KR20010078239A - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 Download PDF

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이치노세히로키
이토우다카아키
하리마겐지
이토우게이지
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사이토 아키히코
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Abstract

엔진 운전 상태에 관계 없이 NOx 촉매를 고NOx 정화율의 온도역에서 사용할 수 있도록 한다.
시동시 촉매(12)의 하류에 있어서 배기 통로를 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)로 분기하며, NOx 촉매(61)의 상류에 있어서 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)를 다시 합류시킨다. 제 1 통로(20) 도중에는, 방열 효과를 올리기 위해 단면을 원호 형상으로 한 배기 냉각 촉진부(23)를 설치하며, 제 1 통로(20)로 배기 가스가 흘렀을 때의 배기 가스의 온도 강하를 제 2 통로(40)에 배기 가스를 흘렸을 때보다도 증대시킨다. 배기 온도 센서(67)로 검출한 배기 가스 온도가 규정치보다도 낮을 때에는 제 1 배기 전환 밸브(52)을 전폐, 제 2 배기 전환 밸브(54)를 전개로 하여 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘리며, 배기 가스 온도가 규정치보다도 높을 때에는 제 1 배기 전환 밸브(52)을 전개, 제 2 배기 전환 밸브(54)를 전폐로 하여 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘린다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Exhaust purifying apparatus for internal combustion engine}
본 발명은 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 촉매에 의해 정화하는 배기 정화 장치에 관한 것이다.
내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 유해 성분의 대기로의 배출량을 저감하기 위한 한 수단으로서, 촉매의 산화 작용 또는 환원 작용을 이용하여 유해 성분을 정화하는 시스템이 있다.
일반적으로, 이런 종류의 촉매에는 활성 온도 범위가 있으며, 촉매 상온이이 활성 온도 범위로부터 벗어나 있을 때에는 배기 가스 중의 유해 성분을 정화할 수 없다. 또한, 활성 온도 범위 내에 있어서 촉매 상온에 따라 배기 정화 능력이 크게 다르다는 온도 특성을 갖고 있다.
그런데, 내연 기관의 배기 통로에 설치된 촉매의 상온은 그곳을 흐르는 배기 가스의 온도에 크게 의존하지만, 배기 가스 온도는 내연 기관의 운전 상태에 따라 크게 변화하기 때문에, 이에 따라 촉매 상온도 변화한다.
따라서, 어떠한 수단을 강구하여 촉매 상온을 제어하지 않으면, 촉매의 배기 정화 능력이 각각 변화하여 안정되지 않으며, 그 결과, 대기로 방출되는 배기 가스 중의 유해 성분 농도가 변동할 우려가 있어 바람직하지 않다.
촉매를 사용한 배기 정화 시스템에 있어서는, 어떻게 하여 촉매 상온을 활성 온도 범위로 보존할지, 바람직하게는 정화 능력이 높은 온도 영역에 어떻게 하여 안정시킬지가 배기 정화 성능 향상의 열쇠가 된다.
또한, 촉매는 고온에 바래면 열 열화하여, 정화 성능이 저하하기 때문에, 고온의 배기 가스를 준비하지 않고 촉매로 흘리지 않도록 할 필요가 있다.
한편, 내연 기관의 연료에는 유황분이 포함되어 있으며, 연료를 연소하면, 연료 중의 유황분이 연소하여 SO2나 SO3등의 유황 산화물(SOx)이 발생하여, 이것도 배기 가스 성분이 된다. 이 SOx를 포함하는 배기 가스가 상기 촉매로 흐르면, S0x는 촉매에 흡수되어 황산염 등이 되기 쉬우며, 이 황산염은 안정되어 있기 때문에, 분해, 방출되기 어려워 촉매 내에 축적되기 쉬운 경향이 있다. 촉매 내의 SOx 축적량이 증대하면, 촉매가 배기 가스 중의 다른 유해 성분(HC, CO, NOx)을 정화하는능력을 저하시킨다. 이것이 소위 S피독이다.
따라서, 촉매의 배기 정화 능력을 장기에 걸쳐 높게 유지하기 위해서는, 촉매에 축적되어 있는 SOx를 해당 촉매로부터 분해, 방출시켜 S피독으로부터 회복시킬 필요가 있다. 이 S피독 회복 처리에는, 촉매를 소정 온도 이상의 고온 분위기로 할 필요가 있으며, 이 경우에도, 촉매의 S피독으로부터의 회복을 효율 좋게 행하는 데는, 촉매 상온의 제어가 대단히 중요하다.
일본 특개평8-105318호에는 상술한 S피독 회복 처리 시에 있어서의 촉매 상온 제어에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 배기 정화 장치에 있어서는, 희박 연소 가능한 내연 기관의 배기 매니홀드와, 이 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 NOx를 정화 가능한 촉매(소위 린 NOx 촉매)를 서로 병렬적으로 배치된 제 1 배기 통로 및 제 2 배기 통로에 의해 접속하고 있다.
그리고, 제 1 배기 통로의 유로 길이를 제 2 배기 통로의 유로 길이보다도 충분히 길게 하고 있다. 이것은 배기 가스를 제 1 배기 통로로 흘렸을 때의 배기 가스의 온도 강하 쪽이 제 2 배기 통로로 흘렸을 때의 배기 가스의 온도 강하보다도 커지도록 하기 위함이며, 바꾸어 말하면, 제 1 배기 통로의 방열에 의한 배기 가스 냉각 효과가 제 2 배기 통로의 방열에 의한 배기 가스 냉각 효과보다도 커지도록 하기 위함이다.
더욱이, 제 2 배기 통로에 제어 밸브를 설치하고, 이 제어 밸브를 폐쇄함으로써 배기 가스를 제 1 배기 통로로 흘리고, 제어 밸브를 개방함으로써 배기 가스를 제 2 배기 통로로 흘릴 수 있도록 하고 있다.
그리고, 상기 촉매에 대해 S피독 회복 처리 실행 시에는, 촉매 상온을 높게 유지할 필요가 있기 때문에, 유로 길이가 짧고 배기 가스가 냉각되기 어려운 제 1 배기 통로로 배기 가스가 흐르도록 상기 제어 밸브를 제어하며, S피독 회복 처리 실행 시 이외인 때에는, 유로 길이가 길고 배기 가스가 냉각되기 쉬운 제 2 배기 통로로 배기 가스가 흐르도록 상기 제어 밸브를 밸브 폐쇄 제어하도록 하고 있다.
그렇지만, 상술한 종래의 촉매 상온의 제어 시스템에서는, 배기 가스에 대한 냉각 효과를 제 1 배기 통로와 제 2 배기 통로로 크게 상위시키기 때문에, 양 배기 통로의 유로 길이를 크게 상위시켜야만 하며, 그렇게 하면, 제 2 배기 통로의 유로 길이가 대단히 길어져, 촉매 상온 제어부가 대형화하여, 차량으로의 탑재성에 문제가 생긴다.
본 발명은 이러한 종래의 기술 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 촉매의 상온 제어에 적합하며, 구조가 간단하고, 또한, 컴팩트한 배기 정화 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 제 1 실시예의 개략 구성도.
도 2는 제 1 실시예의 배기 정화 장치의 주요부의 사시도.
도 3은 제 1 실시예의 배기 정화 장치의 배기 냉각 촉진부의 종단면도.
도 4는 제 1 실시예에 있어서 ECU의 구성도.
도 5는 제 1 실시예에 있어서 기본 제어 루틴을 도시하는 플로우 챠트.
도 6은 제 1 실시예에 있어서 HC 흡착·퍼지 제어 루틴을 도시하는 플로우 챠트.
도 7은 제 1 실시예에 있어서 NOx 촉매 온도 제어 루틴을 도시하는 플로우 챠트.
도 8은 제 1 실시예에 있어서 S피독(被毒) 회복 제어 루틴을 도시하는 플로우 챠트.
도 9는 제 1 실시예에 있어서 2차 공기 제어 루틴을 도시하는 플로우 챠트.
도 10은 흡장(occlusion) 환원형 NOx 촉매의 NOx 정화율 온도 특성의 일례를 도시하는 도면.
도 11은 배기 가스를 제 1 통로 또는 제 2 통로중 한쪽으로만 흘렸을 때의 촉매 상온과 차속과의 관계를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 제 2 실시예에 있어서의 주요부를 도시하는 구성도.
도 13은 제 2 실시예의 배기 정화 장치의 주요부의 사시도.
도 14는 제 2 실시예에 있어서 배기 전환 밸브의 개략 사시도.
도 15는 제 2 실시예에 있어서 제 1 통로와 제 2 통로의 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 다른 실시예에 있어서의 주요부를 도시하는 구성도.
도 17은 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치의 또 다른 실시예에 있어서의 주요부를 도시하는 구성도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1: 기관 본체 7: 연료 분사 밸브(배기 공연비 제어 수단)
8: 에어 플로우 메터 9: 배기 매니홀드(배기 통로)
10, 14, 63, 66: 배기관(배기 통로)
11: 상류측 O2센서 15: 선택 환원형 NOx 촉매
16: 케이싱(공통 통로) 20: 제 1 통로(배기 통로)
21: 원관부 22: 단면 변형부
23, 35: 배기 냉각 촉진부 24: 단면 변형부
25: 원관부 26: HC 흡착재
28: 원관부 37: 압력 센서(압력 검출 수단)
40: 제 2 통로 52: 제 1 배기 전환 밸브(유량 제어 수단)
54: 제 2 배기 전환 밸브(유량 제어 수단)
56: 배기 전환 밸브(유량 제어 수단)
57: 선택 환원형 NOx 촉매(린 NOx 촉매)
58: 흡장 환원형 NOx 촉매 60: 합류관(배기관, 합류 통로)
61: 흡장 환원형 NOx 촉매(린 NOx 촉매)
64: 삼원 촉매 67: 배기 온도 센서(온도 검출 수단)
68: 하류측 O2센서 69: 2차 공기 공급관
70: 2차 공기 공급 장치 90: ECU(배기 공연비 제어 수단)
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용했다.
본 발명은 청구범위 제1항에 기재된 바와 같이, 내연 기관과, 이 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 촉매와, 방열량이 큰 단면 구조의 배기 냉각 촉진부를 가지며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 1 통로와, 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부보다도 방열량이 작은 단면 구조를 이루며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 2 통로와, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 촉진시켜 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 2 통로보다도 상기 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하며, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 억제하여 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하도록 상기 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 유량 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치이다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서는, 유량 제어 수단이 상기 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하며, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 촉진시켜 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 2 통로보다도 상기 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하며, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 억제하여 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 한다. 따라서, 유량 제어 수단을 제어함으로써, 상기 촉매의 상온을 원하는 온도로 제어할 수 있다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부는 그 단면 형상을 대략 원호형상으로 함으로써 방열량을 크게 할 수 있으며, 상기 제 2 통로는 단면 형상을 대략 원형으로 함으로써 방열량을 작게 할 수 있다. 더구나, 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부의 단면 형상은 대략 원호형상에 한하는 것이 아니라, 예를 들면, 대략 U 형상, 대략 ㄷ자 형상 또는 복수의 직선을 비직선적으로 잇는 다관절 형상을 채용할 수도 있다. 또한, 「발열량이 큰 단면 구조」에는 제 1 통로의 외벽면에 방열 핀을 설치하는 것도 포함된다.
