KR20050051715A

KR20050051715A - 엔진 연소 제어

Info

Publication number: KR20050051715A
Application number: KR1020057006914A
Authority: KR
Inventors: 야스히사 기따하라
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2005-06-01
Also published as: CN1701171B; US20060005532A1; EP1642016B1; EP1642016A1; US7640727B2; KR100689921B1; DE602004015460D1; CN1701171A; WO2005003537A1

Abstract

내연기관용 연소 제어 장치는, 배기 통로 내의 배기 정화기, 및 주 연소를 초래하고 주 연소 이전에 예비 연소를 초래하기 위한 연료 분사기와 같은 연소 제어 액추에이터를 포함한다. 제어기는 상사점 근방에서 예비 연소를 생성하도록 연료 분사를 제어하고, 예비 연소의 종료 후에 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어한다.

Description

엔진 연소 제어{COMBUSTION CONTROL FOR ENGINE}

본 발명은 내연기관에서의 연소 제어 기술에 관한 것이다.

EP 1035315 A2(JP2000-320386 A에 대응)는, 촉매의 온도 상승을 촉진하기 위해, 엔진의 요구 토크에 대응하는 기본 연료 분사량의 연료 또는 증량된 연료 분사량의 연료를, 연료 분사기에 의해, 각 실린더의 압축 상사점 근방에서 3회로 분할하여 분사하도록 배치된, 디젤 엔진용 연료 분사 시스템을 개시하고 있다.

그러나, 상기 연료 분사 시스템에서는, 연소가 계속되고 3회 분할 분사에 의해 분사된 연료가 계속 연소되도록 연료가 분사된다. 따라서, 후속 분사에서의 연료가 이전의 분사된 연료의 화염 속으로 분사되어, 확산 연소 주체의 연소가 된다. 이러한 연소 상태에서 공연비가 낮아지면, 스모크 방출 레벨이 현저히 높아진다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 연소 제어 시스템 또는 장치의 개략도이다.

도2는 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 주 연소 제어 방법을 도시하는 흐름도이다.

도3은 NOx 포집 촉매의 워밍업 상태에서의 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 DPF 재생 과정의 흐름도이다.

도4는 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 유황 피독 해제 과정의 흐름도이다.

도5는 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 리치 스파이크 연소 제어 과정의 흐름도이다.

도6은 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 용손(melting) 방지 과정의 흐름도이다.

도7은 DPF 재생, NOx 재생, 및 유황 피독 해제의 우선순위를 결정하기 위한, 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 우선순위 결정 과정의 흐름도이다.

도8은 SOx 재생 및 NOx 재생의 우선순위를 결정하기 위한, 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 우선순위 결정 과정의 흐름도이다.

도9는 도1의 연소 제어 시스템에 의해 형성되는 DPF 재생 요청 플래그 세팅 과정의 흐름도이다.

도10은 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 유황 피독 해제 요청 플래그 세팅 과정의 흐름도이다.

도11은 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 NOx 재생 요청 플래그 세팅 과정의 흐름도이다.

도12는 NOx 포집 촉매를 워밍업시키기 위한 NOx 포집 촉매 워밍업 과정의 흐름도이다.

도13은 제1 예의 연소 제어 모드를 도시하는 도면이다.

도14는 제2 예의 연소 제어 모드를 도시하는 도면이다.

도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 예의 연소 제어 모드(분할 지연 연소 모드)를 도시하는 도면이다.

도16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 예의 연소 제어 모드(분할 지연 연소 모드)를 도시하는 도면이다.

도17은 도13 및 도14의 제1 및 제2 예와 비교하여, 도15의 제3 예에서의 배기 가스 혼합물의 상태를 도시하는 도면이다.

도18a 내지 도18d는 분할 지연 연소 모드에서의 주 연소 시기에 대한 배기 가스 상태를 도시하는 도면이다.

도19는 본 발명의 이 실시예에 따른 주 연소를 위한 목표 연료 분사 시기를 도시하는 도면이다.

도20은 DPF의 배기 압력 임계치를 도시하는 도면이다.

도21은 증착된 PM의 PM 퇴적량에 대한 목표 공연비를 도시하는 도면이다.

도22는 목표 흡입 공기 양을 도시하는 도면이다.

도23은 목표 연료 분사 시기에 대응하는 토크 보정 계수를 산출하기 위한 도면이다.

도24는 농후 스파이크 작동의 목표 흡입 공기량을 도시하는 도면이다.

도25는 DPF 용손을 방지하기 위한 목표 흡입 공기량을 도시하는 도면이다.

도26은 DPF·SOx 재생 가능 영역을 도시하는 도면이다.

도27은 실시예에 따른 예비 연소를 위한 목표 연료 분사량을 도시하는 도면이다.

도28은 실시예에 따른 예비 연소를 위한 목표 연료 분사 시기를 도시하는 도면이다.

도29는 실시예에 따른 분할 지연 연소 모드로의 연소 전환 과정을 도시하는 도면이다.

도30은 목표 공연비에 대응하는 주 연소를 위한 분사량 보정 계수를 도시하는 도면이다.

본 발명의 목적은 스모크 방출을 감소시키고 농후한 목표 배기 공연비를 실현하기 위한 연소 제어 시스템 및/또는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 내연기관용 연소 제어 장치는, 내연기관의 배기 통로 내의 배기 정화기, 주 연소를 초래하고 주 연소 이전에 예비 연소를 초래하기 위한 연소 제어 액추에이터, 및 상기 예비 연소를 야기하도록 연료 분사를 제어하고 예비 연소가 종료한 후에 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 내연기관의 배기 통로에 배기 정화기를 구비한 내연기관용 연소 제어 방법은, 엔진 사이클에 예비 연소를 생성하도록 연료 분사를 제어하는 단계, 및 엔진 사이클에서 예비 연소가 종료한 후에 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부도면을 참조로 한 하기 설명으로부터 이해될 것이다.

도1은 내연기관(1)용 연소 제어 시스템 또는 장치를 도시한다. 이 예에서, 내연기관은 디젤 엔진이다.

엔진(1)의 흡기계는, 흡기 통로(2)의 상류부에 배치되어 흡입 공기를 과급되도록 압축하기 위한 과급기(3)의 흡기 압축기(3a), 상기 압축기(3a)로부터의 압축 공기를 냉각시키기 위한 인터쿨러(4), 및 상기 인터쿨러(4)로부터의 냉각 공기 유동을 조절하기 위한 스로틀 밸브(6)를 구비한다. 스로틀 밸브(6)를 통과한 후, 흡입 공기는 흡기 매니폴드의 콜렉터 섹션을 통해서 엔진(1)의 각 실린더의 연소실 내로 유입된다.

연료계는 고압 연료 펌프(8), 및 상기 연료 펌프로부터 고압 연료를 수용하여 각 분사기(10)에 공급하기 위한 커먼 레일(9)을 구비하는 커먼 레일식 연료 분사 시스템을 구비한다. 각각의 분사기(10)는 대응 엔진 실린더의 연소실 내에 직접 연료를 분사하도록 배열된다. 연소실에서, 분사기(10)에 의해 분사된 연료 및 흡기계로부터 유입된 공기는 압축 점화식으로 점화되어 연소된다. 배기 가스는 배기 통로(12)로 배출된다.

배기 가스 혼합물의 일부는 EGR 가스로서, EGR 밸브(19)를 거쳐서 EGR 통로(11)에 의해 배기 통로(12)로부터 흡기측으로 재순환된다. 배기 가스 혼합물의 잔여부는 가변 노즐형의 과급기(3)의 배기 터빈(3b)을 통과하고, 배기 터빈(3b)을 구동한다.

배기 통로(12)에서 배기 터빈(3b)의 하류 위치에는 배기 정화 장치 또는 정화기가 배치된다. 이 예에서, 배기 정화 장치는 NOx 포집 촉매(장치)(13) 및 디젤 미립자 필터(DPF: diesel particulate filter)(14)를 구비한다.

이 NOx 포집 촉매(13)는, 배기 공연비가 희박(산소 과잉 상태)할 때는 유입되는 배기 가스에 NOx를 포집시키며, 배기 공연비가 농후(연료 과잉 상태)할 때는 포집된 NOx를 이탈시키고 정화시킨다. NOx 포집 촉매(13)는 유입하는 배기 성분(HC, CO)을 산화하기 위해 Pt 등의 귀금속과 같은 산화 촉매를 포함한다.

DPF(14)는 배기 가스중의 배기 미립자(PM: particulate matter)를 수집하는 PM 포집 기능을 갖는다. 더욱이, 이 DPF(14)에는 유입되는 배기 성분(HC, CO)을 산화시키기 위한 산화 촉매(귀금속)가 제공된다.

도1의 예에서, DPF(14)는 NOx 포집 촉매(13)의 하류에 배치되어 있다. 그러나, DPF(14)는 NOx 포집 촉매(13)의 상류에 배치될 수도 있다. 더욱이, NOx 포집 촉매(13)와 DPF(14)는, DPF(14)에 NOx 포집 촉매(13)가 담지된 단일 유닛으로서 형성될 수 있다.

연소 제어 시스템은 추가로, 연소 제어에 필요한 작동 조건에 대한 정보를 수집하기 위해 다양한 센서를 포함하는 센서 섹션 또는 입력 섹션을 구비한다. 크랭크각(crank angle: CA) 센서(회전 속도 센서)(20)는 엔진(1)의 회전 속도(Ne)를 검출하기 위한 장치이다. 액셀 개도 센서(21)는 차량의 액셀의 개도(APO)를 검출하기 위한 장치이다.

상기 센서 섹션은 추가로, NOx 포집 촉매(13)의 온도(촉매 온도)를 검출하기 위한 촉매 온도 센서(22), 배기 통로(12)에서의 DPF(14)의 입구측에서의 배기 압력을 검출하기 위한 배기 압력 센서(17), DPF(14)의 온도(DPF 온도)를 검출하기 위한 DPF 온도 센서(23), 및 배기 공연비(또는 수치로서는 공기 과잉율로 표시되는, 배기 λ)를 검출하기 위해 배기 통로(12)의 DPF 출구측에 배치되는 공연비 센서(16)를 구비한다. NOx 포집 촉매(13)의 온도를 직접 검출하는 대신에, NOx 포집 촉매(13)의 하류측에 배치된 온도 센서를 사용하여 배기 가스 온도로부터 간접적으로 온도를 결정할 수 있다. 마찬가지로, DPF(14)의 하류측에 배치된 온도 센서를 사용하여 배기 가스 온도로부터 간접적으로 DPF(14)의 온도를 결정할 수 있다.

