KR100674248B1 - 내연기관의 배기정화장치 및 배기정화방법 - Google Patents

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Abstract

내연기관의 배기정화장치는 실행수단을 포함하고, 실행수단은, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 PM 제거제어가 개시된 이후에 제 1 판정값보다 작게 된 경우, 번-업 제어를 실행한다. 중단수단은 번-업 제어의 종료에 의거해 PM 제거제어를 중단한다. 강제종료수단은, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 제 2 판정값으로 떨어진 이래로 경과된 시간이 소정시간에 도달했을 때, 번-업 제어를 강제로 종료한다. 따라서, 배기정화장치는 PM 필터 내 입자상물질을 완전히 연소하고, 연비 저하를 억제할 수 있다.

Description

내연기관의 배기정화장치 및 배기정화방법{EXHAUST PURIFYING APPARATUS AND EXHAUST PURIFYING METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 배기정화장치 및 배기정화방법에 관련된다.
차량 디젤 엔진 등 내연기관에 적용되는 전형적인 배기정화장치는, 배기시스템에 위치되는 PM 필터(일본공개특허공보 제 2002-227688호 참조)를 포함한다. PM 필터는 주로 배기가스 내 그을음(soot)으로 구성된 입자상물질("PM")을 트랩한다(trap). 배기정화장치와 함께 제공되는 내연기관에서, PM 제거제어는, PM 필터가 입자상물질로 막히는 것(clog)을 방지하기 위해 수행된다. PM 제거제어에서, 입자상물질은 연소되어 제거된다.
일본공개특허공보 제 2002-227688호에 개시된 PM 제거제어에서, 배기 공연비는 과농상태(rich state)와 희박상태(lean state) 사이에서 역으로 되어 미연소 연료성분과 산소를 PM 필터의 촉매로 공급한다. 미연소 연료성분의 산화는 촉매층 온도를 상승시키고 PM 필터 내 입자상물질을 연소하기 위해 사용된다. 미연소 연료성분을 PM 제거제어에서 촉매로 공급하는 것은, 미연소 연료의 최소량으로 촉매 내 온도를 상승하는 것이 가능하도록 수행된다. 이는 PM 제거제어에 의한 추가의 연료 소비를 최소화한다.
한편, 상술한 PM 제거제어에서, PM 필터의 전방 끝(배기가스의 흐름 방향에 대해 상대적으로 상류 끝)에 배열되는 입자상물질 모두가 연소될 수 있는 것은 아님이 확인되었다. 그 이유는 다음과 같다.
PM 필터의 전방 끝은 입자상물질이 침전하기 쉽고, 침전된 입자상물질의 양은 하류 섹션에서보다 많다.
미연소 연료성분과 산소가 PM 필터에 공급되는 PM 제거제어는, 미연소 연료성분과 산소가 PM 필터의 전방 끝에 침전된 모든 입자상물질을 연소하기에 충분한 양을 단위 시간당 공급할 수 없다.
따라서, 연장된 시간 동안 PM 제거제어가 수행되는 경우라도, 미연소 PM이 PM 필터의 전방 끝에 남아있게 된다. 만약 PM 제거제어가 일부 PM이 남아있는 상태로 종료된 이후에 배기 공연비가 과농되는 경우, 미연소연료가 PM 필터에 공급되고, 미연소 연료의 산화는 입자상물질의 연소를 야기하며, 이는 PM 필터의 촉매층 온도를 과도하게 상승시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 PM 필터 내 입자상물질을 완전히 연소하고, 입자상물질의 연소에 의해 야기될 수 있는 연비 저하를 억제할 수 있는 내연기관의 배기정화장치를 제공하는 데 있다. 본 발명은 또한 내연기관의 배기정화방법을 제공한다.
