KR101051900B1 - 내연기관의 이상 검출 시스템 및 이상 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

NOx SCR 촉매가 열화될 때의 NOx 정화율이 곡선으로 표시한 바와 같이 촉매 온도가 상승함에 따라 증가한다. NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성이 있을 때, NOx 정화율이 곡선으로 표시한 일정한 비율로 감소한다. NOx 정화율이 먼저 영역 내에 있고 그리고 나서 영역에 있게 될 때, NOx SCR 촉매가 열화된다고 판정된다. NOx 정화율이 먼저 영역 내에 있고 그리고 나서 영역에 있게 될 때, NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성이 있다고 판정된다.
Figure 112009081629009-pct00001
NOx SCR 촉매, 열화, 수성 우레아 용액, NOx 정화율.

Description

내연기관의 이상 검출 시스템 및 이상 검출 방법{ABNORMALITY DETECTION SYSTEM AND ABNORMALITY DETECTION METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 이상 검출 시스템 및 이상 검출 방법에 관한 것이다.
예컨대, 일본 공개특허공보 제 2004－176719호 (JP-A-2004-176719) 는, NOx 선택 환원 촉매 (이하, "NOx SCR 촉매" 라고 칭함) 가 기관 배기 통로 내에 배치되어 있으며 NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액으로부터 발생되는 암모니아에 의해, 배기가스에 포함된 NOx 가 선택적으로 환원되는 내연기관을 기술한다. JP-A-2004-176719 에 있어서, NOx SCR 촉매의 하류의 기관 배기 통로 내에, 예컨대 수성 우레아 용액으로부터 발생되는 암모니아를 검출하는 센서가 제공되고, NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양이 변할 때 센서의 출력 신호가 예측되지 않는 방식으로 변화하는 경우에 이상 (abnormality) 이 발생했다고 판정된다.
그러나, NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질이 정규 값으로부터 어긋났을 경우 또는 NOx SCR 촉매가 열화 (deteriorate) 되는 경우에 센서의 출력 신호가 예측되지 않는 방식으로 변한다. 이로써, 전술한 방법에 따르면, NOx SCR 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 또는 NOx SCR 촉매의 열화로 인해 그러한 예측되지 않는 변화가 발생했는지를 판정할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 또는 내연 기관의 기관 배기 통로 내에 배치된 NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지를 판정할 수 있게 하는 내연기관용 이상 검출 시스템 및 이상 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양은, 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 NOx 선택 환원 촉매의 열화 (deterioration) 로 인해 또는 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성 (irregularity) 으로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지를 판정하는 내연기관용 이상 (abnormality) 검출 시스템에 관한 것이다. 이 내연기관용 이상 검출 시스템은, 판정-필수 영역 설정 유닛, 제 1 이상 영역 설정 유닛, 제 2 이상 영역 설정 유닛, 및 이상 요인 판정 유닛을 포함하고, 상기 판정-필수 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우 또는 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우에 NOx 정화율이 감소하는 영역을 판정-필수 영역으로 설정하고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있으며, 상기 제 1 이상 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하지 않는 영역을 제 1 이상 영역으로 설정하고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 상기 제 1 온도 범위의 상한보다 큰 하한을 갖는 미리 정해진 제 2 온도 범위 내에 있으며, 상기 제 2 이상 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하지 않는 영역을 제 2 이상 영역으로 설정하고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 상기 제 2 온도 범위 내에 있으며, 상기 이상 요인 판정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율이 판정-필수 영역 내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율이 제 1 이상 영역 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하며, 또, 상기 이상 요인 판정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율이 판정-필수 영역에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 2 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율이 제 2 이상 영역 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정한다.
본 발명의 제 2 태양은, 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인해 또는 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지에 대한 판정에 따른 내연기관용 이상 검출 방법에 관한 것이다. 이 내연기관용 이상 검출 방법에 따르면, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우 또는 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우에 NOx 정화율이 감소하는 영역이 판정-필수 영역으로 설정되고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있고; NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하지 않는 영역이 제 1 이상 영역으로 설정되고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 상기 제 1 온도 범위의 상한보다 큰 하한을 갖는 미리 정해진 제 2 온도 범위 내에 있고; 그리고 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율이 감소하지 않는 영역이 제 2 이상 영역으로 설정되고, NOx 선택 환원 촉매의 온도는 상기 제 2 온도 범위 내에 있다. NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율이 판정-필수 영역 내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율이 제 1 이상 영역 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정된다. NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율이 판정-필수 영역내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매의 온도가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율이 제 2 이상 영역 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정된다.
전술한 본 발명에 따르면, NOx 선택 환원 촉매의 열화로 인해 또는 NOx 선택 환원 촉매에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지를 믿을 수 있게 판정할 수 있다.
본 발명의 전술한 특징 및 이점 및 다른 특징 및 이점이 첨부 도면을 참조하여 대표적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며, 상기 첨부 도면에는 동일하거나 일치하는 부분이 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.
도 1 은 압축 점화 내연기관의 전체도이다.
도 2 는 NOx 정화율 (NR) 과 촉매 온도 (TC) 와의 관계 등을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 NOx 정화율과 촉매 온도 (TC) 와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 기관으로부터 배출된 NOx 의 NOXA 양의 맵을 나타내는 그래프이다.
