KR20060056275A - 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러 - Google Patents

내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

배기 시스템으로의 간헐적인 연료 첨가 또는 배기 시스템으로의 연료 첨가의 간헐적인 증가에 의해 입자상물질을 완전히 연소하는 번-업 히팅을 수행할 때 과열을 방지하는 재생 컨트롤러이다. 재생 컨트롤러는 제 1 및 제 2 배기 온도 센서(44, 46)를 포함하고, 각각 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출한다. ECU(70)는 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 배기 시스템으로의 연료 첨가의 증가를, 배기 시스템으로의 연료 첨가의 경과 시간 또는 배기 시스템으로의 연료 첨가의 증가의 경과 시간에 의거해서 판정한다.

Description

내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러{REGENERATION CONTROLLER FOR EXHAUST PURIFICATION APPARATUS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 배기 시스템 내 배열된 배기 정화 장치에 누적된 입자상물질을 완전히 연소하기 위한 번-업(burn-up) 히팅을 수행하는 재생 컨트롤러에 관련된다.
일본 공개특허번호 2003-20930호는 디젤 엔진의 배기 시스템 내 배열된 필터에 누적된 입자상물질(PM)을, 필터에 누적된 PM량이 소정량을 초과할때 연소하고 제거하는 기술을 설명한다. 필터에 누적된 PM은, 필터의 히팅과 간헐적으로 린 사이드(lean side)에 대한 공연비(air-fuel ratio)를 조절하는 것에 의해 연소되고 제거된다. 구체적으로 간헐적으로 연료를 배기에 첨가(간헐적 연료 첨가)함으로써, 공연비가 간헐적으로 린 사이드에 조절된다. 어느 경우에는, 배기에 공급되는 연료의 양이 간헐적으로 증가하는 것(간헐적 연료 첨가 증가)에 의해 공연비가 간헐적으로 린 사이드에 조절될 수 있다.
이 선행 기술에서 PM을 제거하기 위한 구성은, PM 누적량에 의거해서 연료 공급 간격을 변화시킴으로써 활성 산소의 양을 조절한다. 이와 같은 방법으로, 연료 효율이 저하되는 것을 방지하면서 PM을 산화를 통해 제거한다. 그러나, 이 선행 기술의 구성에서, 연료 공급 간격이 변화될 때 필터의 온도는 고려되지 않았다. 따라서, 필터의 클로깅(clogging) 정도나 디젤 엔진의 운전 상태에 따라서, 필터가 과열될 수 있다. 이는 필터의 열의 열화를 야기한다.
이를 방지하기 위해, 연료를 공급하는 간격을 필터를 거쳐 통과하는 배기의 온도에 의거해서 조절하는 것이 필요하다. 그러나, 배기 시스템으로의 연료 공급이 개시된 직후에 필터의 온도가 상승하지는 않는다. 또한, 필터의 온도는 배기 시스템으로의 연료 공급이 중단된 직후에, 감소하지도 않는다. 즉, 연료 공급이 개시되거나 중단된 때와 필터의 온도가 변하는 때 사이에는 시간 지연이 존재한다. 이러한 온도의 특성이 필터 내 촉매의 열화 정도에 따라 달라진다.
따라서, 배기 시스템으로의 연료 공급이 단순히 필터를 거쳐 통과하는 배기의 온도에 의거해서 제어되는 경우, 필터는 과열될 수 있다. 예를 들어, 필터가 과열되기 전까지는 아직 시간이 있다고 가정하고 연료 공급이 중단되었음에도 불구하고, 필터의 온도는 더욱 상승하고 필터가 과열될 수 있다.
배기 온도를 검출하는 센서가 열화하거나, 필터로부터 배출된 배기가 고르지 않게 흐르는 경우, 필터를 거쳐 통과하는 배기 온도의 결과를 검출하는 것이 지연되거나, 필터를 거쳐 통과하는 배기 온도의 검출 정확도가 낮아질 수 있다. 이와 같은 경우에, 연료 공급은 배기의 실제 온도와는 다른 검출치에 의거해서 제어된다. 그 결과, 연료 공급이 부적절한 타이밍에 개시되거나 중단된다. 이는 필터의 과열을 초래할 수 있다.
구체적으로, PM을 완전히 연소하기 위한 번-업 히팅이 배기 시스템에 더하여 간헐적 연료 첨가 또는 간헐적 연료 첨가 증가에 의해 수행되는 경우, 온도 상승의 시간 지연 또는 온도의 검출 에러에 의해 의해 야기되는 배기 정화 장치의 과열이 현저하다.
본 발명의 목적은 배기 시스템에 더하여 간헐적 연료 첨가 또는 간헐적 연료 첨가 증가에 의해 입자상물질을 완전히 연소하기 위한 번-업 히팅을 수행할 때 과열을 방지하는 재생 컨트롤러를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러이다. 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소한다. 재생 컨트롤러는, 상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도 검출기를 포함한다. 중단 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가된 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가의 증가를 중단하는 타이밍을 판정한다.
본 발명의 다른 실시예는 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러이다. 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소한다. 재생 컨트롤러는, 상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도 검출기를 포함한다. 개시 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되지 않거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가되지 않은 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 개시하는 타이밍을 판정한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러이다. 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소한다. 재생 컨트롤러는, 상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도 검출기를 포함한다. 중단 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가된 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가의 증가를 중단하는 타이밍을 판정한다. 개시 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되지 않거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가되지 않은 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 개시하는 타이밍을 판정한다.
본 발명의 다른 실시예들과 이점은 본 발명의 구조의 일례에 의해 도시된 첨부하는 도면과 함께 설명되는 이하의 상세한 설명으로부터 분명할 것이다.
본 발명의 목적과 이점과 함께 본 발명은, 첨부되는 다음의 도면 및 개시되 는 바람직한 실시예에 대한 후술하는 설명을 참조함으로써 최상으로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디젤 엔진 차량을 위한 제어 시스템의 개략도
도 2는 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 재생 모드 실행 판정의 순서도
도 3은 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 재생 제어의 순서도
도 4는 도 1에 도시된 ECU에 의해 수행되는 번-업 히팅의 순서도
도 5 내지 도 9는 제 1 실시예에서 재생 제어의 타이밍 차트들
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 첨가 주기 카운트값(Cud)의 증가 속도를 설정하기 위한 지도(MAPup)의 개략적인 그래프
도 11은 제 2 실시예에서 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소 속도를 설정하기 위한 지도(MAPdwn)의 개략적인 그래프
도 12은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배기 정화 장치의 개략적인 도면
본 발명의 제 1 실시예에 의한 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러가 이하 설명될 것이다. 도 1은 디젤 엔진 차량에 적용되는, 재생 컨트롤러를 포함하는 제어 시스템의 개략적인 도해이다. 본 발명의 재생 컨트롤러의 출원은 디젤 엔진에만 제한되지는 않는다. 즉, 본 발명의 재생 컨트롤러는 린-번(lean-burn) 가솔린 엔진에도 적용될 수 있다.