상술한 그리고 다른 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 의도에 따라서 본 발명은 내연기관의 배기정화장치를 제공한다. 장치는 미연소 연료성분이 내연기관의 배기시스템 내 위치하는 촉매로 공급되는 PM 제거제어를 수행하여, 촉매의 온도가 상승하고 촉매 근처에 트랩된 입자상물질이 연소된다. 장치는 실행수단을 포함하고, 실행수단은, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 PM 제거제어가 개시된 이후에 제 1 판정값보다 작게 된 경우, 촉매 상류인 배기시스템 섹션으로의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 반복을 소정횟수 반복하는 번-업 제어를 실행한다. 중단수단은 번-업 제어의 종료에 의거해 PM 제거제어를 중단한다. 강제종료수단은, 번-업 제어가 개시된 이후, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 제 2 판정값으로 떨어진 이래로 경과된 시간이 소정시간에 도달했을 때, 번-업 제어를 강제로 종료한다. 제 2 판정값은 제 1 판정값 보다 작다.
또한, 본 발명은 내연기관의 배기정화방법을 제공한다. 방법은 미연소 연료성분이 내연기관의 배기시스템 내 위치하는 촉매로 공급되어, 촉매의 온도가 상승하고 촉매 근처에 트랩된 입자상물질이 연소되는 PM 제거제어를 수행하는 단계를 포함한다. 번-업 제어는 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 PM 제거제어가 개시된 이후에 제 1 판정값보다 작게 된 경우에 실행된다. 번-업 제어에서는, 촉매 상류인 배기시스템 섹션으로의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단이 소정횟수 반복된다. PM 제거제어는 번-업 제어가 종료된 것을 조건으로 중단된다. 번-업 제어는, 번-업 제어가 개시된 이후, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 제 2 판정값으로 감소한 이래로 경과된 시간이 소정시간에 도달했을 때, 강제로 종료된다. 제 2 판정값은 제 1 판정값보다 작다.
본 발명의 다른 실시예 및 이점들이, 본 발명의 원리를 예로 들어 나타내는 첨부하는 도면들을 참조해, 후술하는 설명들로부터 분명해질 것이다.
본 발명의 목적 및 이점과 함께, 본 발명은 첨부하는 도면 및 바람직한 실시예들에 대한 후술하는 설명을 참조하여 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 배기정화장치가 적용되는 내연기관의 전체 구성을 나타내는 도면;
도 2a 및 도 2b는 연료 첨가 방식을 나타내는 타임차트와, 번-업 제어 동안 연료첨가에 의한 배기 공연비의 변화를 나타내는 타임차트;
도 3은 PM 제거제어에 대한 최종 단계에서 번-업 제어를 위한 절차의 실행을 나타내는 플로우차트;
도 4a 및 도 4b는 PM 제거제어와 번-업 제어에 관련된 PM 누적량, PM 제거 상태, 번-업 제어 상태, 및 카운터 C의 변화를 나타내는 타임차트들;
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 내연기관의 배기정화장치가 도 1 내지 도 4d를 참조하여 이하 설명될 것이다.
도 1은 본 실시예에 의한 배기정화장치가 적용되는 내연기관(10)의 구성을 나타낸다. 내연기관(10)은 커먼레일 연료분사장치(common rail fuel injection device), 터보차저(11)를 포함하는 디젤엔진이다. 엔진(10)은 흡기통로(12), 연소챔버(13), 및 배기통로(14)를 포함한다.
흡기통로(12)는 내연기관(10)을 위한 흡기시스템을 형성한다. 흡기통로(12) 의 최상류 섹션에는, 에어클리너(15)가 위치한다. 에어클리너(15)로부터 하류 측을 항해, 공기유량계(16), 터보차저(11)에 통합되는 압축기(17), 인터쿨러(18), 및 흡기 스로틀밸브(19)가, 흡기통로(12)에 제공된다. 흡기통로(12)는 흡기 스로틀밸브(19)의 하류에 위치하는 흡기 매니폴드(20)에서 갈라지고, 흡기포트(21)를 거쳐 내연기관(10)의 연소챔버(13) 각각에 연결된다.
