KR20000071097A - ＮＯｘ 어큐물레이터 촉매 컨버터와 연관된 엔진 작동 - Google Patents

Abstract

NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 적어도 임시의 희박한 연료 공기 혼합으로 작동되고 서로 분리된 시간 적 간격으로 반복되어 달성되는 환원 매체가 공급되고 시간적 간격으로 매번 공급된 환원 매체량이 이전의 공급 단계에서 배기 가스 센서 반응을 발생시키는 환원 매체 공급량에 비해 감소되는 엔진의 NOx 어큐물레이터에 환원 매체 공급의 제어가 기술된다.

Description

ＮＯｘ 어큐물레이터 촉매 컨버터와 연관된 엔진 작동 {RUNNING OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN CONJUNCTION WITH AN NOx ACCUMULATOR CATALYTIC CONVERTER}

본 발명의 목적은 원하지 않는 HC 및 CO의 동시적인 감소를 전제로 어큐물레이터 촉매 컨버터의 매번의 완전한 충전과 비우기를 통해 NOx 어큐물레이터 기능을 최적으로 이용하기 위한 어큐물레이터 촉매 컨버터 복원의 조정을 하는 것이다.

또 다른 목적은 엔진 혼합 농도 제어를 통한 어큐물레이터 촉매 컨버터 복원의 조정을 실행하여 종래의 방법에 비해 배기 가스를 전체적으로 개량시키는 것이다.

이런 목적은 독립항의 특징으로 해결된다. 본 발명의 유익한 개선은 종속 항에서 기술된다.

촉매 컨버터 및 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 엔진의 작동에서, 엔진의 희박과 농후 작동이 교대로 제어되는 공연비의 제어가 개별적으로 본 발명의 실시예에서 달성되고, 농도 및/또는 농후 단계 길이는 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 이전의 농후 단계 중 에서 변경된다.

이때 엔진은 희박 혼합의 시간적 평균으로 작동된다.

본 발명에 따른 환원 매체의 공급은 단지 엔진의 작동 변수를 근거로 하는 표준값에 의해 제어되어 주어지는 것이 아니고 촉매 컨버터의 후방에 배치된 배기 가스 센서의 도움으로 조절된다.

배기 가스 센서가 농후 단계에서 환원 매체의 과잉을 나타내면 후속되는 농후 단계에서 환원 매체의 유입량은 감소된다. 이는 예를 들어 농후 단계의 감축 또는 농도 정도의 감소를 통해 달성된다.

충분히 감소되었을 때 배기 가스 센서는 후속되는 농후 단계 종결부에서 환원 매체의 과잉을 더 이상 나타내지 않는다. 후속되는 농후 단계에서 유입되는 환원 매체의 양은 컨버터의 후방에 위치된 배기 가스 센서의 반응이 새로 발생될 때까지 순차적으로 상승된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 방법에서 환원 매체의 원하지 않는 중단은 거의 없다. 본 발명에서 유입되는 환원 매체의 양은 폐쇄된 작용 라인에서 적용된다.

컨버터의 후방에 배치된 센서로써 통상적으로 산소에 민감한 λ센서 또는 예를 들어 HC 센서가 고려된다.

본 발명은 HC 및 CO를 배기 가스 내에서 환원 매체로써 처리하기 위한 엔진의 농후 제어에 제한되는 것은 아니다. 환원 매체는 또한 예를 들어 저장 탱크의 요소와 같은 다른 원료로 제어되어 제조될 수 있다.

본 발명은 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터와 연관된 엔진 작동에 관한 것이다.

이하에서는 도면을 참조로 실시예가 기술된다.

도1은 본 발명의 효과가 전개되는 기술 배경이 도시된다.

도2는 본 발명에 따른 방법의 실시예가 도시된다.

도3은 본 발명에 따른 방법의 달성에서 어큐물레이터 촉매 컨버터의 충전 정도를 도시하는 그래프이다.

