KR20020024595A - 내연 기관의 배기 가스 정화장치 - Google Patents

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도시아키 다나카
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고이치로 나카타니
고이치 기무라
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사이토 아키히코
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Abstract

내연 기관의 배기 통로 내에 미립자 필터(22)가 배치되고, 미립자 필터(22) 하류의 배기 통로 내에 배기 스로틀 밸브(45)가 배치된다. 배기 스로틀 밸브(45)는 주기적으로 일단 완전 폐쇄로 한 후 완전 개방된다. 이 때 배기 가스의 속도는 펄스형으로 순간적으로만 증대하고, 그에 의해서 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리가 이탈하여 배출된다.

Description

내연 기관의 배기 가스 정화장치{Exhaust gas cleaning device for internal combustion engines}
종래부터 디젤 기관에서는, 배기 가스 중에 포함되는 미립자를 제거하기 위해서 기관 배기 통로 내에 미립자 필터(particulate filter)를 배치하여 이 미립자 필터에 의해 배기 가스 중의 미립자를 일단 포집하고, 미립자 필터 상에 포집된 미립자를 착화 연소함으로써 미립자 필터를 재생하도록 하고 있다. 그런데 미립자 필터 상에 포집된 미립자는 600℃ 정도 이상의 고온이 되지 않으면 착화되지 않고, 이것에 대하여 디젤 기관의 배기 가스 온도는 통상 600℃보다도 상당히 낮다. 따라서 배기 가스 열로 미립자 필터 상에 포집된 미립자를 착화 시키는 것은 곤란하며, 배기 가스 열로 미립자 필터 상에 포집된 미립자를 착화시키기 위해서는 미립자의 착화 온도를 낮게 하지 않으면 안 된다.
그런데 종래부터 미립자 필터 상에 촉매를 보유시키면 미립자의 착화 온도를 저하할 수 있는 것이 알려져 있고, 따라서 종래부터 미립자의 착화 온도를 저하시키기 위해서 촉매를 보유한 여러 가지의 미립자 필터가 공지되어 있다.
예를 들면 일본 특허공고 평 7-106290호 공보에는 미립자 필터 상에 백금족금속 및 알칼리토류 금속 산화물의 혼합물을 보유시킨 미립자 필터가 개시되어 있다. 이 미립자 필터에서는 거의 350℃에서 400℃의 비교적 저온으로 미립자가 착화되고, 이어서 연속적으로 연소된다.
디젤 기관에서는 부하가 높아지면 배기 가스 온도가 350℃에서 400℃에 달하고, 따라서 상술한 미립자 필터에서는 처음 보아서 기관 부하가 높아졌을 때 배기 가스 열에 의해서 미립자를 착화 연소할 수 있는 것처럼 보인다. 그러나 실제로는 배기 가스 온도가 350℃에서 400℃에 달하더라도 미립자가 착화되지 않는 경우가 있고, 또한 가령 미립자가 착화되었다고 해도 일부의 미립자밖에 연소하지 않고, 다량의 미립자가 연소하다 남는다는 문제가 생긴다.
즉, 배기 가스 중에 포함되는 미립자량이 적을 때에는 미립자 필터 상에 부착되는 미립자량이 적고, 이 때는 배기 가스 온도가 350℃에서 400℃가 되면 미립자 필터 상의 미립자는 착화되고, 이어서 연속적으로 연소된다.
그러나 배기 가스 중에 포함되는 미립자량이 많아지면 미립자 필터 상에 부착된 미립자가 완전히 연소하기 전에 이 미립자의 위에 다른 미립자가 퇴적되고, 그 결과 미립자 필터 상에 미립자가 적층형으로 퇴적된다. 이와 같이 미립자 필터 상에 미립자가 적층형으로 퇴적되면 산소와 접촉하기 쉬운 일부의 미립자는 연소되지만 산소와 접촉하기 어려운 나머지 미립자는 연소하지 않고, 이와 같이 하여 다량의 미립자가 연소하다 남게 된다. 따라서 배기 가스 중에 포함되는 미립자량이 많아지면 미립자 필터 상의 다량의 미립자가 계속 퇴적되게 된다.
한편, 미립자 필터 상에 다량의 미립자가 퇴적되면 이 퇴적된 미립자가 점차로 착화 연소되기 어려워진다. 이와 같이 연소되기 어려워지는 것은 아마도 퇴적되어 있는 동안에 미립자 중의 탄소가 연소되기 어려운 흑연 등으로 변화하기 때문이라고 생각된다. 사실, 미립자 필터 상에 다량의 미립자가 계속 퇴적되면 350℃에서 400℃의 저온에서는 퇴적된 미립자가 착화되지 않고, 퇴적 미립자를 착화하기 위해서는 600℃ 이상의 고온이 필요하게 된다. 그러나 디젤 기관에서는 통상, 배기 가스 온도가 600℃ 이상의 고온이 되는 일이 없고, 따라서 미립자 필터 상에 다량의 미립자가 계속 퇴적되면 배기 가스 열에 의해서 퇴적된 미립자를 착화하는 것이 곤란해진다.
한편, 이 때 배기 가스 온도를 600℃ 이상의 고온으로 할 수 있다고 하면 퇴적된 미립자는 착화되지만 이 경우에는 다른 문제가 생긴다. 즉, 이 경우, 퇴적된 미립자는 착화되면 휘염을 발하여 연소하고, 이 때 미립자 필터의 온도는 퇴적된 미립자의 연소가 완료할 때까지 장시간에 걸쳐 800℃ 이상으로 유지된다. 그러나 이와 같이 미립자 필터가 장시간에 걸쳐 800℃ 이상의 고온에 쏘이면 미립자 필터가 빠른 시기에 열화하고, 이렇게 하여 미립자 필터를 신품으로 조기에 교환하지 않으면 안 된다는 문제가 생긴다.
이와 같이 일단 다량의 미립자가 미립자 필터 상에 적층형으로 퇴적되면 문제가 생기고, 따라서 미립자 필터 상에 다량의 미립자가 퇴적되는 것을 회피할 필요가 있다. 그러나 이와 같이 미립자 필터 상에 다량의 미립자가 퇴적되는 것을 회피하였다고 해도 연소하다 남은 미립자가 모여 큰 덩어리가 되고, 이 덩어리에 의해서 미립자 필터의 미세 구멍이 막힌다는 문제가 생긴다. 이와 같이 미립자 필터의 미세 구멍이 막히면 미립자 필터에서의 배기 가스류의 압력 손실이 커지고, 그 결과 기관 출력이 저하된다.
본 발명은 내연 기관의 배기 가스 정화장치에 관한 것이다.
도 1은 내연 기관의 전체도,
도 2a 및 2b는 기관의 요구 토크를 도시하는 도면.
도 3a 및 3b는 미립자 필터를 도시하는 도면.
도 4a 및 4b는 미립자의 산화 작용을 설명하기 위한 도면.
도 5a, 5b, 및 5c는 미립자의 퇴적 작용을 설명하기 위한 도면.
도 6은 산화에 의해 제거 가능한 미립자량과 미립자 필터의 온도의 관계를 도시하는 도면.
도 7a 및 7b는 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 8은 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 9는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 10은 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 11은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 12는 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 13은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 14a 및 14b는 배출 미립자량 등을 도시하는 도면.
도 15는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 16은 제어 타이밍을 도시하는 도면.
도 17은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도.
도 18a 및 18b는 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 등을 도시하는 도면.
도 19는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 20은 스모크의 발생량을 도시하는 도면.
도 21은 제 1 운전 영역과 제 2 운전 영역을 도시하는 도면.
도 22은 공연비를 도시하는 도면.
도 23은 스로틀 밸브의 개방도 변화 등을 도시하는 도면.
도 24은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 25는 내연 기관의 다른 실시예를 도시하는 전체도,
도 26은 내연 기관의 또 다른 실시예를 도시하는 전체도,
도 27a 및 27b는 미립자 처리장치를 도시하는 도면.
도 28은 미립자 처리장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 29는 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 30은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 31은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 32는 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 33은 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 34는 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 35는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도,
도 36은 미립자 처리장치의 또한 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 37은 배기 스로틀 밸브 등의 개방도 변화를 도시하는 타임 차트.
도 38은 클로깅을 방지하기 위한 제어를 행하기 위한 흐름도.
본 발명의 목적은 미립자 필터의 클로깅(clogging)을 발생시키는 미립자의 덩어리를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 배출시킬 수 있는 내연 기관의 배기 가스 정화장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 기관 배기 통로 내에 연소실로부터 배출되는 배기 가스 중의 미립자를 산화 제거하기 위한 미립자 필터를 배치하고, 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 미립자 필터의 외부로 배출시킬 때에는 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 유속 순간 증대 수단을 구비한 내연 기관의 배기 가스 정화장치가 제공된다.
도 1은 본 발명을 압축 착화식 내연 기관에 적용한 경우를 도시하고 있다. 또, 본 발명은 불꽃 점화식 내연 기관에도 적용할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 부호 1은 기관 본체, 부호 2는 실린더 블록, 부호 3은 실린더 헤드, 부호 4는 피스톤, 부호 5는 연소실, 부호 6은 전기 제어식 연료 분사 밸브, 부호 7은 흡기 밸브, 부호 8은 흡기 포트, 부호 9는 배기 밸브, 부호 10은 배기 포트를 각각 도시한다. 흡기 포트(8)는 대응하는 흡기관(11)을 통해서 서지 탱크(12; serge tank)에 연결되고, 서지 탱크(12)는 흡기 덕트(13)를 통해서 배기터보차지(14)의 컴프레서(15; compressor)에 연결된다. 흡기 덕트(13) 내에는 스텝 모터(16)에 의해 구동되는 스로틀 밸브(17)가 배치되고, 또한 흡기 덕트(13) 주위에는 흡기 덕트(13) 내를 흐르는 흡입 공기를 냉각하기 위한 냉각장치(18)가 배치된다. 도 1에 도시되는 실시예에서는 기관 냉각수가 냉각장치(18) 내로 유도되어, 기관 냉각수에 의해서 흡입 공기가 냉각된다. 한편, 배기 포트(10)는 배기 매니폴드(19) 및 배기관(20)을 통해서 배기 터보차지(14)의 배기 터빈(21)에 연결되고, 배기 터빈(21)의 출구는 미립자 필터(22)를 내장한 필터 케이싱(23)에 연결된다.
배기 매니폴드(19)와 서지 탱크(12)는 배기 가스 재순환(이하, EGR이라고 한다) 통로(24)를 통해서 서로 연결되고, EGR 통로(24) 내에는 전기 제어식 EGR 제어 밸브(25)가 배치된다. 또한, EGR 통로(24) 주위에는 EGR 통로(24) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하기 위한 냉각장치(26)가 배치된다. 도 1에 도시되는 실시예에서는 기관 냉각수가 냉각장치(26) 내로 인도되어, 기관 냉각수에 의해서 EGR 가스가 냉각된다. 한편, 각 연료 분사 밸브(6)는 연료 공급관(6a)을 통해서 연료 저장용기(reservoir), 소위 코먼 레일(common rail:27)에 연결된다. 이 코먼 레일(27) 내에는 전기 제어식의 토출량 가변인 연료 펌프(28)로부터 연료가 공급되고, 코먼 레일(27) 내에 공급된 연료는 각 연료 공급관(6a)을 통해서 연료 분사 밸브(6)에 공급된다. 코먼 레일(27)에는 코먼 레일(27) 내의 연소압을 검출하기 위한 연료압 센서(29)가 설치되고, 연료압 센서(29)의 출력 신호에 근거하여 코먼 레일(27) 내의 연료압이 목표 연료압이 되도록 연료 펌프(28)의 토출량이 제어된다.
