KR20120024617A - 촉매 컨버터를 갖는 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소 저장 성분을 포함하는 촉매 컨버터를 갖는 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 엔진이 비교적 짧은 또는 비교적 긴 시간 기간 동안 희박 조건 하에서 작동된 후에 조절된 화학양론 작동을 위해 산소 저장 성분의 최적 충전도의 복원에 관한 것이다.
Description
본 발명은 산소 저장 성분을 포함하는 촉매 컨버터를 갖는 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 희박 조건 하에서 작동된 후에 엔진의 조절된(람다 제어된) 화학양론(stoichiometric) 작동을 위한 산소 저장 성분의 최적 충전도의 복원에 관한 것이다.
이러한 엔진의 배기 가스를 정화하기 위해, 배기 가스로부터 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소 산화물(NOx)을 동시에 제거하는 소위 3방향 촉매 컨버터가 사용된다.
공기비 람다(λ)는 종종 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물의 조성을 설명하는데 사용된다. 상기 공기비는 화학양론 조건에 관련하여 정규화된 공기/연료비이다. 공기/연료비는 연료의 킬로그램당 얼마나 많은 킬로그램의 공기가 내연기관에 공급되는지를 설명한다. 화학양론 연소를 위한 공기/연료비는 통상의 엔진 연료에 대해 14.7이다. 이 지점에서, 공기비 람다는 1이다. 14.7 미만의 공기/연료비, 또는 1 미만의 공기비는 농후라 칭하고, 14.7 초과의 공기/연료비 또는 1 초과의 공기비는 희박이라 칭한다.
배기 가스의 특정 성분에 대한 어떠한 저장 효과도 내연기관 내에서 발생하지 않으면, 배기 가스의 공기비는 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물의 공기비에 대응한다. 모든 3개의 오염물의 고도의 변환을 얻기 위해, 공기비 람다는 λ=1(화학양론 조건) 주위의 매우 좁은 범위에서 설정되어야 한다. 모든 3개의 오염물이 적어도 80% 변환되는 λ=1 주위의 간격은 종종 람다 윈도우라 칭한다.
배기 가스 내의 산소 함량의 변동을 보상하기 위해, 3방향 촉매 컨버터는 희박 배기 가스 조건(λ>1) 하에서 산소를 저장하고 농후 배기 가스 조건(λ<1) 하에서 산소를 배출하여 이에 의해 λ=1로 배기 가스의 화학양론을 설정하는 산소 저장 성분(OSC)을 포함한다. 이들의 산화 상태에서 변화를 허용하는 화합물이 촉매 컨버터 내의 산소 저장 성분으로서 적합하다. 바람직하게는 세륨 산화물이 사용되고, 이 세륨 산화물은 Ce2O3 및 또한 CeO2의 모두로서 존재할 수 있다. 세륨 산화물을 안정화하기 위해, 예를 들어 지르코늄 산화물과 혼합된 산화물로서 사용된다.
이하, 산소 저장 성분의 저장 용량은 그램당 산소 저장 성분에 의해 흡수될 수 있는 산소의 질량을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 충전도는 저장 용량에 대한 산소의 실제 저장 질량의 비를 칭한다. 저장 용량은 당 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다양한 방법을 사용하여 실험적으로 결정될 수 있다.
공기비의 조절의 목표는 산소 저장부의 완전한 충전 또는 실질적인 비워짐을 방지하는 것이다. 산소 저장부의 완전한 충전의 경우에, 희박 배기 가스의 파과(breakthrough)가 발생하고, 따라서 질소 산화물이 배출된다. 실질적인 비워짐의 경우에, 농후 파과가 발생하는데, 즉 일산화탄소 및 탄화수소가 배출된다.
