KR20100022108A - 내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 배기 배출 제어 방법 - Google Patents

내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 배기 배출 제어 방법 Download PDF

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Abstract

내연기관의 배기 배출 제어 시스템에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 엔진 배기 통로에 위치되고, NOx 를 선택적으로 환원시키기 위해 요소 수용액 탱크 (20) 에 저장되는 요소의 수용액이 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 공급된다. NOx 센서 (41) 가 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율을 검출하기 위해 NOx 선택 환원 촉매 (15) 하류의 엔진 배기 통로에 제공되며, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 검출된 NOx 로부터 추정된다. 배기 배출 제어 시스템 및 방법은 줄어든 비용으로 요소 수용액의 농도를 검출하는 것을 가능하게 한다.

Description

내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 배기 배출 제어 방법{EXHAUST EMISSION CONTROL SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND EXHAUST EMISSION CONTROL METHOD}
본 발명은 내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 그의 배기 배출 제어 방법에 관한 것이다.
NOx 선택 환원 촉매가 엔진 배기 통로에 위치되고, 요소 수용액 (urea) 탱크에 저장되는 요소의 수용액이 NOx 선택 환원 촉매에 공급되어 요소 수용액으로부터 발생되는 암모니아가 배기 가스에 함유된 NOx 를 선택적으로 환원시키는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템에서, 예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 2005-83223 (JP-A-2005-83223) 에 기재된 것과 같이, 요소 수용액의 이상 (abnormality) 을 검출하기 위해 요소 수용액 농도 센서가 요소 수용액 탱크에 제공되는 것이 당업계에 알려져 있다.
하지만,요소 수용액 농도 센서는 비싸며, 요소 수용액의 이상을 검출하기 위한 다른 비싸지 않은 방법을 사용하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 저렴한 비용으로 신뢰할 수 있게 요소 수용액의 농도를 추정할 수 있는 배기 배출 제어 시스템을 제공하며, 또한 이러한 배기 배출 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, NOx 선택 환원 촉매가 내연기관의 배기 통로에 위치되고, 요소 수용액 탱크에 저장되는 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브를 통하여 NOx 선택 환원 촉매에 공급되어, 요소 수용액으로부터 발생된 암모니아가 배기 가스에 함유된 NOx 를 선택적으로 환원시키는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템에서, NOx 센서는 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하도록 NOx 선택 환원 촉매 하류의 배기 통로에 위치되고, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 검출된 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, NOx 선택 환원 촉매가 엔진의 배기 통로에 위치되고, NOx 센서는 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하도록 NOx 선택 환원 촉매 하류의 배기 통로에 위치되는 내연기관의 배기 배출 제어 방법은 요소 수용액 탱크에 저장되는 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브를 통하여 NOx 선택 환원 촉매에 공급되어, 요소 수용액으로부터 발생된 암모니아가 배기 가스에 함유된 NOx 를 선택적으로 환원시키는 것을 제공한다. 배기 배출 제어 방법은 NOx 전환 효율과 요소 수용액의 농도 사이의 관계를 얻는 단계, NOx 센서를 통하여 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하는 단계, 그리고 검출된 NOx 전환 효율로부터 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 설명된 것과 같은 내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 배기 배출 제어 방법에 있어서, NOx 전환 효율과 요소 수용액의 농도 사이의 관계는 미리 얻어지고, NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율이 검출되어, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 검출된 NOx 전환 효율로부터 추정될 수 있다. 따라서 요소 수용액 농도 센서를 특별히 제공하지 않아도 요소 수용액의 농도를 추정하는 것이 가능하다. 따라서, 요소 수용액의 농도는 줄어든 비용으로 검출될 수 있다.
본 발명의 특징, 이점, 그리고 기술적 및 산업상의 의의는, 동일한 숫자는 동일한 요소를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 이하의 본 발명의 예시적인 실시형태의 상세한 설명에서 설명될 것이다.
본 발명에 의해 저렴한 비용으로 신뢰할 수 있게 요소 수용액의 농도를 추정할 수 있는 배기 배출 제어 시스템을 제공하며, 또한 이러한 배기 배출 제어 방법을 제공한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태가 적용된 압축 점화식 내연기관의 전체도이다.
도 2 는 NOx 전환 효율과 요소 수용액의 농도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 엔진으로부터 배출된 NOx 의 NOXA 양을 검출하는데 사용되는 맵을 나타내는 도면이다.
도 4 는 검출 명령과 검출 실행 명령의 발생 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에서 검출 명령이 발생될 때 실행되는 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에서 검출 실행 명령이 발생될 때 실행되는 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7A 및 도 7B 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 요소 수용액의 액체 레벨의 변화를 나타내는 시간 차트이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시형태에서 보충을 위해 요소 수용액 탱크 안으로의 요소 수용액의 공급을 검출하기 위한 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 검출 실행 명령이 발생될 때 실행되는 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 10A 및 10B 는 본 발명의 제 3 실시형태에서 요소 수용액의 액체 레벨의 변화와 추측되는 요소 수용액의 농도를 나타내는 도면이다.
도 11 은 본 발명의 제 3 실시형태에서 요소 수용액 탱크 안으로의 요소 수용액의 공급을 검출하기 위한 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 12 는 본 발명의 제 3 실시형태에서 검출 실행 명령이 발생될 때 실행되는 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 13A, 도 13B, 및 도 13C 는 본 발명의 제 4 실시형태에서, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA, RB, RC) 의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14A 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 을 얻는 방법의 제 1 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 14B 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 을 얻는 방법의 제 2 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 15 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 을 얻는 방법의 다른 실시예를 설명하는 데 유용한 도면이다.
도 16A 및 도 16B 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 을 얻는 방법의 일 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 17A 및 도 17B 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 을 얻는 방법의 제 1 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 18 은 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 을 얻는 방법의 제 2 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 19A 및 도 19B 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 을 얻는 방법의 제 3 실시예를 설명하는데 유용한 도면이다.
도 20 은 본 발명의 제 4 실시형태에서 검출 실행 명령이 발생될 때 실행되는 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 예시적인 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 압축 점화식 내연기관의 전체도이다. 도 1 의 엔진은 엔진 본체 (1), 각각의 실린더의 연소실 (2), 연료를 각각의 연소실 (2) 에 분사하기 위한 전자적으로 제어되는 연료 분사 밸브 (3), 흡기 매니폴드 (4), 및 배기 매니폴드 (5) 를 포함한다. 흡기 매니폴드 (4) 가 흡기 덕트 (6) 를 통하여 배기 가스 터보 과급기 (turbocharger) (7) 의 압축기 (7a) 의 출구에 연결되고, 압축기 (7a) 의 입구가 흡기 공기량을 검출하기 위해 공기 유량계 (8) 를 통하여 공기 정화기 (9) 에 연결된다. 스텝핑 모터에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (throttle valve) (10) 가 흡기 덕트 (6) 에 위치되고, 흡기 덕트 (6) 내에서 흐르는 흡기 공기를 냉각시키기 위한 냉각 장치 (11) 가 흡기 덕트 (6) 를 둘러싸게 위치된다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서, 엔진 냉각제가 냉각 장치 (11) 에 공급되어, 흡기 공기는 엔진 냉각제에 의해 냉각된다.