전자 제어 유닛(30)은 디지털 컴퓨터로 이루어지고, 쌍방향성 버스(31)에 의해서 서로 접속된 ROM(32; 리드 온리 메모리), RAM(33; 랜덤 액세스 메모리), CPU(34; 마이크로 프로세서), 입력포트(35) 및 출력포트(36)를 구비한다. 연료압 센서(29)의 출력 신호는 대응하는 AD 변환기(37)를 통해서 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 미립자 필터(22)에는 미립자 필터(22)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(39)가 설치되고, 이 온도 센서(39)의 출력 신호는 대응하는 AD 변환기(37)를 통해서 입력포트(35)에 입력된다. 액셀 페달(40)에는 액셀 페달(40)의 밟는 양 L에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(41)가 접속되고, 부하 센서(41)의 출력 전압에 대응하는 AD 변환기(37)를 통해서 입력포트(35)에 입력된다. 또한 입력포트(35)에는 크랭크 샤프트가 예를 들면 30° 회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(42)가 접속된다.
한편, 필터 케이싱(23)의 출구에 접속된 배기관(43) 내에는 액추에이터(44)에 의해서 구동되는 배기 스로틀 밸브(45)가 배치된다. 출력포트(36)는 대응하는 구동 회전(38)을 통해서 연료 분사 밸브(6), 스로틀 밸브 구동용 스텝 모터(16), EGR 제어 밸브(25), 연료 펌프(28) 및 액추에이터(44)에 접속된다.
도 2a는 요구 토크 TQ와 액셀 페달(40)의 밟는 양 L과 기관 회전수 N의 관계를 도시하고 있다. 또, 도 2a에서 각 곡선은 등토크 곡선을 나타내고 있으며, TQ=0으로 나타내는 곡선은 토크가 영인 것을 도시하고 있고, 나머지 곡선은 TQ=a, TQ=b, TQ=c, TQ=d의 순서로 점차로 요구 토크가 높아진다. 도 2a에 도시되는 요구 토크 TQ는 도 2b에 도시되는 바와 같이 액셀 페달(40)의 밟는 양 L과 기관 회전수N의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM(32) 내에 기억되어 있다. 본 발명에 의한 실시예에서는 도 2b에 도시하는 맵으로부터 액셀 페달(40)의 밟는 양 L 및 기관 회전수 N에 따른 요구 토크 TQ가 우선 처음에 산출되고, 이 요구 토크 TQ에 근거하여 연료 분사량 등이 산출된다.
도 3a 및 3b는 도 1에 도시되는 미립자 필터(22)의 구조를 도시한다. 또, 도 3a는 미립자 필터(22)의 정면도를 도시하고 있으며, 도 3b는 미립자 필터(22)의 측면 단면도를 도시하고 있다. 도 3a 및 3b에 도시되는 바와 같이 미립자 필터(22)는 벌집형 구조를 하고 있고, 서로 평행을 이루어 연장되는 복수 개의 배기 유통로(50, 51)를 구비한다. 이 배기 유통로는 하류단이 마개(52)에 의해 폐색된 배기 가스 유입 통로(50)와 상류단이 마개(53)에 의해 폐색된 배기 가스 유출 통로(51)로 구성된다. 또, 도 3a에서 빗금 친 부분은 마개(53)를 도시하고 있다. 따라서 배기 가스 유입 통로(50) 및 배기 가스 유출 통로(51)는 두께가 얇은 격벽(54)을 통해서 교대로 배치된다. 다시 말하면 배기 가스 유입 통로(50) 및 배기 가스 유출 통로(51)는 각 배기 가스 유입 통로(50)가 4개의 배기 가스 유출 통로(5)에 의해서 포위되고, 각 배기 가스 유출 통로(51)가 4개의 배기 가스 유입 통로(50)에 의해서 포위되도록 배치된다.
미립자 필터(22)는 예를 들면 코디어라이트(cordierite)와 같은 다공질 재료로 형성되어 있고, 따라서 배기 가스 유입 통로(50) 내에 유입된 배기 가스는 도 3b에서 화살표로 도시되는 바와 같이 주위의 격벽(54) 내를 통과하여 인접하는 배기 가스 유출 통로(51) 내로 유출된다.
본 발명에 의한 실시예에서는 각 배기 가스 유입 통로(50) 및 각 배기 가스 유출 통로(51)의 주위 벽면, 즉 각 격벽(54)의 양측 표면상 및 격벽(54) 내의 미세 구멍 내벽면상에는 예를 들면 알루미나로 이루어지는 캐리어(carrier)의 층이 형성되어 있고, 이 캐리어상에 귀금속 촉매, 및 주위에 과잉 산소가 존재하면 산소를 받아들여 산소를 보유하고 또한 주위의 산소 농도가 저하되면 보유한 산소를 활성 산소의 형태로 방출하는 활성 산소 방출제가 보유되어 있다.
이 경우, 본 발명에 의한 실시예에서는 귀금속 촉매로서 백금(Pt)이 사용되고 있고, 활성 산소 방출제로서 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs), 루비듐(Rb)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스토론튬(Sr)과 같은 알칼리토류 금속, 란탄(La), 이트륨(Y), 세륨(Ce)과 같은 희토류, 및 주석(Sn), 철(Fe)과 같은 천이 금속으로부터 선택된 적어도 하나가 사용되고 있다.
또, 이 경우 활성 산소 방출제로서는 칼슘(Ca)보다도 이온화 경향이 높은 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속, 즉 칼륨(K), 리튬(Li), 세슘(Cs), 루비듐(Rb), 바륨(Ba), 스토론튬(Sr)을 사용하거나 또는 세륨(Ce)을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로 미립자 필터(22)에 의한 배기 가스 중의 미립자 제거 작용에 대해서 캐리어상에 백금(Pt) 및 칼륨(K)을 보유시킨 경우를 예로 들어 설명하지만 다른 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 희토류, 천이 금속을 사용하여도 같은 미립자 제거 작용을 행할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같은 압축 착화식 내연 기관에서는 공기 과잉하에서 연소가 행하여지고, 따라서 배기 가스는 다량의 과잉 공기를 포함하고 있다. 즉,흡기 통로, 연소실(5) 및 배기 통로 내에 공급된 공기와 연료의 비를 배기 가스의 공연비라고 하면 도 1에 도시되는 바와 같은 압축 착화식 내연 기관에서는 배기 가스의 공연비는 희박(lean)이 되어 있다. 또한, 연소실(5) 내에서는 NO가 발생하기 때문에 배기 가스 중에는 NO가 포함되어 있다. 또한, 연료 중에는 유황(S)이 포함되어 있고, 이 유황(S)은 연소실(5) 내에서 산소와 반응하여 SO2이 된다. 따라서 배기 가스 중에는 SO2이 포함되어 있다. 따라서 과잉 산소, NO 및 SO2을 포함한 배기 가스가 미립자 필터(22)의 배기 가스 유입 통로(50) 내에 유입되게 된다.
도 4a 및 4b는 배기 가스 유입 통로(50)의 내주면 및 격벽(54) 내의 미세 구멍 내벽면상에 형성된 캐리어층의 표면의 확대도를 모식적으로 도시하고 있다. 또, 도 4a 및 4b에서 부호 60은 백금(Pt)의 입자를 도시하고 있고, 부호 61은 칼륨(K)을 포함하고 있는 활성 산소 방출제를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이 배기 가스 중에는 다량의 과잉 산소가 포함되어 있기 때문에 배기 가스가 미립자 필터(22)의 배기 가스 유입 통로(50) 내에 유입되면 도 4a에 도시되는 바와 같이 이 산소(O2)가 O2 -또는 O2-의 형태로 백금(Pt)의 표면에 부착된다. 한편, 배기 가스 중의 NO는 백금(Pt)의 표면상에서 O2 ­또는 O2-와 반응하여, NO2가 된다(2NO+O2→2NO2). 이어서 생성된 NO2의 일부는 백금(Pt) 상에서 산화되면서 활성 산소 방출제(61) 내에 흡수되고, 칼륨(K)과 결합하면서 도 4a에 도시되는 바와 같이 질산이온(NO3 -)의 형태로 활성 산소 방출제(61) 내에 확산되고, 일부의 질산이온(NO3 -)은 질산칼륨(KNO3 -)을 생성한다.
한편, 상술한 바와 같이 배기 가스 중에는 SO2도 포함되어 있고, 이 SO2도 NO와 같은 메커니즘에 의해서 활성 산소 방출제(61) 내에 흡수된다. 즉, 상술한 바와 같이 산소(O2)가 O2 ­또는 O2-의 형태로 백금(Pt)의 표면에 부착되어 있고, 배기 가스 중의 SO2은 백금(Pt)의 표면에서 O2 -또는 O2-와 반응하여 SO3이 된다. 이어서 생성된 SO3의 일부는 백금(Pt) 상에서 더욱 산화되면서 활성 산소 방출제(61) 내에 흡수되고, 칼륨(K)과 결합하면서 황산이온(SO4 2-)의 형태로 활성 산소 방출제(61) 내에 확산되고, 황산칼륨(K2SO4)을 생성한다. 이렇게 하여 활성 산소 방출 촉매(61) 내에는 질산칼륨(KNO3) 및 황산칼륨(K2SO4)이 생성된다.
한편, 연소실(5) 내에서는 주로 카본(C)으로 이루어지는 미립자가 생성되고, 따라서 배기 가스 중에는 이 미립자가 포함되어 있다. 배기 가스 중에 포함되어 있는 이 미립자는 배기 가스가 미립자 필터(22)의 배기 가스 유입 통로(50) 내를 흐르고 있을 때, 또는 배기 가스 유입 통로(50)로부터 배기 가스 유출 통로(5)로 향할 때 도 4b에서 부호 62로 도시되는 바와 같이 캐리어층의 표면, 예를 들면 활성 산소 방출제(61)의 표면상에 접촉하여 부착된다.
이와 같이 미립자(62)가 활성 산소 방출제(61)의 표면상에 부착되면 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면에서는 산소 농도가 저하된다. 산소 농도가 저하되면 산소 농도가 높은 활성 산소 방출제(61) 내와의 사이에서 농도 차가 생기고, 이렇게 하여 활성 산소 방출제(61) 내의 산소가 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면을 향하여 이동하려고 한다. 그 결과, 활성 산소 방출제(61) 내에 형성되어 있는 질산칼륨(KNO3)이 칼륨(K)과 산소(Ｏ)와 NO로 분해되고, 산소(Ｏ)가 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면을 향하고, NO가 활성 산소 방출제(61)로부터 외부로 방출된다. 외부로 방출된 NO는 하류측의 백금(Pt) 상에서 산화되고, 다시 활성 산소 방출제(61) 내에 흡수된다.
