KR101209388B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

내연 기관에 있어서, 기관 배기 통로 내에 NOx 선택 환원 촉매(15)가 배치되고, 요소수 탱크(20) 내에 저장된 요소수가 NOx 선택 환원 촉매(15)에 공급되어 NOx가 선택적으로 환원된다. 요소수 탱크(20)의 요소수 보충구(40)가 개폐된 것을 검출하여 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었는지 여부가 판단되고, 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충된 직후의 기관 운전시에 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었다고 판단되었을 때에는 보충된 요소수가 이상이라 판정된다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST PURIFICATION APPARATUS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
기관 배기 통로 내에 NOx 선택 환원 촉매를 배치하고, 요소수 탱크 내에 저장된 요소수를 NOx 선택 환원 촉매에 공급하여 요소수로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 선택적으로 환원하도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 요소수의 이상(異常)을 검출하기 위해 요소수 탱크 내에 요소수 농도 센서를 배치한 내연 기관이 이미 알려져 있다(예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2005-83223호 공보를 참조).
그러나 이 요소수 농도 센서는 고가로, 보다 염가인 다른 방법을 사용하고자 하는 것이 현실이다.
본 발명의 목적은, 염가이면서 또한 확실하게 요소수의 이상을 검출할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 기관 배기 통로 내에 NOx 선택 환원 촉매를 배치하고, 요소수 탱크 내에 저류된 요소수를 NOx 선택 환원 촉매에 공급하여 요소수로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 선택적으로 환원하도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 요소수 탱크 내에 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하는 요소수 보충 판단 수단과, NOx 센서에 의해 검출된 NOx 농도 및 흡입 공기량으로부터 구해지는 NOx 선택 환원 촉매로부터 유출 NOx량과, 내연 기관의 운전 상태로부터 정해지는 내연 기관으로부터의 배출 NOx량으로부터 산출되는 NOx의 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지 여부를 산출하는 NOx 정화율 산출 수단을 구비하고 있고, 요소수 탱크 내에 요소수가 보충된 직후의 기관 운전시에 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었다고 판단되었을 때에는 보충된 요소수가 이상이라 판정되는 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.
요소수의 이상, 즉 요소수의 농도 저하는, 예를 들어 규격 외의 요소수가 보충되거나, 혹은 요소수 이외의 액체가 보충되었을 때에 주로 발생한다. 한편, 요소수의 농도 저하는 기관 운전시에 있어서의 NOx 정화율의 저하가 되어 나타난다. 따라서 요소수가 보충된 직후의 기관 운전시에 있어서의 NOx 정화율의 저하로부터 요소수의 이상을 검출할 수 있고, 따라서 염가의 방법으로 요소수의 이상을 검출할 수 있게 된다.
도 1은 압축 착화식 내연 기관의 전체도, 도 2는 압축 착화식 내연 기관의 다른 실시예를 도시하는 전체도, 도 3은 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하기 위한 흐름도, 도 4는 요소수가 이상인지 여부를 판정하기 위한 흐름도, 도 5는 레벨 검출 실행 명령 등의 발생 타이밍을 나타내는 도면, 도 6은 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 7은 레벨 검출 실행 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도8은 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도9는 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 10은 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 11은 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 12는 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 13은 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도, 도 14는 레벨 검출 지령 처리를 실행하기 위한 흐름도 등을 나타내는 도면, 도 15는 요소수의 이상 판정을 행하기 위한 흐름도, 도 16은 요소수의 이상 판정을 행하기 위한 흐름도, 도 17은 요소수의 이상 판정을 행하기 위한 흐름도이다.
도 1에 압축 착화식 내연 기관의 전체도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 1은 기관 본체, 2는 각 기통의 연소실, 3은 각 연소실(2) 내에 각각 연료를 분사하기 위한 전자 제어식 연료 분사 밸브, 4는 흡기 매니폴드, 5는 배기 매니폴드를 각각 나타낸다. 흡기 매니폴드(4)는 흡기 덕트(6)를 통해 배기 터보 차저(7)의 압축기(7a)의 출구에 연결되고, 압축기(7a)의 입구는 흡입 공기량 검출기(8)를 통해 에어 클리너(9)에 연결된다. 흡기 덕트(6) 내에는 스텝 모터에 의해 구동되는 스로틀 밸브(10)가 배치되고, 또한 흡기 덕트(6) 주위에는 흡기 덕트(6) 내를 흐르는 흡입 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치(11)가 배치된다. 도 1에 도시되는 실시예에서는 기관 냉각수가 냉각 장치(11) 내에 유도되어, 기관 냉각수에 의해 흡입 공기가 냉각된다.
한편, 배기 매니폴드(5)는 배기 터보 차저(7)의 배기 터빈(7b)의 입구에 연결되고, 배기 터빈(7b)의 출구는 산화 촉매(12)의 입구에 연결된다. 이 산화 촉매(12)의 하류에는 산화 촉매(12)에 인접하여 배기 가스 중에 포함되는 입자 형상 물질을 포집하기 위한 파티큘레이트 필터(13)가 배치되고, 이 파티큘레이트 필터(13)의 출구는 배기관(14)을 통해 NOx 선택 환원 촉매(15)의 입구에 연결된다. 이 NOx 선택 환원 촉매(15)의 출구에는 산화 촉매(16)가 연결된다.
