KR100785751B1 - 내연 기관용 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

DPNR 컨버터(26), 연료 첨가 장치(46), 및 전자 제어 장치(50)를 구비한 내연 기관용 배기 정화 장치가 제공된다. 상기 DPNR 컨버터(26)는 상기 내연 기관(10)의 배기 통로(14)에 위치한다. 상기 DPNR 컨버터(26)는 배기 가스 내의 입자상 물질을 포획한다. 상기 연료 첨가 장치(46)는 상기 DPNR 컨버터(26)를 통과하는 배기 가스에 연료를 첨가한다. 상기 전자 제어 장치(50)는, 상기 연료 첨가 장치(46)가 연료를 배기 가스에 첨가하는 상태에서 상기 DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 연소율을 추정한다. 상기 추정된 연소율을 토대로, 상기 전자 제어 장치(50)는 상기 연료 첨가 장치(46)에 의한 연료 첨가 방식을 설정한다. 그 결과, 상기 배기 정화 장치는 연료가 첨가되는 DPNR 컨버터(26)의 과도한 온도 증가를 억제한다.

Description

내연 기관용 배기 정화 장치{EXHAUST PURIFYING APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 배기 통로에 위치한 배기 정화 부재에 연료를 첨가하는 내연 기관용 배기 정화 장치에 관한 것이다.
배기 통로에 위치하는 필터로 배기 가스 내의 입자상 물질(PM)을 포획함으로써 배기 가스를 정화하는 배기 정화 부재가 자동차 디젤엔진과 같은 내연 기관에 채택되어 왔다. 이러한 배기 정화 부재에서는, 포획된 입자상 물질의 축적으로 필터가 막히기 전에 상기 필터 내에 축적된 입자상 물질을 제거함으로써 상기 필터를 재생시켜야 한다.
일본공개특허공보 제2003-20930호에는 필터 내의 입자상 물질을 제거하는 배기 정화 장치가 개시되어 있다. 상기 공보의 배기 정화 장치에서는, 필터가 입자상 물질의 산화를 촉진하는 촉매를 지원하고, 상기 필터 안으로 유동하는 배기 가스에 연료가 첨가된다. 상기 필터에 포획된 입자상 물질은 연료 첨가에 의해 산화(연소)되고, 이에 따라 필터가 재생된다.
배기 정화 부재의 상류 측에 막힘(clogging)이 발생될 때 상술된 바와 같이 연료가 첨가된다면, 다음과 같은 문제점들이 발생하기 쉽다.
막힘이 발생한다면, 배기 가스의 유동이 막힘이 발생한 부분에서 고르지 않게 된다. 그러므로, 상기 부분에서 연소되도록 지원된 연료가 상기 부분의 하류에서 연소된다. 이 경우, 하류 측에 축적되는 입자상 물질 또는 PM 제거공정으로부터 연소되지 않고 남아 있는 입자상 물질, 즉 잔류 입자상 물질이 급격하게 연소되는데, 이는 배기 정화 부재의 온도를 과도하게 증가시킨다. 그 결과, 예컨대 열적 저하(thermal degradation)가 발생할 수도 있다.
막힘이 배기 정화 부재의 상류 측에 발생된 상태는, 막힘이 배기 정화 부재의 상류단에 발생된 상태와 막힘이 상기 배기 정화 부재의 상류에 위치한 배기 정화 촉매에 발생된 상태를 포함한다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 연료가 첨가되는 배기 정화 부재의 과도한 온도 증가를 억제하는 내연 기관용 배기 정화 장치를 제공하는 것이다.
앞선 목적과 기타 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 목적에 따르면, 배기 정화 부재, 연료 첨가 장치, 및 설정부를 구비한 내연 기관용 배기 정화 장치가 제공된다. 상기 배기 정화 부재는 상기 내연 기관의 배기 통로에 위치한다. 상기 배기 정화 부재는 배기 가스 내의 입자상 물질을 포획한다. 상기 연료 첨가 장치는 상기 배기 정화 부재를 통과하는 배기 가스에 연료를 첨가한다. 상기 설정부는, 상기 연료 첨가 장치가 연료를 배기 가스에 첨가하는 상태에서 상기 배기 정화 부재 내의 입자상 물질의 연소율을 추정한다. 상기 추정된 연소율을 토대로, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 장치에 의한 연료 첨가 방식을 설정한다.
본 발명의 여타의 실시형태 및 장점들은 본 발명의 원리들을 예시의 방법을 통해 예시하는 첨부도면들과 연계하여 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 그 목적 및 장점들과 함께, 본 발명의 첨부도면과 함께 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 참조하여 최적으로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치가 적용된 내연 기관 및 그 주변 구조를 예시한 도면;
도 2는 제1실시예에 따른 연료 첨가 설정 순서를 위한 절차를 도시한 흐름도;
도 3은 제1실시예에 따른 연료 첨가 방식을 도시한 타이밍차트;
도 4는 제2실시예에 따른 연료 첨가 설정 순서를 위한 절차를 도시한 흐름도; 및
도 5는 제3실시예에 따른 배기 정화 장치의 구조를 예시한 선도이다.
(제1실시예)
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 내연 기관용 배기 정화 장치를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 제1실시예에 따른 배기 정화 장치가 적용된 내연 기관(10)의 구성예를 예시한다. 상기 내연 기관(10)은 공통 레일연료분사장치 및 터보 차저(11)를 포 함하는 디젤엔진이다. 상기 엔진(10)은 흡기 통로(12), 연소실(13) 및 배기 통로(14)를 포함한다.
상기 흡기 통로(12)는 내연 기관(10)용 흡기시스템을 형성한다. 상기 흡기 통로(12)의 최상류 측에는, 에어 클리너(15)가 위치하고 있다. 상기 에어 클리너(15)로부터 하류 측을 향하여, 기류 계량기(16), 상기 터보 차저(11) 내에 통합된 컴프레서(17), 인터쿨러(18) 및 흡기 스로틀 밸브(19)가 상기 흡기 통로(12) 내에 제공된다. 상기 흡기 통로(12)는 흡기 스로틀 밸브(19)의 하류에 위치한 흡기 매니폴드(20)에서 분기되어, 흡기구(21)들을 통해 내연 기관(10)의 각각의 연소실(13)로 연결되어 있다.