한편, 이 때 활성 산소 방출제(61) 내에 형성되어 있는 황산칼륨(K2SO4)도 칼륨(K)과 산소(Ｏ)와 SO2으로 분해되고, 산소(Ｏ)가 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면을 향하고, SO2이 활성 산소 방출제(61)로부터 외부로 방출된다. 외부로 방출된 SO2은 하류측의 백금(Pt) 상에서 산화되고, 다시 활성 산소 방출제(61) 내에 흡수된다.
한편, 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면을 향하는 산소(Ｏ)는 질산칼륨(KNO3)이나 황산칼륨(K2SO4)과 같은 화합물로부터 분해된 산소이다. 화합물로부터 분해된 산소(Ｏ)는 높은 에너지를 갖고 있고, 지극히 높은 활성을 갖는다. 따라서 미립자(62)와 활성 산소 방출제(61)의 접촉면을 향하는 산소는 활성 산소(Ｏ)로 되어 있다. 이 활성 산소(Ｏ)가 미립자(62)에 접촉하면 미립자(62)의 산화 작용이 촉진되고, 미립자(62)는 수분에서 수십분의 단시간 내에 휘염을 발하지 않고 산화된다. 이와 같이 미립자(62)가 산화되고 있는 동안에 다른 미립자가 차례 차례로 미립자 필터(22)에 부착된다. 따라서 실제로는 미립자 필터(22)상에는 어느 정도의 양의 미립자가 항상 퇴적되어 있고, 이 퇴적되어 있는 미립자 중의 일부의 미립자가 산화 제거되게 된다. 이렇게 하여 미립자 필터(22)상에 부착된 미립자(62)가 휘염을 발하지 않고 연속으로 연소된다.
또, NOx는 산소 원자의 결합 및 분리를 반복하면서 활성 산소 방출제(61) 내에 있어서 질산이온(NO3 -)의 형태로 확산되는 것으로 생각되고, 이 동안에도 활성 산소가 발생한다. 미립자(62)는 이 활성 산소에 의해서도 산화된다. 또한, 이와 같이 미립자 필터(22)상에 부착된 미립자(62)는 활성 산소(Ｏ)에 의해서 산화되지만 이 미립자(62)는 배기 가스 중의 산소에 의해서도 산화된다.
미립자 필터(22)상에 적층형으로 퇴적된 미립자가 연소될 때에는 미립자 필터(22)가 적열(赤熱)하고, 화염을 수반하여 연소한다. 이러한 화염을 수반하는 연소는 고온이 아니면 지속되지 않고, 따라서 이와 같은 화염을 수반하는 연소를 지속시키기 위해서는 미립자 필터(22)의 온도를 고온으로 유지하지 않으면 안 된다.
이것에 대하여 본 발명에서는 미립자(62)는 상술한 바와 같이 휘염을 발하지 않고 산화되고, 이 때 미립자 필터(22)의 표면이 적열하지 않는다. 즉, 다시 말하면 본 발명에서는 상당히 낮은 온도로 미립자(62)가 산화 제거되고 있다. 따라서본 발명에 의한 휘염을 발하지 않는 미립자(62)의 산화에 의한 미립자 제거 작용은 화염을 수반하는 연소에 의한 미립자 제거 작용과 완전히 다르다.
그런데 백금(Pt) 및 활성 산소 방출제(61)는 미립자 필터(22)의 온도가 높아질수록 활성화되기 때문에 단위 시간당 활성 산소 방출제(61)가 방출할 수 있는 활성 산소(Ｏ)의 양은 미립자 필터(22)의 온도가 높아질수록 증대한다. 또한 당연한 일이지만 미립자는 미립자 자체의 온도가 높을수록 산화 제거되기 쉬워진다. 따라서 미립자 필터(22)상에서 단위 시간당 휘염을 발하지 않고 산화에 의해 제거 가능한 미립자량은 미립자 필터(22)의 온도가 높아질수록 증대한다.
도 6의 실선은 단위 시간당 휘염을 발하지 않고 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G을 도시하고 있으며, 도 6의 가로 축은 미립자 필터(22)의 온도(TF)를 도시하고 있다. 또, 도 6은 단위 시간을 1초로 한 경우의, 즉 1초당 산화 제거 가능 미립자량 G을 도시하고 있지만 이 단위 시간으로서는 1분, 10분 등 임의의 시간을 채용할 수 있다. 예를 들면 단위 시간으로서 10분을 사용한 경우에는 단위 시간당 산화 제거 가능 미립자량 G은 10분당 산화 제거 가능 미립자량 G을 나타내게 되고, 이 경우에도 미립자 필터(22)상에서 단위 시간당 휘염을 발하지 않고 산화에 의해 제거 가능한 미립자량 G은 도 6에 도시되는 바와 같이 미립자 필터(22)의 온도가 높아질수록 증대한다.
그런데, 단위 시간당 연소실(5)로부터 배출되는 미립자의 양을 배출 미립자량 M이라고 하면 이 배출 미립자량 M이 같은 단위 시간당 산화 제거 가능 미립자(G)보다도 적을 때, 예를 들면 1초당 배출 미립자량 M이 1초당 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적을 때, 또는 10분당 배출 미립자량 M이 10분당 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적을 때, 즉 도 6의 영역(I)에서는 연소실(5)로부터 배출된 모든 미립자가 미립자 필터(22)상에서 휘염을 발하지 않고 차례로 단시간 내에 산화 제거된다.
이것에 대하여, 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 많을 때, 즉 도 6의 영역(Ⅱ)에서는 모든 미립자를 차례로 산화하기 위해서는 활성 산소량이 부족하다. 도 5a 내지 5c는 이러한 경우의 미립자의 산화의 모양을 도시하고 있다.
즉, 모든 미립자를 차례로 산화하기 위해서는 활성 산소량이 부족한 경우에는 도 5a에 도시하는 바와 같이 미립자(62)가 활성 산소 방출제(61)상에 부착되면 미립자(62)의 일부만이 산화되고, 충분히 산화되지 않은 미립자 부분이 캐리어층상에 잔류한다. 이어서 활성 산소량이 부족한 상태가 계속되면 차례 차례로 산화되지 않은 미립자 부분이 캐리어상에 잔류하고, 그 결과 도 5b에 도시되는 바와 같이 캐리어층의 표면이 잔류 미립자 부분(63)에 의해서 덮이게 된다.
캐리어층의 표면을 덮는 이 잔류 미립자 부분(63)은 점차로 산화되기 어려운 카본질로 변질되고, 이렇게 하여 이 잔류 입자 부분(63)은 그대로 잔류하기 쉬워진다. 또한, 캐리어층의 표면이 잔류 미립자 부분(63)에 의해서 덮이면 백금(Pt)에 의한 N0, SO2의 산화 작용 및 활성 산소 방출제(61)로부터의 활성 산소의 방출 작용이 억제된다. 그 결과, 도 5c에 도시되는 바와 같이 잔류 미립자 부분(63)의 위에 다른 미립자(64)가 차례 차례로 퇴적된다. 즉, 미립자가 적층형으로 퇴적되게 된다. 이와 같이 미립자가 적층형으로 퇴적되면 이 미립자는 백금(Pt)이나 활성 산소 방출제(61)로부터 거리를 두고 있기 때문에 가령 산화되기 쉬운 미립자라도 이미 활성 산소(Ｏ)에 의해서 산화되지 않고, 따라서 이 미립자(64)상에 또한 다른 미립자가 차례 차례로 퇴적된다. 즉, 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 많은 상태가 계속되면 미립자 필터(22)상에는 미립자가 적층형으로 퇴적되고, 이렇게 하여 배기 가스 온도를 고온으로 하거나 또는 미립자 필터(22)의 온도를 고온으로 하지 않는 한, 퇴적된 미립자를 착화 연소시킬 수 없게 된다.
이와 같이 도 6의 영역(I)에서는 미립자는 미립자 필터(22)상에서 휘염을 발하지 않고 단시간 내에 산화되고, 도 6의 영역(Ⅱ)에서는 미립자가 미립자 필터(22)상에 적층형으로 퇴적된다. 따라서 미립자가 미립자 필터(22)상에 적층형으로 퇴적되지 않도록 하기 위해서는 배출 미립자량 M을 항상 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적게 하여 둘 필요가 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에서 사용되고 있는 미립자 필터(22)에서는 미립자 필터(22)의 온도(TF)가 상당히 낮아도 미립자를 산화시키는 것이 가능하고, 따라서 도 1에 도시하는 압축 착화식 내연 기관에서 배출 미립자량 M 및 미립자 필터(22)의 온도(TF)를 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 통상 적어지도록 유지하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명에 의한 실시예에서는 배출 미립자량 M 및 미립자 필터(22)의 온도(TF)를 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 통상 적어지도록 유지하고 있다.
이와 같이 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 통상 적어지도록 유지하면 미립자 필터(22)상에 미립자가 퇴적형으로 퇴적되지 않게 된다. 그 결과, 미립자 필터(22)에서의 배기 가스류의 압력 손실은 전혀라고 해도 좋을 정도로 변화하지 않고 거의 일정한 최소의 압력 손실값으로 유지된다. 이렇게 하여 기관의 출력 저하를 최소한으로 유지할 수 있다.
또한, 미립자의 산화에 의한 미립자 제거 작용은 상당히 저온으로 행하여진다. 따라서 미립자 필터(22)의 온도는 그다지 상승하지 않고, 이렇게 하여 미립자 필터(22)가 열화할 위험성은 거의 없다.
한편, 미립자 필터(22)상에 미립자가 퇴적되면 애시(ash)가 응집하고, 그 결과 미립자 필터(22)가 막힐 위험성이 있다. 이경우, 이 클로깅은 주로 황산칼슘(CaSO4)에 의해서 발생한다. 즉, 연료나 윤활유는 칼슘(Ca)을 포함하고 있고, 따라서 배기 가스 중에 칼슘(Ca)이 포함되어 있다. 이 칼슘(Ca)은 SO3이 존재하면 황산칼슘(CaSO4)을 생성한다. 이 황산칼슘(CaSO4)은 고체이며 고온으로 되어도 열분해하지 않는다. 따라서 황산칼슘(CaSO4)이 생성되고, 이 황산칼슘(CaSO4)에 의하여 미립자 필터(22)의 미세 구멍이 폐색되면 클로깅이 생기게 된다.
그러나 이 경우, 활성 산소 방출제(61)로서 칼슘(Ca)보다도 이온화 경향이 높은 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속, 예를 들면 칼륨(K)을 사용하면 활성 산소 방출제(61) 내에 확산되는 SO3은 칼륨(K)과 결합하여 황산칼륨(K2SO4)을 형성하고, 칼슘(Ca)은 SO3과 결합하지 않고 미립자 필터(22)의 격벽(54)을 통과하여 배기 가스유출 통로(51) 내로 유출된다. 따라서 미립자 필터(22)의 미세 구멍이 막히지 않게 된다. 따라서 상술한 바와 같이 활성 산소 방출제(61)로서는 칼슘(Ca)보다도 이온화 경향이 높은 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속, 즉 칼륨(K), 리튬(Li), 세슘(Cs), 루비듐(Rb), 바륨(Ba), 스토론튬(Sr)을 사용하는 것이 바람직하게 된다.