NOx 선택 환원 촉매(15) 상류의 배기관(14) 내에는 요소수 공급 밸브(17)가 배치되고, 이 요소수 공급 밸브(17)는 공급관(18), 공급 펌프(19)를 통해 요소수 탱크(20)에 연결된다. 요소수 탱크(20) 내에 저장되어 있는 요소수는 공급 펌프(19)에 의해 요소수 공급 밸브(17)로부터 배기관(14) 내를 흐르는 배기 가스 중에 분사되어, 요소로부터 발생한 암모니아 [(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2]에 의해 배기 가스 중에 포함되는 NOx가 NOx 선택 환원 촉매(15)에 있어서 환원된다.
배기 매니폴드(5)와 흡기 매니폴드(4)는 배기 가스 재순환(이하, EGR이라 함) 통로(21)를 통해 서로 연결되고, EGR 통로(21) 내에는 전자 제어식 EGR 제어 밸브(22)가 배치된다. 또한, EGR 통로(21) 주위에는 EGR 통로(21) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하기 위한 냉각 장치(23)가 배치된다. 도 1에 도시되는 실시예에서는 기관 냉각수가 냉각 장치(23) 내로 유도되어, 기관 냉각수에 의해 EGR 가스가 냉각된다. 한편, 각 연료 분사 밸브(3)는 연료 공급관(24)을 통해 커먼 레일(25)에 연결되고, 이 커먼 레일(25)은 전자 제어식 토출량 가변인 연료 펌프(26)를 통해 연료 탱크(27)에 연결된다. 연료 탱크(27) 내에 저장되어 있는 연료는 연료 펌프(26)에 의해 커먼 레일(25) 내에 공급되고, 커먼 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, 쌍방향성 버스(31)에 의해 서로 접속된 ROM(리드 온리 메모리)(32), RAM(랜덤 액세스 메모리)(33), CPU(마이크로 프로세서)(34), 입력 포트(35) 및 출력 포트(36)를 구비한다. 본 발명에서는 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하는 요소수 보충 판단 수단이 마련되어 있고, 도 1에 도시되는 실시예에서는 이 요소수 보충 판단 수단은 연료 탱크(20)의 요소수 보충구(40)에 설치된 캡(41)이 떼어졌을 때에 온이 되는 스위치(42)로 이루어진다. 이 스위치(42)의 온ㆍ오프 신호는 입력 포트(35)에 입력된다.
또한 본 발명에서는 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지 여부를 판단하는 NOx 정화율 산출 수단이 마련되어 있고, 도 1에 도시되는 실시예에서는 이 NOx 정화율 산출 수단은 산화 촉매(16)의 하류에 배치된 NOx 농도 센서(43)로 이루어진다. 이 NOx 농도 센서(43)는 배기 가스 중의 NOx 농도에 비례한 출력을 발생하고, 이 NOx 농도 센서(43)의 출력은 대응하는 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다.
한편, 흡입 공기량 검출기(8)의 출력 신호는 대응하는 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다. 또한, 액셀러레이터 페달(45)에는 액셀러레이터 페달(45)의 답입량(L)에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(46)가 접속되고, 부하 센서(46)의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다. 또한 입력 포트(35)에는 크랭크 샤프트가 예를 들어 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(47)가 접속된다. 한편, 출력 포트(36)는 대응하는 구동 회로(38)를 통해 연료 분사 밸브(3), 스로틀 밸브(10)의 구동용 스텝 모터, 요소수 공급 밸브(17), 공급 펌프(19), EGR 제어 밸브(22) 및 연료 펌프(26)에 접속된다.
산화 촉매(12)는 예를 들어 백금과 같은 귀금속 촉매를 담지하고 있고, 이 산화 촉매(12)는 배기 가스 중에 포함되는 NO를 NO2로 전환하는 작용과 배기 가스 중에 포함되는 HC를 산화시키는 작용을 이룬다. 즉, NO2는 NO보다도 산화성이 강하고, 따라서 NO가 NO2로 전환되면 파티큘레이트 필터(13) 상에 포획된 입자 형상 물질의 산화 반응이 촉진되고, 또한 NOx 선택 환원 촉매(15)에서의 암모니아에 의한 환원 작용이 촉진된다. 파티큘레이트 필터(13)로서는 촉매를 담지하고 있지 않은 파티큘레이트 필터를 사용할 수도 있고, 예를 들어 백금과 같은 귀금속 촉매를 담지한 파티큘레이트 필터를 사용할 수도 있다. 한편, NOx 선택 환원 촉매(15)는 저온에서 높은 NOx 정화율을 갖는 암모니아 흡착 타입의 Fe 제올라이트로 구성할 수도 있고, 암모니아의 흡착 기능이 없는 티타니아ㆍ바나듐계의 촉매로 구성할 수도 있다. 산화 촉매(16)는 예를 들어 백금으로 이루어지는 귀금속 촉매를 담지하고 있고, 이 산화 촉매(16)는 NOx 선택 환원 촉매(15)로부터 누출된 암모니아를 산화하는 작용을 이룬다.