상기 내연 기관(10)용 배기 시스템의 일부를 형성하는 배기 통로(14)에서는, 배기구(22)가 각각의 연소실(13)에 연결되어 있다. 상기 배기구(22)들은 배기 매니폴드(23)를 통해 터보 차저(11)의 배기 터빈(24)에 연결되어 있다. 배기 터빈(24)의 하류에 있는 배기 통로(14)의 일 부분에서는, NOx 촉매 컨버터(25), DPNR 컨버터(26), 및 산화 촉매 컨버터(27)가 상류 측으로부터 이 순서로 제공되어 있다.
상기 NOx 촉매 컨버터(25)는 저장환원NOx 촉매를 지원한다. 상기 NOx 촉매는 배기 가스 내의 산소의 농도가 높을 때 배기 가스 내에 NOx를 저장하고, 상기 저장된 NOx를 배기 가스 내의 산소의 농도가 낮을 때 방출한다. 환원제로서 기능을 하는 연소되지 않은 충분한 양의 연료 성분이 그 주변에 존재한다면, 상기 NOx 촉매는 방출된 NOx를 환원시켜 배기 가스를 정화하게 된다. 상기 NOx 촉매 컨버터(25)는 배기 가스 내의 입자상 물질이 통과하는 배기 정화 촉매를 구성한다.
상기 DPNR 컨버터(26)는 다공성 물질로 만들어져 배기 가스 내의 입자상 물질을 포획한다. 상기 NOx 촉매 컨버터(25)와 같이, 상기 DPNR 컨버터(26)는 저장환원NOx 촉매를 지원한다. 상기 DPNR 컨버터(26)의 NOx 촉매는 방출된 NOx를 환원시켜 배기 가스를 정화하게 된다. 상기 NOx 촉매에 의해 트리거링되는 반응은 상기 포획된 입자상 물질을 산화 및 제거한다. 상기 DPNR 컨버터(26)는 배기 정화 부재를 구성한다.
상기 산화 촉매 컨버터(27)는 산화 촉매를 지원한다. 상기 산화 촉매는 배기 가스 내의 HC 및 CO를 산화시켜 배기 가스를 정화시킨다.
배기 통로(14)의 DPNR 컨버터(26)의 상류 측과 하류 측에는, 제1가스온도센서(28) 및 제2가스온도센서(29)가 각각 제공되어 있다. 상기 제1가스온도센서(28)는 상기 DPNR 컨버터(26) 안으로 유동하는 배기 가스의 온도인 입력가스온도(thci)를 검출한다. 상기 제2가스온도센서(29)는 상기 DPNR 컨버터(26)를 통과한 배기 가스의 온도인 출력가스온도(thco)를 검출한다. 또한, 차동 압력 센서(30)가 배기 통로(14)에 제공된다. 상기 차동 압력 센서(30)는 상기 DPNR 컨버터(26)의 상류 측과 하류 측 간의 압력차(△P)를 검출한다. 산소 센서(31, 32)는 NOx 촉매 컨버터(25)의 상류에 있는 배기 통로(14)의 일 부분과 상기 DPNR 컨버터(26)와 산화 촉매 컨버터(27) 사이의 배기 통로(14)의 일 부분에 각각 위치한다. 상기 산소 센서(31, 32)들은 배기 가스 내의 산소의 농도를 검출한다.
상기 내연 기관(10)은 배기 가스의 일부를 흡기 통로(12) 내의 공기로 복귀시키기 위한 배기 가스순환장치(EGR 장치)를 더 포함한다. 상기 EGR 장치는 배기 통로(14)를 흡기 통로(12)와 연결시키는 EGR 통로(33)를 포함한다. 상기 EGR 통로(33)의 최상류 측은 배기 터빈(24)의 상류에 있는 배기 통로(14)의 일 부분에 연결되어 있다. 상기 EGR 통로(33)에서는, EGR 촉매(34), EGR 쿨러(35) 및 EGR 밸브(36)가 상류 측으로부터 이 순서로 제공되어 있다. 상기 EGR 촉매(34)는 순환된 배기 가스를 개선한다. 상기 EGR 쿨러(35)는 개선된 배기 가스를 냉각시킨다. 상기 EGR 밸브(36)는 개선되어 냉각된 배기 가스의 유량을 조정한다. 상기 EGR 통로(33)의 최하류 측은 상기 흡기 스로틀 밸브(19)의 하류에 있는 흡기 통로(12)의 일 부분에 연결되어 있다.
인젝터(40)가 내연 기관(10)의 각각의 연소실(13)에 제공되어, 연소실(13)에서 연소되도록 연료를 분사하게 된다. 상기 인젝터(40)들은 공통 레일(42)과 고압 연료관(41)으로 연결되어 있다. 고압 연료는 연료 펌프(43)를 통해 공통 레일(42)로 공급된다. 상기 공통 레일(42)의 고압 연료의 압력은 상기 공통 레일(42)에 부착된 레일압력 센서(44)에 의해 검출된다.
상기 연료 펌프(43)는 저압연료를 저압 연료관(45)을 통해 연료 첨가 밸브(46)로 공급할 수 있다. 상기 연료 첨가 밸브(46)는 특정 실린더의 배기구(22)에 제공되어 연료를 배기 터빈(24)으로 분사한다. 이러한 방식으로, 상기 연료 첨가 밸브(46)가 연료를 배기 가스에 첨가한다.
