KR100662314B1 - 압축 점화식 내연기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

배기 가스에 포함된 SOX 를 포획할 수 있는 SOX 트랩 촉매 (11) 는 NOX 저장 촉매 (12) 의 상류의 기관 배기 통로에 배치된다. SOX 트랩 촉매 (11) 에 의한 SOX 트랩률이 떨어지면, SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비는 희박하게 유지되며, 이 상태에서 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도는 상승된다. 그 때 포획된 SOX 는 SOX 트랩 촉매 (11) 내루로 확산하며, SOX 트랩률은 회복된다.

Description

압축 점화식 내연기관의 배기 정화 장치{EXHAUST PURIFICATION DEVICE OF COMPRESSION IGNITION TYPE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 압축 점화식 내연기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
유입 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 배기 가스에 포함된 NOX 를 저장하고, 유입 배기 가스의 공연비가 화학량론적 공연비가 되거나 농후한 경우 저장된 NOX 를 방출하는 기관 배기 통로에 배치된 NOX 저장 촉매를 갖는 내연기관이 공지되어 있다. 이 내연기관에서, 희박한 공연비 하에서 연료 연소시 제조된 NOX 는 NOX 저장 촉매에 저장된다. 한편, NOX 저장 촉매의 NOX 저장 능력이 포화되며면, 배기 가스의 공연비는 일시적으로 농후해지고, NOX 는 NOX 저장 촉매로부터 방출되고 감소된다.
그러나, 연료 및 윤활유는 황을 함유한다. 따라서, 배기 가스는 SOX 를 함유한다. 이 SOX 는 NOX 를 따라 NOX 저장 촉매에 저장된다. 그러나, 단지 배기 가스의 공연비를 농후하게 하는 것으로는 SOX 가 NOX 저장 촉매로부터 방출되 지 않는다. 따라서, NOX 저장 촉매에 저장된 SOX 의 양은 점진적으로 증가한다. 그 결과, 저장될 수 있는 NOX 의 양도 점진적으로 감소된다.
따라서 기관 배기 통로에서 NOX 저장 촉매의 상류에 배치된 SOX 흡수제를 가지며, SOX 가 NOX 저장 촉매로 보내지는 것을 방지하는 내연기관이 공지되어 있다 (일본 공개 공보 2000 - 145436). 이 내연기관에서, 배기 가스에 포함된 SOX 는 SOX 흡수제에 의해 흡수된다. 따라서, SOX 는 NOX 저장 촉매로 유동하는 것이 방지된다. 그 결과, NOX 저장 능력이 SOX 의 저장으로 인해 떨어지는 것이 방지될 수 있다.
그러나, 이러한 SOX 흡수제를 이용할 때, SOX 흡수제의 SOX 흡수 능력이 포화되어 버리면, SOX 는 NOX 저장 촉매로 유동되어 버린다. 그러나, 이 SOX 흡수제로, SOX 흡수제의 온도를 상승시키고, SOX 흡수제 내로 유동하는 배기 가스의 연료비를 농후하게 하면, SOX 흡수제로부터 흡수된 SOX 를 방출하는 것이 가능하여, SOX 흡수제를 회복하는 것이 가능하다. 그러나, 이런 식으로 SOX 흡수제로부터 SOX 를 방출하면, 방출된 SOX 는 NOX 저장 촉매에 저장되어 버린다. 따라서, 이 내연 기관에서, NOX 저장 촉매를 우회하는 우회로가 제공된다. SOX 흡수제로부터 SOX 를 방출하면, 우회로를 통해 대기로 배기된다.
상기 SOX 흡수제에서, SOX 흡수제의 온도를 상승시키고, 이런식으로 SOX 흡수제로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하여, NOX 저장 촉매로부터 SOX 를 방출시키는 것이 가능하다. 그러나, 이런식으로, SOX 는 SOX 흡수제로부터 조금씩 방출될 뿐이다. 따라서, SOX 흡수제로부터 흡수된 모든 SOX 를 방출하기 위해, 오래동안 공연비가 농후해야 하며, 따라서 많은 양의 연료 또는 환원제가 필요하게 되는 문제가 발생한다. 더욱이, SOX 흡수제로부터 방출된 SOX 는 대기 내로 배기된다. 이는 바람직하지 못하다.
이런식으로, SOX 흡수제를 사용할 때, SOX 의 방출이 제어되지 않으면, SOX 흡수 능력이 제한되어 버린다. 따라서, SOX 흡수제를 사용하는 경우, SOX 의 방출은 제어되어야만 한다. 그러나, SOX 의 방출이 제어되면, 즉, 오래동안 SOX 가 SOX 흡수제로부터 방출되게 되면, 상기 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 NOX 저장 촉매의 높은 NOX 저장 능력을 유지하는 동시에 SOX 트랩 촉매로부터 SOX 방출 작용을 억제할 수 있는 압축 점화식 내연 기관을 제공하는 것이다.
기관 배기 통로에 배치되며 배기 가스에 포함된 SOX 를 포획할 수 있는 SOX 트랩 촉매 및, SOX 트랩 촉매의 하류의 배기 통로에 배치된 NOX 저장 촉매를 갖는 압축 점화식 내연기관용 배기 정화 장치로서, 상기 NOX 저장 촉매는 유입 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 배기 가스에 포함된 NOX 를 저장하며, 유입하는 배기 가스의 공연비가 화학량론의 공연비가 되거나 농후하게 되는 경우 저장된 NOX 를 방출하는 배기 정화 장치에 있어서, 상기 SOX 트랩 촉매는, SOX 트랩 촉매 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 배기 가스에 포함된 SOX 를 포획하고, SOX 트랩 촉매의 온도가 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 상승할 때 SOX 트랩 촉매 내부에 포획된 SOX 이 점진적으로 확산하는 특성을 가지며, SOX 트랩 촉매의 온도가 SOX 방출 온도 이상이 되면 SOX 트랩 촉매로 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 농후하게 될 때 포획된 SOX 를 방출하는 특성을 가지고, 상기 장치에는 기관 작동시 SOX 트랩 촉매 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하지 않고 계속 희박하게 유지하기 위한 공연비 제어 수단 및, 배기 가스에 포함된 SOX 에서 SOX 트랩 촉매에 포획된 SOX 의 비율을 나타내는 SOX 트랩률을 추정하기 위한 추정 수단이 제공되며, 그리고 상기 장치는 SOX 트랩률이 소정의 비율 이하로 떨어지는 경우 희박한 배기 가스의 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매의 온도를 상승시켜 SOX 트랩률을 회복하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 압축 점화식 내연기관의 전체도이다.
