KR20090029793A

KR20090029793A - 내연기관용 배기가스 정화 장치

Info

Publication number: KR20090029793A
Application number: KR1020097000419A
Authority: KR
Inventors: 다로 아오야마; 야스아키 나카노
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-03-23
Also published as: EP2032813A1; US20090280037A1; CN101466926A; WO2007142368A1; JP2007327465A

Abstract

흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 를 환원시킬 수 있는 기술이 제공된다. 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 환원 요구에도 불구하고 NOx 가 환원될 수 없는 상태로부터 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행이 이루어졌을 때, 흡장 환원형 NOx 촉매에 집중적으로 환원제를 첨가하는 집중 환원을 실시하는 경우, 환원제 첨가시 집중의 정도가, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 양과 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 기초하여 변경된다.

배기가스, 정화, 흡장 환원형 NOx 촉매.

Description

내연기관용 배기가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION APPARATUS FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.

흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 가 환원되는 때에는, 그 흡장 환원형 NOx 촉매에 유입되는 배기가스의 공연비를 비교적 짧은 주기에서 스파이크적으로 (짧은 시간에) 리치 (rich) 로 하는, 소위 리치 스파이크 제어 (rich spike control) 가 실행된다. 그러나, 예컨대 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 낮을 때에는, 환원제가 그 흡장 환원형 NOx 촉매와 반응하지 않으므로, 환원 요구가 이루어지더라도 포함되어 있는 NOx 를 거의 환원시킬 수 없다. 그 시간 동안, 내연기관으로부터 NOx 가 배출되고, 따라서 흡장 환원형 NOx 촉매에 많은 NOx 가 흡장된다.

여기서, 흡장 환원형 NOx 촉매에서는, NOx 흡장량이 증가함에 따라 NOx 의 정화율이 저하된다. 그러므로, NOx 가 환원될 수 없는 상태로부터 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행했을 때에 NOx 가 신속히 환원되면, 신속하게 NOx 의 정화율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 환원 요구가 있지만 리치 스파이크 제어를 할 수 없는 상태로부터, 리치 스파이크 제어를 할 수 있는 상태로 이행한 후 미리 결정된 시간 동안, 환원제의 첨가량을 통상적인 상태의 경우보다 증가시켜 NOx 의 환원을 실시하는 기술이 알려져 있다. (예컨대, 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 2004-360486호), 특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2005-127287호), 특허문헌 3 (일본 공개특허공보 2005-61340호), 특허문헌 4 (일본 공개특허공보 2003-269142호) 및 특허문헌 5 (일본 공개특허공보 2003-27925호) 참조)

그러나, 단지 환원제의 첨가량이 증가되더라도, NOx 의 환원 효율이 항상 최대로 되는 것은 아니다. 예컨대, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 따라 NOx 의 환원 효율이 변하므로, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 따라 환원제의 첨가량을 변경함으로써, 그 때 그의 온도에 따라 NOx 환원 효율이 더 높아질 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어졌으며, 내연기관용 배기가스 정화 장치에 있어서, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 가 환원될 수 있는 상태로의 이행시 그 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 를 신속하게 환원시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 내연기관용 배기가스 정화 장치는 이하의 기술을 채용한다. 즉, 본 발명에 따른 내연기관용 배기가스 정화 장치는,

내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가 장치; 및

NOx 를 흡장할 수 있고 또한 흡장된 NOx 를 상기 환원제 첨가 장치에 의해 첨가되는 환원제에 의해 환원시킬 수 있는 흡장 환원형 NOx 촉매를 포함하고,

상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 환원 요구에도 불구하고 NOx 가 환원될 수 없는 상태로부터 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행이 이루어졌을 때, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 집중적으로 환원제를 첨가하는 집중 환원을 실시하는 경우, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 양과 상기 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 기초하여, 상기 집중 환원 동안의 환원제 첨가시의 집중의 정도를 변경한다.