배기 가스의 유동 방향에서 촉매 컨버터[프리캣(pre-cat) 프로브]의 상류측에 배열된 산소 프로브(람다 프로브)의 신호는 공기비를 조절하기 위해 사용된다. 상기 프로브에 의해, 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물은 배기 가스가 촉매 컨버터에 진입하기 전에 화학양론 조성을 갖도록 조절된다. 본 발명에 있어서, 상기 조절은 람다 조절이라 칭한다. 산소 프로브는 일반적으로 프리캣 프로브에 추가하여 촉매 컨버터의 하류측의 구동열에 합체된다. 람다 조절의 목표 화학양론은 포스트캣(post-cat) 프로브에 의해 재조정될 수 있다. 이는 포스트캣 조절이라 칭한다. 포스트캣 조절은 특히 촉매 컨버터의 산소 저장부의 충전도를 모니터링하고 조정하기 위한 역할을 한다.
프로브는 배기 가스의 산소 함량의 함수로서 전압을 생성한다. 이 목적으로, 통상적으로 단계 변화 람다 프로브라 또한 칭하는 2점 람다 프로브가 사용된다. 희박 배기 가스 조건 하에서, 상기 람다 프로브는 대략 0.2 V의 전압을 갖고, 이는 농후 배기 가스로의 전이점에서 매우 좁은 람다 간격에서 0.2 V로부터 0.7 V 초과로 점프한다. 여기서, 포스트캣 조절은 대략 0.65 V의 프로브 전압을 산출하기 위해 구성된다. 이 지점은 프로브 특징 곡선의 가장 가파른 분기에 놓이고, 대략 50%의 산소 저장부의 최적 충전도에 대응한다. 이 방식으로, 배기 가스의 화학양론으로부터 상향 또는 하향 편향이 용이하게 검출되어 보정될 수 있다.
불꽃 점화 엔진이 주로 화학양론 조성의 공기/연료 혼합물로 작동된다. 그러나, 엔진이 더 이상 동력을 출력하지 않으면, 연료 공급은 통상적으로 차단된다. 이 소위 오버런 연료 차단의 경우에, 단지 공기만이 엔진에 공급되어, 배기 가스 조성이 분위기 공기에 대응한다.
오버런 연료 차단 중에, 촉매 컨버터의 산소 저장 성분은 산소로 완전히 포화되거나 충전된다. 오버런 연료 차단 중에, 포스트캣 조절은 가능하지 않다. 오버런 연료 차단 외에, 산소 저장부의 완전한 충전은 또한 예를 들어 람다 조절의 조절 에러에 기인하여 다른 구동 상황에서 발생할 수 있다.
오버런 연료 차단의 종료 후에, 조절된 화학양론 작동은 가능한 한 신속하게 재개되어야 한다. 그러나, 이 목적으로, 먼저 산소 저장부의 충전도가 대략 50%의 그 최적값으로 복귀될 필요가 있다. 이 이유로, 엔진은 통상적으로 오버런 연료 차단 후에 농후 공기/연료 혼합물로 간단히 작동된다. 상기 농후 공기/연료 혼합물로의 간단한 작동은 또한 농후 펄스라 칭한다. 단지 산소 저장부의 충전도가 대략 50%로 복귀될 때에만 정규 포스트캣 조절이 재개된다. 대안적으로, 포스트캣 조절이 오버런 연료 차단의 종료 직후에 재활성화되는 것이 또한 공지되어 있다. 양 방법은 람다 조절을 위한 최적 조건을 설정하기 위해 비교적 긴 시간을 소요한다는 단점을 갖는다. 바람직하지 않은 배출이 상기 시간 기간 동안 발생할 수 있다.
DE 10 2004 038 482 B3호는 예를 들어 오버런 연료 차단과 같은 엔진의 일시적인 작동 상태 후에 산소 저장부의 충전도를 설정하는 것과 관련된다. 오버런 연료 차단의 경우에, 산소 저장부는 그 충전도의 대략 50%의 최적값으로 신속하게 비워져야 한다. 이 목적으로, 농후 공기/연료비(λ<1)가 설정되고, 이어서 최적 속도로 1을 향해 재차 조정된다.