내연 기관(10)의 다양한 제어들을 담당하는 전자 제어 장치(50)는 엔진(10)의 제어와 관련된 다양한 연산공정들을 실행하는 CPU, 제어에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 ROM, 상기 CPU의 연산 결과들을 임시로 저장하기 위한 RAM, 및 신호들을 외부로부터 그리고 외부로 입출력하기 위한 입출력 포트들을 포함한다. 상술된 센서들 이외에, 상기 전자 제어 장치(50)의 입력포트는 엔진(10)의 회전속도(NE)를 검출하기 위한 엔진회전속도센서(51), 액셀러레이터 페달의 감압 정도를 검출하기 위한 액셀러레이터페달센서(52), 및 흡기 스로틀 밸브(19)의 개방 정도를 검출하기 위한 스로틀 밸브센서(53)에 연결되어 있다. 상기 전자 제어 장치(50)의 출력 포트는 상기 흡기 스로틀 밸브(19)를 구동하기 위한 구동회로, 인젝터(40), 연료 펌프(43), 연료 첨가 밸브(46) 및 EGR 밸브(36)에 연결되어 있다.
상술된 센서들로부터의 신호들을 토대로, 상기 전자 제어 장치(50)는 엔진(10)의 작동 상태를 파악한다. 파악된 작동 상태에 따라, 전자 제어 장치(50)는 출력 포트에 연결된 장치들의 구동회로들에 공통 신호들을 출력한다. 상기 전자 제어 장치(50)는 인젝터(40)로부터의 연료분사량 및 타이밍의 제어, 흡기 스로틀 밸브(19)의 개방 정도의 제어, 및 상기 EGR 밸브(36)의 개방 정도 제어에 기초한 EGR제어와 같은 다양한 제어 절차들을 실행한다.
상기 전자 제어 장치(50)는 상기 제어들 중 일부로서 연료 첨가 밸브(46)로부터 배기 가스에 연료를 첨가한다. 상기 연료 첨가 밸브(46)는 다음과 같은 제어들, 즉 PM 제거 제어, NOx 환원 제어, 및 S 해제 제어를 하는 동안에 배기 가스에 연료를 첨가한다.
상기 PM 제거 제어는 DPNR 컨버터(26)에 의해 포획된 입자상 물질을 연소시켜 상기 입자상 물질을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 배출시키기 위해 실행된다. 이는 DPNR 컨버터(26)의 막힘을 제거한다. 상기 PM 제거 제어에 있어서, 연료 첨가 밸브(46)는 배기 가스에 연료를 연속적으로 첨가함으로써, 상기 첨가된 연료를 배기 가스 내에서 그리고 촉매 상에서 산화시킨다. 산화에 의해 발생되는 열은 촉매층 온도를 높이는데 사용된다(예컨대, 600℃ 내지 700℃로). 이에 따라, 입자상 물질이 연소된다.
상기 NOx 환원 제어는 NOx 촉매 컨버터(25)에 의해 저장된 NOx 및 상기 DPNR 컨버터(26)의 NOx 촉매를 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 환원시켜 그들을 해제하기 위해 실행된다. 상기 NOx 환원 제어시, 상기 연료 첨가 밸브(46)는 소정의 간격으로 배기 가스에 연료를 간헐적으로 첨가하므로, 상기 NOx 촉매 주위의 배기 가스는 산소농도가 일시적으로 낮게 되고 대량의 연소되지 않은 연료 성분을 함유하도록 한다. 다시 말해, 리치 스파이크(rich spike)가 간헐적으로 실행된다. 이는 NOx 촉매로부터의 NOx의 해제 및 NOx의 환원을 촉진시킨다. 즉, NOx가 감소되어 정화된다.
상기 S 해제 제어는 황산화물(SOx)이 NOx 촉매에 의해 저장될 때 저하되는 NOx저장성능을 복원하기 위해 실행된다. S 해제 제어가 개시되면, 연료 첨가 밸브(46)는 상기 PM 제거 제어에서와 같이 배기 가스에 연료를 연속적으로 첨가함으로써, 촉매층 온도를 높이게 된다(예컨대, 600℃ 내지 700℃ 범위의 온도까지). 그런 다음, NOx 환원 제어에서, 연료 첨가 밸브(46)는 리치 스파이크를 수행하기 위해 배기 가스에 연료를 간헐적으로 첨가시킨다. 이는 NOx 촉매들로부터의 SOx의 해 제 및 상기 SOx의 환원을 촉진시킨다. 이에 따라, 상기 NOx저장성능이 복원된다.
내연 기관(10)에 있어서, 인젝터(40)는 PM 제거 제어 동안 또는 촉매층 온도가 S 해제 제어 시에 증가되고 있는 동안 후분사를 실행할 수도 있다. 상기 후분사는 연료가 연소실(13)로 분사되어 연료가 연소실(13)에서 연소되도록 하는 주분사 이후에 수행되는 분사이다. 후분사에 의해 분사되는 대부분의 연료는 연소실(13)에서 연소되지 않고 배기 통로로 배출된다. 상기 후분사는 배기 가스 내의 연소되지 않은 연료 성분들의 양을 증가시켜 촉매층 온도가 높아지는 것을 촉진시킨다. 상기 연료 첨가 밸브(46), 후분사 등은 첨가 장치를 구성한다.
상술된 바와 같이, 제1실시예는 배기 통로에 위치하는 연료 첨가 밸브(46)로부터 배기 가스에 연료를 첨가하거나, 또는 상황에 따라 인젝터(40)로부터 후분사를 실행함으로써, 내연 기관(10)의 배기 정화성능을 유지한다.
연료가 상술된 바와 같이 막힘이 NOx 촉매 컨버터(25)의 상류단에서 발생될 때 첨가된다면, 다음과 같은 문제점들이 발생하기 쉽다.