상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부는 상기 제 2 통로를 둘러싸도록 설치할 수 있다. 이렇게 하면, 배기 정화 장치를 컴팩트하게 할 수 있어, 차량 탑재성도 향상한다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로의 관로 길이와 제 2 통로의 관로 길이가 거의 동일한 길이로 하는 것이 바람직하다. 배기 정화 장치를 컴팩트하게 할 수 있어서, 차량 탑재 상 유리하기 때문이다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 상기 촉매는 린 공연비의 배기 가스 중의 NOx를 정화 가능한 린 NOx 촉매로 할 수 있다. 린 NOx 촉매에는 흡장 환원형 NOx 촉매나 선택 환원형 NOx 촉매가 포함된다. 여기서, 흡장 환원형 NOx 촉매란 유입하는 배기 가스의 공연비가 린일 때는 NOx를 흡수하며, 유입하는 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하여 N2로 환원하는 촉매이며, 선택 환원형 NOx 촉매는 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소의 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 촉매이다.
더구나, 상기 촉매는 린 NOx 촉매에 한하지 않고, 삼원 촉매라도 좋다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 유량 제어 수단은 유량 제어 밸브로 구성할 수 있으며, 유량 제어 밸브로 한 경우, 전자 구동식, 공기압 구동식 등이 채용 가능하다.
유량 제어 수단의 작용에 있어서, 「상기 제 2 통로보다도 상기 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 한다」에는 상기 제 2 통로에 전량의 배기 가스를 흘리고, 제 1 통로에는 배기 가스를 전혀 흘리지 않는 경우가 포함된다. 또한, 유량 제어 수단의 작용에 있어서, 「상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 한다」에는 상기 제 1 통로에 전량의 배기 가스를 흘리고, 제 2 통로에는 배기 가스를 전혀 흘리지 않는 경우가 포함된다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 촉매의 촉매 상온 또는 촉매 상온을 지배하는 파라메터에 의거하여 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어할 수 있다. 이렇게 함으로써, 촉매 상온을 보다 정확하게 제어할 수 있다. 여기서, 촉매 상온을 지배하는 파라메터로서는 배기 가스 온도 또는 내연 기관의 운전 상태를 예시할 수 있다. 배기 가스 온도를 상기 파라메터로 할 수 있는 것은, 촉매 상온은 배기 가스 온도에 크게 의존하기 때문이다. 또한, 내연 기관의 운전 상태를 상기 파라메터로 할 수 있는 것은, 내연 기관의 운전 상태에 따라 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 온도가 추정 가능하기 때문이다.
더욱이, 상기 유량 제어 수단의 경우에는, 상기 촉매의 촉매 상온을 정화율이 높은 소정 온도 영역에서 제어하도록 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 배기 정화 장치의 배기 정화 성능이 향상한다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 촉매에 흡수된 SOx를 방출시키는 S피독 회복 처리 시에, 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량이 많아지도록 제어할 수 있다. S피독 회복 처리 시에는 촉매 상온을 소정의 고온으로 보존한 쪽이 촉매로부터 SOx가 방출되기 쉽지만, 배기 가스를 제 2 통로로 흘리면 배기 가스의 온도 강하를 적게 할 수 있으며, 따라서, 촉매를 SOx 방출시키기 쉬운 분위기로 할 수 있다.
그 경우에는, 상기 S피독 회복 처리 시에 상기 촉매에 유입하는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비 또는 그것보다도 리치 공연비로 하는 배기 공연비 제어 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 촉매로부터 SOx가 방출되기 쉬워지기 때문이다. 배기 공연비 제어 수단은 내연 기관의 기통내에 있어서 공연비를 제어하여 기통으로부터 배출될 때의 배기 가스의 공연비를 제어하는 형태인 것이어도 되며, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스 중에 연료 또는 환원제를 공급하여 배기 가스의 공연비를 제어하는 형태인 것이어도 된다.
또한, 상기 유량 제어 수단은 상기 S피독 회복 처리 완료 직후, 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 비율을 많게 하도록 제어하는 것이 바람직하다. S피독 회복 처리 완료 직후는 촉매 상온이 고온으로 되어 있어 정화율이 나쁘며, 촉매 상온을 정화율이 좋아지는 온도까지 민첩하게 냉각할 필요가 있다. 그래서, S피독 회복 처리 직후에 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 비율을 많게 하면, 촉매에 유입하는 배기 가스 온도를 민첩하게 냉각할 수 있으며, S피독 회복 처리 후의 배기 정화율을 향상시킬 수 있다. 또 이렇게 S피독 회복 처리 후에 촉매를 신속하게 냉각함으로써, 촉매의 열 열화를 방지할 수 있다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로에 HC 흡착재를 설치하며, 상기 유량 제어 수단은 내연 기관 시동시에 배기 가스를 제 1 통로로 흘리도록 제어하는 것이 가능하다. 시동시에 많이 배출되는 HC를 HC 흡착재로 흡수할 수 있어서 시동시의 배기 정화율이 향상한다.
그 경우, 상기 HC 흡착재를 상기 배기 냉각 촉진부보다도 하류에 설치하는 것이 바람직하다. 배기 가스는 배기 냉각 촉진부를 통과할 때에 냉각되기 때문에, HC 흡착재에 유입하는 배기 가스 온도를 저감할 수 있으며, 그 결과, HC 흡착 시간을 확대할 수 있다.
상술한 바와 같이 제 1 통로에 HC 흡착재를 설치한 배기 정화 장치에 있어서는 상기 촉매가 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소의 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 선택 환원형 NOx 촉매이며, 상기 제 2 통로에는 유입하는 배기 가스의 공연비가 린일 때에 NOx를 흡수하여 유입하는 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하여 N2로 환원하는 흡장 환원형 NOx 촉매를 설치하며, 상기 유량 제어 수단은 내연 기관의 고부하 운전 시에 주로 상기 제 1 통로로 배기 가스가 흐르도록 제어할 수 있다.
이렇게 하면, 고부하 운전 시에 배기 가스가 제 1 통로를 통과할 때에 HC 흡착재로부터 HC가 방출되며, 이 HC가 선택 환원형 NOx 촉매에 유입하여 환원제로서 작용하기 때문에, 선택 환원형 NOx 촉매의 NOx 정화율이 향상한다. 또한, 제 2 통로로 배기 가스를 흘렸을 때에는, 제 2 통로의 흡장 환원형 NOx 촉매로 NOx를 정화할 수 있고, 선택 환원형 NOx 촉매의 배기 정화 부하를 저감할 수 있다.
또한, 이 경우에 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로의 상류에 이들 양 통로로 분류되기 전의 배기 가스가 흐르는 공통 통로를 구비하며, 이 공통 통로에도 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소의 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 선택 환원형 NOx 촉매를 설치할 수 있다. 이로써, 배기 정화 성능이 더욱 향상한다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로에 있어서의 하류 부분과 상기 제 2 통로에 있어서의 하류 부분이 합류하는 합류 통로 또는 이 합류 통로보다도 하류의 배기 통로 또는 상기 촉매에 온도 검출 수단이 설치되며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 온도 검출 수단으로 검출된 온도 변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단의 작동이 정상인지의 여부를 판정할 수 있다.
또한, 상술한 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로에 배기 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단을 구비하며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 압력 검출 수단으로 검출된 압력 변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단의 작동이 정상인지의 여부를 판정할 수 있다.
상술한 배기 정화 장치에 있어서, 내연 기관으로서는 가솔린 엔진이나 디젤 엔진을 예시할 수 있다.
(발명의 실시예)
이하, 본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 실시예를 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명한다. 더구나, 이하에 설명하는 각 실시예는 본 발명에관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치를 희박 연소 가능한 통내 분사형 차량용 린번 가솔린 엔진에 적용한 예이다.
〔제 1 실시예〕
먼저, 본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 제 1 실시예를 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
우선, 제 1 실시예에 있어서의 내연 기관의 배기 정화 장치 구성을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
제 1 실시예에 있어서의 기관 본체(1)는 직렬 4기통 엔진이다. 기관 본체(1)의 각 기통의 흡기 포트는 대응하는 흡기 지관(2)을 거쳐서 서지 탱크(3)에 접속되며, 서지 탱크(3)는 흡기관(4)을 거쳐서 에어 클리너(5)에 접속되어 있다. 흡기관(4) 내에는 스로틀 밸브(6)가 설치되어 있으며, 스로틀 밸브(6)보다도 상류에는 흡기관(4) 내를 흐르는 공기량에 대응한 전기 신호를 출력하는 에어 플로우 메터(8)가 설치되어 있다. 또한, 각 기통에는 통내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(7)가 설치되어 있다. 이 연료 분사 밸브(7)는 후술하는 ECU(90)와 함께 배기 공연비 제어 수단을 구성한다.
또한, 기관 본체(1)의 각 기통의 배기 포트는 배기 매니홀드(9)를 거쳐서 배기관(10)에 접속되어 있으며, 각 기통으로부터 배출된 배기 가스가 이 배기관(10)에 있어서 합류한다. 배기관(10)에는 배기관(10)을 흐르는 배기 가스의 산소 농도에 대응한 전기 신호를 출력하는 상류측 O2센서(11)가 설치되어 있다.
배기관(10)은 시동시 촉매(12)를 수용한 케이싱(13)에 접속되어 있다. 시동시 촉매(12)는 후술하는 NOx 촉매(61)가 활성화하고 있지 않은 기관 시동시에 배기 가스를 정화하는 것으며, 예를 들면 알루미나 지지체 상에 백금(Pt)과 같은 귀금속이 지지된 삼원 촉매로 구성되어 있다.
케이싱(13)은 배기관(14)을 거쳐서 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)에 접속되어 있다. 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)는 거의 동일한 길이이며, 서로 평행하게 배치되어 있다.
제 1 통로(20)는 배기관(14)에 연결되는 부분이 원통형상을 이루는 원관부(21)로 되어 있으며, 원관부(21)가 단면 변형부(22)를 거쳐서 도 3에 도시하는 바와 같이 대략 단면 원호 형상을 이루는 배기 냉각 촉진부(23)에 연결되고, 배기 냉각 촉진부(23)가 단면 변형부(24)를 거쳐서 원통 형상을 이루는 원관부(25)에 연결되며, 원관부(25)가 HC 흡착재(26)를 수용한 케이싱(27)에 연결되고, 케이싱(27)이 원통 형상을 이루는 원관부(28)에 연결되어 구성되어 있다.
배기 냉각 촉진부(23)는 제 1 통로(20)를 흐르는 배기 가스의 온도 강하를 촉진시키기 위해 단면을 대략 원호 형상으로 하여 방열량 증대를 도모한 부분이며, 원하는 방열 효과가 얻어지도록, 배기 냉각 촉진부(23)의 단면 형상이나 치수 및 배기 냉각 촉진부(23)의 축선 방향 길이(즉, 배기 가스의 흐름 방향을 따르는 길이)가 설정되어 있다.
또한, 배기 냉각 촉진부(23)에는, 그 도중에, 배기 냉각 촉진부(23)를 흐르는 배기 가스의 유속 분포를 원호 방향으로 평균화하기 위한 방해판(29)이 원호 단부의 한쪽에 설치되어 있다. 배기 가스의 유속 분포를 평균화함으로써 효율적인방열이 행해진다.
단면 변형부(22)는 단면 원형의 원관부(21)로부터 서서히 단면 변형시켜 단면 원호 형상의 배기 냉각 촉진부(23)에 스무스하게 연결하는 부분이며, 단면 변형부(24)는 단면 원호 형상의 배기 냉각 촉진부(23)로부터 서서히 단면 변형시켜 단면 원형의 원관부(25)에 스무스하게 연결하는 부분이다.
HC 흡착재(26)는 엔진을 냉간 시동시켰을 때 등의 시동시 촉매(12)로 정화할 수 없는 미연 HC를 흡착하기 위한 것이다.
제 1 통로(20)의 원관부(21)에는 제 1 엑추에이터(51)에 의해 개폐 구동되는 제 1 배기 전환 밸브(52)가 설치되어 있다.