그런데, 본 발명에 의한 실시예에서는 기본적으로 모든 운전 상태에서 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적어지도록 유지하는 것을 의도하고 있다. 그러나 실제로는 모든 운전 상태에서 배출 미립자량 M을 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적게 하는 것은 거의 불가능하다. 예를 들면 기관 시동시에는 통상 미립자 필터(22)의 온도는 낮고, 따라서 때로는 통상 배출 미립자량 M 쪽이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 많아진다. 따라서, 본 발명에 의한 실시예에서는 기관 시동 직후와 같은 특별한 경우를 제외하고 배출 미립자량 M을 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적게 할 수 있는 기관의 운전 상태일 때에는 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다도 적어지도록 하고 있다.
그런데 이와 같이 배출 미립자량 M이 산화 제거 가능 미립자량 G보다 적어지도록 하고 있더라도 미립자 필터(22)상에서는 연소하다 남은 미립자가 모여 큰 덩어리가 되고, 이 미립자의 덩어리에 의해서 미립자 필터(22)의 미세 구멍의 클로깅이 발생한다. 이와 같이 미립자 필터(22)의 미세 구멍이 막히면 미립자 필터(22)에서의 배기 가스류의 압력 손실이 커지고, 그 결과 기관 출력이 저하되어 버풍부다. 따라서, 미립자 필터(22)의 미세 구멍이 될 수 있는 한 막히지 않도록 할 필요가 있고, 미립자 필터(22)의 미세 구멍이 막힌 경우에는 클로깅을 발생시키는 미립자의 덩어리를 미립자 필터(22)로부터 이탈시켜서 외부로 배출시킬 필요가 있다.
그래서 본 발명자들이 연구를 거듭한 결과, 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키면 클로깅이 발생시키고 있는 미립자의 덩어리를 미립자 필터(22)로부터 이탈시켜서 외부로 배출시킬 수 있는 것이 판명된 것이다. 즉, 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 유속이 단지 빠른 것만으로는 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)로부터 거의 이탈하지 않고, 또한, 배기 가스의 유속을 순간적으로 감소시키더라도 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)로부터 떨어지지 않아, 미립자의 덩어리를 미립자 필터(22)로부터 이탈시켜서 외부로 배출시키기 위해서는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키지 않으면 안 되는 것이 판명된 것이다.
즉, 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키면 밀도가 높은 배기 가스가 압력파가 되어 미립자 필터(22) 내를 흐르고, 이 압력파가 미립자의 덩어리에 순간적인 충격력을 주고, 그것에 의하여 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리가 이탈하여 외부로 배출되는 것으로 생각된다.
기관 가속 운전 시에는 배기 가스의 유속이 순간적으로 증대한다. 그러나, 이 때 배기 가스의 유속은 계속 증대하고, 따라서 이 때에는 배기 가스의 유속은 펄스형으로 순간적으로만 증대되는 것은 아니다. 그렇다고 하더라도 기관 가속 운전 시에는 배기 가스의 유속이 순간적으로 증대되기 때문에 소량이기는 하지만 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리가 이탈하여 외부로 배출된다.
이 경우, 다량의 미립자의 덩어리를 미립자 필터(22)로부터 이탈시켜서 외부로 배출시키기 위해서는 가속시에 배기 가스의 유속의 순간적인 증대보다도 큰 배기 가스의 유속의 순간적인 증대를 발생시킬 필요가 있고, 그것을 위해서는 배기 에너지를 축적하여 두고 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명에 의한 실시예에서는, 배기 에너지를 축적하여 두고 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키기 위한 하나의 수단으로서, 배기 스로틀 밸브(45)를 사용하고 있다. 즉, 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되면 배기 스로틀 밸브(45) 상류의 배기 통로 내의 배압이 높아진다. 이어서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되면 배기 가스의 유속은 펄스형으로 순간적으로만 증대되고, 이렇게 하여 미립자 필터(22)의 격벽(54; 도 3)의 표면 및 미립자 필터(22)의 미세 구멍 내에 부착되어 있는 미립자의 덩어리가 격벽(54)의 표면 또는 미세 구멍의 내벽면으로부터 떼어진다. 즉, 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)로부터 이탈된다. 이어서 이탈된 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)의 외부로 배출된다.
이 경우, 배기 스로틀 밸브(45)를 일단 완전 폐쇄로 하면 배기 스로틀 밸브(45) 상류의 배기 통로 내의 배압이 지극히 높아지고, 따라서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되었을 때의 배기 가스의 유속의 증대가 지극히 커진다. 그 결과, 지극히 강력한 압력파가 발생하고, 이렇게 하여 다량의 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)로부터 이탈하여, 배출되게 된다.
또한, 도 1에 도시되는 바와 같이 미립자 필터(22)의 하류에 배기 스로틀 밸브(45)가 배치되어 있는 경우에는 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되었을 때 미립자 필터(22)에 높은 배압이 작용한다. 미립자 필터(22)에 높은 배압이 작용하면 미립자의 덩어리에 고압이 작용하기 때문에 미립자의 덩어리가 변형되고, 미립자의 덩어리의 일부, 경우에 따라서는 전체가 미립자 필터(22)로의 부착면으로부터 박리된다. 그 결과, 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되었을 때 미립자의 덩어리가 더욱 미립자 필터(22)로부터 이탈되어 배출되게 된다.
본 발명에 의한 실시예에서는 미리 정해진 제어 타이밍으로 배기 스로틀 밸브(45)가 제어된다. 도 7a 및 7b에 도시하는 실시예에서는 일정 시간마다, 또는 차량의 주행거리가 미리 정해진 일정 거리에 달할 때마다 주기적으로 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방 상태로부터 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이어서 완전 폐쇄 상태로부터 순간적으로 완전 개방된다. 또, 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방 상태로부터 완전 폐쇄될 때에, 도 7a에 도시하는 예에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 순간적으로 완전 폐쇄되고, 도 7b에 도시하는 예에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 서서히 폐쇄된다.
또한, 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되면 기관의 출력이 저하된다. 따라서 도 7a 및 7b에 도시하는 실시예에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되었을 때 기관의 출력이 저하되지 않도록 연료 분사량이 증량된다.
도 8에 도시하는 실시예에서는 차량의 감속 운전 시에 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방 상태로부터 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이어서 차량의 감속 운전 중에 다시 순간적으로 완전 개방된다. 이 실시예에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 엔진 브레이크 작용을 생기게 하는 역할도 하고 있다. 즉, 감속 운전 시에 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되면 엔진은 배압을 높이기 위한 펌프의 작용을 하기 위해서 엔진 브레이크 힘이 발생한다. 이어서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되면 미립자의 덩어리가 미립자 필터(22)로부터 이탈되어 배출된다. 또, 도 8에 도시하는 예에서는 감속 운전이 개시되면 연료의 분사가 정지되고, 연료의 분사가 정지되어 있는 동안, 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있다.
도 9는 도 7a, 7b 및 도 8에 도시되는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 실행하기 위한 루틴(routine)을 도시하고 있다.
도 9를 참조하면 우선 처음에 스텝(100)에서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 도 7a 및 7b에 도시되는 실시예에서는 일정 시간마다, 또는 일정 주행거리마다 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이라고 판단되고, 도 8에 도시되는 실시예에서는 감속 운전이 행하여졌을 때 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이라고 판단된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(101)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(102)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다.
도 10에 도시하는 실시예에서는 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이 되면 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 배기 스로틀 밸브(45)가 순간적으로 완전 개방될 때 EGR 제어 밸브(25)가 순간적으로 완전 폐쇄된다. EGR 제어 밸브(25)가 완전 폐쇄되면 배기 통로로부터 흡기 통로 내로 보내지는 배기 가스가 영이 되기 때문에 배압이 상승하고, 더욱이 흡입 공기량이 증대하여 배기 가스량이 증대하기 때문에 배압이 더욱 상승한다. 따라서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되었을 때의 배기 가스의 속도의 순간 증대량이 한층 더 증대된다. 이어서 EGR 제어 밸브(25)는 서서히 개방된다. 또, 배기 스로틀 밸브(45)의 폐쇄 시에는 배기 스로틀 밸브(45)를 완전 폐쇄시킬 수도 있다.
도 11은 도 10에 도시되는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면 우선 처음에 스텝(110)에서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(111)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(112)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안 분사 연료가 증량된다. 이어서 스텝(113)에서는 EGR 제어 밸브(25)를 일시적으로 완전 폐쇄하는 처리가 행하여진다.
도 12에 도시하는 실시예에서는 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이 되면 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 배기 스로틀 밸브(45)가 순간적으로 완전 개방될 때 스로틀 밸브(17)가 순간적으로 개방된다. 스로틀 밸브(17)가 개방되면 흡입 공기량이 증대하여 배기 가스량이 증대하기 때문에 배압이 더욱 상승한다. 따라서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방되었을 때의 배기 가스의 속도의 순간 증대량이 한층 더 증대된다. 이어서 스로틀 밸브(17)는 서서히 폐쇄된다. 또, 배기 스로틀 밸브(45)의 폐쇄 시에는 배기 스로틀 밸브(45)를 완전 폐쇄 시킬 수도 있다.
도 13은 도 12에 도시되는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시하고 있다.
도 13을 참조하면 우선 처음에 스텝(120)에서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(121)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(122)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다. 이어서 스텝(123)에서는 스로틀 밸브(17)를 일시적으로 개방하는 처리가 행하여진다.
다음에 미립자 필터(22)상에 퇴적된 미립자량을 추정하고 이 추정된 미립자량이 미리 정해진 한계치를 넘었을 때 배기 스로틀 밸브(45)를 완전 개방 상태로부터 일시적으로 순간적으로 완전 폐쇄하고, 이어서 다시 순간적으로 완전 개방하도록 한 실시예에 대해서 설명한다.
그래서 우선 처음에 미립자 필터(22)상에 퇴적된 미립자량을 추정하는 방법에 대해서 설명한다. 이 실시예에서는 연소실(5)로부터 단위 시간당 배출되는 배출 미립자량 M과 도 6에 도시되는 산화 제거 가능 미립자량 G을 사용하여 퇴적 미립자가 추정된다. 즉, 배출 미립자량 M은 기관의 형식에 따라서 변화하지만 기관의 형식이 정해지면 요구 토크 TQ 및 기관 회전수 N의 함수가 된다. 도 14a는 도 1에 도시되는 내연 기관의 배출 미립자량 M을 도시하고 있으며, 각 곡선(M1, M2, M3, M4, M5)은 등배출 미립자량(M1<M2<M3<M4<M5)을 도시하고 있다. 도 14a에 도시되는 예에서는 요구 토크 TQ가 높아질수록 배출 미립자량 M이 증대한다. 또, 도 14a에 도시되는 배출 미립자량 M은 요구 토크 TQ 및 기관 회전수 N의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM(32) 내에 기억되어 있다.
그런데, 단위 시간당을 고려하면 이 동안에 미립자 필터(22)상에 퇴적되는 미립자량 △G는 배출 미립자량 M과 산화 제거 가능 미립자량 G의 차 (M-G)로 나타낼 수 있다. 따라서 이 퇴적 미립자량 G를 적산함으로써 퇴적되어 있는 전체 미립자량 Σ△G를 얻을 수 있다. 한편, M<G가 되면 퇴적되어 있는 미립자가 서서히 산화 제거되지만 이 때 산화 제거되는 퇴적 미립자량의 비율은 도 14b에서 R로 도시되는 바와 같이 배출 미립자량 M이 적어질수록 많아지고, 미립자 필터(22)의 온도 TF가 높아질수록 많아진다. 즉, M<G가 되었을 때 산화 제거되는 퇴적 미립자량은 R·Σ△G가 된다. 따라서 M<G가 되었을 때 잔존하고 있는 퇴적 미립자량은 Σ△G-R·Σ△G로 추정할 수 있다.