여기서, "집중의 정도"라는 용어는, 환원제의 첨가 간격 또는 첨가량 등을 변경함으로써, 통상적인 환원의 경우로부터 환원제 공급량이 증가되는 정도를 의미한다. 그리고, 집중의 정도가 높아질수록, 환원제의 첨가가 더욱 집중적으로 행해진다. 즉, 집중의 정도가 높아질수록, 환원제의 첨가 간격이 짧아지거나 또는 환원제의 첨가량이 많아지게 된다. NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행된 후부터 예컨대 NOx 의 환원 요구가 없어질 때까지의 기간 동안 집중 환원이 행해진다. 여기서, 집중 환원 후 행해지는 환원제의 첨가는 통상적인 첨가라고 칭하며, 이 때의 환원제의 첨가량을 통상적인 첨가량이라고 칭함에 유의해야 한다.

그리고, "흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 환원 요구가 있는"상태는, 예를 들어 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 양이 임계치를 초과하여, NOx 의 정화율이 저하될 수 있음을 나타낸다. 또한, "NOx 가 환원될 수 없는 상태"는, 예를 들어 흡장 환원형 NOx 촉매의 낮은 온도로 인해, 환원제를 공급하더라도 NOx 가 거의 환원될 수 없는 상태이다. 이는, 흡장 환원형 NOx 촉매가 활성 온도 이하인 상태일 수 있다. 이 경우, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 NOx 의 환원이 행해질 수 있는 온도로 상승되었을 때는, "NOx 의 환원이 행해질 수 있는 상태로 이행되었을 때"이다. 다른 경우에도, 내연기관의 운전 상태에 따라, NOx 의 환원이 행해질 수 없는 상태로 이행될 수 있다.

그리고, "NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행되었을 때"에는, 그 때까지 NOx 의 환원이 행해지지 않았기 때문에, 통상적인 환원제 첨가시에 비해 더 많은 NOx 가 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있다. 이에 대조적으로, "NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행되었을 때"에 집중 환원을 행함으로써, NOx 의 환원이 신속하게 이루어질 수 있고, 따라서 흡장 환원형 NOx 촉매의 NOx 흡장 능력을 신속하게 회복시킬 수 있다.

여기서, 흡장 환원형 NOx 촉매에 첨가되는 환원제의 양에 대해 실제로 NOx 의 환원에 관련되는 환원제의 양은 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 따라 변한다. 즉, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 기초하여, 환원제의 첨가량 또는 첨가 간격을 변경함으로써, NOx 의 환원 효율에 대응하는 환원제 양의 첨가가 가능해진다. 즉, NOx 의 환원 효율에 기초하여 상기 집중의 정도가 변경될 수 있다.

또한, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아질수록, NOx 의 흡장량이 더욱 신속하게 감소될 수 있고, 이로써 NOx 의 정화율이 향상될 수 있다. 즉, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 양에 기초하여 환원제의 첨가량 또는 첨가 간격을 변경함으로써, NOx 흡장량에 대응하는 환원제 양의 첨가가 가능해진다. 즉, NOx 의 정화율에 기초하여 상기 집중의 정도가 변경될 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 환원제를 첨가했을 때, 그 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어짐에 따라 상기 집중의 정도를 낮출 수 있다.

여기서, 집중의 정도를 낮추는 것은, 환원제의 첨가 간격을 길게 하거나 또는 환원제의 첨가량을 줄이는 것을 의미한다.

환원 효율이 높은 온도 영역은, NOx 의 환원이 효율적으로 행해지는 온도 영역이며, NOx 의 환원이 가장 효율적으로 행해지는 온도를 포함한다. 즉, 환원 효율이 높은 온도 영역에서는, 다른 온도 영역보다 환원제의 첨가량 또는 첨가 빈도를 증가시킴으로써 더 많은 NOx 가 환원될 수 있다.

한편, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어짐에 따라, NOx 환원 효율이 저하된다. 그러므로, 많은 양의 환원제를 첨가하면, 그 환원제가 쓸모없이 소비된다. 이에 대조적으로, 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 낮아짐에 따라 환원제의 첨가량 또는 첨가 빈도를 감소시킴으로써, 환원 효율에 대응하는 환원제 양을 첨가할 수 있다.