즉, 막힘이 발생하면, NOx 촉매 컨버터(25) 내의 배기 가스의 유동이 고르지 않게 된다. 그러므로, 상기 NOx 촉매 컨버터(25) 내에서 연소되게 되어 있는 연료가 상기 NOx 촉매 컨버터(25)의 하류에 위치한 DPNR 컨버터(26)에서 연소된다. 나아가, 상기 DPNR 컨버터(26)에 축적되는 입자상 물질 또는 PM 제거공정으로부터 연소되지 않고 남아 있는 입자상 물질, 즉 잔류 입자상 물질이 급격하게 연소되어, 상기 DPNR 컨버터(26)의 온도를 과도하게 증가시킨다. 그 결과, 예컨대 열적 저하가 발생할 수도 있다. 이러한 현상은 상기 NOx 촉매 컨버터(25)의 상류부가 열로 저하될 때 발생하기 쉽다.
제1실시예에서, 연료 첨가 밸브(46)에 의해 배기 가스에 연료를 첨가하기 위한 제어로서 연소 제어가 부가된다. 상기 제1실시예는 연소 제어를 실행하기 위해 적절하게 설정된 요건들에 의해 DPNR 컨버터(26)의 온도가 과도하게 증가하는 것을 억제시킨다.
연소 제어에서는, 연료가 연료 첨가 밸브(46)로부터 배기 가스로 간헐적으로 첨가된다. 이에 따라, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.
NOx 촉매 컨버터(25) 및 DPNR 컨버터(26)에 첨가되는 연료가 유지되면, 상기 연료는 각각의 컨버터(25, 26)의 상류부에서 계속해서 연소된다. 따라서, 고온의 배기 가스가 각각의 컨버터(25, 26)의 하류부로 계속해서 보내진다. 그러므로, NOx 촉매 컨버터(25) 및 DPNR 컨버터(26)의 온도는 하류부를 향해 증가한다. 따라서, 입자상 물질은 상기 DPNR 컨버터(26)의 상류부에 남아 있는 경향이 있다. 연료가 계속해서 첨가되면, DPNR 컨버터(26)의 상류에 위치하는 NOx 촉매 컨버터(25)의 온도가 낮게 유지되는 경향이 있다. 그러므로, 입자상 물질이 NOx 촉매 컨버터(25)의 전단부 상에 용이하게 수집된다. 그 결과, 막힘이 발생할 수도 있다.
다른 한편으로, 배기 가스에 연료를 간헐적으로 첨가하면, 고온의 가스가 상기 NOx 촉매 컨버터(25) 및 DPNR 컨버터(26)의 하류부로 계속해서 보내지는 것이 방지된다. 이는 각각의 컨버터(25 또는 26)의 온도 분포가 고르지 않은 것을 억제한다. 그 결과, DPNR 컨버터(26)에 부분적으로 남아 있는 입자상 물질의 양이 감소되고, 상기 NOx 촉매 컨버터(25)의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양도 감소된다.
간헐적인 연료 첨가는 DPNR 컨버터(26)에 부분적으로 남아 있는 입자상 물질의 양과 NOx 촉매 컨버터(25)의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양을 감소시키지만, 연료가 연속적으로 첨가되는 경우에 비해 입자상 물질의 산화가 촉진된다. 그러므로, 입자상 물질의 연소율이 증가되는데, 이는 DPNR 컨버터(26)의 온도를 과도하게 증가시킬 수도 있다. 따라서, 연료는 입자상 물질의 잔류량이 적을 때 간헐적으로 첨가되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1실시예에서는, 입자상 물질의 연소율이 연료 첨가시에 추정된다. 연료 첨가 방식은 그 후에 상기 추정된 연소율을 토대로 결정된다. 보다 구체적으로는, PM 제거 제어의 연속 연료 첨가 또는 연소 제어의 간헐 연료 첨가가 연료 첨가 방식으로 설정된다.
이하, 연료 첨가 설정 순서를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 일련의 공정들은 연료 첨가 설정 순서를 위한 절차를 나타내고, 전자 제어 장치(50)에 의해 반복해서 실행된다. 상기 연료 첨가 설정절차는 설정부를 구성한다.
상기 순서가 개시되면, 전자 제어 장치(50)는 PM 제거 제어가 단계 S110에서 실행 중인지의 여부를 판정한다. 상기 PM 제거 제어는 별도의 공정에 의해 추정되는 DPNR 컨버터(26) 내의 PM 축적량(PMsm)이 PM 제거 기준값(PMstart)에 도달할 때 실행된다. 상기 추정된 PM 축적량(PMsm)은 다음과 같은 수학식 1을 이용하여 연산된다.
PMsm ← Max [PMsm + PMe - PMc, 0]
PMsm : PM 축적량
PMe : PM 방출량
PMc : PM의 산화량
상기 PM 방출량(PMe)은 내연 기관(10)의 연소실들로부터 방출되는 입자상 물질의 양이다. 상기 PM 방출량(PMe)은 사전에 미리 실험들을 통해 얻어진 맵, 즉 파라미터로서 엔진회전속도(NE) 및 엔진부하(인젝터(40)로부터의 연료분사량)를 포함하는 PM 방출량 연산맵에 따라 연산된다.
상기 산화량(PMc)은 산화에 의해 정화되는 DPNR 컨버터(26)에 의해 포획되는 입자상 물질의 양이다. 상기 산화량(PMc)은 사전에 미리 실험들을 통해 얻어진 맵, 즉 파라미터로서 기류 계량기(16)에 의해 검출되는 흡기량(Ga) 및 DPNR 컨버터(26)의 층온도(본 실시예에서, 제2가스온도센서(29)에 의해 검출되는 출력가스온도(thco))를 포함하는 산화량 연산맵에 따라 연산된다.
수학식 1의 우변의 PM 축적량(PMsm)은 앞선 실행에서 연산된 PM 축적량(PMsm)의 값이다. 우변의 Max는 괄호 안의 값들에서 최대값을 추출하기 위한 연산자이다. 그러므로 "PMsm + PMe - PMc"가 양의 값을 가진다면, 현재 PM 축적량(PMsm)으로 사용된다. 만일 "PMsm + PMe - PMc"가 음의 값을 가진다면, PM 축적량(PMsm)으로 0이 사용된다. 만일 PM 방출량(PMe)이 내연 기관(10)의 작동 상태로 인하여 산화량(PMc)보다 계속 크다면(PM 방출량(PMe)>산화량(PMc)), 추정된 PM 축적량(PMsm)이 점진적으로 증가한다. 다른 한편으로, 연료가 첨가되면, PM 방출량(PMe)은 산화량(PMc)보다 적게 되고(PM 방출량(PMe)<산화량(PMc)), 상기 추정된 PM 축적량(PMsm)은 점차 감소한다.