내연기관(10)을 위한 배기시스템 부분을 형성하는 배기통로(14)에서, 배기포트(22)는 각 연소챔버(13)에 연결된다. 배기포트(22)는 배기 매니폴드(23)를 거쳐 터보차저(11)의 배기터빈(24)에 연결된다. 배기터빈(24)의 하류인 배기통로(14)의 섹션에, NOx 촉매컨버터(25), PM 필터(26), 및 산화 촉매컨버터(27)가 상류 측으로부터 이 순서대로 제공된다.
NOx 촉매컨버터(25)는 내포-환원(occlusion-reduction) NOx 촉매이다. NOx 촉매는 배기가스 내 산소의 농축도가 높을 때, 배기가스 내 NOx를 내포하고, 배기가스 내 산소의 농축도가 낮을 때, 내포한 NOx를 방사한다(emit). 환원제(reduction agent)로서 역할하는 충분한 양의 미연소 연료성분이 그 부근에 존재하는 경우, NOx 촉매는 배기가스를 정화하기 위해 방사된 NOx를 환원시킨다.
PM 필터(26)는 다공성 물질로 만들어지고, 주로 그을음으로 구성된 배기 내 입자상물질(PM)을 트랩한다. NOx 촉매컨버터(25)와 같이, PM 필터(26)는 내포-환원 NOx 촉매를 서포트(support)한다. PM 필터(26)의 NOx 촉매는 배기 가스를 정화하기 위해 방사된 NOx를 환원시킨다. NOx 촉매에 의해 유발된 반응은 트랩된 PM을 연소(산화)하여 제거한다.
산화 촉매컨버터(27)는 산화 촉매를 서포트한다. 산화촉매는 배기가스 내 탄화수소(hydrocarbon; HC)와 일산화탄소(carbon monoxide; CO)를 산화하여 배기가스를 정화한다.
PM 필터(26)의 상류 및 하류 섹션에, 입력가스 온도센서(28)와 출력가스 온도센서(29)가 각각 제공된다. 입력가스 온도센서(28)는 PM 필터(26)로 흘러들어오는 배기가스의 온도인 입력가스 온도를 검출한다. 출력가스 온도센서(29)는 PM 필터(26)를 지나 통과한 배기가스의 온도인 출력가스 온도를 검출한다. 또한, 차압센서(30)가 배기통로(14)에 제공된다. 차압센서(30)는 PM 필터(26)의 상류 섹션 및 하류 섹션 사이의 압력차를 검출한다. 산소센서(31, 32)는 NOx 촉매컨버터(25)의 상류인 배기통로(14)의 섹션, PM 필터(26)와 산화 촉매컨버터(27) 사이의 배기통로(14)의 섹션에 각각 제공된다. 산소센서(31, 32)는 배기가스 내 산소의 농축도를 검출한다.
또한, 내연기관(10)은 배기가스 일부를 흡기통로(12) 내 공기로 되돌리기 위한 배기가스 재순환장치(EGR 장치)를 포함한다. EGR 장치는 배기통로(14)와 흡기통로(12)를 연결하는 EGR 통로(33)를 포함한다. EGR 통로(33)의 최상류 섹션은 배기터빈(24)의 상류인 배기통로(14) 섹션에 연결된다.
EGR 통로(33)에는, EGR 촉매(34), EGR 쿨러(35), 및 EGR 밸브(36)가 상류 측으로부터 이 순서로 제공된다. EGR 촉매(34)는 재순환되는 배기 가스를 리폼(refoam)한다. EGR 쿨러(35)는 리폼된 배기가스를 냉각한다. EGR 밸브(36)는 리폼되고 냉각된 배기가스의 유량을 조절한다. EGR 통로(33)의 최하류 섹션은 흡기 스 로틀밸브(19)의 하류인 흡기통로(12) 섹션에 연결된다.
인젝터(40)는 내연기관(10)의 연소챔버(13) 각각에 제공되어, 연소챔버(13) 내 연소될 연료를 분사한다. 인젝터(40)는 고압력 연료파이프(41)와 함께 커먼레일(42)에 연결된다. 고압력 연료는 연료펌프(43)를 통해 커먼레일(42)에 공급된다. 커먼레일(42) 내 고압력 연료의 압력은 커먼레일(42)에 부속된 레일압력센서(44)에 의해 검출된다. 연료펌프(43)는 저압력 연료를 저압력 연료파이프(45)를 통해 연료첨가밸브(46)에 공급할 수 있다.