도 2에 압축 착화식 내연 기관의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하는 요소수 보충 판단 수단이 요소수 탱크(20) 내에 배치된 레벨 센서(44)로 이루어진다. 이 레벨 센서(44)는 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면 레벨에 따른 출력을 발생한다. 또한, 이 실시예에서는 파티큘레이트 필터(13)가 산화 촉매(16)의 하류에 배치되어 있고, 따라서 이 실시예에서는 산화 촉매(12)의 출구가 배기관(14)을 통해 NOx 선택 환원 촉매(15)의 입구에 연결된다.
그런데, 전술한 바와 같이 요소수의 이상은, 예를 들어 규격 외의 요소수가 사용되거나, 혹은 요소수 이외의 액체가 부정 사용되었을 때에 주로 발생한다. 한편, 기관 운전시의 NOx 정화율은 염가의 방법으로 검출할 수 있다. 그래서 본 발명에서는, 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하는 요소수 보충 판단 수단과, NOx 센서에 의해 검출된 NOx 농도 및 흡입 공기량으로부터 구해지는 NOx 선택 환원 촉매로부터 유출 NOx량과, 내연 기관의 운전 상태로부터 정해지는 내연 기관으로부터의 배출 NOx량으로부터 산출되는 NOx의 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지 여부를 산출하는 NOx 정화율 산출 수단을 구비하고 있고, 요소수 탱크(20) 내에 요소수 이 보충된 직후의 기관 운전시에 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었다고 판단되었을 때에는 보충된 요소수가 이상이라 판정하도록 하고 있다.
이 경우, 도 1에 도시하는 실시예에서는 요소수 탱크(20)의 요소수 보충구(40)의 개폐가 검출되어, 요소수 보충구(40)의 개폐가 행해졌을 때에는 요소수가 보충되었다고 판단된다. 이에 대해, 도 2에 도시되는 실시예에서는 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면 레벨이 검출되어, 요소수의 액면 레벨이 미리 정해진 저레벨 이하로부터 상승하여 미리 정해진 보충 완료 레벨을 넘었을 때에 요소수가 보충되었다고 판단된다.
다음에 요소수를 보충하였는지 여부를 판단하기 위한 요소수 보충 판단 루틴에 대해 설명한다. 도 3의 (A)는 도 1에 도시하는 실시예에 있어서 행해지고 있는 요소수 보충 판단 루틴을 나타내고 있고, 도 3의 (B)는 도 2에 도시하는 실시예에 있어서 행해지고 있는 요소수 보충 판단 루틴을 나타내고 있다.
도 3의 (A)에 도시되는 요소수 보충 판단 루틴을 참조하면, 우선 처음에 스텝 50에 있어서 스위치(42)가 온이 되었는지 여부, 즉 요소수 보충구(40)가 개방되었는지 여부가 판별된다. 요소수 보충구(40)가 개방되어 있을 때에는 스텝 51로 진행하여 스위치(42)가 온으로부터 오프가 되었는지 여부, 즉 요소수 보충구(40)가 폐쇄되었는지 여부가 판별된다. 요소수 보충구(40)가 폐쇄되었을 때에는 스텝 52로 진행한다. 즉, 요소수 보충구(20)가 개방된 후, 폐쇄되었을 때에는 그동안에 요소수가 보충되었다고 생각되므로 스텝 52로 진행하고, 요소수가 보충되었다고 판단된다.
다음에 도 3의 (B)에 도시되는 요소수 보충 판단 루틴에 대해 설명하면, 이 예에서는 요소수 탱크(20) 내의 액면 레벨이 미리 정해진 낮은 레벨보다도 저하되었을 때에 레벨 센서(44)의 출력 신호를 기초로 하여 저레벨 플래그가 셋트되도록 구성되어 있고 스텝 60에서는 이 저레벨 플래그가 셋트되어 있는지 여부가 판별된다. 저레벨 플래그가 셋트되어 있을 때에는 스텝 61로 진행하여 레벨 센서(44)에 의해 액면 레벨이, 보충이 완료되었다고 추정되는 보충 완료 레벨 SX를 넘었는지 여부가 판별된다. 액면 레벨이 보충 완료 레벨 SX를 넘었을 때에는 스텝 62로 진행한다. 즉, 저레벨이었던 액면 레벨이 보충 완료 레벨을 넘을 때까지 상승하였을 때에는 그 동안에 요소수가 보충되었다고 생각되므로 스텝 62로 진행하고, 요소수가 보충되었다고 판단된다.
도 4는 기관의 운전이 개시되면 실행되는 요소수의 이상 판정 루틴을 나타내고 있다.
