KR100830382B1 - 내연기관의 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 - Google Patents

내연기관의 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 Download PDF

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Abstract

포집기는 내연기관에 병렬로 연결된 한 쌍의 배기가스 통로에 각각 제공된다. 각 포집기는 배기가스에 함유된 흑연입자(정화되지 않은 물질)를 포집한다. 한 쌍의 압력차 검출기 중 하나는 한 포집기의 상류와 하류간의 제 1 압력차를 검출하고, 다른 압력차 검출기는 다른 포집기의 상류와 하류간의 제 2 압력차를 검출한다. 각 포집기에서 흑연입자를 제거하는 재생처리의 종료 직후에, 제어 컴퓨터는 제 1 압력차 및 제 2 압력차에 기초해서 각 배기가스 통로에서의 배기가스 유량을 추정한다.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 {EXHAUST GAS PURIFYING DEVICE AND EXHAUST GAS PURIFYING METHOD IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 배기가스에 포함된 정화되지 않은 물질을 포집하는 복수의 포집기를 병렬로 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법에 관한 것이다.
내연기관에서 발생한 배기가스에서 정화되지 않은 물질(흑연입자(black smoke particles), 산화질소)을 포집하는 포집기를 배기통로에 제공하는 구성이, 예로써 특허문헌 1 과 2 에 개시되어 있다. 특허문헌 1 은, 흑연입자를 포집하는 필터의 포집 기능을 재생시키기 위해서, 포집된 흑연입자를 가열하고 끓게 하는 기술을 개시한다. 특허문헌 2 는, 온도센서로 NOX 촉매의 하류부에서 배기가스의 온도를 검출하고, NOX 촉매를 재생시키기 위해서 이러한 온도 검출결과에 기초해서 NOX 촉매의 온도를 증가시키는 기술을 개시한다.
배기가스의 온도에 기초해서 포집기의 온도를 제어할 때, 온도센서에 의해 검출된 배기가스의 온도를 사용하여 배기가스의 에너지를 추정하여 이 추정된 배기 가스 에너지에서 포집기의 온도를 추정하는 것이 가능하다. 배기가스 에너지는 배기가스의 온도와 내연기관에 보내지는 공기 유량의 곱에 의해 구해진다. 공기 유량은 배기가스 유량을 반영한다. 단일의 배기통로가 있고 포집기가 그 배기통로에 있는 경우에, 공기 유량은 단일 배기통로에서 배기가스 유량을 정확하게 반영하여 그 배기가스 에너지의 값이 정확하게 추정된다.
하지만, 포집기가 병렬로 배치된 복수의 배기통로 각각에 제공되고 배기경로의 배기저항의 변화가 있는 경우에, 예컨대 배기가스 유량의 변화가 있는 경우에, 각 배기경로내의 배기가스 에너지를 정확하게 추정하는 것이 불가능하다. 더 구체적으로, 각 배기경로에서의 배기가스 에너지는 검출된 공기 유량을 배기통로의 수로 나누어서 구해진 값과 배기가스의 온도를 곱해서 구해질 수 있다. 하지만, 복수의 배기통로에서 배기가스의 유량의 변화가 있는 경우에, 공기 유량을 배기통로의 수로 나누어서 구해진 값은 각 배기통로에서의 배기가스 유량을 정확하게 반영하지 못한다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 제 58-28505 호
[특허문헌 2] 일본 특허공개공보 제 11-117786 호
본 발명의 목적은 배기가스에 함유된 정화되지 않은 물질을 포집하기 위한 복수의 포집기에 대응하는 각각의 배기경로내의 배기가스 유량을 정확하게 추정하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 병렬로 배치된 복수의 배기통로를 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치를 대상으로 한다. 본 발명의 제 1 양태는, 배기경로에 각각 제공된 배기가스에 포함된 정화되지 않은 물질을 포집하기 위한 복수의 포집기, 각 포집기의 상류와 하류간의 압력차를 검출하기 위한 복수의 압력차 검출수단, 복수의 압력차 검출수단에 의해 얻어진 각각의 압력차 정보에 기초해서 각 배기경로의 배기가스 유량을 추정하기 위한 유량 추정수단을 포함하는 배기가스 정화장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 포집기의 상류와 하류간의 큰 압력차를 가지는 상태는 큰 배기가스 유량을 가지는 포집기의 상태를 반영하고, 포집기의 상류와 하류간의 작은 압력차를 가지는 상태는 작은 배기가스 유량을 가지는 포집기의 상태를 반영한다. 어떠한 포집기의 상류와 하류간의 압력차가 다른 포집기의 상류와 하류간의 압력차보다 크다면, 유량 추정수단은, 전자의 포집기에 대응하는 배기통로의 배기가스 유량이 후자의 포집기에 대응하는 배기통로의 배기가스 유량보다 더 많다고 추정한다. 따라서, 복수의 배기경로의 배기저항에 변화가 있는 경우에도, 복수의 포집기에 대응하는 배기통로의 배기가스 유량이 정확하게 추정된다. 정확하게 추정된 배기가스 유량은 배기가스 에너지를 추정하거나 배기통로의 배기가스 유량을 같게 하는 경우에 사용된다.
