KR19980024127A - 내연기관의 배기 정화장치 - Google Patents

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Abstract

희박 운전상태로서 연비 개선을 도모하면서, 농후 운전상태에서 높은 토오크를 발생시키고 게다가 기관의 배기나 운전성능을 양호하게 유지하며서 가변 밸브 타이밍 기구의 내구성을 향상시킨다.
운전상태와 농후 운전상태를 갖고, 흡기 밸브(24) 혹은 배기 밸브(26)의 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 공연비에 따라 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구(92)를 구비하며, 배기 시스템에는 희박 시에 NOx 저장 환원형 촉매(38)를 구비한 내연기관의 배기 정화장치에 있어서, NOx를 방출 환원하기 위해 공연비를 희박으로부터 농후로 제어할 때에는 희박 운전상태로부터 농후 운전상태로의 밸브 타이밍의 변경을 금지하는 금지수단(70)을 구비한다.

Description

내연기관의 배기 정화장치
본 발명은 내연기관의 배기 정화장치에 관한 것으로, 특히 가변 밸브 타이밍 기구와 NOx 저장 환원형 촉매를 구비한 내연기관의 배기 정화장치에 관한 것이다.
가변 밸브 타이밍(VVT) 기구는 기관의 흡기 밸브 혹은 배기 밸브의 적어도 한쪽의 밸브 개폐시기 밸브 타이밍을 변경하는 기구이다. 이 VVT 기구에 의해, 예를들면 배기 밸브를 폐쇄하기전에 흡기 밸브를 개방하도록 흡기 배브의 개폐시기를 변경하면, 양쪽의 밸브가 동시에 개방되는 오버랩(over lap) 기간에, 기관의 연소실로, 흡기 밸브로부터는 공기와 공급연료가 흡입되고, 배기 밸브로부터는 배기 가스가 환류된다. 배기 가스중에는 불활성 가스가 포함되어 있기 때문에 연소온도가 내려간다. 그러므로, 연소실내가 고온일 때에 생성되는 NOx를 감소시키는 소위 EGR 효과가 생긴다.
상기 밸브 타이밍은 일반적으로 기관의 운전조건과 공연비에 따라서 제어된다. 즉, 밸브 타이밍은 기본적으로는 기관의 운전조건에 따라서 제어되며, 예를들면 공회전시에는 밸브 오버랩을 작게(또는 음으로)설정함으로써, 내부 EGR(연소실내에서의 배기 재순환)의 감소에 의해 공회전 안정성을 향상시키고, 공회전 설정회전수를 내림으로써, 공회전 연비가 향상된다. 또한, 부분 부하 운전시에는 오버랩을 확대함으로써, 내부 EGR를 증대시키고, 연소 온도의 저하에 의해 NOx가 감소됨과 동시에, 펌프 손실 감소 등에 따라 연비도 향상된다. 또한 전체부하 운전시에는 흡기 밸브의 폐쇄 타이밍을 가변으로하여, 부피 효율을 향상함으로써, 엔진 출력을 최대한으로 끌어 낸다.
한편, 연비향상(CO2감소)에 유효한 수단으로서, 희박 연소 시스템이 공지되어 있다. 이 희박 연소에서는 부분 부하 운전중, 저중 부하 운전시에는 희박 공연비로 운전함으로써, 펌핑(pumping) 손실이나 냉각손실의 감소 등에 의해, 연비가 대폭 향상(상술된 내부 EGR과 비교하여도 약 2배의 연비향상 효과를 갖는다)되지만, 이 때 밸브 오버랩이 크면, 내부 EGR이 증대되어, 연소 불안정이나 실화(misfire)를 초래하기 때문에 오버랩을 작게 설정할 필요가 있다. 이 희박 영역에서는 종래의 삼원촉매로서는 NOx를 정화할 수 없지만, 본원 출원인에 의해 제안되어 있는 배기 정화장치(WO93/07363 참조)에 의하면, NOx를 감소할 수 있다. 이 배기 정화장치는 NOx 저장 환원형 촉매를 구비하고, 희박 운전시에는 엔진으로부터 배출된 NOx를 촉매에 일단 저장시키고, NOx 저장량이 증대되면 대단히 짧은 시간에 농후로 제어함으로써 NOx를 환원 정화하는 것이다. 또한, 희박연소 시스템은 고출력이 요구되는 고부하 운전시에는 논리 공연비로 제어되기 때문에, 오버랩을 크게 하여, 상술한 바와 같이 NOx 감소, 연비 향상을 도모한다. 이 때, 상술한 NOx 저장 환원형 촉매는 종래의 삼원촉매와 같은 삼원 활성을 갖기 때문에, NOx, CO, HC를 효율적으로 정화할 수 있다.