내연기관을 위한 다양한 제어 절차가 전기제어장치(50)에 의해 실행된다. 전기제어장치(50)는 엔진(10)의 제어와 관련한 다양한 계산 프로세스를 실행하는 CPU, 제어를 위해 필요한 프로그램과 데이터를 저장하는 ROM, CPU의 계산 결과를 임시로 저장하는 RAM, 및 외부로부터 및 외부로 신호를 입력 및 출력하기 위한 입력 및 출력포트들을 포함한다.
상술한 센서에 덧붙여, 전기제어장치(50)의 입력포트는 엔진(10)의 회전속도를 검출하기 위한 NE 센서(51), 가속 페달의 압축 정도를 검출하기 위한 가속페달센서(52), 흡기 스로틀밸브(19)의 개방정도를 검출하기 위한 스로틀밸브 센서(53)에 연결된다. 전기제어장치(50)의 출력포트는 흡기 스로틀밸브(19), EGR 밸브(36), 인젝터(40), 연료펌프(43), 및 연료첨가밸브(46)를 구동하기 위한 구동회로에 연결된다.
상술한 센서들로부터 검출된 신호에 의거해서, 전기제어장치(50)는 엔진(10)의 작업상태를 파악한다. 파악된 작업상태에 따라, 전기제어장치(50)는 출력포트에 연결된 장치의 구동센서에 명령 신호들을 출력한다. 전기제어장치(50)는 흡기 스로틀밸브(19) 개방 정도의 제어, EGR 밸브(36)의 개방 정도에 의거한 EGR 제어, 인젝터(40)로부터의 연료 분사의 양, 타이밍 및 압력 제어, 연료첨가밸브(46)에 의한 연료첨가와 관련된 제어 등의 다양한 제어절차를 실행한다.
본 실시예에서, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)가 PM으로 막히는 것을 방지하기 위해, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)에 의해 트랩된 PM이 연소되어 배기가스를 정화하는 PM 제거제어가 수행된다. PM 제거제어에서는, 미연소 연료성분이 NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)의 NOx 촉매에 공급되어, 미연소 연료성분이 배기가스 내에서 산화되거나, 각 촉매가 열을 발생시킨다. 따라서, 촉매는 약 600 내지 700℃온도로 가열되고, 촉매 근처 PM이 연소된다.
PM 제거제어 동안에, 미연소 연료성분은, 인젝터(40)로부터 배기행정(exhaust stroke) 또는 팽창행정(expansion stroke) 내 보조분사(분사 이후)-연료가 연소챔버(13)에서 연소되기 위해 인젝터(40)로부터 분사된 이후에 실행-에 의해 촉매에 공급될 수 있다. 선택적으로, 미연소 연료는 연료첨가밸브(46)로부터 배기가스에 연료를 첨가함으로써 공급될 수도 있다. PM 제거제어에 의한 추가 연료 소비를 최소화하기 위해, PM 제거제어에서 촉매에 가해지는 미연소 연료성분의 양은, 촉매 온도를 필요한 만큼 상승시킬 수 있는 최소값으로 제한한다.
본 실시예에서, PM 제거제어는 후술하는 요구조건들이 모두 만족된 때 수행된다.
PM 제거가 요청된다. PM 제거의 요청은, 엔진 작업상태로부터 추정된 PM 필 터(26)의 PM 누적량이 가장 높은 허용값에 도달)하고 초과한다는 사실에 의거해 PM 필터(26)의 막힘이 인식된 때, 행해진다.