단계 S110에서, PM 제거 제어가 실행 중이 아니라고 판정된다면, 즉 단계 S110의 판정 결과가 부정적이면, 전자 제어 장치(50)는 상기 순서를 일시적으로 보류한다.
다른 한편으로, PM 제거 제어가 실행 중이라고 판정된다면, 즉 단계 S110의 판정 결과가 긍정적이면, 전자 제어 장치(50)는 단계 S120으로 진행된다. 단계 S120에서, 전자 제어 장치(50)는 현재 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 작거나 같은 지의 여부를 판정한다.
DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 축적량이 증가함에 따라, 입자상 물질의 연소율이 증가한다. 즉, 입자상 물질이 급격하게 연소되어, DPNR 컨버터(26)의 온도가 과도하게 증가되기 쉽다. 그러므로, 입자상 물질의 연소율은 PM 축적량(PMsm)을 토대로 추정되어야 한다. 상기 판정값(A)은, 연소 제어의 간헐연소첨가가 실행되더라도 DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질이 급격하게 연소되지 않아 상기 DPNR 컨버터(26)의 열적 저하가 발생되지 않도록, 현재 PM 축적량(PMsm)이 충분히 작은 지의 여부를 판정하기 위한 값으로 설정된다. 상기 판정값(A)은 PM 제거기준값(PMstart)보다 작은 값이고, 사전에 미리 수행된 실험들을 통해 최적화된다.
만일 현재 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 크다고 판정된다면, 즉 단계 S120의 판정 결과가 부정적이라면, 전자 제어 장치(50)는 대량의 입자상 물질이 여전히 DPNR 컨버터(26) 내에 남아 있어, 연료가 간헐적으로 첨가되는 경우에 상기 입자상 물질이 DPNR 컨버터(26)에서 급격하게 연소될 가능성이 있다고 판정한다. 따라서, 전자 제어 장치(50)가 단계 S130으로 진행되어 상기 PM 제거 제어의 연속 연료 첨가 실행이 유지된다. 그 후, 상기 전자 제어 장치(50)는 상기 순서를 임시로 보류한다.
다른 한편으로, DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 양이 상기 PM 제거 제어를 계속하여 감소되어, 현재 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 작거나 같다고 판정된다면, 즉 단계 S120의 판정 결과가 긍정적이라면, 상기 전자 제어 장치(50)는 간헐 연료 첨가가 상기 DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 급작스런 연소를 유발하지 않을 것으로 여긴다. 그러므로, 전자 제어 장치(50)는 단계 S140으로 진행되어, 연소 제어의 간헐 연료 첨가를 실행한다. 상기 전자 제어 장치(50)는 그 후에 현재 공정을 일시적으로 보류한다.
상기 요건들이 만족되어 연소 제어의 간헐 연료 첨가가 실행되는 경우, DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 잔류량은 소정량만큼 감소된다. 그러므로, 연료는 미리 정해진 횟수만(제1실시예에서는 3회) 간헐 연료 첨가로 첨가된다. 이는 연료 첨가에 의해 야기되는 연료 소비의 저하를 억제한다. 연료가 첨가되는 횟수는 필요에 따라 변경될 수도 있다.
도 3은 연료 첨가 설정 순서가 실행될 때 PM 축적량(PMsm) 및 연료 첨가 방식의 변동을 보여준다. 도 3에서, PM 축적량(PMsm)은 시간 t0에서 PM 제거기준값(PMstart)에 도달하였고, PM 제거 제어가 이미 실행되고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 양은 PM 제거 제어의 연속 연료 첨가에 의해 감소하고, 상기 PM 축적량(PMsm)은 점차 감소한 다. 시간 t0으로부터 시간 t1까지인 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 큰 주기 동안, 상기 연속 연료 첨가가 연료 첨가 방식으로 설정된다. PM 축적량(PMsm)이 시간 t1에서 판정값(A)보다 작거나 같게 되면, 간헐 연료 첨가가 연료 첨가 방식으로 설정된다. 연료가 간헐 연료 첨가에서 3회 첨가된 후, 연료 첨가가 종료된다. 시간 t1 이후, NOx 촉매 컨버터(25)의 전단부 상에 수집된 입자상 물질의 양은 간헐 연료 첨가를 실행하여 감소된다. 이는 DPNR 컨버터(26) 내의 잔류 입자상 물질의 산화를 촉진한다.
만일 간헐 연료 첨가가 보다 긴 주기 동안 계속된다면, 특히 DPNR 컨버터(26)의 상류부에 있는 잔류 입자상 물질, 즉 연속 연료 첨가에 의해 충분히 연소되지 않았을 수도 있는 입자상 물질이 충분히 연소된다.
본 실시예는 다음과 같은 장점들을 가진다.
(1) DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 연소율은 연료가 첨가될 때 추정된다. 보다 구체적으로는, 입자상 물질의 연소율은 DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 추정 축적량(PMsm)을 토대로 추정된다. 추정된 연소율을 토대로, 연료 첨가 방식이 결정된다. 그러므로, 연료 첨가 방식은 입자상 물질의 추정 연소율에 따라 설정된다. 이는 연료가 첨가되는 DPNR 컨버터(26)의 온도가 과도하게 높아지는 것을 신뢰성 있게 억제한다.