3원 촉매 컨버터는 희박한 공연비(λ가 1보다 클때)의 연소 범위에서 배기 가스 특성에 대한 요구를 더 이상 충족시키지 못한다. 이로 인해 희박한 엔진 작동에서 방출된 NOx를 저장하는 어큐물레이터 촉매 컨버터가 배치된다. 농후 범위(λ가 1보다 작을때)에서는 엔진 작동을 통해 저장된 질산염은 방출되고 질산으로 환원된다. 가장 양호하게는 제1 단계에서 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터가 충만될 때까지 즉, NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터가 계속 NOx를 저장할 수 없을 때까지 엔진이 희박 혼합으로 작동되는 것이다. NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 복원에 필요한 시간 차를 위한 농후 작동의 제2 단계가 이상적으로 연속된다. 희박 작동 범위에서 NOx 촉매 컨버터의 저장 능력은 부하에 의존되고 지속적으로 감소된다. 제1 단계가 너무 오래 지속되면 원하지 않는 NOx 방출이 발생된다. 너무 오래 지속되는 제2 단계는 상승된 HC 및 CO 방출을 가져온다. 이로 인해 상승된 NOx 및 HC 방출이 발생되지 않는 두 단계 사이의 교대를 처리 하는 문제가 형성된다.

제1 단계에서 저장된 NOx 량은 합산된 엔진 회전수를 통해 추정되고 합산된 엔진 회전수가 소정의 제한값을 초과하면 제2 단계로 교대되는 관계가 유럽 특허 공개 560 991 B1호에 개시되어 있다. 이로써 저장된 양은 표준값이 된다. 저장된양의 실제적인 값은 고려되지 않는다. 표준값화는 실제적으로 저장된 양을 완벽하지 못하게 모방할 뿐이다. 이로 인해 제1 단계는 배기 가스 특성에 유익하지 못하게 너무 길거나 또는 너무 짧다.

사전 공개되지 않은 독일 특허 공개 197 39 848호에는 농후 엔진 작동의 제2 단계 종결부가 배기 가스 내의 산소 부족을 결정하는 가능성이 기술된다. 산소 측정 센서는 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방의 배기 가스 내에 제공된다. 상기 센서가 희박 혼합에서 농후 혼합으로의 경과를 인식할 때 어큐물레이터 촉매 컨버터는 탄화 수소 및 일산화 탄소의 산화에 더 이상 충분한 산소를 공급하지 못하고 산소에 의해 함유된 NOx를 방출한다(O₂어큐물레이터 및 NOx 어큐물레이터는 비워진다). 또한 산소 부족의 제2 단계는 종결될 수 있고 희박 혼합(산소 잉여)의 제1 단계로 다시 전환될 수 있다. 이로써 각각의 저장 간격에 따라서 CO 및 HC의 중단이 복원 단계의 종결로 인식되는 것을 알 수 있다. 이로 인해 유해 물질 한계값을 유지하기 위한 많은 단계 교대의 문제들 중 생성된, 원하지 않는 CO 및 HC 방출이 매 단계 교대시에 발생된다. 또한 매 단계 교대시에 시스템의 산소 어큐물레이터는 비워지고 이로 인해 연료 소비는 필요 이상으로 상승된다.

도1에서는 컨버터(2)와 배기 가스 센서(3, 4)와 제어 장치(5)와 연료 측정 매체(6)와 부하 L 및 회전수 n, 경우에 따라서 온도와 스로틀 밸브 위치 등과 같은 엔진의 다른 작동 변수를 위한 다양한 센서(7, 8, 9)를 구비한 엔진(1)이 도시된다. 상기 컨버터는 제1 부분(2a) 및 제2 부분(2b)을 갖는다. 부분(2a)은 어큐물레이터 촉매 컨버터를 도시한다. 부분(2b)은 누적된 또는 반복 충전된 산소 어큐물레이터를 나타낸다.

전술된 입력 신호로부터 경우에 따라서 다른 입력 신호들로부터 제어 장치 특히, 연료 측정 수단(6)이 제어되는 연료 측정 신호가 형성된다. 상기 연료 측정 수단(6)은 흡입 분사식에서 또한, 연료 직접 분사식에서도 각각의 실린더 연소실 내로 형성될 수 있다. 혼합 농도의 다양성은 분사 임펄스 폭의 변경에 의해 달성될 수 있고 분사 임펄스 폭으로 연료 측정 수단은 제어된다. 본 발명에 따른 방법의 핵심은 본 기술 분야에서 우선 첫째로 제어 장치(5) 및 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)이다. 본 발명에 따른 장치는 장치의 청구 범위 특징을 통해 실행된다.

엔진은 이론 혼합비(stoechiometrische Gemischzusammensetzung, λ = 1)에 대해 제1 단계 에서는 연료가 적은(희박한) 혼합과 제2 단계에서에서는 연료가 많은(농후한) 혼합이 주기적으로 작동된다. 제1 단계에서 NOx 촉매 컨버터는 엔진의 NOx 방출을 저장한다. 제2 단계에서 한정된 농도가 어큐물레이터 촉매 컨버터를 복원시킨다. 복원은 저장된 질산이 질소(N2)로의 환원을 통해 달성된다. 어큐물레이터 촉매 컨버터의 높은 저장 및 환원 방법이 달성되도록 어큐물레이터(2a)는 거의 완전히 비워짐으로써 환원 매체가 충분히 유입된다.