이 실시예에서는 잔존하고 있다고 추정되는 퇴적 미립자량 (Σ△G-R·Σ△G)가 한계치(G0)를 넘었을 때 배기 스로틀 밸브(45)가 제어된다.
도 15는 이 실시예를 실행하기 위한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 15를 참조하면, 우선 처음에 스텝(130)에서 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(131)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G이 산출된다. 이어서 스텝(132)에서는 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)이 산출되고, 이어서 스텝(133)에서는 퇴적 미립자의전체량 Σ△G(=Σ△G+△G)이 산출된다. 이어서 스텝(134)에서는 도 14b에 도시하는 관계로부터 퇴적 미립자의 산화 제거 비율 R이 산출된다. 이어서 스텝(135)에서는 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G(=Σ△D-R·Σ△G)가 산출된다.
이어서 스텝(136)에서는 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G가 한계치 G0보다도 큰지의 여부가 판별된다. Σ△G>G0일 때는 스텝(137)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(138)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다.
도 16에 별도의 실시예를 도시한다. 미립자 필터(22)상에 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G가 많아질수록 미립자 필터(22)상의 미립자의 덩어리의 양이 많아진다고 생각되고, 따라서 퇴적 미립자량 Σ△G가 많아질수록 짧은 시간 간격으로 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리를 이탈 배출시키는 것이 바람직하다고 말할 수 있다. 따라서 이 실시예에서는 도 16에 도시되는 바와 같이 퇴적 미립자량 Σ△G가 많아질수록 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍의 시간 간격이 짧아진다.
도 17은 이 실시예를 실시하기 위한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 17을 참조하면, 우선 처음에 스텝(140)에서 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(141)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G이 산출된다. 이어서 스텝(142)에서는 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)가 산출되고, 이어서 스텝(143)에서는 퇴적 미립자의전체량 Σ△G(=Σ△G+△G)가 산출된다. 이어서 스텝(144)에서는 도 14b에 도시하는 관계로부터 퇴적 미립자의 산화 제거 비율 R이 산출된다. 이어서 스텝(145)에서는 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G(=Σ△G-R·Σ△G)가 산출된다. 이어서 스텝(146)에서는 도 16에 도시하는 관계로부터 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이 정해진다.
이어서 스텝(147)에서는 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(148)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(149)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다.
도 18a 및 18b에 별도의 실시예를 도시한다. 도 18a에 도시되는 배출 미립자량 M과 산화 제거 가능 미립자량 G의 차 △G가 커지거나, 또는, 퇴적 미립자량의 전체량 Σ△G가 많아지면 장래 다량의 미립자의 덩어리가 퇴적될 가능성이 높아진다. 따라서 이 실시예에서는 도 18b에 도시되는 바와 같이 차 △G 또는 전체량 Σ△G가 많아짐에 따라서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍의 시간 간격을 짧게 하도록 하고 있다.
도 19는 전체량 Σ△G가 많아짐에 따라서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍의 시간 간격을 짧게 하도록 한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 19를 참조하면, 우선 처음에 스텝(150)에서 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(151)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G가 산출된다. 이어서 스텝(152)에서는 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)가 산출되고, 이어서 스텝(153)에서는 퇴적 미립자의 전체량 Σ△G(=Σ△G+△G)가 산출된다. 이어서 스텝(154)에서는 도 18b에 도시하는 관계로부터 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이 정해진다.
이어서 스텝(155)에서는 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(156)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(157)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다.
그런데, 지금까지 설명한 실시예에서는 미립자 필터(22)의 각 격벽(54)의 양측면상 및 격벽(54) 내의 미세 구멍 내벽면상에 예를 들면 알루미나로 이루어지는 캐리어의 층이 형성되어 있고, 이 캐리어상에 귀금속 촉매 및 활성 산소 방출제가 보유되어 있다. 이 경우, 이 캐리어상에 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박일 때에는 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 흡수하고 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비 또는 풍부(rich)가 되면 흡수한 NOx를 방출하는 NOx흡수제를 보유시킬 수도 있다.
이 경우, 귀금속으로서는 상술한 바와 같이 백금(Pt)이 사용되고, NOx흡수제로서는 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs), 루비듐(Rb)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스토론튬(Sr)과 같은 알칼리토류, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류로부터 선택된 적어도 하나가 사용된다. 또, 상술한 활성 산소 방출제를 구성하는 금속과 비교하면 알 수 있는 NOx흡수제를 구성하는 금속과 활성 산소 방출제를 구성하는 금속은 대부분이 일치하고 있다.
이 경우, NOx흡수제 및 활성 산소 방출제로서 각각 다른 금속을 사용할 수도 있고, 동일한 금속을 사용할 수도 있다. NOx흡수제 및 활성 산소 방출제로서 동일한 금속을 사용한 경우에는 NOx흡수제로서의 기능과 활성 산소 방출제로서의 기능의 쌍방의 기능을 동시에 발휘하게 된다.
다음으로 귀금속 촉매로서 백금(Pt)을 사용하고, NOx흡수제로서 칼륨(K)을 사용한 경우를 예로 들어 NOx의 흡방출 작용에 대해서 설명한다.
우선 처음에 NOx의 흡수 작용에 대해서 검토하면 NOx는 도 4a에 도시하는 메커니즘과 같은 메커니즘으로 NOx흡수제에 흡수된다. 단지, 이 경우 도 4a에서 부호 61은 NOx흡수제를 도시한다.
즉, 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박일 때에는 배기 가스 중에 다량의 과잉 산소가 포함되어 있기 때문에 배기 가스가 미립자 필터(22)의 배기 가스 유입 통로(50) 내에 유입되면 도 4a에 도시되는 바와 같이 이 산소(O2)가 O2 -또는 O2-의 형태로 백금(Pt)의 표면에 부착된다. 한편, 배기 가스 중의 NO는 백금(Pt)의 표면상에서 O2 ­또는 O2­와 반응하여, NO2가된다(2NO+O2→2NO2). 이어서 생성된 NO2의 일부는 백금(Pt) 상에서 산화되면서 NOx흡수제(61) 내에 흡수되고, 칼륨(K)과 결합하면서 도 4a에 도시되는 바와 같이 질산이온(NO3 ­)의 형태로 NOx흡수제(61) 내에 확산되고, 일부의 질산이온(NO3 -)은 질산칼륨(KNO3)을 생성한다. 이렇게 하여 NO가 NOx흡수제(61) 내에 흡수된다.
한편, 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스가 풍부가 되면 질산이온(NO3 ­)은 산소와 Ｏ와 NO로 분해되고, 차례 차례로 NOx흡수제(61)로부터 NO가 방출된다. 따라서 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 풍부가 되면 단시간 내에 NOx흡수제(61)로부터 NO가 방출되고, 더욱이 이 방출된 NO가 환원되기 때문에 대기 중에 NO가 배출되지 않는다.
또, 이 경우, 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하여도 NOx흡수제(61)로부터 NO가 방출된다. 그러나 이 경우에는 NOx흡수제(61)로부터 NO가 서서히 밖에 방출되지 않기 때문에 NOx흡수제(61)에 흡수되어 있는 모든 NOx를 방출시키기 위해서는 약간 긴 시간을 요한다.
그런데 상술한 바와 같이 NOx흡수제 및 활성 산소 방출제로서 각각 다른 금속을 사용할 수도 있고, NOx흡수제 및 활성 산소 방출제로서 동일한 금속을 사용할 수도 있다. NOx흡수제 및 활성 산소 방출제로서 동일한 금속을 사용한 경우에는상술한 바와 같이 NOx흡수제로서의 기능과 활성 산소 방출제로서의 기능의 쌍방의 기능을 동시에 발휘하게 되고, 이와 같이 쌍방의 기능을 동시에 발휘하는 것을 이하, 활성 산소 방출·N0x흡수제라고 한다. 이 경우에는 도 4a에서의 부호 61은 활성 산소 방출·N0x흡수제를 가리키게 된다.
이와 같은 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)를 사용한 경우, 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박일 때에는 배기 가스 중에 포함되는 NO는 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)에 흡수되고, 배기 가스 중에 포함되는 미립자가 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)에 부착되면 이 미립자는 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)로부터 방출되는 활성 산소에 의해서 단시간 내에 산화 제거된다. 따라서 이 때 배기 가스 중의 미립자 및 NOx의 쌍방이 대기 중으로 배출되는 것을 저지할 수 있게 된다.
한편, 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 풍부가 되면 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)로부터 NO가 방출된다. 이 NO는 미연소 HC, CO에 의해 환원되고, 이렇게 하여 이 때에도 NO가 대기 중으로 배출되지 않는다. 또한, 이 때 미립자 필터(22)상에 미립자가 퇴적되어 있는 경우에는 이 미립자는 활성 산소 방출·N0x흡수제(61)로부터 방출되는 활성 산소에 의해서 산화 제거된다.
또, NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제가 사용된 경우에는 NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제의 NOx흡수 능력이 포화되기 전에, NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로부터 NOx를 방출하기 위해서 미립자 필터(22)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 일시적으로 풍부로 된다. 즉, 희박 공연비를 기초로 연소가 행하여지고 있을 때 때때로 공연비가 일시적으로 풍부로 된다.
그런데, 공연비가 희박으로 유지되어 있으면 백금(Pt)의 표면이 산소로 덮이고, 소위 백금(Pt)의 산소 피독이 생긴다. 이러한 산소 피독이 생기면 NOx에 대한 산화 작용이 저하되기 때문에 NOx의 흡수 효율이 저하되고, 이렇게 하여 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로부터의 활성 산소 방출량이 저하된다. 그러나 공연비가 풍부가 되면 백금(Pt) 표면상의 산소가 소비되기 때문에 산소 피독이 해소되고, 따라서 공연비가 풍부로부터 희박으로 전환되면 NOx에 대한 산화 작용이 강해지기 때문에 NOx의 흡수 효율이 높아지고, 이렇게 하여 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로부터의 활성 산소 방출량이 증대한다.
따라서 공연비가 희박으로 유지되어 있을 때 공연비를 때때로 희박으로부터 풍부로 전환하면 그 때마다 백금(Pt)의 산소 피독이 해소되기 때문에 공연비가 희박일 때의 활성 산소 방출량이 증대하고, 이렇게 하여 미립자 필터(22)상에 있어서의 미립자의 산화 작용을 촉진할 수 있다.
또한, 세륨(Ce)은 공연비가 희박일 때에는 산소를 받아들이고 (Ce2O3→2CeO2), 공연비가 풍부가 되면 활성 산소를 방출하는 (2CeO2→ Ce2O3) 기능을 갖는다. 따라서 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로서 세륨(Ce)을 사용하면 공연비가 희박일 때에는 미립자 필터(22)상에 미립자가 부착되면 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로부터 방출된 활성 산소에 의해서 미립자가 산화되고, 공연비가 풍부가 되면 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로부터 다량의 활성 산소가 방출되기 때문에 미립자가 산화된다. 따라서 활성 산소 방출제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제로서 세륨(Ce)을 사용한 경우에도 공연비를 때때로 희박으로부터 풍부로 전환하면 미립자 필터(22)상에 있어서의 미립자의 산화 반응을 촉진할 수 있다.