(2) 만일 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율보다 낮다고 가정한다면, 또는 보다 구체적으로는, PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 작거나 같다면, 연료 첨가 방식은 간헐 연료 첨가로 설정된다. 그러므로, DPNR 컨버터(26)의 온도는 NOx 촉매 컨버터(25)의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양을 줄이고, 입자상 물질이 DPNR 컨버터(26) 내에 부분적으로 남게 되는 것을 억제하는 동안, 과도하게 높아지는 것이 방지된다.
(3) 간헐 연료 첨가는 미리 정해진 횟수만 수행된다. 그러므로, 연료 첨가에 의해 야기되는 연료 소비의 저하가 적절한 방식으로 억제된다.
(4) 만일 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율을 초과한다고 가정하면, 또는 보다 구체적으로는 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 크다면, 연료 첨가 방식은 연속 연료 첨가로 설정된다. 그러므로, DPNR 컨버터(26) 내에 축적되는 입자상 물질의 급작스런 산화를 억제하면서, 입자상 물질의 양이 적절한 방식으로 감소된다.
(제2실시예)
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 내연 기관용 배기 정화 장치를 도 4를 참조하여 설명한다.
제1실시예에서는, 입자상 물질의 연소율이 PM 축적량(PMsm)을 토대로 추정된다. DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 축적량이 증가함에 따라, 상기 DPNR 컨버터(26) 내의 방출저항이 증가한다. 그러므로, DPNR 컨버터(26)의 상류단에서의 압력과 DPNR 컨버터(26)의 하류단에서의 압력 간의 차이가 증가한다. 따라서, 입자상 물질의 축적량, 다시 말해 입자상 물질의 연소율이 상기 압력차를 토대로 추정된다. 입자상 물질의 연소율은 그러므로 제2실시예에서 DPNR 컨버터(26)의 상류 측과 하류 측 간의 압력차(△P)를 토대로 추정된다.
즉, 도 4에 도시된 제2실시예의 연료 첨가 설정 순서를 위한 절차에서는, 전자 제어 장치(50)가 흡기량(Ga)에 대한 압력차(△P)의 비율(△P/Ga)이 도 2의 단계 S120의 공정, 즉 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 작거나 같은 지의 여부를 판정하는 대신에, 단계 S210에서 압력차 판정값(Dp)보다 작거나 같은 지의 여부를 판정한다. 다른 단계들은 제1실시예와 동일하다. 도 4에서, 동일한 도면 부호들은 도 2에서와 동일한 공정들에 주어진다.
DPNR 컨버터(26) 내의 PM 축적량을 추정하는 경우, 추정 정확성은 배기 가스의 유량에 대한 압력차(△P)의 비율(△P/배기 가스 유량)을 이용하여 개선된다. 흡기량(Ga)은 배기 가스의 유량에 정비례하므로, 상기 흡기량(Ga)에 대한 압력차(△P)의 비율(△P/Ga)을 이용하면 정확성이 떨어지지 않을 것이다. 상기 값(△P/GA)을 판정값(Dp)과 비교하는 대신, 배기 가스의 압력차로 사용되어 배기유량(또는 흡기량(GA))으로 증가되는 값과 비교될 수도 있는 압력차(△P)가 증가된다. 예를 들면, 압력차(△P)는 값(Dp x GA)과 비교될 수도 있다. 나아가, 상기 압력차(△P)가 단순히 소정의 판정값과 비교될 수도 있다.
도 4의 단계 S210의 판정 공정에서, 상기 값(△P/GA)이 압력차 판정값(Dp)보다 크다고 판정된다면, 전자 제어 장치(50)는 대량의 입자상 물질이 여전히 DPNR 컨버터(26) 내에 남아 있어, 간헐 연료 첨가가 수행되는 경우에 상기 DPNR 컨버터(26)에서 갑작스런 연소가 발생할 가능성이 있다고 판정한다. 그러므로, 전자 제어 장치(50)가 단계 S130으로 진행되어 상기 PM 제거 제어의 연속 연료 첨가 실행이 유지된다. 그 후, 상기 전자 제어 장치(50)는 현재 공정을 일시적으로 보류한 다.
다른 한편으로, DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 양이 상기 PM 제거 제어를 계속하여 감소되어, 상기 값(△P/GA)이 압력차 판정값(Dp)보다 작거나 같다고 판정된다면, 즉 단계 S210의 판정 결과가 긍정적이라면, 상기 전자 제어 장치(50)는 간헐 연료 첨가가 상기 DPNR 컨버터(26) 내의 입자상 물질의 급작스런 연소를 유발하지 않을 것으로 간주한다. 그러므로, 전자 제어 장치(50)는 단계 S140으로 진행되어, 연소 제어의 간헐 연료 첨가를 실행한다. 상기 전자 제어 장치(50)는 그 후에 현재 공정을 일시적으로 보류한다.
이러한 구성예는 또한 제1실시예와 동일한 장점들을 제공한다.
(제3실시예)
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 내연 기관용 배기 정화 장치를 도 5를 참조하여 설명한다.
제3실시예는, 배기 정화 장치가 제1실시예의 NOx 촉매 컨버터(25) 및 DPNR 컨버터(26)와 같은 2개의 컨버터 대신에 도 5에 도시된 DPNR 컨버터(126)를 구비한다는 점에서 상기 제1실시예와 다르다. 제1실시예와 같이, DPNR 컨버터(126) 안으로 유동하는 배기 가스의 온도인 입력가스온도(thci)는 제1가스온도센서(28)에 의해 검출된다. 상기 DPNR 컨버터(126)를 통과한 배기 가스의 온도인 출력가스온도(thco)는 제2가스온도센서(29)에 의해 검출된다. 차동 압력 센서(30)는 상기 DPNR 컨버터(126)의 상류 측과 하류 측 간의 압력차(△P)를 검출한다.