그러나, 상기 NOx 저장 환원형 촉매를 구비한 배기 정화장치에 VVT 기구를 부가하여 VVT 기구의 밸브 타이밍을 공연비에 따라서 변경시키면, 상기와 같이 NOx 환원을 위하여 공연비를 농후로 제어할 때 마다 밸브 타이밍이 변경됨으로써, 이 농후 운전상태는 예를들면 0.3초의 단시간이기 때문에 VVT 기구의 밸브의 작동을 추종할 수 없고, 기관의 배기 방출이나 운전성능이 악화됨과 동시에, VVT 기구의 내구성이 악화되는 문제가 생긴다.
그러므로 본 발명은 상기 문제를 해결하여, 희박 운전상태로서 연비 개선을 꾀하면서, 농후 운전상태로서 높은 토오크를 발생시키며, 또한 기관의 배기 방출(emission)이나 운전성능을 양호하게 유지하면서 가변 배브 타이밍 기구의 내구성을 향상시키는 내연기관의 배기 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제를 해결하는 본 발명에 의한 내연기관의 배기 정화장치는 희박 운전상태와 농후 운전상태를 갖고, 흡기 밸브 혹은 배기 밸브의 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 공연비에 따라서 변경하는 밸브 타이밍 변경수단을 구비하며, 배기 시스템에는 희박 시에 NOx를 저장하며 농후 시에 NOx를 방출 환원하는 NOx 저장 환원형 촉매를 구비한 내연기관의 배기 정화장치에 있어서, NOx를 방출 환원하기 위해서 공연비를 희박으로부터 농후로 제어할 때에는 희박 운전상태로부터 농후 운전상태로의 밸브 타이밍의 변경을 금지하는 금지수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 내연기관의 배기 정화장치는 희박 운전중에 NOx 환원성 삼원촉매에 저장되는 NOx가 증대되어 해당 촉매의 NOx 허용량에 도달하기 전에, 해당 NOx를 방출시키어 환원하기 위해서, 배기 가스중의 산소농도를 낮게 해야만 단시간 공연비를 농후로 하는 농후 스파이크 제어를 실행함과 동시에, 이 농후 스파이크 제어 실행마다 밸브 타이밍의 변경을 금지하기 때문에, 밸브 타이밍 변경수단(VVT 기구)의 작동을 추종할 수 없음에 따라 생기는 기관의 배기 방출이나 운전성능의 악화를 방지하며, 또한 VVT 기구의 내구성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍기구를 구비한 배기 정화장치를 개략적인 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ECU의 블록구성도.
도 3은 실시예의 연료분사 시간 및 점화시기 산출 루틴의 플로우챠트.
도 4는 실시예의 농후 스파이크 제어 루틴의 플로우챠트.
도 5는 흡기 밸브 및 배기 배브의 개폐시기를 크랭크 각으로써 도시한 도면.,
도 6은 실시예의 가변 밸브 타이밍 제어 루틴의 플로우챠트.
도 7은 엔진 회전속도 NE와 부하 GN에 따라서 기본목표 밸브 타이밍 변위량 VT을 산출하기 위한 2차원 맵을 도시한 도면.