다른 한편, 배기 매니폴드 (5) 는 배기 가스 터보 과급기 (7) 의 배기 가스 터빈 (7b) 의 입구에 연결되고, 배기 가스 터빈 (7b) 의 출구는 산화 촉매 (12) 의 입구에 연결된다. 배기 가스에 함유된 미립자 물질을 포집하기 위한 미립자 필터 (13) 가 산화 촉매 (12) 의 하류에, 산화 촉매 (12) 에 인접한 위치에 위치되고, 미립자 필터 (13) 의 출구는 배기 파이프 (14) 를 통하여 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 입구에 연결된다. 산화 촉매 (16) 가 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 출구에 연결된다.
요소 수용액 공급 밸브 (17) 가 NOx 선택 환원 촉매 (16) 의 상류인 배기 파이프 (14) 에 위치되고, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 는 공급 파이프 (18) 및 공급 펌프 (19) 를 통하여 요소 수용액 탱크 (20) 에 연결된다. 요소 수용액 탱크 (20) 에 저장되는 요소의 수용액 (또한 "요소수" 라고 할 것임) 은 공급 펌프 (19) 에 의해 요소 수용액 공급 밸브 (17) 로부터 배기 파이프 (14) 내에 흐르는 배기 가스 안으로 분사되며, 배기 가스에 함유된 NOx 는 요소에서 발생된 암모니아 ((NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2) 에 의해 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 환원된다.
배기 매니폴드 (5) 와 흡기 매니폴드 (4) 는 배기 가스 재순환 ("EGR" 이라고 할 것임) 통로 (21) 를 통하여 서로 연결되고, 전자적으로 제어되는 EGR 제어 밸브 (22) 는 EGR 통로 (21) 에 위치된다. 또한, EGR 통로 (21) 내에 흐르는 EGR 가스를 냉각시키기 위한 냉각 장치 (23) 가 EGR 통로 (21) 를 둘러싸게 위치된다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서, 엔진 냉각제는 냉각 장치 (23) 에 공급되어, EGR 가스는 엔진 냉각제에 의해 냉각된다. 한편으로는, 각각의 연료 분사 밸브 (3) 는 연료 공급 파이프 (24) 를 통하여 공동 레일 (common rail) 에 연결되고, 공동 레일 (25) 은 연료 전달량이 가변적인 전자적으로 제어되는 연료 펌프 (26) 를 통하여 연료 탱크 (27) 에 연결된다. 연료 탱크 (27) 에 저장된 연료는 연료 펌프 (26) 에 의해 공동 레일 (25) 안으로 공급되고, 공동 레일 (25) 안으로 공급되는 연료는 대응하는 연료 공급 파이프 (24) 를 통하여 연료 분사 밸브 (3) 에 공급된다.
도 1 에 나타낸 것과 같이, 요소 수용액 탱크 (20) 는 탱크 (20) 를 보충하기 위해 요소 수용액을 수용하는 보충구에 부착된 뚜껑 (28), 및 요소 수용액 탱크 (20) 에 남아있는 요소 수용액이 방출되는 배수 꼭지 (drain cock) (29) 을 갖는다. 게다가, 요소 수용액 탱크 (20) 의 요소 수용액의 액체 레벨을 검출할 수 있는 레벨 센서 (40) 가 요소 수용액 탱크 (20) 에 위치된다. 레벨 센서 (40) 는 요소 수용액 탱크 (20) 의 요소 수용액의 액체 레벨에 비례하는 출력을 발생한다.
한편으로는, 배기 가스의 NOx 농도를 검출할 수 있는 NOx 센서 (41) 가 산화 촉매 (16) 하류의 엔진 배기 통로에 위치된다. NOx 센서 (41) 는 배기 가스의 NOx 농도에 비례하여 출력을 발생한다. 또한, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (42) 가 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 위치된다.
전자 제어 유닛 (30) 이 디지털 컴퓨터로 구성되고, ROM (읽기 전용 메모리) (32), RAM (랜덤 접속 메모리) (33), CPU (마이크로프로세서) (34), 입력 포트 (35) 및 출력 포트 (36) 를 포함하며, 이들은 양방향성 버스 (31) 를 통하여 서로 연결된다. 입력 포트 (35) 는 대응하는 A/D 변환기 (37) 를 통하여 레벨 센서 (40), NOx 센서 (41), 온도 센서 (42) 및 공기 유량계 (8) 의 출력 신호를 수용한다. 가속 페달 (45) 의 밟음 량 (L) 에 비례하는 출력 전압을 발생하는 부하 센서 (46) 가 가속 페달 (45) 에 연결되고, 입력 포트 (35) 는 대응하는 A/D 변환기 (37) 를 통하여 부하 센서 (46) 의 출력 전압을 수용한다. 게다가, 크랭크축이, 예컨대 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크 각 센서 (47) 가 입력 포트 (35) 에 연결된다. 다른 한편, 출력 포트 (36) 는 대응하는 구동 회로 (38) 를 통하여 연료 분사 밸브 (3), 스로틀 밸브 (10) 를 구동시키기 위한 스텝핑 모터, 요소 수용액 공급 밸브 (17), 공급 펌프 (19), EGR 제어 밸브 (22) 및 연료 펌프 (26) 에 연결된다.
산화 촉매 (12) 에는 백금과 같은 귀금속 촉매가 로드되고, 배기 가스에 함유된 NO 를 NO2 로 전환하는 기능 및 배기 가스에 함유된 HC 를 산화하는 기능을 갖는다. 즉, NO 를 NO 보다 더 높은 산화성을 갖는 NO2 로 전환하는 것은 미립자 필터에 의해 포집되는 미립자 물질의 산화를 촉진하게 되고, NOx 선택 환원 촉매에서 암모니아에 의한 NOx 의 환원이 촉진된다. 미립자 필터 (13) 에는 촉매가 로드되지 않을 수 있거나, 또는 백금과 같은 귀금속 촉매가 로드될 수 있다. NOx 선택 환원 촉매 (15) 는 저온에서 높은 NOx 전환 효율을 가지며, 암모니아를 흡수할 수 있는 Fe 제올라이트 (zeolite) 로 형성될 수 있거나, 또는 암모니아를 흡수하지 못하는 티타늄-바나듐계 촉매로 형성될 수 있다. 산화 촉매 (16) 에는 백금과 같음 귀금속 촉매가 로드되고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 누출되거나 또는 빠져나가는 암모니아를 산화하는 기능을 갖는다.
