KR101168621B1 - 내연 기관의 배기 정화 시스템 - Google Patents

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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 배기 정화 장치보다 열용량이 작은 전단 촉매가 형성되어 있고, 환원제 첨가 밸브로부터 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 환원제가 첨가되는 경우에 있어서도, 전단 촉매의 과승온을 억제하는 것을 과제로 한다. 본 발명에서는 첨가된 환원제가 액체 상태로 전단 촉매에 도달하는 위치에 환원제 첨가 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 전단 촉매 및 배기 정화 장치에 환원제를 공급하기 위해 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 비해 환원제를 더욱 집중적으로 첨가한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 시스템{EXHAUST PURIFICATION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 배기 통로에서의 배기 정화 장치보다 상류측에 형성되어 있고 배기 정화 장치보다 열용량이 작은 전단 (前段) 촉매를 구비한 내연 기관의 배기 정화 시스템에 관한 것이다.
내연 기관의 배기 정화 시스템에 있어서는 흡장 환원형 NOx 촉매 (이하, NOx 촉매라고 한다), 촉매를 담지시킨 파티큘레이트 필터 (이하, 필터라고 한다), 및, 이들을 조합한 것 등과 같은 배기 정화 장치를 내연 기관의 배기 통로에 형성하는 경우가 있다. 또, 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 산화 기능을 갖는 전단 촉매를 형성함과 함께, 그 전단 촉매의 직상류 (直上流) 의 배기 통로에 환원제 첨가 밸브를 형성하는 경우가 있다.
이 경우, 배기 정화 장치의 기능을 회복시키기 위해 그 배기 정화 장치를 승온시키거나 그 배기 정화 장치의 주위 분위기의 공연비를 저하시키거나 할 때에, 환원제 첨가 밸브로부터 환원제를 첨가함으로써 전단 촉매 및 배기 정화 장치에 환원제가 공급된다.
여기에서 배기 정화 장치보다 열용량이 작은 촉매를 전단 촉매로서 사용한 경우, 내연 기관의 냉간 시동시 등에 있어서 전단 촉매를 향해 환원제를 첨가함으로써 그 전단 촉매를 더욱 조기에 승온시킬 수 있다. 그 결과, 배기 정화 장치를 더욱 조기에 승온시킬 수 있게 된다.
일본 공개특허공보 2007-032398호에는, 배기 정화 장치보다 상류측에서 배기 통로로부터 분기되어 배기 정화 장치를 통과하는 분기 통로에 연료 첨가 밸브 및 연소용 촉매를 형성하는 기술이 기재되어 있다. 이 일본 공개특허공보 2007-032398호에서는 분기 통로에 추가로 에어 펌프와 점화 플러그가 형성되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2005-127257호에는, 배기 통로에서의 NOx 촉매보다 상류측에, 공급되는 연료를 개질시키는 개질 촉매를 형성하는 기술이 기재되어 있다. 그리고, 이 일본 공개특허공보 2005-127257호에는, 개질 촉매를 배기 통로의 중앙부에 배치하고, 그 개질 촉매의 외주에 배기가 흐르는 우회로를 형성시키는 기술이 개시되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2006-70818호에는, 배기 통로에 연료 분사기를 형성하고, 배기의 온도가 기준 온도 이상이며 또한 내연 기관의 운전 상태가 가속 상태일 때에 연료 분사기로부터 연료를 분사함으로써 배기의 온도를 제어하는 기술이 기재되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2006-275020호에는, 배기 정화 촉매의 과승온을 억제하기 위해서, 그 배기 정화 촉매보다 상류측의 배기 통로에 질소 부화 공기를 공급하는 기술이 기재되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 평8-158928호에는, 응축수의 기화열을 고려한 배기 온도의 연산 방법에 관한 기술이 기재되어 있다. 일본 공개특허공보 2005-163586호에는, HC 흡착 촉매를 이용한 NOx 촉매의 승온 방법에 관한 기술이 기재되어 있다.
배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 전단 촉매가 형성되어 있고, 그 전단 촉매 직상류의 배기 통로에 환원제 첨가 밸브가 형성되어 있는 경우, 환원제 첨가 밸브로부터는 전단 촉매의 상류측 단면 (端面) 을 향해 환원제가 첨가된다. 이러한 경우에 있어서도, 배기 정화 장치의 기능을 회복시킬 때에는, 배기 정화 장치에 대하여 필요한 양의 환원제가 환원제 첨가 밸브로부터 첨가된다. 이 때, 전단 촉매의 열용량이 배기 정화 장치의 열용량보다 작고, 또한 전단 촉매의 활성 정도가 매우 높은 상태에 있으면, 전단 촉매에서 다량의 환원제의 산화가 급격하게 촉진됨으로써 전단 촉매가 과승온될 우려가 있다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 배기 정화 장치보다 열용량이 작은 전단 촉매가 형성되어 있고, 환원제 첨가 밸브로부터 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 환원제가 첨가되는 경우에 있어서도, 전단 촉매의 과승온을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 첨가된 환원제가 액체 상태로 전단 촉매에 도달하는 위치에 환원제 첨가 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 전단 촉매 및 배기 정화 장치에 환원제를 공급하기 위해 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 비해 환원제를 더욱 집중적으로 첨가한다.
더욱 상세하게는, 제 1 발명에 관련된 내연 기관의 배기 정화 시스템은,
내연 기관의 배기 통로에 형성되고 촉매를 함유하여 구성되는 배기 정화 장치와,
그 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 배기 정화 장치보다 열용량이 작으며 또한 산화 기능을 갖는 전단 촉매와,
그 전단 촉매 직상류의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 전단 촉매 및 상기 배기 정화 장치에 환원제를 공급할 때에 액체 상태의 환원제를 상기 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 첨가하는 환원제 첨가 밸브를 구비하고,
상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 소정 레벨 이하인 경우에 비해 환원제를 더욱 집중적으로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 소정 레벨이란, 전단 촉매의 활성 정도가 그 소정 레벨보다 높으면 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하일 때와 마찬가지로 전단 촉매에 환원제가 공급된 경우, 전단 촉매에서의 환원제의 산화가 급격하게 촉진됨으로써 전단 촉매가 과승온될 우려가 있는 것으로 판단할 수 있는 임계값 이하의 값이다. 이러한 소정 레벨은 실험 등에 의해 미리 정해져 있다. 소정 레벨을 내연 기관의 운전 상태에 따라 변경해도 된다.
환원제가 액체 상태로 전단 촉매에 공급되면, 환원제의 온도가 전단 촉매보다 낮기 때문에 환원제에 의해 전단 촉매가 냉각된다. 그리고, 전단 촉매에 환원제가 집중적으로 공급될수록, 환원제에 의한 전단 촉매의 냉각이 촉진된다.
또, 액체 상태로 전단 촉매에 공급된 환원제는 전단 촉매에서 기화된다. 그리고, 기화된 환원제의 일부가 전단 촉매에서 산화된다. 이 때, 환원제가 기화됨으로써 발생하는 기화열에 의해 전단 촉매가 냉각됨과 함께, 기화된 환원제가 산화됨으로써 발생하는 산화열에 의해 전단 촉매가 가열된다. 이 경우, 전단 촉매에 환원제가 집중적으로 공급될수록, 환원제의 기화에 의해 단위 시간당 발생하는 기화열은 증가한다. 한편, 전단 촉매에 환원제가 집중적으로 공급될수록, 전단 촉매에 공급되는 산소의 양이 감소하고, 그 결과, 환원제의 산화가 촉진되기 어려워진다.
요컨대, 전단 촉매에 환원제가 집중적으로 공급될수록, 환원제의 산화에 의해 발생하는 산화열에 의한 전단 촉매의 가열량은 작아지고, 액체의 환원제에 의한 전단 촉매의 냉각량 및 환원제의 기화에 의해 발생하는 기화열에 의한 전단 촉매의 냉각량이 커진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 상태에서 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가가 실행되는 경우라도, 전단 촉매의 과승온을 억제할 수 있다.
제 2 발명에 관련된 내연 기관의 배기 정화 시스템은,
내연 기관의 배기 통로에 형성되고 촉매를 함유하여 구성되는 배기 정화 장치와,
그 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 배기 정화 장치보다 열용량이 작으며 또한 산화 기능을 갖는 전단 촉매와,
그 전단 촉매 직상류의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 전단 촉매 및 상기 배기 정화 장치에 환원제를 공급할 때에 액체 상태의 환원제를 상기 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 첨가하는 환원제 첨가 밸브를 구비하고,
상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 소정 레벨 이하인 경우에 비해 동일량의 환원제가 더욱 단기간에 첨가되도록 상기 환원제 첨가 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 소정 레벨은 제 1 발명에 관련된 소정 레벨과 동일한 값이다.
본 발명에 의하면, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 비해 환원제를 더욱 집중적으로 첨가할 수 있다. 따라서, 전단 촉매의 과승온을 억제할 수 있다.