DE 10 2004 019 831 A1호는 촉매 컨버터에 공급되는 규정된 사전 결정된 람다값을 갖는 촉매 컨버터 질량 유량에 의해 오버런 연료 차단 단계 중에 배기 가스 촉매 컨버터의 바람직하지 않은 산소 로딩을 방지한다.
DE 10 2006 044 458 A1호는 마찬가지로 오버런 연료 차단 후의 연료 분사에 관련된다. 여기서, 오버런 연료 차단의 종료 후에 제 1 연료 분사 중에, 연료 펄스폭은 연료 공급량이 유입 공기량에 관련하여 상당히 증가되고, 점화 시간이 제 1 지연 점화 시간으로 설정되도록 설정된다. 제 2 및 후속의 연료 분사 중에, 연료의 더 작은 증가폭을 갖는 연료 펄스폭이 설정되고, 점화 시간은 제 1 지연 점화 시간보다 더 적은 정도로 지연된 제 2 지연 점화 시간으로 설정된다.
본 발명자들은 공지의 방법에서, 농후 펄스가 오버런 연료 차단 후에 일산화탄소와 탄화수소의 일시적인 배출을 유도한다는 것을 관찰하였다. 상기 배출은 대략 100초 동안 지속되고, 오버런 연료 차단 후에 포스트캣 조절이 중단되고 지연되는 결과로서, 최대로 10 내지 500 ppm 일산화탄소의 농도를 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 오버런 연료 차단으로부터 조절된 화학양론 작동으로의 전이가 가속화될 수 있는 방법을 설명하는 것이다.
이와 같은 목적은 독립 청구항에 규정된 방법에 의해 성취된다. 바람직한 실시예가 종속 청구항에 청구된다.
방법은 산소 저장 성분으로 구성된 산소 저장부를 포함하는 촉매 컨버터를 갖는 내연기관의 배기 가스의 정화에 관한 것이고, 엔진은 전자 엔진 제어기를 구비하고 그 작동 기간의 상당한 부분에 걸쳐 조절된 화학양론 공기/연료 혼합물로 작동되고, 일시적인 희박 작동 단계는 또한 구동 상황의 함수로서 발생한다.
이 방법은, 산소 저장부의 실질적인 충전과 관련되는 희박 공기/연료 혼합물을 갖는 엔진의 일시적인 희박 작동 단계 후에 그리고 조절된 엔진 작동의 재개 전에, 산소 저장부의 충전도는 농후 펄스 후에 희박 펄스가 공급되는 엔진에 의해 화학양론 작동을 위해 최적 레벨로 복귀되고, 희박 펄스에 의해 촉매 컨버터에 공급된 산화 성분의 양은 희박 펄스에 의해 공급된 농후 배기 가스 성분의 양을 완전히 보상하기 위해 요구될 수 있는 것보다 적은 것을 특징으로 한다.
본 발명은 오버런 연료 차단 후에, 공기/연료비의 화학양론 조절을 위한 산소 저장부의 최적 충전도가 오버런 연료 차단 후의 짧은 농후 펄스가 짧은 희박 펄스로 이어지면 매우 신속하게 복원될 수 있다는 것의 관찰에 기초한다. 여기서, 농후 펄스 및 희박 펄스는 엔진에 공급된 공기/연료비의 대응 제어에 의해 발생된다. 이는 바람직하게는 대응 연대학적 람다 프로파일을 사전 규정하는 프리캣 람다 프로브에 의해 발생한다. 람다 프로파일이 만료되고 대략 0.6 내지 0.7 볼트, 바람직하게는 0.65 볼트의 포스트캣 신호 전압에 의해 식별될 수 있는 산소 저장부의 최적 충전도가 도달된 후에, 프리캣 조절 및 포스트캣 조절에 의한 정규 람다 조절이 재개된다.