이러한 구조에 의하면, 연료가 DPNR 컨버터(126)에 첨가되고 있는 것이 유지 될 때, 상기 연료는 상기 DPNR 컨버터(126)의 상류부에서 계속 연소된다. 따라서, 고온의 배기 가스가 계속해서 DPNR 컨버터(126)의 하류부로 보내지게 된다. 그러므로, DPNR 컨버터(126)의 온도는 하류부 쪽으로 증가하기 쉽다. 따라서, 입자상 물질이 상기 DPNR 컨버터(126)의 상류부에 남아 있는 경향이 있다. 연료가 연속적으로 첨가되면, DPNR 컨버터(126)의 상류부의 온도는 낮게 유지되는 경향이 있다. 그러므로, 입자상 물질이 DPNR 컨버터(126)의 상단부 상에 모이기 쉽다. 그 결과, 막힘이 발생할 수도 있다.
다른 한편으로, 배기 가스에 연료를 간헐적으로 첨가하면, 고온의 배기 가스가 DPNR 컨버터(126)의 하류부로 계속해서 보내지는 것이 방지된다. 이는 DPNR 컨버터(126)의 온도 분포가 고르지 않게 되는 것을 억제한다. 그러므로, DPNR 컨버터(126) 내에 부분적으로 남아 있는 입자상 물질의 양이 감소되어, 상기 DPNR 컨버터(126)의 전단부에 모인 입자상 물질의 양도 적절한 방식으로 감소된다. 간헐 연료 첨가는 입자상 물질이 DPNR 컨버터(126)에 부분적으로 남아 있는 것을 억제하여, 상기 DPNR 컨버터(126)의 전단부에 모이는 입자상 물질의 양을 감소시키지만, 연속 연료 첨가가 수행되는 경우에 비해 입자상 물질의 산화가 촉진된다. 그러므로, 연소율이 증가되어, DPNR 컨버터(126)의 온도가 과도하게 증가될 수도 있다. 즉, 제1실시예와 동일한 문제점이 제3실시예에서도 발생할 수 있다.
그러므로, 제1실시예에 기재된 연료 첨가 설정 순서 또한 제3실시예에서 실행된다. 제3실시예는 따라서 제1실시예와 동일한 장점, 즉 다음과 같은 장점들을 가진다.
(1) DPNR 컨버터(126) 내의 입자상 물질의 연소율은 연료가 첨가될 때 추정된다. 보다 구체적으로는, 입자상 물질의 연소율은 DPNR 컨버터(126) 내의 입자상 물질의 추정 축적량(PMsm)을 토대로 추정된다. 추정된 연소율을 토대로, 연료 첨가 방식이 결정된다. 그러므로, 연료 첨가 방식은 입자상 물질의 추정 연소율에 따라 설정된다. 이는 연료가 첨가되는 DPNR 컨버터(126)의 온도가 과도하게 높아지는 것을 신뢰성 있게 억제한다.
(2) 만일 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율보다 낮다고 가정한다면, 또는 보다 구체적으로는, PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 작거나 같다면, 연료 첨가 방식은 간헐 연료 첨가로 설정된다. 그러므로, DPNR 컨버터(126)의 온도는 상기 DPNR 컨버터(126)의 전단부에 수집된 입자상 물질의 양을 줄이고, 입자상 물질이 DPNR 컨버터(126) 내에 부분적으로 남게 되는 것을 억제하는 동안, 과도하게 높아지는 것이 방지된다.
(3) 간헐 연료 첨가는 미리 정해진 횟수만 수행된다. 그러므로, 연료 첨가에 의해 야기되는 연료 소비의 저하가 적절한 방식으로 억제된다.
(4) 만일 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율을 초과한다고 가정하면, 또는 보다 구체적으로는 PM 축적량(PMsm)이 판정값(A)보다 크다면, 연료 첨가 방식은 연속 연료 첨가로 설정된다. 그러므로, DPNR 컨버터(126) 내에 축적되는 입자상 물질의 급작스런 산화를 억제하면서, 입자상 물질의 양이 적절한 방식으로 감소된다.
상기 실시예들은 다음과 같이 수정될 수도 있다.
상기 실시예들 각각에 있어서, 입자상 물질의 연소율은 PM 축적량(PMsm) 및 압력차(△P)를 이용하여 추정될 수도 있다.
상기 실시예들 각각에 있어서, PM 축적량(PMsm) 및 압력차(△P)는 입자상 물질의 연소율을 추정하는데 사용된다. 다른 한편으로, 입력가스온도(thci)와 출력가스온도(thco)간의 차이는 PM 축적량이 증가함에 따라 증가하는 경향이 있으므로, 입자상 물질의 연소율은 온도차를 이용하여 추정될 수도 있다. 상기 예시로는, 입자상 물질의 연소율이 추정되는 한 여타의 값들이 사용될 수도 있다.
제3실시예에서, 제2실시예에 기재된 연료 첨가 설정 순서가 수행될 수도 있다. 이러한 구성예는 또한 제2실시예와 동일한 장점을 제공한다.
기류 계량기(16)에 의해 흡기량(Ga)을 검출하는 대신, 배기 가스의 유량은 엔진회전속도(NE) 및 연료분사량과 같은 내연 기관(10)의 작동 상태를 토대로 연산될 수도 있다. 상기 연산된 배기 가스의 유량이 흡기량(Ga) 대신에 사용될 수도 있다.