여기서, "흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어짐에 따라 상기 집중의 정도를 낮출 수 있다"라는 의미는, 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어질수록 집중의 정도를 점차 또는 단계적으로 낮추는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 있어서, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 환원제를 첨가했을 때, 그 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아짐에 따라 상기 집중의 정도를 높일 수 있다.

여기서, 집중의 정도를 높이는 것은, 환원제의 첨가 간격을 짧게 하거나 또는 환원제의 첨가량을 증가시키는 것을 의미한다.

흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많을수록, NOx 의 정화율이 저하되므로, NOx 를 더욱 신속하게 환원시키는 것이 바람직하다. 그리고, 흡장되어 있는 NOx 량이 많아짐에 따라, 더 많은 양의 환원제를 첨가하거나 또는 환원제의 첨가 빈도를 증가시킴으로써, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 를 신속히 환원시킬 수 있다.

여기서, "흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아짐에 따라, 상기 집중의 정도를 높인다"라는 의미는, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아질수록, 집중의 정도를 점차 또는 단계적으로 높이는 것을 포함한다.

상기한 것처럼, 본 발명의 내연기관용 배기가스 정화 장치에 따르면, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행될 때, 그 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 를 신속하게 환원시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연기관용 배기가스 정화 장치가 적용된 흡기 시스템 및 배기 시스템을 갖는 내연기관의 개략적인 구성을 보여준다.

도 2a 및 도 2b 는 NOx 흡장량 카운터와 환원제의 첨가 시기 사이의 서로 상 이한 관계를 각각 보여주는 타이밍 도표 (timing diagram) 이다.

도 3 은 NOx 촉매의 NOx 흡장율(속도)과 NOx 촉매로의 NOx 유입율(속도) 사이의 비, NOx 촉매의 베드 (bed) 온도와 첨가 간격 계수 사이의 관계를 보여주는 도면이다.

도 4 는 이 실시형태에서의 집중 환원 제어의 처리 플로우를 보여주는 플로우 차트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 내연기관 2 배기 통로

3 흡장 환원형 NOx 촉매 4 공연비 센서

5 배기가스 온도 센서 6 환원제 첨가 밸브

7 ECU 8 흡기 통로

9 공기 유량계 11 연료 분사 밸브

이하에서, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 내연기관용 배기가스 정화 장치의 특정 실시형태를 설명한다.

< 실시예 1 >

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연기관용 배기가스 정화 장치가 적용된 흡기 시스템 및 배기 시스템을 갖는 내연기관의 개략적인 구성을 보여준다. 도 1 에 나타낸 내연기관 (1) 은, 수냉식 4사이클 디젤 엔진이다.

내연기관 (1) 에는, 각 실린더에 연료를 공급하는 연료 분사 밸브 (11) (도 1 에는 간명화 및 묘사의 편의를 위해 단 1 개만 나타내었음) 가 구비되어 있다. 그리고, 내연기관 (1) 에는 배기 통로 (2) 가 연결되어 있는데, 배기 통로의 한 단부 또는 상류측 단부는 각 기관 실린더의 연소실로 이어지고, 다른 단부 또는 하류측 단부는 대기로 이어져 있다.

배기 통로 (2) 에는, 흡장 환원형 NOx 촉매 (3) (이하에서, 간단히 NOx 촉매 (3) 라고 함) 가 배치되어 있다. NOx 촉매 (3) 는, NOx 촉매 (3) 에 유입하는 배기가스의 산소 농도가 높은 때, 배기가스 중의 NOx 를 흡장하는 반면, 유입하는 배기가스의 산소 농도가 낮고 또 환원제가 존재하는 때, 흡장하고 있던 NOx 를 환원시키는 기능을 갖는다.

그리고, NOx 촉매 (3) 의 하류측에서 배기 통로 (2) 에는, 그 배기 통로 (2) 내를 흐르는 배기가스의 공연비에 대응하는 신호를 출력하는 공연비 센서 (4) 가 장착되어 있다. 또한, NOx 촉매 (3) 의 상류 위치에서 배기 통로 (2) 에는, 그 배기 통로 (2) 내를 흐르는 배기가스의 온도에 대응하는 신호를 출력하는 배기가스 온도 센서 (5) 가 장착되어 있다. 배기가스 온도 센서 (5) 에 의해, NOx 촉매 (3) 의 온도가 검출된다.