디젤 엔진(2)은 제 1 내지 제 4 실린더(#1, #2, #3, #4)를 포함하는 복수의 실린더를 포함한다. 제 1 실린더(#1) 내지 제 4 실린더(#4) 각각에는, 연소실(4)이 흡기포트(8)와 흡기 매니폴드(10)를 거쳐 서지탱크(12)와 연결된다. 각 흡기포트(8)는 흡기밸브(6)에 의해 열리고 닫힌다. 서지탱크(12)는 중간 냉각기(intercooler)(14) 및 배기 터보차저(16)와 같은 과급기와 연결된다. 공기 청정기(18)를 거쳐 공급되는 맑은 공기는 배기 터보차저(16)의 압축기(16a)에 의해 압축된다. 서지탱크(12)는 배기 가스 순환(EGR) 통로의 EGR 가스 공급포트(20a)를 갖는다. 스로틀밸브(22)는 서지탱크(12)와 중간 냉각기(14) 사이의 흡기통로(13) 내 배열된다. 흡기량 센서(24)와 흡기 온도 센서(26)는 압축기(16a)와 공기 청정기(18) 사이에 배열된다.
실린더(#1 내지 #4)의 각각에는, 연소실(4)이 배기포트(30)와 배기 매니폴드(32)에 연결된다. 각 배기포트(30)는 배기밸브(28)에 의해 열리고 닫힌다. 배기 터보차저(16)의 배기터빈(16b)은 배기 매니폴드(32)와 배기통로(34) 사이에 배열된다. 배기는 제 4 실린더(#4)에 인접한 배기 매니폴드(32) 내 위치로부터 배기터빈(16b)으로 보내진다.
각각 배기 정화 촉매, 즉, 촉매변환장치(36, 38, 40)를 수용하는 3개의 배기 정화 기구들이 배기 통로(34)에 배열된다. 더욱 상류쪽에 위치되는 제 1 촉매변환장치(36)(제 1 배기 정화 장치)는 NOx 저장 저감 촉매(36a)를 수용한다. 정상적으로 동작하는 디젤 엔진(2)의 배기가 산화 대기(lean) 내 일때, NOx는 NOx 저장 저감 촉매(36a) 내 저장된다. 배기가 감소 대기(이론(stoichiometric) 또는 공연비가 화학양론적 조건(stoichiometric condition)보다 낮음) 내 일 때, NOx 저장 저감 촉매(36a) 내 저장된 NOx는 NO로 감소하고, NOx 저장 저감 촉매(36a)로부터 분리되며, HC와 CO를 이용해 더욱 감소한다.
제 1 촉매변환장치(36)로부터 하류에 배열되는 제 2 촉매변환장치(38)(제 2 배기 정화 장치)는 모놀리식(monolithic) 구조를 갖는 필터(38a)를 수용한다. 필터(38a)의 벽들은 배기의 통과를 허용하는 구멍들을 갖는다. 필터(38a)의 다공성 벽면은 NOx 저장 저감 촉매의 층으로 코팅된다. 필터(38a)는 NOx 저장 저감 촉매 층을 위한 베이스로서 역할한다. NOx 저장 저감 촉매 층은 NOx 저장 저감 촉매(36a)와 같은 방식으로 NOx를 제거한다.
배기 내 포함된 입자상물질(PM)은 필터(38a)의 벽 내 누적된다. PM은 먼저, NOx가 상대적으로 높은 온도에서 산화 대기 내 노출될 때 방출되는 활성 산소에 의해 산화된다. 그리고나서 PM은 주위의 초과 산소에 의해 전체적으로 산화된다. 이런 식으로, NOx 뿐만 아니라 PM도 필터(38a)로부터 제거된다. 제 1 촉매변환장치(36)는 제 2 촉매변환장치(38)와 일체적으로 형성된다.
가장 멀리 하류에 위치되는 제 3 촉매변환장치(40)는 산화를 통해 HC와 CO를 제거하는 산화 촉매(40a)를 수용한다. 제 1 배기 온도 센서(44)가 NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a) 사이에 배열된다. 필터(38a)와 산화 촉매(40a) 사이에, 제 2 배기 온도 센서(46)가 필터(38a) 근처에 배열되고, 공연비 센서(48)가 산화 촉매(40a) 근처에 배열된다.
공연비 센서(48)는, 예를 들면, 고체전해질을 사용하는 센서이다. 공연비 센서(48)는 배기 구성요소에 기초해 배기의 공연비를 검출하고, 공연비에 선형으로 비례하는 전압 신호를 생성한다. 제 1 배기 온도 센서(44)와 제 2 배기 온도 센서(46)는 각각의 위치에서 각각 배기 온도(Thci와 Thco)를 검출한다.
압력차 센서(50)는 필터(38a)의 상류 측과 하류 측을 연결하는 파이프에 연결된다. 압력차 센서(50)는 필터(38a)의 상류와 하류 사이에 압력 차이(△P)를 검출하고, 필터(38a)의 클로깅 정도, 즉, 필터(38a) 내 PM의 누적도를 검출한다.
배기 매니폴드(32)는 제 1 실린더(#1) 근처에 위치되거나, 배기를 배기터빈(16b)으로 보내는 제 4 실린더(#4)로부터 떨어져 위치되는, EGR 통로(20)의 EGR 가스 흡입구(20b)를 가진다.
EGR 가스를 리폼하기 위한 스틸 EGR 촉매(52), EGR 가스를 냉각하기 위한 냉각기(54), EGR 밸브(56)는 EGR 가스 흡입구(20b)로부터 이 순서대로 EGR 통로(20)에 배열된다. 또한 EGR 촉매(52)는 냉각기(54)의 클로깅을 방지하는 역할을 한다. EGR 가스 공급포트(20a)를 거쳐 흡기 시스템으로 다시 공급되는 EGR 가스량은 EGR 밸브(56)의 개방도에 따라 조절된다.
연료주입밸브(58)는 각각의 실린더들(#1 내지 #4) 내에 배열되고, 상응하는 연소실(4)로 연료를 직접 주입한다. 각 연료주입밸브(58)는 연료공급파이프(58a)를 거쳐 커먼레일(60)과 연결된다. 전기로 제어되는 가변의 배출량 연료펌프(62)는 고압력 연료를 커먼레일(60)로 공급한다. 커먼레일(60) 내 고압력 연료는 각 연료공급파이프(58a)를 거쳐 상응하는 연료주입밸브(58)로 분배된다. 연료압력센서(64)는 커먼레일(60) 내 연료의 압력을 검출한다.
연료 펌프(62)는 연료공급파이프(66)를 거쳐 저압력 연료를 연료첨가밸브 (68)로 공급한다. 연료첨가밸브(68)는 제 4 실린더(#4)의 배기포트(30) 내 배열되어 연료를 배기터빈(16b)을 향해 주입한다. 연료첨가밸브(68)는 연료를 촉매 제어 모드 내에서 배기에 첨가한다.
차량제어시스템(ECU)(70)은 CPU, ROM, RAM, 구동회로를 포함하는 디지털 컴퓨터 시스템을 포함한다. 구동회로는 다양한 유닛들을 구동한다. ECU(70)에는 흡기량 센서(24), 흡기 온도 센서(26), 제 1 배기 온도 센서(44), 제 2 배기 온도 센서(46), 공연비 센서(48), 압력차 센서(50), EGR밸브(56) 내 포함되는 EGR 개방도 센서, 연료압력센서(64), 스로틀 개방도 센서(22a), 액셀러레이터 개방도 센서(74), 냉각수 온도 센서(76), 엔진속도센서(80), 및 실린더 식별센서(82)로부터의 검출 신호가 제공된다. 액셀러레이터 개방도 센서(74)는 액셀러레이터 패달(72)이 밟힌량(액셀러레이터 개방도 ACCP)을 검출한다. 냉각수 온도 센서(76)는 디젤 엔진(2)의 냉각수 온도 THW를 검출한다. 엔진속도센서(80)는 엔진 속도 NE, 또는 크랭크축(78)의 회전 속도를 검출한다. 실린더 식별센서(82)는 크랭크축(78)의 회전 위상 또는 흡기캠의 회전 위상을 검출해 실린더를 식별한다.