상기 NOx 촉매 컨버터(25)는 여타의 촉매 컨버터일 수도 있고, 또는 DPNR 컨버터(26, 126)는 입자상 물질을 포획하는 기능만을 갖는 필터일 수도 있다. 이들 경우에도, 본 발명이 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
그러므로, 본 예시들과 실시예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 주어진 상세로 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 내연 기관용 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 내연 기관의 배기 통로에 위치하여 배기 가스 내의 입자상 물질을 포획하는 배기 정화 부재;
    상기 배기 정화 부재를 통과하는 배기 가스에 연료를 첨가하기 위한 연료 첨가 장치; 및
    상기 연료 첨가 장치가 상기 배기 가스에 연료를 첨가하는 상태에서, 상기 배기 정화 부재 내의 입자상 물질의 연소율을 추정하는 설정부를 포함하되,
    추정된 상기 연소율을 토대로, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 장치에 의한 연료 첨가 방식을 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  2. 내연 기관용 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 내연 기관의 배기 통로에 위치하여, 배기 가스가 통과하는 배기 정화 촉매;
    상기 배기 정화 촉매의 하류에 있는 상기 배기 통로의 일 단면에 위치하여, 배기 가스 내의 입자상 물질을 포획하는 배기 정화 부재;
    상기 배기 정화 촉매 및 상기 배기 정화 부재를 통과하는 배기 가스에 연료를 첨가하기 위한 연료 첨가 장치; 및
    상기 연료 첨가 장치가 상기 배기 가스에 연료를 첨가하는 상태에서, 상기 배기 정화 부재 내의 입자상 물질의 연소율을 추정하는 설정부를 포함하되,
    추정된 상기 연소율을 토대로, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 장치에 의한 연료 첨가 방식을 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 연료 첨가 방식을, 연료가 배기 가스에 연속적으로 첨가되는 연속 연료 첨가와 연료가 배기 가스에 간헐적으로 첨가되는 간헐 연료 첨가 간에 전환하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율보다 낮다고 가정하는 경우, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 방식을 상기 간헐 연료 첨가로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 간헐 연료 첨가시, 상기 설정부는 연료를 미리 정해진 횟수로만 배기 가스에 첨가하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율을 초과한다고 가정하는 경 우, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 방식을 상기 연속 연료 첨가로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율보다 낮다고 가정하면, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 방식을 상기 간헐 연료 첨가로 설정하고, 상기 입자상 물질의 연소율이 미리 정해진 비율을 초과한다고 가정하면, 상기 설정부는 상기 연료 첨가 방식을 상기 연속 연료 첨가로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는, 상기 배기 정화 부재 내의 입자상 물질의 추정 축적량을 토대로, 상기 입자상 물질의 연소율을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 설정부에 의해 추정된 상기 입자상 물질의 연소율은, 상기 추정 축적량이 많아질수록 높아지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는, 상기 배기 정화 부재의 상류 측과 하류 측 간의 압력차를 토대로 상기 입자상 물질의 연소율을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 설정부에 의해 추정되는 상기 입자상 물질의 연소율은, 상기 압력차가 커질수록 높아지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는, 상기 배기 정화 부재 내의 입자상 물질의 추정 축적량 및 상기 배기 정화 부재의 상류 측과 하류 측 간의 압력차를 토대로 상기 입자상 물질의 연소율을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는, 상기 내연 기관의 흡기량에 대한 상기 배기 정화 부재의 상류 측과 하류 측 간의 압력차의 비율을 토대로 상기 입자상 물질의 연소율을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 설정부는, 상기 배기 정화 부재 안으로 유동하는 배기 가스의 온도와 상기 배기 정화 부재를 통과한 배기 가스의 온도 간의 차이를 토대로 상기 입자상 물질의 연소율을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 정화 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060236680A1 (en) * 2005-04-26 2006-10-26 Wenzhong Zhang Method for regenerating a diesel particulate filter
JP4702318B2 (ja) 2007-04-10 2011-06-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP5024066B2 (ja) * 2008-01-16 2012-09-12 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置
DE102008039586B4 (de) * 2008-03-26 2017-10-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verkokung entgegenwirkendes Einspritzsystem für Partikelfilter
US8268067B2 (en) 2009-10-06 2012-09-18 3M Innovative Properties Company Perfluoropolyether coating composition for hard surfaces
GB0922195D0 (en) * 2009-12-21 2010-02-03 Johnson Matthey Plc Improvements in NOx traps
JP2012241608A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Denso Corp 内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003020930A (ja) * 2001-07-09 2003-01-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
US20030230076A1 (en) * 2002-06-18 2003-12-18 Choong-Il Kwon Filter regeneration system for eliminating particulate matter generated in a diesel engine
US20040013579A1 (en) * 2000-05-17 2004-01-22 Johannes Schaller Device for treating exhaust gases

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE317941T1 (de) * 1998-11-06 2006-03-15 Ceryx Asset Recovery Llc Integrierte vorrichtung zur entfernung von verunreinigungen aus einem fluidstrom in einem magerklima mit wärmerückgewinnung
DE10043613A1 (de) * 2000-08-02 2002-02-14 Fev Motorentech Gmbh Regenerierbare Filteranordnung zur Reinigung von Abgasen einer Kolbenbrennkraftmaschine
JP2002227688A (ja) 2001-02-01 2002-08-14 Nissan Motor Co Ltd ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP3846309B2 (ja) 2001-02-05 2006-11-15 日産自動車株式会社 排気浄化装置
JP3512010B2 (ja) * 2001-02-06 2004-03-29 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の制御装置
JP4635373B2 (ja) 2001-05-11 2011-02-23 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化装置、および排気ガスの浄化方法
JP3835241B2 (ja) * 2001-10-15 2006-10-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3929296B2 (ja) * 2001-11-30 2007-06-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP3757860B2 (ja) * 2001-12-18 2006-03-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4001019B2 (ja) 2002-01-28 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 ディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法
JP4080235B2 (ja) 2002-05-14 2008-04-23 日産ディーゼル工業株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP4092464B2 (ja) * 2002-06-28 2008-05-28 日産自動車株式会社 排気浄化装置
JP2004036405A (ja) 2002-06-28 2004-02-05 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化装置
US7031827B2 (en) * 2003-04-11 2006-04-18 Ford Global Technologies, Llc Computer algorithm to estimate particulate filter regeneration rates
JP4446840B2 (ja) * 2004-08-30 2010-04-07 株式会社日本自動車部品総合研究所 堆積量推定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013579A1 (en) * 2000-05-17 2004-01-22 Johannes Schaller Device for treating exhaust gases
JP2003020930A (ja) * 2001-07-09 2003-01-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
US20030230076A1 (en) * 2002-06-18 2003-12-18 Choong-Il Kwon Filter regeneration system for eliminating particulate matter generated in a diesel engine

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