KR20010102422A - 내연기관에서 ＮＯｘ 저장 촉매의 동작을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 배기 중 NOx-저장소를 재생하는 방법에 관한 것이다. 배기 중 산소가 과잉이면 배기 중 NOx가 제거되며 배기 중 산소가 부족하면 질소를 제공하여 NOx가 재생된다. 상기 방법은 배기 중 산소 과잉의 제1 단계와 산소 부족의 제2 단계 사이에서 교대로 제어되며, 배기 중 산소 부족은 저장 촉매의 재생을 위해 NOx-저장소 앞 배기 중 일정하게 유지되는 고정의 과잉 연료를 통해 발생된다.

Description

내연기관에서 ＮＯｘ 저장 촉매의 동작을 위한 방법{METHOD FOR OPERATION OF A ＮＯｘ STORAGE CATALYST IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

희박한 연료/공기-혼합기의 연소 시에 배기 가스 처리를 위해 NOx-저장 촉매가 이용되어 희박 엔진 동작에서 방출되는 산화질소를 수분 길이의 제1 동작 단계에서 저장하게 된다. 수초의 범위의 길이를 가지는 더 짧은 제2 동작 단계에서 저장소는 저장 촉매에 환원제와 함께 배기 가스를 공급함으로써 비워진다.

NOx-촉매의 저장 능력은 부하와 상관 관계에 있으며 연속적으로 감소된다. 제1 단계가 너무 길면, 원하지 않는 산화 질소 방출이 발생한다. 제2 단계가 너무 오래 지속되면 HC- 및 CO-방출이 증대된다.

그러므로 양 단계가 교대로 실행되므로 NOx-방출도 HC- 및 CO-방출도 증대되지 않는 문제가 발생한다.

DE 197 398 48에는 NOx-저장소에 NOx를 채우는 정도를 모델링하는 것이 공지되어 있다. 이 경우 저장소로 NOx의 유입은 흡기 매스 스트림 및 혼합기 성분처럼엔진의 동작 모드로부터 정해진다. 상기 충전도가 일정한 값에 도달하면, 제1 단계로부터 제2 단계로 바뀐다. 제2 단계에서 감소하는 충전도 역시 모델링되거나 저장 촉매 뒤에 있는 배기 프로브가 완전한 재생을 신호화하면 제2 단계가 종료된다.

어느 한 단계에서 또는 양 단계에서 모델화는 상당한 컴퓨터 계산 수고를 필요로하며 엔진 제어부에 큰 요구를 한다. 더 나아가서, 촉매는 저장 및 변환 상태에서 노후화 진행 때문에 변하게 된다.

몇몇 자동차 적용 분야에서, 특히 NOx-촉매가 있는 디젤 차량의 경우 연료를 촉매 앞 배기 트레인에 분사함으로써 재생이 달성된다. 이 변형예에서 희박 모드에서 진한 모드로의 전이 및 재생 단계 전체가 특히 위험해지며, 이는 흐름 비율의 변경이 저장 촉매 앞 배기에서 환원제의 균일한 분배를 위한 적절한 할당을 어렵게하기 때문이다. 배기의 흐름 비율이 변하는 상태에서 전이 단계는 모델화될 수 없다.

본 발명은 희박한 연료/공기-혼합기로 운전되는 내연기관에서 NOx-저장 촉매의 동작에 관한 것이다. 그러한 내연기관의 예는 희박하게 동작하는 오토엔진이나 디젤엔진이다.

도1은 본 발명의 효과를 도시하는 블럭선도이다.

도2는 여러 신호 곡선을 도시하는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시를 위한 변형예를 도시하는 도면이다.

도4는 본 발명의 실시를 위한 흐름도이다.

본 발명은 양 단계 사이의 교대를 제어하는 문제에 관한 것이다.

상기 문제는 청구항의 특징들의 결합을 통해 해결된다.

본 발명의 장점은 재생 단계의 훨씬 더 균등한 조건들에 있다.

또 다른 장점으로서 분명히 감소된 계산 수고는 부하 제어와 촉매 재생 시에 나타난다.