제 3 발명에 관련된 내연 기관의 배기 정화 시스템은,
내연 기관의 배기 통로에 형성되고 촉매를 함유하여 구성되는 배기 정화 장치와,
그 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 배기 정화 장치보다 열용량이 작으며 또한 산화 기능을 갖는 전단 촉매와,
그 전단 촉매 직상류의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 전단 촉매 및 상기 배기 정화 장치에 환원제를 공급할 때에 액체 상태의 환원제를 상기 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 간헐적으로 첨가하는 환원제 첨가 밸브를 구비하고,
상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 간헐적인 첨가를 실행할 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 1 회의 환원제 첨가 기간과 그 후 1 회의 환원제 첨가 휴지 (休止) 기간의 합에 상당하는 기간 중에 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 환원제 첨가 기간 1 회분의 환원제 첨가량보다 많은 환원제가 첨가되도록 상기 환원제 첨가 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 소정 레벨은 제 1 발명에 관련된 소정 레벨과 동일한 값이다.
본 발명에서는 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가는 간헐적으로 이루어진다. 요컨대, 전단 촉매 및 배기 정화 장치에 환원제를 공급하는 경우, 환원제의 첨가가 이루어지는 환원제 첨가 기간과 환원제의 첨가가 휴지되는 환원제 첨가 휴지 기간이 교대로 반복되도록 환원제 첨가 밸브가 제어된다. 여기에서 1 회의 환원제 첨가 기간과 그 후 1 회의 환원제 첨가 휴지 기간의 합을 단위 기간이라고 한다. 또, 환원제 첨가 기간 1 회분의 환원제 첨가량을 단위 첨가량이라고 한다.
본 발명에서는 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 단위 기간에 상당하는 기간 중에 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 단위 첨가량보다 많은 환원제가 첨가된다. 이로써, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우보다 동일한 기간 중에 첨가되는 환원제의 양이 많아진다.
요컨대, 본 발명에 의하면, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 비해 환원제를 더욱 집중적으로 첨가할 수 있다. 따라서, 전단 촉매의 과승온을 억제할 수 있다.
본 발명에서는 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 간헐적인 첨가가 실행될 때에 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, (1) 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 휴지 기간을 짧게 하는 제어, (2) 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 기간을 길게 하는 제어, 및 (3) 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 기간 중에서의 단위 시간당 환원제의 첨가량을 증가시키는 제어 중 적어도 어느 제어를 실행시켜도 된다.
상기 (1) 내지 (3) 의 제어 중 적어도 어느 것을 실행시킴으로써, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 단위 기간에 상당하는 기간 중에 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에 있어서의 단위 첨가량보다 많은 환원제를 환원제 첨가 밸브로부터 첨가할 수 있다.
제 1 내지 제 3 발명에서는, 전단 촉매가, 배기 정화 장치에 유입되는 배기의 전부가 아니라 그 일부가 그 전단 촉매를 통과하도록 설치되어 있어도 된다.
전단 촉매에 유입되는 배기의 유량이 적으면, 전단 촉매에 유입되는 배기의 유량이 많은 경우에 비해 환원제가 산화됨으로써 발생하는 산화열에 의한 전단 촉매의 가열이 촉진되기 쉽다. 그 때문에, 상기 구성의 경우, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우와 마찬가지로 환원제가 첨가되면, 전단 촉매가 과승온되기 쉽다.
한편, 상기 구성의 경우, 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 환원제가 첨가되었을 때에 전단 촉매에서의 단위 면적당 공급되는 환원제의 양이, 배기 정화 장치에 유입되는 배기의 전부가 전단 촉매를 통과하는 구성인 경우에 비해 많아진다. 그 때문에, 환원제 첨가 밸브로부터 환원제가 더욱 집중적으로 첨가된 경우, 전단 촉매가 보다 냉각되기 쉬워진다. 따라서, 제 1 내지 제 3 발명에 의한 전단 촉매의 과승온 억제의 효과가 더욱 커진다.
제 1 내지 제 3 발명에서는, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 전단 촉매에 유입되는 배기의 유량을 증가시켜도 된다.
전단 촉매에 유입되는 배기의 유량이 증가된 경우, 그 배기에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 상기에 의하면, 전단 촉매의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
또, 제 1 내지 제 3 발명에 있어서, 내연 기관의 흡기계에 배기의 일부를 EGR 가스로서 도입하는 EGR 장치를 추가로 구비해도 된다. 또, 이 경우, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우, EGR 가스를 전단 촉매에 도입하는 EGR 가스 도입 수단을 추가로 구비해도 된다.
전단 촉매에 EGR 가스가 도입된 경우, 배기의 유량이 증가된 경우와 마찬가지로, 전단 촉매를 통과하는 가스 (배기 ＋ EGR 가스) 의 유량이 증가한다. 그 때문에, 그 가스에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 상기에 의하면, 전단 촉매의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
또, 제 1 내지 제 3 발명에서는, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에 있어서 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에 내연 기관의 흡기 또는 외기를 전단 촉매에 도입하는 신기 (新氣) 도입 수단을 추가로 구비해도 된다.
전단 촉매에 내연 기관의 흡기 또는 외기가 도입된 경우, 배기의 유량이 증가된 경우와 마찬가지로, 전단 촉매를 통과하는 가스 (배기 ＋ 흡기 또는 외기) 의 유량이 증가한다. 그 때문에, 그 가스에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 상기에 의하면, 전단 촉매의 과승온을 더욱 억제할 수 있다. 또, 내연 기관의 흡기 및 외기는 배기보다 온도가 낮다. 그 때문에, 상기에 의하면, 전단 촉매의 과승온 억제 효과가 더욱 크다.
또, 제 1 내지 제 3 발명에 있어서, 환원제 첨가 밸브는 전단 촉매의 상류측 단면에 대하여 비스듬하게 환원제를 첨가해도 된다.
이 경우, 전단 촉매의 격벽에서의 일방의 면에는 환원제가 충돌하기 쉬워지고, 전단 촉매의 격벽에서의 타방의 면에는 환원제가 충돌되기 어려워진다. 그리고, 전단 촉매의 격벽에서의 환원제가 충돌하기 쉬운 쪽의 면은 환원제가 공급되었을 때에 냉각되기 쉬워진다. 한편, 전단 촉매의 격벽에서의 환원제가 충돌되기 어려운 쪽의 면에서는 환원제의 산화가 촉진되기 쉬워진다.
그 때문에, 상기에 의하면, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨 이하인 경우에는, 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가가 실행되었을 때에, 전단 촉매에서의 환원제의 산화를 더욱 촉진시킬 수 있다. 또, 전단 촉매의 활성 정도가 소정 레벨보다 높은 경우에는, 전단 촉매의 냉각을 더욱 촉진시킬 수 있고, 따라서 전단 촉매의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
도 1 은 실시예 1 에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 실시예 1 에 관련된, 산화 촉매의 온도와 산화 촉매의 활성 정도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 실시예 1 에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 나타내는 도면이다. 도 3(a) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 3(b) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 3(c) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 저활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 4 는, 실시예 1 에 관련된, 연료 첨가 밸브에 의한 연료의 첨가가 실행되었을 때의 산화 촉매의 냉각량과 가열량을 나타내는 도면이다. 도 4(a) 는, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행한 경우를 나타내고 있고, 도 4(b) 는, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행한 경우를 나타내고 있다.
도 5 는, 실시예 1 에 관련된 필터 재생 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은, 실시예 1 에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 6(a) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 6(b) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 7 은, 실시예 1 에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴의 제 2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 7(a) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 7(b) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 8 은, 실시예 1 에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴의 제 3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 8(a) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 8(b) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 9 는, 실시예 2 에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 10 은, 실시예 2 의 변형예에 관련된 배기 통로의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 11 은, 실시예 3 에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 12 는, 실시예 4 에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 13 은, 실시예 5 에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 14 는, 실시예 6 에 관련된 산화 촉매와 연료 첨가 밸브의 배치를 나타내는 도면이다.
도 15 는, 실시예 6 에 관련된, 산화 촉매의 격벽과 연료 첨가 밸브로부터의 연료 첨가 방향을 나타내는 도면이다.
도 16 은, 실시예 7 에 관련된, 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 제 1 플로우 차트이다.
도 17 은, 실시예 7 에 관련된, 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 제 2 플로우 차트이다.
도 18 은, 실시예 8 에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 나타내는 도면이다. 도 18(a) 는, 산화 촉매의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 18(b) 는, 필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관의 운전 상태가 기관 부하가 소정 부하 이하이며 기관 회전수가 소정 회전수 이상의 영역으로 이행한 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 19 는, 실시예 8 에 관련된, 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 관련된 내연 기관의 배기 정화 시스템의 구체적인 실시형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.