NOx 촉매 (3) 의 상류 위치에서 배기 통로 (2) 에는, 그 배기 통로 (2) 를 통해 지나는 배기가스에 연료 (경유) 형태의 환원제를 첨가하는 환원제 첨가 밸브 (6) 가 장착되어 있다. 환원제 첨가 밸브 (6) 는, 후술하는 ECU (7) 로부터의 신호에 의해 개방되도록 구동되어, 배기가스 내로 연료를 분사한다. 환원제 첨가 밸브 (6) 로부터 배기 통로 (2) 내에 분사된 연료는, 배기 통로 (2) 의 상류측 으로부터 유동하는 배기가스의 공연비를 리치로 하는데 기여하고, NOx 가 환원되는 때, NOx 촉매 (3) 에 유입되는 배기가스의 공연비를 짧은 기간 또는 주기에 스파이크적으로 (단시간에) 리치로 하는데 기여하는, 이른바 리치 스파이크 제어가 행해진다. 여기서, 본 실시형태에서의 환원제 첨가 밸브 (6) 가 본 발명에 있어서의 환원제 첨가 장치에 상당함에 유의해야 한다.

또한, 내연기관 (1) 에는, 각 기관 실린더의 연소실로 이어진 흡기 통로 (8) 가 연결되어 있다. 흡기 통로 (8) 에는, 그 흡기 통로 (8) 를 통해 흐르는 흡입 공기의 양에 대응하는 신호를 출력하는 공기 유량계 (9) 가 설치되어 있다.

상기한 것처럼 구성된 내연기관 (1) 에는, 그 내연기관 (1) 을 제어하기 위한 전자 제어 유닛 형태의 ECU (7) 가 제공되어 있다. 이 ECU (7) 는 내연기관 (1) 의 운전 조건 (또는 요구) 및 운전자의 요구에 따라 내연기관 (1) 의 운전 상태를 제어하는데 기여한다.

ECU (7) 에는, 공연비 센서 (4), 배기가스 온도 센서 (5) 및 공기 유량계 (9) 가 전기 배선을 통해 연결되어 있어서, 이들의 출력 신호가 ECU (7) 에 입력된다. 한편, ECU (7) 에는, 연료 분사 밸브 (11) 및 환원제 첨가 밸브 (6) 가 전기 배선을 통해 연결되어 있어서, 연료 분사 밸브 (11) 및 환원제 첨가 밸브 (6) 가 ECU (7) 에 의해 제어된다.

그리고, 본 실시형태에서, NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 의 리치 스파이크 제어가 행해질 수 없는 상태로부터 리치 스파이크 제어가 행해질 수 있는 상태로 이행되었을 때, 환원제의 첨가 간격이 통상적인 경우보다 짧아진 상태로 NOx 가 환원되는 집중 환원이 행해진다.

여기서, 도 2a 및 도 2b 는 NOx 흡장량 카운터와 환원제의 첨가 시기 사이의 서로 상이한 관계를 각각 보여주는 타이밍 도표이다. 도 2a 는 통상적인 환원제 첨가가 행해지는 때를 보여주며, 도 2b 는 집중 환원이 행해지는 때를 보여준다.

NOx 흡장량 카운터는 NOx 의 환원 처리를 행한 후 NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 의 양을 나타낸다. 그리고, NOx 흡장량 카운터가 임계치 (도 2a 및 도 2b 에서 점선으로 나타냄) 에 도달했을 때 NOx 환원 처리가 행해진다. 즉, 마지막 NOx 환원 처리 후 흡장되는 NOx 량을 카운트하여 임계치에 도달하였을 때 흡장된 NOx 의 환원이 행해지고, 도 2a 및 도 2b 에서 Z 로 표시한 점에서 NOx 환원 처리가 행해진다. 그러나, NOx 환원 처리가 행해질 수 없는 상태로부터 NOx 환원 처리가 행해질 수 있는 상태로 이행한 직후와 같이 NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 가 다량 존재하면, NOx 환원 처리가 1회 행해지더라도 NOx 를 완전히 환원시킬 수 없고, 매우 적지 않은 양의 NOx 가 환원되지 않은 채로 남게 된다.