도2에서는 어큐물레이터 촉매 컨버터가 매번 완전히 충전되고 비워지는 양호한 경우를 위한, 저장된 NOx 량의 그래프와 관련된 단계 교대(도 2a)와, 부속되는 공연비 λ와 관련된 단계 교대에서, 컨버터 전방에 배치된 배기 가스 센서(3)가 어떻게 λ를 파악(도 2b)하는 가와, 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)의 신호 작동과 관련된 단계 교대(도 2c)가 도시된다.

시점 t=0에서 어큐물레이터 촉매 컨버터는 비워진 상태일 것이다. 이하 제1 단계 Ph1에서 엔진은 희박 혼합(λ가 1보다 클때)으로 작동된다. 방출된 NOx는 어큐물레이터 촉매 컨버터 내에 저장된다. 제1 단계(희박 단계)는 이상적으로 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 충만했을 때 종결된다. 제1 단계에는 어큐물레이터 촉매 컨버터가 복원되는 제2 단계가 연결된다. 본 실시예에서 복원은 제2 단계의 농후 엔진 작동의 도움으로 달성된다. 더 농후한 연료 혼합으로 작동되는 엔진은 비연소된 HC 및 CO를 환원 매체로써 방출한다. 환원 매체는 컨버터의 영향으로 저장된 NOx를 배기 가스와 함께 이송되는 물 CO₂또는 N₂로 반응한다. 이를 통해 어큐물레이터는 NOx 수용 능력을 복원한다. 단계 Ph1 및 Ph2 사이는 제어 장치(5)에 의해 연속적인 교대로 전환된다.

가장 양호한 경우는 복원(단계 2)이 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전히 비워질 때까지 수행되고 컨버터 후방의 잉여 환원 매체가 발생되기 전까지 종결되는 것이다. 잉여 환원 매체의 발생은 산소 부족이 동반되고 이는 산소에 민감한 배기 가스 센서(4)에 의해 감지된다. 예를 들어, 선택적으로 잉여 탄화 수소는 또한 산소에 민감한 배기 가스 센서(4) 대신 또는 보완으로 HC 센서에 의해 감지될 수 있다. 도2a에 따르면 어큐물레이터 촉매 컨버터는 매번의 농후 단계 Ph2의 종결부에서 완전히 비워지고, 도2c에 따르면 컨버터 후방에 배치된 배기 가스 센서(4)의 신호 반응은 변함 없다. 도시된 센서 신호의 낮은 레벨은 산소 잉여와 이로 인한 시간적인 평균에서 비중있는 엔진 연료 소비의 최적화인 희박 혼합비 작동을 나타낸다.

촉매 컨버터(2)가 유익하게 누적된 또는 반복되어 충전된 버퍼로써 수행되는 산소 어큐물레이터(2b)를 갖기 때문에 엔진 작동에서 요구되는 환원 매체량의 정확한 계산은 불가능하다. CO 및 HC에 허용되지 않는 환원 매체의 높은 공급은 산소 어큐물레이터(2b)에 저장된 산소와 반응된다. 반복되어 충전되는 산소 어큐물레이터는 잉여 환원 매체를 통해 최적으로 절반 만 비워진다. 반복되어 충전되는 산소 어큐물레이터는 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전하게 비워지는 것을 보장하기 위해 유익한 환원 매체의 약간의 과다 투여를 허용한다. 산소 어큐물레이터의 목표된 절반까지 비우기로 인해 실제 작동에서는 불가피한, 투여의 부정확성의 비교가 가능하게 된다.

도3에서는 본 발명에 따른 도2의 그래프의 거부 반응이 도시된다.

도3에서 도시된 바와 같이, 먼저 컨버터의 후방에 배치된 센서(4)가 자체 신호 작동을 변경하지 않고 희박한 혼합을 특정 레벨상에 유지시키는 것으로 엔진 제어는 달성된다. 이는 농후 단계의 길이가 거의 최적이라는 것을 의미한다. 즉, 상기 길이는 산소 어큐물레이터 컨버터(2b)에 의해 저장되는 투여의 부정확성까지 포함된 요구에 상응되어 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 완전하게 복원된다. 그러나 농후 단계 길이는 어큐물레이터 촉매 컨버터의 완전한 재생을 위해 충분한 것은 아닐 수도 있다. 어느정도까지 실험적으로 농후 단계의 길이는 순차적으로 증대된다. 도시된 농후 단계 Ph2.3의 종결부에는 컨버터 후방의 산소 부족이 CO 및 HC와 같은 환원 매체의 잉여와 결합되는 결과가 동반되는, 재생 요구(2a)에 버퍼 크기(2b)를 더해서 주어진 값을 통해 컨버터 시스템(2)에 재생 매체 첨가는 과잉 상승된다.