<실시예 1>
<내연 기관의 흡배기계의 개략 구성>
여기에서는 본 발명을 차량 구동용 디젤 엔진에 적용한 경우를 예로 들어 설명한다. 도 1 은, 본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
내연 기관 (1) 은 차량 구동용 디젤 엔진이다. 내연 기관 (1) 에는, 흡기 통로 (3) 및 배기 통로 (2) 가 접속되어 있다. 흡기 통로 (3) 에는 스로틀 밸브 (7) 및 에어 공기 유량계 (8) 가 형성되어 있다.
배기 통로 (2) 에는, 배기 중의 입자 형상 물질 (Particulate Matter : 이하, PM 이라고 한다) 을 포집하는 필터 (5) 가 형성되어 있다. 그 필터 (5) 에는 NOx 촉매 (9) 가 담지되어 있다. 본 실시예에서는 이 필터 (5) 및 NOx 촉매 (9) 가 본 발명에 관련된 배기 정화 장치에 상당한다.
배기 통로 (2) 에서의 필터 (5) 보다 상류측에는 산화 촉매 (4) 가 형성되어 있다. 산화 촉매 (4) 의 열용량은 필터 (5) 의 열용량보다 작다. 본 실시예에서는 이 산화 촉매 (4) 가 본 발명에 관련된 전단 촉매에 상당한다. 산화 촉매 (4) 는 산화 기능을 갖는 촉매이면 되고, 예를 들어, 산화 촉매 (4) 대신에 3 원 촉매나 NOx 촉매를 형성해도 된다.
산화 촉매 (4) 의 직상류의 배기 통로 (2) 에는 환원제로서 연료를 첨가하는 연료 첨가 밸브 (6) 가 형성되어 있다. 그 연료 첨가 밸브 (6) 에는, 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면과 대향하도록 연료 분사 구멍이 형성되어 있고, 그 연료 분사 구멍으로부터 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 액체의 연료가 분사된다. 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터는 연료가 원추 형상으로 분사된다 (도 1 에서는 사선부가 연료의 분무를 나타내고 있다). 여기에서 「산화 촉매 (4) 의 직상류」란, 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터 분사된 연료의 적어도 일부가 액체 상태에서 산화 촉매 (4) 에 도달하는 범위 내의 위치이다. 본 실시예에서는 연료 첨가 밸브 (6) 가 본 발명에 관련된 환원제 첨가 밸브에 상당한다.
본 실시예에서는 배기의 일부를 EGR 가스로서 내연 기관 (1) 에 도입하기 위해 EGR 통로 (15) 가 형성되어 있다. EGR 통로 (15) 는 일단이 연료 첨가 밸브 (6) 보다 상류측의 배기 통로 (2) 에 접속되어 있고 타단이 스로틀 밸브 (7) 보다 하류측의 흡기 통로 (3) 에 접속되어 있다. EGR 통로 (15) 에는, EGR 가스의 유량을 제어하기 위한 EGR 밸브 (16) 가 형성되어 있다.
배기 통로 (2) 에서의 산화 촉매 (4) 와 필터 (5) 사이에는 배기의 공연비를 검출하는 공연비 센서 (13) 가 형성되어 있다. 또, 배기 통로 (2) 에서의 필터 (5) 보다 하류측에는 배기의 온도를 검출하는 온도 센서 (14) 가 형성되어 있다.
이상 서술한 바와 같이 구성된 내연 기관 (1) 에는, 이 내연 기관 (1) 을 제어하기 위한 전자 제어 유닛 (ECU ; 10) 이 병설되어 있다. ECU (10) 에는, 에어 플로우 미터 (8), 공연비 센서 (13), 온도 센서 (14), 크랭크 포지션 센서 (11) 및 액셀 개도 센서 (12) 가 전기적으로 접속되어 있다. 이들의 출력 신호가 ECU (10) 에 입력된다.
크랭크 포지션 센서 (11) 는 내연 기관 (1) 의 크랭크각을 검출하는 센서이다. 액셀 개도 센서 (12) 는 내연 기관 (1) 을 탑재한 차량의 액셀 개도를 검출하는 센서이다. ECU (10) 는 크랭크 포지션 센서 (11) 의 출력값에 기초하여 내연 기관 (1) 의 기관 회전수를 산출하고, 액셀 개도 센서 (12) 의 출력값에 기초하여 내연 기관 (1) 의 기관 부하를 산출한다. 또, ECU (10) 는 공연비 센서 (13) 의 출력값에 기초하여 필터 (5) 의 주위 분위기 (NOx 촉매 (9) 의 주위 분위기) 의 공연비를 추정하고, 온도 센서 (14) 의 출력값에 기초하여 필터 (5) 의 온도 (NOx 촉매 (9) 의 온도) 를 추정한다.
또, ECU (10) 에는 스로틀 밸브 (7), 연료 첨가 밸브 (6), EGR 밸브 (16) 및 내연 기관 (1) 의 연료 분사 밸브가 전기적으로 접속되어 있다. ECU (10) 에 의해 이들이 제어된다.
<필터 재생 제어>
본 실시예에서는 필터 (5) 에 포집된 PM 을 제거하기 위해 필터 재생 제어가 이루어진다. 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어는, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가하고, 그에 따라 산화 촉매 (4) 및 필터 (5) 에 연료를 공급함으로써 실현된다. 산화 촉매 (4) 에 공급된 연료가 그 산화 촉매 (4) 에서 산화되면 그 산화열에 의해 필터 (5) 에 유입되는 배기가 승온된다. 그 결과, 필터 (5) 가 승온된다. 또, 산화 촉매 (4) 에서 산화되지 않고 그 산화 촉매 (4) 를 통과한 연료가 필터 (5) 에 공급된다. 필터 (5) 에 공급된 연료가 NOx 촉매 (9) 에서 산화되면 그 산화열에 의해 필터 (5) 가 더욱 승온된다. 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양을 제어함으로써 필터 (5) 의 온도를 PM 의 산화가 가능한 목표 온도까지 승온시킬 수 있고, 그로써 필터 (5) 에 포집된 PM 을 산화시켜 제거할 수 있다.
본 실시예에 관련된 필터 재생 제어에 있어서는, 필터 재생 제어에 필요한 연료 첨가량 (이하, 요구 첨가량이라고 한다) 을, 필터 재생 제어 실행시의 필터 (5) 의 온도와 목표 온도의 차 및 내연 기관 (1) 의 운전 상태 등에 기초하여 결정한다. 그리고, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서는 요구 첨가량의 연료를 복수 회로 분할하여 간헐적으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가한다.
<연료 첨가 패턴>
본 실시예에서는 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 연료가 첨가된다. 요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된 연료는 배기 중에 널리 확산되지 않고 산화 촉매 (4) 에 공급된다.
여기에서 산화 촉매 (4) 의 온도는 배기의 온도 변화에 따라 변화되고, 산화 촉매 (4) 의 온도가 높아질수록 그 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 높아진다. 또, 상기 서술한 바와 같이 본 실시예에 관련된 산화 촉매 (4) 의 열용량은 필터 (5) 보다 작다. 그 때문에, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과잉되게 높은 경우, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 요구 첨가량의 연료가 첨가되면, 산화 촉매 (4) 에서 다량의 연료의 산화가 급격하게 촉진됨으로써 그 산화 촉매 (4) 가 과승온될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어에 있어서는, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제하기 위해서, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가할 때의 연료 첨가 패턴을 변경한다. 이하, 본 실시예에 관련된, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴에 대하여 도 2 및 3 에 기초하여 설명한다.
도 2 는 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 와 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 관계를 나타내는 도면이다. 도 2 에서 가로축은 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 를 나타내고 있고, 세로축은 산화 촉매 (4) 의 활성 정도를 나타내고 있다.
상기 서술한 바와 같이 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 가 높을수록 산화 촉매 (4) 의 활성 정도는 높아진다. 그리고, 본 실시예에 관련된 산화 촉매 (4) 는 온도 (Tc) 가 Tc1 이상 또한 Tc2 이하의 범위 내에 있을 때에 그 활성 정도가 최적인 상태가 된다. 여기에서 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 가 Tc1 일 때의 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨을 L1 로 하고, 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 가 Tc2 일 때의 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨을 L2 로 한다.
산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨 L1 은, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 그 레벨 L1 이상일 때와 마찬가지로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 첨가된 경우, 산화 촉매 (4) 에서 연료의 산화가 충분히 촉진되지 않기 때문에 산화 촉매 (4) 가 충분히 승온되는 것이 곤란해질 우려가 있는 것으로 판단할 수 있는 임계값이다. 또, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨 L2 는, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 그 레벨 L2 이하일 때와 마찬가지로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 첨가된 경우, 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 급격하게 촉진됨으로써 산화 촉매 (4) 가 과승온될 우려가 있는 것으로 판단할 수 있는 임계값이다. 또한, 본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨 L2 가 본 발명에 관련된 소정 레벨에 상당한다.