도 5 는 이상 검출 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 1 은 압축 점화 내연기관을 나타내는 전체도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 압축 점화 내연기관은 기관 본체 (1), 각 실린더의 연소실 (2), 연소실 (2) 내에 연료를 분사하는 전자 제어식 연료 분사 밸브, 흡기 매니폴드 (4), 배기 매니폴드 (5) 를 포함한다. 흡기 매니폴드 (4) 는 흡기 송풍관 (6) 을 개재하여 배기 터보챠져 (7) 의 압축기 (7a) 의 출구에 연결되고, 압축기 (7a) 의 입구는 흡입 공기 양 검출기 (8) 를 개재하여 에어 클리너 (9) 에 연결된다. 흡기 송풍관 (6) 내에는 스텝모터 (step motor) 에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (10) 가 배치되어 있고, 흡기 송풍관 (6) 주위에는 흡기 송풍관 (6) 을 통해 유동하는 흡입 공기를 냉각시키는 냉각 유닛 (11) 이 배치된다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서는, 기관 냉각수가 냉각 유닛 (11) 으로 유입되어, 기관 냉각수에 의해 흡입 공기가 냉각된다.
배기 매니폴드 (5) 는 배기 터보챠져 (7) 의 배기 터빈 (7b) 의 입구에 연결 되고, 배기 터빈 (7b) 의 출구는 산화 촉매부 (12) 의 입구에 연결된다. 산화 촉매부 (12) 의 하류에 있으며 산화 촉매부 (12) 옆에 있는, 배기가스 중에 포함되는 미립자 물질을 포집하는 미립자 필터 (13) 가 배치되어 있다. 미립자 필터 (13) 의 출구는 배기관 (14) 을 개재하여 NOx SCR 촉매 (15) 의 입구에 연결된다. NOx SCR 촉매 (15) 의 출구에 산화 촉매부 (16) 가 연결된다.
NOx SCR 촉매 (15) 상류의 배기관 (14) 내에는 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 가 배치되어 있으며, 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 는 공급관 (18) 및 공급 펌프 (19) 를 개재하여 수성 우레아 용액 탱크 (20) 에 연결된다. 수성 우 레아 용액 탱크 (20) 내에 저장되어 있는 수성 우레아 용액은 공급 펌프 (19) 에 의해 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 로부터, 배기관 (14) 내에 배치된 산판 (dispersion plate; 14a) 을 향하여 분사된다. 우레아로부터 발생한 암모니아((NH2)2 CO＋H2O→2NH3＋CO2) 에 의해 배기가스 중에 포함되는 NOx가 NOx SCR 촉매 (15) 에서 환원된다.
배기 매니폴드 (5) 및 흡기 매니폴드 (4) 는 배기가스 재순환 (이하, EGR 로 칭함) 통로 (21) 를 개재하여 서로 연결되고, EGR 통로 (21) 내에는 전자 제어식 EGR 제어 밸브 (22) 가 배치된다. 또, EGR 통로 (21) 주위에는, EGR 통로 (21) 를 통해 유동하는 EGR 가스를 냉각시키는 냉각 유닛 (23) 이 배치된다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서는, 기관 냉각수가 냉각 유닛 (23) 으로 유입되고, 기관 냉각수에 의해 EGR 가스가 냉각된다. 연료 분사 밸브 (3) 는 연료 공급관 (24) 을 개재하여 공동 (common) 레일 (25) 에 연결되고, 공동 레일 (25) 은 전자 제어식의 가변 전달 연료 펌프 (26) 를 개재하여 연료 탱크 (27) 에 연결된다. 연료 탱크 (27) 내에 저장되어 있는 연료는 연료 펌프 (26) 에 의해 공동 레일 (25) 내에 공급되고 공동 레일 (25) 내에 공급된 연료는 각 연료 공급관 (24) 을 통해 연료 분사 밸브 (3) 에 공급된다.
전자 제어 유닛 (30) 은 디지털 컴퓨터로 이루어지고, 양 방향성 버스 (31) 에 의해 서로 접속된 ROM(Read Only Memory;32), RAM(Random Access Memory;33), CPU(마이크로프로세서;34), 입력 포트 (35) 및 출력 포트 (36) 를 구비한다. NOx SCR 촉매 (15) 의 하류에는 NOx SCR 촉매 (15) 의 온도를 검출하는 온도 센서 (28) 가 배치되고, 산화 촉매부 (16) 의 하류에는 배기가스 중의 NOx 농도를 검출하는 NOx 센서 (29) 가 배치된다. 온도 센서 (28), NOx 센서 (29) 및 흡입 공기 양 검출기 (8) 의 출력 신호는 대응하는 A/D 변환기 (37) 를 개재하여 입력 포트 (35) 에 전송된다.
엑셀러레이터 페달 (40) 에는 엑셀러레이터 페달 (40) 의 강하 (depression) 양 (L) 에 비례하여 출력 전압을 발생하는 부하 센서 (41) 가 접속되어 있으며, 부하 센서 (41) 의 출력 전압은 부하 센서 (41) 에 연결된 A/D 변환기 (37) 를 개재하여 입력 포트 (35) 에 입력된다. 입력 포트 (35) 에는 크랭크 축이 예를 들어 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크 각 센서 (42) 가 접속된다. 출력 포트 (36) 는 각각의 구동 회로 (38) 를 개재하여 연료 분사 밸브 (3), 스로틀 밸브 (10) 를 구동하는 스텝 모터, 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17), 공급 펌프 (19), EGR 제어 밸브 (22) 및 연료 펌프 (26) 에 접속된다.