도 2 는 압축 점화식 내연기관의 다른 실시예의 전체도이다.
도 3 는 압축 점화식 내연기관의 또 다른 실시예의 전체도이다.
도 4a 및 4b 는 미립자 필터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5 는 NOX 저장 촉매의 촉매 캐리어의 표면부의 단면도이다.
도 6 은 SOX 트랩 촉매의 촉매 캐리어의 표면부의 단면도이다.
도 7 은 SOX 트랩률을 나타내는 도면이다.
도 8 은 온도 상승 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는 분사 시기를 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c 은 온도 상승 제어 등을 위한 저장된 SOX 량 (∑SOX1) 과 저장된 SOX 량 (SO(n)) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11 은 저장된 SOX 량 (∑SOX1 등) 의 변화의 시간 도표이다.
도 12 는 SOX 안정화 처리의 제 1 실시예를 실시하기 위한 공정도이다.
도 13 은 SOX 안정화 처리의 제 2 실시예를 실시하기 위한 공정도이다.
도 14 는 SOX 안정화 처리의 시간 도표이다.
도 15 는 미립자 필터의 온도 상승 제어의 시간 도표이다.
도 16 은 SOX 방출 제어의 시간 도표이다.
도 17a 및 도 17b 는 저장된 NOX 량 (NOXA 맵 등) 을 나타내는 도면이다.
도 18 은 NOX 저장 촉매에 대한 처리를 실시하기 위한 공정도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
4. 흡기 매니폴더 5. 배기 매니폴더
7. 흡기 터보과급기 11. SOX 트랩 촉매
12. NOX 저장 촉매 14. 환원제 공급 밸브
도 1에 압축 착화식 내연기관의 전체도를 나타낸다.
도 1 을 참조하면, 부호 '1' 은 기관본체, 부호 '2' 는 각 기통의 연소실, 부호 '3' 은 각 연소실 (2) 내로 연료를 분사하기 위한 전자 제어식 연료 분사기, 부호 '4' 는 흡기 매니폴드, 부호 '5' 는 배기 매니폴드를 나타낸다. 흡기 매니폴드 (4) 는 흡기 덕트 (6) 를 통해 배기 터보과급기 (7) 의 압축기 (7a) 의 출구에 연결된다. 압축기 (7a) 의 입구는 공기 정화기 (8) 에 연결된다. 흡기 덕트 (6) 내에는 스텝 모터에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (9) 가 배치된다. 더욱이 흡기 덕트 (6) 주위에는 흡기 덕트 (6) 내부를 통해 유동하는 흡입 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치(10) 가 배치된다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 기관 냉각수가 냉각 장치 (10) 내로 도입된다. 기관 냉각수에 의해 흡입 공기가 냉 각된다. 한편, 배기 매니폴드 (5) 가 배기 터보과급기 (7) 의 배기 터빈 (7b)의 입구에 연결되는 동안, 배기 터빈 (7b) 의 출구는 SOX 트랩 촉매 (11) 의 입구에 연결된다. 더욱이, SOX 트랩 촉매 (11) 의 출구는 배기관 (13) 을 통해 NOX 저장 촉매 (12) 에 연결된다. 배기관 (13) 에는 배기관 (13) 내부를 통해 유동하는 배기 가스중으로, 예를 들어 탄화수소로 이루어진 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 밸브 (14) 가 제공된다.
배기 매니폴드 (5) 와 흡기 매니폴드 (4) 는 배기 가스 재순환 (이하, 'EGR' 이라함) 통로 (15) 를 통해 상호 연결된다. EGR 통로 (15) 내에는 전자 제어식 EGR 제어 밸브 (16) 가 배치된다. 더욱이, EGR 통로 (15) 주위에는, EGR 통로 (15) 내부를 유동하는 EGR 가스를 냉각하기 위한 냉각 장치 (17) 가 배치된다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 기관 냉각수가 냉각 장치 (l7) 내로 도입된다. 기관 냉각수는 EGR 가스를 냉각시킨다. 한편, 각 연료 분사기 (3) 는 연료 공급관 (18) 을 통해 공동 레일 (19) 에 연결된다. 이 공동 레일 (19) 은 전자 제어식 가변 배출 연료 펌프 (20) 로부터 연료를 받는다. 공동 레일 (19) 내로 공급된 연료는 각 연료 공급 튜브 (18) 를 통해 연료 분사기 (3) 로 공급된다.
전자 제어 유닛 (30) 은 모두 양방향 버스 (31) 에 의해 서로 연결된 읽기 전용 메모리 (ROM) (32), 입력 포트 (35), 및 출력 포트 (36) 가 제공된 디지털 컴퓨터로 구성된다. SOX 트랩 촉매 (11) 에는 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (21) 가 제공된다. NOX 저장 촉매 (12) 에는 NOX 저장 촉 매 (12) 의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (22) 가 제공된다. 온도 센서 (21, 22) 의 출력신호는 각각 대응하는 AD 변환기 (37) 를 통해 입력 포트 (35) 에 입력된다. 더욱이, NOX 저장 촉매 (12) 에는 NOX 저장 촉매 (12) 의 전후의 압력차를 검출하기 위한 차압 센서 (23) 가 제공된다. 차압 센서 (23) 의 출력 신호는 대응하는 AD 변환기 (37) 를 통해 입력 포트 (35) 에 입력된다.
엑셀 패달 (40) 은 엑셀 패달 (40) 의 누름량 (L) 에 비례하는 출력전압을 발생시키는 부하 센서 (41) 를 갖는다. 부하 센서 (41) 의 출력전압은 대응하는 AD 변환기 (37) 를 통해 입력 포트 (35) 에 입력된다. 더욱이, 입력 포트 (35) 에는 크랭크샤프트가 예컨대 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생시키는 크랭크각 센서 (42) 가 연결된다. 한편, 출력 포트 (36) 는 대응하는 구동 회로 (38) 를 통해 연료 분사기 (3), 스로틀 밸브 (9) 스텝 모터, 환원제 공급 밸브 (14), EGR 제어 밸브 (16) 및 연료 펌프 (20) 에 연결된다.
도 2 는 압축 점화식 내연기관의 다른 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서, 배기관 (13) 에 부착된 환원제 공급밸브 (14) 에 더하여, 예컨데 배기 매니폴드 (5) 의 1 번 기통의 매니폴드관 (5a) 에, 예를 들어 탄화수소를 공급하기 위한 탄화수소 공급 밸브 (24) 가 제공된다.