한편, 제 2 통로(40)는 그 전체 길이에 걸쳐 원통 형상을 이루고 있으며, 제 2 통로(40)에는 제 2 엑추에이터(53)에 의해 개폐 구동되는 제 2 배기 전환 밸브(54)가 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서, 제 1 배기 전환 밸브(52)와 제 2 배기 전환 밸브(54)는 제 1 통로(20)를 흐르는 배기 가스량과 제 2 통로(40)를 흐르는 배기 가스량을 제어하는 유량 제어 수단을 구성한다.
이렇게 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)가 구성되어 있기 때문에, 동일 온도의 배기 가스를 동일 유량으로 제 1 통로(20) 또는 제 2 통로(40)로 흘린 경우를 비교하면, 제 1 통로(20)로 흘렸을 때의 쪽이 제 2 통로(40)로 흘렸을 때보다도 배기 가스의 온도 강하가 크다.
제 1 통로(20)의 원관부(28)와 제 2 통로(40)는 모두 합류관(합류 통로)(60)에 접속되어 있다. 합류관(60)은 린 NOx 촉매의 일종인 흡장 환원형 NOx 촉매(이하, NOx 촉매라 약칭한다)(61)를 수용한 케이싱(62)에 접속되며, 케이싱(62)은 배기관(63)을 거쳐서 삼원 촉매(64)를 수용한 케이싱(65)에 접속되고, 케이싱(65)은 배기관(66)을 거쳐서 도시하지 않은 머플러에 접속되어 있다.
NOx 촉매(61)는 예를 들면 알루미나를 지지체로 하여, 이 지지체 상에 예를 들면 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세시움(Cs)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리토류, 랭턴(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류로부터 선택되는 적어도 하나와, 백금(Pt), 패라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir)과 같은 귀금속이 담지되어 이루어진다.
NOx 촉매(61)는 배기 공연비가 린시에는 NOx를 흡수하고, 유입 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하는 NOx의 흡방출 작용을 행한다. 또한, NOx 촉매(61)로부터 방출된 NOx는 환원제에 의해 N2로 환원된다. 여기서, 배기 공연비란 기관 흡기 통로 및 NOx 촉매(61)보다 상류의 배기 통로 내에 공급된 전연료량 및 전환원제량에 대한 전공기량 비를 말한다.
또한, NOx 촉매(61)보다도 상류의 배기 통로 내에 연료(탄화 수소) 또는 공기가 공급되지 않을 경우에는, 배기 공연비는 각 기통에 공급되는 전연료량에 대한 전공기량 비에 일치한다.
배기관(63)에는 배기관(63)을 흐르는 배기 가스 온도에 비례한 전기 신호를 출력하는 배기 온도 센서(온도 검출 수단)(67)와, 배기관(63)을 흐르는 배기 가스의 산소 농도에 대응한 전기 신호를 출력하는 하류측 O2센서(68)가 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 배기 온도 센서(67)에 의해 검출되는 배기 가스 온도는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온 또는 삼원 촉매(64)의 촉매 상온으로서도 대용된다.
합류관(60)에는 2차 공기 공급관(69)이 접속되어 있으며, 2차 공기 공급 장치(70)를 작동시킴으로써 2차 공기를 합류관(60)에 공급할 수 있도록 되어 있다.
엔진 컨트롤용 전자 제어 유닛(ECU)(90)은 디지털 컴퓨터로 이루어지며, 도 4에 도시하는 바와 같이, 쌍방향성 버스(91)에 의해 서로 접속된 ROM(read only memory)(92), RAM(random access memory)(93), CPU(마이크로프로세서)(94), 상시 전력이 공급되어 있는 B-RAM(백업 RAM)(95), 입력 포트(96) 및 출력 포트(97)를 구비한다.
ECU(90)의 입력 포트(96)에는 에어 플로우 메터(8), 상류측 O2센서(11), 배기 온도 센서(67), 하류측 O2센서(68) 등의 출력 신호가 각각 대응하는 AD 변환기(98)를 거쳐서 입력된다. 또한, ECU(90)의 입력 포트(96)에는, 회전수 센서(도시하지 않는다)로부터 기관 회전수(N)를 나타내는 출력 펄스가 입력된다.
ECU(90)의 출력 포트(97)는 대응하는 구동 회로(99)를 거쳐서, 각 기통의 연료 분사 밸브(7), 각 기통의 점화 플러그(도시 생략), 제 1 엑추에이터(51), 제 2 엑추에이터(53), 2차 공기 공급 장치(70) 등에 전기적으로 접속되어 있다.
그런데, 본 실시예의 엔진에서는, 엔진 운전 상태에 따라서 공연비를 바꾸어 운전하는 공연비 제어가 실행된다. 즉, 이 엔진에서는, 린 조건 성립시에는 각 기통으로 연소시켜지는 혼합기의 공연비가 이론 공연비보다도 린으로 제어(이것을 린 제어라 한다)되며, 린 조건 불성립 시에는 각 기통으로 연소시켜지는 혼합기의 공연비가 이론 공연비로 제어(이것을 스토이키 제어라 한다)된다. 예를 들면 기관 부하가 미리 정해진 설정 부하보다도 높을 때, 난기 운전시 또는 NOx 촉매(61)가 활성 상태에 없을 때에 린 조건이 불성립이라 판단되어 스토이키 제어가 실행되며, 그 이외는 린 조건이 성립하고 있다고 판단되어 린 제어가 실행된다.
린 제어 시에 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 공연비는 린이기 때문에, 린 제어 시에 배기 가스 중의 NOx는 NOx 촉매(61)에 흡수된다. 그런데, NOx 촉매(61)의 NOx 흡수 능력에는 한계가 있기 때문에 NOx 촉매(61)의 NOx 흡수 능력이 포화하기 전에 NOx 촉매(61)로부터 NOx를 방출시킬 필요가 있다. 그래서, 본 실시예에서는, NOx 촉매(61)의 NOx 흡수량이 미리 정해진 설정량보다도 많아졌을 때에는 각 기통에서 연소시켜지는 혼합기의 공연비를 일시적으로 이론 공연비보다도 리치로 하여 NOx 촉매(61)로부터 NOx를 방출시킴과 동시에 환원하도록 하고 있다. 이러한 공연비 제어를 린·리치 스파이크 제어라 칭하고 있다.
또한, NOx 촉매(61)의 NOx 정화율은 도 10에 도시하는 바와 같이 촉매 상온에 따라 다르며, 촉매 상온이 너무 낮아도 또는 너무 높아도 NOx 정화율이 낮으며, 소정의 온도역에 있어서 극히 높은 NOx 정화율을 나타낸다.
그래서, 본 실시예에 있어서는, 배기 가스의 온도 강하가 큰 제 1 통로(2O)와, 배기 가스의 온도 강하가 작은 제 2 통로(40)를 상황에 따라 구별함으로써, NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 NOx 정화율이 높은 온도 영역(이하, 고NOx 정화 온도영역이라 한다)에 보존하도록 하고 있다. 이와 같은 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 제어함으로써, NOx 촉매(61)를 고온에 바래기 힘들게 할 수 있으며, 그 결과, NOx 촉매(61)의 열 열화 진행을 억제할 수 있다. 더구나, 배기 가스의 유로 전환은 제 1 배기 전환 밸브(52)와 제 2 배기 전환 밸브(54)로 행한다. 이 NOx 촉매(61)의 온도 제어에 대해서는, 나중에 상술한다.
한편, 연료에는 유황(S)이 포함되어 있으며, 연료 중의 유황이 연소하면 SO2나 S03등의 유황 산화물(SOx)이 발생하며, NOx 촉매(61)는 배기 가스 중의 이들 SOx도 흡수한다. 이 SOx는 NOx 촉매(61)에 있어서 황산염을 생성하지만, 황산염은 안정되어 있어 분해하기 어려우며, 리치 공연비의 배기 가스를 흘린 것 만으로는 분해할 수 없으며, NOx 촉매(61) 내에 남아버린다. 그리고, 황산염 생성량 증대에 따라 NOx 촉매(61)의 NOx 흡수 능력이 저하한다. 이것이 소위 S피독이다.
그런데, NOx 촉매(61) 내에서 생성된 황산염은 NOx 촉매(61) 온도가 소정 온도(이하, 이 온도를 SOx 방출 온도라 한다)보다도 높을 때에 유입 배기 공연비를 이론 공연비보다 약간 리치(이하, 약 리치라 한다)로 하면 분해하여 SO3형으로 NOx 촉매(61)로부터 방출된다. 그래서, 본 실시예에서는, NOx 촉매(61)의 SOx 흡수량이 미리 정해진 규정량보다도 많아졌을 때에는, 유입 배기 공연비를 약 리치(예를 들면 13.5 내지 14.3 정도)로 함과 동시에 NOx 촉매(61)를 승온하고, 이로써 NOx 촉매(61)로부터 SOx를 방출시키도록 하고 있다. 이 처리를 NOx 촉매(61)의 S피독 회복 처리라 칭한다. S피독 회복 처리에 의해 NOx 촉매(61)로부터 방출된 SO3는 유입하는 배기 가스 중의 HC, CO에 의해 바로 SO2로 환원된다.
그리고, 본 실시예에서는, S피독 회복 처리 시에, NOx 촉매(61)로부터 SOx를 방출시키도록 NOx 촉매(61)를 승온하기 때문에, 합류관(6O)에 2차 공기를 공급하고 있다. S피독 회복 처리 시에는 엔진을 약 리치 공연비로 운전하기 때문에, 배기 가스에는 미연 HC가 많이 포함되어 있으며, 합류관(61)에 2차 공기를 공급하면, 배기 가스 중의 미연 HC와 2차 공기의 다량 산소가 NOx 촉매(61)에 있어서 산화 반응을 일으킨다. 이 때에 생기는 반응열에 의해 NOx 촉매(61) 온도가 상승한다. 또한, S피독 회복 처리 시에는, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘려 배기 가스의 온도 강하를 억제하여, NOx 촉매(61) 가열을 촉진한다.
또한, S피독 회복 처리 완료 직후는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 극히 높기 때문에, NOx 정화율이 낮다. 그래서, 본 실시예에 있어서는, S피독 회복 처리 완료 후는 NOx 촉매(61)를 NOx 정화율이 높은 온도까지 민첩하게 냉각하기 때문에, 배기 가스의 유로를 배기 가스의 온도 강하가 큰 제 1 통로(20)로 전환함과 동시에, 합류관(60)에 2차 공기를 공급한다. 이 처리를 NOx 촉매 냉각 처리라 칭한다. S피독 회복 처리 및 NOx 촉매 냉각 처리에 대해서는 나중에 상술한다.
더구나, 공연비를 이론 공연비로 제어할 때 및 약 리치 공연비로 제어할 때에는, ECU(90)는 상류측 O2센서(11)의 출력치에 의거하여 연료 분사량의 메인 피드백 제어를 행하며, 더욱이 제어성을 높이기 위해 하류측 O2센서(68)의 출력치에 의거하여 연료 분사량의 서브 피드백 제어를 행한다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 내연 기관의 배기 정화 장치 작용을 도 5 내지 도 9의 플로우 챠트를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5의 플로우 챠트는 본 실시예에 있어서의 내연 기관의 배기 정화 장치의 기본 제어 루틴을 도시하고 있으며, 이 기본 제어 루틴은 ECU(90)의 ROM(92)에 미리 기억되어 있으며, CPU(94)에 의해 미리 설정된 소정 시간마다 반복 실행된다.
<스텝 100>
우선, ECU(90)는 스텝 100에 있어서, HC 흡착·퍼지 제어를 실행한다.
HC 흡착·퍼지 제어는 엔진을 냉간 시동시켰을 때에 다량으로 발생하는 미연 HC를 대기로 방출시키지 않도록, 냉간 시동시에 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘려 HC 흡착재(26)에 의해 배기 가스 중의 미연 HC를 흡착하며, 더욱이, HC 흡착재(26)로 흡착한 HC를 소정 엔진 운전 상태가 되었을 때에 HC 흡착재(26)로부터 분리시켜서, 하류에 배치된 NOx 촉매(61) 또는 삼원 촉매(64)로 산화하여 정화하기 위해 행해진다. HC 흡착·퍼지 제어에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.