연소 제어 시스템은 추가로, 센서 섹션에 의해 수집된 정보에 따라 엔진(1)을 제어하기 위해 제어 유닛 또는 ECU(25)를 포함하는 제어 섹션 또는 제어기를 구비한다. 센서로부터의 신호는 ECU(25)로 공급된다. 이들 입력 신호에 기초하여, ECU(25)는 각각의 연료 분사기(10)에 연료 분사 지령 신호를 출력하고, 스로틀 밸브(6)에는 스로틀 개도 지령 신호를 출력하며, EGR 밸브(19)에는 개도 지령 신호를 출력한다. 구체적으로, ECU(25)는 각각의 분사기(10)에 주 분사 및 상기 주 분사 이전의 적어도 하나의 예비 분사를 수행하도록 지령을 내린다. 또한, ECU(25)는 스로틀 개도 지령 신호를 내림으로써 스로틀 밸브(6)를 제어하고, EGR 개도 지령 신호를 내림으로써 EGR 밸브(19)를 제어한다.

ECU(25)는 DPF(14)에 포집되어 퇴적된 PM의 정화(DPF 재생), NOx 포집 촉매(13)에 의해 포집된 NOx의 정화(NOx 재생), 및 SOx에 대한 NOx 포집 촉매의 노출로 인해 NOx 포집 촉매(13)에 퇴적된 SOx의 정화(SOx 재생)를 위한 배기 정화 제어를 하기의 방식으로 수행한다.

NOx 포집 촉매(13) 또는 DPF(14)의 정화 능력을 회복시키기 위해, ECU(25)는 엔진(1)의 작동 조건을 변경한다. 예를 들면, 이론공연비(λ=1) 이하의 농후 영역에서의 농후 작동에 대한 요구가 있는 경우, ECU(25)는 스로틀 밸브(6)의 개도를 작게 하여 엔진(1)에 공급되는 공기의 흡기량을 감소시키거나, 연료 펌프(8)를 제어하여 연료 분사량을 증가시킨다.

DPF(14)의 재생을 위해서, 이 예의 ECU(25)는 목표 공연비λ를 1 내지 1.4 사이에서(1≤λ≤1.4) 제어하고, DPF(14)의 온도를 600℃ 이상에서(DPF 온도≥600℃) 제어한다.

희박 조건하의 상용 작동 영역에서는, 주 분사 이전의 초기 단계에서 급격한 연소를 완화하기 위해 파일럿(pilot) 분사가 통상 실시된다. 이 파일럿 분사의 연료 분사 시기는 40 내지 10°BTDC(상사점 이전의 크랭크각 시기)이며, 파일럿 분사의 연료 분사량은 1 내지 3 ㎣/st이다. 주 분사의 시기는 대략 10 내지 20°BTDC이다. 파일럿 분사와 주 분사 사이의 간격은 대략 10 내지 30°CA(크랭크각)로 설정된다.

DPF(14)의 재생 및 유황 피독 해제 또는 취소를 위한 낮은 공연비 및 높은 배기 온도를 실현하기 위해, 제어 시스템은 흡입 공기량을 통상의 작동에서의 레벨에서 감소시킨다. 그러나, 흡입 공기량이 감소되면, 압축 행정의 단부 또는 상사점 근방에서의 실린더내 온도인 압축단 온도가 저하되므로, 연소가 불안정해진다. 따라서, 통상의 희박 작동과 유사한 설정에서 파일럿 분사가 이루어질 때는, 도13의 제1예(I)(비교예)에 도시하듯이 주 분사의 분사 시기가 진각(advance)된다.

이러한 연료 분사량 및 분사 시기의 설정에서는, 배기 온도를 상승시키기 위해 분사 시기를 지연(retard)시켜도 연소가 불안정해지므로, 지연에도 한계가 있다. 예를 들면, 1이하의 λ범위(λ≤1) 및 600℃이상의 배기 온도 범위(배기 온도≥600℃)에서 유황 피독 해제 또는 탈황 작업을 실현하기가 곤란하다.

도14는 EP 1035315 A2(JP2000-320386 A에 대응)에 개시된 제2예(Ⅱ)를 도시한다. 이 예에서, 연료 분사 시기의 지연 범위는 높은 배기 온도 및 낮은 공연비를 실현하기 위해 다수의 분할된 주 분사에 의해 확장된다.

그러나, 도14에 도시된 제2예(Ⅱ)에서, 다수의 주 분사에 의해 분사된 연료는 연속적으로 연소된다. 이전 분사의 연료의 연소가 아직 활발한 상태에서 후속 분사의 연료가 분사된다. 따라서, 연소가 도14에 도시된 바와 같이 연속적이다. 후속 분사의 연료는 이전 분사에 의해 분사된 연료의 연소 화염 내로 분사되며, 연소는 화염에서 즉시 시작된다. 따라서, 예Ⅱ의 연소 모드는 확산 연소의 퍼센트를 증가시키고, 당량비(equivalence ratio)가 부분적으로 매우 농후해지며, 스모크 방출 레벨이 대폭 악화된다.

이를 감안하여, 본 실시예에 따른 연소 제어 시스템은, 배기 정화 장치(NOx 포집 촉매(13) 및 DPF(14))의 배기 정화 기능을 회복시키기 위해, 통상의 희박 연소 모드로부터 도15의 제3예(Ⅲ)로서 도시되어 있는 분할 연소 모드 또는 분할 지연 연소 모드로 전환한다.

본 실시예에 따른 연소 제어 시스템은, 압축 상사점 이전의 연료 분사에 의해 압축 상사점 근방에서 이루어지는 예비 연소와, 상기 예비 연소의 종료 후에 이루어져 주 토크를 발생시키는 주 연소를 제어함으로써 분할 지연 연소 제어 모드를 수행한다.

분할 연소 모드에서, 도15에 도시하듯이, 연소 제어 시스템은 압축 행정에서 우선 예비 연료 분사(도15에서 "a"로 도시)를 수행함으로써, 압축 상사점(TDC) 근방에서의 실린더내 온도를 상승시킨다. 작동 조건에 따라 예비 연소의 열 발생을 위한 분사량은 다르지만, 연료는 적어도 예비 연소의 열 발생을 확인하는데 필요한 양으로 예비 분사에 의해 분사된다. 따라서, 예비 연소의 열 방출 과정에 의해 실린더내 온도를 상승시킴으로써, 본 실시예에 따른 연소 제어 시스템은 지연 한계를 이동시켜 주 연소의 가능한 지연 범위를 확장할 수 있다.

선택적으로, 한 사이클에서 예비 연소가 복수회 이루어져도 좋다. 이 경우에, 연료 분사는 적어도 일회의 예비 연소 과정이 압축 상사점 근방에서 일어나도록 제어된다.

더욱이, 선택적으로, 예비 연소를 위해서 압축단 온도(즉, 압축 상사점 근방에서의 실린더내 온도)에 따라 연료 분사량과 연료 분사 시기중 적어도 한쪽을 변경하도록 해도 좋다. 압축단 온도는 엔진(1)의 하나 이상의 작동 상태(엔진 회전속도 Ne 및 연료 분사량 Q)로부터 추정된다. 이 경우에도, 연료 분사량은 예비 연소의 열발생을 확인할 수 있는 양으로 설정되며, 적어도 일회의 연소가 압축 상사점 근방에서 일어난다. 연소는 열 방출 과정이고, 예비 연소는 열 방출 과정이 종료할 때 종료되며, 따라서 예비 연소의 종료는 열 방출 과정의 종료이다.

이 예에서, 예비 연소를 위한 연료 분사량은, 주 연소를 위한 연료 분사시의 실린더내 온도를 실린더 내에서의 자동 점화를 가능하게 하는 자동-점화 온도보다 높게 만드는데 필요한 양과 동일하게 설정된다.

주 연소는 예비 연소가 완료된 후에 시작된다. 연료는 예비 연소의 종료후에 주 연소를 위해 분사되며, 분사된 연료의 적어도 일부는 예비혼합 연소 모드에서 연소된다. 도15에 도시하듯이, 예비 연소의 종료 후에 주 연소가 시작되도록, 주 연소를 위한 주 연료 분사(도15에서 "b"로 도시)는 상사점 이후에 이루어진다.

이 예의 연소 제어 시스템은 엔진 작동 상태(특히 엔진 속도 Ne)에 따라 주 연소를 위한 연료 분사 시기를 제어하며, 따라서 주 연소의 연소 개시 시기는 도15에 도시하듯이 예비 연소의 연소 개시 시기로부터 크랭크각(CA)으로 20도 이상 지연된다. 따라서, 예비 연소의 개시와 주 연소의 개시 사이에 20°(CA) 이상의 지연을 설정함으로써, 이 연소 제어 시스템은 예비 연소에 의해 실린더내 온도를 증가시켜 주 연소의 지연 범위를 확장시킬 수 있고, 예비 연소가 확실히 종료한 후에 주 연소를 위한 주 연료 분사를 수행할 수 있다. 그러므로, 이 연소 제어 시스템은, 주 연소를 위한 점화 지연 기간을 확보하고 주 연소에서의 예비혼합 연소 비율을 증가시킴으로써, 스모크 배출을 억제할 수 있다.

더욱이, 주 연소의 연소 종료 시기는 도15에 도시하듯이 상사점 이후 50°(CA) 이상으로 설정된다. 주 연소가 50°ATDC 에서 또는 그 이후에서 종료하도록 연료 분사 시기를 제어함으로써, 연소 제어 시스템은 엔진(1)의 작동 상태에 따라 배기 가스 온도를 제어할 수 있다.

더욱이, 이 예의 연소 제어 시스템은 엔진(1)에 의해 생성된 토크가 일정하게 유지되도록 주 연소를 위한 연료 분사량, 분사 시기, 및 연료 분사 기간을 제어한다.

이 분할 지연 연소 모드에서, 본 실시예에 따른 제어 시스템은 예비 연소에 의해 지연 한계를 지연 방향으로 이동시킴으로써 목표 온도로의 제어성을 향상시킬 수 있고, 예비 연소의 열 방출 과정이 완료된 후에 주 연소를 개시함으로써 예비혼합 연소에 의해 스모크의 방출을 감소시킬 수 있다.