입력가스 온도센서(28)의 검출값(입력가스온도 thci)은, PM 제거제어를 수행하기 위한 하한온도 A(예를 들면, 150℃)이상이다. 또한, 엔진 작업상태의 히스토리로부터 추정되는 NOx 촉매의 촉매층 온도가 PM 제거제어를 수행하기 위한 하한온도 B이상이다. 하한온도 A, B는 미연소 연료성분이 공급될 때 촉매 층 온도를 상승시키기에 충분한 산화를 야기하는 배기온도와 촉매층 온도의 최저값이다.
입력가스 온도센서(28)의 검출값은, PM 제거제어에 의해 생성된 열에 의해 일어나는 촉매의 과도한 온도 상승을 피하기 위한 온도 범위 내 상한값 C보다 작다.
출력가스 온도센서(29)의 검출값은, PM 제거제어에 의한 촉매의 과도한 온도 상승을 피하기 위한 온도 범위 내 상한값 D보다 작다.
배기가스로의 연료첨가가 허용된다. 즉, 엔진 작업상태가 배기가스로의 연료첨가를 허용하는 범위 내에 있다. 배기가스로의 연료첨가는, 엔진(10)이 실속(stall)을 일으키지 않고, 실린더들이 구별(distinguish)되어 있고, 가속페달의 압축도가 제한되지 않는 한, 내연기관(10)에서 허용된다.
NOx 촉매컨버터(25)의 상류 끝과 PM 필터(26)의 상류 끝에는, 상술한 PM 제거가 수행되는 경우라도 일부 PM이 남아있다. PM이 남아있는 이유는, PM은 NOx 촉매컨버터(25)의 배기 상류 끝과 PM 필터(26)의 배기 상류 끝에 침전되기 쉽고, PM 제거제어에서 미연소 연료성분의 공급이, PM을 완전히 연소하기에 충분한 단위 시 간당 미연소 연료성분의 양을 공급할 수 없기 때문이다. 구체적으로, PM 필터의 상류에 위치하는 NOx 촉매컨버터(25)에서는, PM 제거제어에서 연소되지 않은 더 많은 양의 PM이 상류 끝에 남아있다.
이와 관련해, PM 제거제어에서 연소될 수 없는 PM을 연소하기 위해 PM 제거제어의 최종 단계에서 번-업 제어가 수행된다. 번-업 제어의 개요가 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명될 것이다. 도 2a는 연료첨가밸브(46)가 연료를 첨가하는 방식을 나타내고, 도 2b는 배기 공연비의 변화를 나타낸다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 농축 간헐 연료첨가가 번-업 제어에서 반복적으로 수행되고 중단된다. 농축 간헐 연료첨가는, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)의 촉매에 공급되는 미연소 연료성분의 양과 산소량을, PM 제거제어에서 연소될 수 없는 PM을 연소하기에 충분한 수준으로 증가시킨다. 따라서, 농축 간헐 연료첨가는 PM이 연소 되도록 한다.
한편, 농축 간헐 연료첨가는 촉매층 온도를 현저하게 증가시킨다. 이로써, 본 실시예에서, 연료첨가는 주기적으로 중단되어, 촉매층 온도의 과도한 상승을 억제한다. 그 결과, 간헐 농축 연료첨가가 반복적으로 수행되고 중단되며, 배기 공연비가 도 2b에 도시된 바와 같이 과농상태와 희박상태 사이를 반복적으로 전환한다. 번-업 제어는 농축 간헐연료 첨가의 수행 및 중단의 반복이, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)에 남아있는 PM을 연소하기에 충분한 횟수(본 실시예에서는 3회)에 이르렀을 때 종료된다.
PM 제거제어는 번-업 제어의 종료에 의거해서 중단된다.
번-업 제거제어의 최종 상태에서 번-업 제어를 위한 절차가, 번-업 제어의 루틴(routine)을 나타내는 도 3을 참조하여 이하 설명될 것이다. 번-업 제어 루틴은 전기제어장치(50)에 의한 인터럽트로서, 예를 들면, 소정의 타임 간격으로 실행된다.