도3c는 배기 가스 센서(4)의 신호 작동 결과의 변화를 도시하고 상기 변화는 예를 들어 한계값 비교기를 통해 감지된다.

선행된 농후 단계 Ph2.2가 반응을 개시 하기에는 길이가 충분하지 않은 반면 신호 변화의 개시를 위한 농후 단계 Ph2.3은 컨버터 시스템(2)으로부터 저장되기 위해서는 너무 길다. 이로 인해 실제적인 환원 매체 요구는 순차적인 연장의 단계에 의해 결정된 정밀도에 의해 해결 가능하다.

다음의 농후 단계 Ph2.4는 단축되고 단축의 정도는 어큐물레이터 촉매 컨버터(2a)가 여전히 완전하게 복원되는 것으로 측정되나 산소 어큐물레이터 컨버터(2b)는 대략 절반만 비워지게 된다. 따라서 과정은 반복되고 농후 단계 또한 재 순차적으로 연장된다. 그러나 연장이 강제적으로 즉시 개시되는 것은 아니다. 현재 작동점을 위해 최적으로 산출된 값을 저장하고 비로소 소정의 조건들이 발생된 후에, 대략 일정 시간의 경과 후에 새로운 적용 단계가 개시되는 것도 생각될 수 있다.

선택적으로 농후 단계의 순차적인 변경을 위해 또한 농도가 순차적으로 계속되는 상승이 달성될 수 있다. 두 가지의 선택은 또한 조합될 수 있다.

Claims (10)

1. 촉매 컨버터 및 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 엔진 작동에서 공연비 제어 방법에 있어서,

   이론 혼합비에 대해 제1 단계에서는 희박한 연료 혼합으로 제2 단계에서는 농후한 연료 혼합으로 작동되는 단계와,

   연료 농도 및/또는 후속되는 제2 단계의 길이가 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 선행하는 제2 단계에서 변경되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 엔진이 전술된 제1 및 제2의 단계를 통해 형성된 평균 희박 연료 혼합으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연료 농축 정도가 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 후속되는 제2 단계의 길이가 단축되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 제일 먼저 후속되는 제2 단계가 단축되고 후속되는 다른 제2 단계 들이 순차적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 배기 가스 센서의 반응이 산소 부족 및/또는 탄화 수소의 발생을 신호할 때까지 후속되는 제2 단계 들이 순차적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 촉매 컨버터 및 촉매 컨버터의 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 공연비 제어 장치에 있어서,

   상기 장치가 엔진을 이론 혼합비에 대해 제1 단계에서는 희박 연료 혼합으로 제2 단계에서는 농후 연료 혼합으로 작동시키고,

   연료 농도 및/또는 후속되는 제2 단계의 길이가 배기 가스 센서의 신호 작동에 따라 이전의 제2 단계에서 변경되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 산소에 민감한 배기 가스 센서 및/또는 탄화 수소에 민감한 배기 가스 센서가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 적어도 임시의 희박한 연료 공기 혼합으로 작동되는 단계와,

   NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서가 구비되어 서로 분리된 시간 간격으로 반복되어 달성되는 환원 매체가 공급되는 단계와,

   시간적 간격으로 매번 공급된 환원 매체량이 이전의 공급 단계에서 배기 가스 센서 반응을 발생시키는 환원 매체 공급량에 비해 감소되는 단계를 포함하는 엔진의 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터에 환원 매체를 공급하는 방법.
10. NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터 후방에 유동 방향으로 배치된 배기 가스 센서를 구비한 적어도 임시의 희박한 연료 공기 혼합으로 작동되고 서로 분리된 시간 적 간격으로 반복되어 달성되는 환원 매체가 공급되는 엔진의 NOx 어큐물레이터 촉매 컨버터의 환원 매체 공급 제어 장치에 있어서,

    상기 장치가 시간적 간격으로 매번 공급된 환원 매체량을 이전의 공급 단계에서 배기 가스 센서 반응을 발생시키는 환원 매체 공급량에 대해 감소시키는 공급 제어 장치.