<스텝 200>
HC 흡착·퍼지 제어를 실행한 후, ECU(90)는 스텝 200으로 진행하여, NOx 촉매(61)의 온도 제어를 실행한다. NOx 촉매 온도 제어는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 항상 NOx 정화율이 높은 최적 온도역에 수습되도록, 촉매 상온이 최적 온도역보다도 고온 측으로 어긋날 듯이 되었을 때에는 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘려 방열량을 증대시켜 NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스 온도를 내림으로써 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 저하시키며, 촉매 상온이 최적 온도역보다도 저온측으로 어긋날 듯이 되었을 때에는 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘려 발열량을 저감시켜 NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스 온도를 올림으로써 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 상승시키기 위해 행해진다. NOx 촉매 온도 제어에 대해서는 나중에 상술한다.
<스텝 300>
NOx 촉매 온도 제어를 실행한 후, ECU(90)는 스텝 300으로 진행하여, NOx 촉매(61)의 S피독 카운터를 카운트 업한다. S피독 카운터는 적산 연료 소비량이나 적산 배기 가스량 등 S소비량의 대체치가 될 수 있는 물리량을 적산하여 NOx 촉매(61)의 S피독량을 추정하는 것으로, S피독 회복 처리 완료 시에 리셋된다.
<스텝 400>
다음에, ECU(90)는 스텝 400으로 진행하여, S피독 카운터의 카운트치가 미리 설정한 규정치 이상 또는 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」 중 적어도 어느 한쪽의 조건이 만족하는지의 여부를 판정한다. S피독 카운터의 카운트치가 상기 규정치 이상일 때는 NOx 촉매(61)의 S피독이 진행하여 S피독 회복 처리를 실행해야 할 때이다. 또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」일 때는 S피독 회복 처리 후에 NOx 촉매(61)를 신속하게 NOx 정화 가능한 온도까지 냉각하기 위해, 배기 통로에 2차 공기 공급을 실행해야 할 때이다.
<스텝 500>
S피독 카운터의 카운트치가 미리 설정한 규정치 이상일 때 또는 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」일 때에는, ECU(90)는 스텝 400에 있어서 긍정 판정하여 스텝 500으로 진행하여, S피독 회복 제어를 실행한다. S피독 회복 제어는 NOx 촉매(61)에 흡수되어 있는 SOx를 NOx 촉매(61)로부터 분리하여 S02로서 배출하며, 더욱이, NOx 촉매(61)로부터 SOx를 탈리시킨 직후의 NOx 촉매(61)는 고온으로 NOx 정화능이 낮기 때문에, NOx 정화능이 높은 온도까지 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 내리기 위해 행해진다. S피독 회복 제어에 대해서는 나중에 상술한다.
<스텝 600>
스텝 400에 있어서 부정 판정한 경우 및 스텝 500의 S피독 회복 제어를 실행한 후, ECU(90)는 스텝 600으로 진행하여, 2차 공기 제어를 실행한다. 2차 공기 제어는 필요할 때에 배기 통로에 2차 공기를 공급하기 위해 행해진다. 스텝 600을 실행한 후, ECU(90)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
《HC 흡착·퍼지 제어》
다음에, 스텝 100의 HC 흡착·퍼지 제어에 대해서 도 6에 도시하는 HC 흡착·퍼지 제어 루틴을 참조하여 설명한다.
<스텝 101>
우선, ECU(90)는 스텝 101에 있어서, RAM(93)의 소정 영역에 미리 설정된 흡착 완료 플래그(F2)의 기억 영역 및 흡착 금지 플래그(F3)의 기억 영역에 억세스하며, 흡착 완료 플래그(F2)가 「0」 또는 흡착 금지 플래그(F3)가 「0」 중 적어도 어느 한쪽 조건이 만족하는지의 여부를 판정한다.
흡착 완료 플래그(F2)의 기억 영역은 냉간 시동시에 HC 흡착재(26)에 소정량의 HC가 흡착되었을 때에 「1」이 기억되며, 엔진 정지 시에 초기치 「0」이 기억되는 영역이다. 따라서, 흡착 완료 플래그(F2)는 엔진 시동시에는 항상 초기치「0」이 기억되어 있다.
또한, 흡착 금지 플래그(F3)의 기억 영역은 배기 가스 온도가 규정치 이상으로 되었을 때에 「1」이 기억되며, 엔진 정지 시에 초기치 「0」이 기억되는 영역이다. 따라서, 흡착 금지 플래그(F3)는 엔진 시동시에는 항상 초기치 「0」이 기억되어 있다.
<스텝 102>
흡착 완료 플래그(F2)가 「0」일 때 또는 흡착 금지 플래그(F3)가 「0」일 때에는, ECU(90)는 스텝 101에 있어서 긍정 판정하여 스텝 102)으로 진행하고, HC 흡착 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정한다. 여기서, HC 흡착 조건 성립은 시동시 촉매(12)가 활성 온도에 이르고 있지 않을 때이며, 엔진의 냉각수 온도나 시동시로부터의 적산 배기 가스량 등으로부터 판정한다. 따라서, 미연 HC의 발생량이 많아지는 엔진의 냉간 시동시는 HC 흡착 조건이 성립한다.
<스텝 103>
스텝 102에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 103으로 진행하여, 제 1 배기 전환 밸브(52)가 모두 개방 되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 모두 폐쇄 되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시키며, 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘린다. HC 흡착 조건 성립 시에는 HC 흡착재(26)가 흡착 온도에 있으며, 또한 배기 가스 온도가 낮기 때문에, 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘리면, 배기 가스 중의 미연 HC가 HC 흡착재(26)에 흡착된다. 또한, 배기 가스는 제 1 통로(20)의 배기 냉각 촉진부(23)를 통과할 때에 냉각되기때문에, HC 흡착재(26)에 유입하는 배기 가스 온도가 내려가며, HC 흡착재(26)의 HC 흡착율을 높일 수 있음과 동시에 HC 흡착 시간이 확대된다.
<스텝 1O4>
스텝 103을 실행한 후, ECU(90)는 스텝 104로 진행하여, HC 흡착 조건 성립 후의 적산 배기 가스량이 규정치 이상인지의 여부를 판정한다. 여기서, 적산 배기 가스량의 규정치는 HC 흡착재(26)의 온도가 HC 방출 온도 이상이 될 때까지 필요한 배기 가스량으로, 미리 실험적으로 구하여 ROM(92)에 기억해 둔다.
<스텝 105)>
스텝 104에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 105로 진행하여, 흡착 완료 플래그(F2)의 기억 영역 값을 「0」에서 「1」로 설정하며, 그 후, 스텝 109로 진행한다. 한편, 스텝 104에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 104에서 스텝 109로 진행한다. 따라서, HC 흡착 조건이 성립하고 있는 동안은 HC 흡착 조건 성립 후의 적산 배기 가스량이 상기 규정치 이상이 되어 스텝 104에서 긍정 판정될 때까지, 배기 가스는 제 1 통로(20)로 흐르게 된다.
<스텝 106>
한편, 스텝 102에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 106으로 진행하여, 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전폐되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전개되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘린다.
여기서, 배기 가스 흐름을 제 1 통로(20)에서 제 2 통로(40)로 전환하는 이유는 다음과 같다. 흡착 조건 불성립 시에는 시동시 촉매(12)가 활성 온도에 이르고 있기 때문에, 이 시동시 촉매(12)로 배기 가스 중의 HC를 정화할 수 있기 때문이고, 또한, 흡착 조건 불성립 시에는 HC 흡착재(26) 온도가 HC 방출 온도 이상으로 되어 있다고 추정되기 때문에, 그 때에 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘리면 HC 흡착재(26)로부터 HC가 이탈하여 배기 이미션을 악화시킬 우려가 있기 때문이다.
<스텝 107>
스텝 106을 실행한 후, ECU(90)는 스텝 107로 진행하여, 배기 온도 센서(67) 출력치로부터 배기 가스 온도가 규정치 이상인지의 여부를 판정한다. 이 스텝 107에 있어서의 배기 가스 온도는 삼원 촉매(64)의 촉매 상온 대용으로서 사용하고 있으며, 배기 가스 온도가 규정치 이상이라는 것은 삼원 촉매(64)가 활성 온도 이상인 것을 의미한다. 배기 가스 온도의 상기 규정치는 미리 실험적으로 구하여 ROM(92)에 기억해 둔다.
<스텝 108>
스텝 107에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 삼원 촉매(64)가 활성화하고 있다고 판단하여 스텝 108로 진행하여, 흡착 금지 플래그(F3)의 기억 영역 값을 「0」에서 「1」로 설정하며, 그 후, 스텝 109로 진행한다. 한편, 스텝 107에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 107에서 스텝 109로 진행한다.
<스텝 109>
ECU(90)는 스텝 109에 있어서, 흡착 금지 플래그(F3)가 「1」인지의 여부를 판정한다. 스텝 109에 있어서 부정 판정된 경우에는, ECU(90)는 본 루틴의 실행을일단 종료한다. 즉, 흡착 금지 플래그(F3)가 「1」이 될 때까지는, ECU(90)는 스텝 110 내지 115, 116의 스텝으로는 진행하지 않으며, HC 흡착재(26)로부터의 HC 퍼지를 실행하지 않는다.
더구나, 스텝 105에 있어서 흡착 완료 플래그(F2)가 「1」로 설정되며, 더욱이, 스텝 108에 있어서 흡착 금지 플래그(F3)가 「1」로 설정된 이후에 ECU(90)가 본 루틴을 실행할 때에는, 스텝 101에 있어서 부정 판정하여, 스텝 101에서 스텝 109로 진행하게 된다.
<스텝 110>
스텝 1O9에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 110으로 진행하여, RAM(93)의 소정 영역에 미리 설정된 HC 퍼지 완료 플래그(F4)의 기억 영역에 엑세스하여 「0」이 기억되어 있는지의 여부를 판정한다.
HC 퍼지 완료 플래그(F4)의 기억 영역은 HC 흡착재(26)로부터의 HC 퍼지 실행 시에 있어서의 배기 가스량의 적산치가 규정치 이상이 되었을 때에 「1」이 기억되며, 엔진 정지시에 초기치 「0」이 기억되는 영역이다. 따라서, HC 퍼지 완료 플래그(F4)는 엔진 시동시에는 항상 초기치 「0」이 기억되어 있다.
<스텝 111>
스텝 110에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 111로 진행하여 HC 퍼지 실행 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정한다. 여기서, HC 퍼지 실행 조건 성립의 조건은 삼원 촉매(64)의 촉매 상온이 활성 온도 이상이고, 또한, 엔진이 린 제어 모드에서 운전되고 있는지 또는 엔진이 퓨얼 컷 운전인 것이다. 이것은 배기 가스의 공연비가 린 시에 HC 흡착재(26)로부터 HC를 분리시킨 쪽이 NOx 촉매(61) 및 삼원 촉매(64)로의 부담을 줄일 수 있으며, 따라서 이미션 악화를 방지할 수 있으며, 또한, 삼원 촉매(64)의 촉매 상온이 활성 온도 이상이 아니면, HC 흡착재(26)로부터 퍼지한 HC를 삼원 촉매(64)로 정화할 수 없으며, 이미션을 악화시켜버리기 때문이다. 더구나, 본 실시예에서는, 삼원 촉매(64)의 촉매 상온은 배기 온도 센서(67)로 검출되는 배기 가스 온도로 대용한다.
<스텝 112>
스텝 111에 있어서 긍정 판정한 경우, 즉, HC 퍼지 실행 조건이 성립하고 있을 경우에는, ECU(90)는 스텝 112로 진행하여, 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전개되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전폐되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘린다.