도 4를 참조하면 우선 처음에 스텝 70에 있어서 도 3의 (A) 또는 도 3의 (B)에 나타내는 루틴에 의한 판단 결과를 기초로 하여 요소수가 보충되었는지 여부가 판별된다. 요소수가 보충되었을 때에는 스텝 71로 진행하여 NOx 센서(43)에 의해 배기 가스 중의 NOx 농도가 검출된다.
예를 들어 규격 외의 농도가 낮은 요소수가 보충되거나, 혹은 요소수 이외의 환원력이 약한 액체가 보충되면 NOx 선택 환원 촉매(15)에 있어서의 NOx 정화율이 저하되므로 NOx 센서(43)로 유도되는 배기 가스 중의 NOx 농도가 높아진다. 따라서, NOx 센서(43)에 의해 검출된 NOx 농도로부터 NOx 정화율이 미리 정해진 허용 레벨 이하가 되었는지 여부가 판별된다. 구체적으로 말하면, NOx 센서(43)에 의해 검출된 NOx 농도와 배기 가스량, 즉 흡입 공기량으로부터 구해진 NOx량과, 기관의 운전 상태로부터 정해지는 배출 NOx량으로부터 NOx 정화율이 산출되어, 도 4의 스텝 72에서는 이 NOx 정화율이 허용 레벨 Nx 이하가 되었는지 여부가 판별된다. 이때 NOx 정화율≥RX이면 스텝 73으로 진행하여 요소수는 정상이라 판단되고, NOx 정화율＜RX인 경우에는 스텝 74로 진행하여 요소수가 이상이라 판단된다. 이와 같이 하여 요소수가 이상인지 여부가 검출된다.
다음에 도 5 내지 도 7을 참조하면서 요소수 보충 판단 수단의 다른 실시예에 대해 설명한다.
우선 처음에 도 5를 참조하면, 도 5에는 점화 스위치의 온ㆍ오프 상태와, 도 2에 도시되는 레벨 센서(44)에 의해 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면 레벨을 검출해야 하는 것을 나타내고 있는 레벨 검출 지령과, 레벨 센서(44)에 의한 액면 레벨의 검출에 적합한 기관의 운전 상태인 것을 나타내고 있는 레벨 검출 운전 상태와, 레벨 센서(44)에 의한 액면 레벨의 검출을 실행하기 위해 내려지는 레벨 검출 실행 명령과, 요소수 탱크(20) 내에 있어서의 액면 레벨, 즉 요소수 레벨이 나타내어져 있다.
도 5에 도시되는 예에서는 점화 스위치가 오프로부터 온으로 절환되면 레벨 검출 지령이 내려지고, 그 후 점화 스위치가 온으로 되어 있는 동안, 일정 시간마다 레벨 검출 지령이 내려진다. 이 레벨 검출 지령이 내려지면 도 6에 도시되는 지령 처리 루틴이 실행된다.
이 지령 처리 루틴이 실행되면 레벨 센서(44)에 의해 액면 레벨을 정확하게 검출할 수 있도록, 스텝 80에 있어서 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태 인지 여부, 즉 요소수의 액면 레벨이 안정되어 있는 운전 상태인지 여부가 판별되고, 요소수의 액면 레벨이 안정되어 있는 운전 상태가 아닐 때에는 다시 스텝 80으로 복귀된다. 즉, 스텝 80에서는 요소수의 액면 레벨이 안정될 때까지 기다리고 있다. 요소수의 액면 레벨이 안정되었을 때에는 스텝 81로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려진다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 레벨 검출 지령이 발생된 후에 기관의 운전 상태가 최초로 요소수의 액면 레벨의 안정된 레벨 검출 운전 상태가 되었을 때에 레벨 검출 실행 명령이 내려진다.
검출 실행 명령이 내려지면 도 7에 도시되는 검출 실행 처리 루틴이 실행된다. 즉, 우선 처음에 스텝 90에 있어서 레벨 센서(44)에 의해 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 레벨 L이 검출된다. 계속해서 스텝 91에서는 검출된 요소수 레벨 L이 전회의 인터럽트시에 검출된 요소수 레벨 Lo에 대해 일정값 α 이상 높아졌는지 여부가 판별된다. L＞Lo+α가 되었을 때에는 요소수 탱크(20) 내에 보충액이 보충되었다고 판단되어, 스텝 92로 진행하여 보충 작용이 행해진 것을 나타내는 보충 플래그가 셋트된다. 계속해서 스텝 93에서는 요소수 레벨 L이 Lo가 된다.
이와 같이 본 발명에서는, 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상태를 판단하는 액면 상태 판단 수단, 예를 들어 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태 인지 여부를 판단하는 판단 수단을 구비하고 있고, 이 액면 상태 판단 수단에 의한 판단에 따라서, 예를 들어 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태라 판단되었을 때에 레벨 센서(44)에 의해 요소수 탱크(20) 내의 액면 레벨이 검출된다.
다음에 도 6에 도시되는 레벨 검출 실행 명령을 발생하기 위한 지령 처리의 몇 가지의 구체예, 즉 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태인지 여부를 판단하는 몇 가지 구체예에 대해 설명한다.