루틴에서, PM 제거제어가 현재 수행중인지가 판정된다(S101). PM 제거제어가 수행중인 경우, PM 누적량이 판정값(Da) 아래로 떨어졌는지의 여부가 판정된다(S102). S102의 결과가 긍정인 경우, 번-업 제어를 수행하기 위해 단계 S103 내지 S105가 수행된다.
판정값 Da는, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26) 각각에서, 하류 측 섹션 PM이 PM 제거제어에 의해 완전히 연소되었고, 상류 측 센션 PM은 PM 제거제어에 의해 완전히 연소되지 않은 것을 나타내는 값으로 설정된다. 예를 들면, 판정값 Da는 0.3g으로 설정된다. 번-업 제어가 NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)의 하류 섹션에 남아있는 PM을 가지고 실행되고, PM이 번-업 제어에 의해 연소되는 경우, 이 섹션들의 온도가 과도하게 상승할 수 있다. 판정값 Da는 이와 같은 섹션들의 과도한 상승을 방지하도록 설정된다.
번-업 제어에서 농축 간헐 연료첨가는, 연료첨가가 기화(evaporate)되어 PM의 연소를 촉진하는 상태에서 수행되지 않으면 어떠한 목적도 수행하지 않는다. 따라서, 농축 간헐 연료첨가에 의해 첨가된 연료가 기화되지 않는 작업 상태에서, 예를 들면, 배기 온도가 상승되지 않는 낮은 부하 작업상태에서, 농축 간헐 연료첨가는 중지되는 것이 바람직하다.
이로써, 번-업 제어를 수행하기 위한 단계 S103 내지 S105에서, 현재 작업상태가 농축 간헐 연료첨가를 수행하기에 적합한지의 여부가, 예를 들면, 엔진부하와 엔진회전속도에 의거해서 판정된다(S103). 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단은, S103의 결과가 긍정인 경우에만 반복된다(S104). S103의 결과가 부정인 경우, 번-업 제어는 대기상태에 들어가고(S105), 농축 간헐 연료첨가는 수행되지 않는다. 한편, 번-업 제어의 대기상태에서라도, 미연소 연료성분은 PM 제거제어에 의거해서 촉매로 계속해서 공급될 수 있다.
단계 S106과 그 후 단계들은 번-업 제어를 종료하고, 번-업 제어의 종료에 의거해 PM 제거제어를 중단하기 위한 단계이다. 이 일련의 단계에서, 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단의 반복 횟수가 3회에 달한 때(S106에서 긍정 출력), 번-업 제어가 종료된다(S108). 따라서, PM 제거제어가 중단된다(S109). 한편, 번-업 제어가 반복 횟수가 3회에 달하기 전에 대기상태에 들어가서, 연장된 시간 동안 대기상태가 지속되는 경우에는, 엔진(10)의 연료 소비가 PM 제거제어에서 촉매에 공급되는 미연소 연료성분의 양에 의해 악화시키는 것을 피할 수 없다.
따라서, 본 실시예에서, 반복 횟수가 3회에 도달하지 않은 경우라도(S106에서 부정 출력), 번-업 제어에 의해 경과된 시간이, PM 누적량이 판정값 Da보다 작은 판정값 Db가 된 이후 소정시간 t에 도달했을 때 번-업 제어는 종료한다(S108). 경과 시간이 소정시간 t에 이르렀는지의 여부는, 예를 들면 카운터 C에 의거해 판정된다. PM 누적량이 판정값 Db에 이를 때, 카운터 C는 매 소정주기마다 또 다른 루틴에 따라 0부터 증가하기 시작한다. 카운터 C가 소정시간 t에 상응하는 판정값 Dc에 이른 사실에 의거해, 경과 시간이 소정시간 t에 이르렀다고 판정된다. 그리고나서, 번-업 제어의 종료에 의거해(S108), PM 제거제어가 중단된다(S109). 이로써, 번-업 제어의 장기 대기상태에 의한 엔진 연비의 저하가 방지된다.