포집기에 의해 포집된 정화되지 않은 물질이 포집기의 재생처리에 의해서 포집기에서 완전하게 제거된 경우에, 유량 추정수단은 또한 배기가스 유량을 추정한다. 포집기의 재생처리는 포집기에 의해 포집된 정화되지 않은 물질을 포집기로부터 제거하는 처리이다. 정화되지 않은 물질이 포집기에 의해 포집되지 않은 상태는 배기경로의 배기저항의 변화를 탐색하기 알맞은 상태이다.
배기가스 정화장치는, 유량 추정수단에 의해 추정된 배기통로에 대응하는 배기가스 유량에 기초해서 각 배기통로의 배기가스 에너지를 추정하기 위한 에너지 추정수단을 포함한다.
어떠한 포집기의 상류와 하류간의 압력차가 다른 포집기의 상류와 하류간의 압력차보다 큰 경우에, 유량 추정수단은, 전자의 포집기에 대응하는 배기통로의 배기가스 유량이 후자의 포집기에 대응하는 배기통로의 배기가스 유량보다 많다고 추정한다. 그리고 에너지 추정수단은, 전자의 포집기에 대응하는 배기가스 에너지가 후자의 포집기에 대응하는 배기가스 에너지보다 크다고 추정한다. 따라서, 복수의 배기통로의 배기저항에 변화가 있는 경우에도, 복수의 포집기에 대응하는 각 배기가스 에너지가 정확하게 추정된다.
에너지 추정수단은 내연기관으로 유입되는 공기 유량을 검출하기 위한 유량 검출수단 및 배기가스의 온도를 추정하기 위한 온도 추정수단을 포함한다.
복수의 포집기를 통과하는 배기가스 유량에 대응하는 공기 유량은, 유량 검출수단에 의해 검출된 공기 유량으로부터 파악된다. 예를 들어, 복수의 포집기의 배기가스 유량에 대응하는 공기 유량은 전체 공기 유량을 포집기의 수로 나누어서 구해진다. 이하, 이렇게 하여 필요한 공기 유량과 배기가스의 추정된 온도의 곱으로 구해진 배기가스 에너지는 추정된 배기가스 에너지 초기값이라고 한다. 예를 들어, 에너지 추정수단은 복수의 압력차 검출수단에 의해 얻어진 각각의 압력차 정보에 기초해서 추정된 배기가스 에너지 초기값을 보정한다.
한 쌍의 포집기가 제공되고, 에너지 추정수단은, 한 쌍의 포집기에 대응하는 각각의 압력차 검출수단에 의해 검출된 두 압력차에 기초해서 각각의 포집기에 대응하는 배기가스 에너지를 추정한다.
어떠한 포집기의 압력차와 다른 포집기의 압력차간에 차이가 있는 경우에, 예를 들어 에너지 추정수단은, 한 포집기에 대응하는 추정된 배기가스 에너지 초기값을 보정하고, 또한 다른 포집기에 대응하는 추정된 배기가스 초기값을 보정한다. 한 포집기의 압력차가 다른 포집기의 압력차보다 큰 경우에, 한 포집기에 대응하여 보정된 배기가스 에너지는 다른 포집기에 대응하여 보정된 배기가스 에너지보다 큰 값이 된다.
내연기관은 배기가스 유량을 이용하여 내연기관으로 공기를 과급하는 과급기를 포함한다. 과급기의 과급 성능에 변화가 있는 경우에, 본 발명은 과급기를 포함하는 내연기관의 배기가스 정화장치에 적용하는 것이 알맞다.
도 1 은 제 1 실시형태에 따른 배기가스 정화장치 전체를 나타내는 구성도이다.
도 2 (a) 및 도 (b) 는 압력차의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3 은 보정제어 프로그램을 나타내는 순서도이다.
도 4 는 제 2 실시형태에 따른 보정제어 프로그램을 나타내는 순서도이다.
도 5 는 보정제어 프로그램을 나타내는 순서도이다.
도 6 은 배기가스 정화장치를 나타내는 구성도이다.
도 7 은 제 3 실시형태에 따른 배기가스 정화장치를 나타내는 구성도이다.
도 8 은 보정제어 프로그램을 나타내는 순서도이다.
이하에서, 본 발명의 제 1 실시형태가 도 1 ~ 3 을 참조해서 설명된다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 내연기관 (10) 은 복수의 실린더 (12A, 12B)를 포함하고, 복수의 실린더 (12A, 12B) 는 두 그룹으로 구분되어 있다. 제 1 그룹의 실린더 (12A) 에 대응하는 실린더 헤드 (13A) 는 각 실린더 (12A) 위에 장착된 연료분사 노즐 (14A) 을 구비한다. 제 2 그룹의 실린더 (12A) 에 대응하는 실린더 헤드 (13B) 는 각 실린더 (12B) 의 위에 장착된 연료분사 노즐 (14B) 을 구비한다. 연료분사 노즐 (14A, 14B) 은 대응하는 실린더 (12A, 12B) 로 연료를 분사한다. 도면부호 11 은 연료분사 노즐 (14A, 14B) 을 포함하는 연료분사 장치를 나타낸다.
실린더 헤드 (13A, 13B) 는 흡기 다기관 (15) 에 연결되어 있다. 흡기 다기관 (15) 은 제 1 및 2 분지 흡기통로 (16A, 16B) 에 연결되어 있다. 제 1 과급기 (19A) 의 콤프레셔부 (191) 가 제 1 분지 흡기통로 (16A) 의 중앙에 제공되고, 제 2 과급기 (19B) 의 콤프레서부 (191) 가 제 2 분지 흡기통로 (16B) 의 중앙에 제공된다. 제 1 및 2 과급기 (19A, 19B) 는 배기가스 흐름에 의해 구동되는 공지의 가변 노즐 터보 과급기이다.