예를 들어 차량에 있어서 점화 스위치가 온으로 되었을 때부터 스타터를 작동시킬 수 있을 때까지의 동안은 차량은 진동하지 않고, 요소수 탱크(20)도 진동하지 않는다. 따라서 제1 예에 있어서는 점화 스위치가 온으로 되었을 때부터 스타터를 작동시킬 수 있을 때까지의 동안은, 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태라 판단된다.
도8은 이 제1 예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 처음에 스텝 100에 있어서 점화 스위치가 오프로부터 온으로 절환되었는지 여부가 판단된다. 점화 스위치가 오프로부터 온으로 절환되었을 때에는 스텝 101로 진행하여 스타터를 작동시킬 수 있었는지 여부가 판별된다. 스타터를 작동시킬 수 없을 때에는 스텝 102로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려지고, 다시 스텝 101로 복귀된다. 스타터를 작동시킬 수 있으면 스텝 101로부터 스텝 103으로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
한편, 차량이 정지하고 있을 때에도, 즉 차속이 0일 때에도 차량은 거의 진동하지 않고, 요소수 탱크(20)도 거의 진동하지 않는다. 따라서 제2 예에서는 차속이 0일 때, 즉 차량이 정지하고 있을 때는, 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태라 판단된다.
도9는 이 제2 예를 실행하기 위한 지령 처리를 도시하고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 처음에 스텝 110에 있어서 차속이 0인지 여부가 판별된다. 차속이 0일 때에는 스텝 111로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려진다. 이에 대해, 스텝 110에 있어서 차속이 0이 아니라고 판별되었을 때에는 스텝 112로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
또한, 차량이 정지하고 있을 때라도 정지한 직후에는 요소수 탱크(20) 내의 요소수는 상하로 심하게 변동하고 있을 가능성이 있다. 따라서 제3 예에서는 차량이 정지하고 나서 일정 시간이 경과한 후에 차속이 여전히 0인 경우에만, 레벨 검출 실행 명령을 내리도록 하고 있다.
도 10은 이 제3 예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 처음에 스텝 120에 있어서 차속이 0인지 여부가 판별된다. 차속이 0일 때에는 스텝 121로 진행하여 일정 시간이 경과하였는지 여부가 판별되고, 일정 시간이 경과하였을 때에는 스텝 122로 진행하여 차속이 0이 아닌지 여부가 판별된다. 차속이 여전히 0일 때에는 스텝 123로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려지고, 다시 스텝 122로 복귀된다. 차속이 0이 아니게 되면 스텝 122로부터 스텝 124로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
한편, 차량의 가속도 혹은 감속도가 커지면 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면 레벨이 변동한다. 따라서 제4 예에서는 가속도 및 감속도가 미리 정해진 허용값 이하인 경우만 레벨 검출 실행 명령을 내리도록 하고 있다. 또한, 이 경우, 차량의 가속도 및 감속도는 차량에 설치한 가속도 센서 및 감속도 센서에 의해 검출된다.
도 11은 이 제4 예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선은 처음에 스텝 130에 있어서 차량의 가속도가 허용값 GX 이하인지 여부가 판별된다. 차량의 가속도가 허용값 GX 이하일 때에는 스텝 131로 진행하여 차량의 감속도가 허용값 GY 이하인지 여부가 판별된다. 차량의 감속도가 허용값 GY 이하일 때에는 스텝 132로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려진다. 이에 대해, 차량의 가속도가 허용값 GX보다도 클 때, 혹은 차량의 감속도가 허용값 GY보다도 클 때에는 스텝 133으로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
한편, 차량이 일정 차속으로 일정 시간 이상 주행하고 있을 때는 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면은 그다지 상하 이동하지 않고 안정되어 있다고 생각할 수 있다. 따라서 제5 예에서는 차량이 일정 속도로 일정 시간 이상 주행하고 있을 때에는 레벨 검출 실행 명령을 내리도록 하고 있다.
도 12는 이 제5 예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 처음에 스텝 140에 있어서 차속이 일정해졌는지 여부가 판별된다. 차속이 일정해졌을 때에는 스텝 141로 진행하여 일정 시간이 경과하였는지 여부가 판별되고, 일정 시간이 경과하였을 때에는 스텝 142로 진행하여 차속이 변화되었는지 여부가 판별된다. 차속이 변화하고 있지 않을 때에는 스텝 143으로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려지고, 다시 스텝 142로 복귀된다. 차속이 변화되면 스텝 142로부터 스텝 144로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
그런데, 레벨 센서(44)를 이용한 경우에는 차량이 수평면에 대해 경사지면 요소수 탱크(20) 내의 정확한 액면 레벨을 검출할 수 없게 된다. 따라서 본 발명에 의한 실시예에서는 차량이 일정 시간 이상 수평한 상태로 유지되어 있는 경우에만 레벨 검출 실행 명령을 내리도록 하고 있다. 또한, 이 경우, 차량이 수평한 상태로 있는지 여부는 차량에 설치한 수평 검출 센서 의해 판정된다.