한편, 도 3 은 압축 점화식 내연기관의 또 다른 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서, 배기관 (13) 에는 SOX 트랩 촉매 (11) 로부터 유출하는 배기 가스중의 SOX 농도를 검출하기 위한 SOX 센서 (25) 가 배치되어 있다.
우선, 도 1 내지 도 3 은 도시된 NOX 저장 촉매 (12) 를 설명하면, NOX 저장 촉매 (12) 는 3 차원 그물 구조의 단일체 캐리어 또는 펠릿 (pellet) 캐리어 상에서 유지되거나, 허니콤구조 (honeycomb) 의 미립자 필터 상에서 유지된다. 이런식으로, NOX 저장 촉매 (12) 는 다양한 종류의 캐리어 상에서 유지될 수 있으나, 이하 미립자 필터 상에서의 NOX 저장 촉매 (12) 를 유지하는 경우가 설명된다.
도 4a 및 도 4b 는 NOX 저장 촉매 (12) 를 유지하는 미립자 필터 (12a) 의 구조를 나타내고 있다. 도 4a 는 미립자 필터 (12a) 의 정면도이며, 도 4b 는 미립자 필터 (12a) 의 측면 단면도이다. 도 4a 및 도 4b 에 나타내는 바와 같이, 미립자 필터 (12a) 는 허니콤구조를 형성하며, 서로 평행하게 신장하는 복수의배기 통로 (60, 61) 가 제공된다. 이러한 배기 통로는 플러그 (62) 에 의해 밀봉된 하류 단부를 갖는 배기 가스 유입 통로 (60) 및, 플러그 (63) 에 의해 밀봉된 상류 단부를 갖는 배기 가스 유출 통로 (61) 로 구성된다. 도 4a 에서 해치부는 플러그 (63) 를 나타낸다. 따라서 배기 가스 유입 통로 (60) 및 배기 가스 유출 통로 (61) 는 얇은 격벽 (64) 를 통해 교대로 배치된다. 즉, 배기 가스 유입 통로 (60) 및 배기 가스 유출 통로 (61) 는, 배기 가스 유입 통로 (60) 가 4 개의 배기 가스 유출 통로 (61) 에 의해 둘러싸이고, 배기 가스 유출 통로 (61) 가 4 개의 배기 가스 유입 통로 (60) 에 의해 둘러싸이도록 배치된다.
미립자 필터 (12a) 는 예컨대, 근청석과 같은 다공성 재료로 형성된다. 따라서, 배기 가스 유입 통로 (60) 로 유동하는 배기 가스는 도 4b 에서 화살표에 의해 도시되는 바와 같이, 둘러싸는 격벽 (64) 을 통해 인접한 배기 가스 유출 통로 (61) 내로 유출된다.
이런식으로, NOX 저장 촉매 (12) 가 미립자 필터 (12a) 상에서 유지되는 경우, 배기 가스 유입 통로 (60) 및 배기 가스 유출 통로 (61) 의 주변 벽, 즉 격벽 (64) 의 두 측면과 격벽 (64) 의 미세 구멍의 내벽은 알루미나로 이루어진 촉매 캐리어를 유지한다. 도 5 는 이 촉매 캐리어 (45) 의 표면부의 단부를 개략적으로 나타낸다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 촉매 캐리어 (45) 는 그 표면에 확산된 귀금속 촉매 (46) 를 유지한다. 더욱이, 촉매 캐리어 (45) 는 그 표면에 NOX 흡수제 (47) 층이 형성된다.
본 발명의 이 실시예에서, 백금 (Pt) 이 귀금속 촉매 (46) 로서 사용된다. NOX 흡수제 (47) 를 형성하는 성분으로서, 예컨대 칼륨 (K), 나트륨 (Na), 세슘 (Cs) 또는 다른 알칼리 금속, 바륨 (Ba), 칼슘 (Ca) 또는 다른 알칼리토류, 란탄 (La), 이트륨 (Y) 또는 다른 희토류에서 선택된 1 이상의 요소가 사용될 수 있다.
기관 흡기 통로, 배기 챔버 (2) 및 NOX 저장 촉매 (12) 의 하류의 배기 통로에 공급되는 공기 및 연료 (탄화수소) 의 비율을 "배기 가스의 공연비" 라 하면, NOX 흡수제 (47) 는 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 NOX 를 저장하고, 배기 가스의 산소 농도가 떨어지는 경우 저장된 NOX 를 방출하는 흡수 및 방출 작용을 실시한다.
즉, NOX 흡수제 (47) 를 구성하는 성분으로서 바륨 (Ba) 을 사용한 경우를 예로 들어 설명하면, 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 즉 배기 가스 중의 산소농도가 높을 경우에는 배기 가스중에 포함되는 NO 는 도 5 에 나타나는 바와 같이 백금 (Pt) (46) 에서 산화되어 NO2 가 되며, 그후 NOX 흡수제 (47) 에 흡수되어 산화바륨 (BaO) 과 결합하면서 질산이온 NO3 -의 형태로 NOX 흡수제 (47) 내에서 확산한다. 이런식으로, NOX 가 NOX 흡수제 (47) 내에 흡수된다. 배기 가스 중의 산소농도가 높으면, 백금 (Pt) (46) 의 표면에서 NO2 가 생성된다. NOX 흡수제 (47) 의 NOX 흡수용량이 포화되지 않으면, NO2 가 NOX 흡수제 (47) 내에 흡수되어 질산이온 NO3 - 가 생성된다.
이와 반대로, 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 환원제를 공급하여, 배기 가스의 공연비를 농후하게 하거나 화학량론 공연비로 하면, 배기 가스 중의 산소농도가 떨어지기 때문에, 반응이 역방향 (NO3 - → NO2) 으로 진행되며, 따라서 NOX 흡수제 (47) 에서의 질산이온 NO3 - 이 NO2 의 형태로 NOX 흡수제 (47) 로부터 방출된다. 그후, 방출된 NOX 는 배기 가스중에 포함되는 미연 탄화수소 또는 CO 에 의해 환원된다.