본 발명자들은 배기 가스 내의 산소 저장부의 산화(충전) 또는 환원(비워짐)이 평형 프로세스를 구성한다는 것을 발견하였다. 저널 "응용 촉매 반응 B: 환경(Applied Catalysis B: Environmental)"으로부터의 표제 "3방향 촉매에서의 산호 저장부가 평형 제어된 프로세스인가?(Is Oxygen Storage in Three Way Catalysts an Equilibrium Controlled Process?)"라는 본 발명자들에 의한 논문이 공개를 위해 허용되었다.
정상 상태 작동에서, 산소 저장부의 평형 상태는 항상 배기 가스의 환원 및 산화 성분으로, 즉 평형 상태로 설정되고, 일산화탄소, 수소 또는 탄화수소에 의한 산소 저장부의 환원은 일산화탄소 및 물로의 대응 산화에 의해 정확하게 보상된다.
상기 평형 거동으로 인한 중요한 결과는 저장부의 최대 획득 가능한 비워짐 정도가 배기 가스의 화학양론에 의존된다는 것이다. 예를 들어, 람다=0.95에서, 저장부는 람다=0.99보다 완전히 많이 환원된다(비워짐).
평형 거동으로 인한 추가의 결과는 완전하게 비워진 산소 저장부가 또한 새로운 평형 상태가 적당하게 농후한 배기 가스로 설정될 때까지 적당하게 농후한 배기 가스에 의해 재차 부분적으로 산화된다는 것이다. 여기서, 산소 저장부는 물 또는 이산화탄소와의 반응에 의해 일산화탄소와 수소의 성분을 형성한다. 상기 상황은 종래 기술에 따라, 오버런 연료 차단 후에, 산소 저장부가 농후 펄스로만 재차 비워지면 발생한다. 상기 단일 농후 펄스에 의해, 산소 저장부는 상당히 환원된다(완전히 비워짐). 상기 완전히 비워진 산소 저장부가 농후 펄스 후에 화학양론 또는 약간 농후한 배기 가스로 작용되면, 이는 10 내지 수백초의 시간 기간 동안 일산화탄소 및 수소를 생성한다. 상기 일산화탄소 및 수소 배출의 통상의 농도는 대략 10 ppm 내지 500 ppm이다. 상기 오염물 배출은 농후 펄스가 급격하게 종료되지 않고 오히려 화학양론값으로 저속으로 복귀되면 약간 감소된다. 그러나, 이는 추가의 오염물 배출의 위험을 갖고 오버런 연료 차단의 종료와 조절된 작동의 재개 사이의 시간 기간을 증가시킨다.
상기 프로세스의 더 정확한 분석에서, 촉매 컨버터를 따라 산호 저장부의 산화 및 환원의 분포를 고려하는 것이 또한 필요하다. 농후 펄스는 촉매 컨버터의 입구단 표면에 먼저 충돌한다. 농후 펄스가 촉매 컨버터의 전체 산소 저장부를 단지 부분적으로 비울 수 있도록 치수 설정되더라도, 그럼에도 산소 저장부의 완전한 비워짐은 촉매 컨버터의 전방부에서 발생하고, 따라서 펄스의 결과로서 일산화탄소 및 수소의 지연된 배출이 발생한다. 상기 프로세스에서, 촉매 컨버터의 후방부는 단지 부분적으로 비워진다. 가장 적당한 경우에, 촉매 컨버터의 전방부로부터 배출된 일산화탄소 및 수소는 원하는 범위로 촉매 컨버터의 후방부로부터 비워질 수 있다. 그러나, 이 경우에, 일산화탄소 및 수소 배출의 저속화에 기인하여, 산소 저장부가 촉매 컨버터의 전체 길이에 걸쳐 완전히 비워지고 촉매 컨버터의 하류측에 배기 가스의 화학양론이 정상 상태값에 대응할 때까지 10 내지 100초가 소요된다.