ECU(70)는 엔진의 운전 상태에 따라 연료주입밸브(58)의 연료 주입(양과 타이밍)을 제어하기 위해 이러한 검출 신호들로부터 엔진의 운전 상태를 판정한다. ECU(70)는 EGR 밸브(56)의 개방도를 조절하기 위한 제어를 실행하고, 모터(22b)를 가지고 스로틀 개방도를 조절하며, 연료펌프(62)의 배출량을 조절한다. 또한, ECU(70)는 재생 모드, 황성분 분해-방출 모드(이하 '황 제거 모드'라고 한다), NOx 감소 모드, 정상 제어 모드를 포함하는 촉매 제어를 실행한다. 촉매 제어는 이후에 상세하게 설명될 것이다.
ECU(70)는 두 연소 모드, 즉, 정상 연소 모드와 저온도 연소 모드로부터 선택된 연소 모드를 엔진의 운전 상태에 따라서 실행한다. 저온도 연소 모드에서, ECU(70)는 저온도 연소 모드에 대한 EGR 밸브 개방도 맵에 의거해서 배기의 대규모 재순환을 이용함으로써 연소 온도의 증가를 늦추는 것에 의해 동시에 NOx와 연기를 감소시킨다. 저온도 연소 모드는, 엔진이 엔진 부하가 작고 엔진 속도가 작거나 중간인 때 실행된다. 저온도 연소 모드에서, ECU(70)는 공연비 센서(48)에 의해 검출된 공연비 AF에 의거해서 스로틀 개방도 TA를 조절하는 것을 포함하는 공연비 피드백 제어를 실행한다. 저온도 연소 모드 이외의 연소 모드는 정상 연소 모드이다. 정상 모드에서, ECU(70)는 정상 EGR 제어(배기의 어떤 재순환도 관련되지 않은 제어를 포함)를 정상 연소 모드에 대한 EGR 밸브 개방도 맵에 의거해서 실행한다.
촉매 제어는 이후 상세히 설명될 것이다.
재생 모드에서, ECU(7)는 구체적으로 추정된 배기 정화 촉매 내 PM의 누적량이 재생 기준값에 도달했을 때, 제 2 촉매변환장치(38)의 필터(38a) 내 누적된 PM을 가열한다. PM은 가열되어 산화되고 CO2 와 H2 O 를 생성하며, CO2 와 H2 O 로 방출된다(PM 방출 히팅). 재생 모드에서, ECU(70)는 반복적으로 연료를 연료첨가밸브(68)에 첨가하여, 이론공연비보다도 높은 공연비에서 촉매층을 가열한다(가령, 600 내지 700℃). ECU(70)는 각 연소 챔버(4) 내에 상응하는 연료주입밸브(48)를 가지고 동력 행정(power stroke) 또는 배기 행정(exhaust stroke) 동안에 연료주입(주입 이후)을 더 수행할 수 있다. ECU(70)는 또한 간헐적 연료 첨가 프로세스를 실행함으로써 번-업 히팅을 수행한다. 간헐적 연료 첨가 프로세스에서, ECU(70)는 연료가 첨가되지 않는 주기 사이에서 공연비 저하 프로세스를 실행한다. 공연비 저하 프로세스는 간헐적으로 연료를 연료첨가밸브(68)로부터 첨가함으로써 공연비가 이론공연비와 같아지거나 약간 낮아지도록 낮춘다(높인다). 본 실시예에서, 공연비 저하 프로세스는 공연비가 이론공연비보다 약간 낮아지는 것을 야기한다. 어떤 경우에는, 연료첨가밸브(58)를 사용한 주입과 간헐적 연료 첨가 절차 이후에, 첨가 프로세스가 결합되어 수행될 수 있다. 재생 모드는 완전히 PM을 연소(번-업)하도록 역할한다. 이에 의해, NOx 저장 저감 촉매(36a)의 정면에 PM 클로깅은 제거될 수 있고, 필터(38a) 내 누적된 PM이 연소된다.
황 제거 모드는, NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a)가 황성분에 의해 오염되고 NOx 저장 용량 같은 배기 정화 용량이 저하되었을 때 실행된다. 황 제거 모드는 NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a)로부터 황 성분을 분해하고 방출해서, NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a)가 황성분이 제거되고 황중독으로부터 회복되도록 한다. 황 제거 모드에 ECU(70)는, 연료를 연료첨가밸브(68)로부터 반복적으로 첨가하는 것에 의해 촉매층을 가열한다(가령, 650℃까지). ECU(70)는 또한 공연비를 이론공연비와 같거나 약간 낮도록 낮추는 공연비 저하 프로세스를, 간헐적으로 연료를 연료첨가밸브(68)로부터 첨가하는 것에 의해 실행한다. 제 1 실시예에서, 공연비 저하 프로세스는 공연비가 이론공연비보다 약간 작도록 공연비를 높인다. 황제거 모드에서는, 연료주입밸브(58)를 사용해 이후 주입이 실행될 수 있다. 이 프로세스는 재생 모드에서 실행되는 간헐적 연료 첨가 프로세스와 유사하고, 마찬가지로 PM을 번업하는 효과를 갖는다.
NOx 감소 모드에서는, NOx 저장 촉매(36a)와 필터(38a) 내 누적된 NOx가 N2 , CO2 , H2 O 로 감소되고, N2 , CO2 , H2 O 로 배출된다. NOx 감소 모드에서 ECU(70)는 간헐적으로 연료를 상대적으로 긴 시간 간격에 연료첨가밸브(68)로부터 첨가해서, 촉매층의 온도가 상대적으로 낮게(예를 들면, 250 내지 500℃) 설정되도록 한다. 이와 같은 상대적으로 낮은 촉매층 온도에서, 공연비는 이론공연비와 유사하거나 약간 낮도록 낮춰진다.
상술한 3 촉매 제어 모드들을 제외한 촉매 제어는 정상 제어 모드이다. 정상 제어 모드에서 ECU(70)는 연료첨가밸브(68)를 사용해 연료 첨가를 수행하지 않고, 연료주입밸브(58)를 사용해 이후 주입을 수행하지 않는다.
재생 모드에서 ECU(70)에 의해 실행되는 프로세스가 이하 논의될 것이다. 재생 모드 실행 판정을 나타내는 도 2의 순서도, 재생 컨트롤을 나타내는 도 3의 순서도, 번업 히팅을 나타내는 도 4의 순서도는 각각 소정 시간 사이클 내 인터럽트로서 실행된다. 도 2에서 재생 모드 실행 판정의 결과는 도 3에서의 재생 제어, 도 4에서의 번-업 히팅을 개시할 것인지의 여부를 판정한다.