다음으로 배기 가스의 공연비를 일시적으로 풍부로 하기 위해서 저온 연소를 행하게 하는 경우에 대해서 설명한다.
도 1에 도시되는 내연 기관에서는 EGR율(EGR 가스량/(EGR 가스량+흡입 공기량))을 증대해 가면 스모크의 발생량이 점차로 증대하여 피크에 달하고, 또한 EGR율을 높여 가면 이번에는 스모크의 발생량이 급격히 저하된다. 이것에 대해서 EGR 가스의 냉각 정도를 바꾸었을 때의 EGR율과 스모크의 관계를 도시하는 도 20을 참조하면서 설명한다. 또, 도 20에서 곡선 A는 EGR 가스를 강력하게 냉각하여 EGR 가스 온도를 거의 90℃로 유지한 경우를 도시하고 있고, 곡선 B는 소형의 냉각장치로 EGR 가스를 냉각한 경우를 도시하고 있으며, 곡선 C는 EGR 가스를 강제적으로 냉각하지 않은 경우를 도시하고 있다.
도 20의 곡선 A에서 도시되는 바와 같이 EGR 가스를 강력하게 냉각한 경우에는 EGR율이 50퍼센트보다도 조금 낮은 곳에서 스모크의 발생량이 피크가 되고, 이 경우에는 EGR을 거의 55퍼센트 이상으로 하면 스모크가 거의 발생하지 않게 된다. 한편, 도 20의 곡선 B에서 도시되는 바와 같이 EGR 가스를 조금 냉각한 경우에는 EGR율이 50퍼센트보다도 조금 높은 곳에서 스모크의 발생량이 피크가 되고, 이 경우에는 EGR율을 거의 65퍼센트 이상으로 하면 스모크가 거의 발생하지 않게 된다. 또한, 도 20의 곡선 C로 도시되는 바와 같이 EGR 가스를 강제적으로 냉각하지 않은 경우에는 EGR율이 55퍼센트의 부근에서 스모크의 발생량이 피크가 되고, 이 경우에는 EGR율을 거의 70퍼센트 이상으로 하면 스모크가 거의 발생하지 않게 된다.
이와 같이 EGR 가스율을 55퍼센트 이상으로 하면 스모크가 발생기지 않게 되는 것은 EGR 가스의 흡열 작용에 의해서 연소시에 있어서의 연료 및 주위의 가스 온도가 그다지 높아지지 않고, 즉 저온 연소가 행하여지고, 그 결과 탄화수소가 그을음까지 성장하지 않기 때문이다.
이 저온 연소는, 공연비에 관계없이 스모크의 발생을 억제하면서 NOx의 발생량을 저감할 수 있다는 특징을 갖는다. 즉, 공연비가 풍부로 되면 연료가 과잉이 되지만 연소 온도가 낮은 온도로 억제되어 있기 때문에 과잉의 연료는 그을음까지 성장하지 않고, 이렇게 하여 스모크가 발생하지 않는다. 또한, 이 때 NOx도 지극히 소량밖에 발생하지 않는다. 한편, 평균 공연비가 희박일 때, 또는 공연비가 이론 공연비일 때라도 연소 온도가 높아지면 소량의 그을음이 생성되지만 저온 연소하에서는 연소 온도가 낮은 온도로 억제되어 있기 때문에 스모크는 전혀 발생하지 않고, NOx도 지극히 소량밖에 발생하지 않는다.
그런데 기관의 요구 토크 TQ가 높아지면, 즉 연료 분사량이 많아지면 연소시에 있어서의 연소 및 주위의 가스 온도가 높아지기 때문에 저온 연소를 행하는 것이 곤란해진다. 즉, 저온 연소를 행할 수 있는 것은 연소에 의한 발열량이 비교적 적은 기관 중 저부하 운전 시로 한정된다. 도 2에 있어서 영역(Ⅰ)은 그을음의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실(5)의 불활성 가스량이 많은 제 1 연소, 즉 저온 연소를 행하게 할 수 있는 운전 영역을 도시하고 있고, 영역(Ⅱ)은 그을음의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실 내의 불활성 가스량이 적은 제 2 연소, 즉 통상의 연소밖에 행하게 할 수 없는 운전 영역을 도시하고 있다.
도 22는 운전 영역(Ⅰ)에서 저온 연소를 행하는 경우의 목표 공연비 A/F를 도시하고 있고, 도 23은 운전 영역(I)에서 저온 연소를 행하는 경우의 요구 토크 TQ에 따른 스로틀 밸브(17)의 개방도, EGR 제어 밸브(25)의 개방도, EGR율, 공연비, 분사 개시 시기 θS, 분사 완료 시기 θE, 분사량을 도시하고 있다. 또, 도 23에는 운전 영역(Ⅱ)에서 행하여지는 통상의 연소시에 있어서의 스로틀 밸브(17)의 개방도 등도 아울러 도시하고 있다. 도 22 및 도 23으로부터 운전 영역(Ⅰ)에서 저온 연소가 행하여지고 있을 때에는 EGR율이 55퍼센트 이상이 되고, 공연비 A/F가 15.5로부터 18 정도의 희박 공연비가 되는 것을 알 수 있다.
그런데, 미립자 필터(22)에 NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제를 보유시킨 경우에는 흡수된 NOx를 방출하기 위해서 공연비를 일시적으로 풍부로 할 필요가 있다. 그런데 상술한 바와 같이 운전 영역(Ⅰ)에서 저온 연소가 행하여지고 있을 때에는 공연비를 풍부로 하여도 스모크는 거의 발생하지 않는다. 그래서 미립자 필터(22)에 NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제를 보유시킨 경우에는, 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리를 이탈시켜서 배출시키기 위해서 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되었을 때 저온 연소를 기초로 공연비가 풍부로 되고, 그것에 의하여 NOx를 방출시키도록 하고 있다.
도 24는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시하고 있다
도 24를 참조하면 우선 처음에 스텝(160)에서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(161)으로 진행하여 요구 토크 TQ가 도 21에 도시되는 경계 X(N)보다도 큰 지의 여부가 판별된다. TQ≤X(N)일 때, 즉 기관의 운전 상태가 제 1 운전 영역(Ⅰ)으로 저온 연소가 행하여지고 있을 때에는 스텝(162)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(163)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 공연비가 풍부로 되도록 분사 연료가 증량된다. 이어서 스텝(164)에서는 EGR 가스 중의 미연소 연료에 의해서 공연비가 지나치게 풍부로 되지 않도록 EGR 제어 밸브(25)의 개방도가 제어된다.
한편, 스텝(161)에서 TQ> X(N)라고 판별되었을 때, 즉 기관의 운전 상태가 제 2 운전 영역(Ⅱ)일 때는 스텝(165)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(102)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다. 단지, 이 때는 공연비는 풍부가 되지 않는다.
도 25에 배기 스로틀 밸브(45)의 설치 위치의 변형 예를 도시한다. 이 변형 예에 도시하는 바와 같이 배기 스로틀 밸브(45)는 미립자 필터(22) 상류의 배기 통로 내에 배치할 수도 있다.
도 26은, 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향을 역방향으로 전환 가능한 미립자 처리장치에 본 발명을 적용한 경우를 도시하고 있다. 이 미립자 처리장치(70)는 도 26에 도시되는 바와 같이 배기 터빈(21)의 출구에 접속되어 있고, 이 미립자 처리장치(70)의 평면도 및 일부 단면 측면도가 각각 도 27a 및 27b에 도시되어 있다.
도 27a 및 27b를 참조하면, 미립자 처리장치(70)는 배기 터빈(21)의 출구에 연결된 상류측 배기관(71)과, 하류측 배기관(72)과, 양단부에 각각 제 1 개구단(73a) 및 제 2 개구단(73b)을 갖는 배기 쌍방향 유통관(73)을 구비하고, 상류측 배기관(71)의 출구와, 하류측 배기관(72)의 입구와, 배기 쌍방향 유통로(73)의 제 1 개구단(73a) 및 제 2 개구단(73b)은 동일한 집합실(74) 내로 개방되어 있다. 배기 쌍방향 유통관(73) 내에는 미립자 필터(22)가 배치되어 있다. 이 미립자 필터(22)의 단면의 윤곽 형상은 도 3a 및 3b에 도시하는 미립자 필터와 약간 다르지만 그 외의 점에 대해서 도 3a 및 3b에 도시하는 구조와 실질적으로 동일하다.
미립자 처리장치(70)의 집합실(74) 내에는 액추에이터(75)에 의해서 구동되는 유로 전환 밸브(76)가 배치되어 있고, 이 액추에이터(75)는 전자 제어 유닛(30)의 출력 신호에 의해 제어된다. 유로 전환 밸브(76)는 액추에이터(75)에 의해서 상류측 배기관(71)의 출구를 제 1 개구단(73a)에 연통시키고 또한 제 2 개구단(73b)을 하류측 배기관(72)의 입구에 연통시키는 제 1 위치(A)와, 상류측 배기관(71)의 출구를 제 2 개구(73b)에 연통시키고 또한 제 1 개구단(73a)을 하류측 배기관(72)의 입구에 연통시키는 제 2 위치(B)와, 상류측 배기관(71)의 출구를 하류측 배기관(72)의 입구에 연통시키는 제 3 위치(C) 중 어느 하나의 위치에 제어된다.
유로 전환 밸브(76)가 제 1 위치(A)에 위치할 때에는 상류측 배기관(71)의 출구로부터 유출된 배기 가스는 제 1 개구단(73a)으로부터 배기 쌍방향 유통관(73) 내에 유입되고, 이어서 미립자 필터(22) 내를 화살표 X 방향으로 흐른 후에 제 2 개구단(73b)으로부터 하류측 배기관(72)의 입구로 유입된다.
이것에 대하여, 유로 전환 밸브(76)가 제 2 위치(B)에 위치할 때에는 상류측 배기관(71)의 출구로부터 유출된 배기 가스는 제 2 개구단(73b)으로부터 배기 쌍방향 유통관(73) 내로 유입되고, 이어서 미립자 필터(22) 내를 화살표 Y 방향으로 흐른 후에 제 1 개구단(73a)으로부터 하류측 배기관(72)의 입구로 유입된다. 따라서 유로 전환 밸브(76)를 제 1 위치(A)로부터 제 2 위치(B)로, 또는 제 2 위치(B)로부터 제 1 위치(A)로 전환함에 따라 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향이 그 때까지와는 역방향으로 전환되게 된다.
한편, 유로 전환 밸브(76)가 제 3 위치(C)에 위치할 때에는 상류측 배기관(71)의 출구로부터 유출된 배기 가스는 거의 배기 쌍방향 유통관(73) 내에 유입되지 않고 하류측 배기관(72)의 입구에 직접 유입된다. 예를 들면 기관 시동 직후와 같이 미립자 필터(22)의 온도가 낮은 경우에는 다량의 미립자가 미립자 필터(22)상에 퇴적되는 것을 저지하기 위해서 유로 전환 밸브(76)가 제 3 위치(C)가 된다.
도 27a 및 27b에 도시되는 바와 같이 배기 스로틀 밸브(45)는 하류측 배기관(72) 내에 배치된다. 그러나 배기 스로틀 밸브(45)는 도 28에 도시되는 바와 같이 상류측 배기관(71) 내에 배치할 수도 있다.