배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘리면, HC 흡착재(26)는 HC 방출 온도 이상이기 때문에, HC 흡착재(26)에 흡착되어 있던 HC가 퍼지되며, 퍼지된 HC는 배기 가스와 함께 NOx 촉매(61) 및 삼원 촉매(64)로 흘러, NOx 촉매(61) 또는 삼원 촉매(64)로 산화되어 정화된다.
<스텝 113>
스텝 112을 실행한 후, ECU(90)는 스텝 113으로 진행하여, HC 흡착재(26)의 HC 퍼지시의 배기 가스량을 퍼지 개시로부터 적산하는 퍼지 적산 가스량 카운터를 카운트 업하며, HC 퍼지시의 배기 가스량을 적산한다. 더구나, 이 퍼지 적산 가스량 카운터는 엔진 정지시에 초기치 「0」으로 리셋되도록 되어 있다.
<스텝 114>
스텝 113에서 HC 퍼지시의 배기 가스량을 적산한 후, ECU(90)는 스텝 114로 진행하여, 퍼지 적산 가스량 카운터의 카운트치가 규정치 이상인지의 여부, 즉, HC 퍼지시의 적산 배기 가스량이 규정치 이상인지의 여부를 판정한다. 여기서, HC 퍼지시의 적산 배기 가스량의 규정치는 HC 흡착재(26)에 흡착된 HC 전량을 퍼지시키는데 필요한 배기 가스량으로, 미리 실험적으로 구하여 ROM(92)에 기억해 둔다.
스텝 114에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 본 루틴을 일단 종료한다. 따라서, HC 퍼지시의 적산 배기 가스량이 규정치 이상이 될 때까지 제 1 통로(20)에 배기 가스를 흘려 HC 흡착재(26)의 HC 퍼지가 속행되게 된다.
<스텝 115>
스텝 114에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 115로 진행하여, HC 퍼지 완료 플래그(F4)의 기억 영역 값을 「0」에서 「1」로 설정하며, 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
이 경우, ECU(90)가 본 루틴을 다음 회 이후 실행했을 때에는, ECU(90)는 스텝 110에 있어서 부정 판정하여, 본 루틴의 실행을 일단 종료하게 되며, 따라서, 스텝 111 내지 115, 116의 스텝을 실행하지 않는다.
<스텝 116>
또한, HC 흡착재(26)로부터 HC를 퍼지하고 있어도, 다음 회 본 루틴을 실행했을 때에 퍼지 실행 조건 불성립이 되었을 때에는, ECU(90)는 스텝 111에 있어서 부정 판정하여, 스텝 116으로 진행하며, 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전폐가 되도록제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전개가 되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘린다. 이로써, HC 흡착재(26)로부터의 HC 퍼지가 일단 중단되며, 다시 퍼지 실행 조건 성립이 되었을 때에 HC 퍼지를 재개하게 된다.
이상과 같이, 이 HC 흡착 퍼지 제어를 실행함으로써, 엔진 시동시에 배출되는 HC, 특히, 냉간 시동시에 많이 배출되는 미연 HC가 대기로 배출되지 않게 된다.
《NOx 촉매 온도 제어》
다음에, 도 5의 기본 제어 루틴에 있어서의 스텝 200의 NOx 촉매 온도 제어에 대해서 도 7에 도시하는 NOx 촉매 온도 제어 루틴을 참조하여 설명한다.
<스텝 201>
우선, ECU(90)는 스텝 201에 있어서, 흡착 완료 플래그(F2)와 HC 퍼지 완료 플래그(F4)가 양쪽 모두 「1」인지의 여부를 판정한다. ECU(90)는 스텝 2O1에 있어서 부정 판정한 경우에는 스텝 202로 진행하며, 긍정 판정한 경우에는 스텝 203으로 진행한다.
<스텝 202>
ECU(90)는 스텝 202에 있어서, 흡착 금지 플래그(F3)가 「1」인지의 여부를 판정하여, 긍정 판정한 경우에는 스텝 203으로 진행하며, 부정 판정한 경우에는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다. 따라서, ECU(90)는 HC 흡착재(26)에 흡착된 HC 퍼지가 완료하고 있을 경우 또는 삼원 촉매(64)가 활성한 후가 아니면, 스텝 203으로 진행하지 않게 된다.
<스텝 203>
스텝 203에 있어서, ECU(90)는 S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)의 기억 영역에 엑세스하여 「0」이 기억되어 있는지의 여부를 판정한다. S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)의 기억 영역은 NOx 촉매(61)에 흡수된 SOx를 분리시키는 S피독 회복 처리를 실행하고 있을 때에 「1」이 기억되며, S피독 회복 처리 완료 후의 NOx 촉매 냉각 처리를 실행하고 있을 때에 「0」이 기억되는 영역이다.
스텝 203에 있어서 부정 판정한 경우, 즉, NOx 촉매(61)에 대해 S피독 회복 처리를 실행중일 때는, ECU(90)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
<스텝 204>
스텝 203에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 204로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 미리 설정된 규정치(α)보다도 낮은지의 여부를 판정한다. 더구나, 본 실시예에 있어서는, 배기 온도 센서(67)로 검출되는 배기 가스 온도를 NOx 촉매(61)의 촉매 상온으로서 대용한다.
<스텝 205>
스텝 204에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전폐되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전개되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘린다. 배기 가스가 제 2 통로(40)로 흘렀을 때는 제 1 통로(20)로 흘렀을 때보다도 배기 가스의 온도 강하가 적기 때문에, NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스 온도를 올릴 수 있으며, 그 결과, NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 고NOx 정화율이 얻어지는 온도 영역에 보존할 수 있다.
<스텝 206>
스텝 204에서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 206으로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 미리 설정된 규정치(β) 이상인지의 여부를 판정한다. 더구나, 규정치(β)는 규정치(α)보다도 높은 온도이다(β>α).
<스텝 207>
스텝 206에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전개되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전폐되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘린다. 배기 가스가 제 1 통로(20)로 흘렀을 때는 제 2 통로(40)로 흘렀을 때보다도 배기 가스의 온도 강하가 크기 때문에, NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스 온도를 내릴 수 있으며, 그 결과, NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 고NOx 정화율이 얻어지는 온도 영역에 보존할 수 있다.
스텝 206에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다. 따라서, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정치(α) 이상으로 규정치(β)보다 작을 때에는, 배기 가스의 유로는 전환되지 않고 현상 유지가 되며, 이로써 배기 유로의 전환 빈도가 적어진다.
더구나, 배기 가스 유로를 전환할 때에 임계치가 되는 규정치(α)는 NOx 정화율을 높게 유지 가능한 최저 온도이며, 규정치(β)는 NOx 정화율을 높게 유지 가능한 최대 온도이다. 더욱이, 이 규정치(α, β)는 단지 고정치를 사용해도 되며,도 10에 도시하는 바와 같이 NOx 정화율의 온도 특성은 NOx 촉매의 열 열화 정도에 따라 다르기 때문에, NOx 촉매의 열 열화 정도를 검출하여, 검출된 열 열화 정도에 따라서 규정치(α, β)를 변경해도 된다.
도 11은 차속과, 제 1 통로(20)에 배기 가스를 흘렸을 때의 NOx 촉매(61)의 촉매 상온 또는 제 2 통로(40)에 배기 가스를 흘렸을 때의 NOx 촉매(61)의 촉매 상온과의 관계를 실험적으로 구한 일례이다. 이렇게 제 1 통로(20)에 배기 가스를 흘렸을 때에는 저속 운전 시에 NOx 촉매(61)를 고NOx 정화 온도 영역에 보존할 수 없으며, 제 2 통로(40)로 배기 가스를 흘렸을 때에는 고속 운전 시에 NOx 촉매(61)를 고NOx 정화 온도 영역에 보존할 수 없다. 그렇지만, 상술한 바와 같이 NOx 촉매(61)의 촉매 상온에 따라서 배기 가스의 유로를 제 1 통로(20) 또는 제 2 통로(40)로 전환하면, 저차속으로부터 고차속의 광범위에 있어서 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 고NOx 정화 온도 영역에 보존하는 것이 가능해진다.
《S피독 회복 제어》
다음에, 도 5의 기본 제어 루틴에 있어서의 스텝 500의 S피독 회복 제어에 대해서 도 8에 도시하는 S피독 회복 제어 루틴을 참조하여 설명한다.
<스텝 501>
우선, ECU(90)는 스텝 501에 있어서, 배기 냉각 실행 플래그(F1))가 「0」인지의 여부를 판정한다.
<스텝 502>
스텝 501에 있어서 긍정 판정한 경우에는, S피독 카운터의 카운트치가 규정치 이상인 것이 되기 때문에, ECU(90)는 스텝 502로 진행하여, S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)를 「1」로 한다. S피독 회복 제어 실행 플래그(F5=1)는 S피독 회복 처리 실행중을 의미한다.
<스텝 503>
스텝 502에 계속해서, ECU(90)는 스텝 503으로 진행하여, (1) 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘르고, (2) 2차 공기를 배기 가스 중에 공급하며, (3) 공연비를 약 리치로 제어하여 엔진을 운전한다.
상술하면, 우선, ECU(90)는 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전폐되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전개되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘린다. 이로써, 배기 가스가 NOx 촉매(61)에 도달하기까지의 배기 가스의 온도 강하가 억제된다. 다음에, ECU(90)는 2차 공기 공급 장치(70)를 작동시켜, 2차 공기 공급관(69)으로부터 NOx 촉매(61)의 상류의 합류관(60)에 2차 공기를 공급한다. 다음에, ECU(90)는 연료 분사 제어 장치에 의해 공연비를 약 리치로 제어한다.
약 리치의 공연비로 엔진을 운전하면, 배기 가스는 미연 HC를 다량으로 포함하는 약 리치인 공연비의 배기 가스가 되며, 이 배기 가스가 제 2 통로(40)를 통해 NOx 촉매(61)에 유입한다.
그리고, 미연 HC를 다량으로 포함하는 약 리치인 공연비의 배기 가스와 2차 공기 공급관(69)으로부터 공급된 2차 공기가 합류관(60)에 있어서 합류하며, 여기서 미연 HC를 다량 포함하는 산소 과잉 배기 가스가 되어 NOx 촉매(61)에 유입한다. 그 결과, NOx 촉매(61)에 있어서 배기 가스 중의 미연 HC와 산소가 산화 반응하며, 그 반응열에 의해 NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 상승한다. NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 SOx 방출 온도(예를 들면, 650℃) 이상이 되면 NOx 촉매(61)에 흡수되어 있던 SOx가 NOx 촉매(61)로부터 분리하여 S02로서 방출된다.
NOx 촉매(61)에 있어서 산화되지 않았던 미연 HC는 하류의 삼원 촉매(64)에 있어서 산화되게 된다. 따라서, 스텝 503에 있어서 공연비를 약 리치로 제어할 때의 약 리치 정도는 NOx 촉매(61)를 통과한 미연 HC를 삼원 촉매(64)로 정화할 수 있는 정도로 하는 것이 바람직하다.
더구나, 배기 가스는 제 2 통로(40)에 유입하기 전에 시동시 촉매(12)를 지나지만, 시동시 촉매(12)를 지날 때는 아직 2차 공기가 공급되어 있지 않으며, 배기 가스 중의 산소 농도가 극히 낮기 때문에, 시동시 촉매(12)에 있어서 산화하는 미연 HC는 극히 적으며, 배기 가스 중의 많은 미연 HC가 NOx 촉매(61)에 유입한다.
또한, 스텝 503에 있어서의 처리를 상술한 바와 같이 (1) 배기 가스 유로의 전환, (2) 2차 공기 공급, (3) 약 리치 제어 순서로 실행함으로써, S피독 회복 처리 개시시에 이미션이 악화하는 것을 방지할 수 있다.