한편, 집중 환원을 행하는 경우 (도 2b 의 경우), 통상적인 환원의 경우 (도 2a 의 경우) 보다 NOx 흡장량 카운터의 값이 더 작을 때 NOx 의 환원 처리가 행해진다. 여기서, 도 2b 는 첨가 간격 계수가 O.7 로 설정된 경우를 나타냄에 유의해야 한다. 이 첨가 간격 계수는, 상기 임계치와 곱함으로써 NOx 환원 처리의 실행 타이밍을 변경하기 위해 사용된다. 즉, 첨가 간격 계수가 1보다 큰 경우, 집중 환원에서 NOx 환원 처리의 실행 간격이 통상적인 환원의 경우보다 더 긴 반면, 첨가 간격 계수가 1보다 작은 경우, 집중 환원에서 NOx 환원 처리의 실행 간격이 통상적인 환원의 경우보다 더 짧다.

즉, 도 2b 의 경우, 첨가 간격 계수가 O.7 로 설정되어 있으므로, 도 2a 의 임계치를 0.7 배하여 얻어진 값 (도 2b 에서 일점쇄선으로 나타냄) 에 NOx 흡장량 카운터가 도달했을 때, NOx 환원 처리가 실행된다. 즉, 집중 환원에서 통상적인 환원에서보다 임계치에 도달할 때까지 요구되는 시간이 더 짧아지므로, 환원제를 첨가하는 간격이 더 짧아진다. 그 결과, NOx 환원 처리가 빈번하게 행해지고, 따라서 NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 량이 많은 경우에도, NOx 의 흡장량을 신속히 감소시킬 수 있다.

여기서, 통상적인 첨가 또는 환원시 그리고 집중 환원시에, 환원제가 공급되는 때의 NOx 촉매 (3) 에 있어서의 목표 공연비가 동일함에 유의해야 한다. 그리고, 환원제의 첨가량도 통상적인 환원의 경우와 또한 동일하다. 즉, 리치 스파이크 1회당 환원제 첨가량이 각 경우에 동일하다.

또한, 도 3 은 NOx 정화율, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도 그리고 첨가 간격 계수 사이의 관계를 보여주는 도면이다.

여기서 NOx 정화율은, NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장 속도를 NOx 촉매 (3) 로의 NOx 유입 속도로 나누어 얻어지는 값이다. NOx 흡장 속도는 NOx 촉매 (3) 에서 단위시간당 NOx 흡장량이다. 그리고, NOx 유입 속도는 단위시간당 NOx 촉매 (3) 에 유입되는 NOx 의 양이다.

NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장 속도는 NOx 촉매 (3) 에 흡장되는 NOx 량에 상관되므로, NOx 흡장 속도와 NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 량 사이의 관계를 미리 실험 등에 의해 얻어 맵핑한다. 또한, NOx 촉매 (3) 로의 NOx 유입 속도는 기관의 분당 회전수와 기관 부하와 관련되므로, NOx 유입 속도, 기관의 분당 회전수와 기관 부하 사이의 관계를 미리 실험 등에 의해 얻어 맵핑한다. 이렇게 얻어진 맵에 기초하여 NOx 정화율을 얻을 수 있다.

환원제는 일반적으로 NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 량이 미리 정해진 임계치를 초과할 때 특정량 첨가된다. 이와 대조적으로, 집중 환원을 행하는 경우에는, NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 량이 임계치에 도달하기 전에 환원제를 첨가한다. 이때, 첨가 간격 계수를 이용하여 연료 첨가 시기를 결정한다. 이 첨가 간격 계수는 상기 임계치를 곱함으로써 새로운 임계치를 산출하는데 사용된다. 즉, 첨가 간격 계수를 1보다 작게 하면, NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 가 임계치에 도달하기 전에 리치 스파이크 제어가 행해진다. 반면, 첨가 간격 계수를 1보다 크게 하면, NOx 촉매 (3) 에 흡장되어 있는 NOx 가 임계치를 초과한 후 리치 스파이크 제어가 행해진다.