이하, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨이 L1 이상 또한 L2 이하인 영역을 최적 활성 영역이라고 한다. 또, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨이 L1 보다 낮은 영역을 저활성 영역이라고 하고, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨이 L2 보다 높은 영역을 과활성 영역이라고 한다. 산화 촉매 (4) 의 최적 활성 영역은, 실험 등에 기초하여 미리 정할 수 있다. 또한, 상기와 같이 설정되는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨 L1 및 L2 는 내연 기관 (1) 의 운전 상태에 따라 변화한다. 요컨대, 고부하 운전시는 저부하 운전시에 비해 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 레벨 L1 및 L2 는 낮아진다. 그 때문에, 최적 활성 영역, 저활성 영역 및 과활성 영역도 내연 기관 (1) 의 운전 상태에 따라 변화한다.
도 3 은, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따른 연료 첨가 패턴을 나타내는 도면이다. 도 3(a), (b), (c) 는, 필터 재생 제어의 실행시에 ECU (10) 로부터 연료 첨가 밸브 (6) 로 나오는 지령 신호를 나타내고 있다. 지령 신호가 ON 일 때에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 첨가되고, 지령 신호가 OFF 일 때에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가가 휴지되다. 도 3(a) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 3(b) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 도 3(c) 은, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 저활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
상기 서술한 바와 같이 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어에 있어서는, 요구 첨가량의 연료가 복수 회로 분할되어 간헐적으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된다. 여기에서는, 요구 첨가량의 연료가 4 회로 분할되어 첨가되는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 3 에서는 Δta 가 연료의 첨가가 실행되는 연료 첨가 기간을 나타내고 있고, Δts 가 연료의 첨가가 휴지되는 연료 첨가 휴지 기간을 나타내고 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이 필터 재생 제어의 실행시에 있어서는, 연료 첨가 기간 (Δta) 과 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 이 교대로 반복된다.
또, 도 3 에서 Δtu 가 1 회의 연료 첨가 기간 (Δta) 과 그 후의 1 회의 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 의 합인 단위 기간을 나타내고 있고, Δtf 가 간헐적인 연료 첨가가 실행되는 기간인 총첨가 기간을 나타내고 있다. 또, 연료 첨가 기간 (Δta) 1 회분의 연료 첨가량을 단위 첨가량이라고 한다. 또, 최초의 연료 첨가 기간 (Δta) 이 개시된 시점에서 최후의 연료 첨가 기간 (Δta) 이 종료된 시점까지의 기간 (Δtf) 을 총첨가 기간이라고 한다. 또한, 본 실시예에서는 총첨가 기간 (Δtf) 이, 본 발명에 관련된 「환원제의 첨가가 실행되는 기간」또는「환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간」에 상당한다.
여기에서 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때의 연료 첨가 패턴 (도 3(a)) 에서의, 연료 첨가 기간 (Δta) 을 기준 첨가 기간이라고 하고, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간이라고 하며, 단위 기간 (Δtu) 을 기준 단위 기간이라고 한다. 또, 기준 첨가 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양을 기준 단위 첨가량이라고 한다.
본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 하여 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 간헐적인 연료 첨가를 실행한다.
이것에 의하면, 기준 단위 기간 (도 3(a) 에서의 단위 기간 (Δtu)) 에 상당하는 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양이 기준 단위 첨가량보다 많아진다. 그 결과, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 동일량의 연료가 더욱 단기간에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되게 된다. 요컨대, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 연료가 더욱 집중적으로 첨가된다.
이와 같이 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 더욱 집중적으로 첨가된 경우의 효과에 대하여 도 4 에 기초하여 설명한다. 본 실시예에서는 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 액체의 연료가 첨가된다. 그리고, 액체 상태에서 산화 촉매 (4) 에 공급된 연료는 산화 촉매 (4) 에서 기화된다. 이 기화된 연료의 일부가 산화 촉매 (4) 에서 산화되고, 그 때에 발생하는 산화열에 의해 산화 촉매 (4) 가 가열된다.
한편, 액체 상태 연료의 온도는 산화 촉매 (4) 의 온도보다 낮다. 그 때문에, 연료가 액체 상태에서 산화 촉매 (4) 에 도달하면, 그 연료에 의해 산화 촉매 (4) 가 냉각된다. 또, 산화 촉매 (4) 에서 연료가 기화될 때에 발생하는 기화열에 의해서도 산화 촉매 (4) 가 냉각된다.
요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료의 첨가가 실행되면, 연료가 산화됨으로써 발생하는 산화열에 의해 산화 촉매 (4) 가 가열되는 한편, 액체의 연료 및 그 연료가 기화됨으로써 발생하는 기화열에 의해 산화 촉매 (4) 가 냉각된다. 도 4 는, 이 때의 가열량 (Qheat) 과 냉각량 (Qcool) 을 나타내는 도면이다. 도 4(a) 는, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행한 경우를 나타내고 있고, 도 4(b) 는, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행한 경우를 나타내고 있다.
도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 있어서는, 산화 촉매 (4) 에서 연료 첨가 기간 (Δta) 중에 첨가된 연료의 산화를 촉진시키기 위해 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 이 기준 휴지 기간으로 설정되어 있다. 요컨대, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 중에 산화 촉매 (4) 에 산소가 충분히 공급되기 때문에, 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 촉진된다. 그 때문에, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이 가열량 (Qheat) 이 냉각량 (Qcool) 보다 커지고, 가열량 (Qheat) 과 냉각량 (Qcool) 의 차분이 산화 촉매 (4) 의 온도 상승량 (ΔTup) 이 된다. 이 경우라도, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있는 경우에는, 산화 촉매 (4) 는 과승온되기 어렵다.
한편, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 비해 더욱 집중적으로 산화 촉매 (4) 에 연료가 공급되면, 연료에 의해 산화 촉매 (4) 가 냉각되기 쉬워진다. 또, 산화 촉매 (4) 에 대한 산소의 공급량이 감소함으로써 연료의 산화가 촉진되기 어려워짐과 함께 연료의 기화에 의해 단위 시간당 발생하는 기화열이 증가한다. 그 때문에, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이 냉각량 (Qcool) 이 가열량 (Qheat) 보다 커져, 냉각량 (Qcool) 과 가열량 (Qheat) 의 차분이 산화 촉매 (4) 의 온도 저하량 (ΔTdown) 이 된다.
따라서, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우라도, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가를 실행함으로써 집중적으로 산화 촉매 (4) 에 연료를 공급함으로써, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
또한, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행함으로써 산화 촉매 (4) 의 온도가 저하되면, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내로부터 최적 활성 영역 내로 이행된다. 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내가 된 경우에는, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다.
본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 저활성 영역에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 길게 하여 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 간헐적인 연료의 첨가를 실행한다.
이것에 의하면, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 중에 산화 촉매 (4) 에 공급되는 산소가, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴 따라 연료 첨가를 실행한 경우보다 많아진다. 따라서, 산화 촉매 (4) 에 있어서의 연료의 산화가 더욱 촉진되기 쉬워진다. 그 결과, 산화 촉매 (4) 의 승온을 촉진시킬 수 있다.
또한, 도 3(c) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가를 실행함으로써 산화 촉매 (4) 의 온도가 상승되면, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 저활성 영역 내로부터 최적 활성 영역 내로 이행된다. 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내가 된 경우에는, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다.
본 실시예에 관련된 필터 재생 제어의 실행시에 있어서는, 도 3(a), (b), (c) 중 어느 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가를 실행해도, 총첨가 기간 (Δtf) 중에 있어서의 총연료 첨가량은 요구 연료 첨가량이다. 그 때문에, 어느 연료 첨가 패턴이라도 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따른 연료 첨가 패턴을 선택함으로써 필터 (5) 의 온도를 목표 온도로 제어할 수 있다.
여기에서 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어의 루틴에 대하여 도 5 에 나타내는 플로우 차트에 기초하여 설명한다. 본 루틴은 ECU (10) 에 미리 기억되어 있고, 내연 기관 (1) 의 운전 중, 소정의 간격으로 실행된다.
본 루틴에서는, ECU (10) 는 먼저 S101 에서 필터 재생 제어의 실행 조건이 성립하였는지의 여부를 판별한다. 여기에서는, 필터 (5) 에서의 PM 의 포집량이 소정 포집량 이상이 되었을 때에 필터 재생 제어의 실행 조건이 성립한 것으로 판정해도 된다. 필터 (5) 에서의 PM 의 포집량은, 내연 기관 (1) 의 운전 상태의 이력 등으로부터 추정할 수 있다. S101 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S102 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
S102 에서 ECU (10) 는, 내연 기관 (1) 의 운전 상태 및 현시점의 필터 (5) 의 온도 등에 기초하여 요구 연료 첨가량 (Qfre) 을 산출한다.