제 1 및 제 2 분지 흡기통로 (16A, 16B) 는 기본 흡기통로 (21) 에 연결되어 있다. 기본 흡기 통로 (21) 가 에어 클리너 (22) 에 연결되어 있다. 스로 틀 밸브 (17A) 가 제 1 과급기 (19A) 와 흡기 다기관 (15) 사이의 분지 흡기통로 (16A) 영역에 제공된다. 스로틀 밸브 (17B) 가 제 1 과급기 (19B) 와 흡기 다기관 (15) 사이의 분지 흡기통로 (16B) 영역에 제공된다. 스로틀 밸브 (17A, 17B) 는, 에어 클리너 (22) 와 기본 흡기통로 (21) 를 경유해서 대응하는 분지 흡기통로 (16A, 16B) 로 유입되는 공기 유량을 조절한다. 스로틀 밸브 (17A, 17B) 는, 도시되지 않은 가속페달의 작동에 따라 그 개도가 조절된다.
가속 페달의 눌림 양이 가속 페달 검출기 (26) 에 의해 검출된다. 크랭크 샤프트(도시되지 않음)의 회전각(크랭크 각)이 크랭크 각 검출기 (27) 에 의해 검출된다. 가속 페달 검출기 (26) 에 의해 얻어진 눌림 양 검출 정보 및 크랭크 각 검출기 (27) 에 의해 얻어진 크랭크 각 검출 정보는 제어 컴퓨터 (28) 로 보내진다. 제어 컴퓨터 (28) 는 눌림 양 검출 정보 및 크랭크 각 검출 정보에 기초해서 연료분사 노즐 (14A, 14B) 의 분사 개시시간 및 분사 종료시간을 제어한다.
기본 흡기통로 (21) 에 유입된 공기는 분지 흡기통로 (16A, 16B) 로 분류되고, 분지 흡기통로 (16A, 16B) 의 공기 유동은 흡기 다기관 (15) 에서 합류한다. 더 구체적으로, 제 1 및 2 과급기 (19A, 19B) 의 콤프레서부 (191) 로 보내지는 흡입 공기는 흡기 다기관 (15) 에서 합류하여 실린더 (12A, 12B) 로 공급된다. 분지 흡기통로 (16A, 16B) 는 공기 유량과 서로 같도록 설계되어 있다.
제 1 배기 다기관 (18A) 이 실린더 헤드 (13A) 에 연결되어 있고, 제 2 배기 다기관 (18B) 이 실린더 헤드 (13B) 에 연결되어 있다. 제 1 배기 다기관 (18A) 은 제 1 과급기 (19A) 의 터빈부 (192) 에 의해서 제 1 배기통로 (20A) 에 연결되어 있다. 제 2 배기 다기관 (18B) 은 제 2 과급기 (19A) 의 터빈부 (192) 에 의해서 제 1 배기통로 (20B) 에 연결되어 있다. 실린더 (12A, 12B) 에서 배출되는 배기가스는 대응하는 배기 다기관 (18A, 18B) 과 배기통로 (20A, 20B) 을 경유해서 대기로 방출된다. 제 1 배기 다기관 (18A) 및 제 1 배기통로 (20A) 가 제 1 배기경로를 형성하고, 제 2 배기 다기관 (18B) 및 제 2 배기통로 (20B) 가 제 2 배기경로를 형성한다. 제 1 배기 다기관 (18A) 및 제 1 배기통로 (20A) 와 제 2 배기 다기관 (18B) 및 제 2 배기통로 (20B) 는 배기경로의 배기가스 유량과 서로 같도록 구성되어 있다.
유량 검출수단 또는 공기 유량을 검출하는 유량 검출기로서 제 1 유량계 (23A) 가 제 1 과급기 (19A) 의 콤프레서부 (191) 보다 상류의 제 1 분지 흡기통로 (16A) 에 배치되어 있다. 유량 검출수단 또는 공기 유량을 검출하는 유량 검출기로서 제 2 유량계 (23B) 가 제 2 과급기 (19B) 의 콤프레서부 (191) 보다 상류의 제 2 분지 흡기통로 (16B) 에 배치되어 있다. 제 1 유량계 (23A) 가 제 1 분지 흡기통로 (16A) 내에서의 공기 유량을 검출하고, 제 2 유량계 (23B) 가 제 2 분지 흡기통로 (16B) 내에서의 공기 유량을 검출한다.
제 1 포집기 (25A) 가 제 1 배기통로 (20A) 에 제공되고, 제 2 포집기 (25B) 가 제 2 배기통로 (20B) 에 제공된다. 제 1 및 2 포집기 (25A, 25B) 는 배기가스에 함유된 흑연입자(정화되지 않은 물질)를 포집하는 포집기이다.
제 1 압력차 검출기 (24A) 가 제 1 배기통로 (20A) 에 연결되어 있고, 제 2 압력차 검출기 (24B) 가 제 2 배기통로 (20B) 에 연결되어 있다. 제 1 압력차 검출기 (24A) 는 제 1 포집기 (25A) 에서의 상류측과 하류측간의 압력 차이를 검출하는 압력차 검출수단이다. 제 2 압력차 검출기 (24B) 는 제 2 포집기 (25B) 에서의 상류측과 하류측간의 압력 차이를 검출하는 압력차 검출수단이다.