도 8은 수온 THW에 의한 밸브 타이밍 변위량의 감산보정량 OTHW의 맵을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2:에어 크리너4:스로틀 바디
5:스로틀 밸브6:서지탱크(흡기 매니폴드)
7:흡기관10:연료탱크
11:연료펌프12:연료배관
20:엔진 본체(기통)21:연소실
22:냉각수 통로23:피스톤
24:흡기 밸브26:배기 밸브
30:배기 매니폴드34:배기관
38:촉매 컨버터40:에어 플로미터
41:진공센서44:수온 센서
45:O2센서50:기준위치 검출센서
51:크랭크 각 센서54:제1의 자기센서
55:제2의 자기센서60:연료분사 밸브
62:점화기63:점화코일
64:점화 디스트리뷰터65:스파크 플러그
68:유압제어밸브70:엔진ECU
71:CPU72:시스템 버스
73:ROM74:RAM
75:A/D 변환회로76:입력 인터페이스 회로
77a, 77b, 77c:구동제어회로
79:백업 RAM80:커넥팅 로드
81:크랭크 샤프트82, 93:자성체
84:타이밍 풀리85, 86:캠 샤프트
87, 88:캠89, 90:타이밍 풀리
91:타이밍 벨트92:연속가변 밸브 타이밍 기구
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 구비한 내연기관의 배기 정화장치의 도면이다. 엔진(20)의 연소에 필요한 공기는 에어 클리너(2)에서 여과되어, 스로틀 바디(4)를 통해 서지탱크(흡기 매니폴드;6)로 각 기통의 흡기관(7)에 분배된다. 또한, 그 흡입 공기량은 스로틀 바디(4)에 설치된 스로틀 밸브(5)에 의해 조절됨과 동시에, 에어플로미터(40)에 의해 질량유량으로서 계측된다. 또한, 흡기관 압력은 진공센서(41)에 의해 검출된다.
한편, 연료탱크(10)에 저장된 연료는 연료펌프(11)에 의해 퍼올려지고, 연료배관(12)을 거쳐 연료분사 밸브(60)에 의해 흡기관(7)에 분사된다.
흡기관(7)에서는 공기와 연료가 혼합되고, 그 혼합기는 흡기 밸브(24)를 통해 엔진 본체 즉, 기통(실린더; 20)의 연소실(21)에 흡입된다. 연소실(21)에 있어서, 혼합기는 피스톤(23)에 의해 압축된 후, 점화되어 폭발·연소하여, 동력을 발생한다. 그와 같은 점화는 점화신호를 받은 점화기(62)가 점화 코일(63)의 1차전류의 통전 및 차단을 제어하고, 그 2차 전류가 점화 디스트리뷰터(64)를 걸쳐 스파크 플러그(65)로 공급됨으로써 이루어진다.
또한, 점화 디스트리뷰터(64)에는 그 축이 예를들면 크랭크 각(CA)으로 환산하여 720℃A 마다 기준위치 검출용 펄스를 발생시키는 기준위치 검출센서(50), 및 30℃A 마다 위치검출용 펄스를 발생시키는 크랭크 각 센서(51)가 마련되어 있다. 또한, 실제의 차속은 차속을 나타내는 출력 펄스를 발생시키는 차속 센서(53)에 의해서 검출된다. 또한, 엔진(20)은 냉각수 통로(22)에 안내된 냉각수에 의해 냉각되고, 그 냉각수온도는 수온 센서(44)에 의해 검출된다.
연소된 혼합기는 배기 가스로서 배기 밸브(26)를 통해 배기 매니폴드(30)에 방출되고, 이어서 배기관(34)에 안내된다. 또한, 배기관(34)에는 배기 가스중의 산소농도를 검출하는 O2센서(45)가 마련되어 있다. 또한 그것에 의해 하류의 배기 시스템에는 촉매 컨버터(38)가 설치되어 있고, 그 촉매 컨버터(38)에는 배기 가스중의 미연성분(HC, CO)의 산화와 질소 산화물(NOx)의 환원을 동시에 촉진하는 삼원 촉매 성분에 NOx 흡수제를 첨가한 NOx 저장 환원형 촉매가 수용되어 있다. 이 NOx 저장 환원형 촉매는 기관이 희박 운전상태일 때에 배출되는 NOx를 저장하고, 이 촉매의 NOx의 저장 능력을 유지하기 위해서, 단시간, 농후 운전상태로 제어하였을 때에 저장된 NOx를 방출하여 환원한다. 이렇게 해서 촉매 컨버터(38)에 의해 배기 가스는 정화되어 대기중에 배출된다.
