 다시 순차적으로 연장된다. 그러나, 이러한 연장이 강제적으로 즉시 개시되는 것은 아니다. 실제 작동점을 위해 최적으로 산출된 값을 저장하고 비로소 소정의 조건들이 형성된 후에, 대략 일정 시간의 경과 후에 새로운 적용 단계가 개시되는 것도 가능하다.

선택적으로, 농후 단계의 순차적인 변경을 위해 또한 농후 정도가 순차적으로 계속 상승될 수 있다. 두 가지의 선택은 또한 조합될 수 있다.

Claims

촉매 컨버터 및 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 엔진 작동시에 공연비를 제어하기 위한 방법이며,

엔진은 제1 단계에서 혼합비에 대해 희박 연료 혼합으로, 제2 단계에서 농후 연료 혼합으로 교대로 작동되는 단계와,

후속되는 제2 단계의 연료 농후 정도 또는 기간은 선행된 제2 단계에서의 상기 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 변경되는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 엔진이 상기 복수개의 제1 및 제2의 단계를 통해 형성된 평균에서 희박 연료 혼합으로 작동되는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연료 농후 정도가 감소되는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 후속되는 제2 단계의 기간이 단축되는 방법.
제4항에 있어서, 제일 먼저 후속되는 제2 단계가 단축되고 후속되는 다른 제2 단계들이 순차적으로 연장되는 방법.
제5항에 있어서, 배기 가스 센서의 반응이 산소 부족 또는 탄화 수소의 발생을 신호할 때까지 후속되는 제2 단계들이 순차적으로 연장되는 방법.
촉매 컨버터 및 촉매 컨버터의 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 공연비 제어 장치이며,

엔진은 제1 단계에서 혼합비에 대해 희박 연료 혼합으로, 제2 단계에서 농후 연료 혼합으로 교대로 작동되고,

후속되는 제2 단계의 연료 농후 정도 또는 기간은 선행된 제2 단계에서의 상기 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 변경되는 공연비 제어 장치.
제7항에 있어서, 산소에 민감한 배기 가스 센서 또는 탄화 수소에 민감한 배기 가스 센서가 사용되는 공연비 제어 장치.
적어도 일시적으로 희박 연료 공기 혼합으로 작동되는 엔진의 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터에 환원제를 공급하는 방법으로서, NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서가 구비되고 서로 분리된 시간 간격으로 반복되어 환원제가 공급되는 방법에 있어서,

소정의 시간 간격으로 매번 공급된 환원제의 양은 배기 가스 센서 반응이 발생된 선행된 공급 단계의 환원제 공급량에 비해 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
적어도 일시적으로 희박 연료 공기 혼합으로 작동되는 엔진의 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터의 환원제 공급 제어 장치로서, NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서가 구비되어 서로 분리된 시간 간격으로 반복되어 환원제가 공급되는 장치에 있어서,

소정의 시간 간격으로 매번 공급된 환원제의 양은 배기 가스 센서 반응이 발생된 선행된 공급 단계에서의 환원제 공급량에 비해 감소되는 것을 특징으로 하는 장치.