제 1 유량계 (23A) 에 의해 검출된 제 1 공기 유량 (F1) 의 정보 및 제 2 유량계 (23B) 에 의해 검출된 제 2 공기 유량 (F2) 의 정보는 제어 컴퓨터 (28) 로 보내진다. 제 1 압력차 검출기 (24A) 에 의해 검출된 제 1 압력차 ΔP1 의 정보 및 제 2 압력차 검출기 (24B) 에 의해 검출된 제 2 압력차 ΔP2 는 제어 컴퓨터 (28) 로 보내진다.
제어 컴퓨터 (28) 는 도 3 의 순서도에 나타난 보정제어 프로그램을 실행한다. 보정제어는 도 3 의 순서도에 기초해서 이하에서 설명된다. 내연기관 (10) 이 작동상태에 있다.
단계 S1 에서, 제어 컴퓨터 (28) 는 제 1 압력차 ΔP1 및 제 2 압력차 ΔP2 의 정보를 소정의 주기로 취한다. 단계 S2 에서, 제어 컴퓨터 (28) 는 제 1 압력차 ΔP1 또는 제 2 압력차 ΔP2 가 소정의 한계값 α (α > 0) 이상인지 아닌지를 판단한다. 제 1 압력차 ΔP1 또는 제 2 압력차 ΔP2 가 모두 한계값 α 에 이르지 못하는 경우에(단계 S2 에서 아니오), 제어 컴퓨터 (28) 는 단계 S1 로 이동한다. 제 1 압력차 ΔP1 또는 제 2 압력차 ΔP2 가 한계값 α 이상인 경우에(단계 S2 에서 예), 제어 컴퓨터 (28) 는 단계 S3 로 넘어가고 소정의 재생처리를 수행한다.
소정의 재생처리는 포집기 (25A, 25B) 의 포집하는 기능을 재생하기 위해서 배기가스의 온도를 증가시키는 처리이다. 이는 연료분사 노즐 (14A, 14B) 의 연료 분사기간을 연장하고 그로 인해서 연료 분사량을 증가시킴으로써 실행된다. 포집기 (25A, 25B) 의 포집하는 기능을 재생시키기 위해서, 포집기 (25A, 25B) 에 의해 포집된 흑연입자가 끓도록, 포집기 (25A, 25B) 를 예를 들어 600 ℃ 로 가열할 필요가 있다. 그 때문에, 제어 컴퓨터 (28) 는, 크랭크 각 검출기 (27) 에서 얻어진 크랭크 각 검출 정보와 유량계 (23A, 23B) 에서 얻어진 공기 유량 정보 등에 의해서 계산된 연료 분사기간 정보 및 엔진속도 정보에 기초해서 배기통로 (20A, 20B) 의 배기가스 온도 TX 를 추정한다. 제어 컴퓨터 (28) 와 유량계 (23A, 23B) 는 배기가스의 온도를 추정하는 온도 추정부 또는 온도 추정수단을 구성한다.
제어 컴퓨터 (28) 는, 유량계 (23A, 23B) 에서 각각 검출된 공기 유량 (F1) 및 (F2) 의 평균값 (F1 + F2)/2 과, 추정된 배기가스 온도 TX 와의 곱 [(F1 + F2)/2]×TX 를 계산한다. 평균값 (F1 + F2)/2 은 각 배기통로 (20A, 20B) 의 기본적인 배기가스 유량을 반영한다. 더 구체적으로, 각 배기통로 (20A, 20B) 의 배기가스 유량의 기본값은, 내연기관 (10) 으로 유입되는 공기 유량을 배기통로 (20A, 20B) 의 수로 나눔으로써 얻어진 값에 기초해서 구해진다. 곱 [(F1+F2)/2]×TX 은 배기가스 에너지의 추정값(이하에서, 배기가스 에너지 초기값)을 나타낸다. 이것 때문에, 유량계 (23A, 23B) 및 제어 컴퓨터 (28) 는 또한 배기가스 에너지 초기값을 추정하는 추정부 또는 추정수단을 구성한다.
배기가스 에너지 초기값은 포집기 (25A, 25B) 내의 온도를 반영한다. 제어 컴퓨터 (28) 는, 포집기 (25A, 25B) 내의 온도를 포집기 (25A, 25B) 에 포집된 흑연입자가 끓는데 필요한 온도(예를 들어 600 ℃)로 설정 가능하게 해주는, 배기가스 에너지 생기도록, 연료분사를 제어한다. 이러한 재생처리는 소정의 시간 동안 수행된다.
재생처리를 종료하면, 단계 S4 에서 제어 컴퓨터 (28) 는 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차 ΔP2 의 차(ΔP1 - ΔP2)를 계산한다. 단계 S5 에서, 제어 컴퓨터 (28) 는 계산된 차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 소정의 한계값 β (β > 0) 이상인지 아닌지를 판단한다. 차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 한계값 β 이상인 경우에(단계 S5 에서 예), 단계 S6 에서 제어 컴퓨터 (28) 는 배기가스 에너지 초기값을 구하는 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 을 보정한다.