여기에서, 흡기 밸브(24) 및 배기 밸브(26)의 개폐기구에 대하여 설명한다. 피스톤(23)은 커넥팅 로드(80)를 통해 크랭크 축(81)에 접속되어 있다. 그리고, 크랭크 축(81)의 단부에는 타이밍 풀리(84)가 설치되어 있다. 흡기 밸브((24) 및 배기 밸브(26)는 캠 축(85, 86)에 설치된 캠(87, 88)에 의해서 구동된다. 그리고, 캠 축(85, 86)의 단부에는 타이밍 풀리(89, 90)가 설치되어 있다. 타이밍 풀리(89, 90)는 타이밍 벨브(91)를 통해 상기 타이밍 풀리(84)와 연결되어 있다. 이렇게 해서, 크랭크 축(81)에 의해서 캠 축(85, 86)이 회전 구동되어지고, 흡기 밸브(24) 및 배기 밸브(26)가 일정한 크랭크 각에 있어서 개폐되어지다. 또한, 크랭크 축(81)에는 자성체(82)가 매립되어 있고, 크랭크 축(81)에 근접하여 배치된 제1의 자기센서(54)로부터 기준펄스가 출력된다. 또한, 흡기 밸브(24)의 캠 축(85)에는 자성체(93)가 매립되어 있고, 캠 축(85)에 근접하여 배치된 제2의 자기 센서(55)로부터 기준 펄스가 출력된다.
특히, 흡기 밸브(24)의 캠 축(85)과 타이밍 풀리(89) 사이에는 일반적으로 공지의 연속 가변 밸브 타이밍 기구(92)가 마련되어 있다. 이것은 캠 축(85)과 타이밍 풀리(89)를 상대 회전시키는 것이다. 상세하게는 연속가변 밸브 타이밍 기구(92)는 캠 축(85)과 타이밍 풀리(89)를 외부 기어로 하여, 헬리컬 기어를 갖는 중간 기어를 통해 양자를 연결하고, 이 중간기어를 축선방향으로 이동시킴으로써, 상술한 상대회전을 실현한다. 이 중간기어의 이동은 예를들면 유압원에서 공급되는 유압력을 제어함으로써 이루어지고, 그 유압력 제어를 위해 유압제어 밸브(68)가 마련되어 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ECU의 블럭구성도이다. 엔진 전자제어장치(엔진 ECU; 70)는 연료분사제어, 점화시기 제어 등과 더불어, 본 발명에 따른 밸브 타이밍 제어를 실행하는 마이크로 컴퓨터 시스템이고, 그 하드웨어 구성은 도 2의 블럭도에 도시한다. ROM(73)에 격납된 프로그램 및 각종의 맵에 따라서, 중앙 처리장치(CPU; 71)는 각종 센서 및 스위치로부터의 신호를 A/D 변환회로(75) 또는 입력 인터페이스 회로(76)를 통해 입력하고, 그 입력신호에 근거하여 연산처리를 실행하며, 그 연산결과에 근거하여 구동제어회로(77a 내지 77c)를 통해 각종 액츄에이터의 제어신호를 출력한다. RAM(74)은 그 연산·제어 처리 과정에 있어서의 일시적인 데이터 기억장소로서 사용된다. 또한, 백업 RAM(79)은 배터리(도시하지 않음)에 직접 접속됨으로써 전력의 공급을 받아, 점화 스위치가 오프의 상태에 있어서도 유지되어야 할 데이터(예를들면, 각종의 학습지)를 격납하기 위해 사용된다. 또한, 이들의 ECU내의 각 구성요소는 어드레스 버스(address bus), 데이터 버스 및 컨트롤 버스로 이루어진 시스템 버스(72)에 의해 접속되어 있다. 상기와 같은 하드웨어 구성을 갖는 내연기관(엔진)에 있어서 실행되는 본 발명에 의한 ECU(70)의 엔진 제어처리에 대하여, 이하에 설명한다. 우선, 연료분사 제어에 대하여 설명한다.