산화 촉매부 (12) 는 예를 들어 백금과 같은 귀금속 촉매를 담지하고 있고, 산화 촉매부 (12) 는 배기가스 중에 포함되는 NO 를 NO2 로 전환하는 작용과 배기가스 중에 포함되는 HC 를 산화시키는 작용을 갖는다. 즉, NO2 는 NO 보다 산화성이 강하다. 따라서, NO 가 NO2 로 전환되면, 미립자 필터 (13) 상에 포집된 미립자 물질의 산화 반응이 촉진되고, NOx SCR 촉매 (15) 에서 암모니아에 의한 환원 작용이 촉진된다. NOx SCR 촉매 (15) 에 HC 가 흡착되면, NOx SCR 촉매 (15) 상에 흡착된 암모니아의 양이 감소하기 때문에, NOx 정화율이 감소한다. 따라서, 산화 촉매부 (12) 를 사용하며 HC 를 산화함으로써 NOx 정화율이 감소하는 것이 저지 될 수 있다.
미립자 필터 (13) 로서는 촉매를 담지하지 않는 미립자 필터를 사용할 수도 할 수 있고, 예를 들어 백금과 같은 귀금속 촉매를 담지하는 미립자 필터를 사용할 수도 있다. 또, NOx SCR 촉매 (15) 는 저온에서 높은 NOx 정화율을 갖는 암모니아 흡착 Fe 제올라이트로 구성되어 있다. 산화 촉매부 (16) 는 예를 들어 백금으로 이루어지는 귀금속 촉매를 담지하고 있다. 산화 촉매부 (16) 는 NOx SCR 촉매 (15) 로부터 누출된 암모니아를 산화한다.
그런데, 도 1 에 도시된 본 발명의 실시형태에서는 NOx SCR 촉매 (15) 는 대략 200℃ 의 온도에서 활성화된다. NOx SCR 촉매 (15) 가 활성화된 후, 배기가스 중에 포함되는 NOx 를 환원하는데 필요한 양의 수성 우레아 용액이 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 로부터 공급된다. 도 2A 는 NOx SCR 촉매 (15) 가 열화되지 않았고, 수용성 우레아 용액의 공급량이 배기가스 중의 NOx 를 환원하는데 필요한 정규값에 유지되고 있으며, 수성 우레아 용액의 질이 정규의 질에 유지되어 있을 때의 NOx 정화율 (NR) 및 NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 와의 관계를 나타낸다.
도 2A 로부터 도시된 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 활성 온도까지 상승하면, NOx 정화율 (NR) 은 급속히 최고값까지 상승한다. NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 더욱 상승하면, NOx 정화율 (NR) 은 최고값에 유지된 다. 촉매 온도 (TC) 가 비교적 낮을 때에는, 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 로부터 공급된 수성 우레아 용액은 암모니아의 형태로 일단 NOx SCR 촉매 (15) 에 흡착되고, 배기가스 중의 NOx 는 NOx SCR 촉매 (15) 에 흡착된 암모니아와 반응해 환원될 수 있다.
한편, 촉매 온도 (TC) 가 높아질 때, 암모니아는 NOx SCR 촉매 (15) 에 더 이상 흡착되지 않는다. 이 때, 배기가스 중의 NOx 는 수성 우레아 용액으로부터 발생된 암모니아와 기상으로 반응해 환원될 수 있다. 도 2B 는 이러한 현상을 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 2B 에 나타낸 바와 같이, 촉매 온도 (TC) 가 높아짐에 따라, NOx SCR 촉매 (15) 에 흡착된 암모니아와의 반응에 의해 환원된 NOx 양 대 암모니아와의 반응에 의해 환원된 전체 NOx 양의 비가 감소하는 반면에, 암모니아와의 기상 반응으로 인해 환원된 NOx 의 양 대 암모니아와의 반응으로 인하여 환원된 전체 NOx 양의 비는 증가한다.
각 나라 혹은 지역에 따라 NOx 배출 기준이 다르다. 이 경우, 차량이 미리 정해진 모드로 운전될 때 배출되는 총 NOx 양이 통상적으로 NOx 배출양의 판정 기준으로서 이용된다. 차량이 규정된 기간 동안 사용된 후의 NOx 배출양이 NOx 배출 기준량 이하가 되도록 NOx 배출 기준이 정해져 있다.
이 배출 기준 이외에, 배출 규제가 정해져 있다. 배출 규제에 따르면, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과해서는 안 된다. 정규값은 나라 혹은 지역에 따라 다르지만, 정규값은 NOx 배출 기준 양의 2 배 혹은 3 배다. NOx 배출양이 정규값을 초과하는 경우에 이상 위치를 나타내는 경고등 (alarm lamp) 을 점 등시키는 일을 의무화하고 있는 나라도 있다.
본 발명의 실시형태에서는, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화 및 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성을, NOx 배출양이 비정상으로 증대하는 원인으로 본다. 본 발명의 실시형태에 따르면, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 혹은 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지가 판정된다.