종래 기술에 따라 작동하는 차량의 전술된 일산화탄소 및 수소 배출은 재개하는 포스트캣 조절의 안정성에 악영향을 갖는다. 포스트캣 조절을 위해, 촉매 컨버터의 하류측에 배열된 프로브가 사용된다. 촉매 컨버터 내에 발생된 일산화탄소 및 수소 배출의 결과로서, 포스트캣 조절은 전체 농후 배기 가스에 의해 잘못 인도된다. 포스트캣 조절은 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물을 더 희박하도록 설정함으로써 농후 오프셋을 보상하려고 시도한다. 상기 희박화의 결과로서, 산소 저장부는 조절의 실제 목적과는 반대로 재차 산소로 충전된다. 충전된 상태에서, 질소 산화물의 파괴는 배기 가스의 가장 적은 희박 일탈의 경우에 발생한다. 언급된 현상의 결과는 오버런 연료 차단 후에 포스트캣 조절의 정확한 작동으로 스위칭하는 것이 종종 어려운 것으로 판명되었다. 상기 문제점의 일 해결책은 오버런 연료 차단 후에 특정 시간 기간 동안 포스트캣 조절을 비활성화하는 것이다. 그러나, 상기 해결책은 촉매 컨버터가 이어서 비교적 긴 시간 기간에 걸쳐 조절되지 않은 방식으로 작동되기 때문에 최적이 아니다.
산소 저장부의 실질적인 환원 후의 언급된 일산화탄소 및 수소 배출은 오버런 연료 차단 후에 악영향을 갖는다. 정상 작동시에도, 간단한 조절 에러가 동적 작동 단계에서 특히 발생할 수 있고, 이 조절 에러는 산소 저장부의 완전한 충전을 유도한다. 저장부가 실질적으로 충전되고 동시에 배기 가스의 화학양론이 간단하게 희박 범위로 일탈될 때, 포스트캣 프로브에 의해 기록되는 희박 파과(lean breakthrough)가 발생한다. 도입부에서 설명된 바와 같이, 포스트캣 프로브의 신호는 람다 조절의 목표 화학양론을 재조정하는데 사용된다. 이 경우에, 포스트캣 조절은 재차 농후화되는 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물을 생성한다. 상기 농후화는 오버런 연료 차단 후에 농후 펄스와 유사한 효과를 갖고, 산호 저장부는 먼저 매우 완전하게 비워진다. 상기 완전한 비워짐은 전술된 일산화탄소 및 수소 배출을 생성한다. 포스트캣 조절은 엔진에 공급된 공기/연료 혼합물의 희박으로 이와 반응하고, 이는 포스트캣 프로브 전압의 강하를 갖고 갱신된 희박 파과를 유도할 수 있다. 포스트캣 프로브 전압의 강하는 일산화탄소 및 수소 배출, 시작으로부터 희박 및 희박 파과의 설명된 프로세스를 시작한다. 따라서, 주기적인 희박 파과 및 대응 질소 산화물 배출을 갖는 배기 가스 화학양론의 주기적인 진동이 발생한다. 상기 진동 거동은 제어 엔지니어에 잘 알려져 있다. 진동을 방지하기 위해, 조절의 응답 시간은 조절 파라미터를 조정함으로써 증가되어야 한다. 상기 해결책은 물론 감소된 조절의 속도 결과로서 구동 작동에서 불가피하게 발생하는 람다 일탈이 단지 불필요하게 길어진 응답 시간을 보상될 수 있기 때문에 최적은 아니다.
본 발명에 따르면, 종래의 방법의 언급된 문제점은 농후 작동 단계의 종료 후에, 산소 저장부의 충전도가 적어도 하나의 농후 펄스 및 하나의 희박 펄스에 의해 후속의 포스트캣 조절을 위한 최적의 레벨로 복구되는 점에서 감소되거나 심지어 완전히 제거된다.