도 3은 실시예의 연료분사 시간 및 점화시기 산출 루틴의 플로우챠트이다. 본 루틴은 메인루틴 중에서 1msec의 처리주기로 실행한다. 우선, 단계(301)에서는 기관의 운전상태를 검출한다. 구체적으로 크랭크 각 센서(51)로부터 산출된 회전수 NE라든지, 진공 센서(41)에 의해 검출된 흡기관내 압력 PM, 즉 부하상태를 판독한다. 단계 302에서는 ROM(73)에 격납된 NE, PM의 2차원 맵(도시하지 않음)으로부터 기관의 운전상태에 따른 기본 연료분사 시간 TP를 산출한다. 단계 303에서는 마찬가지로 ROM(73)에 격납된 NE, PM의 2차원 맵(도시하지 않음)으로부터 기관의 운전상태에 따른 희박 공연비 보정계수 FLEAN을 산출한다. 이 FLEAN은 저중속, 경부하일 때, 예를들면 희박 운전으로 하기 위해서 0.6 내지 0.8로 설정되어, 고속이고, 중고부하일 때는 농후 운전, 예를들면 논리 공연비로 하기 위해서 1.0로 설정된다. 단계 304에서는 연료 분사 시간 TAU를 다음식에 근거하여 산출한다.
TAU=TP*FLEAN
단계 305에서는 회전수, 부하 및 O2센서(45)로부터 검출되는 공연비에 따라서 ROM(73)에 격납된 맵(도시하지 않음)으로부터 점화시기 θ를 산출한다. 이 점화시기 θ는 공연비가 논리 공연비(14.5)로부터 희박으로 됨에 따라서 진각측으로 되어 있다. 이것은 공연비가 희박으로 되면 기관의 연소가 서서히 느려지기 때문에 점화시기를 진각측으로 옮기면 좋기 때문이다.
단계 306에서는 수온센서(44)로부터 기관의 수온 THW를 판독한다. 단계 307에서는 기관이 냉간시(난기중) 인가를 THW가, 예를들어 80℃에 도달했는지 아닌지에 의해 판단하여, THW(80)일 때는 냉간시로 간주하고 단계 308으로 진행하고, THW≥80일 때는 난기완료로 간주하여 본 루틴을 종료한다. 단계 308에서는 수온 THW에 근거하여 기관의 난기상태를 나타내는 난기보정 계수 FWL을 ROM(73)에 격납된 맵(도시하지 않음)으로부터 산출하여, 단계 304에서 산출한 연료분사 시간 TAU에 이 난기보정계수 FWL을 곱하여 새로운 TAU를 구하고(TAU←TAU*FWL), 증가량을 보정한다. 또한, 단계 309에서는 수온 THW에 근거하여 수온이 낮은 만큼 점화시기를 진각측으로 하도록 설정된 점화시기 보정각을 ROM(73)에 격납된 맵(도시하지 않음)으로부터 산출하여, 단계 305에서 산출된 점화시기 θ에 이 점화시기 보정각을 가산하여 진각 보정하여 새로운 점화시기 θ를 산출한다.
이와 같이 실시예의 연료분사 제어는 단계 307에서 기관 난기 중이라고 판단되었을 때, 단계 308에서 산출한 연료분사시간 TAU만큼 기준 위치검출 센서(50) 및 크랭크 각 센서(51)로부터의 출력신호에서 산출된 각 기통의 연료분사시기에 구동 제어회로(77a)를 구동하여 연료분사 밸브(60)를 개방하도록 제어한다. 또한, 실시예의 점화시기 제어는 단계 307에서 기관 난기 중이라고 판단되었을 때, 단계 309에서 산출한 점화시기 θ를 크랭크 각 센서(51)로부터의 출력신호에서 검출하고, 그 검출시에 구동회로(77b)를 구동하여 점화기(62)에 점화신호를 전달하고, 점화코일(63)에 1차 전류를 보내어 점화 분배기(64)를 통해 스파크 플러그(65)에 2차 전류를 보내고, 연소실내의 혼합기에 점화하도록 제어한다. 또한, 이 점화시기는 크랭크 각 센서(51)로부터의 출력신호가 30℃A마다의 신호이기 때문에, 이 출력신호 사이를 예를 들면 30내삽하여 1℃A 마다 설정되도록 하고 있다.
다음에, 공연비 제어에 대하여 설명한다.