상기 설명된 것과 같이 구조된 내연기관에서, 사용되는 정규 요소의 수용액이 미리 정해지고, 즉 정규 요소 수용액의 요소의 농도는 일정한 값, 예컨대 32.5 % 로 설정된다. 다른 한편, 일단 엔진의 운전 상태가 정해지면, 엔진으로부터 배출되는 NOx 의 양이 정해지고, 엔진으로부터 배출되는 NOx 를 줄이기 위해 요구되는 요소 수용액의 양이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 로부터 배기 파이프 (14) 안으로 공급된다. 즉, 요소 수용액은 엔진으로부터 배출되는 NOx 의 양에 대하여 당량비 1 인 양이 공급된다. 정규 요소 수용액이 사용되고, 요소 수용액이 NOx 양에 대하여 당량비 1 인 양이 공급될 때, NOx 선택 환원 촉배 (15) 가 열화되지 않는 한, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 일정한 값, 예컨대 90 % 가 된다.
다른 한편, 정규 요소 수용액이 사용되지 않고, 정규 요소 수용액보다 더 낮은 농도를 갖는 요소 수용액이 사용되고, 이 요소 수용액이 정규 요소 수용액이 사용되는 경우와 동일한 양이 공급된다면, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 줄어든다. 이러한 경우, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은, 도 2 에 나타낸 것과 같이 사용된 요소 수용액의 농도와 정비례한다. NOx 전환 효율과 요소 수용액 농도 사이의 관계는 실험 등을 통하여 미리 얻어진다.
일단 엔진의 운전 상태가 정해지면, 상기 설명된 것과 같이, 엔진으로부터 배출되는 NOx 의 양, 더 정확하게는 엔진으로부터 단위 시간당 배출되는 NOx 의 양이 정해지며, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 단위 시간당 들어가는 NOx 의 양이 정해진다. 다른 한편, NOx 센서 (41) 에 의해 검출된 NOx 농도에 단위 시간당 배출되는 배기 가스의 양, 즉 단위 시간당 흡기 공기의 양을 곱하여 얻어지는 곱셈의 결과는 전환되지 않으면서 NOx 선택 환원 촉매 (15) 로부터 단위 시간당 배출되는 NOx 의 양을 나타낸다. NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출될 수 있거나 정해질 수 있게 된다.
상기 설명된 것과 같이, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 도 2 에 나타낸 것과 같이, 사용되는 요소 수용액의 농도와 정비례한다. 다른 한편, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 요소 수용액 탱크 (20) 의 요소 수용액의 농도는 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율로부터 추정될 수 있다.
다음에, 요소 수용액 탱크 (20) 의 요소 수용액의 농도를 추정하기 위한 본 발명의 일 실시형태가 설명될 것이다. 이 실시형태에서, 엔진으로부터 단위 시간당 배출되는 NOx 의 NOXA 양은, 엔진 출력 토크 (TQ) 와 엔진 속도 (N) 의 함수로서, 도 3 에 나타낸 것과 같은 맵 (map) 의 형태로 ROM (32) 에 미리 저장되고, 단위 시간당 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 들어가는 NOx 의 NOXA 양은 도 3 의 맵으로부터 계산된다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, NOx 전환 효율을 검출하기 위한 검출 명령은 도 4 에 나타낸 것과 같이 간헐적으로 발생된다. 검출 명령은 엔진 운전 동안 주어진 시간 간격으로 발생될 수 있거나, 엔진이 운전을 시작한 시점부터 엔진의 운전이 정지되는 시점까지의 기간 동안 단지 한번만 발생될 수도 있다. 검출 명령이 발생되면, 도 5 에 나타낸 명령 처리 과정이 실행된다.
명령 처리 과정이 실행될 때, 엔진의 현재 운전 상태가 NOx 전환 효율의 검출에 적절한 미리 정해진 운전 상태인지 여부가 단계 (50) 에서 판정된다. 검출에 적절한 운전 상태는 엔진으로부터 배출되는 NOx 의 양이 안정화되고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율이 안정화되는 엔진 운전 상태이다. 검출에 적절한 운전 상태는 엔진의 출력 토크, 엔진 속도, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도 등에 근거하여 미리 정해진다. 엔진 운전 상태가 검출에 적절한 운전 상태인 것이 단계 (50) 에서 판정된다면, 제어는 검출 실행 명령을 발생하도록 단계 (51) 로 진행된다. 즉, 엔진이 검출 명령의 발생 이후 처음으로 검출하는데 적절한 운전 상태가 될 때, 검출 실행 명령이 발생된다.
검출 실행 명령이 발생될 때, 도 6 에 나타낸 검출 실행 과정이 실행된다. 최초로, 배기 가스 내의 NOx 농도는 단계 (60) 에서 NOx 센서 (41) 에 의해 검출된다. 단계 (61) 에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은, 도 3 의 맴으로부터 계산되는, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 들어가는 NOx 의 양, 및 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 농도와 흡기 공기량으로부터 계산되는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 흘러나가는 NOx 의 양에 근거하여 계산된다.
그 이후에, 단계 (62) 에서, 요소 수용액의 농도 (D) 는 도 2 에 나타낸 관계에 근거하여, 단계 (61) 에서 얻어진 NOx 전환 효율로부터 계산된다. 이러한 실시형태에서, 요소 수용액의 농도는 이러한 방식으로 추정된다.
정규 요소 수용액의 농도보다 더 낮은 농도를 갖는 요소 수용액이 요소 수용액으로서 부적절하게 사용되거나, 또는 요소 수용액 이외의 물과 같은 액체가 부적절하게 사용된다면, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 급격히 줄어들어, 큰 문제를 초래하게 된다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시형태에서, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율이 줄어든다면, 이는 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 (abnormally) 줄어드는 이상 상태를 나타내는 것으로 여겨지며, 알람이 발생된다.
도 6 의 흐름도를 참조하여 더 구체적으로 설명하면, 요소 수용액의 농도 (D) 가 미리 정해진 한계 농도 (threshold concentration) (DX) 보다 더 낮은지 아닌지는 단계 (63) 에서 판정되며, 요소 수용액의 농도 (D) 가 한계 농도 (DX) 보다 더 낮다면, 제어는 경고등을 점등시키기 위해 단계 (64) 로 진행된다.
상기 설명된 것과 같이, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율이 줄어들 때 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도도 줄어드는 것으로 예상된다. 하지만, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율은 NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 열화될 때, 또는 막힘 (clogging) 과 같은 고장이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 에서 발생할 때 또한 줄어든다.
요소 수용액 탱크 (20) 가 요소 수용액으로 보충된 이후 (즉, 요소 수용액이 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급된 후) NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율이 줄어들 때, 요소 수용액이 첨가될 때에 정규 요소 수용액보다 더 낮은 농도를 갖는 요소 수용액이 잘못 사용되었거나, 또는 요소 수용액 이외의 액체가 잘못 사용되었을 가능성이 매우 높다. 따라서 이러한 경우, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율이 줄어드는 것은 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 줄어드는 것에 의해 야기되는 것으로 예상된다.
따라서, 이하에 설명되는 본 발명의 제 2 실시형태에서, 보충 액체가 보충을 위해 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급되었는지 여부는 레벨 센서 (40) 를 사용하여 판정된다. 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급된 것으로 판정되고, 보충 액체의 공급 이후에 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮게 된다면, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 검출된 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급된 것으로 판정되고, 보충 액체의 공급 이후에 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮다면, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 줄어드는 이상 상태가 발생된 것으로 예상된다.