그리고, NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장 속도와 NOx 촉매 (3) 로의 NOx 유입 속도 사이의 비가 작아질수록, NOx 의 정화율이 저하되고, 따라서 공급되는 환원제의 양이 더 많아지게 된다. 그 결과, NOx 의 정화율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러므로, 상기 NOx 정화율이 낮아질수록, 환원제의 첨가 간격이 그에 대응하여 짧아지도록 첨가 간격 계수가 작아지게 된다. 즉, 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아질수록, 집중 환원시 집중의 정도가 높아지게 된다.

그러나, NOx 촉매 (3) 의 온도에 의존하는 첨가 간격 계수를 일정하게 하는 것도 생각할 수 있다. 구체적으로는, NOx 촉매 (3) 가 활성화되지만 NOx 촉매 (3) 의 온도가 너무 낮아서 환원제가 NOx 촉매 (3) 에 부착될 (즉, HC 피독 (HC poisoning)) 수 있는 경우, 환원제의 첨가량을 통상적인 환원의 경우보다 더 낮은 값으로 감소시킨다. 즉, 첨가 간격 계수를 1보다 더 크게 한다. 이는, 도 3 에서 NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 200 ℃ 인 경우에 대응하며, 이때 첨가 간격 계수는 2 로 설정된다. 이로써, NOx 촉매 (3) 의 HC 피독을 억제할 수 있다.

한편, NOx 의 환원 효율이 높지만 NOx 촉매 (3) 의 온도가 너무 높아서 NOx 촉매 (3) 의 열적 퇴화가 촉진될 수 있는 경우, NOx 촉매 (3) 의 열적 퇴화를 억제할 수 있도록 첨가 간격 계수를 결정한다. 이는, 도 3 에서 NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 500 ℃ 인 경우에 대응하며, 이때 첨가 간격 계수는 0.7 로 설정된다.

그리고, 본 실시형태에 따른 NOx 촉매 (3) 에서, 베드 온도가 350 ℃ 근방일 때 환원 효율이 가장 높게 된다. 즉, 이 온도 근방에서 첨가 간격 계수를 낮추어 환원제의 공급 빈도를 증가시킴으로써, 더 많은 양의 NOx 를 환원시킬 수 있다.

더욱이, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 350 ℃ 근방으로부터 멀어질수록, 즉 이 온도로부터 높아지거나 낮아질수록, NOx 의 환원 효율이 낮아지게 된다. 그러므로, 환원 효율이 높은 영역으로부터 멀어질수록, 환원제의 공급 간격을 길게 하기 위해 첨가 간격 계수를 증가시킨다. 즉, 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어짐에 따라 집중 환원 동안 집중의 정도를 낮춘다.

여기서, NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장 속도와 NOx 촉매 (3) 로의 NOx 유입 속도 사이의 비가 1 인 경우, NOx 의 정화율이 높아지므로, 집중 환원이 요구되지 않는다. 따라서, 이러한 경우, 첨가 간격 계수를 1 로 조정한다. 즉, 통상적인 간격으로 환원제를 첨가한다. 그러나, NOx 촉매 (3) 의 온도가 낮은 경우, 상기한 HC 피독의 우려가 존재하므로, 첨가 간격 계수를 2 로 조정한다.

다음으로, 본 실시예에 있어서의 집중 환원 제어의 처리 플로우를 참조한다. 도 4 는 이 실시형태에서의 집중 환원 제어의 처리 플로우를 보여주는 플로우 차트이다. 이 루틴은, 냉간 시동 후 등과 같은 시기에 NOx 가 환원될 수 없는 상태로부터 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행된 후 미리 결정된 시간 동안 행해진다.

단계 S1O1 에서는, NOx 흡장 속도가 산출된다. NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장 속도는, NOx 촉매 (3) 에 수집되는 NOx 의 양과 상관되므로, NOx 흡장 속도와 수집된 NOx 량 사이의 관계를 미리 실험 등에 의해 얻어 맵핑한다. 따라서, 이 맵에 NOx 의 수집량을 대입하여 NOx 흡장 속도를 얻을 수 있다. NOx 촉매 (3) 에 수집된 NOx 의 양은, 예를 들어, 적절한 위치에 설치된 센서로 측정되는 NOx 촉매 (3) 의 상류측과 하류측 사이의 차압 (differential pressure) 으로부터 구할 수 있다.