재생 모드 실행 판정(도 2)가 먼저 설명된다. S102에서, ECU(70)는 도 2에서 한 제어 사이클 동안에 디젤 엔진(2)의 각 연소실(4)로부터 방출된 PM의 총량인, 입자상물질 방출량 PMe를 산출한다. 본 실시예에서 ECU(70)는 실험을 통해 미리 만 들어진 맵을 참조함으로써 입자상물질 방출량 PMe를 산출한다. 맵은 방출량을 예를 들면, 엔진 속도 NE, 엔진 부하(즉, 연료주입밸브(58)의 연료주입량)와 관련시킨다. ECU(70)는 엔진 속도 NE와 엔진 부하로부터 입자상물질 방출량 PMe를 산출한다.
S104에서 ECU(70)는 필터(38a) 내 누적되거나 트랩된 PM의 산화량 PMc를 산출한다. 산화량 PMc는 이 프로세스의 한 제어 사이클 동안에 산화를 통해 제거된 트랩된 PM의 양이다. 본 실시예에서 ECU(70)는 실험을 통해 미리 만들어진 맵을 참조함으로써 산화량 PMc를 산출한다. 맵은 산화량을 필터(38a)의 촉매층 온도(즉, 제 2 배기 온도 센서(46)에 의해 검출된 배기 온도 thco), 흡기량 GA와 관련시킨다. ECU(70)는 배기온도 thco와 흡기량 GA로부터 산화량 PMc를 산출한다.
S106에서 ECU(70)는 수학식 1을 이용해 추정된 PM 누적량 PMsm을 산출한다.
PMsm <- MAX[ PMsm + PMe - PMc, 0 ]
수학식 1에서, 우측의 추정된 누적량 PMsm은 이 프로세스의 이전 사이클에서 산출된 값이다. MAX는 괄호내 값들 중에서 가장 큰 값을 뽑아내기 위한 연산자이다. 가령, PMsm + PMe - PMc가 양의 값일 때, PMsm + PMe - PMc가 수학식 좌측의 추정된 누적량 PMsm으로 설정된다. PMsm + PMe - PMc가 음의 값일 때는, 제로(그램)가 수학식 좌측의 추정된 누적량 PMsm으로 설정된다.
S108에서 ECU(70)는 추정된 누적량 PMsm이 재생 기준값 PMstart 이상인지를 체크하고, 재생 모드를 개시할 것인지의 여부를 판정한다. PMsm이 PMstart보다 작 은 경우(S108에서 NO), ECU(70)는 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. PMsm이 PMstart보다 작은 상태는 도 5의 타이밍 차트 내 도시된 타이밍 t0 이전 상태에 해당된다.
PMe가 디젤 엔진(2)의 운전 상태 때문에 계속되는 PMc보다 큰 상태에서는, S102, S104, S106이 반복된다. 이는 점진적으로 추정된 누적량 PMsm을 증가시킨다. 그러나, PMsm이 PMstart보다 작은 한(S108에서 NO), ECU(70)는 일시적으로 이 프로세스를 종료한다.
추정된 누적량 PMsm이 증가해서 PMsm≥PMstart((S108에서 YES)를 만족할 때, S110에서 ECU(70)는 재생 제어를 개시한다(도 5에서 t0). 이 경우, 도 3의 재생 제어는 주기적으로 수행된다.
재생 제어가 도 3을 참조해서 이하 설명될 것이다. ECU(70)는 도 2의 재생 모드 실행 판정을 실행한 후에 재생 제어를 실행한다. 이에 의해, 재생 제어가 재생 모드 실행 판정과 같은 사이클 내 실행된다.
S122에서 ECU(70)는 황 제거 모드가 현재 실행되고 있는지의 여부와 황 제거 모드가 요청되지 않았는지의 여부를 판정한다. 황 제거 모드가 실행되고 있거나 황 제거 모드가 요청된 경우(S122에서 NO), PM이 황 제거 모드에서 연소된다. 따라서, 황 제거 모드가 실행되는 경우, ECU(70)는 S140에서 PM 제거 히팅을 중단하고, 일시적으로 이 프로세스를 종료한다.
황 제거 모드가 실행되지 않거나, 황 제거 모드가 요청되지 않은 경우(S122에서 YES), ECU(70)는 S124에서 추정된 누적량 PMsm이 종료 판정 기준값 PMend(즉, 0 그램)보다 큰지를 판정한다. PMsm이 PMend보다 크면(S124에서 YES), ECU(70)는 도 4에 도시된 번-업 히팅을 수행하기 위한 조건이 만족되었는지의 여부를 S126에서 판정한다.
ECU(70)는 조건 (1)과 (2) 중 어느 것이라도 만족되면 번-업 히팅을 수행한다.
(1) 추정된 누적량 PMsm이, PM 종료 판정값 PMend(즉, 0 그램)보다 약간 큰, 정상 번-업 개시 판정값 NBUpm(도 5) 이하인 경우
(2) 비율 △P/GA가 PM 클로깅을 나타내는 기준값 이상이고, 추정된 누적량 PMsm이 PM 종료 판정값 PMend보다 약간 큰, 특수 번-업 개시 판정값 SBUpm 이하인 경우. 특수 번-업 개시 판정값 SBUpm은 정상 번-업 개시 판정값 NBUpm보다 크다.
조건 (1), (2) 중 어느 것도 만족되지 않으면, ECU(70)는 S134에서 PM 제거를 위해 정상 히팅을 수행한다. 구체적으로, ECU(70)는 연료첨가밸브(68)로부터 연료를 반복적으로 첨가하여, 배기의 공연비는 이론공연비보다 높아지도록 하고, 촉매층 온도(배기 온도 thci)는 증가하도록 한다(예를 들면, 600, 700℃까지). 이 과정은 입자상물질 방출량 PMe가 산화량 PMc보다 작아지도록 한다. 이에 의해, 추정된 누적량 PMsm은 점차 감소한다(수학식 1 참조). 따라서, 추정된 누적량 PMsm은 도 5에 도시된 바와 같이 t0 이후에 계속해서 감소한다.
후에 조건 (1)이 만족되면(S126에서 YES), ECU(70)는 지금이 추정된 누적량 PMsm을 증가할 타이밍인지를 S128에서 판정한다. 본 실시예에서는, 조건 (2)가 만족되는 타이밍을 추적된 누적량 PMsm이 증가될 타이밍으로 설정한다. 따라서, S126 에서 조건 (1)만이 만족된 경우, ECU(70)는 S128에서 NO를 판정한다. S136에서, ECU(70)는 PM 제거 히팅을 PM을 연소하기 위한 번-업 히팅으로 전환하고, 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. 이런 식으로, ECU(70)는 도 4에 도시된 번-업 히팅을 개시한다. 번-업 히팅에서, NOx 저장 저감 촉매(36a) 정면의 PM 클로깅이 제거되고, 필터(38a) 내 누적된 PM이 완전히 연소된다. S132에서 추정된 누적량 PMsm은 정상 번-업 개시 판정값 NBUpm 이하이다. 즉, NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a) 내 PM의 양은 상대적으로 작다. 이로써, 번-업 히팅이 수행되고 PM이 신속하게 연소되는 경우에도 문제가 발생하지 않는다.