여기서, 농후 배기 가스 성분의 양은 화학양론 작동을 위해 최적 충전도를 설정하기 위해 요구되는 것보다 많지만 산소 저장부의 저장 용량을 완전히 비우기 위해 요구될 수 있는 농후 배기 가스 성분의 양보다 작은 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 먼저 그 전체 길이에 걸쳐 촉매 컨버터를 비우는 것이 가능한 농후 펄스가 사용된다. 여기서, 저장부의 전방부는 완전하게 비워진다. 전방부에서 상기 완전한 비워짐은 비교적 작은 희박 펄스에 의해 종료된다. 이전에 완전히 비워진 구역의 후방부를 또한 충전하기 위해, 희박 펄스는 최적 충전도를 넘어 재차 촉매 컨버터의 입구에서 작은 구역을 불가피하게 충전할 것이다. 이는 이에 의해 제공되는 농후 성분의 양이 이전의 희박 펄스를 완전히 보상하기 위해 요구되는 것보다 적도록 선택되는 추가의 농후 펄스에 의해 보상될 수 있다.
제 1 농후 펄스의 환원제 양은 완전히 산화된 상태로부터 화학양론 작동 상태로의 전이부에서 촉매 컨버터로부터 추출되어야 하는 산소의 등가의 양보다 많아야 한다. 촉매 컨버터는 따라서 먼저 완전히 비워진다. 그러나, 제 1 농후 펄스에서 환원제 양은 정상 상태 농후 작동 모드에 의해 촉매 컨버터로부터 추출될 수 있는 등가의 산소량보다 적도록 바람직하게 선택된다.
펄스 시퀀스는 바람직하게는 엔진의 작동 상태 및 촉매 컨버터의 시효 상태의 함수로서 구성되어, 펄스 시퀀스의 종료 후에, 저장 로딩 분포가 작동점에서 촉매 컨버터의 조절된 작동 중에 또한 설정될 수 있는 분포에 대응하게 된다. 최적 펄스 시퀀스는 펄스 시퀀스의 종료 후에 포스트캣 프로브의 전압이 안정한 방식으로 포스트캣 조절의 설정점을 취하는 것으로 식별될 수 있다. 농후 펄스 및 희박 펄스의 진폭 및/또는 기간은 상기 최적화를 위해 영향이 있는 값으로서 이용 가능하다. 진폭 및/또는 기간은 배기 가스의 온도 및 공간 속도 및/또는 촉매 컨버터의 시효 상태의 함수로서 최적화될 수 있다.
농후 펄스 및 희박 펄스의 시퀀스가 최적값으로 충전도를 완전히 복귀시키기 위해 불충분하면, 엔진에는 제 1 농후 펄스 및 희박 펄스 후에 추가의 농후 및 희박 펄스가 공급될 수 있고, 각각의 농후 펄스가 공급된 농후 성분의 양은 후속의 희박 펄스의 산화 성분으로 보상될 수 있는 것보다 많다. 연속적인 희박/농후 펄스의 최적의 수는 오버런 연료 차단 후에 작동 조건의 함수로서 예비 테스트에서 결정될 수 있다.
방법은 바람직하게는 엔진 동력이 더 이상 요구되지 않으면 오버런 연료 차단이 발생하는 화학양론 작동식 내연기관의 배기 가스 정화를 위해 사용된다. 이 경우에, 오버런 연료 차단은 일시적인 희박 작동 단계를 형성한다. 그러나, 일시적인 희박 작동 단계는 또한 화학양론 작동의 바람직하지 않은 조절 변동에 의해 발생된다.
본 발명의 사용의 추가의 분야는 부분적으로 화학양론적으로 및 부분적으로 희박하게 작동되는 희박 작동식 내연기관의 배기 가스 정화이다. 도시 교통의 낮은 동력 요구에서, 엔진은 연료를 절약하기 위해 희박으로 작동된다. 높은 레벨의 동력이 요구되면, 엔진은 화학양론 작동으로 스위칭되어야 한다. 이는 따라서 여기서 촉매 컨버터 내의 산소 저장부가 오버런 연료 차단의 경우에서와 동일한 방식으로 정확하게 희박 작동 모드에서 완전히 충전된다. 화학양론 작동으로의 스위칭은 오버런 연료 차단 후에 부닥치게 되는 것들과 동일한 문제점을 유도한다.