다음으로, ECU (10) 는 S103 으로 진행되어, 내연 기관 (1) 의 운전 상태 등에 기초하여 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 를 추정한다. 또한, 배기 통로 (2) 에서의 산화 촉매 (4) 의 직하류 (直下流) 에 온도 센서를 형성하고, 그 온도 센서의 검출값에 기초하여 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 를 추정해도 된다.
다음으로, ECU (10) 는 S104 로 진행되어, 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 에 기초하여 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있는지의 여부를 판별한다. S104 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S105 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 S107 로 진행된다.
S105 로 진행된 ECU (10) 는, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴으로서 도 3(a) 에 나타내는 첨가 패턴을 선택한다.
다음으로, ECU (10) 는 S106 으로 진행되어, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가를 실행한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
한편, S107 로 진행된 ECU (10) 는 산화 촉매 (4) 의 온도 (Tc) 에 기초하여 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있는지의 여부를 판별한다. S107 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S108 로 진행된다. 또, S107 에서 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 저활성 영역 내에 있는 것으로 판단하고 S109 로 진행된다.
S108 에서 ECU (10) 는, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴으로서 도 3(b) 에 나타내는 첨가 패턴을 선택한다. 그 후, ECU (10) 는 S106 으로 진행된다.
S109 에서 ECU (10) 는, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴으로서 도 3(c) 에 나타내는 첨가 패턴을 선택한다. 그 후, ECU (10) 는 S106 으로 진행된다.
이상 설명한 루틴에 의하면, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 선택된 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가를 실행할 수 있다.
또한, 상기에 있어서는 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가의 분할 횟수를 4 회로 한 경우를 예로 들어 설명하였는데, 연료 첨가의 분할 횟수는 4 회에 한정되는 것은 아니다.
또, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 패턴으로 하는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 임계값 (하한값) 을, 레벨 L1 보다 높고 또한 레벨 L2 이하의 값으로 설정해도 된다. 요컨대, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에, 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 패턴으로서 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가를 실행해도 된다.
예를 들어, 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 패턴으로 하는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 임계값을 최적 활성 영역 내에서의 비교적 낮은 레벨로 설정한 경우, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서, 산화 촉매 (4) 에 있어서의 연료의 산화를 촉진시키면서 그 산화 촉매 (4) 의 온도를 비교적 낮은 온도로 억제할 수 있다. 그 때문에, 내연 기관 (1) 의 기관 부하가 갑자기 상승한 경우라도, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
또, 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 패턴으로 하는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 임계값을 최적 활성 영역 내에서의 비교적 높은 레벨로 설정한 경우, 그 임계값을 레벨 L2 로 설정한 경우에 비해 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 높은 확률로 억제할 수 있고, 또한, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 산화 촉매 (4) 의 온도를 비교적 높은 온도로 유지할 수 있다. 그 때문에, 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 패턴으로 하는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도의 임계값을 최적 활성 영역 내에서의 비교적 낮은 레벨로 설정한 경우에 비해 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화를 더욱 촉진시킬 수 있다.
<연료 첨가 패턴의 변형예>
이하, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우의 연료 첨가 패턴의 변형예에 대하여 도 6 내지 8 에 기초하여 설명한다.
도 6 은, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 6(a) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 이 도 6(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴은 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일하다. 도 6(b) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에서는, 총첨가 기간 (Δtf) 중에 있어서의 모든 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 하였다. 그러나, 본 변형예에 관련된, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴에서는, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이 총첨가 기간 (Δtf) 중 일부의 기간에서만, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 한다.
이러한 경우라도, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 이 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 되어 있는 기간에서는, 기준 단위 기간에 상당하는 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양이 기준 단위 첨가량보다 많아진다. 요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 간헐적인 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 일부의 기간에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 연료가 더욱 집중적으로 첨가된다.
그 결과, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 간헐적인 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 일부의 기간에서는 산화 촉매 (4) 의 냉각이 촉진된다. 따라서, 도 6(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 연료 첨가를 실행함으로써도, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
도 7 은, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴의 제 2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 7(a) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 이 도 7(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴은, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일하다. 도 7(b) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
본 변형예에 관련된, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴에서는, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 한다. 또한, 연료 첨가의 분할 횟수를 3 회로 줄임과 함께 일부의 연료 첨가 기간 (Δta) 을 기준 첨가 기간보다 길게 한다.
이것에 의하면, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 의해 간헐적인 연료 첨가를 실행한 경우보다, 기준 단위 기간에 상당하는 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양이 더욱 많아진다. 요컨대, 연료가 더욱 집중적으로 첨가된다. 그 결과, 산화 촉매 (4) 의 냉각을 더욱 촉진시킬 수 있다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 본 변형예에 관련된 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴에 있어서는, 연료 첨가의 분할 횟수를 2 회로 줄여도 된다. 이 경우, 각 연료 첨가 기간 (Δta) 을 더욱 길게 한다.
또, 도 7(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에 있어서는, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 하였다. 그러나, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간으로 한 상태에서, 연료 첨가의 분할 횟수를 줄임과 함께 연료 첨가 기간 (Δta) 을 기준 첨가 기간보다 길게 해도 된다.
이 경우라도, 기준 단위 기간에 상당하는 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양은, 도 7(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴의 경우의 단위 첨가량보다 많아진다. 요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 간헐적인 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 일부의 기간에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 연료가 더욱 집중적으로 첨가된다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
도 8 은, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따른 연료 첨가 패턴의 제 3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 8(a) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 이 도 8(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴은, 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일하다. 도 8(b) 는, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다.
본 변형예에 관련된, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴에서는, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이 연료 첨가 기간 (Δta) 및 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 각각 기준 첨가 기간 및 기준 첨가 휴지 기간으로 하면서 연료 첨가의 분할 횟수를 2 회로 줄인다. 그리고, 각 연료 첨가 기간 (Δta) 중에 있어서의 단위 시간당 연료 첨가량을 증가시킨다 (도 8 에서는, 지령 신호가 ON 으로 되어 있을 때의 높이가 단위 시간당 연료 첨가량을 나타내고 있다).
이러한 경우라도, 기준 단위 기간에 상당하는 기간 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 양이 기준 단위 첨가량보다 많아진다. 요컨대, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 연료가 더욱 집중적으로 첨가된다. 그 때문에, 산화 촉매 (4) 의 냉각을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴에 있어서, 연료 첨가를 분할하지 않고 1 회로 실시해도 된다. 이 경우, 연료 첨가의 분할 횟수를 2 회로 하는 경우보다 연료 첨가 기간 (Δta) 을 길게 하는, 및/또는 연료 첨가의 분할 횟수를 2 회로 하는 경우보다 단위 시간당 연료 첨가량을 더욱 많게 한다. 이것에 의하면, 연료를 더욱 집중적으로 첨가할 수 있다.
본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 요구 첨가량의 연료를 복수 회 로 분할하여 간헐적으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가하였다. 그러나, 연료 첨가를 분할하지 않고 요구 연료 첨가량의 연료를 연속적으로 1 회의 연료 첨가로 첨가해도 된다. 이 경우에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우에는, 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우보다 단위 시간당 연료 첨가량을 많게 한다.
이로써, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우에는, 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 적어도 일부의 기간에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우에 비해 더욱 집중적으로 연료가 첨가된다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
<실시예 2>
도 9 는, 본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 외경이 배기 통로 (2) 의 내경보다 작다. 요컨대, 산화 촉매 (4) 의 배기를 흐르는 방향과 수직 방향의 단면적이, 배기 통로 (2) 의 배기를 흐르는 방향과 수직 방향의 단면적보다 작다. 이 구성에 의해, 산화 촉매 (4) 의 외주면과 배기 통로 (2) 의 내주면 사이를 배기가 흐른다.
본 실시예에서도 연료 첨가 밸브 (6) 가 산화 촉매 (4) 의 직상류의 배기 통로 (2) 에 형성되어 있다. 요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터 분사된 연료의 적어도 일부는 액체 상태에서 산화 촉매 (4) 에 도달한다. 또, 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터는 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 연료가 분사되고, 분사된 연료의 대략 전부가 산화 촉매 (4) 에 유입된다 (도 9 에서 사선부는 연료의 분무를 나타낸다).
상기 이외의 구성은 실시예 1 과 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서도 실시예 1 과 동일한 필터 재생 제어가 실행된다. 본 실시예와 같은 구성의 경우, 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 유량이 실시예 1 의 구성인 경우에 비해 적다. 그 때문에, 연료가 산화됨으로써 발생하는 산화열에 의한 산화 촉매 (4) 의 가열이 촉진되기 쉽다. 따라서, 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역에 있는 경우와 동일한 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가가 이루어지면, 산화 촉매 (4) 가 과승온되기 쉽다.
그래서, 본 실시예에서도 실시예 1 과 마찬가지로, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경한다. 이로써, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에는, 연료 첨가가 실행되고 있는 기간 중 (총첨가 기간 (Δtf) 중) 적어도 일부의 기간에 있어서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어를 실행하는 경우에 비해 연료를 더욱 집중적으로 첨가한다.