다음으로 도 2C, 도 3A, 및 도 3B 를 참조하면서 전술한 판정을 수행하는 방식을 설명한다. 도 2C, 도 3A, 및 도 3B 는 정규값이 NOx 배출 기준 양의 2 배인 경우를 나타낸다. 도 2C, 도 3A, 및 도 3B 에서는, 파선 (A) 이 NOx 배출양이 NOx 배출 기준 양과 일치할 때의 NOx 정화율 (NR) 을 나타낸다. 즉, 다시 말해, NOx 정화율 (NR) 이 도 2C, 도 3A, 및 도 3B 에 나타낸 파선 (A) 으로 표시한 방식으로 촉매 온도 (TC) 에 대해 변하는 상태에서 차량이 미리 정해진 모드로 운전될 때, NOx 배출양은 NOx 배출 기준 양이 된다. 이하, 파선 (A) 으로 표시한 NOx 정화율 (NR) 을 "기준 NOx 정화율 (A)" 라고 칭한다.
도 2C 에는, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 NOx 배출 기준 양의 2 배인 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 을 실선 (B1) 으로 나타나 있고, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 이 실선 (B2) 으로 나타나 있다. NOx 배출양이 NOx 배출 기준 양의 2 배의 값에 이른다고 하는 것은, NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 로 감소되는 것 을 의미한다. 따라서, 실선 (B1) 은 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 가 된 경우를 표시한다.
NOx SCR 촉매 (15) 에 대한 암모니아의 흡착 작용 및 NOx SCR 촉매 (15) 에 흡착된 암모니아의 NOx의 환원 작용은 촉매의 활성에 의해 지배된다. 따라서, 도 2B 에 나타낸 바와 같이, 흡착 암모니아의 NOx의 환원 작용이 지배적일 때, 즉 촉매 온도 (TC) 가 비교적 낮을 때, NOx SCR 촉매 (15) 가 열화되면, 도 2C 에서 실선 (B1, B2) 으로 표시된 바와 같이, NOx 정화율 (NR) 은 대폭으로 감소한다.
반대로, NOx 의 환원 작용이 기상으로 행해질 때는, NOx 의 환원 작용은 촉매의 활성에 거의 지배되지 않는다. 따라서, 도 2B 나타낸 바와 같이, 기상으로 NOx 의 환원 작용이 지배적이 될 때, 즉 촉매 온도 (TC) 가 비교적 높을 때에는 NOx SCR 촉매 (15) 가 열화되어도 도 2C 에서 실선 (B1, B2) 으로 나타낸 바와 같이 NOx 정화율 (NR) 은 그다지 감소되지 않는다.
즉, 실선 (B1) 으로 표시된 바와 같이, NOx 정화율이 NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 로 감소되는 때에는 NOx 정화율 (NR) 은 촉매 온도 (TC) 가 상승하는 것에 따라 증가한다. 촉매 온도 (TC) 가 450°이상일 때, NOx 정화율 (NR) 은 기준 NOx 정화율 (A) 에 근접한다. 실선 (B2) 으로 표시된 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때에도 NOx 정화율 (NR) 은 촉매 온도 (TC) 가 상승하는 것에 따라 증가한다. 촉매 온도 (TC) 가 500℃ 이상에서는, NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이상이 된다.
다음으로, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율 (NR) 이 감소하는 경우에 대해 설명한다. NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양은 기관의 운전 상태에 따라 미리 정해진다. 그러나, 예를 들어 수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 의 노즐 출구의 막힘 (clogging) 에 의해 수성 우레아 용액의 공급량이 정규값보다 작아지면, NOx 정화율은 감소한다. 또, 정규의 수성 우레아 용액 대신에 저 암모니아 농도를 갖는 기준 수성 우레아 용액이 사용되거나 혹은 수성 우레아 용액 탱크 (20) 내에 다른 액체, 예를 들어 물이 공급되거나 하면, NOx 정화율은 감소한다.
도 3A 에는, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 NOx 배출 기준 양의 2배인 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 이 실선 (C) 으로 표시되어 있다. 전술한 바와 같이, NOx 배출양이 NOx 배출 기준 양의 2배가 되었다고 하는 것은 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 로 감소되는 것을 의미한다. 따라서, 실선 (C) 은 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 가 되는 경우를 나타낸다.
수성 우레아 용액 공급 밸브 (17) 의 노즐 출구가 막히거나, 수성 우레아 용액의 암모니아 농도가 감소하면, 수성 우레아 용액의 공급량에 대하여 독립적으로 NOx 의 환원에 사용될 수 있는 암모니아량이 일정한 비율로 감소한다. 따라서, 도 3A 에 실선 (C) 으로 표시된 바와 같이, NOx 정화율 (NR) 은 기준 NOx 정화율 (A) 에 대해 촉매 온도 (TC) 에 대하여 독립적으로 일정한 비율로 감소한다.
도 2C 와 도 3A 를 비교하면, NOx SCR 촉매 (15) 가 열화했을 때와 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질이 비정규적이 되었을 때에, 촉매 온도 (TC) 에 대한 NOx 정화율 (NR) 의 변화 패턴의 차이를 볼 수 있다. 따라서, NOx 정화율 (NR) 의 변화 패턴의 차이를 이용함으로써 NOx SCR 촉매 (15) 가 열화되었는지 혹은 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질이 비정규적이 되었는지를 판정할 수 있게 된다.
그러므로, 본 발명의 실시형태에 따르면, NOx 정화율의 변화 패턴의 차이를 이용해, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여, 혹은 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지를 판정한다. 이는 도 2C 와 도 3A 를 통합하여 얻은 도 3B 를 참조하면서 설명한다.
도 3B 는 전형적인 실시예로서 NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 혹은 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는지를 판정하는 경우를 나타낸다.