ΔP1 > ΔP2 인 경우에, 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 은 제 1 포집기 (25A) 에 대응하도록, 예를 들어 γ×[(F1 + F2)/2]×TX (다만, γ는 1 < γ < 2 를 만족하는 양수)로 보정된다. 이것은, 거기에 제공된 제 1 포집기 (25A) 를 구비한 제 1 배기통로 (20A) 의 배기가스 유량이 γ×[(F1 + F2)/2] 과 같게 되는 것을 배경으로 하고 있다. 게다가, 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 은 제 2 포집기 (25B) 에 대응하도록, 예를 들어 (2 - γ)×[(F1 + F2)/2]×TX 로 보정된다. 이것은, 거기에 제공된 제 2 포집기 (25B) 를 구비한 제 2 배기통로 (20B) 의 배기 가스 유량이 (2 - γ)×[(F1 + F2)/2] 과 같도록 되는 것을 배경으로 하고 있다. 더 구체적으로, 제어 컴퓨터 (28) 는, 복수의 압력차 검출수단에 의해서 얻어진 각 압력차 정보에 따라서, 제 1 포집기 (25A) 및 제 2 포집기 (25B) 가 제공된 각각의 배기경로의 배기가스 유량을 추정한다.
반대로, ΔP1 < ΔP2 인 경우에, 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 은 제 1 포집기 (25A) 에 대응하도록, 예를 들어 δ×[(F1 + F2)/2]×TX (δ는 1 미만의 양수) 로 보정된다. 게다가, 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 은 제 2 포집기 (25B) 에 대응하도록, 예를 들어 (2 - δ)×[(F1 + F2)/2]×TX 로 보정된다. γ 와 δ 의 값은 (ΔP1 - ΔP2) 의 절대값 크기에 따라 정해진다.
제어 컴퓨터 (28) 는 또한 제 1 포집기 (25A) 및 제 2 포집기 (25B) 를 구비한 각 배기경로의 배기가스 유량을 추정하는 유량 추정부 또는 유량 추정수단을 구성한다. 제어 컴퓨터 (28) 는 다음의 재생처리에서 상기와 같이 보정된 추정 산출식을 사용한다. 더 구체적으로, 보정된 추정 산출식은 다음 재생처리에서 배기가스 에너지의 추정을 위해서 사용된다.
차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 한계값 β 미만인 경우에(단계 S5 에서 아니오), 제어 컴퓨터 (28) 는 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 을 보정하지 않는다. 제어 컴퓨터 (28) 는 다음 재생처리에서도 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 을 사용한다. 더 구체적으로, 보정되지 않은 추정 산출식이 다음 재생처리에서도 배기 가스 에너지의 추정을 위해서 사용된다.
제어 컴퓨터 (28) 는 포집기 (25A, 25B) 에 대응하는 배기가스 에너지 초기값을 보정할 것인지 아닌지를 판단하고, 보정이 필요하다고 판단되면 배기가스 에너지 초기값을 보정하여 추정한다. 유량계 (23A, 23B) 및 제어 컴퓨터 (28) 는 배기가스 에너지를 추정하는 기능을 한다.
제 1 실시형태는 이하의 효과를 가진다.
(1 - 1) 제 1 포집기 (25A) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP1 이 큰 상태는, 제 1 포집기 (25A), 예컨대 제 1 배기통로 (20A) 의 배기가스 유량이 큰 상태를 반영한다. 제 2 포집기 (25B) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP2 이 큰 상태는, 제 2 포집기 (25B), 예컨대 제 2 배기통로 (20B) 의 배기가스 유량이 큰 상태를 반영한다. 반대로, 제 1 포집기 (25A) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP1 이 작은 상태는, 제 1 포집기 (25A), 예컨대 제 1 배기통로 (20A) 의 배기가스 유량이 작은 상태를 반영한다. 제 2 포집기 (25B) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP2 이 작은 상태는, 제 2 포집기 (25B), 예컨대 제 2 배기통로 (20B) 의 배기가스 유량이 작은 상태를 반영한다.
제 1 배기 다기관 (18A) 및 제 1 배기통로 (20A) 와 제 2 배기 다기관 (18B) 및 제 2 배기통로 (20B) 는 배기가스 유량이 서로 같도록 구성된다. 하지만, 제조상의 차이로 인해서, 제 1 배기 다기관 (18A) 에서 제 1 배기통로 (20A) 로의 제 1 배기경로내의 배기저항과 제 2 배기 다기관 (18B) 에서 제 2 배기통로 (20B) 로의 제 2 배기경로내의 배기저항 사이에 차이가 발생한다. 그러한 경우에, 제 1 배기경로 (18A, 20A) 의 배기가스 유량과 제 2 배기경로 (18B, 20B) 의 배기가스 유량 사이에 차이가 발생한다.
제 1 배기경로 (18A, 20A) 내의 배기저항과 제 2 배기경로 (18B, 20B) 내의 배기저항 사이에 차이가 있는 경우에, 제 1 포집기 (25A) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP1 과, 제 2 포집기 (25B) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP2 사이에 차이가 발생한다. 더 구체적으로, 제 1 의 포집기 (25A), 예컨대 제 1 배기통로 (20A) 의 배기가스 유량과, 제 2 포집기 (25B), 예컨대 제 2 배기통로 (20B) 의 배기가스 유량 사이의 차이가 발생한다.