도17은 도13 및 14에 도시된 제1 및 제2 예(I, Ⅱ)와 비교하여, 도15에 도시된 제3 예(Ⅲ)의 분할 지연 연소 모드의, 배기 가스 온도, 스모크 농도, 및 HC(탄화수소) 농도의 효과를 도시한다.

도17에서 Ⅲ으로 도시된 분할 지연 연소 모드에 의해, 연소 제어 시스템은 농후 조건을 실현함으로써 높은 배기 가스 온도와 낮은 스모크 방출 레벨을 동시에 달성할 수 있다. 더욱이, 연소 제어 시스템은 제1 예(I)에서의 농후화 작동 및 제2 예(Ⅱ)에서의 연속 연소 작동에 비해 HC 농도를 현저히 감소시킬 수 있다.

실린더내 온도가 예비 연소에 의해 증가되고 주 연소의 지연 범위가 확장되므로, 주 분사의 분사 시기가 지연되어도 낮은 공연비에서의 연소는 안정적이고 배기 가스 온도는 높다.

도18a, 18b, 18c, 및 18d의 그래프는 분할 지연 연소 모드에서의 주 연소 시기에 대한 배기 가스의 온도, 스모크 농도, CO(일산화탄소) 농도, 및 HC 농도의 변화를 도시하고 있다. 이 예에서, 배기 공연비는 일정하다(λ= const). 이들 그래프에 도시되어 있듯이, 주 연소의 지연 정도가 증가할 수록, 예비혼합 연소의 비율이 증가되므로, 낮은 배기 공연비에서도 스모크 방출이 감소된다.

도19는 본 실시예에 따른 분할 지연 연소 모드에서 주 연소를 위한 목표 연료 분사 시기의 특성을 도시한다. 수평축은 엔진 회전 속도 Ne를 나타내고, 수직축은 엔진 부하 Q를 나타낸다. 도19에 도시하듯이, 부하 Q가 낮으면, 목표 배기 가스 온도를 달성하기 위한 주 연소의 연소 시기는 크게 지연된다. 따라서, 일부 경우에는, 한번의 예비 연소 과정 만으로는 실린더내 온도를 주 연소의 분사 시기까지 충분히 높게 유지하기가 어렵다. 그러한 경우, 도16에 도시하듯이 예비 연소 과정을 복수회 수행하여 각각의 열 발생이 중복되지 않도록 함으로써, 낮은 부하 조건 하에서도 낮은 스모크 방출 목표와 높은 배기 가스 온도 목표를 둘 다 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 이 실시예에 따른 연소 제어 시스템은, 배기 정화 장치(13, 14)의 하나 이상의 상태에 따라 배기 가스 온도의 상승 요구 또는 이론공연비 이하 범위에서의 농후 작동 요구가 있을 때, 연소 제어 모드를 통상의 모드(희박 작동 모드)로부터 (도15 및 16에 도시하듯이) 예비 연소 및 주 연소를 포함하는 분할 지연 연소 모드로 전환시키고, 그로 인해 높은 배기 온도와 낮은 공연비의 상태에서 NOx 포집 촉매(13) 또는 DPF(14)의 재생을 수행한다.

도2 내지 도12는 도1의 연소 제어 시스템에 의해 수행되는 연소 제어 방법을 도시한다.

도2는 연소 제어의 메인 루틴을 도시한다.

단계 S1에서, ECU(25)는 센서의 신호로부터 산출되는 엔진 회전 속도 Ne, 액셀 개도 APO, 촉매 온도, DPF(14)의 입구측 또는 출구측에서의 배기 압력, DPF 온도를 포함하는 작동 상태를 확인하고, 엔진 회전 속도 Ne 및 액셀 개도 APO를 파라미터로서 사용하는 맵으로부터 연산되는 연료 분사량(주 분사량) Q를 읽어들인다.

단계 S2에서, ECU(25)는 배기 통로(12)내의 NOx 포집 촉매(13)가 워밍업 상태(활성 상태)에 있는지 여부를 판정한다. 이 예에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13) 출구에서의 배기 온도 센서(15)의 출력 신호로부터 산출되는 배기 온도(T)를, NOx 포집 촉매(13)의 활성 개시 시의 소정 배기 온도(T5)와 비교한다. ECU(25)는 배기 온도(T)가 소정 온도보다 높을 때(T> T5) NOx 포집 촉매(13)가 워밍업되는 것으로 판정한다.

이 배기 온도(T)가 소정 배기 온도(T5)보다 높으면(T> T5), ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)가 워밍업되었다고 판단하여 단계 S3으로 이행한다.

한편, 배기 온도(T)가 소정 배기 온도(T5) 이하이면(T≤T5), ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)가 저온(cold)이라고 판단하여 도12에 도시된 단계 S1001로 이행한다. 따라서, NOx 포집 촉매(13)가 저온이면, 이 연소 제어 시스템은 도12의 루틴으로 들어가며, 후술하듯이 NOx 포집 촉매(13)를 급속히 워밍업하기 위해 연소 모드를 통상의 모드로부터 분할 지연 연소 모드로 전환한다.

단계 S3에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)에 포집되어 퇴적된 NOx의 양인 NOx 포집량 또는 퇴적량 Qnox를 계산한다. (일본 특허 제2,600,492호에 대응하는) 미국 특허 제5,473,887호는 엔진 속도 Ne의 적산치(cumulative value)로부터의 추측에 의해 NOx 흡수량을 계산하는 방법을 개시한다. 이 계산 방법을 사용할 수 있으며, 미국 특허에서의 NOx 흡수량 또는 퇴적량의 계산에 대한 설명이 원용된다. 대안적으로, 차량이 소정 거리를 주행할 때마다 NOx 퇴적량을 가산하여 NOx 퇴적량을 계산하는 방법을 사용할 수도 있다. 이 경우에, 연소 제어 시스템은 차량의 주행 거리를 결정하기 위한 센서(50)를 사용할 수 있다. 합계에 의한 적산치를 사용하는 방법에서는, NOx 재생이 완료된 시점(SOx 재생을 위한 작업에서의 SOx 재생과 동시에 NOx 재생이 이루어진 시점을 포함)에서 적산치를 리세트한다.

단계 S4에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)에 퇴적된 유황 성분(SOx)의 퇴적량(S량)(Qs)을 계산한다. 유황 성분 퇴적량은 전술한 NOx 퇴적량 계산에서와 같이, 엔진 회전 속도 Ne의 적산치나 차량의 주행 거리로부터 추측에 의해 계산할 수 있다. 적산치를 사용하는 경우, 재생이 완료된 시점에서 그 적산치를 리세트한다.

단계 S5에서, ECU(25)는 DPF(14)에 포집되어 퇴적되는 PM의 양인 PM 퇴적량(Qpm)을 결정한다. 이 예에서, ECU(25)는, 배기 압력 센서(17)에 의해 DPF(14)의 입구측에서의 배기 압력을 검출하여 현재의 작동 상태(엔진 회전 속도 Ne 및 연료 분사량 Q에 의해 결정됨)에서의 기준 배기 압력과 비교함으로써 PM 퇴적량을 산출한다. 이는 DPF(14)에 퇴적된 PM의 양이 증가하면 당연히 DPF(14)의 입구측에서의 배기 압력이 상승하기 때문이다. 선택적으로, 전회의 DPF 재생으로부터의 차량 주행 거리, 엔진 회전 속도 Ne의 적산치, 및 배기 압력의 하나 이상으로부터의 추정에 의해 PM 퇴적량을 계산해도 좋다.

단계 S6에서, ECU(25)는 reg 플래그(Freg)의 설정 여부를 판정한다. reg 플래그(Freg)는 DPF(14)가 재생 모드 중에 있는지 여부를 나타내는 상태 코드이다. DPF(14)가 재생 모드 중에 있지 않으면(Freg = 0), ECU(25)는 단계 S7로 진행된다. 한편, DPF(14)가 재생 모드 중에 있으면(Freg = 1), ECU(25)는 후술하는 도3에서의 단계 S101 및 후속 단계들에서의 DPF 재생 모드에서의 처리를 수행한다.

단계 S7에서, ECU(25)는 desul 플래그(Fdesul)의 설정 여부를 판정한다. desul 플래그(Fdesul)는 NOx 포집 촉매(13)가 유황 피독 해제 모드(SOx 재생 모드) 중에 있는지를 나타내는 상태 코드이다. NOx 포집 촉매(13)가 유황 피독 해제 모드에 있지 않으면(Fdesul = 0), ECU(25)는 단계 S7로부터 S8로 진행된다. 한편, NOx 포집 촉매(13)가 유황 피독 해제 모드 중에 있으면(Fdesul = 1), ECU(25)는 후술하는 도4에서의 단계 S201 및 후속 단계들에서의 농후 연소 모드에서의 처리를 수행한다.

단계 S8에서, ECU(25)는 sp 플래그(Fsp)의 설정 여부를 판정한다. sp 플래그(Fsp)는 NOx 포집 촉매(13)가 NOx 포집 촉매(13)의 재생을 위한 농후 스파이크 모드 중에 있는지를 나타내는 상태 코드이다. NOx 포집 촉매(13)가 농후 스파이크 모드 중에 있지 않으면(Fsp = 0), ECU(25)는 단계 S8로부터 S9로 진행된다. 한편, NOx 포집 촉매(13)가 농후 스파이크 모드 중에 있으면(Fsp = 1), ECU(25)는 후술하는 도5에서의 단계 S301 및 후속 단계들에서의 농후 스파이크 모드(NOx 재생 모드)에서의 처리를 수행한다.

단계 S9에서, ECU(25)는 rec 플래그(Frec)의 설정 여부를 판정한다. rec 플래그(Frec)는 DPF(14)가 재생 모드 또는 유황 피독 해제 이후 용손 방지 모드 중에 있는지를 나타내는 상태 코드이다. rec 플래그(Frec)가 설정되어 있지 않으면(Frec = 0), ECU(25)는 단계 S10으로 진행된다. 한편, rec 플래그(Frec)가 설정되어 있으면(Frec = 1), ECU(25)는 후술하는 도6에서의 단계 S401 및 후속 단계들에서의 용손 방지 모드에서의 처리를 수행한다.