도 3B 에 따라 이와 같은 판정을 하는 경우, NOx SCR 촉매 (15) 가 약간 열화되고, 동시에 수성 우레아 용액의 양 또는 질이 다소 비정규적이 될 수도 있지만, NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소하게 하는 NOx SCR 촉매 (15) 의 열화 및 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율의 50% 이하의 값으로 감소하게 하는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성은 동시에 발생되지 않는 다는 것을 전제로 하고 있다.
먼저, 도 3B 를 참조하여, 촉매 온도 (TC) 가 활성 온도 (TC0) 이상이고 곡선 B1 과 곡선 C 와의 교점에서의 촉매 온도인 촉매 온도 TCa 보다 낮은 경우에 대해 설명한다. NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여, NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는 경우에, 임의로 주어진 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 B1 이하의 값이다. NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는 경우에, 임의로 주어진 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 C 이하다.
전술한 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는 경우에, 임의로 주어진 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 B1 이하의 값이다. 따라서, NOx 정화율 (NR) 이 곡선 B1 보다 위에 그리고 곡선 C 보다 아래의 영역, 즉 3B 에 나타낸 해칭 영역 (X1) 내에 있는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소된다.
NOx 정화율 (NR) 이 영역 (X1) 내에 있는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는 것이 확정된다. 그러므로, 영역 X1 은 "비정규 확정 영역" 이라고 칭해진다.
한편, NOx 정화율 (NR) 이 곡선 B1 보다 아래의 영역, 즉 도 3B 에 나타나 있는 해칭 영역 (X2) 내에 있는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 또는 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는지를 판정할 수 없다.
따라서, 이 경우에는, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 또는 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되는지를 판정할 필요가 있다. 따라서, 해칭 영역 (X2) 은 "판정-필수 영역" 이라고 칭한다.
도 3B 에 나타낸 실시형태에서 판정은 촉매 온도 (TC) 가 곡선 B2 과 곡선 C 와의 교점에서의 촉매 온도인 촉매 온도 TC2 보다 높아졌을 때에 행해진다. 촉매 온도 (TC) 가 촉매 온도 TC2 보다 높을 때, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소될 때, 임의로 주어진 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 B1 과 곡선 B2 사이에 있는 해칭 영역 (Y1) 내에 있다. NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 정화율 (NR) 이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소되면, 임의로 주어진 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 C 아래에 있는 해칭 영역 (Y2) 내에 있다.
NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소될 때, NOx 정화율 (NR) 은 해칭 영역 (Y1) 내에 있고, 해칭 영역 (Y2) 에 있지 않는다. 따라서, NOx 정화율 (NR) 이 영역 Y1 내에 있을 때는, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소된다고 판정된다. 영역 Y1 는 "제 1 이상 영역" 이라고 칭해진다.
한편, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소될 때, NOx 정화율 (NR) 은 해칭 영역 (Y2) 내에 있고, 해칭 영역 (Y1) 에는 결코 있지 않다. 따라서, NOx 정화율 (NR) 이 해칭 영역 (Y2 ) 에 있을 때, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소된다. 해칭 영역 (Y2) 은 "제 2 이상 영역" 이라고 칭해진다.
전술한 바와 같이, 도 3B 에 나타낸 실시예에서는, 촉매 온도 (TC) 가 낮을 때에 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있고, 촉매 온도 (TC) 가 증가할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 에 있게 되는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소된다고 판정된다. 한편, 촉매 온도 (TC) 가 낮을 때에 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있고, 촉매 온도 (TC) 가 증가할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 에 있게 되는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 정화율이 기준 NOx 정화율 (A) 의 50% 이하의 값으로 감소된다고 판정된다.
본 발명을 도 3B 에 나타낸 대표적인 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 이하에서는 본 발명을 일반화시켜 설명한다.
본 발명에 따르면, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우 또는 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우에 NOx 정화율 (NR) 이 감소하는 영역이 판정-필수 영역 (X2) 으로 설정되고, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 온도 (TC) 는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있다. NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역이 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정되고, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 온도 (TC) 는 상기 제 1 온도 범위의 상한보다 큰 하한을 갖는 미리 정해진 제 2 온도 범위 내에 있다. NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출 양이 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역이 제 2 이상 영역 (Y2) 으로 설정되고, 촉매 온도 (TC) 는 미리정해진 제 2 온도 범위 내에 있다. NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정된다. 한편, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx SCR 촉매 (15)의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정된다.
본 발명에 따르면, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역이 비정규-확정 영역 (X1) 으로 설정되며, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 온도 (TC) 는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있다. NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있 을 때, NOx 정화율 (NR) 이 상기 비정규-확정 영역 (X1) 내에 있다고 판정되는 경우에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정된다.
도 3B 에 나타낸 바와 같이, 판정-필수 영역 (X2) 에 인접한 영역이 비정규-확정 영역 (X1) 으로 설정된다. 주어진 임의의 촉매 온도 (TC) 에서 NOx 정화율 (NR) 은 판정-필수 영역 (X2) 보다 비정규-확정 영역 (X1) 에서 더 크다. 또, 도 3B 에 나타낸 바와 같이, 주어진 임의의 촉매 온도 (TC) 에서 NOx 정화율 (NR) 은 제 2 이상 영역 (Y2) 보다 제 1 이상 영역 (Y1) 에서 더 크다.