도 2a 의 타이밍 차트에서 곡선 C1 은 제 1 압력차 검출기 (24A) 에 의해 검출된 제 1 압력차 ΔP1 의 변화의 예를 나타낸다. 곡선 C2 은 제 2 압력차 검출기 (24B) 에 의해 검출된 제 2 압력차 ΔP2 의 변화의 예를 나타낸다. 곡선 D 는 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차 ΔP2 사이의 차(｜ΔP1 - ΔP2｜)의 변화를 나타낸다. 직선 E1 은 재생처리의 실행과 종료를 나타낸다. 도 2a 의 타이밍 차트는, 재생처리의 실행 종료 후에 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차간의 차이가 없다는 것(즉, ｜ΔP1 - ΔP2｜ < β)을 나타낸다.
도 2b 의 타이밍 차트에서 곡선 C3 은 제 1 압력차 검출기 (24A) 에 의해 검출된 제 1 압력차 ΔP1 의 변화의 예를 나타낸다. 곡선 C4 은 제 2 압력차 검출기 (24B) 에 의해 검출된 제 2 압력차 ΔP2 의 변화의 예를 나타낸다. 곡선 F 은 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차 ΔP2 간의 차(｜ΔP1 - ΔP2｜)의 변화를 나타낸다. 직선 E2 은 재생처리의 실행과 종료를 나타낸다. 도 2b 의 타이 밍 차트는, 재생처리의 실행 종료 후에 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차간의 차이가 있는 경우(즉, ｜ΔP1 - ΔP2｜ ≥ β)를 나타낸다.
도 2b 는 제 1 포집기 (25A) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP1 이 제 2 포집기 (25B) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP2 보다 큰 경우를 나타낸다. 이 경우에, 제어 컴퓨터 (28) 는 제 1 포집기 (25A) 에 대응하여 배기가스 에너지 초기값을 보정하여 증가시키고, 또한 제 2 포집기 (25B) 에 대응하여 배기가스 에너지 초기값을 보정하여 감소시킨다. 반대로, 제 1 포집기 (25A) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP1 이 제 2 포집기 (25B) 의 상류와 하류간의 압력차 ΔP2 보다 작은 경우에, 제어 컴퓨터 (28) 는 제 1 포집기 (25A) 에 대응하여 배기가스 에너지 초기값을 보정하여 감소시키고, 또한 제 2 포집기 (25B) 에 대응하여 배기가스 에너지 초기값을 보정하여 증가시킨다. 따라서, 제 1 배기경로 (18A, 20A) 에서의 배기저항과 제 2 배기경로 (18B, 20B) 에서의 배기저항간의 차이가 있는 경우에도, 배기가스 에너지가 포집기 (25A, 25B) 에 각각 대응하여 정확하게 추정된다.
(1 - 2) 도 2a 및 도 2b 에 나타난 바와 같이, 재생처리의 실행 이전에 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차 ΔP2 간의 차이가 있다. 이것은 제 1 포집기 (25A) 내의 흑연입자의 축적량과 제 2 포집기 (25B) 내의 흑연입자의 축적량의 차이 때문이다. 그 때문에, 그러한 상태에서 배기가스 에너지 초기값을 보정하는 것은 바람직하지 못하다. 재생처리 후에는, 정화되지 않은 물질이 대부분 제거된 흑연입자의 상태이다. 흑연입자가 포집기 (25A, 25B) 에 의해 포집되지 않은 상태, 예컨대 재생처리 직후의 상태는 제 1 포집기 (25A) 가 형성된 배기경로에 서의 배기저항과, 제 2 포집기 (25B) 가 형성된 배기경로에서의 배기저항간의 차이가 있는지 없는지를 탐색하는데 알맞은 상태이다.
(1 - 3) 과급기 (19A, 19B) 의 과급 성능의 변화가 있는 경우에, 과급기 (19A, 19B) 의 터빈부 (192) 에서 배기가스의 통과저항(배기저항)의 차이가 발생한다. 복수의 과급기를 구비하고 배기저항의 차이가 있는 내연기관의 배기가스 정화장치는 본 발명의 적용대상으로 적절하다.
(1 - 4) 제 1 실시형태에 따라서, 재생처리가 실행될 때마다 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지를 판단한다. 재생처리가 실행되더라도 포집기 (25A, 25B) 에서의 흑연입자가 완전히 제거되지 않는 경우가 있다. 흑연입자를 제거하는 상태가 제 1 포집기 (25A) 와 제 2 포집기 (25B) 내에서 차이가 있으면, 재생처리 후에도 제 1 포집기 (25A) 내의 배기저항과 제 2 포집기 (25B) 내의 배기저항간의 차이가 있다. 제 1 포집기 (25A) 및 제 2 포집기 (25B) 내의 흑연입자를 제거하는 상태가 재생시마다 다른 경우에, 재생처리마다 재생처리 이후에 제 1 포집기 (25A) 측에서의 배기가스 유량과 제 2 포집기 (25B) 측에서의 배기가스 유량간의 차이가 있다. 재생처리 후에 포집기 (25A, 25B) 내에서 흑연입자를 제거하는 상태가 항상 동일하지 않기 때문에, 재생처리가 실행될 때마다 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지를 판단하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 2 실시형태가 도 4 ~ 도 6 에 기초해서 설명된다. 제 1 실시형태와 같은 구성 요소에 대해서는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 사용하고 그 설명에 관해서는 생략한다.
도 6 에 나타난 제어 컴퓨터 (28A) 는 도 4 및 도 5 의 순서도에 나타난 보정제어 프로그램을 실행한다. 보정제어는 도 4 및 도 5 의 순서도에 기초해서 이하에서 설명된다.