본 실시예와 같은 구성의 경우, 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 연료가 첨가되었을 때에 산화 촉매 (4) 에서의 단위 면적당 공급되는 연료의 양이, 실시예 1 과 같이 필터 (5) 에 유입되는 배기 전부가 산화 촉매 (4) 를 통과하는 구성인 경우에 비해 많아진다. 그 때문에, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 더욱 집중적으로 첨가된 경우, 산화 촉매 (4) 가 더욱 냉각되기 쉬워진다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온 억제의 효과가 더욱 커진다.
<변형예>
다음으로, 본 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 도 10 은 본 변형예에 관련된 배기 통로의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 10 에서 화살표는 배기가 흐르는 방향을 나타내고 있고, 도 9 에 나타내는 구성의 경우와 마찬가지로, 배기 통로 (2) 의 상류측 단부는 내연 기관 (1) 에 접속되어 있다.
본 실시예에서의 배기 통로 (2) 는 도중에 제 1 분기 통로 (2a) 와 제 2 분기 통로 (2b) 로 분기되어 있고, 또한 제 1 분기 통로 (2a) 와 제 2 분기 통로 (2b) 가 하류측에서 집합되어 있다. 산화 촉매 (4) 는 제 1 분기 통로 (2a) 에 형성되어 있고, 제 2 분기 통로 (2b) 에 촉매는 형성되어 있지 않다.
산화 촉매 (4) 의 외경은 제 1 분기 통로 (2a) 에서의 그 산화 촉매가 형성되어 있지 않은 부분의 내경보다 크게 되어 있다. 또, 제 1 분기 통로 (2a) 에서의 산화 촉매 (4) 의 직상류에 연료 첨가 밸브 (6) 가 형성되어 있고, 실시예 1 과 마찬가지로, 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 액체의 연료가 분사된다. 요컨대, 연료 첨가 밸브 (6) 의 연료 분사 구멍으로부터 분사된 연료의 적어도 일부는 액체 상태에서 산화 촉매 (4) 에 도달한다 (도 10 에서 사선부는 연료의 분무를 나타낸다).
제 1 분기 통로 (2a) 와 제 2 분기 통로 (2b) 의 하류측 집합부로부터 하류측 배기 통로 (2) 에, 공연비 센서 (13), 필터 (5), 및 온도 센서 (14) 가 형성되어 있다.
상기 이외의 구성은 도 1 에 나타내는 구성과 동일하기 때문에, 그것들의 도시 및 설명을 생략한다.
본 변형예와 같은 구성의 경우, 배기 통로 (2) 를 흐르는 배기가 제 1 분기 통로 (2a) 와 제 2 분기 통로 (2b) 로 나뉘어져 흐른다. 그 때문에, 도 9 에 나타내는 구성의 경우와 마찬가지로, 필터 (5) 에 유입되는 배기의 전체량이 아니라 그 일부가 산화 촉매 (4) 를 통과한다. 한편, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 연료의 전체량이 산화 촉매 (4) 에 공급된다.
따라서, 본 변형예에서도 상기와 같이 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역에 있는 경우와 동일한 연료 첨가 패턴에 의해 연료 첨가가 이루어지면, 산화 촉매 (4) 가 과승온되기 쉽다.
그래서, 본 변형예에서도 상기와 마찬가지로, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경한다. 이로써, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
<실시예 3>
도 11 은, 본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 배기 통로 (2) 에서의 필터 (5) 보다 하류측에 일단이 접속되고 배기 통로 (2) 에서의 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류에 타단이 접속된 배기 역류 통로 (17) 가 형성되어 있다. 배기 역류 통로 (17) 에는 배기를 일단측에서 타단측으로 압송하는 펌프 (18) 가 형성되어 있다. 펌프 (18) 가 작동하면, 필터 (5) 보다 하류측의 배기 통로 (2) 를 흐르는 배기의 일부가 배기 역류 통로 (17) 를 통해 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류로 되돌려진다. 펌프 (18) 는 ECU (10) 와 전기적으로 접속되어 있고, ECU (10) 에 의해 제어된다. 이들 이외의 구성은 실시예 1 과 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서도 실시예 1 과 동일한 필터 재생 제어가 실행된다. 요컨대, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경한다. 그리고, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 펌프 (18) 를 작동시킨다.
펌프 (18) 가 작동하여, 필터 (5) 보다 하류측의 배기 통로 (2) 를 흐르는 배기가 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류로 되돌려지면, 산화 촉매 (4) 를 통과하는 배기의 유량이 증가한다. 그 때문에, 배기에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, EGR 밸브 (16) 를 밸브 폐쇄 방향으로 제어함으로써 EGR 통로 (15) 를 흐르는 EGR 가스의 유량을 감소시켜도 된다.
EGR 가스의 유량을 감소시키면, 그만큼 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 유량이 증가한다. 요컨대, 이것에 의해서도 산화 촉매 (4) 를 통과하는 배기의 유량을 증가시킬 수 있고, 따라서 배기에 의해 사라져 가는 열량을 증가시킬 수 있다.
<실시예 4>
도 12 는, 본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 EGR 통로 (15) 에 일단이 접속되고 배기 통로 (2) 에서의 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류에 타단이 접속된 EGR 가스 도입 통로 (19) 가 형성되어 있다. EGR 가스 도입 통로 (19) 에는, 그 EGR 가스 도입 통로 (19) 를 차단 또는 개통시키는 도입 제어 밸브 (20) 가 형성되어 있다. 그 도입 제어 밸브 (20) 는 ECU (10) 와 전기적으로 접속되어 있고, ECU (10) 에 의해 제어된다. 이들 이외의 구성은 실시예 1 과 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서는 EGR 가스 도입 통로 (19) 및 도입 제어 밸브 (20) 가 본 발명에 관련된 EGR 가스 도입 수단에 상당한다.
본 실시예에서도 실시예 1 과 동일한 필터 재생 제어가 실행된다. 요컨대, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경한다. 그리고, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 도입 제어 밸브 (20) 를 개방하여 EGR 가스 도입 통로 (19) 를 개통시킨다.
EGR 가스 도입 통로 (19) 가 개통되면, 연료 첨가 밸브 (6) 직상류의 배기 통로 (2) 에 EGR 가스가 도입된다. 그리고, 그 EGR 가스가 배기와 함께 산화 촉매 (4) 에 유입된다. 이로써, 배기의 유량이 증가된 경우와 마찬가지로, 산화 촉매 (4) 를 통과하는 가스 (배기 ＋ EGR 가스) 의 유량이 증가한다. 그 때문에, 그 가스에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 본 실시예에 의해서도, 실시예 3 과 마찬가지로 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있다.
<실시예 5>
도 13 은, 본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 스로틀 밸브 (7) 보다 하류측의 흡기 통로 (3) 에 일단이 접속되고 배기 통로 (2) 에서의 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류에 타단이 접속된 흡기 도입 통로 (21) 가 형성되어 있다. 흡기 도입 통로 (21) 에는, 일단측에서 타단측으로 흡기를 압송하는 펌프 (22) 가 형성되어 있다. 요컨대, 펌프 (22) 가 작동하면, 흡기 통로 (3) 를 흐르는 흡기의 일부가 흡기 도입 통로 (21) 를 통해 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류에 도입된다. 펌프 (22) 는 ECU (10) 와 전기적으로 접속되어 있고, ECU (10) 에 의해 제어된다. 이들 이외의 구성은 실시예 1 과 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서는 흡기 도입 통로 (21) 및 펌프 (22) 가 본 발명에 관련된 신기 도입 수단에 상당한다.
본 실시예에서도 실시예 1 과 동일한 필터 재생 제어가 실행된다. 요컨대, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경한다. 그리고, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 펌프 (22) 를 작동시킨다.
펌프 (22) 가 작동하여, 흡기 통로 (3) 를 흐르는 흡기가 연료 첨가 밸브 (6) 의 직상류에 도입되면, 배기의 유량이 증가된 경우와 마찬가지로, 산화 촉매 (4) 를 통과하는 가스 (배기 ＋ 흡기) 의 유량이 증가한다. 그 때문에, 그 가스에 의해 사라져 가는 열량이 증가한다. 따라서, 본 실시예에 의해서도, 실시예 3 과 마찬가지로, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있다. 또, 내연 기관의 흡기는 배기보다 온도가 낮다. 그 때문에, 본 실시예에 의하면, 산화 촉매 (4) 의 과승온 억제의 효과가 더욱 크다.
또한, 본 실시예에서는 필터 재생 제어의 실행시에 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우, 내연 기관 (1) 의 흡기 대신에 외기를 산화 촉매 (4) 에 도입해도 된다. 이것에 의해서도, 산화 촉매 (4) 를 통과하는 가스 (배기 ＋ 외기) 의 유량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있다. 또, 외기는 내연 기관의 흡기와 마찬가지로, 배기보다 온도가 낮다. 그 때문에, 외기를 산화 촉매 (4) 에 도입한 경우, 산화 촉매 (4) 의 과승온 억제의 효과가 더욱 크다.