도 13은 이 실시예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 스텝 150에 있어서 차량이 수평한 상태에 있는지 여부, 즉 수평면에 대한 차량의 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 작은지 여부가 판별된다. 차량이 수평한 상태에 있을 때에는 스텝 151로 진행하여 일정 시간이 경과하였는지 여부가 판별되고, 일정 시간이 경과하였을 때에는 스텝 152로 진행하여 수평면에 대한 차량의 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 큰지 여부, 즉 차량이 경사졌는지 여부가 판별된다. 차량이 경사져 있지 않을 때에는 스텝 153으로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려지고, 다시 스텝 152로 복귀된다. 차량이 경사지면 스텝 152로부터 스텝 154로 진행하여 실행 명령이 해제된다.
즉, 이 실시예에서는 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 수평면에 대한 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 작아지는 운전 상태인지 여부가 판단되어, 요소수 탱크(20) 내의 요소수의 액면의 수평면에 대한 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 작아지는 운전 상태일 때에 레벨 센서에 의해 요소수 탱크(20) 내의 액면 레벨이 검출된다.
다음에 요소수의 보충 중, 가령 점화 스위치가 오프로 되어 있어도 전자 제어 유닛(30)이 작동 상태로 유지되는 경우에 적용할 수 있는 실시예에 대해 설명한다. 이 실시예에 있어서는 레벨 센서(44)에 의해 요소수의 보충이 완료된 것이 검출된다. 그런데 요소수의 보충이 완료된 직후는 요소수 탱크 내의 요소수의 액면은 안정되어 있지 않고, 따라서 이 실시예에서는 도 14의 (A)에 도시된 바와 같이 요소수의 보충이 완료된 후, 일정 시간을 경과하였을 때에 레벨 검출 실행 명령을 내리도록 하고 있다.
도 14의 (B)는 이 실시예를 실행하기 위한 지령 처리를 나타내고 있다.
이 지령 처리에서는 우선 처음에 스텝 160에 있어서 요소수의 보충이 완료되었는지 여부가 판별된다. 요소수의 보충이 완료되었을 때에는 스텝 161로 진행하여 일정 시간이 경과하였는지 여부가 판별되고, 일정 시간이 경과되었을 때에는 스텝 161로 진행하여 레벨 검출 실행 명령이 내려진다.
그런데, 도 4에 나타내어지는 요소수 이상 판정 루틴에서는 요소수의 보충이 행해지면 NOx 센서(43)에 의해 배기 가스 중의 NOx 정화율이 검출되고, 이 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하가 되었을 때에 요소수가 이상이라 판단된다. 그러나 이때 NOx 선택 환원 촉매(15)가 활성화되어 있지 않으면 요소수 농도가 정상이었다고 해도 NOx 센서(43)에 의해 검출되는 NOx 정화율이 저하된다. 따라서 이 경우, NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하가 되었으므로 요소수가 이상이라 판단하면 오판단하게 된다.
그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 이와 같은 오판단을 방지하기 위해, 도 7에 나타내는 레벨 검출 실행 루틴에 있어서 보충 플래그가 셋트되었을 때에는, 즉 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었다고 판단되었을 때에는 NOx 선택 환원 촉매(15)가 활성화되어 있는지 여부가 판단되고, NOx 선택 환원 촉매(15)가 활성화하어 있다고 판단되었을 때에 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하까지 저하되었는지 여부를 판단하도록 하고 있다.
또한, NOx 센서(43)에 의해 NOx 정화율을 정확하게 검출하기 위해서는 기관으로부터 배출되는 NOx량의 변화량이 적고 또한 NOx 선택 환원 촉매(15)로의 암모니아 흡착량이 안정되는 정상 운전시가 바람직하다. 따라서 본 발명에 의한 실시예에서는 정상 운전시에 NOx 센서(43)에 의해 NOx 정화율을 검출하도록 하고 있다.
도 15는 이 실시예를 실행하기 위한 요소수의 이상 판정 루틴을 나타내고 있다.
도 15를 참조하면 우선 처음에 스텝 170에 있어서 요소수의 보충이 행해진 것을 나타내는 보충 플래그가 셋트되어 있는지 여부가 판별된다. 보충 플래그가 셋트되어 있을 때에는 스텝 171로 진행하여 NOx 선택 환원 촉매(15)의 온도 TC가 활성 온도 TX 이상이 되었는지 여부가 판별된다. TC＞TX일 때, 즉 NOx 선택 환원 촉매(15)가 활성화되어 있을 때에는 스텝 172로 진행하여 정상 운전시인지 여부가 판별된다. 정상 운전시일 때에는 스텝 173으로 진행한다.
스텝 173에서는 NOx 센서(43)에 의해 배기 가스 중의 NOx 농도가 검출되고, 이 NOx 농도로부터 NOx 정화율이 산출된다. 계속해서 스텝 174에서는 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하가 되었는지 여부가 판별된다. 이때 NOx 정화율≥RX이면 스텝 175로 진행하여 요소수는 정상이라 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다. 이에 대해, 이때 NOx 정화율＜RX인 경우에는 스텝 176으로 진행하여 요소수가 이상이라 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다.