본 실시예에서, 판정값 Db는 0이다. 소정시간 t는 번-업 제어의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단을 연속하여 3회 반복하기 위해 필요한 시간보다 길게 설정되고, 대기상태에서 PM 제거제어의 수행에 의한 연비의 저하가 허용수준(permissible level)을 초과하는 것을 방지하기에 충분히 짧다. 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단의 한 사이클을 수행하는 데는 보통 30에서 40초가 걸리고, 소정시간 t는, 예를 들면, 180초로 설정될 수 있다.
최종적으로, PM 제거제어와 번-업 제어의 수행이 도 4a 내지 도 4d의 타임차트들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 도 4a 내지 도 4d는 각각 PM 누적량의 변화, PM 제거제어 상태의 변화, 번-업 제어 상태의 변화, 및 카운터의 변화를 나타낸다.
시간 T1에서, PM 제거제어가 개시된다. 그리고나서, PM 누적량이 감소하여 번-업 제어가 개시되는 시간 T2에서 판정값 Da 이하로 떨어진다. 번-업 제어 동안, 번-업 제어의 대기상태가 연장된 시간 동안 지속되는 경우, 제어의 종료는 도 4c의 두점 체인 라인(two-dot chain line)에 의해 나타난 바와 같이 늦춰질 것이다. 따라서, 번-업 제어의 유량에 의거한 PM 제거제어의 종료가 도 4b의 두점 체인 라인에 의해 표시된 바와 같이 늦춰질 것이다. 그 결과, 연비는 대기상태에서 PM 제거제어에 의거해 촉매로 공급되는 미연소 연료성분의 양에 의해 나빠질 것이다.
한편, 본 실시예에서, 경과시간이, 번-업 제어에 의해 PM 누적량이 0(판정값 Db)에 달한 이래로 소정시간 t에 이른 때, 즉, 카운터 C가 판정값 Dc(시간 T4)에 이르렀을 때, 번-업 제어는 도 4c의 실선으로 나타난 바와 같이 강제로 종료된다. 번-업 제어의 강제 종료에 따라서, PM 제거제어도 도 4b의 실선으로 표시된 바와 같이 중단된다. 이는 엔진 연비의 저하를 억제한다.
상술한 실시예는 다음의 이점들을 갖는다.
(1) PM 제거제어에 의해 완전히 연소될 수 없는, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)의 상류 섹션 PM이, PM 제거제어의 최종 단계에서 수행되는 번-업 제어에 의해 완전히 연소된다. 따라서, 배기 공연비가, PM 제거제어의 종료 이후에 과농된 경우, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)에 남아있는 PM이 연소되지 않으므로, 촉매의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.
(2) 번-업 제어의 대기상태가 연장된 시간 동안 계속될 때, 번-업 제어는, 번-업 제어에 의해 PM 누적량이 판정값 Db(0)가 된 이래로 경과된 시간이 소정시간 t에 이른 것을 조건으로 강제로 중단된다. 따라서, 번-업 제어의 대기상태가 연장된 시간동안 계속되는 경우라도, 엔진의 연비가 나빠지지 않는다.
(3) 소정시간 t는, 번-업 제어의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단을 계속해서 3회 반복하는데 필요한 시간보다 길게 설정되고, 대기상태에서 PM 제거제어의 수행에 의한 연비 저하가 허용수준을 초과하는 것을 방지하기에 충분히 짧다. 따라서, 번-업 제어의 대기상태가 연비의 저하를 허용할 수 없게 할 것이 예상되는 경우에, 번-업 제어가 강제로 종료된다. 따라서, 연비 저하가 허용 수준으로 억제될 수 있다.