단계 S10에서, ECU(25)는 rq_DPF 플래그(RQdpf)의 설정 여부를 판정한다. rq_DPF 플래그(RQdpf)는 DPF(14)에 대해 재생 요구가 나왔는지를 나타내는 상태 코드이다. DPF 재생 요구가 나와있지 않으면(RQdpf = 0), ECU(25)는 단계 S11로 진행된다. 한편, DPF 재생 요구가 나와있으면(RQdpf = 1), ECU(25)는 후술하는 도7에서의 단계 S501 및 후속 단계들에서의, DPF 재생 요구가 나와있는 경우의 재생의 우선순위를 결정하는 처리를 수행한다.

단계 S11에서, ECU(25)는 rq_desul 플래그(RQdesul)의 설정 여부를 판정한다. rq_desul 플래그(RQdesul)는 NOx 포집 촉매(13)에 대해 유황 피독 해제 요구(SOx 재생 요구)가 나왔는지를 나타내는 상태 코드이다. 유황 피독 해제 요구가 나와있지 않으면(RQdesul = 0), ECU(25)는 단계 S12로 진행된다. 한편, 유황 피독 해제 요구가 나와있으면(RQdesul = 1), ECU(25)는 후술하는 도8에서의 단계 S601 및 후속 단계들에서의, 유황 피독 해제 요구가 나와있는 경우의 재생의 우선순위를 결정하는 처리를 수행한다.

단계 S12에서, ECU(25)는 단계 S4에서 계산된 PM 퇴적량(Qpm)이 DPF(14)의 재생이 필요함을 나타내는 소정 양 PM1 이상인지(Qpm< PM1) 여부를, 즉 DPF 재생 시기에 도달했는지 여부를 판정한다. 대신에, 예를 들어 도20에 도시된 맵을 사용하여, DPF 입구측에서의 배기 가스 압력에 따라 DPF 재생 시기를 결정할 수도 있다. 이 경우, DPF(14)에 퇴적된 PM 퇴적량이 소정 양 PM1에 도달한 때의 DPF 입구측에서의 배기 가스 압력은 각각의 작동 상태(엔진 회전 속도 Ne 및 연료 분사량 Q에 의해 결정됨)에서 결정되어 도20에 도시하듯이 매핑된다. 따라서, ECU(25)는, 배기 압력 센서(17)에 의해 검출된 DPF 입구측에서의 배기 압력이 도20의 맵에서의 현재 작동 상태(엔진 회전 속도 Ne 및 연료 분사량 Q에 의해 결정됨)에 대응하는 배기 압력의 임계치에 도달할 때 DPF 재생 시기(Qpm≥PM1)에 도달했다고 판정한다.

DPF 재생 시기가 아니면(Qpm< PM1), ECU(25)는 단계 S12로부터 S13으로 진행한다. 한편, DPF 재생 시기에 도달했다고(Qpm≥PM1) 판정되면, ECU(25)는 S12로부터 도9에서의 단계 S701로 진행하며, 재생 요구의 rq_DPF 플래그(RQdpf)를 1로 설정하여 DPF 재생 요구를 낸다. 따라서, DPF(14)에 퇴적된 PM 퇴적량이 소정 양 PM1에 달하면, 연소 제어 시스템은 연소 모드를 통상 작동 모드(희박 작동)로부터, 배기 가스 온도를 DPF(14)에 퇴적된 PM이 자동 산화되는 온도로 상승시키기 위한 연소 모드로 전환시킨다.

단계 S13에서, ECU(25)는 단계 S4에서 계산된 NOx 포집 촉매(13) 내의 유황 성분 퇴적량(SOx 량)(Qs)이 소정 양 S1 이상인지 여부를 판정하고, 따라서 재생 시기 또는 유황 피독 해제(SOx 재생 요구)를 판정한다.

유황 성분 퇴적량(Qs)이 소정 양 S1 미만이면(Qs< S1), ECU(25)는 유황 피독 해제가 아직 필요하지 않다고 판정하여, 단계 S14로 진행한다.

한편, 유황 성분 퇴적량(Qs)이 소정 량 이상이면(Qs≥S1), ECU(25)는 유황 피독 해제가 필요하다고 판정하여, 도10에서의 단계 S801로 진행하고, rq_desul 플래그(RQdesul)(유황 피독 해제 요구 플래그)를 1로 하여 유황 피독 해제 요구를 내린다. 대신에, 선택적으로, 전회의 재생 이후 차량의 주행 거리가 소정 거리를 초과하고 동시에 배기 압력 센서(17)에 의해 검출된 배기 압력이 소정 임계치를 초과할 때, 유황 피독 해제 요구를 내도 좋다. 따라서, 모든 주행 거리마다, 연소 제어 시스템은 연소 모드를 통상의 작동 모드로부터, 배기 가스 온도를 NOx 포집 촉매(13)에 포집된 유황 성분이 농후 분위기에서 정화될 수 있게 하는 온도로 상승시키기 위한 연소 모드로 전환시킨다.

단계 S14에서, ECU(25)는 단계 S3에서 계산된 NOx 포집 촉매(13) 내의 NOx 퇴적량(Qnox)이 소정 양 NOx1 이상인지 여부를 판정하고, 그로 인해 재생 시기의 도달 여부, 즉 NOx 재생이 필요한지 여부를 판정한다.

NOx 퇴적량(Qnox)이 소정 양 NOx1 미만이면(Qnox< NOx1), ECU(25)는 NOx 재생이 필요하지 않다고 판정하여 도2의 과정을 종료한다.

한편, NOx 퇴적량(Qnox)이 소정 양 NOx1 이상이면(Qnox≥NOx1), NOx 재생이 필요하다고 판정된다. 도11의 단계 S901에서, ECU(25)는 rq_sp 플래그(NOx 재생 요구 플래그)(RQsp)를 1로 설정하여 NOx 재생 요구를 내린다. 대신에, 선택적으로, 차량의 주행 거리 및 배기 가스 압력 센서(17)에 의해 검출된 배기 가스 압력에 따라 재생 시기를 판정해도 좋다. 전회 재생 이후의 주행 거리가 소정 거리를 초과하고 배기 압력이 소정 임계치를 초과하면, ECU(25)는 NOx 재생 요구를 내린다. 따라서, 소정 거리를 주행할 때마다, 연소 제어 시스템은 연소 모드를, 통상의 작동 모드로부터, NOx 포집 촉매(13)에 포집된 NOx를 정화시키기 위한 연소 모드로 전환시킨다.

도3은 단계 S6에서 DPF 재생 모드의 플래그가 1로 판정된 경우(Freg = 1) 수행되는, NOx 포집 촉매(13)의 워밍업 상태에서의 DPF 재생(용손 방지) 처리를 도시한다.

단계 S101에서, ECU(25)는 연소 전환을 위한 소정 조건이 충족되었다고 판정하여, 연소 모드를 통상의 희박 연소로부터 본 실시예에 따른 분할 지연 연소로 전환시킨다. 즉, 배기 정화 장치(13 및/또는 14)의 검출 또는 평가된 상태에 따라, 배기 가스 온도의 상승에 대한 요구 및 이론공연비 이하의 영역에서의 농후 작동에 대한 요구중 적어도 하나의 요구가 있을 때, 연소 제어 시스템은 연소 모드를 통상의 희박 작동으로부터, 주 토크를 발생시키기 위한 주 연소 처리와 주 연소 이전의 적어도 1회의 예비 연소 처리가 이루어지는 분할 지연 연소 모드로 전환시킨다.

연소 전환 지령이 나오면, 연소 모드는 도29에 도시된 단계 S1101 내지 S1104의 플로우에 의해 전환된다. 연소 전환 지령이 나올 때마다 이런 식으로 연소가 전환된다.

S1101에서 확인된 연소 전환 지령에 반응하여, 연소 제어 시스템은 우선 단계 S1102에서의 예비 연소를 실현하기 위해 예비 연소 분사를 수행한다. 예비 연료 분사를 위한 연료 분사량은 도27에 도시하듯이 엔진 속도 Ne와 연료 분사량 Q에 따라 결정되며, 예비 연료 분사를 위한 연료 분사 시기는 도28에 도시하듯이 엔진 속도 Ne와 연료 분사량 Q에 의해 결정된다.

단계 S1103에서, 연소 제어 시스템은 주 연소를 위한 주 연료 분사를 수행한다. 주 연소를 위한 분사 시기는 도19에 도시하듯이 엔진 속도 Ne와 연료 분사량 Q에서 결정된다. 주 분사의 분사량은 전환 전의 연료 분사량에 도23에 도시된 보정 계수를 곱하여 계산된다. 따라서, 주 연소의 분사 시기가 크게 지연되어도, 토크는 연소 전환 이전의 토크와 거의 동일하게 유지된다.

이렇게 예비 연소가 실현된 후에 주 연소를 위한 분사량과 분사 시기가 이행(shift)되므로, 연소 제어 시스템은 연소 상태를 신속하게 이행할 수 있다.

도3의 단계 S102에서, ECU(25)는 배기 공연비를 목표 공연비로 제어한다. DEP(14) 재생에 있어서의 목표 공연비는 PM 퇴적량에 따라 다르다. 따라서, PM 퇴적량은 도20에 도시된 DPF(14)의 배기 압력 임계치로부터 예측 또는 추측되고, 배기 가스는 도21에 도시된 예측 PM 퇴적량에 대응하는 목표 공연비로 제어된다.

연소 모드가 S101에서의 분할 지연 연소 모드로 전환된 후에, 배기 공연비는 스로틀 밸브(6) 또는 EGR 밸브(19)에 의해 목표 공연비로 제어된다. 목표 흡입 공기량을 실현하기 위해, 공기의 양은 스로틀 밸브(6)에 의해, 목표 공연비에 도22에 도시된 맵에서의 값을 곱하여 산출된 목표 공기량(λ=1에서의 작동을 위한 목표 흡입 공기량)으로 제어된다. 공기의 양이 도22에 도시된 공기의 양으로 제어된 후 공연비가 목표치로부터 벗어나면, 공연비는 스로틀 밸브(6) 또는 EGR 밸브(19)에 의해 목표 공연비로 조정된다.

그러나, 분할 지연 연소 모드로의 연소 전환 시점에서, 연료 분사 시기는 지연 방향으로 크게 이행된다. 따라서, 상기 흡입 공기량의 제어에 추가하여, 본 예의 연소 제어 시스템은, 연소 전환 시의 토크 변동을 억제하기 위한 도23에 도시하는 목표 연료 분사 시기에 따라 결정되는 토크 보정 계수로, 도22의 목표 흡입 공기량과 연료 분사량을 보정한다. 더욱이, 목표 공연비 λ가 1 또는 그에 근사한 값으로 감소되면, 흡입 공기 교축에 의한 펌핑 손실이 발생한다. 따라서, 이 예의 제어 시스템은 목표 흡입 공기량 및 연료 분사량을, 도30에 도시하듯이 목표 λ에 따라 결정되는 보정 계수를 곱하여 산출된 값으로 보정한다.