도 7A 및 도 7B 는, 제 2 실시형태를 설명하기 위해 검출 실행 명령의 발생 타이밍 및 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 액체 레벨의 변화를 나타낸다. 도 7A 는 보충 액체가 두 번의 검출 실행 명령 사이의 시간에서의 지점에서 요소 수용액 탱크 (20) 안으로 첨가 또는 공급되는 경우를 나타내며, 도 7B 는 요소 수용액 탱크 (20) 내에 남아있는 요소 수용액이 배수 꼭지 (29) 를 통하여 외부로 방출된 이후, 두 번의 검출 실행 명령 사이의 시간에서의 지점에서 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급되는 경우를 나타낸다.
도 8 은 보충을 위해 요소 수용액 탱크 (20) 안으로 요소 수용액의 공급을 검출하는 검출 과정을 나타낸다. 중단 과정인, 도 8 의 과정은 짧은 시간 간격으로 실행된다.
도 8 을 참조하면, 과정은 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 액체 레벨 (L) 이 레벨 센서 (40) 에 의해 검출되는 단계 (70) 로부터 시작된다. 그 후, 검출된 요소 수용액 레벨 (L) 이 중단 과정의 마지막 사이클에서 검출된 요소 수용액 레벨 (L0) 보다 주어진 값 (α) 이상 더 큰지 여부가 단계 (71) 에서 판정된다. L 이 (L0 + α)(L 〉L0 + α) 보다 더 높다면, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급된 것으로 판정되고, 보충 작업이 수행된 것을 나타내는 보충 플래그 (refill flag) 가 단계 (72) 에서 설정된다. 그 후, 이 사이클에서 검출된 요소 수용액 레벨 (L) 은 단계 (73) 에서 L0 으로 설정된다.
도 8 의 단계 (71) 에서, 보충 액체의 첨가량 (L - L0) (즉, 요소 수용액의 액체 레벨의 차이) 이 주어진 값 (α) 보다 더 큰지 여부가 판정된다. 도 7A 의 경우, 양 (L - L0) 은 도 8 에 나타낸 것과 같이 실행되는 검출 과정이 정지되거나 또는 보충 작업 동안 실행이 유지되는 것과 관계없이 정확하게 검출된다. 다른 한편, 도 7B 의 경우, 양 (L - L0) 을 정확하게 검출하기 위해, 남아있는 요소 수용액의 방출과 보충 동안 도 8 에 나타낸 것과 같은 검출 과정의 실행이 유지되는 것이 요구된다.
도 7A 또는 도 7B 에 나타낸 것과 같은 검출 실행 명령이 발생될 때, 도 9 에 나타낸 것과 같은 검출 실행 과정이 실행된다. 처음에, 보충 플래그가 설정되어 있는지 여부가 단계 (80) 에서 판정된다. 보충 플래그가 설정되어 있지 않다면, 이 과정의 현재 사이클이 완료된다. 다른 한편, 보충 플래그가 설정된다면, 즉 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급된다면, 제어는 단계 (81) 로 진행된다.
단계 (81) 에서, 배기 가스의 NOx 농도는 NOx 센서 (41) 에 의해 검출된다. 그 후, 단계 (82) 에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율 (R) 은, 도 3 에 나타낸 맵으로부터 계산되는, NOx 선택 환원 촉매 (15) 로 들어가는 NOx 의 양, 및 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 농도와 흡기 공기량으로부터 계산되는, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 흘러나가는 NOx 의 양을 사용하여 계산된다.
그 이후에, NOx 전환 효율 (R) 이 미리 정해진 허용 가능 레벨 (R0) 보다 더 낮은지 여부가 단계 (83) 에서 판정된다. NOx 전환 효율 (R) 이 허용 가능 레벨 (R0) 보다 더 낮다면, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액 탱크 (20) 안으로의 보충 액체의 공급에 의해 줄어들고, 요소 수용액의 농도 (D) 는 도 2 에 나타낸 관계에 근거하여, NOx 전환 효율 (R) 로부터 계산되는 것으로 예상된다. 그 후, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도 (D) 가 미리 정해진 한계 농도 (DX) 보다 더 낮은지 여부가 단계 (85) 에서 판정된다. 요소 수용액의 농도 (D) 가 한계 농도 (DX) 보다 더 낮다면, 제어는 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 이상을 나타내는 경고등을 점등시키기 위해 단계 (86) 로 진행된다. 그 후, 보충 플래그는 단계 (87) 에서 재설정된다.
다른 한편, D ≥ DX (즉, 요소 수용액의 농도가 한계 농도 (DX) 이상) 인 것이 단계 (85) 에서 판정된다면, 제어는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 열화되거나, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 등에서 고장이 발생하는 것으로 판정하도록 단계 (88) 로 진행된다. 도 9 로부터 이해되는 것과 같이, NOx 전환 효율 (R) 이 줄어들었는지 여부를 판정하는 것은 보충 플래그가 설정되었을 때에만 이루어지고, 이러한 판정이 완료된 이후 보충 플래그가 다시 설정된다. 따라서, NOx 전환 효율 (R) 이 줄어들었는지 여부를 판정하는 것은 검출 실행 명령이 보충 액체의 공급 (요소 수용액 탱크 (20) 의 보충) 이후 처음으로 발생되었을 때에 단지 한 번만 이루어진다는 것이 이해되어야 할 것이다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태가 설명될 것이다. 상기 설명된 것과 같이, NOx 전환 효율이 줄어들 때 요소 수용액의 농도가 줄어드는 것으로 예상되는 반면, 요소 수용액의 농도는 요소 수용액의 농도가 실제로 줄어들지 않음에도 불구하고 줄어든 것으로 오류적으로 인식될 수 있다. 제 3 실시형태에서, 이러한 오류적 인식 또는 예상이 방지된다.
제 3 실시형태에서, 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급되는 보충 액체는 암모니아 농도가 0 인 액체라고 가정하면, 보충 액체의 공급 이후의 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 상기 가정에 근거하여 계산된다. 요소 수용액의 가정된 농도는 요소 수용액의 농도가 실제로 줄어들지 않았음에도 불구하고 줄어든 것으로 요소 수용액의 농도가 오류적으로 인식되는 것을 방지하는데 사용된다.
도 10A 에 나타낸 것과 같이, 요소 수용액의 양 (Qr) 이 탱크 (20) 에 남아있을 때 보충 액체의 양 (Qa) 이 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급된다고 할때, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 양은 도 10B 에 나타낸 것과 같이 Qr 에서 (Qr + Qa) 로 증가된다. 최악의 경우인, 암모니아 농도가 0 인 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급되는 보충 액체로 사용된다고 가정할 때, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 정규 농도 (Dd) 로부터 Db × Qr/(Qr + Qa) 로 표현한 가정된 요소 수용액 농도로 줄어든다. 이러한 가정된 요소 수용액 농도 (De (= Db × Qr/(Qr + Qa)) 는 남아있는 양 (Qr) 에 대하여 첨가되는 보충 액체의 양 (Qa) 이 증가함에 따라 감소한다.