또한, 요소수의 이상 판정을 행할 때에 요소수 공급용 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수 공급 밸브(17)에 연결된 요소수의 공급관(18) 내로 보충 전의 요소수가 잔존하고 있으면, 보충 전의 요소수의 이상 판정을 행해 버리게 된다.
그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 보충 후의 요소수의 이상 판정을 행할 수 있도록, 요소수 탱크(20) 내에 요소수가 보충되었다고 판단되었을 때에는 요소수 공급용 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수 공급 밸브(17)에 연결된 요소수의 공급관(18) 내에 보충 전의 요소수가 잔존하고 있는지 여부를 판단하여, 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수의 공급관(18) 내에 보충 전의 요소수가 잔존하고 있지 않다고 판단되었을 때에 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하까지 저하되었는지 여부를 판단하도록 하고 있다.
이 경우, 제1 예에서는, 보충 후에 있어서의 요소수 공급 밸브(17)로부터의 요소수 공급량의 적산값 Q를 구하여, 이 적산값 Q가 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수의 공급관(18) 내에 잔류할 수 있는 최대 잔류 요소수량 Q0을 넘었을 때에는 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수의 공급관(18) 내에 보충 전의 요소수가 잔존하고 있지 않다고 판단하도록 하고 있다.
도 16은 이 제1 예를 실행하기 위한 요소수의 이상 판정 루틴을 나타내고 있다.
도 16을 참조하면 우선 처음에 스텝 180에 있어서 요소수의 보충이 행해진 것을 나타내는 보충 플래그가 셋트되어 있는지 여부가 판별된다. 보충 플래그가 셋트되어 있을 때에는 스텝 181로 진행하여 보충 후에 공급된 요소수 공급량의 적산값 Q가 산출된다. 계속해서 스텝 182에서는 적산값 Q가 최대 잔류 요소수량 Q0보다도 큰지 여부가 판별된다. Q＞Q0일 때에는 스텝 183으로 진행한다.
스텝 183에서는 NOx 센서(43)에 의해 배기 가스 중의 NOx 농도가 검출되고, 이 NOx 농도로부터 NOx 정화율이 산출된다. 계속해서 스텝 184에서는 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하가 되었는지 여부가 판별된다. 이때 NOx 정화율≥RX이면 스텝 185로 진행하여 요소수는 정상으로 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다. 이에 대해, 이때 NOx 정화율＜RX인 경우에는 스텝 186으로 진행하여 요소수가 이상이라 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다.
한편, 제2 예에서는 요소수의 보충이 완료되면 공급 펌프(19)가 역회전되어, 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수의 공급관(18) 내에 잔류하고 있는 보충 전의 요소수가 요소수 탱크(20) 내에 흡출된다. 이 흡출된 요소수량은 보충된 요소수량에 비하면 소량이므로 보충된 요소수의 농도에 영향을 주지 않는다. 이 제2 예에서는 잔류하고 있는 요소수의 흡출 작용이 완료되어 있으면 NOx 센서(43)의 검출값을 기초로 하여 요소수의 이상 판정이 행해진다.
도 17은 이 제2 예를 실행하기 위한 요소수의 이상 판정 루틴을 나타내고 있다.
도 17을 참조하면 우선 처음에 스텝 190에 있어서 요소수의 보충이 행해진 것을 도시하는 보충 플래그가 셋트되어 있는지 여부가 판별된다. 보충 플래그가 셋트되어 있을 때에는 스텝 191로 진행하여 요소수 공급 밸브(17) 내와 요소수의 공급관(18) 내에 잔류하고 있는 보충 전의 요소수의 흡출 작용이 행해진다. 계속해서 스텝 192에서는 이 요소수의 흡출 작용이 이미 완료되어 있는지 여부가 판별되고, 요소수의 흡출 작용이 이미 완료되어 있을 때는 스텝 193으로 진행한다.
스텝 193에서는 NOx 센서(43)에 의해 배기 가스 중의 NOx 농도가 검출되고, 이 NOx 농도로부터 NOx 정화율이 산출된다. 계속해서 스텝 194에서는 NOx 정화율이 허용 레벨 RX 이하가 되었는지 여부가 판별된다. 이때 NOx 정화율≥RX이면 스텝 195로 진행하여 요소수는 정상이라 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다. 이에 대해, 이때 NOx 정화율＜RX인 경우에는 스텝 196으로 진행하여 요소수가 이상이라 판단되고, 보충 플래그가 리셋된다.