도 4는 실시예의 농후 스파이크 제어 루틴의 플로우챠트이다. 본 루틴은 4msec의 처리 주기로 실행된다. 우선, 단계 401에서는 희박 운전조건이 성립인지 아닌지를 판단한다. 즉, 기관을 희박 공연비로 운전가능한 운전상태인지 아닌지를 판단하여, 희박 운전가능이라고 판단되었을 때는 단계 402으로 진행하고, 희박 운전불가능이라고 판단되었을 때는 단계 403으로 진행한다. 이 판단은 도 3의 단계 303에서 설명한 바와 같이, FLEAN이 저중속, 경부하일 때, 예를들면 0.6 내지 0.8로 설정되고, 고속, 중고(中高)부하일 때는 논리공연비 1.0로 설정되기 때문에, FLEAN의 설정치로 판단하면 된다.
단계 402에서는 희박 시간카운터 CLN과 소정시간 a, 예를들면 30초와 비교하여, CLNa일 때는 30초 경과했다고 판단하여 단계 404로 진행하고, CLN≤a일 때는 단계 405으로 진행한다. 이 소정시간은 NOx 환원형 삼원촉매의 NOx 저장 능력에 따라서 설정한다. 또한, 소정시간 a는 희박 시간카운터 CLN이 4msec마다 1씩 카운트하기 때문에 7500에 세트된다. 단계 404에서는 농후 스파이크 실행중을 나타내는 RS 실행 플래그 RSFLG를 1에 세트한다. 이어서 단계 406에서는 RS제어, 즉 공연비를 농후로 하는 제어를 실행한다. 구체적으로는 FLEAN을 1.45(14.5/10)로 하여,목표공연비를, 예를들면 농후 공연비 10으로 하는 공연비 제어를 실행한다. 이것은 공연비를 농후로 하면 배기 가스중의 산소농도가 낮게 되어 NOx 환원형 삼원촉매에 저장된 NOx가 방출되어 환원되기 때문이다.
단계 407에서는 농후 스파이크 시간카운터 CRS에 1를 가산(CRS+1)한다. 단계 408에서는 희박 시간 카운터 CLN을 리세트한다. 즉, CLN은 농후 스파이크 실행중 4msec마다 리세트 된다. 한편, 단계 401에서 희박 운전불가능이라고 판단하였을 때, 단계 403에서는 농후 스파이크 시간카운터 CRS를 리세트한다.
단계 402에서 희박 시간카운터 CLN이 30초 경과하지 않는다고 판단하였을 때는, 단계 405에서는 RS 실행 프래그 RSFLG에서 농후 스파이크 실행중인지 아닌지를 판단하여, 즉 RSFLG=1 (RS 실행중)일 때는 단계 409로 진행하고, RSFLG=0일 때는 단계 411로 진행한다. 단계 409에서는 단계 406의 RS 제어가 계속되고 있는가를, 즉 농후 공연비의 운전이 계속되고 있는가를 판단한다. 구체적으로는 농후 스파이크 시간 카운터 CRS와 소정시간 b, 예를들면 0.3초와 비교하여, CRSb일 때는 0.3초 경과하여 RS 제어가 종료했다고 판단하여 단계 410으로 진행하고, CRS≤b일 때는 RS 제어가 계속되고 있다고 판단하여 단계 406으로 진행한다. 이 소정시간 b는 NOx 환원형 삼원촉매가 저장한 NOx를 방출 환원하여 다시 저장능력을 갖도록 설정한다. 또한, 소정시간 b는 농후 스파이크 시간카운터 CRS가 4msec마다 1씩 카운트하기 때문에 30에 세트된다.
단계 410에서는 RS 실행 플래그 RSFLG를 리세트한다. 단계 411에서는 농후 스파이크 시간 카운터 CRS를 리세트한다. 단계 412에서는 희박 시간 카운터 CLN에 1 가산한다. 이와 같이, 실시예의 농후 스파이크 제어는 희박 시간카운터 CLN에서 설정된 30초간은 희박 공연비로 운전하고, 그 동안 NOx 환원형 삼원촉매에 의해 NOx를 저장하고, 이어서 농후 스파이크 시간 카운터 CRS에서 설정된 0.3초간은 예를들면 A/F=10의 농후 공연비로 운전하고, 그 동안 NOx 환원형 삼촉촉매에 저장된 NOx를 꺼내어 환원하며, 이것을 반복 실행하도록 제어한다.