단계 S102 에서는, NOx 유입 속도가 산출된다. 이 NOx 유입 속도는 기관의 분당 회전수와 기관 부하 (즉, 연료 분사량 또는 액셀 개도) 에 따라 변하므로, NOx 유입 속도, 기관의 분당 회전수와 기관 부하 사이의 관계를 미리 실험 등에 의해 얻어 맵핑한다. 따라서, 이 맵에 기관의 분당 회전수와 기관 부하를 대입하 여 NOx 유입 속도를 얻을 수 있다.

단계 S103 에서는, NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 정화율이 산출된다. NOx 정화율은 NOx 흡장 속도를 NOx 유입 속도로 나누어 줌으로써 얻어진다.

단계 S104 에서는, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 추정되는지 여부가 결정된다. NOx 촉매 (3) 의 베드 온도는 배기가스 온도 센서 (5) 로부터 얻을 수 있다.

단계 S105 에서는, 첨가 간격 계수가 산출된다. 첨가 간격 계수는, 도 3 에 나타낸 맵에 NOx 촉매 (3) 의 추정되는 베드 온도 및 NOx 정화율을 대입하여 얻어질 수 있다. 이 맵은 미리 실험 등에 의해 얻어 ECU (7) 에 기억된다.

단계 S106 에서는, 단계 S105 에서 산출된 첨가 간격 계수에 따라 집중 환원을 행한다.

이런 식으로, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도 및 NOx 정화율에 따라 첨가 간격 계수를 구할 수 있고, 이렇게 구한 첨가 간격 계수에 기초하여 환원제를 첨가함으로써, 환원제의 효과적인 첨가가 이루어질 수 있다. 즉, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 높기 때문에 NOx 의 환원 효율이 높은 경우, NOx 환원 처리의 실행 간격을 더 짧게함으로써, NOx 흡장량을 신속하게 감소시킬 수 있다. 그 결과, NOx 의 정화율을 신속하게 향상시킬 수 있다.

또한, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 너무 높아질 우려가 존재하는 경우, 첨가 간격 계수를 크게 하여 NOx 촉매 (3) 의 과열을 억제할 수 있다. 더욱이, NOx 촉매 (3) 의 베드 온도가 낮을 때에도, 첨가 간격 계수를 크게 하여 NOx 촉매 (3) 의 HC 피독을 억제할 수 있다. 이러한 조치로, 연비를 향상시킬 수도 있다.

그리고, NOx 촉매 (3) 에서의 NOx 흡장량이 많아질수록, 첨가 간격 계수를 작게 하여, NOx 흡장량을 신속히 감소시킬 수 있다.

Claims

내연기관용 배기가스 정화 장치로서,

상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가 장치; 및

NOx 를 흡장할 수 있고 또한 흡장된 NOx 를 상기 환원제 첨가 장치에 의해 첨가되는 환원제에 의해 환원시킬 수 있는 흡장 환원형 NOx 촉매를 포함하고,

상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 의 환원 요구에도 불구하고 NOx 가 환원될 수 없는 상태로부터 NOx 가 환원될 수 있는 상태로 이행이 이루어졌을 때, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 집중적으로 환원제를 첨가하는 집중 환원을 실시하는 경우, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 양과 상기 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도에 기초하여, 상기 집중 환원 동안의 환원제 첨가시의 집중의 정도를 변경하는, 내연기관용 배기가스 정화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 상기 환원제를 첨가하는 때, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매의 온도가 환원 효율이 높은 온도 영역으로부터 멀어짐에 따라 상기 집중의 정도를 낮게 하는, 내연기관용 배기가스 정화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 상기 환원제를 첨가하는 때, 상기 흡장 환원형 NOx 촉매에 흡장되어 있는 NOx 량이 많아짐에 따라 상기 집중의 정도를 높게 하는, 내연기관용 배기가스 정화 장치.