다음으로, 일반적 표현을 이용해 각 곡선 B1, 곡선 B2, 및 곡선 C 를 규정하고, 일반적 표현을 이용해 규정된 곡선 B1, 곡선 B2, 및 곡선 C 에 의해 영역 X1, 영역 X2, 영역 Y1, 및 영역 Y2 를 규정한다.
즉, 도 3B 로부터 알 수 있는 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 B1 으로 표시된 바와 같이 NOx SCR 촉매 (15) 의 활성 후, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 상승함에 따라, 기준 NOx 정화율 (A) 을 향해 증가한다. 반면에, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은 곡선 C 로 표시된 바와 같이 NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 에 대해 독립적으로 기준 NOx 정화율 (A) 에 대해 일 정한 비율로 감소된다.
이 경우, 도 3B 에 나타낸 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 이 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 과 NOx SCR 촉매 (15) 의 활성 후, NOx SCR 촉매 (15) 의 고유 온도 (TCa) 에서 일치한다.
또한, 전술한 제 1 온도 범위는 NOx SCR 촉매 (15) 의 활성 온도 (TC0) 내지 NOx SCR 촉매 (15) 의 고유 온도 (TCa) 의 범위로 설정된다.
또, 도 3B 로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 온도 범위 내의 주어진 임의의 촉매 온도 (TC) 에서, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 (곡선 B1 으로 표시된) NOx 정화율 (NR) 은, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 (곡선 C 로 표시된) NOx 정화율 (NR) 보다 낮다. 제 1 온도 범위 내의 영역이자, 주어진 임의의 촉매 온도 (TC) 에서 NOx 정화율 (NR) 이, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 (곡선 B1 으로 표시된) NOx 정화율 (NR) 보다 낮은 영역이 판정-필수 영역 (X2) 으로 설정된다.
또한, 도 3B 의 곡선 B2 로 표시된 바와 같이, NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 상승함에 따라 증가한다. NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx SCR 촉매 (15) 의 고유의 온도 (TCa) 보다 큰 NOx SCR 촉매 (15) 의 특정 온도 (TC2) 에서 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 (곡선 C 로 표시된) NOx 정화율 (NR) 과 일치한다.
상기 제 2 온도 범위는 NOx SCR 촉매 (15) 의 특정 온도 (TC2) 보다 큰 하한을 갖는 온도 범위내에 설정된다. 도 3 에 나타낸 구체적인 실시예에서, 제 2 온도 범위의 하한은 특정 촉매 온도 (TC2) 와 일치한다.
도 3B 로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 온도 범위의 영역내에서, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 을 표시하는 곡선 B1 과 NOx SCR 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 을 표시하는 곡선 B2 사이의 영역이 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정된다. 제 2 온도 범위의 영역내에서, 주어진 임의의 촉매 온도 (TC) 에서의 NOx 정화율 (NR) 이, NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 (곡선 C 로 표시된) NOx 정화율 (NR) 보다 작은 영역이 제 2 이상 영역 (Y2) 으로 설정된다.
촉매 온도 (TC) 가 작동 상태의 변화로 인해 제 2 온도 범위가 된 후에 제 2 온도 범위 내에서 이상 판정이 이행된다. 그러나, 촉매 온도 (TC) 는 종종 제 2 온도 범위 내의 값으로 증가되지 않는다. 이러한 경우에는, 제 2 온도 범위 내에서 이상 판정이 이행될 수 없다.
그러므로, 본 발명의 실시형태에 따르면, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있고, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 규정된 기간 중에 제 2 온도 범위 내에 있지 않을 때 NOx 정화율 (NR) 이 상기 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정하면, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 될 때까지 NOx SCR 촉매 (15) 가 가열된다.
본 발명의 실시형태에서는 NOx SCR 촉매 (15) 에 의해 얻어지는 NOx 정화율 (NR) 을 검출할 필요가 있다. 그러므로, 단위 시간당 기관으로부터 배출되는 NOx 량 (이하, "NOx 량 NOXA 라고 칭함) 이 요구 (required) 토크 (TQ) 및 기관 회전수 (N) 의 함수를 나타내는 맵의 형태로 미리 ROM (32) 내에 저장된다. 또, NOx 센서 (29) 에 의해 검출된 NOx 농도와 배기가스량, 즉 흡입 공기 양을 기초로 하여 단위 시간당 NOx SCR 촉매 (15) 로부터 배출되는 NOx 량이 결정된다. 따라서, 도 4 에 나타낸 NOx 량 NOXA 와 NOx 센서 (29) 에 의해 검출된 값을 기초로 하여 NOx 정화율 (NR) 이 결정된다.
다음으로, 도 5 를 참조하여 이상 검출 루틴에 대해 설명한다. 또한, 이 루틴은 미리 정해진 시간 간격을 두고 단속되는 방식으로 수행된다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 먼저, 단계 50 에서는 차량이 운전될 때마다 매번 이행되는 이상 검출이 완료한 것을 표시하는 완료 플래그가 설정되어 있는지가 판정된다. 완료 플래그가 설정되어 있다고 판정되면, 루틴이 종료된다. 한편, 완료 플래그가 설정되어 있지 않다고 판정되면, 단계 51 이 수행된다. 단계 51 에서는, 촉매 온도 (TC) 가 활성 온도 (TC0) 를 초과하는지가 판정된다. 촉매 온도 (TC) 가 활성 온도 (TC0) 를 초과한다고 판정되면, 단계 52 가 수행되어 이상 검출을 시작한다.