도 3b에서 배기 가스가 미립자 필터(22) 내를 화살표 방향으로 흐르고 있을 때에는 배기 가스가 유입되는 측의 격벽(54)의 벽면상에 주로 미립자가 퇴적되고, 또한 배기 가스가 유입되는 측의 벽면상 및 미세 구멍 내에 주로 미립자의 덩어리가 부착된다. 이 실시예에서는 이 퇴적된 미립자를 산화시키고, 또한 이 미립자의 덩어리를 미립자 필터(22)로부터 이탈 배출시키기 위해서 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향이 역방향으로 전환된다.
즉, 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향이 역방향으로 전환되면 이 퇴적된 미립자상에 또한 다른 미립자가 퇴적되지 않기 때문에 이 퇴적된 미립자는 점차로 산화 제거된다. 또한, 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향이 역방향으로 전환되면 부착되어 있는 미립자의 덩어리는 배기 가스가 유출되는 측의 벽면상 및 미세 구멍 내에 위치하게 되고, 이렇게 하여 미립자의 덩어리는 이탈 배출되기 쉬워진다.
그러나 실제로는 단지 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름을 역방향으로 전환하는 것만으로는 미립자의 덩어리가 충분히 이탈 배출되지 않는다. 따라서 도 27a 및 27b에 도시되는 바와 같은 미립자 처리장치(70)를 사용한 경우라도 미립자 필터(22)로부터 미립자의 덩어리를 이탈 배출시킬 때에는 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 완전 개방된다.
다음에 배기 스로틀 밸브(45)의 제어 타이밍과 유로 전환 밸브(76)의 전환 타이밍에 대해서 설명한다. 도 29는 일정 시간마다 또는 일정 주행거리마다 주기적으로 배기 스로틀 밸브(45)를 완전 개방 상태로부터 일시적으로 완전 폐쇄로 하고, 이어서 다시 완전 개방되도록 한 경우를 도시하고 있다. 이 경우에도 배기 스로틀 밸브(45)를 완전 폐쇄로 하였을 때 기관의 출력이 저하되지 않도록 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있는 동안, 연료 분사량이 증량된다.
한편, 도 29에 도시되는 바와 같이 배기 스로틀 밸브(45)의 개폐 제어에 연동하여 유로 전환 밸브(76)가 정상유동과 역류 사이에서 전환된다. 여기서 정상유동은 도 27에서 화살표 X 방향의 배기 가스의 흐름을 말하고, 역류는 도 27에서 화살표 Y 방향의 배기 가스의 흐름을 말한다. 따라서 정상유동으로 해야 할 때에는 유로 전환 밸브(76)는 제 1 위치(A)가 되고, 역류로 해야 할 때에는 유로 전환 밸브(76)는 제 2 위치(B)가 된다.
도 29에 도시되는 바와 같이 유로 전환 밸브(76)의 제 1 위치(A)와 제 2 위치(B)의 전환 타이밍에는 방식 Ⅰ과, 방식 Ⅱ, 방식 Ⅲ의 세가지 타입이 있다. 방식 Ⅰ은 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방 상태로부터 완전 폐쇄되었을 때 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환되는 방식이고, 방식 Ⅱ는 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄 상태로 유지되어 있을 때 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환되는 방식이며, 방식 Ⅲ은 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄 상태로부터 완전 개방되었을 때 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환되는 방식이다.
어느 쪽의 방식 I, Ⅱ, Ⅲ이라도 유로 전환 밸브(76)에 의한 유로 전환 작용은 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄될 때부터 완전 개방될 때까지의 동안, 다시 말하면 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방될 때, 또는 완전 개방되기 직전에 행하여진다. 이와 같이 유로 전환 밸브(76)에 의한 유로 전환 작용을 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄될 때부터 완전 개방될 때까지의 동안에 행하도록 하고 있는 것은 다음 이유에 의한다.
즉, 미립자 필터(22)에서의 압력 손실을 낮게 유지하기 위해서는 미립자의 덩어리를 될 수 있는 한 빨리 미립자 필터(22)로부터 이탈 배출시킬 필요가 있다. 이 경우, 미립자의 덩어리는 그것들이 부착되어 있는 격벽(54)의 면이 배기 가스의 유출측이 되었을 때 이탈하기 쉬워지고, 따라서 미립자의 덩어리를 될 수 있는 한 빨리 미립자 필터(22)로부터 이탈 배출시키기 위해서는 미립자가 부착되어 있는 격벽(54)의 면이 배기 가스의 유출측이 되었을 때에, 즉 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환되었을 때 미립자의 덩어리를 이탈 배출시키는 것이 바람직하다. 즉, 다시 말하면 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄 상태로부터 완전개방되었을 때, 또는 완전 개방되기 직전에 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환되는 것이 바람직하게 된다.
도 30은 도 29에 도시되는 클로깅을 방지하기 위한 제어를 실행하기 위한 루틴을 도시하고 있다.
도 30을 참조하면 우선 처음에 스텝(170)에서 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍인지의 여부가 판별된다. 도 29에 도시되는 실시예에서는 일정 시간마다, 또는 일정 주행거리마다 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍이라고 판단된다. 클로깅을 방지하기 위한 제어 타이밍일 때는 스텝(171)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(172)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다. 이어서 스텝(173)에서는 어느 하나의 방식 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에서 유로 전환 밸브(76)에 의한 유로 전환 작용이 행하여진다.
도 31은 미립자 필터(22)상에 잔존하고 있는 퇴적 미립자량을 추정하고, 이 잔존하고 있는 퇴적 미립자량이 한계치를 넘었을 때 배기 스로틀 밸브(45) 및 유로 전환 밸브(76)를 제어하도록 한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 31을 참조하면, 우선 처음에 스텝(180)에서 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(181)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G이 산출된다. 이어서 스텝(182)에서는 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)가 산출되고, 이어서 스텝(183)에서는 퇴적 미립자의 전체량 Σ△G(=Σ△G+△G)가 산출된다. 이어서 스텝(184)에서는 도 14b에 도시하는 관계로부터 퇴적 미립자의 산화 제거 비율 R이 산출된다. 다음으로 스텝(185)에서는 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G(=Σ△G-R·Σ△G)가 산출된다. 이어서 스텝(186)에서는 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G가 한계치 G0보다도 큰지의 여부가 판별된다.
Σ△G>G0일 때에는 스텝(187)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 폐쇄되고, 이어서 스텝(188)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다. 이어서 스텝(189)에서는 도 29에 도시되는 어느 하나의 방식 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에서 유로 전환 밸브(76)에 의한 유로 전환 작용이 행하여진다.
도 32는 차량 감속 운전 시에 엔진 브레이크 작용을 행하기 위해서 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이 때 유로 전환 밸브(76)에 의한 유로 전환 작용을 행하도록 한 경우를 도시하고 있다. 이 경우에도 도 29와 같은 세가지의 방식 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 유로 전환 방법이 있으며, 어느 하나의 방식 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 유로 전환 방법이 사용된다. 또, 도 32에 도시하는 예에서는 액셀 페달(40)의 밟는 양이 영이 되면 연료 분사가 정지되는 동시에 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되고, 연료 분사가 개시되면 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 개방된다.
도 33에 도시하는 실시예에서는 일정 시간마다, 일정 주행거리마다, 또는 미립자 필터(22)상에 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G가 한계치 G0를 넘었을 때 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있는 동안, 연료 분사량이 증량된다. 이 경우에도 도 29와 같은 세가지의 방식Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 유로 전환 방법이 있으며, 어느 하나의 방식 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 유로 전환 방법이 사용된다. 단지, 이 실시예에서는 통상은 정상유동으로 되어 있으며, 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되었을 때 일단 정상유동으로부터 역류로 전환되지만 배기 스로틀 밸브(45)가 다시 완전 개방되면 그 후 잠시 다시 정상유동으로 전환된다.
도 34에 또한 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 미리 정해진 제어 타이밍으로 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 교대로 전환된다. 한편, 정상유동시 배기 가스가 유입되는 측의 격벽(54)의 면상 및 미세 구멍 내에 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G1과, 역류시 배기 가스가 유입되는 측의 격벽(54)의 면상 및 미세 구멍 내에 잔존하는 퇴적 미립자량 Σ△G2가 별개로 산출되고, 예를 들면 도 34에 도시되는 바와 같이 정상유동일 때의 퇴적 미립자량 Σ△G1이 한계치 G0를 넘었을 때에는, 정상유동으로부터 역류로 전환되었을 때 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있는 동안, 연료 분사량이 증량된다.
즉, 이 실시예에서는 일반적인 표현을 사용하면, 미립자 필터(22)의 격벽(54)의 어느 한 측에 퇴적되었다고 추정되는 미립자가 미리 정해진 한계치를 넘었을 때에는, 한계치를 넘은 미립자가 퇴적되어 있는 격벽(54)의 한 쪽이 배기 가스의 유출측일 때, 또는 배기 가스의 유출측이 되었을 때 배기 스로틀 밸브(45)를 순간적으로 개방하여 미립자 필터(22) 내를 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키도록 하고 있다.
도 35는 이 실시예를 실행하기 위한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 35를 참조하면, 우선 처음에 스텝(190)에서 현재, 정상유동인지의 여부가 판별된다. 현재, 정상유동일 때는 스텝(191)으로 진행하여 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(192)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G이 산출된다. 이어서 스텝(193)에서는 정상유동시 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)가 산출되고, 이어서 스텝(194)에서는 정상유동 퇴적 미립자의 전체량 Σ△G1(=Σ△G1+△G)이 산출된다. 이어서 스텝(195)에서는 도 14b에 도시하는 관계로부터 퇴적 미립자의 산화 제거 비율 R이 산출된다. 이어서 스텝(196)에서는 잔존하는 정상유동 퇴적 미립자량 Σ△G1(=Σ△G1-R·Σ△G1)이 산출된다.
이어서 스텝(197)에서는 잔존하는 정상유동 퇴적 미립자량 Σ△G1이 한계치 G0보다도 큰지의 여부가 판별된다. Σ△G1>G0일 때에는 스텝(198)으로 진행하여 현재 역류인지의 여부가 판별된다. 현재 역류일 때는 스텝(199)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이어서 스텝(200)에서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있는 동안, 연료 분사량이 증량된다.
한편, 스텝(190)에서 현재 정상유동이 아니라고 판단되었을 때, 즉 현재 역류일 때는 스텝(201)으로 진행하여 도 14a에 도시하는 관계로부터 배출 미립자량 M이 산출된다. 이어서 스텝(202)에서는 도 6에 도시하는 관계로부터 산화 제거 가능 미립자량 G이 산출된다. 이어서 스텝(203)에서는 역류일 때의 단위 시간당 퇴적 미립자량 △G(=M-G)가 산출되고, 이어서 스텝(204)에서는 역류 퇴적 미립자의전체량 Σ△G2(=Σ△G2+△G)가 산출된다. 이어서 스텝(205)에서는 도 14b에 도시하는 관계로부터 퇴적 미립자의 산화 제거 비율 R이 산출된다. 이어서 스텝(206)에서는 잔존하는 역류 퇴적 미립자량 Σ△G2(=Σ△G2-R·Σ△G2)가 산출된다.