(4) NOx 촉매컨버터(25)는 배기통로(14) 내 PM 필터(26)의 상류에 위치하기 때문에, PM은 NOx 촉매컨버터(25)의 상류 끝에 축적되기 쉽다. 따라서, PM 제거제어에 의해 완전히 연소될 수 없는 PM 양이 증가한다. PM이 완전히 연소되지 않는 섹션에서, 배기가스에 노출되는 촉매의 표면 영역은 감소한다. 이는 촉매의 활성화를 늦춘다. 따라서, 촉매 내 배기정화 동안 발생한 열이 감소한다. 그 결과, NOx 촉매컨버터(25)로부터 하류에 위치하는 PM 필터(26)로 전달되는 열이 감소한다. 이는 PM 필터(26) 내 촉매의 활성화를 방해한다. 그 결과, 배기정화 수행이 저하된다. 한편, 이러한 단점들은 NOx 촉매컨버터(25)의 상류 끝에 남아있는 PM을, PM 제거제어의 최종 단계에서의 번-업 제어에 의해 완전히 연소함으로써 해결할 수 있다.
상술한 실시예들은 다음과 같이 변형될 수 있다.
배기통로(14)를 따라 NOx 촉매컨버터(25), PM 필터(26), 산화 촉매컨버터(27)의 순서가 필요에 따라 변경될 수 있다.
번-업 제어에서, 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단의 반복 횟수는, 횟수가 NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26) 내 남아있는 PM을 완전히 연소하기에 충분한 한, 3회로 제한되지 않는다.
판정값 Da는, Da값이, NOx 촉매컨버터(25)와 PM 필터(26)의 하류 섹션에서 PM이 완전히 연소된 것을 나타내는 한, 본 실시예에서 상술한 0.3g으로 제한되지 않는다.
판정값 Db는 0일 필요가 없고, 판정값 Da보다 작은 어떤 값으로도 변경될 수 있다.
본 예시들과 실시예들은 설명을 위한 것으로서 제한적이지 않고, 본 발명은 여기에서 주어진 상세한 설명들로 제한되지 않으며, 첨부하는 청구범위의 영역 및 등가 영역 이내에서 변형될 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 내연기관의 배기정화장치에 있어서,
    장치는 미연소 연료성분이 내연기관의 배기시스템 내 위치하는 촉매에 공급되어 촉매의 온도가 상승하고 촉매 근처에 트랩된 입자상물질을 연소하는 PM 제거제어를 수행하고, 상기 장치는:
    촉매 근처 입자상물질의 누적량이 PM 제거제어가 개시된 이후에 제 1 판정값보다 작게 된 때, 촉매의 상류인 배기시스템 섹션으로 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단을 소정횟수 반복하는 번-업 제어를 실행하는 실행 수단;
    번-업 제어의 종료에 의거해 PM 제거제어를 중단하는 중단수단; 및
    번-업 제어가 개시된 이후, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 제 1 판정값 보다 작은 제 2 판정값으로 떨어진 이래로 경과된 시간이 소정시간에 도달했을 때, 번-업 제어를 강제로 종료하는 강제종료수단을 포함하는 내연기관의 배기정화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소정시간은 번-업 제어의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단을 연속해서 소정횟수 반복하는데 필요한 시간보다 길고, 소정시간 PM 제거제어의 수행에 의한 연비 저하를 방지하기 위해 충분히 짧은 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    촉매는 배기시스템에 연속해서 위치하는 PM 필터와, NOx 촉매컨버터에 의해 서포트되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화장치.
  4. 내연기관의 배기정화방법에 있어서,
    미연소 연료성분이 내연기관의 배기시스템 내 위치하는 촉매로 공급되어, 촉매의 온도가 상승하고 촉매 근처에 트랩된 입자상물질을 연소하는 PM 제거제어를 수행하는 단계;
    촉매 근처 입자상물질의 누적량이 PM 제거제어가 개시된 이후에 제 1 판정값 보다 작게 된 때, 촉매의 상류인 배기시스템 섹션으로의 농축 간헐 연료첨가의 수행 및 중단을 소정횟수 반복하는 번-업 제어를 실행하는 단계;
    번-업 제어가 종료된 것을 조건으로 PM 제거제어를 중단하는 단계; 및
    번-업 제어가 개시된 이후, 촉매 근처 입자상물질의 누적량이 제 1 판정값 보다 작은 제 2 판정값으로 감소한 이래로 경과된 시간이 소정시간에 이르렀을 때, 번-업 제어를 강제로 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기정화방법.
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