조절 에러의 결과로서의 바람직하지 않은 일시적인 희박 작동 단계는 바람직하게는 포스트캣 프로브가 희박 배기 가스를 지시하는 것으로 검출된다. 이 목적으로, 단계 변화 프로브가 사용될 수 있다. 그 신호 전압이 사전 규정된 임계값 미만으로 하강되면, 본 발명에 따른 일시적인 희박 작동 단계가 존재한다. 임계값은 배기 가스의 온도 및 공간 속도의 함수로서, 배기 가스 화학양론의 함수로서 그리고 촉매 컨버터의 시효 상태의 함수로서 선택될 수 있다. 상기 임계값은 바람직하게는 엔진 제어기의 테이블 내에 저장된다.
배기 가스 정화 촉매 컨버터의 산소 저장 성분은 열적 시효의 결과로서 저장 용량을 계속 손실한다. 방법은 여전히 남아 있는 저장 용량을 결정하는 것을 가능하게 한다. 배기 섹션에서 촉매 컨버터의 하류측에 배열된 산소 프로브의 출력 신호는 이 목적으로 사용될 수 있다. 신호 전압이 일시적인 희박 작동 단계로부터 조절된 화학양론 작동으로의 단계 후에 예측된 전압 미만에 있으면, 촉매 컨버터의 남아 있는 산소 저장 용량은 추정된 것보다 낮다. 이 방식으로, 따라서 오버런 연료 차단 후에 화학양론 작동 모드에서 신호 전압으로부터 남아 있는 산소 저장 용량을 결정하는 것이 가능하다. 남아 있는 산소 저장 용량이 사전 규정된 값 미만으로 하강하면, 대응 경고 신호가 활성화될 수 있다.
남아 있는 산소 저장 용량의 결정은 농후 및 희박 펄스에 의해 촉매 컨버터에 공급된 농후 및 희박 성분의 양을 남아 있는 산소 저장 용량에 적응하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 오버런 연료 차단으로부터 조절된 화학양론 작동으로의 전이를 최적화한다. 이는 바람직하게는 남아 있는 산소 저장 용량에 대응하는 팩터에 의해 감소되는 농후 및 희박 펄스의 진폭에 의해 발생한다. 팩터는 남아 있는 산소 저장 용량의 함수로서 엔진 제어기의 테이블 내에 저장될 수 있다.
엔진 제어기 내의 산소 저장 용량을 위한 평균값을 저장하는 것이 유리하고, 이 평균값으로부터 엔진의 상이한 작동점을 위한 산소 저장 용량이 보정 팩터에 의해 계산될 수 있다
본 발명이 이하의 도면에 기초하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 농후 펄스 후에 화학양론 작동 모드에서 일산화탄소/수소의 배출을 도시하는 도면.
도 2는 오버런 연료 차단 후의 통상의 람다 프로파일 및 오버런 연료 차단 후에 2개의 상이한 농후 펄스를 위한 촉매 컨버터의 하류측의 람다 프로브의 전압의 최종 프로파일을 도시하는 도면.
도 3은 오버런 연료 차단 후의 본 발명에 따른 람다 프로파일 및 촉매 컨버터 하류측의 람다 프로브의 전압의 최종 프로파일을 도시하는 도면.
도 2는 오버런 연료 차단 후의 통상의 람다 프로파일 및 오버런 연료 차단 후에 2개의 상이한 농후 펄스를 위한 촉매 컨버터의 하류측의 람다 프로브의 전압의 최종 프로파일을 도시하는 도면.
도 3은 오버런 연료 차단 후의 본 발명에 따른 람다 프로파일 및 촉매 컨버터 하류측의 람다 프로브의 전압의 최종 프로파일을 도시하는 도면.