이런식으로, 배기 가스의 공연비가 희박한 경우, 즉 희박한 공연비 하에서 연료가 연소되는 경우, 배기가스중의 NOX 가 NOX 흡수제 (47) 내에 흡수된다. 그러나 희박한 공연비 하에서 연료 연소가 계속되면, 그 사이에 NOX 흡수제 (47) 의 NOX 흡수용량이 포화되어, NOX 흡수제 (47) 에 의해 NOX 는 흡수될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서, NOX 흡수제 (47) 의 흡수용량이 포화되기 전에, 환원제 공급 밸브 (14) 으로부터 환원제가 공급되어 배기 가스의 공연비를 일시적으로 농후하게 하여, NOX 흡수제 (47) 로부터 NOX 방출시킨다.
그러나, 배기 가스는 SOX, 즉 SO2 를 포함한다. 이 SO2 가 NOX 저장 촉매(12) 로 유입하는 경우, 이 SO2 는 백금 (Pt) (46) 으로 산화되어 SO3 가 된다. 그후 이 SO2 는 NOX 흡수제 (47) 내에 흡수되어 산화바륨 (BaO) 과 결합하면서, 황산이온 SO4 2- 의 형태로 NOX 흡수제 (47) 내에 확산하여, 안정한 황산염 (BaSO4) 을 생성한다. 그러나, NOX 흡수제 (47) 는 강염기성을 가져, 이 황산염 (BaSO4) 은 안정하고 분해하기 어렵다. 배기 가스의 공연비를 농후하게 하면, 황산염 (BaSO4) 은 분해되지 않고 남아있다. 따라서, NOX 흡수제 (47) 에서 황산염 (BaSO4) 은 시간이 경과함에 따라 증가하게 되어, NOX 흡수제 (47) 가 흡수할 수 있는 NOX 의 양은 줄어들게 된다.
그러나 이 경우, 서두에 설명된 바와 같이, NOX 저장 촉매 (11) 의 온도를 SOX 방출 온도인 600 ℃ 이상으로 상승시키고, 그 상태에서 NOX 저장 촉매 (11) 로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하면, SOX 는 NOX 흡수제 (47) 로부터 방출된다. 그러나 이 경우, SOX 는 NOX 흡수제 (47) 로부터 한번에 조금 방출될 뿐이다. 따라서, NOX 흡수제 (47) 로부터 흡수된 SOX 를 전부 방출하기 위해, 공연비는 오래동안 농후해야 하며, 따라서 많은 양의 연료와 환원제가 필요하게 되는 문제가 발생한다. 더욱이 NOX 흡수제 (47) 로부터 방출된 SOX 는 대기로 배출된다. 이 또한 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서, SOX 트랩 촉매는 NOX 저장 촉매 (12) 의 상류에 배치되며, 이 SOX 트랩 촉매 (11) 는 배기 가스에 함유된 SOX 를 포획하기 위해 사용되며, 따라서 SOX 가 NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 것을 방지한다. 다음으로, 이 SOX 트랩 촉매 (11) 를 설명한다.
SOX 트랩 촉매 (11) 는 예컨대, 허니콤구조의 단일체 촉매로 구성되며, SOX 트랩 촉매 (11) 의 축선 방향으로 직선으로 신장하는 다수의 배기 가스 유통공을 갖는다. 이런 식으로 SOX 트랩 촉매 (11) 를 허니콤구조의 단일체 촉매로 형성하는 경우, 배기 가스 유통공의 내주벽은 예컨대, 알루미나로 구성된 촉매 캐리어 를 유지한다. 도 6 은 이 촉매 캐리어 (50) 의 표면부의 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 촉매 캐리어 (50) 의 표면에는 코팅층 (51) 이 형성된다. 더욱이, 코팅층 (51) 은 그 표면에 확산된 귀금속 촉매 (52) 를 유지한다.
본 발명의 실시예에서, 귀금속 촉매 (52) 로서 백금 (Pt) 이 사용된다. 코팅층 (51) 을 구성하는 성분으로서는 예컨대, 칼륨 (K), 나트륨 (Na), 세슘 (Cs) 또는 알칼리금속, 바륨 (Ba), 칼슘 (Ca) 또는 알칼리토류, 란탄 (La), 이트륨 (Y) 또는 희토류에서 선택된 1 이상의 요소가 사용될 수 있다. 즉, SOX 트랩 촉매 (11) 의 코팅층 (51) 은 강염기성을 나타낸다.
따라서, 배기 가스중에 포함되는 SOX, 즉 SO2 은 도 6 에 나타내는 바와 같이 백금 (Pt)(52) 으로 산화되어, 코팅층 (51) 에 포획된다. 즉, SO2 는 SO4 2- 의 형태로 코팅층 (51) 내에 확산하여, 황산을 형성한다. 전술한 바와 같이, 코팅층 (51) 은 강염기성을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서 도 5 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스중에 포함되는 SO2 의 일부는 코팅층 (5) 에 직접 포획된다.
도 6 에서 코팅층 (51) 에서의 농도는 포획된 SOX 의 농도를 나타내고 있다. 도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 코팅층 (51) 에서의 SOX 농도는 코팅층 (51) 의 표면 근방에서 가장 높으며, 더 깊어질 수록 점진적으로 낮아 졌다. 코팅층 (51) 의 표면 근방에서 SOX 농도가 높게 되면, 코팅층 (51) 의 표면의 염기성은 약하게 되며, SOX의 포획능력이 약해진다. 따라서, 배기 가스중에 포함되는 SOX 중에 SOX 트랩 촉매 (11) 에 의해 포획되는 SOX 의 비율은 "SOX 트랩률" 이라 불리며, SOX 트랩률은 코팅층 (51) 의 표면의 염기성이 약해짐에 따라 떨어진다.
도 7 은 시간에 따른 SOX 트랩률의 변화를 나타낸다. 도 7 에 도시된 바와 같이, SOX 트랩률은 우선 100 % 에 가깝지만, 시간이 경과함에 따라 급속하게 떨어진다. 따라서, 본 발명에서, 도 8 에 도시된 바와 같이, SOX 트랩률은 소정의 속도 이하로 떨어지면, 온도 상승 제어는 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시켜, SOX 트랩률을 회복한다.
즉, 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키면, 코팅층 (51) 의 표면 근방의 SOX 농도는 코팅층 (51) 의 심부를 향해 확산되어, 코팅층 (51) 의 SOX 농도는 균일하게 된다. 즉, 코팅층 (51) 에서 생성된 황산염은 코팅층 (51) 의 표면 근방에 집중된 불안정 상태에서 코팅층 (51) 의 내부의 전체에 걸쳐 균일하게 확산된 안정 상태로 변한다. 코팅층 (51) 의 표면 근방에 존재하는 SOX 가 코팅층 (51) 의 심부를 향해 확산되면, 코팅층 (51) 근방의 SOX 의 농도는 떨어진다. 따라서, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 상승 제어가 완 료되면, SOX 트랩률은 도 8 에 도시된 바와 같이 회복된다.
SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 상승 제어가 실시될 때, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 실질적으로 450 ℃ 로 만들면, 코팅층 (51) 의 표면 근방에 존재하는 SOX 는 코팅층 (51) 에서 확산될 수 있다. SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 약 600 ℃ 로 상승시키면, 코팅층 (51) 의 SOX 의 농도는 상당히 균일하게 될 수 있다. 따라서, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 상승 제어시, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 약 600 ℃ 로 상승시키는 것이 바람직하다.
SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도가 상승될 때, 배기 가스의 공연비가 농후하면, SOX 는 SOX 트랩 촉매 (11) 로부터 방출되어 버리는 것을 알 수 있다. 따라서, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키는 경우, 배기 가스의 공연비는 농후하게 되지 않는다. 더욱이, 코팅층 (51) 의 표면 근방의 SOX 농도가 높으면, SOX 트랩 촉매 (11) 를 상승시키지 않더라도, 배기 가스의 공연비를 농후하게 만들면, SOX 는 SOX 트랩 촉매 (11) 로부터 방출되어 버린다. 따라서 본 발명에서, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도가 SOX 방출 온도 이상이면, SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 충부하게 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 기본적으로는, 차량을 구입하부터 그 수명이 다할 때까지, SOX 트랩 촉매 (11) 를 교환하지 않고 사용하는 것을 목적으로 한다. 최근에서는 특히 연료내에 포함되는 황량이 감소되고 있다. 따라서 SOX 트랩 촉매 (11) 의 용량이 어느 정도 커지게 되면, SOX 트랩 촉매 (11) 는 교체 없이 차량의 수명이 다할 때까지 사용될 수 있다. 예컨대, 차량의 가능 주행 거리가 500,000 km 인 경우, SOX 트랩 촉매 (11) 는 약 250,000 km 정도까지 온도 상승 제어 없이 높은 SOX 트랩률에 의해 SOX 을 계속해서 포획할 수 있는 용량으로 만들어진다. 이 경우, 초기 온도 상승 제어는 약 250,000 km 에서 실시된다.
다음으로, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키는 방법이 도 9 를 참조하여 설명된다.
SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키는 효과적인 방법의 하나는 압축 상사점 이후까지 연료 분사 시기를 지연시키는 것이다. 즉, 통상 도 9 에서, 주 연료 (Qm) 는 (I) 로 도시된 바와 같이 압축 상사점 부근에서 분사된다. 이 경우, 도 9 의 (Ⅱ) 에 나타내는 바와 같이, 주연료 (Qm) 의 분사 시기가 지연되면, 후연소 기간이 더 길어지고 배기 가스 온도는 상승한다. 배기 가스 온도가 상승하면, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도도 이에 따라 상승한다.
더욱이, 도 9 의 (Ⅲ) 에 나타나는 바와 같이 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키기 위해, 주 연료 (Qm) 에 더하여 흡기 상사점 부근에서 보충 연료 (Qv) 를 분사할 수도 있다. 이런식으로, 보충 연료 (Qv) 를 추가 분사하면, 연소될 연료는 정확히 보충 연료 (Qv) 의 양만큼 증가되어, 배기 가스의 온도가 상승하고, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도도 상승한다.
한편, 이런 식으로 보충 연료 (Qv) 를 흡기 상사점 부근에서 분사하면, 압축 행정, 압축열 때문에 보충 연료 (Qv) 로부터 알데히드, 케톤, 페록사이드, 일산화탄소 및 다른 중간 생성물이 생성된다. 이러한 중간 생성물은 주 연료 (Qm) 의 반응을 촉진시킨다. 따라서, 이 경우, 도 9 의 (Ⅲ) 에 도시된 바와 같이, 주 연료 (Qm) 의 분사시점이 대폭 지연될 지라도, 양호한 연소가 실화 (misfire) 없이 이루어진다. 즉, 주 연료 (Qm) 의 분사 시점을 대폭 지연하는 것이 가능하여, 배기 가스 온도는 상당히 높아지게 되어, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도는 빨리 상승될 수 있다.
더욱이, 도 9 의 (Ⅳ) 에 도시된 바와 같이, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키기 위해, 팽창 행정 또는 배기 행정시, 주 연료 (Qm) 에 더해 보충 연료 (Qp) 를 분사시키는 것이 가능하다. 즉, 이 경우, 보충 연료 (Qp) 의 대부분은 연소되지 않고, 비연소 탄화수소의 형태로 배기 통로로 배기된다. 비연소 탄화수소는 SOX 트랩 촉매 (11) 에서 과잉 산소에 의해 산화된다. 그 때 발생하는 산화 반응의 열은 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시킨다.
한편, 도 2 에 도시된 내연기관에서, 탄화수소 공급 밸브 (24) 로부터 탄화수소를 공급하는 것이 가능하며, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도를 상승시키기 위해 탄 화수소의 산화 반응의 열을 이용하는 것이 가능하다. 더욱이, 도 9 의 (Ⅱ) 내지 (Ⅳ) 에 나타난 임의의 분사 제어 루틴 (routine) 을 실시하는 것이 가능하며, 탄화수소 공급 밸브 (24) 로부터 탄화수소를 공급하는 것이 가능하다. 어떤 방법이 온도를 상승시키기 위해 사용되더라도 문제가 없으며, SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비는 농후하지 않고 희박한 채로 유지되는 것을 알 수 있다.
다음으로, SOX 트랩 촉매 (11) 에서 SOX 안정화 처리의 제 1 실시예가 도 10a 내지 도 12 를 참조하여 설명된다.
제 1 실시예에서, SOX 트랩 촉매 (11) 에 포획된 SOX 의 양이 추정된다. SOX 트랩 촉매 (11) 에 포획된 SOX 의 양이 소정의 양을 초과하는 경우, SOX 트랩률은 소정의 비율 보다 낮게 떨어지는 것으로 판정된다. 이때, SOX 트랩률을 저장하기 위해 SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도는 온도 상승 제어에서 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 상승된다.