단계 S103에서, ECU(25)는 DPF(14)의 온도가 재생 중의 목표 하한치(소정 온도) T22 이상인지(DPF 온도≥T22) 여부를 판정한다. DPF 온도가 목표 하한치 T22 이상이면(DPF 온도≥T22), ECU(25)는 단계 S103으로부터 S104로 진행한다. 한편, DPF 온도가 목표 하한치 T22 미만이면(DPF 온도< T22), ECU(25)는 단계 S103으로부터 S111 및 S112로 진행된다.

단계 S104에서, ECU(25)는 DPF(14)의 온도가 재생 중의 목표 상한치(소정 온도) T21 이하인지(DPF 온도≤T21) 여부를 판정한다. DPF 온도가 목표 상한치 T21 이하이면(DPF 온도≤T21), ECU(25)는 단계 S104로부터 S105로 진행한다. 한편, DPF 온도가 목표 상한치 T21을 초과하면(DPF 온도> T21), ECU(25)는 단계 S109 및 S110으로 진행된다.

단계 S105에서, ECU(25)는 배기 공연비를 목표치로 제어하기 위해 소요되는 시간 t가 기준 시간 tDPFreg1을 초과하는지(t> tDPFreg1) 여부를 판정한다. 배기 공연비 제어를 위해 경과된 시간 t가 기준 시간 tDPFreg1보다 길면(t> tDPFreg1), ECU(25)는 단계 S106으로 진행한다. 따라서, 이 연소 제어 시스템은 DPF(14)에 퇴적된 PM을 확실하게 연소하여 제거할 수 있다. 한편, 상기 시간 t가 기준 시간 tDPFreg1을 초과하지 않으면(t≤tDPFreg1), ECU(25)는 도3의 과정을 종료한다.

단계 S106에서, 연소 제어 시스템은 연소 모드를 분할 지연 연소 모드로부터 통상의 연소 모드로 복귀시키며, 따라서 DPF(14)를 가열하기 위한 작업을 종료한다. 이후, 단계 S107에서, ECU(25)는 DPF 재생 모드의 reg 플래그(Freg)를 0으로 리세트하고, DPF(14)의 재생을 종료한다.

단계 S107에 이어 S108에서, ECU(25)는 용손 방지 모드의 rec 플래그(Frec)를 1로 설정한다. 이렇게 하여, 이 연소 제어 시스템은 배기 공연비를 급히 증가시킴으로써, DPF 재생 종료후 DPF(14)에서 연소되지 않은 PM의 연소로 인해 DPF(14)가 용융 손상되는 것을 방지한다. 따라서, ECU(25)는 재생 모드 또는 유황 피독 해제 모드 이후 용손 방지 모드를 위해 rec 플래그(Frec)를 설정함으로써 도3의 과정을 종료한다.

단계 S103으로부터 도달한 단계 S111에서, 연소 제어 시스템은 주 연소를 위한 주 연료 분사 시기를 지연시킨다. 따라서, 이 예의 연소 시스템은 DPF 재생 중에 DPF 온도가 하한치 T22보다 낮을 때(DPF 온도< T22), 주 연소를 위한 연료 분사 시기를 소정 양 지연시킴으로써 배기 가스 온도를 상승시킨다.

단계 S112에서, ECU(25)는 주 연소를 위한 주 연료 분사 시기의 지연 양에 따라 토크를 조정한다. 주 연료 분사 시기의 지연만큼 토크가 저하되므로, ECU(25)는, 지연 양에 따라, 도23에 도시된 주 연소를 위한 연료 분사 시기에 대한 토크 보정 계수의 토크 보정 계수 산출 맵을 사용하여 목표 토크 보정 계수를 산출하고, 이 산출된 토크 보정 계수를 사용하여 토크를 조정한다. 이후, ECU(25)는 도3의 과정을 종료한다.

단계 S104로부터 도달한 단계 S109에서, 이 예의 연소 제어 시스템은 주 연소를 위한 주 연료 분사 시기를 진각시킨다. 따라서, 제어 시스템은 DPF 재생 중에 DPF 온도가 상한치 T21을 초과할 때(DPF 온도> T21) 주 연료 분사 시기를 소정 양 진각시킴으로써 배기 가스 온도를 저하시킨다.

단계 S110에서, ECU(25)는 진각 양에 따라, 도23에 도시된 토크 보정 계수 산출 맵을 사용하여 목표 토크 보정 계수를 산출하고, 산출된 토크 보정 계수를 사용하여 토크를 조정한다. 이후 ECU(25)는 도3의 과정을 종료한다.

도4는 유황 피독 해제를 위한 처리를 도시한다.

단계 S201에서, 연소 제어 시스템은 높은 배기 가스 온도에서 농후 분위기의 유황 피독 해제 요구에 대응하여 연소 모드를 도3의 S101과 같이 분할 지연 연소 모드로 전환한다.

단계 S202에서, 제어 시스템은 NOx 포집 촉매(13)에 퇴적된 유황 성분의 퇴적량 Qs가 소정 량에 도달했으므로 배기 공연비를 이론 공연비로 제어한다. 이후, 제어 시스템은 도22에 도시된 목표 흡입 공기량(λ=1을 실현하기 위한 흡입 공기량)을 얻기 위해 스로틀 밸브(6)의 개도를 감소시킴으로써 흡입 공기 유동을 교축시키고, 그로 인해 목표 공연비를 달성한다. 실제 공연비가 목표 공연비에서 벗어나 있으면, 제어 시스템은 스로틀 밸브(6) 또는 EGR 밸브(19)에 의해 배기 공연비를 조정한다. 따라서, 단계 S102와 마찬가지로, 주 연소를 위한 연료 분사 시기에 따라 흡입 공기량 및 연료 분사량이 보정된다.

단계 S203에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)의 온도가 소정 온도 T4보다 높은지(촉매 온도> T4) 여부를 판정한다. 예를 들어, NOx 포집 촉매(13)로서 Ba계 NOx 포집 촉매가 사용되는 경우에, 온도는 농후 내지 이론공연비 분위기에서 600℃보다 높아야 하며 따라서 소정 온도 T4는 600℃와 동등하게 설정된다.

촉매 온도가 소정 온도 T4보다 높으면(촉매 온도> T4), ECU(25)는 S203으로부터 단계 S204로 진행한다. 한편, 촉매 온도가 소정 온도 T4이하이면(촉매 온도≤T4), ECU(25)는 단계 S210으로 진행한다.

단계 S204에서, ECU(25)는 유황 피독 해제 과정이 목표 공연비 및 목표 베드 온도에서 소정 시간 tdesul 동안 수행되는지(t> tdesul) 여부를 판정한다. 유황 피독 해제 과정이 tdesul 보다 오래 적절히 지속되고 있으면(t> tdesul), ECU(25)는 단계 S205로 진행한다. 한편, 유황 피독 해제 과정이 아직 충분히 수행되고 있지 않으면(t≤tdesul), ECU(25)는 도4의 과정을 종료한다.

단계 S205에서, ECU(25)는 유황 피독 해제가 완료되므로 이론공연비 작동을 해제한다.

단계 S206에서, ECU(25)는 용손 방지 모드의 rec 플래그(Frec)를 1로 설정한다(Frec=1). 따라서, 제어 시스템은 배기 공연비를 급히 증가시킴으로써, 유황 피독 해제 종료후 고온 조건 하에서 DPF(14)에 남은 PM의 연소로 인해 DPF(14)가 용융 손상되는 것을 방지한다.

단계 S207에서, ECU(25)는 유황 피독 해제 모드가 종료되었으므로 desul 플래그(Fdesul)를 0으로 리세트한다.

단계 S208에서, ECU(25)는 유황 피독 해제 모드가 완료되었으므로 NOx 포집 촉매(13)에 퇴적된 유황 퇴적량(Qs)을 0으로 리세트한다(Qs=0).

단계 S209에서, ECU(25)는 NOx 재생을 위한 rq_sp 플래그(RQsp)를 0으로 리세트한다(RQsp=0). 이는 유황 피독 해제에 의해 NOx 포집 촉매(13)가 장시간 이론 공연비의 상태에 노출되어 NOx 재생이 수행되기 때문이다. 이후, NOx 재생에 대한 요구가 존재하면, 유황 피독 해제와 동시에 NOx 재생이 이루어진다.

촉매 온도가 T4 이하일 때, 단계 S203으로부터 단계 S210에 도달된다. S210 및 S211에서의 처리는 도3에서의 단계 S111 및 S112의 상기 처리와 유사하다. 즉, 단계 S210에서, 제어 시스템은 NOx 포집 촉매(13)의 온도가 소정 온도 T4 이하이므로(촉매 온도≤T4), 주 연소를 위한 연료 분사 시기를 소정 양 지연시켜 배기 가스 온도를 상승시킨다.

단계 S211에서, ECU(25)는 지연 양에 따라, 도23에 도시된 토크 보정 계수 산출 맵을 사용하여 목표 토크 보정 계수를 산출하며, 이렇게 산출된 토크 보정 계수를 사용하여 토크를 조정한다. 이후, ECU(25)는 도4의 과정을 종료한다.

도5는 Fsp=1일 때 수행되는 농후 스파이크 제어 과정을 도시한다.

단계 S301에서, 연소 제어 시스템은 연소 모드를 전환한다. 이 예에서, 연소 모드는 분할 지연 연소 모드로 전환된다.

단계 S302에서, 공연비는 농후 스파이크 제어를 수행하기 위한 소정 목표 공연비로 제어된다. 목표 공연비는 흡입 공기량을 도24에 도시된 흡입 공기량으로 조정함으로써 실현된다. 따라서, 농후 스파이크 제어가 수행될 때, 연소 제어 시스템은, NOx 포집 촉매(13) 상류의 배기 가스 중에 적당한 타이밍에서 단주기적으로 환원제를 공급하고 그로 인해 NOx 포집 촉매(13)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 일시적으로 저하시켜, NOx 포집 촉매(13)에 포집되어 있는 NOx를 방출 및 환원시킨다.