<스텝 504>
스텝 503 처리를 실행한 후, ECU(90)는 스텝 504로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 상기 SOx 방출 온도 이상이며 또한 하류측 O2센서의 출력치가 리치 출력인지의 여부를 판정한다. 더구나, 본 실시예에 있어서는, 배기 온도 센서(67)로 검출되는 배기 가스 온도를 NOx 촉매(61)의 촉매 상온으로서 대용한다.
NOx 촉매(61)로부터 효율적으로 SOx를 분리하여 SO2로서 방출하기 위해서는, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 SOx 방출 온도 이상이고, 또한, NOx 촉매(61)에 있어서 배기 가스의 공연비가 약 리치인 것이 필요하다. NOx 촉매 하류에 배치되어 있는 하류측 센서의 출력치가 리치 출력이면, NOx 촉매(61)의 케이싱(62) 내도 약 리치인 분위기라 판단할 수 있다.
또한, NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스의 공연비가 SOx를 효율적으로 환원할 수 있는 소정 공연비가 되도록, 2차 공기 공급 장치(70)를 제어하여 2차 공기 공급량을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 2차 공기 공급량을 일정하게 하여, 엔진 공연비를 제어하며, NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스 공연비를 제어해도 된다.
<스텝 505>
ECU(90)는 스텝 504에 있어서 긍정 판정한 경우에는, NOx 촉매(61)로부터 SOx가 방출되어 있는 것으로 하여, 스텝 505로 진행하며, SOx 방출 시의 배기 가스량을 적산하는 S피독 회복 적산 가스량 카운터를 카운트 업한다.
한편, 스텝 504에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 511로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정치(T2)보다도 낮고, 또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」인지의 여부를 판정한다. 이 시점에서는 아직 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」이기 때문에, 스텝 511에 있어서 부정 판정하여, ECU(90)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
<스텝 506>
스텝 505 처리를 실행한 후, ECU(90)는 스텝 506으로 진행하여, S피복 회복 적산 가스량 카운터의 카운트치가 규정치 이상인지의 여부를 판정한다. 이 규정치는 NOx 촉매(61)에 흡수되어 있는 SOx를 거의 완전하게 방출하는 데 필요한 배기 가스량에 대응하는 카운트치로, 미리 실험적으로 구하여 ROM(92)에 기억해 둔다.
스텝 506에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 511로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정치(T2)보다도 낮고, 또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」인지의 여부를 판정한다. 이 시점에서는 아직 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」이기 때문에, 스텝 511에 있어서 부정 판정하며, ECU(90)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
<스텝 5O7>
한편, 스텝 506에 있어서 긍정 판정한 경우에는, NOx 촉매(61)의 S회복 처리가 완료한 것으로 하여, ECU(90)는 스텝 507로 진행하며, (1) 제 1 배기 전환 밸브(52)가 전개되도록 제 1 엑추에이터(51)를 작동시킴과 동시에, 제 2 배기 전환 밸브(54)가 전폐되도록 제 2 엑추에이터(53)를 작동시켜, 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘리며, (2) 연료 분사 제어 장치에 의한 공연비 제어를 약 리치 제어로부터 상류측 O2센서(11)의 출력치에만 근거하는 피드백 스토이키 제어로 전환하고, (3) 배기 냉각 실행 플래그(F1)를 「1」로 하며, (4) S피독 카운터를 리셋하고, (5) S피독 회복 적산 가스량 카운터를 리셋하여, NOx 촉매(61)에 대한 냉각 처리를 개시한다.
NOx 촉매(61)의 S피독 회복 처리 완료 직후는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 대단히 높으며, NOx 정화율이 낮은 온도역에 있기 때문에, 그 상태에서 린 공연비의 배기 가스를 흘리면, 이미션이 악화해버린다. 그 때문에, S피독 회복 처리 완료 후는 민첩하게 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 내릴 필요가 있다. 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘리면, 배기 냉각 촉진부(23)의 냉각 촉진 효과에 의해, 합류관(60)에 도달하기까지의 배기 가스의 온도 강하가 증대하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 빨리 내릴 수 있다.
또한, 합류관(60)으로의 2차 공기 공급은 정지되지 않고 속행되기 때문에, NOx 촉매(61)에는 2차 공기와의 혼합에 의해 더욱 냉각된 배기 가스가 유입하게 되어, NOx 촉매(61)의 냉각이 촉진된다.
또한, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 NOx 정화율이 낮은 고온역에 있는 동안은 배기 공연비를 이론 공연비로 하고 있기 때문에, NOx 촉매(61) 및 삼원 촉매(64)의 삼원 촉매 작용에 의해 배기 가스를 정화할 수 있으며, 따라서, S피독 회복 처리 완료 직후의 이미션 악화를 방지할 수 있다.
더구나, 스텝 507에 있어서의 공연비의 스토이키 제어를 상류측 O2센서(11)의 출력치에만 근거하는 피드백 제어로 하는 것은 S피독 회복 처리 완료 후 잠시 동안은 하류측 O2센서(68)의 출력치가 리치 출력이 되기 때문에, 하류측 O2센서(68)의 출력치에 근거하는 서브 피드백 제어도 행하면, 공연비가 린측으로 오보정되기 때문이다.
<스텝 508>
스텝 507에 있어서 배기 냉각 실행 플래그(F1)를 「1」로 하면, 다음 회 이 루틴을 실행했을 때에는, ECU(90)는 스텝 501에 있어서 부정 판정하여 스텝 508로 진행하여, S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)를 「0」으로 한다.
<스텝 509>
다음에, ECU(90)는 스텝 509로 진행하여, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 미리 설정된 규정 온도(T1)보다도 작고 또한 상류측 O2센서(11)의 출력치에 근거하는 피드백 스토이키 제어를 실행하고 있는지의 여부를 판정한다. 규정 온도(T1)는 스토이키의 배기 가스와 린 공연비의 배기 가스 중 어느 쪽을 흘릴지를 결정하는 임계치이다.
<스텝 510>
스텝 509에 있어서 긍정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 510으로 진행하여, 연료 분사 제어 장치에 의한 공연비 제어를 상류측 O2센서(11)의 출력치에만 근거하는 피드백 스토이키 제어로부터 통상 제어(즉, 엔진 운전 상태에 따른 공연비 제어)로 전환하여, 스텝 511로 진행한다.
또한, 스텝 509에 있어서 부정 판정한 경우에는, ECU(90)는 스텝 511로 진행한다. 따라서, 스텝 507에 있어서 공연비를 상류측 O2센서(11)의 출력치에만 근거하는 피드백 스토이키 제어로 전환한 후, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T1)보다도 작아질 때까지는, 스텝 509에 있어서 부정 판정되어, 상류측 O2센서(11)의 출력치에만 근거하는 피드백 스토이키 제어를 속행한다.
<스텝 511>
스텝 511에 있어서, ECU(90)는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 미리 설정한 규정 온도(T2)보다도 낮고, 또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」인지의 여부를 판정한다. 더구나, 규정 온도(T2)는 규정 온도(T1)보다도 작은 값으로 설정해 둔다(예를 들면, T1=550℃, T2=500℃).
NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T2) 이상인 때에는, 스텝 511에 있어서 부정 판정되며, ECU(90)는 본 루틴 실행을 일단 종료한다. 따라서 이 경우에는, 합류관(60)으로의 2차 공기 공급은 정지되지 않고 속행되며, NOx 촉매(61)의 냉각을 속행한다.
<스텝 512>
NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T2)보다도 낮아지면, 스텝 511에 있어서 긍정 판정되기 때문에, ECU(90)는 스텝 512로 진행하여, 배기 냉각 실행 플래그(F1)를 「O」으로 설정한다. 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」이 되면, 후술하는 2차 공기 제어에서 설명하는 바와 같이, 합류관(60)으로의 2차 공기 공급이 정지된다. 이로써 S피독 회복 처리 완료 후의 NOx 촉매 냉각 처리가 종료한다.
또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」이 됨으로써, 다음 회 루틴 실행 시에는 기본 제어 루틴의 스텝 400에 있어서 부정 판정되기 때문에, 이 S피독 회복 제어(500)는 실행되지 않는다.
또한, 본 실시예에서는, 스텝 506에서 긍정 판정되어 S피독 회복 처리가 완료하면, NOx 촉매(61)의 상류로의 2차 공기 공급을 속행하면서, 스텝 507에서 엔진의 공연비를 스토이키 제어로 변경하여, 스토이키의 배기 가스와 2차 공기를 제 1 통로(20)를 거쳐서 NOx 촉매(61)로 흘리도록 하고 있지만, 이렇게 하면, NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스의 공연비가 린 근처로 되기 때문에, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 고온 상태(상술한 실시예에 있어서는 규정 온도(T1) 이상)에 있을 때에 NOx 정화율이 낮아질 우려가 있다. 그래서, 이에 대처하는 데, S피독 회복 처리가 완료한 시점에서 일단 NOx 촉매(61)로의 2차 공기 공급을 정지하며, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T1)보다도 작아질 때까지, 2차 공기를 NOx 촉매(61)에 공급하지 않고, 엔진의 공연비를 스토이키 제어로 변경하며, 스토이키의 배기 가스를 제 1 통로(20)를 거쳐서 NOx 촉매(61)로 흘리게만 함으로써, NOx 정화율을 높게 유지하면서 NOx 촉매(61) 냉각을 행하며, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T1)보다도 낮아졌으면 NOx 촉매(61)에 2차 공기를 공급하여 보다 효율적으로 NOx 촉매(61) 냉각을 행하며, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 규정 온도(T2)보다도 낮아졌으면 2차 공기 공급을 정지하도록 해도 된다. 이 경우, 2차 공기 공급에 더불어 엔진 공연비를 린 제어로 변경해도 되며, 또는 스토이키 제어를 속행해도 된다.
또한, 상술한 실시예에서는, 스텝 506에서 긍정 판정되어 S피독 회복 처리가 완료하면, 스텝 509에서 긍정 판정되기까지의 사이는 스토이키의 배기 가스를 흘려 NOx 촉매(61)의 냉각 처리를 실행하고 있지만, S피독 회복 처리 완료 후, 바로 린 공연비의 배기 가스를 제 1 통로(20)로 흘려 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 규정 온도(T2)보다 낮게 할 수 있는 경우에는, 바꾸어 말하면, 그정도로 충분히 배기 냉각 효과가 얻어지도록 배기 냉각 촉진부(23)를 설계하고 있을 경우에는, 스토이키의 배기 가스를 NOx 촉매(61)에 흘려 냉각하는 처리를 생략할 수 있으며, 그로써 스토이키 운전에 의한 연비 악화를 억제할 수 있다.
《2차 공기 제어》
다음에, 도 5의 기본 제어 루틴에 있어서의 스텝 600의 2차 공기 제어에 대해서 도 9의 2차 공기 제어 루틴을 참조하여 설명한다.
<스텝 601>
우선, ECU(90)는 스텝 6O1에 있어서, S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)가 「1」 또는 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」 중 적어도 어느 한쪽의 조건이 만족하는지의 여부를 판정한다.
<스텝 602>
S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)가 「1」일 때 또는 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「1」일 때에는, ECU(90)는 스텝 601에 있어서 긍정 판정하여 스텝 602로 진행하며, 2차 공기 공급 장치(70)를 작동시켜, 2차 공기 공급관(69)으로부터 합류관(60)에 2차 공기를 공급한다.
<스텝 603>
S피독 회복 제어 실행 플래그(F5)가 「0」이고, 또한, 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」일 때에는, ECU(90)는 스텝 601에 있어서 부정 판정하여 스텝 603으로 진행하고, 2차 공기 공급 장치(70) 작동을 정지하며, 2차 공기 공급관(69)으로부터 합류관(60)으로의 2차 공기 공급을 정지한다.