또 다른 장점으로서 예를 들어 노후화 때문에 야기되는 촉매 상태에 제어 스트래티지를 본 방법에 따라 부합하게 하며 배기 처리 시스템을 점검하기 위한 간단한 방법이 얻어진다.

하기에서 본 발명의 실시예가 상술되며, DE 197 298 48은 주변 기술을 공개하기 위해 포함되어 있다.

도1에는 NOx-저장소-촉매(2), 배기 프로브(3, 4), 제어 장치(5), 연료 미터링 수단(6), 및 부하(L) 및 회전수(n) 및 선택적으로는 온도, 스로틀밸브 위치 등과 같이 엔진의 또 다른 동작 변수를 위한 여러 센서(7, 8, 9)를 구비한 엔진(1)이 도시되어 있다.

위에서 언급하였던 그리고 선택적으로는 또 다른 입력 신호로부터 상기 제어 장치는 특히 연료 미터링 신호를 형성하여, 이 연료 미터링 신호로 상기 연료 미터링 수단(6)이 제어된다. 상기 연료 미터링 수단(6)은 소위 매니폴드 분사를 위해서도 설계될 수 있으며 또한 개별 실린더의 연소실(1a)로의 가솔린 직접 분사를 위해서도 설계될 수 있다. 혼합기 성분은 분사 펄스 폭의 변화로 변경되고, 이 분사 펄스 폭으로 연료 미터링 수단이 제어된다. 본 발명에 따른 방법의 핵심은 먼저상기 제어 장치(5) 및 촉매 뒤에 배열된 배기 프로브(4)에 관한 것이다.

도2에는 촉매 앞 혼합기 성분(선 2a)과 후방 배기 프로브(4)의 신호(US)(선 2b)와 촉매 뒤 NOx-농도(선 2c)의 변화가 도시되어 있다. 상기 후방 프로브는 예를 들어 산소 센서, 탄화수소 센서(HC-센서), 이산화탄소 센서(CO-센서)로서 구현될 수 있다. 산소가 부족할 경우 높은 신호 레벨을 제공하며 산소가 과잉일 경우에는 낮은 신호 레벨을 제공하는 산소 센서의 신호가 도시되어 있다.

t=0 내지 t=60의 제1 단계(Ph1)에서 엔진은 1이상의 람다로, 즉 과잉 공기로 동작하고 있다. 후방 프로브(선 2b)의 낮은 신호 레벨이 의미하는 바는 촉매 뒤에서도 공기 또는 산소가 과잉 상태라는 것이다. 시점 t=60에서 1이상 람다의 혼합기 성분은 1이하 람다로 제어되는, 즉 산소 부족 상태로 제어된다. 그 직후, 대략 시점 t=62에서 후방 센서(4)는 낮은 레벨로부터 높은 레벨로 신호가 상승하는 산소 부족에 반응하고 있다.

도2에서 파악할 수 있는 것처럼, 시점 t=62는 예를 들어 후방 프로브의 신호의 임계값 초과를 통해 정해진다.

도시된 것처럼 혼합기 성분이 변함으로써, 엔진은 탄화수소와 일산화탄소를 환원제로서 방출하게 된다. 환원 작용의 배기 성분의 방출 대신에 환원제는 저장 탱크(11)로부터 제어 장치(5)에 의해 제어되는 밸브(12)를 거쳐 촉매 앞 배기에 제공될 수도 있다. 그런 경우 엔진은 일반적으로 희박한 혼합기로 동작할 수 있다.

도1의 구조의 변형예가 도3에 도시되어 있다.

본 발명에 따른 방법에서 재생 단계는 컴퓨터에 의해 모델화되지 않으므로가변적이다. 그 대신에 재생을 위해 연료의 미리 정해진 일정하게 유지되는 양이 촉매 앞 배기 트레인에 제공된다. 저장 단계는 그 동안에 재생 단계에 맞춰진다. 부정합(mismatching)은 촉매 뒤에 배열된 배기 프로브를 통해 확인되고 저장 단계의 길이의 영향을 통해 감소된다. 게다가, 상기 저장 단계는 배기 프로브가 재생 단계의 종료될 때 배기 성분의 농도 변화를 충분히 신호화하지 않으면 단축된다. 그에 반해 그런 변화가 너무 이르게 나타나면, 저장 단계가 연장된다.