이어서 스텝(207)에서는 잔존하는 역류 퇴적 미립자량 Σ△G2가 한계치 G0보다도 큰지의 여부가 판별된다. Σ△G2>G0일 때에는 스텝(208)으로 진행하여 현재 정상유동인지의 여부가 판별된다. 현재, 정상유동일 때는 스텝(199)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이어서 스텝(200)에서 배기 스로틀 밸브(45)가 완전 폐쇄되어 있는 동안, 연료 분사량이 증량된다.
도 36에 또한 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 도 36에 도시되는 바와 같이 배기 스로틀 밸브(45) 하류의 하류측 배기관(72) 내에 배기 가스의 스모크 농도를 검출하기 위한 스모크 농도 센서(80)가 배치되어 있다.
이 실시예에서는 도 37에 도시되는 바와 같이 감속 운전이 행하여질 때마다 정상유동으로부터 역류로, 또는 역류로부터 정상유동으로 전환된다. 한편, 가속 운전이 행하여지면 배기 가스의 유속이 증대하기 때문에 배기 가스 유출측의 격벽(54)의 면상 또는 미세 구멍 내의 미립자의 덩어리의 일부가 미립자 필터(22)로부터 이탈되어 배출된다. 따라서 배기 가스 유출측의 미립자 필터(22)의 면상 또는 미세 구멍 내에 미립자의 덩어리가 부착되어 있는 경우에는, 도 37에 도시되는 바와 같이 가속 운전이 행하여질 때마다 스모크 농도 SM이 높아지고, 이 경우, 부착되어 있는 미립자의 덩어리의 양이 많을수록 스모크 농도 SM이 높아진다.
그래서 이 실시예에서는 스모크 농도 SM이 미리 정해진 한계치 SM0를 넘었을 때에는 가속 운전이 완료한 후로 미립자 필터(22)를 흐르는 배기 가스의 흐름 방향이 역방향이 되기 전에, 즉 역류일 때 SM>SM0이 되었을 때에는 역류로부터 정상유동으로 전환되기 전에, 배기 스로틀 밸브(45)를 일시적으로 완전 폐쇄하고, 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료를 증량시키도록 하고 있다.
도 38은 이 실시예를 실행하기 위한 클로깅을 방지하기 위한 제어 루틴을 도시하고 있다.
도 38을 참조하면, 우선 처음에 스텝(210)에서 스모크 농도 센서(80)에 의해 배기 가스 중의 스모크 농도 SM이 검출된다. 이어서 스텝(211)에서는 스모크 농도 SM이 한계치 SM0를 넘었는지의 여부가 판별된다. SM>SM0일 때에는 스텝(212)으로 진행하여 배기 스로틀 밸브(45)가 일시적으로 완전 폐쇄되고, 이어서 스텝(213)에서는 배기 스로틀 밸브(45)가 폐쇄되어 있는 동안, 분사 연료가 증량된다.
지금까지 설명한 모든 실시예에서도 미립자 필터(22)상에 NOx흡수제 또는 활성 산소 방출·N0x흡수제를 보유시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 미립자 필터(22)의 양측면상에 형성된 캐리어의 층상에 백금(Pt)과 같은 귀금속만을 보유한 경우에도 적용할 수 있다. 단지, 이 경우에는 산환 제거 가능 미립자량 G을 도시하는 실선은 도 5에 도시하는 실선과 비교하여 약간 오른쪽으로 이동한다.
또한, 활성 산소 방출제로서 NO2또는 SO3을 흡착 유지하고, 이 흡착된 NO2또는 SO3으로부터 활성 산소를 방출할 수 있는 촉매를 사용할 수도 있다.
또한 본 발명은 미립자 필터 상류의 배기 통로 내에 산화 촉매를 배치하고 이 산화 촉매에 의해 배기 가스 중의 NO를 NO2로 변환하고, 이 NO2와 미립자 필터 상에 퇴적된 미립자를 반응시켜 이 NO2에 의해 미립자를 산화하도록 한 배기 가스 정화장치에도 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면 상술한 바와 같이 미립자 필터에 퇴적된 미립자의 덩어리를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 배출시킬 수 있다.

Claims (26)

  1. 기관의 배기 통로 내에 연소실로부터 배출되는 배기 가스 중의 미립자를 산화 제거하기 위한 미립자 필터를 배치하고, 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 미립자 필터의 외부로 배출시켜야 할 때에는 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 유속 순간 증대 수단을 구비한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단은 가속시에서의 배기 가스의 유속의 순간적인 증대보다도 큰 배기 가스의 유속의 순간적인 증대를 발생시키는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단이 기관의 배기 통로 내에 배치된 배기 스로틀 밸브로 이루어지고, 해당 배기 스로틀 밸브를 순간적으로 개방함으로써 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 미립자 필터의 외부로 배출시킬 때에는, 상기 배기 스로틀 밸브는 완전 개방 상태로부터 일시적으로 폐쇄된 후에 다시 순간적으로 완전 개방되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브는 차량 감속 운전시에 완전 개방 상태로부터 일시적으로 폐쇄된 후에 다시 순간적으로 완전 폐쇄되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브가 순간적으로 개방될 때 재순환 배기 가스의 공급이 정지되는 내연 기관의 배기 가스 정화
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브가 순간적으로 폐쇄될 때 기관의 흡기 통로 내에 배치된 스로틀 밸브가 폐쇄되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단은 일정 기간마다 주기적으로 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 미립자 필터에 퇴적된 미립자량을 추정하기 위한 추정 수단을 구비하고, 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 타이밍이 해당 추정 수단에 의해 추정된 퇴적 미립자량에 근거하여 결정되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 기관의 배기 통로 내에 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 흐름 방향을 역방향으로 전환 가능한 유로 전환 밸브를 배치한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단이 기관의 배기 통로 내에 배치된 배기 제어 밸브로 이루어지고, 해당 배기 스로틀 밸브를 순간적으로 개방함으로써 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키고, 해당 배기 스로틀 밸브를 순간적으로 개방하기 직전 또는 개방하였을 때 유로 전환 밸브에 의해서 미립자 필터 안의 배기 가스의 흐름 방향을 역방향으로 전환하는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브는 순간적으로 개방되기 직전에 일시적으로 완전 개방 상태로부터 폐쇄되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브는 차량 감속 운전 시에 완전 개방 상태로부터 일시적으로 폐쇄된 후에 다시 순간적으로 완전 개방되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 배기 스로틀 밸브는 일정 기간마다 주기적으로 완전 개방 상태로부터 일시적으로 폐쇄된 후에 다시 순간적으로 완전 개방되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단이 기관의 배기 통로 내에 배치된 배기 제어 밸브로 이루어지고, 미립자 필터가 배기 가스의 유통하는 격벽을 구비하고, 해당 격벽의 양측에 퇴적된 미립자량을 추정하기 위한 추정 수단을 구비하며, 해당 추정 수단에 의해 해당 격벽의 어느 한 쪽에 퇴적되었다고 추정되는 미립자가 미리 정해진 한계치를 넘었을 때에는, 한계치를 넘은 미립자가 퇴적되어 있는 격벽의 한 쪽이 배기 가스의 유출측일 때, 또는 배기 가스의 유출측이 되었을 때 상기 배기 스로틀 밸브를 순간적으로 개방하여 미립자 필터 안을 흐르는 배기 가스의 유속을 펄스형으로 순간적으로만 증대시키는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 미립자 필터로서, 단위 시간당 연소실로부터 배출되는 배출 미립자량이 미립자 필터 상에서 단위 시간당 휘염을 발하지 않고 산화에 의해 제거 가능한 산화 제거 가능 미립자량보다도 적을 때에는 배기 가스 중의 미립자가 미립자 필터에 유입되면 휘염을 발하지 않고 산화 제거되는 미립자 필터를 사용하고, 해당 배출 미립자량을 해당 산화 제거 가능 미립자량보다도 적게 할 수 있는 기관의 운전 상태일 때에는 해당 배출 미립자량이 해당 산화 제거 가능 미립자량보다도 적어지도록 해당 배출 미립자량 또는 해당 산화 제거 가능 미립자량의적어도 한쪽을 제어하도록 한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 미립자 필터 상에 귀금속 촉매를 보유한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 주위에 과잉 산소가 존재하면 산소를 받아들여 산소를 유지하고 또한 주위의 산소 농도가 저하되면 유지한 산소를 활성 산소의 형태로 방출하는 활성 산소 방출제를 미립자 필터 상에 보유하고, 미립자 필터 상에 미립자가 부착되었을 때 활성 산소 방출제로부터 활성 산소를 방출시키고, 방출된 활성 산소에 의해서 미립자 필터 상에 부착된 미립자를 산화시키도록 한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 활성 산소 방출제가 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 또는 희토류 또는 천이 금속으로 이루어지는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속이 칼슘보다도 이온화 경향이 높은 금속으로 이루어지는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 미립자 필터로서, 단위 시간당 연소실로부터 배출되는 배출 미립자량이 미립자 필터 상에서 단위 시간당 휘염을 발하지 않고 산화에 의해 제거 가능한 산화 제거 가능 미립자량보다도 적을 때에는 배기 가스 중의 미립자가 미립자 필터에 유입되면 휘염을 발하지 않고 산화 제거되고 또한 미립자 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박일 때에는 배기 가스 중의 NOx를 흡수하고 미립자 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비 또는 풍부로 되면 흡수한 NOx를 방출하는 기능을 갖는 미립자 필터를 사용하고, 해당 배출 미립자량을 해당 산화 제거 가능 미립자량보다도 적게 할 수 있는 기관의 운전 상태일 때에는 해당 배출 미립자량이 해당 산화 제거 가능 미립자량보다도 적어지도록 해당 배출 미립자량 또는 해당 산화 제거 가능 미립자량의 적어도 한쪽을 제어하도록 한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 미립자 필터 상에 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 또는 희토류 또는 천이 금속으로부터 선택된 적어도 하나와 귀금속 촉매가 보유되어 있는 내연료 기관의 배기 가스 정화장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속이 칼슘보다도 이온화 경향이 높은 금속으로 이루어지는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 주위에 과잉 산소가 존재하면 산소를 받아들여 산소를유지하고 또한 주위의 산소 농도가 저하되면 유지한 산소를 활성 산소의 형태로 방출하는 활성 산소 방출제를 미립자 필터 상에 보유하고, 미립자 필터 상에 미립자가 부착되었을 때 활성 산소 방출제로부터 활성 산소를 방출시키고, 방출된 활성 산소에 의하여 미립자 필터 상에 부착된 미립자를 산화시키도록 한 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 통상은 희박 공연비를 기초로 연소가 행하여지고 있고, 미립자 필터 안에 흡수된 NOx를 방출해야 할 때에는 공연비가 일시적으로 이론 공연비 또는 풍부로 되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 유속 순간 증대 수단이 기관의 배기 통로 내에 배치된 배기 스로틀 밸브로 이루어지고, 미립자 필터에 퇴적된 미립자를 미립자 필터로부터 이탈시켜서 미립자 필터의 외부로 배출시킬 때에는, 상기 배기 스로틀 밸브는 완전 개방 상태로부터 일시적으로 폐쇄된 후에 다시 순간적으로 완전 개방되고, 해당 배기 스로틀 밸브가 일시적으로 폐쇄되었을 때 미립자 필터로부터 NOx를 방출하기 위해 공연비가 풍부로 되는 내연 기관의 배기 가스 정화장치.
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