단계 52 에서는 미리 정해진 시간 ΔM 을 ΣM 에 가산한다. 이로써, ΣM 는 촉매 온도 (TC) 가 활성 온도 (TC0) 를 초과한 후 경과된 시간을 표시한다. 이 경우, 미리 정해진 시간 대신에 흡입 공기 양, 연료 분사 양 혹은 차량 속력이 ΔM 으로서 사용될 수도 있다. 단계 53 에서는 판정 플래그가 설정되어 있는지가 판정된다. 최초로 단계 53 이 수행될 때에는 판정 플래그가 설정되어 있지 않다. 이로써, 단계 54 가 수행된다.
단계 54 에서는, 촉매 온도 (TC) 가 도 3B 에 나타낸 제 1 온도 범위 내의 미리 정해진 온도 (TC1) 와 동일해졌는지가 판정된다. 촉매 온도 (TC) 가 미리 정해진 온도 (TC1) 와 일치하면, 단계 55 가 수행된다. 단계 55 에서는, 도 4 에 나타낸 맵 및 NOx 센서 (29) 의 출력 신호를 기초로 하여 NOx 정화율 (NR) 이 산출된다. 그 다음에, 단계 56 에서는 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있는지가 판정된다. NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있지 않다고 판정되면, 단계 58 이 수행된다. 단계 58 에서는, NOx 정화율 (NR) 이 비정규 확정 영역 (X1) 내에 있는지가 판정된다. NOx 정화율 (NR) 이 비정규 확정 영역 (X1) 내에 있지 않다고 판정되면 루틴이 종료된다.
한편, 단계 56 에서 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정되면 단계 57 이 수행된다. 단계 57 에서는, 판정 플래그가 설정된다. 판정 플래그가 설정된 후에, 다음의 루틴에서는 단계 53 후에 단계 59 가 수행된다. 단계 59 에서는, 경과시간 (ΣM) 이 미리 정해진 시간 (MX) 을 초과하는지가 판정된다. 경과 시간 (ΣM) 이 미리 정해진 시간 (MX) 이하라고 판정되면 단계 60 이 수행되지 않고 단계 61 이 수행된다. 단계 61 에서는, 촉매 온도 (TC) 가 도 3B 에 나타낸 미리 정해진 온도 (TC2) 를 초과하는지가 판정된다. 촉매 온도 (TC) 가 미리 정해진 온도 (TC2) 를 초과한다고 판정되면, 단계 62 가 수행되어 이상 판정을 이행한다.
한편, 촉매 온도 (TC) 가 미리 정해진 온도 (TC2) 까지 상승하지 않고, 단계 59 에서 경과시간 ΣM 이 미리 정해진 시간 (MX) 보다 길다고 판정되면, 단계 60 이 수행된다 단계 60 에서는, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도를 상승시키는 것에 대한 제어가 수행된다. NOx SCR 촉매 (15) 의 온도가 예를 들어 연료 분사 시기를 늦추어 배기 가스의 온도를 상승시킴으로써, 혹은 산화 촉매부 (12) 의 상류에 추가의 연료를 공급함으로써 증가된다. 온도를 상승시키는 것에 대한 제어가 시작된 후에, 단계 61 에서는 촉매 온도 (TC) 가 미리 정해진 촉매 온도 (TC2) 보다 크다고 판정되면, 단계 62 가 수행된다. 단계 62 에서, NOx SCR 촉매 (15) 의 온도를 상승시키는 것에 대한 제어가 정지된다. 또한, 당연히 NOx SCR 촉매 (15) 의 온도를 상승시키는 것에 대한 제어를 수행하지 않고서 촉매 온도 (TC) 가 미리 정해진 촉매 온도 (TC2) 보다 커지면 단계 62 에서는 아무런 제어가 수행되지 않는다.
그 다음에, 단계 63 에서는 도 4 에 나타낸 맵 및 NOx 센서 (29) 의 출력 신호를 기초로 하여 NOx 정화율 (NR) 이 산출된다. 그 다음에 단계 64 에서는 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에 있는지가 판정된다. NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에 없다고 판정되면, 단계 67 이 단계 65 와 단계 66 을 수행하지 않고 수행된다. 단계 67 에서는, NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에 있는지가 판정된다. NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에 없다고 판정되면, 루틴이 종료된다.
한편, 단계 64 에서는 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에 있다고 판정되면 단계 65 가 수행된다. 단계 65 에서는, NOx SCR 촉매 (15) 의 열화에 의해 NOx 배출양이 정규값을 초과한다는 것을 표시하는 경보가 발생된다. 단계 66 에서는 완료 플래그가 설정된다.
한편, 단계 67 에서 NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에 있다고 판정되면, 단계 68 이 수행된다. 또, 단계 58 에서 NOx 정화율 (NR) 이 이상 판정-필수 영역 (X1) 내에 있다고 판정되면, 단계 68 이 수행된다. 단계 68 에서는 NOx SCR 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 정규값을 초과한다는 것을 표시하는 경보가 발생된다. 그 다음에, 단계 69 에서, 완료 플래그가 설정된다.