마지막에, 본 발명의 가변 밸브 타이밍 제어에 대하여 설명한다. 그 전에 가변 밸브 타이밍의 설정에 대하여 우선 설명한다.
도 5는 흡기 밸브(24) 및 배기 밸브(26)의 개폐시기를 크랭크 각으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 배기 밸브(26)는 고정의 개방 밸브 시기 EVO(본 실시예에서는 배기하사점 전 50℃)로써 개방되어짐과 동시에, 고정의 폐쇄시기 EVC(본 실시예에서는 배기상사점 후 3°)로써 폐쇄되어 진다. 한편, 흡기 밸브(24)에 관해서는 그 폐쇄기간은 일정하지만, 그 개방시기 IVO 및 폐쇄시기 IVC는 가변이고, 가장 지각측의 개폐시기(도면의 IVOr 및 IVCr)를 기준으치로서, 함께 진각방향으로 임의의 양만 변위된 타이밍으로 설정할 수 있다. 다만, 밸브 타이밍 변위량 VTD의 최대값은 본 실시예에서는 60°이다. 그리고 이 기준위치로부터의 밸브 타이밍 변위량 VTD가 제어목표량으로 된다.
여기에서, 본 실시예에서는 기준위치로서는 기준개방 밸브 시기 IVOr이 배기 상사점후 3°이고, 기준폐쇄 배브 시기 IVCr이 흡기하사점후 65°이다. 따라서, 이 경우, 밸브 타이밍 변위량 VTD가 예를들면 30℃A(크랭크 각)일 때에는 IVO는 배기 상사점선 27°로 되고, IVC는 흡기하사점후 35°로 된다. 또한, 본 실시예에서는 흡기 밸브(24)의 기준개방 밸브 시기 IVOr와 배기 밸브(26)의 폐쇄시기 EVC는 동시에 배기상사점후 3°와 동일하기 때문에, 밸브 타이밍 변위량 VTD는 밸브 오버랩량과 일치하게 된다.
그런데, 가변 밸브 타이밍 제어는 기본적으로, 기관의 운전상태 및 배기의 공연비에 따라서 흡기 밸브(24)의 목표 밸브 타이밍(밸브 개폐시기)을 설정하여 연속가변 밸브 타이밍 기구(92)를 제어하는 것으로, 구체적으로 흡기 밸브(24)의 캠 축(85)이 크랭크 축(81)에 대하여 원하는 회전 위상을 유지하도록, 상기 제1의 자기 센서(54) 및 제2의 자기 센서(55)로부터의 신호에 근거하여 유압제어 밸브(68)를 피드백 제어하는 것이다. 그런데, 도 4에서 설명한 공연비 제어를 실행하여, 배기의 공연비에 따라 농후 스파이크 실행마다 밸브 타이밍을 설정하면, 농후 스파이크 실행시간이 0.3초로 짧은 시간으로, 연속가변 밸브 타이밍 기구(92)의 작동을 추종할 수 없게 방출이 발생하거나 운전성능이 악화되거나 한다. 또한, 농후 스파이크의 실행이 30초마다 반복하여 행해지기 때문에, 예를들면 평균차속 40km/h 에서 10만km 주행하였다고 가정하면 60만회 밸브 타이밍을 전환함으로써 연속가변 배브 타이밍 기구(92)의 내구성에 문제가 생긴다. 따라서, 본 발명은 이들의 문제를 해결하기 위해서, 상술의 농후 스파이크일 때에는 밸브 타이밍을 전환하지 않도록 제어하는 것이다.
도 6은 실시예의 가변 밸브 타이밍 제어 루틴의 플로우챠트이다. 본 루틴은 4msec의 처리주기로 실행된다. 우선, 단계601에서는 기관의 운전상태를 검출한다. 구체적으로는 크랭크 각 센서(51)로부터 산출된 회전수 NE라든지, 에어 플로미터(40)에 의해 검출된 흡입공기량 GA를 판독한다. 이 GA를 NE에서 제산하여 부하 GN의 상태가 구해진다. 단계 602에서는 기본 목표가 되는 밸브 타이밍 변위량 VTD를 ROM(73)에 격납된 도 7에 도시된 회전수 VE와 부하 GN의 2차원 맵으로부터 산출한다.