4: 흡기 매니폴드
5: 배기 매니폴드
12, 16: 산화 촉매
13: 파티큘레이터 필터
15: NOx 선택 환원 촉매
17: 요소수 공급 밸브
20: 요소수 탱크
40: 요소수 보충구
41: 캡
42: 스위치
43: NOx 센서
44: 레벨 센서

Claims (14)

  1. 기관 배기 통로 내에 NOx 선택 환원 촉매를 배치하고, 요소수 탱크 내에 저류된 요소수를 상기 NOx 선택 환원 촉매에 공급하여 상기 요소수로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 선택적으로 환원하도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 요소수 탱크 내에 요소수가 보충되었는지 여부를 판단하는 요소수 보충 판단 수단과, NOx 센서에 의해 검출된 NOx 농도 및 흡입 공기량으로부터 구해지는 NOx 선택 환원 촉매로부터 유출 NOx량과, 내연 기관의 운전 상태로부터 정해지는 내연 기관으로부터의 배출 NOx량으로부터 산출되는 NOx의 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지 여부를 산출하는 NOx 정화율 산출 수단과, 요소수 탱크 내에 요소수가 보충된 직후의 기관 운전시에 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었다고 판단되었을 때, 보충된 요소수의 이상 여부를 판정하는 요소수 이상 판단 수단을 구비하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 요소수 탱크 내에 요소수의 액면 레벨을 검출하는 요소수 액면 레벨 검출 유닛과, 요소수 액면 레벨 검출 유닛에 의해 검출된 요소수의 액면 레벨에 기초하여 요소수 탱크 내의 요소수 액면 레벨의 변동량을 얻는 요소수 액면 레벨 변동 획득 유닛을 더 구비하고, 상기 요소수 액면 레벨 변동 획득 유닛에 의해 얻은 요소수의 액면 레벨의 변동량이 미리 정해진 양 이상의 상측 변동량일 때, 상기 요소수 보충 판단 수단은 요소수가 보충되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 요소수 액면 레벨 검출 유닛에 의해 검출된 상기 요소수 탱크 내의 요소수의 액면 레벨이 미리 정한 제1 레벨 이하이고 그 후 상기 미리 정한 제1 레벨보다 높은 미리 정한 제2 레벨 이상으로 될 때, 상기 요소수 보충 판단 수단은 요소수가 요소수 탱크에 보충되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 요소수 탱크의 요소수 보충구의 개폐를 검출하는 요소수 보충구 개폐 검출 유닛을 더 구비하고, 상기 요소수 보충구 개폐 검출 유닛에 의해 요소수 보충구의 개폐가 검출될 때, 상기 요소수 보충 판단 수단은 요소수가 요소수 탱크에 보충되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 요소수 액면 레벨 검출 유닛에 의해 검출된 요소수 탱크 내의 요소수의 액면 레벨이 미리 정한 제1 레벨 이하이고 그 후 상기 미리 정한 제1 레벨보다 높은 미리 정한 제2 레벨 이상으로 될 때, 상기 요소수 보충 판단 수단은 요소수가 요소수 탱크에 보충되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 요소수 탱크의 요소수 보충구의 개폐를 검출하고, 요소수 보충구의 개폐가 행해졌을 때에는 요소수가 보충되었다고 판단되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면 레벨을 검출하고, 요소수의 액면 레벨이 미리 정해진 저레벨 이하로부터 상승하여 미리 정해진 보충 완료 레벨을 넘었을 때에 요소수가 보충되었다고 판단되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면의 상태를 판단하는 액면 상태 판단 수단을 구비하고 있고, 상기 액면 상태 판단 수단에 의한 판단에 따라서 요소수 액면 레벨 검출 유닛에 의해 요소수 탱크 내의 액면 레벨을 검출하도록 한, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액면 상태 판단 수단은, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태인지 여부를 판단하고, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태일 때에는 상기 레벨 센서에 의해 요소수 탱크 내의 액면 레벨이 검출되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제9항에 있어서, 점화 스위치가 온이 되었을 때부터 스타터를 작동시킬 수 있을 때까지의 동안은, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태라고 판단되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 제9항에 있어서, 차량이 정지하고 있을 때는, 요소수 탱크 내의 요소수의 액면의 상하 변동량이 미리 정해진 허용 변동량보다도 작아지는 운전 상태라고 판단되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 액면 상태 판단 수단은, 수평면에 대한 차량의 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 작아지는 운전 상태인지 여부를 판단하고, 수평면에 대한 차량의 경사각이 미리 정해진 허용 경사각보다도 작아지는 운전 상태일 때에는 상기 요소수 액면 레벨 검출 유닛에 의해 요소수 탱크 내의 액면 레벨을 검출하도록 한, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소수 보충 판단 수단에 의해 요소수 탱크 내에 요소수가 보충되었다고 판단되었을 때에는, 상기 NOx 선택 환원 촉매가 활성 온도 이상인지 비교하여, 상기 NOx 선택 환원 촉매의 온도가 활성화 온도 이상이면, 상기 NOx 정화율 산출 수단에 의해 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지를 산출하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소수 보충 판단 수단에 의해 요소수 탱크 내에 요소수가 보충되었다고 판단되었을 때에는 요소수 공급용 요소수 공급 밸브 내와 요소수 공급 밸브에 연결된 요소수의 공급관 내에 보충 전의 요소수가 잔존하고 있는지 여부가 판단되고, 요소수 공급 밸브 내와 요소수의 공급관 내에 보충 전의 요소수가 잔존하고 있지 않다고 판단되었을 때에 상기 NOx 정화율 산출 수단에 의해 NOx 정화율이 허용 레벨 이하까지 저하되었는지 여부가 판단되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
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