Claims (20)

  1. 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 (deterioration) 로 인해 또는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성 (irregularity) 으로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지를 판정하는 내연기관용 이상 (abnormality) 검출 시스템으로서,
    판정-필수 영역 설정 유닛; 제 1 이상 영역 설정 유닛; 제 2 이상 영역 설정 유닛; 및 이상 요인 판정 유닛을 포함하고,
    상기 판정-필수 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우 또는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우에 NOx 정화율 (NR) 이 감소하는 영역을 판정-필수 영역 (X2) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있으며,
    상기 제 1 이상 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역을 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 상기 제 1 온도 범위의 상한보다 큰 하한을 갖는 미리 정해진 제 2 온도 범위 내에 있으며,
    상기 제 2 이상 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역을 제 2 이상 영역 (Y2) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 상기 제 2 온도 범위 내에 있으며,
    상기 이상 요인 판정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하며, 상기 이상 요인 판정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 비정규-확정 영역 설정 유닛을 더 포함하는데,
    상기 비정규-확정 영역 설정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역을 비정규-확정 영역 (X1) 으로 설정하며, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 제 1 온도 범위 내에 있으며,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때, NOx 정화율 (NR) 이 상기 비정규-확정 영역 (X1) 내에 있다고 판정되는 경우에, 상기 이상 요인 판정 유닛은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 비정규-확정 영역 설정 유닛은 판정-필수 영역 (X2) 에 인접한 영역을 비정규-확정 영역 (X1) 으로 설정하는데, 여기서 NOx 정화율 (NR) 은 주어진 임의의 촉매 온도에서 판정-필수 영역 (X2) 에서의 NOx 정화율 (NR) 보다 큰 내연기관용 이상 검출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 이상 영역 설정 유닛은 NOx 정화율 (NR) 이 주어진 임의의 촉매 온도에서 제 2 이상 영역 (Y2) 에서의 NOx 정화율 (NR) 보다 큰 영역을 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 활성 후에 상승함에 따라, 기상으로 암모니아와 반응하여 환원되는 NOx 의 양 대 암모니아와 반응하여 환원되는 전체 NOx 의 양의 비율이 증대하기 때문에 증가하고,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 활성 후에 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 에 대하여 독립적으로 일정한 비율로 감소하며,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 활성 후에 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 고유의 온도 (TCa) 에서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 과 일치하고,
    상기 제 1 온도 범위는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 활성 온도 (TC0) 내지 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 고유의 온도 (TCa) 의 범위로 설정되는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 범위 내의 주어진 임의의 촉매 온도에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 보다 낮고,
    상기 판정-필수 영역 설정 유닛은 주어진 임의의 촉매 온도에서 NOx 정화율 (NR) 이, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 보다 낮은 영역을 상기 판정-필수 영역 (X2) 으로 설정하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 상승함에 따라 기상으로 암모니아와 반응하여 환원되는 NOx 의 양 대 암모니아와 반응하여 환원되는 전체 NOx 의 양의 비율이 증대하기 때문에 증가하고,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 은, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 고유의 온도 (TCa) 보다 큰 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 특정 온도 (TC2) 에서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 과 일치하고,
    상기 제 2 온도 범위는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 특정 온도 (TC2) 보다 큰 하한을 갖는 온도 범위로 설정되는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 이상 영역 설정 유닛은 상기 제 2 온도 범위의 영역내에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 과 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 촉매 작용이 완전히 상실되었을 때의 NOx 정화율 (NR) 사이의 영역을 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정하고,
    상기 제 2 이상 영역 설정 유닛은 상기 제 2 온도 범위의 영역내에서, 주어진 임의의 촉매 온도에서의 NOx 정화율 (NR) 이, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값에 이르렀을 때의 NOx 정화율 (NR) 보다 작은 영역을 제 2 이상 영역 (Y2) 으로 설정하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 규정된 기간 중에 제 2 온도 범위 내에 있지 않을 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 상기 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정하면, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 될 때까지 NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 가열되는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, NOx 정화율 (NR) 을 얻기 위해 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 하류의 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 NOx 센서 (29) 를 더 포함하는 내연기관용 이상 검출 시스템.
  11. 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 또는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성으로 인해, NOx 배출양이 규정된 정규값을 초과하는지에 대한 판정에 따른 내연기관용 이상 검출 방법으로서,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우 또는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과하는 경우에 NOx 정화율 (NR) 이 감소하는 영역을 판정-필수 영역 (X2) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 미리 정해진 제 1 온도 범위 내에 있는 판정-필수 영역 설정 단계,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역을 제 1 이상 영역 (Y1) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 상기 제 1 온도 범위의 상한보다 큰 하한을 갖는 미리 정해진 제 2 온도 범위 내에 있는 제 1 이상 영역 설정 단계,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인하여 NOx 배출양이 상기 규정된 정규값을 초과할 때에는 NOx 정화율 (NR) 이 감소하지 않는 영역을 제 2 이상 영역 (Y2) 으로 설정하고, 여기서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 는 상기 제 2 온도 범위 내에 있는 제 2 이상 영역 설정 단계,
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 내에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율 (NR) 이 제 1 이상 영역 (Y1) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화로 인해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하는 단계, 및
    NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 1 온도 범위 내에 있을 때 NOx 정화율 (NR) 이 판정-필수 영역 (X2) 에 있다고 판정되고, 그리고 나서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 (TC) 가 제 2 온도 범위 내에 있게 되면 NOx 정화율 (NR) 이 제 2 이상 영역 (Y2) 내에서 감소한다고 판정되는 경우에, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급되는 수성 우레아 용액의 양 또는 질의 비정규성에 의해 NOx 배출양이 상기 정규값을 초과한다고 판정하는 단계를 포함하는 내연기관용 이상 검출 방법.
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