<실시예 6>
도 14 는, 본 실시예에 관련된 산화 촉매 (4) 와 연료 첨가 밸브 (6) 의 배치를 나타내는 도면이다. 도 14 에 나타내는 바와 같이 본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면에 대하여 산화 촉매 (4) 의 하방으로부터 비스듬하게 연료가 첨가되도록 연료 첨가 밸브 (6) 가 배치되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1 과 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서도, 실시예 1 과 동일한 필터 재생 제어가 실행된다. 요컨대, 필터 재생 제어의 실행시에 있어서는, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면을 향해 연료가 첨가된다. 또, 그 때의 연료 첨가 패턴은 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경된다.
도 15 는 본 실시예에 관련된, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 과 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 방향을 나타내는 도면이다. 도 15 에서 화살표가 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 방향을 나타내고 있고, 사선부가 격벽에서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된 연료가 충돌하는 부분을 나타내고 있다.
상기 서술한 바와 같이 본 실시예에서는 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면에 대하여 산화 촉매 (4) 의 하방으로부터 비스듬하게 연료가 첨가된다. 이 경우, 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면의 정면에서 연료가 첨가되는 경우에 비해, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 하방측 면에 연료가 충돌하기 쉬워진다. 또, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 에 충돌하지 않고 산화 촉매 (4) 를 빠져나가는 연료가 감소한다.
이로써, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 첨가되었을 때에, 연료가 충돌하기 쉬워진 부분에서는 그 연료에 의한 냉각이 더욱 촉진된다. 요컨대, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 하방측 면이 연료에 의해 냉각되기 쉬워진다.
따라서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때의 필터 재생 제어의 실행과 같이, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 더욱 집중적으로 연료가 첨가된 경우, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 하방측 면의 냉각이 급속히 진행된다. 그리고, 그 냉각량이 크기 때문에, 열전도에 의해 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면의 온도도 저하된다. 그 때문에, 본 실시예에 의하면, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역 내에 있을 때의 필터 재생 제어가 실행된 경우에 있어서의 산화 촉매 (4) 의 과승온을 더욱 억제할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 경우, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면에는 산화 촉매 (4) 의 상류측 단면의 정면에서 연료가 첨가되는 경우에 비해 연료가 충돌되기 어려워진다. 또, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된 연료가 산화 촉매 (4) 격벽 (4a) 의 하방측 면에 충돌되면 그 연료가 확산되고, 확산된 연료가 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면에서 산화된다. 그 때문에, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면에서는 연료의 산화가 촉진되기 쉬워진다.
따라서, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적성 영역 내에 있을 때의 필터 재생 제어의 실행과 같이, 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 촉진되기 쉽도록 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료가 첨가된 경우, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면에서의 연료의 산화가 더욱 촉진된다. 그 결과, 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 상방측 면의 가열이 급속히 진행된다. 그리고, 그 가열량이 크기 때문에, 열전도에 의해 산화 촉매 (4) 의 격벽 (4a) 의 하방측 면의 온도도 상승한다. 그 때문에, 본 실시예에 의하면, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때의 필터 재생 제어가 실행된 경우에 있어서, 산화 촉매 (4) 를 더욱 신속하게 승온시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 6 에서는, 필터 (5) 에 담지되어 있는 NOx 촉매 (9) 에 흡장된 NOx 를 방출시켜 환원하는 NOx 환원 제어, 및 필터 (5) 에 담지된 NOx 촉매 (9) 에 흡장된 SOx 를 방출시키고 환원하는 SOx 피독 회복 제어의 실행시에 있어서도, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 간헐적인 연료 첨가를 실행한다.
그래서, NOx 환원 제어 및 SOx 피독 회복 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가 패턴을, 필터 재생 제어의 실행시와 같이 산화 촉매 (4) 의 활성 정도에 따라 변경해도 된다. 이것에 의하면, NOx 환원 제어 또는 SOx 피독 회복 제어의 실행시에 있어서 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 과활성 영역에 있는 경우라도 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
<실시예 7>
본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성은 실시예 1 과 동일하다. 또, 본 실시예에서도 실시예 1 과 마찬가지로, 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가함으로써 필터 재생 제어가 이루어진다. 또, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어의 실행시에 있어서도, 요구 첨가량의 연료가 복수 회로 분할되어 간헐적으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된다.
<필터 재생 제어 실행 중에 있어서의 운전 상태의 변화>
필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 변화하는 경우가 있다. 여기에서 필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 기관 부하가 상승되는 과도 운전 (요컨대, 가속 운전) 이 되면, 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 온도가 상승한다. 그 때문에, 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 상승되어, 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 급격하게 촉진되는 경우가 있다.
한편, 필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 기관 부하가 저하되는 과도 운전 (요컨대, 감속 운전) 이 되면, 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 유량이 감소한다. 그 때문에, 연료가 산화 촉매 (4) 를 통과하는 데 걸리는 시간이 길어져, 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 급격하게 촉진되는 경우가 있다.
따라서, 필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 상기와 같이 변화했을 때에 그 운전 상태의 변화 전과 동일한 연료 첨가 패턴으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터의 연료 첨가를 실행하면 산화 촉매 (4) 가 과승온될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어에 있어서는, 그 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 상기와 같이 변화한 경우, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제하기 위해 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가할 때의 연료 첨가 패턴을 변경한다.
<연료 첨가 패턴 제어>
이하, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어에 대하여, 도 16 및 도 17 에 나타내는 플로우 차트에 기초하여 설명한다. 도 16 및 도 17 은, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다. 이들 루틴은 ECU (10) 에 미리 기억되어 있고, 내연 기관 (1) 의 운전 중, 소정의 간격으로 실행된다.
도 16 은 필터 재생 제어 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 가속 운전이 된 경우의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
본 루틴에서는 ECU (10) 는, 먼저 S201 에서 필터 재생 제어가 한창 실행되고 있는지의 여부를 판별한다. 또한, 여기에서는 필터 재생 제어가 실행중인 경우, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴은 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴인 것을 전제로 한다. S201 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S202 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
S202 에서 ECU (10) 는 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 가속 운전이 되었는지의 여부를 판별한다. S202 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S203 으로 진행되고, 부정 판정된 경우, S205 로 진행된다.
S203 에서 ECU (10) 는 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 있는지의 여부를 판별한다. 여기에서는, 내연 기관 (1) 의 기관 부하의 상승량 등에 기초하여 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 있는지의 여부를 판별할 수 있다. S203 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S204 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 S205 로 진행된다.
S204 로 진행된 ECU (10) 는 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
S205 로 진행된 ECU (10) 는 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 유지한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
이상 설명한 루틴에 의하면, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 하여 필터 재생 제어를 한창 실행하고 있는 중에, 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 가속 운전이 되어, 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 발생한 경우, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴이 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경된다. 이로써, 산화 촉매 (4) 에 더욱 집중적으로 연료가 공급되기 때문에, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
또한, 가속 운전시는, 상기 서술한 바와 같이 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 온도가 대폭 상승함으로써 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 급격하게 촉진된다. 그 때문에, 도 8(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 같이 각 연료 첨가 기간 (Δta) 중에서의 단위 시간당 연료 첨가량을 증가시키는 것보다, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 같이 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 짧게 함으로써 산화 촉매 (4) 의 주위 분위기의 산소 농도를 저하시키는 것이 산화 촉매 (4) 의 과승온 억제 효과가 크다.
도 17 은, 필터 재생 제어 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 감속 운전이 된 경우의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다. 본 루틴은 도 16 에 나타내는 루틴의 S202 ～ S204 를 S302 ～ S304 로 치환한 것이다. 그 때문에, 이들 단계에 대해서만 설명하고, S201 및 S205 에 대한 설명은 생략한다.
본 루틴에서는 S201 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S302 로 진행된다. S302 에서 ECU (10) 는 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 감속 운전이 되었는지의 여부를 판별한다. S302 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S303 으로 진행되고, 부정 판정된 경우, S205 로 진행된다.
S303 에서 ECU (10) 는 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 있는지의 여부를 판별한다. 여기에서는, 내연 기관 (1) 의 기관 부하의 저하량 등에 기초하여 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 있는지의 여부를 판별할 수 있다. S303 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S304 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 S205 로 진행된다.