즉, 연료는 일정한 비율의 황을 포함한다. 따라서, 배기 가스에 포함된 SOX 의 양 즉, SOX 트랩 촉매 (11) 에 의해 포획된 SOX 의 양은 연료 분사량에 비례한다. 연료 분사량은 요구되는 토크와 기관 회전수의 함수이다. 따라서, SOX 트랩 촉매 (11) 에 의해 포획된 SOX 의 양은 또한 요구되는 토크와 기관 회전수 의 함수가 된다. 본 발명의 이 실시예에서, SOX 트랩 촉매 (11) 에 단위 시간당 포획된 SOX 양 (SOXA) 은 도 10a 에 도시된 바와 같이, 요구되는 토크 (TQ) 와 엔진 회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 ROM (32) 에 미리 저장된다.
더욱이, 윤활유는 일정한 비율의 황을 포함한다. 연소 챔버 (2) 에서 연소되는 윤활유의 양 즉, 배기 가스에 함유되고 SOX 트랩 촉매 (11) 에 포획된 SOX 의 양은 요구되는 토크와 엔진 회전수의 함수가 된다. 본 발명의 실시예에서, 윤활유에 포함되고 SOX 트랩 촉매 (11) 에 단위 시간당 포획된 SOX 의 양 (SOXB) 은 도 10b 에 도시된 바와 같이, 요구되는 토크 (TQ) 와 엔진 회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 ROM (32) 에 미리 저장된다. SOX 양 (SOXA) 및 SOX 양 (SOXB) 의 누가적으로 부가하여, SOX 트랩 촉매 (11) 에 포획된 SOX 양 (∑SOX1) 이 산출된다.
더욱이, 본 발명의 실시예에서, 도 10c 에 도시된 바와 같이, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도가 상승하는 경우, SOX 양 (∑SOX1) 과 소정의 SOX (SO(n)) 양 사이의 관계가 미리 저장된다. SOX 양 (∑SOX1) 이 소정의 SO(n) 양 (n = 1, 2, 3, ...) 을 초과하는 경우, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 상승 제어가 실시된다. 도 10c 에서, n 은 온도 상승 처리의 횟수를 나타낸다. 도 10c 에서 알 수 있는 바와 같이, SOX 트랩률을 회복하기 위한 온도 상승 처리의 횟수가 증가하기 때문에, 소정의 SO(n) 양이 증가한다. 소정의 SO(n) 양의 증가률은 처리 횟수 (n) 가 증가될 수록 감소된다. 즉, SO(2) 에 대한 SO (d) 의 증가률은 SO (1) 에 대한 SO(2) 의 비율로부터 감소된다.
즉, 도 11 의 시간 도표에 의해 도시되는 바와 같이, SOX 트랩 촉매 (11) 에 의해 포획된 SOX 양 (∑SOX1) 은 시간의 지연에 따라 허용치 (MAX) 까지 계속 증가된다. 도 11 에서, ∑SOX1 = MAX 인 시간은 주행 거리가 약 500,000 km 인 시간이다.
한편, 도 11 에서, SOX 의 농도는 SOX 트랩 촉매 (11) 의 표면 근방에서 SOX 의 농도를 나타낸다. 도 11 에서 알 수 있는 바와 같이, SOX 트랩 촉매 (11) 의 표면 근방의 SOX 의 농도는 허용치 (SOZ) 를 초과하며, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 (T) 는 온도 상승 제어에서 배기 가스의 희박한 공연비 (A/F) 하에서 상승된다. 온도 상승 제어가 실시되면, SOX 트랩 촉매 (11) 의 표면 근방의 SOX 의 농도는 떨어지지만, SOX 농도의 감소는 각 온도 상승 제어 루틴으로 더 적어지게 된다. 따라서, 온도 상승 제어 루틴이 실시되는 때로부터 다음 온도 상승 제어까지의 기간은 각 온도 상승 제어 루틴으로 더 짧아지게 된다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 포획된 SOX 양 (∑SOX1) 이 SO(1), SO(2),... 에 도달한다는 것은 SOX 트랩 촉매 (11) 의 표면 근방의 SOX 농도가 허용치 (SOZ) 에 도달한 것을 의미한다.
도 12 는 SOX 안정화 처리의 제 1 실시예의 루틴을 나타내고 있다.
도 12 를 참조하면 우선, 단위 시간당 포획된 SOX 의 양 (SOXA) 및 양 (SOXB) 이 읽어진다. 다음으로, 단계 (101) 에서, 이러한 양 (SOXA) 및 양 (SOXB) 의 합은 SOX 양 (∑SOX1) 에 더해진다. 다음으로, 단계 (102) 에서 SOX 양 (∑SOX1) 이 도 10c 에 도시된 소정의 양 SO (n) (n=1, 2, 3, ...) 에 달한다고 판정된다. SOX 양 (∑SOX1) 이 소정의 양 SO (n) 에 도달하였을 때, 루틴이 온도 상승 제어가 실시되는 단계 (103) 에서 처리된다.
도 13 및 도 14 에 SOX 안정화 처리의 제 2 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서 도 3 에 도시된 바와 같이, SOX 센서 (25) 가 SOX 트랩 촉매 (11) 의 하류에 배치되어 있다. 이 SOX 센서 (25) 는 SOX 트랩 촉매 (11) 로부터 유출되는 배기 가스에서의 SOX 의 농도를 검출한다. 즉, 제 2 실시예에서, 도 14 에 도시된 바와 같이, SOX 센서 (25) 에 의해 검출된 배기 가스의 SOX 의 농도가 소정의 농도 (SOY) 를 초과하면, SOX 트랩률은 소정의 비율 이하로 떨어진 것으로 판정된다. 그 때, SOX 트랩률을 회복하기 위해, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도 (T) 는 온도 상승 제어시 배기 가스의 희박한 공연비 (A/F) 하에서 상승된다.
도 13 은 제 2 실시예를 실행하기 위한 루틴을 나타내고 있다.
도 13 을 참조하면, 우선, 단계 (100) 에서 SOX 센서 (25)의 출력 신호, 예컨대 출력 전압 (V) 이 읽어진다. 다음으로, 단계 (111) 에서는 SOX 센서 (25) 의 전압 (V) 이 설정값 (VX) 을 초과하는지 안하는지, 즉 배기 가스의 SOX 농도가 소정의 농도 (SOY) 를 초과하는지를 판정한다. V > VX 가 되면, 즉 배기 가스의 SOX 농도가 소정의 농도 (SOY) 를 초과하면, 루틴은 온도 상승 제어가 실시되는 단계 (112) 로 진행된다.