따라서, ECU(90)가 기본 제어 루틴에 있어서 스텝 400에서 긍정 판정하여, 스텝 500의 S피독 회복 제어로 진행한 경우에는, S피독 회복 제어 루틴의 스텝 512에 있어서 배기 냉각 실행 플래그(F1)가 「0」으로 설정될 때까지는, 합류관(60)으로의 2차 공기 공급이 행해지게 된다.
〔제 2 실시예〕
다음에, 본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치의 제 2 실시예를 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
제 2 실시예는 제 1 실시예의 배기 정화 장치를 부가로 컴팩트화한 것이다.
도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 제 2 실시예에서는, 시동시 촉매(12)를 수용한 케이싱(13)의 하류에 설치된 배기관(14) 내부가 그 도중에서 경계판(31)에 의해 상하 두 개의 단면 반원형 통로(32, 41)로 구분되어 있다.
배기관(14)에 있어서 경계판(31)보다도 위쪽 부분(즉, 통로(32))은 단면 변형부(34)를 거쳐서 대략 단면 원호 형상의 배기 냉각 촉진부(35)에 접속되어 있으며, 배기 냉각 촉진부(35)는 단면 변형부(36)를 거쳐서 합류관(60)의 상반분 부분에 접속되어 있다. 합류관(60)은 원통 형상을 이루며, 제 1 실시예와 마찬가지로 NOx 촉매(61)를 수용한 케이싱(62)에 접속되어 있다. 또한, 합류관(60)에는 2차 공기 공급관(69)이 접속되어 있다. 단면 변형부(34)는 배기관(14)의 상반분 부분으로부터 서서히 단면 변형시켜 단면 원호 형상의 배기 냉각 촉진부(35)에 스무스하게 접속하는 부분이며, 단면 변형부(36)는 단면 원호 형상의 배기 냉각촉진부(35)로부터 서서히 단면 변형시켜 합류관(60)의 상반분 부분에 스무스하게 접속하는 부분이다.
배기관(14)에 있어서 경계판(31)보다도 아래쪽 부분(즉, 통로(41))은 단면 변형부(42)를 거쳐서 원통 형상을 이루는 원관부(43)에 접속되어 있으며, 원관부(43)는 단면 변형부(44)를 거쳐서 합류관(60)의 하반분 부분에 접속되어 있다. 단면 변형부(42)는 배기관(14)의 하반분 부분으로부터 서서히 단면 변형시켜 원통 형상의 원관부(43)에 스무스하게 접속하는 부분이며, 단면 변형부(44)는 원관부(43)로부터 서서히 단면 변형시켜 합류관(60)의 하반분 부분에 스무스하게 접속하는 부분이다.
배기 냉각 촉진부(35)와 원관부(43)의 위치 관계는 도 15에 도시하는 바와 같이, 원관부(43)를 둘러싸도록 배기 냉각 촉진부(35)가 배치되어 있다.
배기관(14)의 통로(32, 41)에는 엑추에이터(55)에 의해 개폐 구동되는 배기 전환 밸브(56)가 설치되어 있다. 배기 전환 밸브(56)는 도 14에 도시하는 바와 같이, 경계판(31)을 뚫고 회동 가능하게 설치된 1개의 밸브 축(56c)에, 통로(32)를 개폐하는 밸브체(56a)와, 통로(41)를 개폐하는 밸브체(56b)가 서로 직교하도록 설치되어 있어, 밸브 축(56c)이 엑추에이터(55)에 의해 회동시켜지도록 되어 있다. 이 배기 전환 밸브(56)에서는, 밸브체(56a)가 통로(32)를 전폐하도록 위치했을 때에 밸브체(56b)는 통로(41)를 전개하도록 위치하며, 밸브체(56a)가 통로(32)를 전개하도록 위치했을 때에 밸브체(56b)는 통로(41)를 전폐하도록 위치한다.
또한, 제 2 실시예에 있어서는, HC 흡착재(26)는 배기 냉각 촉진부(35)의 하류측 단부에 수용되어 있다.
제 2 실시예에 있어서는, 배기관(14) 통로(32)와 단면 변형부(34)와 배기 냉각 촉진부(35)와 단면 변형부(36)에 의해 제 1 통로(20)가 구성되며, 배기관(14)의 통로(41)와 단면 변형부(42)와 원관부(43)와 단면 변형부(44)에 의해 제 2 통로(40)가 구성되어 있다. 또한, 제 2 실시예에 있어서는, 배기 전환 밸브(56)가 제 1 통로(20)를 흐르는 배기 가스량과 제 2 통로(40)를 흐르는 배기 가스량을 제어하는 유량 제어 수단을 구성한다. 그 밖의 구성에 대해서는 제 1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
이 제 2 실시예에 있어서도, 제 1 통로(20)가 배기 냉각 촉진부(35)를 구비함으로써, 동일 온도의 배기 가스를 동일 유량으로 제 1 통로(20) 또는 제 2 통로(40)로 흘린 경우를 비교하면, 제 1 통로(20)로 흘렸을 때의 쪽이 제 2 통로(40)로 흘렸을 때보다도, 배기 가스의 온도 강하가 커진다. 따라서, 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)의 유로를 구분함으로써, 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 고NOx 정화 온도 영역에 보존할 수 있음과 동시에, NOx 촉매(61)의 열 열화를 억제할 수 있다.
그리고, 이 제 2 실시예에 있어서는, 배기 냉각 촉진부(35)가 원관부(43)를 둘러싸도록 설치되어 있으며, 유량 제어 수단이 하나의 배기 전환 밸브(56)로 구성되어 있으며, HC 흡착재(26)가 배기 냉각 촉진부(35)에 수용되어 있기 때문에, 제 1 실시예보다도 배기 정화 장치를 더욱 컴팩트하게 할 수 있다.
〔다른 실시예〕
상술한 제 1 실시예에서는, NOx 촉매(61)의 촉매 상온으로서 배기 가스 온도를 대용하며, 그 배기 가스 온도를 검출하는 배기 온도 센서(67)를 NOx 촉매(61)의 하류에 배치했지만, 배기 온도 센서(67)는 NOx 촉매(61)의 상류에 배치해도 상관 없다. 또는, 케이싱(62)에 촉매 온도 센서를 설치하여, 이 촉매 온도 센서로 직접 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 검출하도록 해도 상관 없다.
또한, 상술한 제 1 실시예에서는, 배기 온도 센서(67)로 검출한 배기 가스 온도에 의거하여 배기 가스를 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40) 중 어느 한 유로로 흘리든지 전환하고는 있지만, 배기 온도 센서 또는 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 검출하는 촉매 온도 센서는 본 발명에 있어서 필수 구성은 아니다.
예를 들면, 미리 실험적으로 모든 엔진 운전 상태(엔진 회전수, 기관 부하, 공연비)를 상정하여 제 1 통로(20)에 배기 가스를 전량 흘린 경우와 제 2 통로(40)에 배기 가스를 전량 흘린 경우의 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 구하며, 이 실험 결과로부터, 엔진 운전 상태에 따라서 NOx 정화율이 높아지는 유로를 결정하며, 엔진 운전 상태와 배기 통로(제 1 통로(20)와 제 2 통로(40))의 대응 맵을 작성하여 ROM(92)에 기억해 두고, 이 맵을 참조하여 ECU(90)가 배기 전환 밸브(52, 54)를 제어하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제 1 실시예에서는, 배기 가스를 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40) 중 어느 한쪽으로 흘리도록 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)를 제어했지만, 이렇게 제어하면 배기 가스 유로를 전환했을 때에 NOx 촉매(61)에 유입하는 배기 가스의 온도가 급격하게 변화할 우려가 있으며, 이미션에 주는 영향이 커질우려가 있다. 그래서, 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)를 유량 제어 가능한 형태로 구성하며, 배기 유로 전환 온도역에 있어서는, 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)의 유량을 제어하도록 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)를 제어하며, 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40) 양쪽에 소정 유량비로 배기 가스를 흘림으로써, NOx 촉매(61)의 촉매 상온이 급격한 변화를 방지함과 동시에, 정확한 촉매 상온 제어를 행하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 배기 유로 전환 온도역이란 제 1 실시예에 있어서 제 1 통로(20)에서 제 2 통로(40)로 유로를 전환할 때의 임계치(α)보다도 높으며, 제 2 통로(4O)에서 제 1 통로(20)로 유로를 전환할 때의 임계치(β)보다도 낮은 온도역에 대응한다. 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)의 유량비 설정 방법으로서는, 상기 배기 유로 전환 온도역 내의 각 온도에 대해, 보다 높은 NOx 정화율을 얻기 위한 적합한 유량비를 미리 실험적으로 구하여 맵화하여 R0M(92)에 기억시켜 두고, 배기 온도 센서(67)로 검출한 배기 가스 온도에 따라서 ECU(90)가 이 맵을 참조하여 유량비를 선택하는 방법을 예시할 수 있다.
또한, 엔진 운전 상태에 의거하여 배기 가스 유로를 전환하는 시스템으로 한 경우에는, 모든 엔진 운전 상태(엔진 회전수, 기관 부하, 공연비)를 상정하여 제 1 통로(20)에 배기 가스를 전량 흘린 경우와 제 2 통로(40)에 배기 가스를 전량 흘린 경우의 NOx 촉매(61)의 촉매 상온을 구해 이들을 맵화하여 ROM(92)에 기억함과 동시에, 제 1 통로(20)와 제 2 통로의 유량비에 의해 이들 맵을 보간하여 NOx 촉매(61)의 촉매 상온의 온도 추정을 행하며, ECU(90)가 NOx 정화에 적합한 촉매상온이 되는 유량비를 선택하는 방법을 예시할 수 있다.
제 1 실시예에 있어서는 유로 전환에 의한 촉매 상온 제어 대상이 되는 촉매, 즉 케이싱(62)에 수용하는 촉매를 흡장 환원형 NOx 촉매(61)로 했지만, 케이싱(62)에 수용하는 촉매는 린 NOx 촉매의 일종인 선택 환원형 NOx 촉매(57)로 하는 것이 가능하다(도 16 참조).
그런데, 선택 환원형 NOx 촉매의 고NOx 정화 온도 영역은 흡장 환원형 NOx 촉매의 고NOx 정화 온도 영역보다도 고온측에 있다. 그래서, 이 경우에는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 비교적 저온의 배기 가스가 흐르는 제 2 통로(40)에 흡장 환원형 NOx 촉매(58)를 설치하며, 배기 가스 저온 시의 NOx 정화율을 높게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 배기 가스를 제 2 통로(40)로 흘리고 있을 때의 선택 환원형 NOx 촉매(57)로의 부하, 바꾸어 말하면 선택 환원형 NOx 촉매(57)에 유입하는 배기 가스의 NOx 농도를 저감할 수 있다.
또한, 도 16에 도시하는 형태의 배기 정화 장치에 있어서도, 기본적인 유로의 전환 제어는 제 1 실시예와 동일하며, 따라서, 배기 가스가 고온이 되는 고부하 운전 시에는 제 1 통로(20)로 배기 가스가 흐르지만, 이 때에 HC 흡착재(26)에 흡착되어 있던 HC가 분리하여 배기 가스와 함께 선택 환원형 NOx 촉매(57)에 유입하여 NOx 정화용 환원제로서 작용한다. 따라서, 고속 주행 등 고부하 운전 시에 있어서의 NOx 정화율이 향상한다.