도 4 에 나타난 바와 같이, 단계 S7 에서, 제어 컴퓨터 (28A) 는 크랭크 각 검출기 (27) 에 의해 검출된 크랭크 각 검출 정보를 취한다. 단계 S8 에서, 제어 컴퓨터 (28A) 는 크랭크 샤프트가 회전하는지 아닌지, 즉 엔진이 크랭크 각 검출정보에 따라 작동하는지 아닌지를 판단한다. 엔진이 작동중이 아닌 경우에(단계 S8 에서 아니오), 제어 컴퓨터 (28A) 는 단계 S7 로 이동한다. 엔진이 작동중인 경우에(단계 S8 에서 예), 제어 컴퓨터 (28A) 는, 단계 S9 에서, 크랭크 샤프트가 처음으로 회전하는지 아닌지, 즉 엔진이 처음으로 구동되는지 아닌지를 판단한다.
엔진이 처음으로 구동된 경우에(단계 S9 에서 예), 제어 컴퓨터 (28A) 는 단계 S11 로 이동한다. 단계 S11 은 제 1 실시형태의 단계 S1 과 같은 처리이다. 단계 S14 에서, 제어 컴퓨터 (28A) 는 제 1 압력차 ΔP1 와 제 2 압력차 ΔP2 간의 차(ΔP1 - ΔP2)를 계산한다. 단계 S15 에서, 제어 컴퓨터 (28A) 는 계산된 차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 한계값 β(β > 0) 이상인지 아닌지를 판단한다. 차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 한계값 β 이상인 경우에(단계 S15 에서 예), 단계 S16 에서 제어 컴퓨터 (28A) 는 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 을 보정한다. 차(ΔP1 - ΔP2)의 절대값이 한계값 β 미만인 경우(단계 S15 에서 아니오), 제어 컴퓨터 (28A) 는 추정 산출식 [(F1 + F2)/2]×TX 을 보정하지 않는다.
도 5 에 나타난 바와 같이, 단계 S15 또는 S16 의 처리 후, 단계 S17 에서 제어 컴퓨터 (28A) 는 크랭크 각 검출기 (27) 에 의해 검출된 크랭크 각 검출정보를 취한다. 단계 S18 에서, 제어 컴퓨터 (28A) 는 크랭크 샤프트가 회전하는지 아닌지, 즉 엔진이 크랭크 각 검출 정보에 따라 작동하는지 아닌지를 판단한다. 엔진이 작동중이 아닌 경우에(단계 S18 에서 아니오), 제어 컴퓨터 (28A) 는 단계 S17 로 이동한다. 엔진이 작동중인 경우에(단계 S18 에서 예), 제어 컴퓨터 (28A) 는 단계 S1 ~ S6 로 이동한다. 단계 S1 ~ S6 의 처리는 제 1 실시형태의 단계 S1 ~ S6 의 처리와 같다.
단계 S5 또는 S6 의 처리 후, 제어 컴퓨터 (28A) 는 단계 S17 로 이동한다. 제 1 실시형태의 제어 컴퓨터 (28) 와 같이, 제어 컴퓨터 (28A) 는 배기가스 온도를 추정하고 배기가스 에너지를 추정하는 기능뿐만 아니라 배기가스 유량을 추정하는 기능을 가진다. 제어 컴퓨터 (28A) 는, 추정 산출식이 보정된 경우에는 다음의 재생처리에서 보정된 추정 산출식을 사용하고, 추정 산출식이 보정되지 않은 경우에는 다음의 재생처리에서 보정되지 않은 추정 산출식을 사용한다.
제 2 실시형태에 따라, 처음으로 내연기관 (10) 을 구동하면, 제 1 압력차 ΔP1 과 제 2 압력차 ΔP2 간의 차에 기초한 배기가스 에너지 초기값을 얻기 위해서 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지를 판단한다. 내연기관 (10) 이 처음으로 구동되면 흑연입자가 포집기 (25A, 25B) 에 축적되지 않기 때문에, 배기가스 에 너지 초기값을 얻기 위해서 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지는 정확하게 판단한다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 3 실시형태가 도 7 및 도 8 에 기초해서 설명된다. 제 2 실시형태와 동일한 구성요소는 제 2 실시형태와 동일한 부호를 사용해서 나타내고, 그것에 대한 설명은 생략한다.
도 7 에 나타난 압력차 검출기 (29A, 29B) 는 제품 출하 전에 시험공정에서 배기통로 (20A, 20B) 에 설치되어 있고, 출하된 제품에는 설치되어 있지 않다. 제품 출하 전 시험공정에서, 제어 컴퓨터 (28B) 는 도 8 의 순서도에 나타난 보정제어 프로그램을 실행한다. 도 8 의 순서도에 나타난 보정제어 프로그램은 제 2 실시형태의 단계 S7 ~ S9, S11 및 S14 ~ S16 와 같은 처리를 실행하는 프로그램이다. 더 구체적으로, 단지 엔진이 초기에 구동되는 경우에는 배기가스 에너지 초기값을 얻기 위해서 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지를 판단한다.
제 1 실시형태의 제어 컴퓨터 (28) 와 같이, 제어 컴퓨터 (28B) 는 배기가스 온도를 추정하는 기능 및 배기가스 에너지를 추정하는 기능뿐만 아니라 배기가스 유량을 추정하는 기능을 가진다. 추정 산출식이 보정된 경우에, 보정된 추정 산출식이 이후의 모든 경우에 사용된다. 추정 산출식이 보정되지 않은 경우에는, 보정되지 않은 추정 산출식이 이후의 모든 경우에 사용된다. 제 3 실시형태는 제품마다 압력차 검출기를 필요로 하지 않기 때문에, 제 1 및 2 실시형태에 비해서 제품비용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따라 이하의 실시형태가 가능하다.