단계 603에서는 수온 센서(44)로부터 기관의 수온 THW를 판독한다. 단계 604에서는 기관이 냉간시(난기중) 인지 아닌지를 THW가, 예를들면 80℃에 도달하고 있는지 않은지에 의해 판별하고, THW80 일 때는 냉간시라고 간주하고 단계 605으로 진행하며, THW≥80 일 때는 난기완료로 간주하여 단계 606으로 진행한다. 단계 605에서는 ROM(73)에 격납된 도 8에 도시된 수온 THW의 맵으로부터 수온 보정량 OTHW를 산출하여 목표가 되는 밸브 타이밍 변위량 VTD를 보정한다.
이 수온 THW에 의한 밸브 타이밍 변위량 VTD의 보정은 다음과 같이 행하여진다. 즉, 시동성을 개선하기 위해서, 저온시에 VVT의 작동을 정지시킨다. 구체적으로는 도 8에 도시된 바와 같이, 수온 THW에 따른 보정량 OTHW가 도입되어, 목표가 되는 밸브 타이밍 변위량 VTD(맵치)가,
VTD←VTD-OTHW
되는 연산에 의해 감소 보정되고, 이 보정 후의 VTD가 제어목표밸브 타이밍 변위량으로 된다. 즉, 수온 THW에 의존하여,
THW≤4[℃]일 대, VVT 작동정지
A[℃]THWB[℃]일 때, VVT 제한작동
B[℃]≤THW일 때, VVT 완전작동
과 같은 VVT 제어를 실행하도록 보정된다.
다음에, 단계 606에서는 공연비 농후 스파이크가 실행중인지 아닌지를 RS 실행 플래그 RSFLG에 의해 판정하며, RSFLG=0일 때 희박 공연비 제어중이라고 판단하여 단계 607으로 진행하고, RSFLG=1일 때 농후 스파이크 실행중이라고 판단하여 단계 608으로 진행한다. 단계 607에는 O2센서(45)로부터 기관의 공연비 A/F를 판독한다. 단계 608에서는 이전 처리주기의 목표 밸브 타이밍 변위량 VTDOLD을 현재 처리주기의 목표 밸브 타이밍변위량 VTD로 설정한다.
단계 609에서는 단계 607에서 판독한 공연비 A/F에 근거하여 기본 목표가 되는 밸브 타이밍 변위량 VTD를 보정한다. 이 공연비에 근거한 VTD의 보정은 희박일때는 연소불안정이나 실화를 초래하지 않도록 오버랩이 작게 설정되고, 농후, 예를들면 논리 공연비일 때는 연비향상을 위해 NOx를 감소하기 때문에 밸브 오버랩은 크게 설정된다. 단계 610에서는 이전 처리주기의 VTDOLD에 현재 처리주기의 VTD를 기록한다. 이와 같이 구해진 타이밍 변위량 VTD에 근거한 VVT 기구는 피드백 제어된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 희박 운전 중에 NOx 환원형 삼원촉매에 저장된 NOx를 방출시켜 환원하기 때문에 배기 가스중의 산소농도를 낮게 하기 위해 정기적으로 단시간 공연비를 농후로 하는 농후 스파이크 제어를 실행할 때마다, 밸브 타이밍 즉, 밸브 오버랩량이 변경되지 않도록 제어하기 때문에, VVT 기구의 밸브의 작동을 추종할 수 없게 됨으로써 야기되는 기관의 배기 방출이나 운전성능의 악화를 방지할 수 있고, 또한 VVT 기구의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 희박 운전상태와 농후 운전상태를 갖고, 흡기 밸브 혹은 배기 밸브의 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 공연비에 따라서 변경하는 펄프 타이밍 변경수단을 구비하며, 배기 시스템에는 희박시에 NOx를 저장하여 농후시에 NOx를 방출 환원하는 NOx 저장 환원형 촉매를 구비한 내연기관의 배기 정화장치에 있어서,
    NOx를 방출 환원하기 위해서 공연비를 희박으로부터 농후로 제어할 때에는 희박 운전상태로부터 농후 운전상태에의 펄프 타이밍의 변경을 금지하는 금지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화장치.
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