더욱이, 도 17에 도시하는 바와 같이, 시동시 촉매(12)를 수용하는 케이싱(13)과 배기관(14) 사이에, 선택 환원형 NOx 촉매(15)를 수용한 케이싱(16)을 설치하면, 고속 주행 등 고부하 운전 시에 엔진으로부터 온도가 높은 배기 가스가 배출되었을 때에, 이 선택 환원형 NOx 촉매(15)에 의해 고정화율로 NOx를 정화할 수 있다. 또한, 이로써, 하류에 배치된 선택 환원형 NOx 촉매(57)로의 부하를 적게 할 수 있다. 이 경우, 케이싱(16)은 제 1 통로(20)와 제 2 통로(40)의 상류에 있어서의 공통 통로를 구성한다.
또한, 상술한 제 1 실시예의 배기 정화 장치에 있어서는, 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)의 개폐 제어에 의해 배기 가스 유로를 전환했을 때에 배기 온도 센서(67)로 검출되는 배기 가스 온도의 온도 변화 크기로부터, 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)가 정상적으로 작동하고 있는지의 여부를 판정할 수 있다. 이것은 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)가 정상적으로 작동하고 있을 때에는, 배기 가스의 유로를 전환했을 때에 생기는 NOx 촉매(61)에 있어서의 온도 변화 크기가 엔진 운전 상태에 따라서 거의 결정되어 있기 때문이다.
따라서, 엔진 운전 상태와, 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)가 정상적으로 작동하고 있을 때의 유로 전환 시의 온도 변화 크기와의 관계를 미리 실험적으로 구하여, 이것에 허용 오차를 고려하여 기준 온도차의 맵을 작성하여 ROM(92)에 기억해 두고, 유로 전환 전후에 있어서 배기 온도 센서(67)로 검출한 배기 가스 온도에 의거하여 산출한 온도 변화 크기와, 엔진 운전 상태에 대응하여 맵으로부터 판독한 상기 기준 온도차를 비교함으로써, 제 1, 제 2 배기 전환 밸브(52, 54)가 정상적으로 작동하고 있는지의 여부 양부 판정을 할 수 있다.
이 배기 전환 밸브의 작동 양부 판정은 제 2 실시예의 배기 정화 장치에 있어서도 실시 가능하다.
또한, 배기 전환 밸브의 작동 양부 판정은 상술한 바와 같이 유로 전환 시의 온도 변화 크기로 판정하는 이외에, 유로 전환 시의 압력 변화에 의해서도 판정할 수 있다. 이에 대해서, 제 2 실시예의 배기 정화 장치를 예로 들어 설명한다.
도 12에 도시하는 제 2 실시예의 배기 정화 장치에 있어서는, HC 흡착재(26)보다 상류의 관내 압력은 밸브체(56a)가 통로(32)를 열고 있을 때의 쪽이 통로(32)를 닫고 있을 때보다도 커진다. 그리고, 밸브체(56a)가 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 전환되었을 때, 또는 그 반대로 밸브 폐쇄 상태에서 밸브 개방 상태로 전환되었을 때에 생기는 압력 변화 크기는 엔진 운전 상태에 따라서 거의 결정되어 있다.
그래서, 밸브체(56a)와 HC 흡착재(26) 사이의 관내 압력을 검출하는 압력 센서(압력 검출 수단)(37)를 예를 들면 배기관(14)에 설치함과 동시에, 엔진 운전 상태와, 배기 전환 밸브(56)가 정상으로 작동하고 있을 때의 유로 전환 시의 압력 변화 크기와의 관계를 미리 실험적으로 구하며, 이것에 허용오차를 고려하여 기준 압력 변화 폭의 맵을 작성하여 ROM(92)에 기억해 두고, 유로 전환 전후에 있어서 압력 센서(37)로 검출한 압력치에 의거하여 산출한 압력 변화 크기와, 엔진 운전 상태에 대응하여 상기 맵으로부터 판독한 상기 기준 압력 변화 폭을 비교함으로써, 배기 전환 밸브(56)가 정상적으로 작동하고 있는지의 여부를 판정할 수 있다.
더구나, 도 12에 도시하는 제 2 실시예에서는, 배기 전환 밸브(56)를 HC 흡착재(26)보다도 상류에 설치하고 있지만, 배기 전환 밸브(56)를 경계판(31)과 함께HC 흡착재(26) 하류의 합류관(6O)에 설치하는 것도 가능하다. 그 경우에도, HC 흡착재(26)와 배기 전환 밸브(56)의 밸브체(56a) 사이의 구간에 압력 센서를 설치함으로써, 배기 전환 전후에 이 압력 센서로 검출한 압력치의 변화 폭 크기로부터, 배기 전환 밸브(60)의 작동 양부 판정을 행할 수 있다.
이 압력 변화에 근거하는 배기 전환 밸브의 작동 양부 판정은 제 1 실시예의 배기 정화 장치에 있어서도 실시 가능하다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 의하면, 내연 기관과, 이 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 촉매와, 방열량이 큰 단면 구조의 배기 냉각 촉진부를 가지며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 1 통로와, 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부보다도 방열량이 작은 단면 구조를 이루며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 2 통로와, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 촉진시켜 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 2 통로보다도 상기 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하며, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 억제하여 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하도록 상기 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 유량 제어 수단을 구비함으로써, 상기 촉매의 상온을 원하는 온도로 제어할 수 있다는 뛰어난 효과가 난다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제 2 통로를 둘러싸도록 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부를 설치한 경우에는, 배기 정화 장치를 컴팩트하게 할 수 있어 차량 탑재성이 향상한다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제 1 통로의 관로 길이와 제 2 통로의 관로 길이를 거의 같은 길이로 한 경우에는, 배기 정화 장치를 컴팩트하게 할 수 있어 차량 탑재성이 향상한다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 유량 제어 수단이 상기 촉매의 촉매 상온 또는 촉매 상온을 지배하는 파라메터에 의거하여 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하도록 한 경우에는, 촉매 상온을 보다 정확하게 제어할 수 있다는 뛰어난 효과가 난다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 유량 제어 수단이 상기 촉매의 촉매 상온을 정화율 높은 소정 온도 영역에 제어하여 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하도록 한 경우에는, 배기 정화 장치의 배기 정화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 유량 제어 수단이 상기 촉매에 흡수된 SOx를 방출시키는 S피독 회복 처리 시에 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량이 많아지도록 제어하도록 한 경우에는, S피독 회복 처리를 효율 좋게 행할 수 있다는 뛰어난 효과가 난다.
더욱이, 상기 S피독 회복 처리 시에 상기 촉매에 유입하는 배기 가스 공연비를 이론 공연비 또는 그것보다도 리치인 공연비로 하는 배기 공연비 제어 수단을 구비하면, S피독 회복 처리를 보다 효율 좋게 행할 수 있다.
또한, 상기 유량 제어 수단이 상기 S피독 회복 처리의 완료 직후, 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 비율을 많게 하도록 제어하도록 한 경우에는, S피독 회복 처리 후의 배기 정화율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 촉매의 열 열화를 방지할 수 있다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 상기 제 1 통로에 HC 흡착재를 설치하여, 상기 유량 제어 수단이 내연 기관의 시동시에 배기 가스를 제 1 통로로 흘리도록 제어한 경우에는, 시동시의 배기 정화율이 향상한다.
더욱이, 상기 HC 흡착재를 상기 배기 냉각 촉진부보다도 하류에 설치한 경우에는, HC 흡착 시간 확대에 의해, 시동시의 배기 정화율이 더욱 향상한다.
상술한 바와 같이 제 1 통로에 HC 흡착재를 설치한 경우로, 상기 촉매가 선택 환원형 NOx 촉매이며, 상기 제 2 통로에는 흡장 환원형 NOx 촉매를 설치하며, 상기 유량 제어 수단이 내연 기관의 고부하 운전 시에 주로 상기 제 1 통로에 배기 가스가 흐르도록 제어할 경우에는, 고부하 운전 시에 배기 가스가 제 1 통로를 통과할 때에 HC 흡착재로부터 HC가 탈리하며, 이 HC가 선택 환원형 NOx 촉매에 유입하여 환원제로서 작용하기 때문에, 선택 환원형 NOx 촉매의 NOx 정화율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로에 있어서의 하류 부분과 상기 제 2 통로에 있어서의 하류 부분이 합류하는 합류 통로 또는 이 합류 통로보다도 하류의 배기 통로 또는 상기 촉매에 온도 검출 수단이 설치되며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 온도 검출 수단으로 검출된 온도 변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단 작동이 정상인지의 여부를 판정할 수 있다.
본 발명에 관련되는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서는, 상기 제 1 통로에 배기 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단을 구비하며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 압력 검출 수단으로 검출된 압력 변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단의 작동이 정상인지의 여부를 판정할 수 있다.

Claims (16)

  1. 내연 기관과,
    이 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 촉매와,
    방열량이 큰 단면 구조의 배기 냉각 촉진부를 가지며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 1 통로와,
    상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부보다도 방열량이 작은 단면 구조를 이루며, 상기 내연 기관으로부터 상기 촉매에 배기 가스를 유도하는 제 2 통로와,
    상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 촉진시켜 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 2 통로보다도 상기 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하며, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 온도 강하를 억제하여 상기 촉매에 배기 가스를 흘려야 할 때에는 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 많게 하도록 상기 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 유량 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부는 대략 단면 원호형상을 이루며, 상기 제 2 통로는 대략 단면 원형을 이루는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 통로의 배기 냉각 촉진부는 상기 제 2 통로를 둘러싸도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 통로의 관로 길이와 제 2 통로의 관로 길이가 거의 동일한 길이인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매는 린 공연비의 배기 가스 중의 NOx를 정화 가능한 린 NOx 촉매인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 촉매의 촉매 상온 또는 촉매 상온을 지배하는 파라메터에 의거하여 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 촉매의 촉매 상온을 정화율이 높은 소정 온도 영역에서 제어하도록 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 촉매에 흡수된 SOx를 방출시키는 S피독(S-poisoning) 회복 처리 시에, 상기 제 1 통로보다도 상기 제 2 통로로 흐르는 배기 가스 유량이 많아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 S피독 회복 처리 시에 상기 촉매에 유입하는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비 또는 그것보다도 리치 공연비로 하는 배기 공연비 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 S피독 회복 처리 완료 직후, 제 1 통로로 흐르는 배기 가스 비율을 많이 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 통로에는 HC 흡착재가 설치되며, 상기 유량 제어 수단은 내연 기관 시동시에 배기 가스를 제 1 통로로 흘리도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 HC 흡착재는 상기 배기 냉각 촉진부보다도 하류에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  13. 제 11 항에 있어서는, 상기 촉매는 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소의 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 선택 환원형 NOx 촉매이고, 상기 제 2 통로에는 유입하는 배기 가스의 공연비가 린일 때에 NOx를 흡수하여 유입하는 배기 가스 중의 산소 농도가 저하하면 흡수한 NOx를 방출하여 N2로 환원하는 흡장 환원형 NOx 촉매가 설치되며, 상기 유량 제어 수단은 내연 기관의 고부하 운전 시에 주로 상기 제 1 통로로 배기 가스가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 통로와 상기 제 2 통로의 상류로 이들 양 통로로 분류되기 전의 배기 가스가 흐르는 공통 통로를 구비하며, 이 공통 통로에도 산소 과잉 분위기에서 탄화 수소의 존재 하에서 NOx를 환원 또는 분해하는 선택 환원형 NOx 촉매가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 통로에 있어서의 하류 부분과 상기 제 2 통로에 있어서의 하류 부분이 합류하는 합류 통로 또는 이 합류 통로보다도 하류의 배기 통로 또는 상기 촉매에 온도 검출 수단이 설치되며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 온도 검출 수단으로 검출된 온도 변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단 작동이 정상인지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 통로에서 배기 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단을 구비하며, 상기 유량 제어 수단을 작동시켜 제 1 통로와 제 2 통로로 흐르는 배기 가스의 유량비를 바꾸었을 때에 상기 압력 검출 수단으로 검출된 압력변화에 의거하여 상기 유량 제어 수단 작동이 정상인지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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