단계 S303에서, ECU(25)는 농후 스파이크 제어를 (농후 조건에서) 수행하는데 소요된 시간이 소정 시간 tspike보다 긴지(t> tspike) 여부를 판정한다. 소정 시간 tspike보다 길다면(t> tspike), ECU(25)는 단계 S304로 진행한다. 한편, 소정 시간 tspike보다 길지 않으면(t≤tspike), ECU(25)는 도5의 과정을 종료한다.

단계 S304에서, 스파이크 플래그 Fsp는 0으로 리세트된다(Fsp=0). 따라서, 제어 시스템은 소정 시간 tspike동안 농후 스파이크 제어를 실시하고, 이후 소정 시간 tspike의 종료 시에 농후 작동을 해제한다.

도6은 용손 방지 제어를 도시한다.

단계 S401에서, DPF(14)의 온도가 검출된다. DPF(14)의 온도를 직접 검출하기 어려우면, DPF(14)의 온도는 대체 파라미터(예를 들면, 배기 가스 온도)로부터 유추된다.

단계 S402에서, ECU(25)는 DPF(14)의 온도가 소정 온도 T3 미만인지(DPF 온도< T3) 여부를 판정한다. 따라서, 제어 시스템은 DPF온도가 PM의 급격한 산화가 시작될 우려가 없는 온도 T3보다 낮은지(DPF 온도< T3)여부를 판정한다.

DPF(14)의 온도가 소정 온도 미만이면(DPF 온도< T3), ECU(25)는 S402로부터 단계 S403으로 진행한다. 이로 인해 산소 농도가 대기와 같아질 때에도 DPF(14)의 용손을 방지할 수 있다.

한편, DPF(14)의 온도가 소정 온도 T3 이상이면(DPF온도≥T3), ECU(25)는 S402로부터 단계 S405로 진행한다. S405에서, 제어 시스템은 배기 가스 온도를 낮추기 위해 배기 공연비를 소정 값 이하로 제어하고, 이후 도6에 도시된 과정을 종료한다. 이 경우, 낮은 배기 가스 온도가 소망되므로, 배기 공연비는 분할 지연 연소 대신에 통상의 희박 연소(도13에 도시된 연소)에 의해 소정 값으로 제어된다. 이후, 흡입 공기량은 도25에 도시된 목표 흡입 공기량으로 설정된다. 센서 출력이 목표 공연비에서 벗어나면, 목표 공연비는 스로틀 밸브(6) 또는 EGR 밸브(19)를 조정함으로써 실현된다.

단계 S403에서는, DPF(14)가 용손될 우려가 없으므로, 제어 시스템은 공연비 제어를 종료한다.

단계 S404에서, 용손 방지 모드의 rec 플래그(Frec)는 0으로 리세트된다(Frec=0). 이렇게 해서 용손 방지 모드가 종료된다.

도7은 DPF 재생 요구 및 유황 피독 해제 요구의 하나 또는 둘다 동시에 나왔을 경우에 우선순위를 결정하기 위한 과정을 도시한다.

단계 S501에서, ECU(25)는 유황 퇴적량 Qs가 유황 피독 해제 또는 탈황에 필요한 소정 양 S1 미만인지 여부를 판정한다. 유황 퇴적량이 소정 양 S1 미만이면(Qs< S1), ECU(25)는 S501로부터 스텝 S502로 진행한다. 한편, 유황 퇴적량이 소정 양 S1 이상이면(Qs≥S1), ECU(25)는 도10의 과정으로 진행한다.

단계 S502에서, ECU(25)는 NOx 재생 요구(스파이크 요구) RQsp의 유무를 체크한다. NOx 재생 요구가 없으면(RQsp=0), ECU(25)는 단계 S503으로 진행한다. 한편, NOx 재생 요구가 있으면(RQsp=1), ECU(25)는 단계 S506으로 진행한다.

단계 S503에서, ECU(25)는 DPF 재생 요구가 나온 후 NOx 퇴적량 Qnox가 NOx 재생에 필요한 소정 양 NOx1 미만인지(Qnox< NOx1) 여부를 판정한다. 소정 양 NOx1 미만이면(Qnox< NOx1), ECU(25)는 단계 S504로 진행한다. 한편, 소정 양 NOx1 이상이면(Qnox≥NOx1), ECU(25)는 도11의 과정으로 진행한다.

단계 S504에서, ECU(25)는 작동 지점이 DPF 재생 및 SOx 재생(유황 피독 해제 또는 탈황) 가능 영역에 있는지 여부를 판정한다. 이 예에서, ECU(25)는 작동 지점이 DPF 재생 및 SOx 재생 가능 영역에 있는지 여부를, 도26에 도시된 DPF·SOx 재생 가능 맵을 사용하여, 현재의 엔진 회전 속도 Ne 및 부하에 따라서 판정한다. 현재의 엔진 속도 Ne와 엔진 부하에 의해 판정된 현재의 작동 지점이 재생 가능 영역에 있으면, ECU(25)는 단계 S505로 진행한다. 한편, 재생 가능 영역에 있지 않고 따라서 S504의 대답이 부정적이면, ECU(25)는 도7의 과정을 종료한다.

단계 S505에서, ECU(25)는 재생 모드의 reg 플래그(Freg)를 1로 설정한다(Freg=1). 따라서, DPF 재생 요구가 있는 상태에서 NOx 재생 및 SOx 재생에 대한 요구가 없고 엔진 작동 지점이 DPF 재생 가능 영역에 있으므로, 연소 제어 시스템은 DPF 재생으로 진행한다.

S502로부터 도달된 단계 S506에서, ECU(25)는 낮은 NOx 조건이 존재하는지 여부를 판정한다. 이는, DPF 재생 요구와 NOx 재생 요구가 둘다 나온 경우이므로, 엔진이 낮은 NOx 배출 조건, 예를 들면 정상 상태 조건에 있는지를 판정하기 위한 것이다.

낮은 NOx 조건이 확인되면, ECU(25)는 단계 S507로 진행한다. 이는 후술하는 이유 때문이다. 낮은 NOx 배출 조건 하에서는, 포집된 NOx의 재생이 다소 지연되더라도, 테일(tail) 파이프로부터의 배기가 거의 악화되지 않는다. 따라서, 작동성에 크게 영향을 미치는 DPF(14)의 재생이 우선적으로 이루어진다. 높은 NOx 방출 조건, 예를 들면 가속 조건 하에서는, 테일 파이프로부터의 배기 악화를 방지하기 위해 NOx 재생이 우선적으로 이루어진다.

한편, 낮은 NOx 조건이 확인되지 않고 따라서 S506의 대답이 부정적이면, ECU(25)는 단계 S508로 진행되고 sp 플래그(Fsp)를 1로 설정한다(Fsp=1). 도7의 과정은 이후 종료된다.

단계 S507에서, ECU(25)는 DPF(14)의 베드 온도 Tbed가 소정 온도 T3보다 높은지(Tbed> T3) 여부를 판정한다. 따라서 NOx 재생을 우선적으로 수행할 것인지 여부가 판단된다. DPF 베드 온도 Tbed가 소정 온도 T3보다 높으면(Tbed> T3), ECU(25)는 단계 S504로 진행한다. 한편, 소정 온도 이하이면(Tbed≤T3), ECU(25)는 단계 S508로 진행한다. 이는 후술하는 이유 때문이다. DPF(14)의 온도 상승이 시작될 때, 온도가 DPF(14)에 담지된 NOx 포집 촉매(13)가 활성화되는 T3 이하이면(Tbed≤T3), 온도 상승이 시작된 후 재생 가능 온도에 도달할 때까지 시간이 걸린다. 따라서, 온도 상승 중에 테일 파이프로부터 NOx가 악화될 우려를 감안하여 NOx의 재생이 우선적으로 실시된다.

단계 S508에서는, NOx 재생에 우선권이 주어지므로, ECU(25)는 스파이크 플래그를 1로 설정하고(Fsp=1) NOx 재생으로 진행한다.

도8은 SOx 재생 요구와 NOx 재생 요구가 동시에 나온 경우에 SOx 재생 및 NOx 재생 사이의 우선순위를 정하기 위한 과정을 도시한다.

단계 S601에서, ECU(25)는 DPF(14)에 퇴적된 PM 퇴적량(Qpm)이 소정 양 PM1 미만인지(Qpm< PM1) 여부를 판정한다. Qpm이 소정 양 PM1 미만이면(Qpm< PM1), ECU(25)는 단계 S602로 진행한다. 한편, Qpm이 소정 양 PM1 이상이면(Qpm≥PM1), 연소 제어 시스템은 도9의 S701에서 rq_DPF 플래그(RQdpf)를 1로 설정하며, DPF(14)의 재생을 수행한다. 따라서, SOx 재생 요구가 나오더라도 DPF 재생에 우선권이 부여된다.

단계 S602에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)의 베드 온도(Tbed)가 소정 온도 T1보다 높은지(Tbed> T1) 여부를 판정한다. 소정 온도 T1은 담지된 NOx 포집 촉매(13)의 SOx 재생에 적합한 온도이다. NOx 포집 촉매(13)의 베드 온도(Tbed)가 소정 온도 T1보다 높으면(Tbed> T1), ECU(25)는 S602로부터 단계 S603으로 진행한다. 한편, 소정 온도 T1 이하이면(Tbed≤T1), ECU(25)는 S602로부터 단계 S605로 진행한다. 이는 후술하는 이유 때문이다. 온도 상승이 시작된 후 재생이 가능한 온도에 도달하는데 시간이 걸리므로, 온도 상승 중에 테일 파이프로부터 NOx가 악화될 우려를 감안하여 NOx 재생이 우선적으로 실시된다.

단계 S603에서, ECU(25)는 엔진 작동 지점이 DPF 및 SOx 재생(유황 피독 해제 또는 탈황) 가능 영역에 있는지 여부를 판정한다. 이들 재생이 가능한 영역은 상기 단계 S504와 마찬가지로, 도26에 도시된 DPF·SOx 재생 가능 맵을 사용하여, 현재의 엔진 회전 속도 Ne 및 부하에 기초하여 판정된다. 현재의 엔진 속도와 부하에 의해 판정된 현재의 작동 지점이 재생 가능 영역에 있으면, ECU(25)는 단계 S604로 진행한다. 한편, 재생 가능 영역에 있지 않으면(재생 불가능 영역에 있으면), 도8의 과정이 종료된다.