보충 액체의 공급량 (Qa) 이 남아있는 양 (Qr) 에 비하여 작을 때, 즉 가정된 요소 수용액 농도가 그리 줄어들지 않을 때, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율이 허용 가능 레벨보다 더 낮게 줄어든다면, NOx 전환 효율이 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 줄어드는 것에 의해 줄어든다고 말하기 어렵다. 다른 한편, 공급량 (Qa) 이 남아있는 양 (Qr) 에 비하여 클 때 NOx 전환 효율이 허용 가능 레벨보다 더 낮게 줄어든다면, NOx 전환 효율이 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 줄어드는 것에 의해 줄어들 가능성이 매우 높다.
따라서, 제 3 실시형태에서, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급되었는지 여부는 레벨 센서 (40) 에 의해 판정되고, 보충 액체의 공급 이후 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 가정된 농도는 보충 액체의 암모니아 농도는 0 으로 가정하여 계산된다. 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급된 것으로 판정되고, 가정된 요소 수용액의 농도가 미리 정해진 허용 가능 농도보다 더 낮으며 보충 액체의 공급 이후 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮다고 판정된다면, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 줄어든 이상 상태가 발생한 것으로 예상된다.
도 11 은 요소 수용액 탱크 (20) 로의 요소 수용액의 공급 (즉, 요소 수용액으로 요소 수용액 탱크 (20) 를 보충하는 것) 을 검출하는 검출 과정을 나타낸다. 중단 과정인, 도 11 의 과정은 짧은 시간 간격으로 실행된다.
도 11 을 참조하면, 이 과정은 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 액체 레벨 (L) 이 레벨 센서 (40) 에 의해 검출되는 단계 (90) 에서 시작된다. 그 후, 검출된 요소 수용액 레벨 (L) 이 중단 과정의 마지막 사이클 동안 검출된 요소 수용액 레벨 (L0) 보다 주어진 값 (α) 이상 더 큰지 여부가 단계 (91) 에서 판정된다. L 〉(L0 + α) 이라면, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 첨가 또는 공급된 것으로 판정되고, 보충 작업이 수행된 것을 나타내는 보충 플래그가 단계 (92) 에서 설정된다.
그 이후에, 단계 (93) 에서, 남아있는 양 (Qr (= L0 × S)) 은 중단 과정의 마지막 사이클에서 검출된 요소 수용액 레벨 (L0) 에 요소 수용액 탱크 (20) 의 단면적 (S) 을 곱하여 계산된다. 그 후, 단계 (94) 에서, 탱크 (20) 에 첨가되는 보충 액체의 양 (Qa (= (L - L0) × S)) 은 요소 수용액 레벨의 증가량 (L - L0) 에 요소 수용액 탱크 (20) 의 단면적 (S) 을 곱하여 계산된다. 그 후, 가정된 요소 수용액 농도 (De (= Db × Qr/(Qr + Qa))) 는 단계 (95) 에서 계산된다. 그 후, 요소 수용액 레벨 (L) (즉, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 액체 레벨) 은 단계 (96) 에서 L0 로 설정된다.
도 10A 에 나타낸 것과 같은 검출 실행 명령이 발생된다면, 도 12 에 나타낸 것과 같은 검출 실행 과정이 실행된다. 처음에, 보충 플래그가 설정되었는지 여부가 단계 (100) 에서 판정된다. 보충 플래그가 설정되어 있지 않다면, 도 12 의 과정의 현재 사이클이 완료된다. 다른 한편, 보충 플래그가 설정된다면, 즉 보충 액체가 요소 수용액 탱크 (20) 에 공급된다면, 제어는 단계 (101) 로 진행된다.
단계 (101) 에서, 배기 가스의 NOx 농도는 NOx 센서 (41) 에 의해 검출된다. 그 후, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 NOx 전환 효율 (R) 은, 도 3 에 나타낸 맵으로부터 계산되는, NOx 선택 환원 촉매 (15) 로 들어가는 NOx 의 양, 및 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 농도와 흡기 공기량으로부터 계산되는, NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 흘러나가는 NOx 의 양을 사용하여 단계 (102) 에서 계산된다.
그 이후에, NOx 전환 효율 (R) 이 미리 정해진 허용 가능 레벨 (R0) 보다 더 낮은지 여부가 단계 (103) 에서 판정된다. NOx 전환 효율 (R) 이 허용 가능 레벨 (R0) 보다 더 낮다면, 가정된 요소 수용액 농도 (De) 가 미리 정해진 허용 가능 농도 (DX) 보다 더 낮은지 여부가 단계 (104) 에서 판정된다. 가정된 요소 수용액 농도 (De) 가 허용 가능 농도 (DX) 보다 더 낮다면, 제어는 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 이상을 나타내는 경고등을 점등시키기 위해 단계 (105) 로 진행되고, 보충 플래그를 재설정하기 위해 단계 (106) 로 진행된다.
다른 한편, De ≥ DX (즉, 가정된 요소 수용액 농도가 허용 가능 농도 (DX) 이상일 때) 인 것이 단계 (104) 에서 판정된다면, NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 열화되거나, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 등에서 고장이 발생하는 것이 단계 (107) 에서 판정된다. 도 12 로부터 이해되는 것과 같이, 제 3 실시형태에서 역시, NOx 전환 효율 (R) 이 줄어들었는지 여부를 판정하는 것은 보충 플래그가 설정될 때에만 이루어지고, 이러한 판정이 완료된 이후 보충 플래그는 다시 설정된다. 따라서, 제 3 실시형태에서 역시, NOx 전환 효율이 줄어들었는지 여부를 판정하는 것은 검출 실행 명령이 요소 수용액 탱크 (20) 로의 보충 액체의 공급 이후 처음으로 발생되었을 때에 단지 한번만 이루어진다.
NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율은 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 감소함에 따라 감소된다. 하지만, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 가 열화되는 경우, 또는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 열화되는 경우, 또는 막힘과 같은 결함이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 에 발생하는 경우에 또한 줄어든다는 것이 지적되어야 한다. 따라서, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율이 줄어드는 것으로부터 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도가 줄어드는 것을 판정하기 위해, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율에 대한 NOx 센서 (41) 의 열화, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 및 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함의 영향을 제거하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시형태에서, NOx 센서 (41) 의 열화에 의해 검출된 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계 없는, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어지고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화에 의해 검출된 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계 없는, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어지며, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함에 의해 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계 없는, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어진다. 따라서, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 이러한 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
더 구체적으로는, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 의 열화 정도가 증가함에 따라 감소된다. 따라서, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 도 13A 에 나타낸 것과 같이, NOx 센서 (41) 의 열화 정도가 증가함에 따라 점진적으로 감소된다. NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 을 얻기 위한 구체적인 방법은 이하에 설명될 것이다.