재생 단계의 훨씬 균등한 조건의 장점은 일정한 원하는 람다값을 갖는 진한 배기를 재생하기 위해 분사되는 연료의 매스 스트림만이 배기 가스 매스 스트림에 부합됨으로써 나타난다.

연산 수고의 분명한 감소의 장점은 NOx-저장소의 완전한 재생에 필요한 총 연료 매스의 모델화가 없어도 나타난다.

배기 처리 시스템을 점검하기 위한 가능한 방법의 또 다른 장점은 다음과 같다. 본 발명에 따른 방법의 실시 시에 조정되는 저장 시간이 설정된 값으로부터 너무 벗어나면 오기능이 발생한다.

예를 들어 노후화 때문에 야기되는 촉매 상태에 제어 장치를 본 방법에 따라 부합시키는 또 다른 장점은 다음과 같다. 저장 단계에서 NOx-저장소에 저장되는 양이 노후화 때문에 감소하는 저장력을 초과하면, 이는 그 다음 재생 단계에서 배기 프로브의 반응을 통해 알게되고 제어 스트래티지의 경우에서 고려된다.

본 발명에 따른 방법의 실시예가 도4에 도시되어 있다.

제1 단계는 혼합기가 희박한 엔진 동작을 나타낸다. 상기 동작 단계에서 엔진에 의해 방출되는 NOx는 저장 촉매에 의해 제거된다.

상기 저장 촉매의 충전의 정도는 제2 단계에서 엔진의 동작 변수로부터 예를 들어 DE 197 398 48에 공지되어 있는 것처럼 계산된다.

충전도가 임계값 SW-NOx에 도달하면, 제어 장치는 저장 촉매의 재생을 개시한다. 이는 제3 및 제4 단계에 도시되어 있다.

이는 미리 정해진 양의 환원제로 발생한다는 것이 본 발명에 중요하다. 미리 정해진 양의 환원제는 도3의 실시예에서 탱크(11)로부터 제어 가능한 밸브(12)를 거쳐 저장 촉매 앞 배기 가스로 할당될 수 있다. 도2의 실시예에서 배기에서 미리 정해진 양의 환원제는 진한 엔진 동작을 통해 만들어진다. 예를 들면 혼합기가 희박한 정상 엔진 동작을 위해 정해진 연료 미터링 신호 모두는 연료 미터링 신호의 확대의 합이 재생을 위해 미리 정해진 원하는 연료 매스에 일치할 때까지 미리 정해진 방식으로 확대될 수 있다.

연료 또는 환원제가 할당되면, 다시 희박 동작이 이루어진다. 재생 단계의 종료 즈음에 재생에 대해 후방 프로브(4)의 반응이 평가된다. 후방 프로브가 산소 센서이면, 그의 신호(US)는 임계값과 비교될 수 있다(제5 단계).

신호가 임계값에 도달하지 않으면, 이는 재생 종료 시에 촉매 뒤에서 산소 부족이 발생하지 않음을 의미한다. 환원제 양은 NOx-저장소 촉매의 완전한 재생에 충분하지 않다. 그 결과로서, 종래 기술과 달리 환원제 양이 증대되지 않고 오히려 저장 단계가 단축된다. 도시된 예는 제6 단계에서 임계값 SW-NOx의 감소를 통한 단축을 달성하고 있다. 그에 반해 후방 프로브의 반응이 너무 강하면, 이는 예를 들어 제5 단계에서 임계값의 초과를 통해 확인될 수 있으며, 제7 단계에서 임계값 SW-NOx의 확대를 통한 저장 단계의 연장이 이루어진다.

Claims (1)

1. 내연기관의 배기 중 NOx-저장소를 재생하기 위해 배기 중 산소가 과잉이면 배기 중 NOx가 제거되며 배기 중 산소가 부족하면 질소를 제공하여 NOx가 재생되며, 배기 중 산소 과잉의 제1 단계와 산소 부족의 제2 단계 사이에서 교대로 제어되는 방법에 있어서,

   배기 중 산소 부족은 저장 촉매의 재생을 위해 NOx-저장소 앞 배기 중 일정하게 유지되는 고정의 과잉 연료를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.