조건 (2)가 S126에서 만족되는 경우(S126에서 YES), ECU(70)는 지금이 추정된 누적량 PMsm을 증가할 타이밍인지를 S128에서 판정한다. S128에서의 판정의 결과는 YES가 된다. ECU(70)는 S130에서 추정된 누적량 PMsm을 증가한다. 그 결과, 추정된 누적량 PMsm은 도 6에 도시된 바와 같이 특수 번-업 개시 판정값 SBUpm보다 커진다. S132에서, ECU(70)는 이 과정을 번-업 히팅으로 전환한다. 추정된 누적량 PMsm은 특수 번-업 개시 판정값 SBUpm 이하이고, NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a) 내 PM의 양은 상대적으로 작다. 이로써, 번-업 히팅이 수행되고 PM이 신속하게 연소되는 경우에도 문제가 발생하지 않는다. 도 6의 타이밍 t12에 도시된 바와 같이, 번-업 히팅을 수행하기 위한 조건이 S126에서 다시 만족되면, ECU(70)는 S130에서 파선으로 나타낸 바와 같이 추정된 누적량 PMsm을 다시 증가한다. 추정된 누적량 PMsm 증가 프로세스(S130)가 실행되는 횟수는 두 번으로 제한된다. 따라서, 도 6의 t13에서 제 3회 번-업 히팅 수행 조건이 만족되는 경우라도, ECU(70)는 S126에서 NO를 판정한다.
일단 번-업 히팅이 개시되면, ECU(70)는 번-업 히팅 조건이 만족되지 않도록 되는 경우(S126에서 NO), 즉, 예를 들면, 비율 △P/GA가 PM 클로깅을 나타내는 기준값보다 작게 되는 경우라도 번업 히팅(S134)을 계속한다.
후에, S124에서 추정된 누적량 PM이 종료 판정값 PMend 이하라고 S판정할 때, ECU(70)는 S136에서 PM 제거 히팅을 중단한다. 이와 같은 방법으로 번-업 히팅이 중단되고, 재생 모두가 완료된다(S138, 도 5에서 t2, 도 6에서 t14, t15).
도 4의 번-업 히팅이 이하 설명된다. 먼저, ECU(70)는 첨가 금지 플래그 (Fbucut)가 오프(OFF)인지의 여부를 S152에서 판정한다. 첨가 금지 플래그(Fbcut)가 오프이면, ECU(70)는 연료를 연료첨가밸브(68)로부터 배기로 첨가하고, 연료 첨가가 엔진의 운전 상태와 같은 다른 조건들에 의해 금지되지 않는 한, 번-업 히팅을 수행한다. 첨가 금지 플래그(Fbcut)가 ON이면, ECU(70)는 연료 첨가 밸브(68)로부터 연료 첨가를 중단한다. 첨가 금지 플래그(Fbcut)를 온(ON) 또는 오프로 설정하는 것에 의해, 연료가 간헐적으로 배기에 첨가되고, 번-업 히팅이 수행된다.
첨가 금지 플래그(Fbcut)가 오프이면(S152에서 YES), ECU(70)는 연료가 현재 첨가되고 있다고 판정한다. 이 경우, S154에서 ECU(70)는 ECU(70)의 메모리 내 설정된 첨가 주기 카운트값(Cud)을 증가(예를 들면, 증가량(increment))한다.
S156에서 ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)보다 작은지를 판정한다. 제어의 초기 단계에서는, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)보다 작다(S156에서 YES). S158에서, ECU(70)는 NOx 저장 저감 촉매(36a)로부터 하류의 위치 에서 제 1 배기 온도 센서(44)에 의해 검출된 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc)(예를 들면, 540℃)보다 작은지를 판정한다.
thci 〈 Athc 가 만족되면(S158에서 YES), ECU(70)는 필터(38a)로부터 하류의 위치에서 제 2 배기 온도 센서(46)에 의해 검출된 배기 온도(thco)가 중단 판정 기준 온도(Bthc)(예를 들면, 600℃)보다 작은지를 판정한다.
thco 〈 Bthc 가 만족되면(S160에서 YES), ECU(70)는 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. 첨가 금지 플래그(Fbcut)는 오프를 유지하고, 연료 첨가는 계속된다. 이 상태는 도 7의 타이밍 차트에서 타이밍 t20 전의 상태이다.
첨가 주기 카운트값(Cud)가 최대값(Ut) 이상이 되기 전에, 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc) 이상이면(S158에서 NO, 도 7에서 t20), ECU(70)는 S162에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 최대값(Ut)으로 설정한다. ECU(70)는 S164에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 온으로 설정하고, 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가는 중단된다. 이 타이밍(t20)은 중단 타이밍에 해당한다.
다음의 제어 사이클에서는, 첨가 금지 플래그(Fbcut)가 온이다(S152에서 NO). ECU(70)는 S166에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 감소한다(예를 들면, 감소량(decrement)). 그리고나서 ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 S168에서 0보다 큰 지를 판정한다. 제어의 초기 단계에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)는 0보다 작다(S168에서 NO). S172에서 ECU(70)는 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작은지를 판정한다. 도 7에서 타이밍 t20의 직후, 배기 온도(thci)는 중단 판 정 기준 온도(Athc) 이상이다(S172에서 NO). 이 경우, ECU(70)는 일시적으로 이 프로세스를 중단한다. 이로써, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단된 단계가 계속된다.
도 7을 참고하면, 배기 온도(thci)는 타이밍 t20 이후에 더욱 증가한다. 그러나, 필터(38a)로부터 하류 위치에서 배기 온도(thco)의 변화는 상대적으로 작고, 배기 온도(thco)가 중단 판정 기준 온도값(Bthc)보다 작은 상태가 계속된다.
이후 배기 온도(thci)는 감소하고, thci 〈 Athc 를 만족한다(S172에서 YES, t21). 배기 온도(thco)는 중단 판정 기준 온도값(Bthc)보다 작고(S174에서 YES), 배기 온도(thci)는 한 번 증가한다(S176에서 YES). S178에서 ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)가 0과 같은지를 판정한다. 도 7의 보기에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)는 0보다 크다(S178에서 NO). 따라서, ECU(70)는 S182에서 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소를 촉진한다.
구체적으로 첨가 주기 카운트값(Cud)이 정상 감소 동안에 1만큼 감소한 경우, ECU(70)는 S182가 실행된 후 제어 사이클에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0 보다 큰 상태의 주기 내에서, 1보다 큰 값만큼 첨가 주기 카운트값(Cud)을 감소한다.
따라서, 다음 그리고 후속하는 제어 사이클에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)은, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0보다 큰 주기에서 정상보다 더욱 빠르게 도 7(t21에서 t22)에 도시된 바와 같이 감소한다.