본 발명의 이 실시형태에서, NOx 센서 (41) 의 열화에 의한 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 NOx 센서 (41) 의 열화 정도에 근거하여 얻어지고, NOx 센서 (41) 가 열화되지 않았을 때 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 NOx 전환 효율 및 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 로부터 얻어진다. 즉, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율을 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 로 나눔으로서 얻어진다. 그 후, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 따라서 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 얻어진 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
또한, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율은 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 정도가 증가함에 따라 감소된다. 따라서, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 은 도 13B 에 나타낸 것과 같이, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 정도가 증가함에 따라 점진적으로 감소된다. NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 을 얻기 위한 구체적인 방법이 또한 이하에 설명될 것이다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화에 의한 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 은 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 정도에 근거하여 얻어지고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 열화되지 않을 때 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율 및 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 로부터 얻어진다. 즉, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율을 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 로 나눔으로서 얻어진다. 그 후, 요소 수용액 탱크 (20) 내의 요소 수용액의 농도는 따라서 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 얻어진 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
또한, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율은 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함 정도가 증가함에 따라 감소된다. 따라서, NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 도 13C 에 나타낸 것과 같이, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함 정도가 증가함에 따라 점진적으로 감소된다. NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 을 얻기 위한 구체적인 방법이 또한 이하에 설명될 것이다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함에 의한 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 열화 정도에 근거하여 얻어지고, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 가 정상 상태일 때 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율 및 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 로부터 얻어진다. 즉, 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율을 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 로 나눔으로서 얻어진다. 그 후, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율로부터 추정된다.
다음에, 검출된 NOx 전환 효율의 각각의 감소율 (RA, RB, RC) 을 얻기 위한 구체적인 방법이 순서대로 설명될 것이다. 처음에, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 이 설명될 것이다. NOx 센서 (41) 는 NOx 센서를 가열하기 위해 NOx 센서 (41) 에 통합된 히터의 통전 시간이 증가함에 따라, 즉 전류가 NOx 센서 (41) 의 히터에 인가되는 시간이 증가함에 따라 열화된다. 따라서, 검출된 NOx 전환 효율은 NOx 센서를 가열하기 위한 히터의 전체 통전 시간이 증가함에 따라 줄어든다. 전체 히터 통전 시간과 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 사이의 관계는 도 14A 에 나타낸 것과 같이, 미리 실험적으로 얻어진다. 따라서 제 1 실시예에서, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 도 14A 에 나타낸 것과 같은 관계로부터 얻어진다.
제 2 실시예에서, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 차량에 의해 이동된 거리의 함수로서 미리 실험적으로 얻어지고, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 도 14B 에 나타낸 것과 같은 관계로부터 얻어진다. 다른 실시예에서, 엔진으로부터 배출된 NOx 양을 추정하기 위해 모델이 제공되며, NOx 센서 (41) 의 열화 정도는 모델로부터 계산된 NOx 양과 NOx 센서 (41) 의 출력을 비교하여 판정된다. 이러한 경우, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 따라서 도 13A 에 나타낸 것과 같은 관계에 근거하여, 판정된 열화 정도로부터 얻어진다.
다른 실시예에서, 도 15 에 나타낸 것과 같이, 다른 NOx 센서 (43) 가 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 상류에 위치되고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 NOx 전환 작업을 하지 않을 때, 예컨대 NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 온도가 낮을 때 NOx 센서 (41) 의 열화 정도는 NOx 센서 (41, 43) 의 출력을 서로 비교하여 판정된다. 따라서 제공되는 두 NOx 센서 (41, 43) 에 있어서, NOx 센서 중 하나는 정상적으로 작업되는 것으로 여겨지고, NOx 센서 (41) 의 출력이 NOx 센서 (43) 의 출력보다 더 낮아진다면 NOx 센서 (41) 가 열화된 것으로 판정된다. 이러한 경우, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 도 13A 에 나타낸 것과 같은 관계에 근거하여, 열화 정도로부터 얻어진다.
다음에, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 이 설명될 것이다. NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 고온에 노출되는 시간이 길 수록, NOx 선택 환원 촉매 (15) 는 더 크게 열화된다. 이러한 경우, NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 노출되는 온도가 더 높을수록, 촉매 (15) 는 더 크게 열화된다. 따라서, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 정도는 촉매 온도와 촉매 (15) 가 그 온도에 노출되는 시간 길이의 곱의 합이 증가함에 따라 증가된다. 또한, NOx 선택 환원 촉매 (15) 는 배기 가스에 함유된 황에 의해 피독되고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 열화 정도는 황 피독량이 증가함에 따라 증가된다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, 도 16A 에 나타낸 것과 같이, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB1) 은 촉매 온도와 NOx 선택 환원 촉매 (15) 가 그 온도에 노출되는 시간의 곱의 합의 함수로 미리 실험적으로 얻어지며, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB2) 은 황 피독량의 함수로서 미리 실험적으로 얻어진다. 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB (=RB1 × RB2)) 은 RB1 과 RB2 의 곱을 계산하여 얻어진다.
다음에, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 이 설명될 것이다. 제 1 실시예에서, 도 17A 에 나타낸 것과 같이, 요소 수용액이 배기 파이프 (14) 안으로 분사되는 분사압을 검출하기 위해 압력 센서 (44) 가 요소 수용액 공급 밸브 (17) 에 장착된다. 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 로부터 분사될 때, 도 17B 에 나타낸 것과 같이, 압력 센서 (44) 에 의해 검출되는 요소 수용액의 분사압은 ΔP 만큼 일시적으로 줄어든다. 이러한 경우, 분사량, 즉 분사되는 요소 수용액의 양이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 막힘과 같은 결함에 의해 줄어든다면, ΔP 는 줄어든다. 따라서, 제 1 실시예에서, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함 정도는 ΔP 의 값으로부터 판정되고, 검출되는 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 도 13C 에 나타낸 관계에 근거하여, 결함 정도로부터 얻어진다.
도 18 에 나타낸 것과 같은 제 2 실시예에서, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 에 공급되는 요소 수용액의 유량 또는 양을 검출하기 위한 유량계 (48) 가 공급 파이프 (18) 에 위치된다. 이러한 경우, 분사량이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 막힘과 같은 결함에 의해 줄어든다면, 요소 수용액의 유량은 줄어든다. 따라서, 제 2 실시예에서, 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 결함 정도는 요소 수용액의 유량이 줄어드는 양으로부터 판정되고, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 도 13C 에 나타낸 것과 같은 관계에 근거하여, 결함 정도로부터 얻어진다.
도 19A 에 나타낸 것과 같은 제 3 실시예에서, 요소 수용액 (F) 은 요소 수용액 공급 밸브 (17) 로부터 온도 센서 (49) 의 검출부를 향해 분사된다. 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 로부터 분사될 때, 도 19B 에 나타낸 것과 같이, 온도 센서 (49) 에 의해 검출되는 배기 가스의 온도 (T) 는 ΔT 만큼 일시적으로 줄어든다. 이러한 경우, 분사량이 요소 수용액 공급 밸브 (17) 의 막힘과 같은 결함에 의해 줄어든다면, ΔT 는 줄어든다. 따라서, 제 3 실시예에서, 요소 수용액 공급 밸브 (7) 의 결함 정도는 ΔT 의 값으로부터 판정되고, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 도 13C 에 나타낸 것과 같은 관계에 근거하여, 결함 정도로부터 얻어진다.