단계 S604에서, ECU(25)는 desul 플래그(Fdesul)를 1로 설정하고(Fdesul=1), 도8의 과정을 종료한다. 이는 모든 조건이 충족되기 때문에, 즉 스파이크 요구와 DPF 재생 요구가 없고, 베드 온도가 소정 값 이상이며, 작동 지점이 재생 가능 영역에 있기 때문에, SOx 재생으로 이행하기 위한 것이다.

S602로부터 도달한 단계 S605에서, ECU(25)는 스파이크 요구의 유무를 체크한다. 스파이크 요구가 없으면(RQsp=0), ECU(25)는 단계 S606으로 진행한다. 따라서, SOx 재생 요구가 나올 때에도, NOx 포집 촉매(13)의 온도가 소정 온도 T1 이하이면(NOx 포집 촉매 온도≤T1), 테일 파이프로부터 NOx 악화를 억제하기 위해 NOx 재생이 우선적으로 실시된다.

한편, 스파이크 요구가 있으면(RQsp=1), ECU(25)는 단계 S605로부터 단계 S607로 진행하고, NOx 재생 플래그(Fsp)를 1로 설정하여(Fsp=1) NOx 재생으로 절환시킨다. 따라서, SOx 재생 요구가 나올 때에도, NOx 재생이 우선적으로 수행되어야 한다고 결정된다.

단계 S606에서, ECU(25)는 SOx 재생 요구가 나온 후에 NOx 퇴적량이 NOx 재생을 요하는 소정 양 NOx1 미만인지(Qnox< NOx1) 여부를 판정한다. NOx 퇴적량이 소정 양 NOx1 미만이면(Qnox< NOx1), 도8의 과정이 종료된다. 한편, 소정 양 NOx1 이상이면(Qnox≥NOx1), ECU(25)는 도11에서의 단계 S901로 진행되며, NOx 재생 요구를 내도록 rq_sp 플래그(RQsp)를 1로 설정한다.

도12는 예비 연소 및 주 연소의 분할 지연 연소 제어 모드를 사용하여 NOx 포집 촉매(13)를 워밍업하기 위한 과정을 도시한다. 도12의 과정은 도2의 단계 S2의 대답이 부정적일 때 수행된다.

단계 S1001에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)의 워밍업 촉진 작동이 가능한지 여부를 판정한다. 이는 NOx 포집 촉매(13)의 온도가 활성 온도 T5 이하라고(촉매 온도≤T5) 판정되고 그로 인해 워밍업 촉진 작동에 의한 NOx 포집 촉매(13)의 온도 상승이 요구되기 때문이다. 이 판정은 현재의 엔진 회전 속도 Ne 및 부하에 기초하여, 현재의 엔진 속도 및 부하에 의해 정해진 엔진 작동 지점이 도26에 도시된 DPF 및 SOx 재생 가능 영역에 있는지 여부를 체크함으로써 이루어진다.

워밍업 촉진 작동이 가능하면, ECU(25)는 단계 S1002로 진행한다. 한편, 엔진 작동 지점이 상기 가능 영역에 있지 않고 워밍업 촉진 작동이 가능하지 않으면, 도12의 과정이 종료된다.

단계 S1002에서, 제어 시스템은 연소 모드를 분할 지연 연소 모드로 전환한다. 따라서, 예비 연소를 수행함으로써 압축 상사점 근방의 실린더내 온도가 상승되고, 주 연소의 점화 지연 범위가 확장된다. 분할 지연 연소를 수행함으로써, 이 연소 제어 시스템은 배기 가스 온도를 상승시키고, 그로 인해 NOx 포집 촉매(13)의 워밍업을 촉진시킨다.

S1002에 이어지는 단계 S1003에서, ECU(25)는 NOx 포집 촉매(13)의 온도가 활성 온도(소정 온도) T5보다 높아졌는지(촉매 온도> T5) 여부를 판정한다. 소정 온도 T5보다 높아졌으면(촉매 온도> T5), ECU(25)는 단계 S1004로 진행한다. 한편, 소정 온도 T5 이하이면(촉매 온도≤T5), 도12의 과정은 종료되고 분할 지연 모드에서의 연소 제어가 계속된다.

단계 S1004에서는, 워밍업 촉진 작동이 해제된다. 따라서, NOx 포집 촉매(13)가 충분히 워밍업된 것으로, 즉 NOx 포집 촉매(13)가 활성화된 것으로 판단되므로, 제어 시스템은 연소 모드를 분할 지연 연소 모드로부터 통상의 연소 모드로 전환시키며, 따라서 NOx 포집 촉매(13)의 워밍업을 종료한다.

본 발명의 예시된 실시예에 따르면, 내연기관(1)용 연소 제어 시스템 또는 장치는 적어도, 내연기관의 배기 통로(12)에 배치되는 배기 정화기 또는 정화 장치(NOx 포집 촉매(13) 및/또는 DPF(14)), 주 연소를 생성하고 주 연소 이전에 예비 연소를 생성하기 위한 적어도 하나의 연료 분사기(10)를 갖는 연소 제어 액추에이터, 및 예비 연소 생성을 위한 연료 분사를 제어하고 예비 연소의 종료후 주 연소를 개시하기 위한 연료 분사를 제어하기 위해 적어도 ECU(25)를 갖는 제어기(25)를 구비한다. 따라서, 이 연소 제어 시스템은 예비 연소에 의해 사전에 실린더내 온도를 상승시킬 수 있으며, 그로 인해 주 연소의 점화 지연 범위(지연 한계)를 확장할 수 있고, 스모크 방출을 억제할 수 있다. 따라서, 실린더 내에서 소망의 농후 분위기가 달성될 수 있다.

제어기(25)는 상사점 근방에서 예비 연소를 생성하도록 예비 연료 분사를 수행하고, 예비 연소가 완료된 후 주 연소가 개시되도록 주 연료 분사를 수행한다. 제어기(25)는, 상사점 근방에서 예비 연소를 생성하도록 연료 분사를 제어하고, 배기 정화기를 작동 상태(예를 들면, 재생된 상태 또는 워밍업된 상태)로 만들기 위해 분할 연소 요구(예를 들면, Freg=1, Fdesul=1, Fsp=1, RQdpf=1, RQdesul=1, S2의 아니오, 또는 S1001의 예)가 생성될 때 예비 연소의 종료후 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어함으로써, 연소 제어 액추에이터(아이템 10, 6 또는 19를 포함)를 분할 연소 모드(하나의 사이클에서 둘 이상의 개별 연소 과정을 사용하는, 예를 들면 분할 지연 연소 모드)에서 제어하도록 구성된다.

제어기(25)는, 연소 제어 액추에이터를 주로 통상의 연소 모드에서 제어하고, 배기 정화기의 검출 또는 추정 상태에 따라 발생되는 분할 연소 요구에 반응하여 연소 제어 모드를 통상의 연소 모드로부터 분할 연소 모드(S101, S201, S301, 또는 S1002)로 전환하도록 구성된다.

제어기는, 엔진의 배기 가스 온도의 상승과 엔진의 농후 작동중 하나를 요구하기 위해, 배기 정화기의 추정 상태를 판정하고 배기 정화기의 추정 상태에 따라 분할 연소 요구를 생성하도록 구성된다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 주 연소는 예비-혼합된 연소이다. 따라서, 이 실시예는, 주 연소를 위한 연료 분사를 고온 상태에서 수행하고, 주 연소의 점화 지연 범위를 확장하며, 스모크 방출을 효과적으로 억제한다.

또한, 이 실시예에 따르면, 예비 연소를 위한 연료 분사량은, 주 연소를 위한 연료 분사 시점에서의 실린더내 온도가 자기-점화 가능 온도를 초과하기에 필요한 연료 분사량으로 설정된다. 따라서, 실린더내 온도가 예비 연소 시점에서의 연료 분사에 의해 상승됨에 따라, 주 연소를 위한 연료 분사가 이루어질 때 실린더 내에서 고온이 유지될 수 있고, 각 사이클 마다의 연소가 안정화될 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 주 연소의 연소 개시 시기가 예비 연소의 연소 개시 시기로부터 크랭크각으로 20도 이상 이격되어 있다. 따라서, 예비 연소의 개시와 주 연소의 개시 사이의 간격이 소정 기간 이상이 될 수 있으며, 주 연소에서의 연소 악화 및 스모크 악화를 억제할 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 주 연소의 종료 시기가 압축 상사점으로부터 크랭크각으로 50도 이상 이격되어 있다. 따라서, 주 연소의 종료 시기를 최대한 지연시킴으로써, 이 제어 시스템은 주 연소의 연소 과정이 완만해지는 것을 방지할 수 있고, 연소 소음의 악화를 억제할 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 예비 연소를 위한 연료 분사는 엔진 사이클의 1 압축 행정에서 이루어진다. 따라서, 예비 연소에서의 점화 안정성이 보장될 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 예비 연소를 위한 연료 분사 시기와 연료 분사량중 적어도 하나는 압축단 온도에 따라 조정된다. 따라서, 예비 연소를 위한 연료 분사량은 각 작동 조건 하의 압축단 온도에 따라 최소량으로 설정될 수 있으며, 예비 연소의 안정성이 실현될 수 있다. 또한, 예비 연소는 주 연소가 개시되기 전에 확실하게 완료될 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 주 연소에서, 배기 온도는 연료 분사 시기를 변경함으로써 제어된다. 따라서, 제어 시스템은 주 연소의 연소 종료 시기를 제어함으로써 배기 가스 온도를 유연하게 제어할 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 제어 시스템은 엔진(1)에 의해 생성되는 출력 토크를 일정하게 유지하도록 주 연소를 제어한다. 따라서, 주 연소의 연료 분사 시기에 따라 연료 분사량을 보정함으로써, 제어 시스템은 소망의 배기 가스 온도 또는 배기 분위기를 달성할 수 있고, 배기 온도의 제어 및 연소 전환 시점에서 토크의 변동을 억제할 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 배기 미립자를 포집하기 위한 필터(DPF)(14)가 배기 정화 장치로서 제공된다. 필터(14)에 퇴적된 배기 미립자(PM)의 양이 소정 양 PM1에 달할 때(S12) 분할 연소에 대한 요구가 발생하며, 온도는 배기 미립자의 자동 산화를 위해 상승되어야 한다. 따라서, 제어 시스템은 엔진(1)의 작동 조건(예를 들면, 엔진 속도 Ne 및 연료 분사량 Q)에 따라 연소 제어를 정확히 수행하기 위한 시기를 조정할 수 있다. 따라서, 제어 시스템은, DPF(14)를 위한 재생 시기를 결정할 수 있고, 연소를 적시에 분할 연소 모드로 전환함으로써, 스모크 방출이 적고 배기 가스 온도가 높은 상태에서 DPF의 안정적인 재생을 달성할 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 촉매(13)가 배기 정화 장치로서 제공된다. NOx 포집 촉매(13)에 포집된 NOx가 정화되어야 할 때, 분할 연소 모드에 대한 요구가 발생된다. 따라서, 농후 스파이크 제어는 분할 연소 모드에서 수행될 수 있고, NOx 포집 촉매(13)의 정화 성능은 높게 유지될 수 있다.