그후에, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 빠르게 0이 되도록(도 7에서 t22), S166, S168, S170, S182의 과정이 실행된다. 이 상태에서 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작고(S172에서 YES), 배기 온도(thco)는 중단 판정 기준 온도(Bthc)보다 작으며(S174에서 YES), S176에서 판정 결과가 YES이고, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이다(S178에서 YES). 따라서, ECU(70)는 S180에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 오프로 설정한다. 그 결과, ECU(70)는 번-업 히팅을 위한 연료 첨가를 개시한다. 이 타이밍(t22)은 개시 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbcut)는 오프이다(S152에서 YES). 따라서, ECU(70)는 S154 내지 S164의 과정들을 실행한다. 도 7의 예는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut) 이상이 되기 이전에(t23), 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc) 이상인 경우를 나타낸다. 이 경우, ECU(70)는 S162에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 최대값(Ut)로 설정하고, 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 S164에서 온으로 설정한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가는 중단된다. 이 타이밍(t23)은 중단 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbcut)는 온이다(S152에서 NO). 따라서, ECU(70)는 S166 내지 S182의 과정들을 실행한다. 도 7의 예에서 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 되었을 때(t24)와 동시에, 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc) 이하이다. 따라서, ECU(70)는 S180에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 오프로 설정한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 개시된다. 이 타이밍(t24)은 개시 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbcut)는 오프이다(S152에서 YES). 따라서, ECU(70)는 S154 내지 S164의 과정들을 실행한다. 도 7의 예에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)이 되었을 때(t25)와 동시에, 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc) 이상이다. 따라서, ECU(70)는 S156에서 NO를 판정하고, S162에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 최대값(Ut)으로 설정하며, S164에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 온으로 설정한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단된다. 이 타이밍(t25)은 중단 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbcut)는 온이다(S152에서 NO). 따라서, ECU(70)는 S166 내지 S182 단계의 과정들을 실행한다. 도 7의 예에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 되었을 때와 동시에, 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작다(t26). 따라서, ECU(70)는 S180에서 첨가 금지 플래그(Fbcut)를 오프로 설정하고, 일시적으로 이 프로세서를 종료한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 개시된다. 이 타이밍(t26)은 개시 타이밍에 해당한다. 이와 같은 방법으로, ECU(70)는 번-업 히팅에서 배기로 연료를 간헐적으로 첨가한다.
도 8은 NOx 저장 저감 촉매(36a)가 새로운 것으로 대체되었을 때 타이밍 차트를 나타낸다.
타이밍 t30 전에, 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc) 보다 작고(S158에서 YES), 배기 온도(thco)는 중단 판정 기준 온도(Bthc) 보다 작다(S160에서 YES). 이런 상태에서 ECU(70)는 연료를 배기로 첨가한다. 첨가 주기 카운트값(Cud)은 thci ＜ Athc 이고 thco ＜ Bthc가 만족되는 동안에, Cud ≥ Ut 가 만족 될 때까지 증가된다(S156에서 NO, 도 8에서 t30). 이로써, ECU(70)는 S162에서 첨 가 주기 카운트값(Cud)을 최대값(Ut)으로 설정되고, S164에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 온으로 설정하며, 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단된다. 이 타이밍(t30)은 중단 타이밍에 해당된다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbucut)는 온으로 설정된다(S152에서 NO). 따라서, ECU(70)는 S166에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 감소한다. S168에서 ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0보다 작은지의 여부를 판정한다. 제어의 초기 단계에서, 첨가 주기 카운트값(Cud)은 0보다 크다(S168에서 NO). S172에서 ECU(70)는 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작은지를 판정한다. 도 7에서 t30 직후, 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작다(S172에서 YES). S174에서 ECU(70)는 배기 온도(thco)가 중단 판정 기준 온도(Bthc)보다 작은지를 판정한다. 이 경우, ECU(70)는 배기 온도(thci 와 thco)의 어느 하나가 상응하는 중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc) 이상이 되도록 증가한 적이 있는지를 판정한다. 즉, ECU(70)는 S172와 S174 중 어느 단계에서의 판정이, 첨가 금지 플래그(Fbucut)가 온으로 설정된 이후에, NO로 결론된 적이 있는지를 판정한다.
이 경우, 배기 온도(thci 와 thco) 중 어느 것도 상응하는 중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc) 이상이 되도록 증가한 적이 없다. 따라서, ECU(70)는 일시적으로 이 프로세스를 중단한다. 따라서, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단되는 상태가 계속된다.
그 결과, NOx 저장 저감 촉매(36a)로부터 방출된 배기의 온도는 더욱 증가하여, thci ≥ Athc가 만족된다(도 8에서 t31). ECU(70)는 S172에서 NO를 판정하 고, 일시적으로 이 프로세스를 중단한다. 여기서, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단된 상태가 계속된다.
이후 필터(38a)로부터 하류의 배기 온도(thco)는 크게 변화하지 않고, 배기 온도(thco)가 중단 판정 기준 온도(Bthc)보다 작은 상태가 계속된다. NOx 저장 저감 촉매(36a)로부터 하류의 배기 온도(thci)는 그 최대 온도에 도달하고, 감소해서 중단 판정 기준 온도(Athc)에 근접한다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이(t32) 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc) 보다 작게 되기 전에, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0 이하인 상태의 경우가 있을 수 있다. 이 경우, S166 내지 S170 단계의 과정이 실행되어, 첨가 금지 카운트값(Cud)이 타이밍 t32 내지 t33 동안 0이 되도록 유지된다. 또한 배기 온도(thci)가 중단 판정 기준 온도(Athc) 이상이기 때문에(S172에서 NO), 첨가 금지 플래그(Fbucut)는 온으로 유지된다.
그리고나서, 배기 온도(thci)는 감소하고, thci ＜ Athc를 만족한다(S172에서 YES, 도 8에서 t33). 배기 온도(thco)는 중단 판정 기준 온도(Bthc) 보다 작고(S174에서 YES), 배기 온도는 한 번 증가한다(S176에서 YES). ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 S178에서 0인지를 판정한다. 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이기 때문에(S178에서 YES), ECU(70)는 S180에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 오프로 설정하고, 일시적으로 이 프로세스를 종료한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 개시된다. 이 타이밍(t33)은 개시 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbucut)는 오프된다(S152에서 YES). 따라서, ECU(70)는 S154 내지 S164 단계의 과정을 실행한다. 도 8의 예에서 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut) 이상이 되는 때와 동시에 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc) 이상이 된다(t34). 이 경우(S156에서 NO), ECU(70)는 S162에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 최대값(Ut)으로 설정하고, S164에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 온으로 설정한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 중단된다. 이 타이밍(t34)은 중단 타이밍에 해당한다.
다음 제어 사이클에서, 첨가 금지 플래그(Fbucut)는 온된다(S152에서 NO). 따라서, ECU(70)는 S166 내지 S182 단계의 과정을 실행한다. 도 8의 예에서 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 되는 때와 동시에 배기 온도(thci)는 중단 판정 기준 온도(Athc)보다 작아진다(t35). 따라서, S172 내지 S178에서 판정의 결과는 YES가 ㄷ되고, ECU(70)는 S180에서 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 오프로 설정한다. 그 결과, 번-업 히팅을 위한 연료 첨가가 개시된다. 이 타이밍(t35)은 개시 타이밍에 해당한다.
도 8의 예에서, 후속하는 타이밍(t36 및 t38)은 이미 설명한 바와 같다.
개시 타이밍과 중단 타이밍이 본 실시예에서와 달리, 배기 온도(thci)와 중단 판정 기준 온도(Athc) 사이의 비교 만에 근거해서 판정되는 경우, 배기 온도(thci)는 예를 들면, t31 이후에 파선으로 나타내진 바와 같이 더욱 증가될 것이고, NOx 저장 저감 촉매(36a)는 과열될 것이다.
도 9는 NOx 저장 저감 촉매(36a)의 손상이 진행되고, 필터(38a)로부터 하류의 위치에서 배기 온도(thco)가 중단 판정 기준 온도(Bthc) 이상이 되도록 증가되는 상태를 나타낸다. NOx 저장 저감 촉매(36a)로부터 하류 위치에서 배기 온도 (thci)와 관련된 판정에서와 같은 방법(도 7, 도 8)으로, ECU(70)는 첨가 금지 플래그(Fbucut)를 첨가 주기 카운트값(Cud)과 배기 온도(thco)에 근거해서 온 또는 오프로 설정한다. 첨가 금지 플래그(Fbucut)가 이런 식으로 설정됨으로써, 개시 타이밍(t41, t45, t47)과 중단 타이밍(t42, t46, t48)이 결정된다.