도 20 은 도 5 에 나타낸 과정에서 실행 명령이 발생될 때 실행되는 실행 과정을 나타낸다. 도 20 을 참조하면, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA) 은 상기 설명된 어떠한 방법으로 단계 (110) 에서 처음에 계산되고, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RB) 은 그 후 상기 설명된 어떠한 방법으로 단계 (111) 에서 계산된다. 그 후, 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RC) 은 상기 설명된 어떠한 방법으로 단계 (112) 에서 계산된다.
그 이후에, 배기 가스의 NOx 농도는 NOx 센서 (41) 에 의해 검출되고, NOx 선택 환원 촉매 (15) 의 실제 NOx 전환 효율 (Wi) 이, 도 3 의 맵으로부터 계산되는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에 들어가는 NOx 의 양, 및 NOx 센서 (41) 에 의해 검출된 NOx 농도와 흡기 공기량으로부터 계산되는 NOx 선택 환원 촉매 (15) 에서 흘러 나가는 NOx 의 양을 사용하여 계산된다.
그 이후에, 목표 NOx 전환 효율 (Wo (= Wi / (RA × RB × RC))) 이 실제 NOx 전환 효율 (Wi) 을 검출된 NOx 전환 효율의 감소율 (RA, RB, RC) 로 나눔으로서 단계 (115) 에서 계산된다. 그 후, 단계 (116) 에서, 요소 수용액의 농도 (D) 는 도 2 에 나타낸 관계를 근거하여, NOx 전환 효율로부터 계산된다. 그 후 요소 수용액의 농도 (D) 가 미리 정해진 한계 농도 (DX) 보다 낮은지 여부가 단계 (117) 에서 판정된다. 요소 수용액의 농도 (D) 가 한계 농도 (DX) 보다 더 낮다면, 제어는 경고등을 점등시키기 위해 단계 (118) 로 진행된다.

Claims (12)

  1. 내연기관의 배기 배출 제어 시스템으로서, NOx 선택 환원 촉매가 내연기관의 배기 통로에 위치되고, 요소 수용액 탱크에 저장되는 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브를 통하여 NOx 선택 환원 촉매에 공급되어, 요소 수용액으로부터 발생된 암모니아가 배기 가스에 함유된 NOx 를 선택적으로 환원하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템에 있어서,
    NOx 센서가 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하도록 NOx 선택 환원 촉매 하류의 배기 통로에 위치되고, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 검출된 NOx 전환 효율로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    검출된 NOx 전환 효율이 줄어들 때, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 줄어드는 이상 상태가 발생한 것으로 예상되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    레벨 센서가 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 액체 레벨을 검출하기 위해 제공되고, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 안으로 공급되었는지 여부가 레벨 센서에 의해 판정되며,
    보충 액체가 요소 수용액 탱크 안으로 공급된 것으로 판정되고, 보충 액체의 공급 이후 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮을 때, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 검출된 NOx 전환 효율로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    보충 액체가 요소 수용액 탱크 안으로 공급된 것으로 판정되고, 보충 액체의 공급 이후 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮을 때, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 줄어드는 이상 상태가 발생한 것으로 예상되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    레벨 센서가 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 액체 레벨을 검출하기 위해 제공되고, 보충 액체가 요소 수용액 탱크 안으로 공급되었는지 여부가 레벨 센서에 의해 판정되며,
    보충 액체의 공급 이후의 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 가정된 농도는 보충 액체가 암모니아 농도가 0 인 액체를 포함하는 것으로 가정하여 계산되고,
    보충 액체가 요소 수용액 탱크 안으로 공급된 것으로 판정되고, 보충 액체의 공급 이후 검출된 NOx 전환 효율이 미리 정해진 허용 가능 레벨보다 더 낮으며, 요소 수용액의 가정된 농도는 미리 정해진 허용 가능 농도보다 더 낮을 때, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도가 이상적으로 줄어드는 이상 상태가 발생한 것으로 예상되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    NOx 센서의 열화에 의하여 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계없는, 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어지고, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    NOx 센서의 열화에 의한 검출된 NOx 전환 효율의 감소율이 얻어지며, NOx 센서가 열화되지 않았을 때 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율과 NOx 전환 효율의 감소율로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    NOx 선택 환원 촉매의 열화에 의하여 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계없는, 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어지고, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    NOx 선택 환원 촉매의 열화에 의한 검출된 NOx 전환 효율의 감소율이 얻어지며, NOx 선택 환원 촉매가 열화되지 않았을 때 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율과 NOx 전환 효율의 감소율로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    요소 수용액 공급 밸브의 결함에 의하여 NOx 전환 효율이 줄어드는 것과 관계없는, 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율이 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율로부터 얻어지고, 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도는 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    요소 수용액 공급 밸브의 결함에 의한 검출된 NOx 전환 효율의 감소율이 얻어지며, 요소 수용액 공급 밸브가 정상 상태일 때 요소 수용액의 농도를 추정하는데 사용되는 NOx 전환 효율은 NOx 센서에 의해 검출되는 검출된 NOx 전환 효율과 NOx 전환 효율의 감소율로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 시스템.
  12. NOx 선택 환원 촉매가 내연기관의 배기 통로에 위치되고, NOx 센서가 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하도록 NOx 선택 환원 촉매 하류의 배기 통로에 위치되며, 요소 수용액 탱크에 저장되는 요소 수용액이 요소 수용액 공급 밸브를 통하여 NOx 선택 환원 촉매에 공급되어, 요소 수용액으로부터 발생되는 암모니아가 배기 가스에 함유된 NOx 를 선택적으로 환원시키는 내연기관의 배기 배출 제어 방법에 있어서,
    NOx 전환 효율과 요소 수용액의 농도 사이의 관계를 얻는 단계,
    NOx 센서를 통하여 NOx 선택 환원 촉매의 NOx 전환 효율을 검출하는 단계, 및
    검출된 NOx 전환 효율로부터 요소 수용액 탱크 내의 요소 수용액의 농도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 배출 제어 방법.