(1) 제 1 실시형태에서, 엔진이 처음 구동되는 경우, 또는 제 1 재생처리 직후에만, 추정 산출식을 보정할 것인지 아닌지를 판단될 수 있다.
(2) 제 1 실시형태에서, 기본 흡기통로 (21) 내의 공기 유량을 검출하는 것도 가능하다. 이 경우에, 검출된 공기 유량의 절반이 추정 산출식으로 사용된다. 이러한 구성은 단 하나의 유량계만 필요로 한다.
(3) 본 발명은 또한 과급기 (19A, 19B) 가 없는 내연기관의 배기가스 정화장치에 적용가능하다.
(4) 본 발명은 또한 NOX(정화되지 않은 물질)를 포집하는 NOX 촉매, SOX(정화되지 않은 물질)를 포집하는 SOX 촉매 또는 삼원 촉매로 구성된 포집기를 포함하는 내연기관의 배기가스 정화장치에 적용가능하다.
(5) 본 발명은 또한 병렬인 3 개 이상의 포집기를 포함하는 내연기관의 배기가스 정화장치에 적용가능하다.
(6) 각 실시형태에 있어서, 배기가스 유량으로부터 추정된 배기경로의 배기가스 유량에 기초해서 배기경로의 배기가스 유량이 같도록 조절하는 것도 가능하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 추정 산출식을 보정할 필요가 없다.
그러한 목적 때문에, 흡기 다기관이 개별 뱅크에 각각 형성되고, 배기경로의 배기가스 유량이 같도록 흡기 다기관에서 각각 제공된 스로틀 밸브를 제어함으로써 조절하도록 형성되어 있다. 각 배기경로에 유량 조절밸브가 형성되어 있고, 배기경로의 배기가스 유량이 같도록 유량 조절밸브의 개도를 조절하도록 형성되어 있다.

Claims (11)

  1. 배기경로에 각각 제공되고, 배기가스에 포함되는 정화되지 않은 물질을 포집하기 위한 복수의 포집기,
    상기 각 포집기의 상류와 하류간의 압력차를 검출하기 위한 복수의 압력차 검출수단, 및
    상기 압력차 검출수단에 의해 얻어진 각각의 압력차 정보에 기초해서 상기 각 배기경로의 배기가스 유량을 추정하기 위한 유량 추정수단을 포함하는 병렬로 배치된 복수의 배기경로를 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서,
    상기 유량 추정수단은, 상기 포집기의 재생처리에 의해서 상기 포집기에서 상기 정화되지 않은 물질이 대부분 제거된 경우에, 상기 배기가스 유량을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 추정수단은, 상기 내연기관이 처음으로 구동되는 경우에, 상기 재생처리를 실행하지 않고 상기 배기가스 유량을 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 추정수단에 의해 추정된 상응하는 배기경로의 상기 배기가스 유량에 기초해서 상기 각 배기경로의 상기 배기가스 에너지를 추정하기 위한 에너지 추정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 에너지 추정수단은, 상기 내연기관으로 유입되는 공기 유량을 검출하기 위한 유량 검출수단 및 배기가스의 온도를 추정하기 위한 온도 추정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 에너지 추정 수단은, 한 쌍의 상기 포집기의 한 쌍을 구비하고, 상기 한 쌍의 포집기에 각각 대응하는 상기 압력차 검출수단에 의해 검출된 상기 두 압력차에 기초해서 상기 포집기에 각각 대응하는 상기 배기가스 에너지를 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관으로 유입되는 상기 공기 유량을 상기 배기경로의 수로 나누어서 구해진 값에 기초해서 상기 각 배기경로의 상기 배기가스 유량의 기본값을 구하기 위한 계산수단을 더 포함하고,
    상기 유량 추정수단은, 상기 압력차 검출수단에 의해 구해진 각각의 압력차 정보에 기초해서 상기 각 기본값을 보정하여 상기 배기가스 유량을 구하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유량 추정수단은, 상기 압력차 검출수단에 의해 구해진 각 압력차의 변화에 기초해서 상기 기본값을 보정할 것인지 아닌지를 판단하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관은 상기 배기가스 유량을 이용하여 상기 내연기관으로 공기를 과급하기 위한 과급기를 포함하는 것은 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  9. 병렬로 배치된 복수의 배기경로를 구비한 내연기관의 배기가스 정화방법에 있어서,
    상기 배기경로에 각각 제공된 복수의 포집기로 배기가스에 포함된 정화되지 않은 물질을 포집하는 단계,
    상기 복수의 각 포집기의 상류와 하류간의 압력차를 검출하는 단계, 및
    상기 검출된 압력차 정보에 기초해서 상기 각 배기경로의 배기가스 유량을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 내연기관으로 유입되는 상기 공기 유량을 상기 배기경로의 수로 나누어서 구해진 값에 기초해서 상기 각 배기경로의 상기 배기가스 유량의 기본값을 구하는 단계, 및
    상기 압력차 검출수단에 의해 얻어진 각 압력차 정보에 기초해서 상기 각 기본값을 보정하여 상기 배기가스 유량을 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화방법.
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  11. 삭제
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