소정 거리를 주행할 때마다 NOx가 정화되는 경우(단계3, 12 내지 14), 제어 시스템은 간단한 구조로 적당한 간격으로 NOx를 정화시킬 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 촉매(13)가 배기 정화 장치로서 제공된다. 분할 연소 모드에 대한 요구는, NOx 포집 촉매(13)에 포집된 유황 성분(SOx)이 정화되어야 할 때 발생한다. 따라서, 분할 연소 모드를 사용하여 유황 피독 해제 또는 탈황(SOx 재생)이 수행될 수 있으며, 낮은 스모크 방출 및 높은 배기 가스 온도의 양 농후 조건이 달성될 수 있다. NOx 포집 촉매(13)의 성능이 최대화될 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 소정 거리를 주행할 때마다 유황 성분이 정화되므로, NOx가 적절한 시간 간격으로 정화될 수 있다.

또한, 이 실시예에 따르면, 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 촉매(13)가 배기 정화 장치로서 제공된다. 분할 연소 모드에 대한 요구는, NOx 포집 촉매(13)가 저온이고(cold)(S2) 따라서 NOx 포집 촉매(13)가 급히 워밍업되어야 할 때 발생한다. 따라서, NOx 포집 촉매(13)가 저온일 때 분할 연소 모드가 사용될 수 있으며, NOx 포집 촉매(13)는 단시간에 활성 온도로 워밍업될 수 있다.

더욱이, 이 실시예에 따르면, 예비 연소의 종료는 열 발생의 종료이다. 따라서, 연소는 파일럿 연소의 열 발생이 종료한 후에 주 연소로 전환될 수 있다.

낮은 엔진 부하 영역에서, 예비 연소는 복수회 수행될 수 있다. 이 경우에, 제어 시스템은 저부하 조건 하에 낮은 스모크 방출과 높은 배기 온도라는 두 목표를 달성할 수 있다.

다양한 가능한 구성 또는 해석들 중 하나에 따르면, 예시된 실시예에 따른 연소 제어 장치는 적어도, 배기 정화기의 추정 상태를 판정하기 위한 수단(25, S3, S4, S5, 20 내지 23, 50), 배기 정화기의 추정 상태에 따라 분할 연소 요구를 발생하기 위한 수단(S2 내지 S14), 및 분할 연소 요구에 반응하여 엔진에 대한 연료 분사를 분할 연소 모드(S1102, S1103)에서 제어하기 위한 수단을 포함한다.

본원은 2003년 7월 8일자로 출원된 일본 특허출원 제2003-193310호를 우선권으로서 기초하고 있다. 이 일본 특허출원 제2003-193310호의 전체 내용은 본원에 원용되고 있다.

이상에서 본 발명을 특정 실시예를 참조하여 기술하였지만, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 전술한 실시예에 대한 수정예 및 변형예는 당업자에게 있어서 상기 기술내용을 감안할 때 있을 수 있다. 본 발명의 범위는 청구범위를 참조하여 한정된다.

Claims

내연기관용 연소 제어 장치이며,

내연기관의 배기 통로 내의 배기 정화기,

주 연소를 초래하고, 주 연소 이전의 예비 연소를 초래하기 위한 연소 제어 액추에이터, 및

예비 연소를 야기하도록 연료 분사를 제어하고 예비 연소의 종료후 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 연소 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 연소 제어 액추에이터는 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사기를 구비하며, 상기 제어기는 상사점 근방에서 예비 연소를 야기하도록 예비 연료 분사를 수행하고 또한 예비 연소가 완료된 후 주 연소를 개시하기 위해 주 연료 분사를 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어기는, 상사점 근방에서 예비 연소를 야기하도록 연료 분사를 제어하고, 배기 정화기를 작동 상태로 만들기 위해 분할 연소 요구가 발생될 때 예비 연소의 종료후 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어함으로써, 연소 제어 액추에이터를 분할 연소 모드로 제어하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어기는, 연소 제어 액추에이터를 통상의 연소 모드로 제어하고, 배기 정화기의 조건에 따라 발생되는 분할 연소 요구에 반응하여 연소 제어 모드를 통상의 연소 모드로부터 분할 연소 모드로 전환하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어기는, 엔진의 배기 가스 온도의 상승과 엔진의 농후 작동중 하나를 요구하기 위해, 배기 정화기의 추정 상태를 판정하고 배기 정화기의 추정 상태에 따라 분할 연소 요구를 생성하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 연소 제어 장치는 배기 정화 섹션의 추정 상태를 판정하는데 필요한 정보를 수집하기 위한 상태 센서를 추가로 포함하는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 예비혼합 연소 과정이 주 연소의 주체가 되도록 예비 연소의 종료에 대한 주 연소의 개시를 지연시키도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 예비 연소의 열 방출 과정의 종료 후 주 연소를 개시하기 위한 시점에서 주 연소를 위한 주 연료 분사를 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 주 연소에서의 확산 연소 과정을 방지하기 위하여, 연소실내 화염이 약해지는 상태에서 연료를 분사하기 위한 시기에 주 연소를 위한 주 연료 분사를 개시하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 예비 연료 분사의 예비 연료 분사량을 연소실내의 실린더내 온도를 상승시키는데 필요한 소량으로 제어하고, 주 연소의 주 연료 분사량을 예비 연료 분사량보다 크게 만들어 주 연소로 엔진 토크를 생성하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 예비 연료 분사를 위한 예비 연료 분사량을, 주 연소의 연료 분사시의 연소실내의 실린더내 온도를 연소실내에서의 자발적 점화를 가능하게 하는 자동 점화 온도 이상으로 만드는데 필요한 연료량과 동일하게 제어하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 연소의 연소 개시 시기에 대한 주 연소의 연소 개시 시기의 지연 양은 크랭크각으로 20°이상인 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 상사점에 대한 주 연소의 연소 종료 시기의 지연 양은 크랭크각으로 50°이상인 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 예비 연소를 위한 예비 연료 분사를 압축 행정 중에 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 예비 연소의 열 방출 과정이 압축 상사점 이전에 개시되어 압축 상사점 이후에 종료되도록 하기 위한 시점에서 예비 분사를 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 압축 행정 종료시의 연소실내 온도인 압축단 온도에 따라, 예비 연소를 위한 예비 연료 분사의 연료 분사량과 연료 분사 시기 중 적어도 하나를 변경시키도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 주 연소의 연료 분사 시기를 변경함으로써 엔진의 배기 가스 온도를 제어하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 엔진에 의해 생성되는 토크를 일정하게 유지하기 위해 주 연소를 제어하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 정화기는 배기 미립자를 수집하기 위한 미립자 필터를 구비하고, 상기 제어기는 미립자 필터 내의 미립자가 자동 산화되도록 배기 가스 온도를 상승시키기 위해, 미립자 필터에 퇴적되는 미립자의 추정량에 따라 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 정화기는 엔진의 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 촉매 장치를 구비하며, 상기 제어기는 NOx 포집 장치에 포집된 NOx를 정화하기 위한 시점에서 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제20항에 있어서, 상기 제어기는 NOx 포집 장치에 포집된 NOx의 추정량에 따라 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제20항에 있어서, 상기 제어기는 내연기관에 의해 동력을 공급받는 차량의 주행 거리에 따라 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 정화기는 엔진의 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 장치를 구비하며, 제어기는 NOx 포집 장치에 포집된 유황 성분을 정화하기 위한 시점에서 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제23항에 있어서, 상기 제어기는 NOx 포집 장치에 포집된 유황 성분의 추정량에 따라 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제23항에 있어서, 상기 제어기는 내연기관에 의해 동력을 공급받는 차량의 주행 거리에 따라 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 정화기는 엔진의 희박 작동시에 NOx를 포집하기 위한 NOx 포집 촉매 장치를 구비하며, 제어기는 NOx 포집 장치를 워밍업하기 위한 시점에서 분할 연소 요구를 발생하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 예비 연소의 열 방출 과정중 적어도 하나가 상사점 근방에서 실현되도록 주 연소 이전에 예비 연소를 위한 복수회의 열 방출 과정을 초래하기 위해 복수회의 예비 연료 분사를 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제27항에 있어서, 상기 제어기는 낮은 엔진 부하 영역에서 예비 연소를 위한 복수회의 열 방출 과정을 초래하기 위해 복수회의 예비 연료 분사를 수행하도록 구성되는 연소 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 제어 장치는 디젤 엔진인 내연기관을 추가로 포함하는 연소 제어 장치.
내연기관의 배기 통로에 배기 정화기를 구비한 내연기관용 연소 제어 방법이며,

엔진 사이클에서 예비 연소를 생성하도록 연료 분사를 제어하는 단계, 및

엔진 사이클에서 예비 연소 종료 후에 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어하는 단계를 포함하는 연소 제어 방법.
제30항에 있어서, 배기 정화기의 추정 상태를 판정하는 단계,

배기 정화기의 추정 상태에 따라 분할 연소 요구를 발생하는 단계,

분할 연소 요구에 반응하여 연소 제어 모드를 통상의 모드로부터 분할 연소 모드로 전환하는 단계, 및

분할 연소 모드에서 예비 연소의 종료 후에 주 연소를 개시하기 위해 예비 연소 및 연료 분사를 생성하도록 연료 분사를 제어하는 단계를 포함하는 연소 제어 방법.
내연기관용 연소 제어 장치이며,

배기 정화기의 추정 상태를 판정하기 위한 수단,

배기 정화기의 추정 상태에 따라 분할 연소 요구를 발생하기 위한 수단, 및

예비 연소를 발생하도록 연료 분사를 제어하고 예비 연소의 종료 후에 주 연소가 개시되도록 연료 분사를 제어함으로써 분할 연소 요구에 반응하여 분할 연소 모드에서 엔진에 대한 연료 분사를 제어하기 위한 수단을 포함하는 연소 제어 장치.