KR1020107000826A 2007-09-05 2008-09-03 내연기관의 배기 배출 제어 시스템 및 배기 배출 제어 방법 KR101136767B1 (ko)

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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8171720B2 (en) * 2008-10-06 2012-05-08 GM Global Technology Operations LLC System and methods to detect non-urea reductant filled in a urea tank
US20100089037A1 (en) * 2008-10-15 2010-04-15 Ford Global Technologies, Llc Optimized discrete level sensing system for vehicle reductant reservoir
JP5195283B2 (ja) * 2008-10-28 2013-05-08 マツダ株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP5461057B2 (ja) * 2009-04-30 2014-04-02 日野自動車株式会社 還元剤の異常検出方法
JP5478110B2 (ja) * 2009-04-30 2014-04-23 日野自動車株式会社 還元剤の異常検出方法
DE102010004613A1 (de) * 2010-01-13 2011-07-14 Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, 53797 Vorrichtung mit einem Injektor für ein flüssiges Reduktionsmittel
JP5786280B2 (ja) * 2010-05-17 2015-09-30 いすゞ自動車株式会社 尿素水温度センサの妥当性診断システム
DE102010040678A1 (de) * 2010-09-14 2012-03-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung der Schadstoff-Konvertierungsfähigkeit in einem Abgasnachbehandlungssystem
FR2967210B1 (fr) * 2010-11-05 2012-11-16 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procedes de controle et de determination d'une erreur lors du remplissage du reservoir de reduction catalytique selective, et vehicule correspondant
SE535363C2 (sv) * 2010-11-17 2012-07-10 Scania Cv Ab Arrangemang samt förfarande för ett doseringssystem för tillförsel av ett reduktionsmedel i avgasflödet från en förbränningsanordning
CN102155279B (zh) * 2011-04-19 2012-11-07 潍柴动力股份有限公司 用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法
JP5846490B2 (ja) * 2011-12-21 2016-01-20 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2013181427A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気浄化システムの異常検知装置及びその方法
WO2013133798A2 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 International Engine Intellectual Property Company, Llc Heating jacket having pitch and drain hole
RU2015111339A (ru) * 2012-08-31 2016-10-20 Вольво Трак Корпорейшн Способ и система оценки качества реагента
FR2997998B1 (fr) * 2012-11-14 2018-07-27 Inergy Automotive Systems Research (Societe Anonyme) Methode et systeme pour le controle du fonctionnement d'un systeme de stockage et d'injection d'additif dans les gaz d'echappement d'un moteur.
JP2014118945A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP6127510B2 (ja) * 2012-12-28 2017-05-17 いすゞ自動車株式会社 尿素ｓｃｒ用尿素水消費量診断装置
JP5842805B2 (ja) * 2012-12-28 2016-01-13 株式会社デンソー 尿素水添加制御装置
KR20140087369A (ko) 2012-12-28 2014-07-09 현대자동차주식회사 요소 레벨 센서의 고장 진단 방법 및 장치
JP6136297B2 (ja) * 2013-01-28 2017-05-31 いすゞ自動車株式会社 尿素ｓｃｒ用尿素水消費量診断装置
US20160032802A1 (en) * 2013-03-18 2016-02-04 Yanmar Co., Ltd. Exhaust purification system and ship comprising same
CN105283642B (zh) * 2013-06-10 2018-03-09 博世株式会社 控制装置、内燃机的排气净化装置及排气净化装置的控制方法
US9003778B2 (en) * 2013-09-09 2015-04-14 GM Global Technology Operations LLC Exhaust fluid dosing control system and method
DK178097B1 (en) * 2013-10-31 2015-05-18 Man Diesel & Turbo Deutschland A combustion engine system
US9050561B1 (en) 2014-03-26 2015-06-09 GM Global Technology Operations LLC Reductant quality system including rationality diagnostic
DE102016219834B4 (de) 2016-10-12 2019-01-10 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Tankinhalts eines Vorratstanks eines Abgasnachbehandlungssystems
US10914246B2 (en) 2017-03-14 2021-02-09 General Electric Company Air-fuel ratio regulation for internal combustion engines
DE102017124757A1 (de) * 2017-10-23 2017-12-28 FEV Europe GmbH Abgasbehandlungssystem für ein kraftfahrzeug
DE102017221573A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Korrektur eines modellierten Ammoniakfüllstandes
JP6912407B2 (ja) * 2018-03-12 2021-08-04 株式会社クボタ エンジン
CN110685784B (zh) * 2018-07-04 2021-09-07 上海交通大学 一种农机发动机后处理scr系统尿素品质检测装置及方法
US11326493B2 (en) 2020-07-21 2022-05-10 Paccar Inc Ammonia storage capacity of SCR catalyst unit
US11725560B2 (en) 2020-07-21 2023-08-15 Paccar Inc Heater control in heavy-duty motor vehicle engines
US11428136B2 (en) 2020-07-21 2022-08-30 Paccar Inc Heater diagnostics in heavy-duty motor vehicle engines
US11976582B2 (en) 2020-07-21 2024-05-07 Paccar Inc Methods for diagnostics and operation of an emissions aftertreatment system
US11181026B1 (en) 2020-07-21 2021-11-23 Paccar Inc Methods for operation of an emissions aftertreatment system for NOx control during regeneration of diesel particulate filter
US11879367B2 (en) 2020-07-21 2024-01-23 Paccar Inc NOx sensor diagnostics in heavy-duty motor vehicle engines
US11352927B2 (en) 2020-07-21 2022-06-07 Paccar Inc Control of selective catalytic reduction in heavy-duty motor vehicle engines
US11499463B2 (en) 2020-07-21 2022-11-15 Paccar Inc Methods for evaluating diesel exhaust fluid quality

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2624107B2 (ja) * 1992-12-09 1997-06-25 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化検出装置
DE19736384A1 (de) * 1997-08-21 1999-02-25 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren zur Dosierung eines Reduktionsmittels in stickoxidhaltiges Abgas einer Brennkraftmaschine
JP2000045830A (ja) * 1998-07-31 2000-02-15 Hitachi Ltd エンジンの空燃比制御装置
DE60014816T2 (de) * 1999-04-06 2006-03-09 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K. Abgasenissions-steuervorrichtung für einen verbrennungsmotor
JP2001020724A (ja) * 1999-07-07 2001-01-23 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジンのＮＯｘ浄化装置
JP3804402B2 (ja) * 2000-05-19 2006-08-02 トヨタ自動車株式会社 車両の駆動力制御装置及び駆動力制御方法
JP3593962B2 (ja) 2000-08-24 2004-11-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4161609B2 (ja) * 2002-04-23 2008-10-08 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3751962B2 (ja) * 2003-09-05 2006-03-08 日産ディーゼル工業株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP3883197B2 (ja) * 2003-09-11 2007-02-21 三井金属鉱業株式会社 尿素溶液の尿素濃度識別装置
JP4326976B2 (ja) * 2003-10-22 2009-09-09 日産ディーゼル工業株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP3687916B2 (ja) * 2003-10-28 2005-08-24 日産ディーゼル工業株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP4390066B2 (ja) * 2004-10-25 2009-12-24 三井金属鉱業株式会社 液位検出方法及び液位検出装置
JP2006125247A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Hitachi Ltd エンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置
US7178328B2 (en) * 2004-12-20 2007-02-20 General Motors Corporation System for controlling the urea supply to SCR catalysts
JP3117733U (ja) * 2005-10-18 2006-01-12 株式会社東京電子サービス ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置
US8156732B2 (en) * 2006-03-24 2012-04-17 Fleetguard, Inc. Apparatus, system, and method for regenerating an exhaust gas treatment device
US7426825B2 (en) * 2006-07-25 2008-09-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for urea injection in an exhaust aftertreatment system
US7610750B2 (en) * 2006-07-25 2009-11-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for monitoring a urea injection system in an exhaust aftertreatment system
US8141346B2 (en) * 2007-01-31 2012-03-27 Ford Global Technologies, Llc System and method for monitoring reductant quality
US8209964B2 (en) * 2008-05-29 2012-07-03 Caterpillar Inc. Exhaust control system having diagnostic capability

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009079584A (ja) 2009-04-16
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