S304 로 진행된 ECU (10) 는 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 8(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
이상 설명한 루틴에 의하면, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 하여 필터 재생 제어를 한창 실행하고 있는 중에, 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 감속 운전이 되어, 산화 촉매 (4) 가 과승온될 가능성이 발생한 경우, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴이 도 8(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경된다. 이로써, 산화 촉매 (4) 에 더욱 집중적으로 연료가 공급되기 때문에, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
또한, 감속 운전시는, 상기 서술한 바와 같이 산화 촉매 (4) 에 유입되는 배기의 유량이 대폭 감소함으로써 산화 촉매 (4) 에서의 연료의 산화가 급격하게 촉진된다. 그 때문에, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 같이 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 짧게 하는 것보다, 도 8(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 같이 각 연료 첨가 기간 (Δta) 중에 있어서의 단위 시간당 연료 첨가량을 증가시키는 것이, 산화 촉매 (4) 의 과승온 억제 효과가 크다.
본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성은 실시예 1 과 동일한 것에 한정되지 않는다. 실시예 2 ～ 6 에 관련된 구성에 있어서도 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어를 적용할 수 있다.
<실시예 8>
본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성은 실시예 1 과 동일하다. 또, 본 실시예에서도 실시예 1 과 마찬가지로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가함으로써 필터 재생 제어가 이루어진다. 또, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어의 실행시에 있어서도, 요구 첨가량의 연료가 복수 회로 분할되어 간헐적으로 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가된다.
<필터 재생 제어 실행 중에 있어서의 운전 상태의 변화>
필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 저부하 고회전 영역으로 이행되면, 배기의 온도가 저하됨과 함께 배기의 유량이 증가되기 때문에, 연료의 요구 첨가량이 대폭 증가한다. 이 경우, 그 운전 상태의 변화 전 연료 첨가 패턴과 동일한 연료 첨가 기간, 연료 첨가 휴지 기간으로 한 상태에서 요구 첨가량분의 연료를 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가하면 산화 촉매 (4) 가 과승온될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어에 있어서는, 그 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 상기와 같이 변화한 경우, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제하기 위해 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 연료를 첨가할 때의 연료 첨가 패턴을 변경한다.
<연료 첨가 패턴 제어>
도 18 은 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어의 실행시에 있어서의 연료 첨가 패턴을 나타내는 도면이다. 도 18(a) 는 산화 촉매 (4) 의 활성 정도가 최적 활성 영역 내에 있을 때에 필터 재생 제어가 실행되는 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 이 도 18(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴은 도 3(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일하다.
도 18(b) 는 필터 재생 제어의 실행 중에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 기관 부하 (Qe) 가 소정 부하 (Qe0) 이하이며 기관 회전수 (Ne) 가 소정 회전수 (Ne0) 이상의 영역으로 이행한 경우의 연료 첨가 패턴을 나타내고 있다. 여기에서 소정 부하 (Qe0) 및 소정 회전수 (Ne0) 는, 도 18(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일한 연료 첨가 기간, 연료 첨가 휴지 기간으로 한 상태에서 요구 첨가량분의 연료를 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가하면 산화 촉매 (4) 가 과승온되는 것으로 판단할 수 있는 임계값으로서 설정되어 있다. 이러한 소정 부하 (Qe0) 및 소정 회전수 (Ne0) 는 실험 등에 기초하여 미리 정할 수 있다.
도 18(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴에서는, 도 3(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 마찬가지로, 연료 첨가 휴지 기간 (Δts) 을 기준 첨가 휴지 기간보다 짧게 한다. 그 후에, 각 연료 첨가 기간 (Δta) 중에 있어서의 단위 시간당 연료 첨가량을 증가시키고 (도 18 에서는 지령 신호가 ON 으로 되어 있을 때의 높이가 단위 시간당 연료 첨가량을 나타내고 있다), 그에 따라, 총첨가 기간 (Δtf) 중에 연료 첨가 밸브 (6) 로부터 첨가되는 총연료 첨가량을 요구 첨가량으로 제어한다.
이러한 연료 첨가 패턴에 의하면, 도 18(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴과 동일한 연료 첨가 기간, 연료 첨가 휴지 기간으로 한 상태에서 연료 첨가를 실행한 경우에 비해 연료를 더욱 집중적으로 첨가할 수 있다. 그 때문에, 산화 촉매 (4) 의 냉각을 촉진시키면서 요구 연료 첨가분의 연료를 첨가할 수 있다. 따라서, 산화 촉매 (4) 의 과승온을 억제할 수 있다.
여기에서 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어에 대하여, 도 19 에 나타내는 플로우 차트에 기초하여 설명한다. 도 19 는 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어의 루틴을 나타내는 플로우 차트이다. 본 루틴은 ECU (10) 에 미리 기억되어 있고, 내연 기관 (1) 의 운전 중, 소정의 간격으로 실행된다.
본 루틴에서는 ECU (10) 는, 먼저 S401 에서 필터 재생 제어가 한창 실행되고 있지의 여부를 판별한다. 또한, 여기에서는 필터 재생 제어가 실행 중인 경우, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴은 도 18(a) 에 나타내는 첨가 패턴인 것을 전제로 한다. S401 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S402 로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
S402 에서 ECU (10) 는 기관 부하 (Qe) 가 소정 부하 (Qe0) 이하이며 기관 회전수 (Ne) 가 소정 회전수 (Ne0) 이상인 영역에 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 이행되었는지의 여부를 판별한다. S402 에서 긍정 판정된 경우, ECU (10) 는 S403 으로 진행되고, 부정 판정된 경우, ECU (10) 는 S404 로 진행된다.
S403 으로 진행된 ECU (10) 는, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 18(b) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
S404 로 진행된 ECU (10) 는, 연료 첨가 밸브 (6) 에 의한 연료 첨가 패턴을 도 18(a) 에 나타내는 연료 첨가 패턴으로 변경한다. 그 후, ECU (10) 는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
본 실시예에 관련된 내연 기관의 흡배기계의 개략 구성은 실시예 1 과 동일한 것에 한정되지 않는다. 실시예 2 ～ 6 에 관련된 구성에서도 본 실시예에 관련된 필터 재생 제어 실행 중의 연료 첨가 패턴 제어를 적용할 수 있다.
이상 설명한 각 실시예는 가능한 한 조합할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 배기 정화 장치보다 열용량이 작은 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 환원제가 첨가되는 경우라도 전단 촉매의 과승온을 억제할 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 내연 기관의 배기 통로에 형성되고 촉매를 함유하여 구성되는 배기 정화 장치와,
    그 배기 정화 장치보다 상류측의 배기 통로에 형성되어 있고 상기 배기 정화 장치보다 열용량이 작으며 또한 산화 기능을 갖는 전단 촉매와,
    그 전단 촉매의 직상류의 배기 통로에 형성되어 있고 액체 상태의 환원제를 상기 전단 촉매의 상류측 단면을 향해 첨가하는 환원제 첨가 밸브와
    상기 환원제 첨가 밸브에 전기적으로 접속되어 있는 전자 제어 유닛을 구비하고,
    상기 배기 정화 장치의 기능을 회복시킬 때에, 그 기능의 회복에 필요한 환원제 첨가량인 요구 첨가량을 결정함과 함께, 그 요구 첨가량의 환원제를 복수 회로 분할하여 간헐적으로 상기 환원제 첨가 밸브에 의해 첨가하며, 또한
    상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 간헐적인 첨가를 실행할 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 미리 정해진 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 일부 또는 전부의 기간에 있어서, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨 이하인 경우에 있어서의 1 회의 환원제 첨가 기간과 그 후의 1 회의 환원제 첨가 휴지 기간의 합에 상당하는 기간 중에 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨 이하인 경우에 있어서의 환원제 첨가 기간 1 회 분의 환원제 첨가량보다 많은 환원제가 첨가되도록 상기 환원제 첨가 밸브를 상기 전자 제어 유닛에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 간헐적인 첨가가 실행될 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨보다 높은 경우에는, 환원제의 간헐적인 첨가가 실행되는 기간 중 일부 또는 전부의 기간에 있어서, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 휴지 기간을 짧게 하는 제어, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 기간을 길게 하는 제어, 및 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨 이하인 경우보다 환원제 첨가 기간 중에 있어서의 단위 시간당 환원제의 첨가량을 증가시키는 제어 중 하나 이상의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전단 촉매가, 상기 배기 정화 장치에 유입되는 배기의 전부가 아니라 그 일부가 상기 전단 촉매를 통과하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에, 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨보다 높은 경우에는, 상기 전단 촉매에 유입되는 배기의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 흡기계에 배기의 일부를 EGR 가스로서 도입하는 EGR 장치와,
    상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에 있어서 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨보다 높은 경우에 EGR 가스를 상기 전단 촉매에 도입하는 EGR 가스 도입 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 밸브에 의한 환원제의 첨가를 실행할 때에 있어서 상기 전단 촉매의 활성 정도가 상기 미리 정해진 레벨보다 높은 경우에 상기 내연 기관의 흡기 또는 외기를 상기 전단 촉매에 도입하는 신기 도입 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 환원제 첨가 밸브가, 상기 전단 촉매의 상류측 단면에 대하여 비스듬하게 환원제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  10. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전단 촉매의 열화 정도의 레벨을 상기 전단 촉매의 온도에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 시스템.
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