개시 타이밍과 중단 타이밍이 본 실시예에서와 달리, 배기 온도(thco)와 중단 판정 기준 온도(Bthc) 사이의 비교 만에 근거해서 판정된다면, 배기 온도(thco)는 예를 들면, t43 이후에 파선으로 나타내진 바와 같이 더욱 증가될 것이고, 필터(38a)는 과열될 것이다.
제 1 배기 온도 센서(44)와 제 2 배기 온도 센서(46)는 배기 온도 검출기로서 작용한다. 번-업 히팅에서(도 4), S154 내지 S164의 단계들은 중단 타이밍 판정부를 위한 단계들로 역할하고, S166 내지 S182의 단계들은 개시 타이밍 판정부를 위한 단계들로 역할한다. 첨가 주기 판정값(Cud)을 증가함으로써(S154) 첨가 주기 판정값(Cud)이 최대값(Ut)이 되도록 하는데 요구되는 주기는, 중단 판정 기준 주기로서 역할한다. 첨가 주기 판정값(Cud)을 감소함으로써(S166) 첨가 주기 판정값(Cud)이 0이 되도록 하는데 요구되는 주기는, 개시 판정 기준 주기로서 역할한다. 중단 판정 기준 온도(Athc 및 Bthc)는 또한 개시 판정 기준 온도로서 역할한다.
제 1 실시예는 다음과 같은 이점들을 가진다.
(1) ECU(70)는 배기로 간헐적 연료 첨가가 수행되고 있는 경과 시간에 의거해서, 배기로의 간헐적 연료 첨가가 중단되는 타이밍을 판정한다. 구체적으로, ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)보다 작고, 배기 온도(thci 와 thco)가 상응하는 중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc)보다 높아진 때, 배기로의 간헐적 연료 첨가를 중단한다. 이런 식으로, 배기 정화 장치의 온도가 과도하게 증가하는 것이 방지된다.
ECU(70)는 두 배기 온도(thci 와 thco) 모두가 상응하는 중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc)보다 작더라도, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)이 되면, 배기로의 연료 첨가를 중단한다. 이는 연료가 첨가되고, 배기 온도(thci 와 thco)가 증가되고 있는 주기를 제한한다. 이로써, 배기 정화 장치의 온도는 과도하게 증가하는 것이 방지된다.
그 결과, NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a)가 다른 정도로 손상된 경우거나, 손상 에러가 제 1 배기 온도 센서(44)와 제 2 배기 온도 센서(46) 내 발생한 경우라도, 배기 정화 장치가 번-업 히팅에서 과열되는 것이 방지된다.
(2) ECU(70)는 배기로 간헐적 연료 첨가가 수행되고 있지 않은 경과 시간에 의거해서, 배기로의 간헐적 연료 첨가가 개시되는 타이밍을 판정한다. 구체적으로, ECU(70)는 두 배기 온도(thci 와 thco) 모두가 상응하는 개시 판정 기준 온도( 중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc)가 사용됨)보다 높고, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 될 때, 배기로의 간헐적 연료 첨가를 개시한다. 이는, 과열의 발생이 극히 일어날 것 같지 않고, 배기 정화 장치의 온도가, 두 배기 온도(thci 와 thco) 모두가 상응하는 개시 판정 기준 온도보다 작아지고 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 될 때, 감소할 수 있기 때문이다. 이런 식으로, 배기 정화 장치의 온도가 과도하게 감소하는 것이 방지된다. 이는 NOx 저장 저감 촉매(36a)와 필터(38a)D의 온도가 상승하 는 경우라도 연비가 감소하는 것을 방지한다.
(3) ECU(70)는 두 배기 온도(thci 와 thco) 모두가 개시 판정 기준 온도(중단 판정 기준 온도(Athc 와 Bthc))보다 작게 되면, 적절한 첨가 주기의 개시 타이밍 근처라고 가정한다. 따라서, ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소를 촉진하도록 S182의 과정을 실행하고, 첨가 주기 카운트값(Cud)이 빠르게 0에 도달된다. 그 결과, 첨가 주기가 적절한 타이밍에서 개시된다. 이는 ECU(70)가 배기 정화 장치의 온도를 더욱 적절하게 제어하도록 한다.
(4) 도 5, 6에 도시된 바와 같이, ECU(70)는 추정된 누적량(PMsm)이 정상 번-업 개시 판정값(NBUpm) 또는 특수 번-업 개시 판정값(SBUpm) 이하일 때, 번-업 히팅을 수행한다. 정상 번-업 개시 판정값(NBUpm)과 특수 번-업 개시 판정값(SBUpm)은 상대적으로 종료 판정값(PMend)에 근접하다. 즉, ECU(70)는 배기 정화 장치 내 누적된 PM을 제거하기 위한 과정의 마지막 단계 근처 단계에서, 재생 모드에서 배기 시스템으로 연료를 계속해서 첨가하는 것에 의해 번-업 히팅을 수행한다(도 3). 이 단계에서, 추정된 누적량(PMsm)은 충분히 작다(즉, 배기 정화 장치 내 누적된 PM량은 작다). 따라서, PM이 번-업 히팅에 의해 빠르게 연소되는 경우라도(도 4), 배기 정화 장치가 과열되는 것이 방지된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치가 이하 설명된다.
제 2 실시예에서 ECU(70)는 디젤 엔진(2)의 운전 상태에 따라 첨가 주기 카운트값(Cud)의 변화율을 변경한다. 이 점을 제외하고는, 제 2 실시예의 재생 컨트롤러는 제 1 실시예와 동일한 구조를 갖는다.
S154에서 ECU(70)는 도 10에 도시된 맵(MAPup)에 의거해서 첨가 주기 카운트값(Cud)의 증가 속도를 설정한다. 구체적으로, 첨가 주기 카운트값(Cud)의 증가 속도는 연료첨가밸브(68)로부터 단위 시간당 첨가된 연료량 및 엔진 속도(NE)에 따라 설정된다. 이런 식으로, ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 최대값(Ut)이 되는데 요구되는 중단 판정 기준 주기를 엔진 운전 상태에 따라 변경한다.
S166에서 ECU(70)는 도 11에 도시된 맵(MAPdwn)에 의거해서 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소 속도를 설정한다. 구체적으로, 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소속도는 부하(예를 들면, 흡기량(GA)) 및 엔진 속도(NE)에 따라 설정된다. 이런 식으로, ECU(70)는 첨가 주기 카운트값(Cud)이 0이 되는데 요구되는 개시 판정 기준 주기를 엔진 운전 상태에 따라 변경한다.
제 1 실시예의 이점 (1) 내지 (4)에 부가해서, 제 2 실시예는 이하의 이점들을 갖는다.
(5) ECU(70)는 중단 판정 기준 주기와 개시 판정 기준 주기를 디젤 엔진(2)의 운전 상태에 따라 변경한다. 이는 배기 정화 장치의 온도가 더욱 적절하게 제어되도록 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 내연기관의 배기 정화 장치가 이하 설명된다.