다음으로, 도 15 내지 도 18 을 참조하면서 NOX 저장 촉매 (12) 를 위한 처리가 설명된다. 본 발명의 이 실시예에서, NOX 저장 촉매 (12) 에서 단위 시간당 저장되는 NOX 양 (NOXA) 은 도 17a 에 도시된 맵의 형태로 요구되는 토크 (TQ) 와 기관 회전수 (N) 의 함수로서 미리 ROM (32) 에 저장된다. 이 NOX 양 (NOXA) 을 누가적으로 부가하여, NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된 NOX 양 (∑NOX) 이 산출된다. 본 발명의 이 실시예에서, 도 15 에 도시된 바와 같이, NOX 양 (∑NOX) 이 허용치 (NX) 에 도달할 때 마다, NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비 (A/F) 는 일시적으로 농후해져, NOX 가 NOX 저장 촉매 (12) 로부터 방출된다.
NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비 (A/F) 가 농후해지면, SOX 트랩 촉매 (11) 로 유동하는 배기 가스의 공연비 (A/F) 는 희박하게 유지되어야 한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에서, 환원제 공급 장치 예컨대, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 환원제 공급 밸브 (14) 가 SOX 트랩 촉매 (11) 와 NOX 저장 촉매 (12) 사이에서 배기 통로에 배치된다. NOX 저장 촉매 (12) 로부터 NOX 가 방출되어야 하는 경우 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 배기 통로 내로 환원제를 공급하여, NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 일시적으로 농후하게 한다.
한편, 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 NOX 저장 촉매 (12) 를 유지하는 미립자 필터 (12a) 에서 포획되어 계속해서 산화된다. 그러나, 포획된 입자상 물질의 양이 산화된 입자상 물질의 양 보다 더 크게 되면, 입자상 물질은 미립자 필터 (12a) 에 점진적으로 퇴적된다. 이 경우, 입자상 물질의 퇴적이 증가되면, 퇴적된 입자상 물질을 제거할 필요가 있다. 이 경우, 과잉된 공기 하에서 미립자 필터 (12a) 의 온도를 약 600 ℃ 까지 상승시키면, 퇴적된 입자상 물질은 산화되고 제거된다.
따라서, 본 발명의 이 실시예에서, 미립자 필터 (12a) 에 퇴적된 입자상 물질의 양이 허용치를 초과하면, 미립자 필터 (12a) 의 온도는 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 상승되어, 퇴적된 입자상 물질은 산화에 의해 제거된다. 특별하게는, 본 발명의 이 실시예에서, 미립자 필터 (12a) 가 차압 센서 (23) 에 의해 검출되기 전 후의 차압 (△P) 가 도 15 에 도시된 바와 같이 허용치 (PX) 를 초과하 는 경우, 퇴적된 입자상 물질의 양은 허용치를 초과하는 것으로 판정된다. 그 때, 미립자 필터 (12a) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비는 희박하게 유지되며, 미립자 필터 (12a) 의 온도 (T) 는 온도 상승 제어시 상승된다. 미립자 필터 (12a) 의 온도 (T) 가 높아지면, 포획된 NOX 양 (∑NOX) 은 NOX 저장 촉매 (12) 로부터 NOX 의 방출 때문에 떨어진다.
미립자 필터 (12a) 의 온도가 상승되어야 하는 경우, SOX 트랩 촉매 (11) 의 온도는 상승되어서는 안된다. 따라서, 미립자 필터 (12a) 의 온도를 상승시키는 경우, 환원제는 배기 가스의 공연비가 희박하게 유지될 수 있는 정도로 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 공급되며, 산화제의 산화 반응의 열은 미립자 필터 (12a) 의 온도를 상승시키기는데 사용된다.
한편, SOX 트랩 촉매 (11) 에 의한 SOX 트랩률이 100 % 인 경우, NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 SOX 는 전혀 없다. 따라서, 이 경우, SOX 가 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장될 위험은 전혀 없다. 반대로, SOX 트랩률이 100 % 가 아닌 경우, 심지어 SOX 트랩률이 100 % 에 가까운 경우, SOX 은 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된다. 그러나, 이 경우, 단위 시간당 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된 SOX 양은 극히 소량이다. 즉, 시간이 지날 경우, 많은 양의 SOX 가 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된다. 많은 양의 SOX 가 저장되면 저장된 SOX 는 방출되어야 한다.
전술된 바와 같이, NOX 저장 촉매 (12) 에서 SOX 를 방출시키기 위해, NOX 저장 촉매 (12) 의 온도를 SOX 방출 온도까지 상승시키는 것과, NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에서, 도 16 에 도시된 바와 같이, NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된 SOX 양 (∑SOX2) 이 허용치 (SOX2) 에 도달하면, NOX 저장 촉매 (12) 의 온도 (T) 는 NOX 방출 온도 (TX) 까지 상승되며, NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비는 농후해진다. 단위 시간당 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장되는 SOX 양 (SOX2) 은 도 17b 에 도시된 바와 같이 맵의 형태로 요구되는 토크 (TQ) 와 엔진 회전수 (N) 의 함수로 미리 ROM (32) 에 저장된다. SOX 양 (SOXZ) 을 누가적으로 부가하여, SOX 양 (∑SOX2) 이 산출된다.
NOX 저장 촉매 (12) 로부터 SOX 방출시, SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배출 가스의 공연비를 농후하게 하면, SOX 트랩 촉매 (11) 에 포획된 SOX 는 SOX 트랩 촉매 (11) 로부터 방출되고, 방출된 SOX 는 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된다. 따라서, NOX 저장 촉매 (12) 로부터 SOX 를 방출하는 경우, SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하는 것은 불가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 이 실시예에서, NOX 저장 촉매 (12) 로부터 SOX 가 방출되어야 하는 경 우, 우선 SOX 트랩 촉매 (11) 과 NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비는 희박하게 유지되며, NOX 저장 촉매 (12) 의 온도 (T) 를 NOX 방출 온도 (TX) 까지 상승시키기 위해 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 환원제가 공급되고, 그후 SOX 트랩 촉매 (11) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 희박하게 유지되며, 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 환원제의 공급량은 NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하기 위해 증가된다. 이 경우 또한, NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비의 농후와 희박 사이에서 선택적으로 전환할 수 있다.
도 18 은 NOX 저장 촉매 (12) 을 위한 처리 루틴을 나타내고 있다.