제 3 실시예에서는 도 12에 도시된 바와 같이, NOx 저장 저감 촉매의 층으로 코팅된 베이스를 갖는 단일의 필터(138a)가 제 1 실시예에서 설명된 두 촉매변환장치, 즉, 제 1 촉매변환장치와 제 2 촉매변환장치 대신에 사용된다. 압력차 센서(150)는 필터(138a)의 상류 및 하류측 사이에서 압력차 △를 검출한다. 제 1 배기 온도 센서(144)는 필터(138a) 내 배기의 온도(배기온도(thci))를 검출한다. 제 2 배기 온도 센서(46), 공연비 센서(48), 제 3 촉매변환장치(40), 산화촉매(40a)는 제 1 싱실예에서 상응하는 구성요소와 동일하고, 그 구성요소들의 도면부호와 동일한 도면부호를 사용한다. 다른 부분들은 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 동일하다.
제 1 배기 온도 센서(144)는 필터(138a)의 중심부에서 배기 온도(thci)를 검출한다. 제 2 배기 온도 센서(46)는 배기 정화 장치로 역할하는 필터(138a)로부터 하류 위치에서 배기 온도(thco)를 검출한다.
제 3 실시예의 구조는 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 이점을 갖는다. 즉, 필터(138a)의 각 부분이 다른 정도로 손상되거나, 제 1 배기 온도 센서(44)와 제 2 배기 온도 센서(46) 내 검출 에러가 발생한 경우라도, 필터(138a)의 각 부분은 과열되는 것이 방지된다.
당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상 또는 영역으로부터 벗어나지 않고, 많은 다른 구체적인 형태가 구현될 수 있음은 분명하다. 특히, 본 발명은 다음의 형태로 구체화됨이 이해되어야 한다.
상술한 실시예에서 ECU(70)는 반복적으로 번-업 히팅에서 배기 시스템으로 연료 첨가를 개시하고 중단한다. 다시 말하면, ECU(70)는 번-업 히팅에서 간헐적 연료 첨가를 수행한다. 선택적으로, ECU(70)는 번-업 히팅에서 반복적으로 높은 농축도를 가진 연료와 낮은 농축도를 가진 연료를 첨가할 수 있다. 즉, ECU(70)는 번-업 히팅에서 간헐적 연료 첨가 증가를 수행할 수 있다.
상술한 실시예의 각각에서, 정상 번-업 개시 판정값(NBUpm)과 특수 번-업 개 시 판정값(SBUpm)은 종료 판정값(PMend)보다 크다. 선택적으로, 정상 번-업 개시 판정값(NBUpm)과 특수 번-업 개시 판정값(SBUpm) 중 적어도 하나가 종료 판정값(PMend)과 같을 수 있다. 즉, 번-업 히팅(도 4)은 재생 제어(도 3)의 마지막 단계에서 수행된다.
상술한 실시예의 각각에서, ECU(70)는 S182에서 첨가 주기 카운트값(Cud)의 감소를 촉진한다. 선택적으로, ECU(70)는 S182에서 첨가 주기 카운트값(Cud)을 직접 0으로 설정할 수 있다.
본 보기들과 실시예들은 예시로서 고려된 것이고 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 여기에서 주어진 설명들에 제한되지 않는다. 첨부하는 청구항들의 영역과 등가 내에서 수정이 가능하다.

Claims (14)

  1. 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러에 있어서,
    상기 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소하고, 상기 재생 컨트롤러는,
    상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도
    검출기; 및
    배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가된 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가의 증가를 중단하는 타이밍을 판정하는 중단 타이밍 판정부를 포함하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  2. 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러에 있어서,
    상기 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소하고, 상기 재생 컨트롤러는,
    상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도
    검출기; 및
    배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되지 않거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가되지 않은 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 개시하는 타이밍을 판정하는 개시 타이밍 판정부를 포함하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  3. 내연기관의 배기 시스템 내 배열되는 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러에 있어서,
    상기 재생 컨트롤러는 배기 시스템에 연료를 간헐적으로 첨가하거나, 배기 시스템에 첨가되는 연료의 양을 간헐적으로 증가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소하고, 상기 재생 컨트롤러는,
    상기 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 배기 온도
    검출기;
    배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가된 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가의 증가를 중단하는 타이밍을 판정하는 중단 타이밍 판정부; 및
    배기 온도 검출기에 의해 검출된 배기 온도 및 배기 시스템으로 연료가 첨가되지 않거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가되지 않은 경과 시간에 의거해, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 개시하는 타이밍을 판정하는 개시 타이밍 판정부를 포함하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 정화 장치는 내연기관의 배기 시스템 내 배열된 복수의 배기 정화 장치 중 하나이고,
    배기 온도 검출기는 대응하는 하나의 배기 정화 장치로부터 하류 위치에서 배기 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 정화 장치 내 배기 온도를 검출하는 다른 배기 온도 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  6. 제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중단 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기 중 적어도 하나에 의해 검출된 배기 온도의 적어도 하나가 중단 판정 기준 온도보다 크거나, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가의 경과 시간이 중단 판정 기준 주기보다 긴 때, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 중단하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 중단 타이밍 판정부는 내연기관의 운전 상태에 따라 중단 판정 기준 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  8. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    개시 타이밍 판정부는 배기 온도 검출기 중 적어도 하나에 의해 검출된 배기 온도의 적어도 하나의 각각이 개시 판정 기준 온도보다 작거나, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가의 경과 시간이 개시 판정 기준 주기보다 긴 때, 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 연료 첨가 증가를 개시하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 개시 타이밍 판정부는 내연기관의 운전 상태에 따라 개시 판정 기준 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    개시 타이밍 판정부가 상기 배기 시스템으로의 연료 첨가 또는 배기 시스템으로의 연료 첨가의 증가의 경과 시간을 카운트값과 함께 측정하고, 적어도 하나의 배기 온도 검출기에 의해 검출된 적어도 하나의 배기 온도 모두가 개시 판정 기준 온도보다 낮고, 배기 시스템으로 연료가 첨가되지 않거나 배기 시스템으로의 연료 첨가가 증가되지 않는 상태의 경과 시간이 개시 판정 기준 주기보다 짧은 때, 경과 시간의 카운트값의 변화율을 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    재생 컨트롤러는 배기 시스템으로 연료를 계속 첨가하는 것에 의해 배기 정화 장치 내 누적된 입자상물질을 제거하는 프로세스를 실행하고, 배기 시스템으로의 계속적인 연료 첨가 절차의 마지막 단계 또는 마지막 단계에 근접한 단계에서 배기 시스템으로의 간헐적 연료 첨가 또는 간헐적 연료 첨가 증가에 의해 배기 정화 장치 내 입자상물질을 연소하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  12. 제 1항 또는 제 11항에 있어서, 배기 정화 장치는,
    배기 내 포함된 입자상물질을 제거하는 필터; 및
    필터에 형성되는 NOx 저장 저감 촉매의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 시스템은,
    NOx 저장 저감 촉매를 포함하는 제 1 배기 정화 장치; 및
    배기 내 포함된 입자상물질을 제거하는 필터와 필터에 형성되는 NOx 저장 저감 촉매의 층을 포함하는 제 2 배기 정화 장치를 포함하고, 제 2 배기 정화 장치는 제 1 배기 정화 장치로부터 하류에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    재생 컨트롤러는 배기 정화 장치 내 입자상물질의 양을 추정하고, 입자상물질의 추정량이 소정량 이하일 때, 배기 시스템으로의 간헐적 연료 첨가 또는 간헐적 연료 첨가 증가를 개시하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 정화 장치를 위한 재생 컨트롤러.
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