도 18 을 참조하면, 우선, 단계 (120) 에서, 단위 시간당 흡수된 NOX 양 (NOXA) 은 도 17a 에 도시된 맵으로부터 산출된다. 다음으로, 단계 (121) 에서, 이 NOXA 는 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된 NOX 양 (∑NOX) 에 더해진다. 다음으로, 단계 (122) 에서, 저장된 NOX 양 (∑NOX) 이 허용치 (NX) 를 초과하는지를 판정한다. ∑NOX ＞ NX 인 경우, 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 공급된 환원제에 의해 NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 일시적으로 희박한 상태에서 농후한 상태로 전환하기 위해 실시되는 단계 (123) 로 루틴이 진행되며, ∑NOX 는 제거된다.
다음으로, 단계 (124) 에서, 차압 센서 (23) 는 미립자 필터 (12a) 전, 후의 차압 (△P) 을 검출하기 위해 사용된다. 다음으로, 단계 (125) 에서, 차압 (△P) 이 허용치 (PX) 를 초과하는지가 판정된다. △P ＞ PX 인 경우, 루틴은 미립자 필터 (12a) 의 온도 상승 제어가 실시되는 단계 (126) 으로 진행된다. 이 온도 상승 제어는 미립자 필터 (12a) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 희박하게 유지하고, 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 환원제를 공급하여 실시된다.
다음으로, 단계 (127) 에서, 단위 시간단 저장된 SOX 의 양 (SOXZ) 가 도 17b 에 도시된 맵으로부터 산출된다. 다음으로, 단계 (128) 에서, 이 양 (SOXZ) 은 NOX 저장 촉매 (12) 에 저장된 SOX 양 (∑SOX2) 에 부가된다. 다음으로 단계 (129) 에서, 저장된 SOX 양 (∑SOX2) 이 허용치 (SX2) 를 초과하는지가 판정된다. ∑SOX2 ＞ SX2 인 겨우, NOX 저장 촉매 (12) 로 유동하는 배기 가스의 공연비가 희박하게 유지되며, 온도 상승 제어시 SOX 방출 온도 (TX) 까지 NOX 저장 촉매 (12) 의 온도 (T) 를 상승시키기 위해, 환원제가 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 공급되는 단계 (130) 으로 루틴이 진행된다. 다음으로, 단계 (131) 에서, 농후한 처리에서 환원제 공급 밸브 (14) 로부터 공급된 환원제는 NOX 저장 촉매 (12) 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 유지하기 위해 사용되며, ∑SOX2 가 제거된다.

Claims (10)

  1. 기관 배기 통로에 배치되며 배기 가스에 포함된 SOX 를 포획할 수 있는 SOX 트랩 촉매 및, SOX 트랩 촉매의 하류의 배기 통로에 배치된 NOX 저장 촉매를 갖는 압축 점화식 내연기관용 배기 정화 장치로서, 상기 NOX 저장 촉매는 유입 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 배기 가스에 포함된 NOX 를 저장하며, 유입하는 배기 가스의 공연비가 화학량론의 공연비가 되거나 농후하게 되는 경우에는 저장된 NOX 를 방출하는 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 SOX 트랩 촉매는, SOX 트랩 촉매 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 희박한 경우 배기 가스에 포함된 SOX 를 포획하고, SOX 트랩 촉매의 온도가 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 상승할 때 SOX 트랩 촉매 내부에 포획된 SOX 이 점진적으로 확산하는 특성을 가지며, SOX 트랩 촉매의 온도가 SOX 방출 온도 이상이 되면 SOX 트랩 촉매로 내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 농후하게 될 때 포획된 SOX 를 방출하는 특성을 가지고, 상기 장치에는 기관 작동시 SOX 트랩 촉매 내로 유동하는 배기 가스의 공연비를 농후하게 하지 않고 계속 희박하게 유지하기 위한 공연비 제어 수단 및, 배기 가스에 포함된 SOX 에서 SOX 트랩 촉매에 포획된 SOX 의 비율을 나타내는 SOX 트랩률을 추정하기 위한 추정 수단이 제공되며, 그리고 상기 장치는 SOX 트랩률이 소정의 비율 이하로 떨어지는 경우 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매의 온도를 상승시켜 SOX 트랩률을 회복하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 SOX 트랩 촉매는 촉매 캐리어에 형성된 코팅층과 코팅층에 유지되는 귀금속 촉매로 이루어지고, 상기 코팅층은 그 속에 확산된 알카리 금속, 알카리토류 금속 또는 희토류 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 SOX 트랩 촉매에서 포획된 SOX 의 양이 추정되며, SOX 트랩 촉매에 포획된 SOX 의 양이 소정의 양을 초과하는 경우 SOX 트랩률이 소정의 비율 아래로 떨어진 것으로 판정되고, 그 때 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매의 온도를 상승시켜 SOX 트랩률을 회복하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 소정의 양은 SOX 트랩률을 회복하는 처리 횟수의 증가에 따라 증가되며, 소정량의 증가률은 처리 횟수가 많아짐에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, SOX 트랩 촉매의 하류의 배기 가스 통로에 배기 가스중의 SOX 농도를 검출할 수 있는 SOX 센서를 배치하며, 상기 SOX 센서의 출력 신호로부터 SOX 트랩률을 산출하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, SOX 센서에 의해 검출된 배기 가스중의 SOX 농도가 소정의 농도를 초과하면 SOX 트랩률이 소정의 비율 아래로 떨어진 것으로 판정되며, 그때 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 SOX 트랩 촉매의 온도를 상승시켜 SOX 트랩률을 회복하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 환원제 공급 장치가 SOX 트랩 촉매와 NOX 저장 촉매 사이의 배기 가스 통로에 배치되며, NOX 가 NOX 저장 촉매로부터 방출되어야 하는 경우, 환원제가 환원제 공급 장치로부터 배기 통로의 내부에 공급되어, NOX 저장 촉매로 유동하는 배기 가스의 공연비가 일시적으로 농후하게 되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, NOX 저장 촉매는 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포획하고 산화시키기 위한, 미립자 필터상에서 유지되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 미립자 필터에 퇴적된 입자상 물질의 양이 허용량을 초과하는 경우, 배기 가스의 희박한 공연비 하에서 미립자 필터의 온도가 상승되어, 퇴적된 입자상 물질을 산화에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, SOX 가 NOX 저장 촉매에 저장되는 경우, NOX 저장 촉매의 온도는 SOX 방출 온도까지 상승되고, 환원제는 환원제 공급 장치로부터 배기 통로의 내부에 공급되어 NOX 저장 촉매내로 유동하는 배기 가스의 공연비가 농후하게 되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
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