도 1은 오버런 연료 차단 및 단일 농후 펄스에 의한 화학양론 작동으로의 복귀 후의 일산화탄소 및 수소의 배출을 도시한다. 상기 측정을 위해, 통상의 3방향 촉매 컨버터가 모델 가스 시스템에서 테스트되었다.
상부 다이어그램은 시간의 함수로서의 공기비 람다의 프로파일(람다 프로파일)을 도시한다. 최초 10초 동안, 1.1의 람다값을 갖는 오버런 연료 차단이 시뮬레이션되었다. 오버런 연료 차단의 종료 후에, 테스트된 3방향 촉매 컨버터의 산소 저장부는 단일 농후 펄스에 의해, 람다=1을 갖는 화학양론 작동을 위한 충전도로 비워졌다. 2개의 하부 다이어그램은 각각의 경우에 촉매 컨버터의 하류측의 수소 및 일산화탄소 농도의 측정된 프로파일을 도시한다. 농후 펄스 후의 시간 지연 후에, 수소 및 일산화탄소는 촉매 컨버터에 의해 배출된다. 상기 2개의 오염물의 배출은 40초보다 긴 기간 동안 지속된다.
도 2는 산소 저장부의 완전한 충전을 갖는 오버런 연료 차단 후의 통상의 람다 프로파일의 경우에 대한 시뮬레이션 계산의 결과를 도시한다. 계산은 0.9의 람다값을 갖는 상이한 길이의 2개의 농후 펄스에 대해 수행되었다. 촉매 컨버터 상류측의 람다 프로파일은 상부 다이어그램에 도시되어 있다. 하부 다이어그램은 포스트캣 프로브의 계산된 단일 전압을 도시한다.
포스트캣 프로브의 신호 전압은 대략 0.1 V에서 시작하고, 높은 산소 성분을 갖는 매우 희박한 배기 가스(희박 작동 단계)를 지시한다. 산소 저장부는 사실상 100% 충전도를 갖는다. 산소 저장부를 비우기 위해, 배기 가스는 촉매 컨버터의 상류측에서 간단하게 농후화된다.
단지 1.0초의 농후 펄스의 기간 중에(점선 곡선), 포스트캣 프로브의 신호 전압이 0.65 V로 상승하는데 대략 17초가 소요된다. 1.4초의 농후 펄스의 기간 동안, 0.65 V의 신호 전압이 단지 대략 3.5초 후에 미리 도달된다. 그러나, 양 경우에, 포스트캣 프로브는 농후값을 향한 배기 가스의 화학양론의 추가의 시프트를 기록한다. 40초 후에, 프로브 전압은 대략 0.75 V에서 유지된다. 이 상당한 농후 시프트는 일산화탄소 및 수소의 전술된 배출에 의해 발생된다.
도 3은 본 발명에 따른 람다 프로파일의 경우에 대한 시뮬레이션 계산의 결과를 도시한다. 이 예에서, 산소 저장부를 비우기 위해, 촉매 컨버터의 상류측의 배기 가스는 대략 20초의 전체 기간을 갖는 2개의 쌍의 농후 및 희박 펄스를 갖는다. 포스트캣 프로브의 신호 전압을 갖는 다이어그램은 원하는 0.65 V에 도달하고, 대략 4초 후에 미리 이 전압 레벨에서 유지된다. 산소 저장부는 따라서 최적 충전 레벨에 도달되고, 단지 하나의 농후/희박 펄스쌍을 갖는 상기 짧은 시간 후에 미리 그 전체 길이에 걸쳐 평균화된다. 그럼에도, 충전 레벨의 전술된 축방향 분포에 기인하여, 추가의 농후/희박 펄스쌍이 촉매 컨버터의 전체 길이에 걸쳐 충전도를 최적으로 설정하도록 요구된다. 포스트캣 조절은 대략 20초에서 최종 농후/희박 펄스쌍의 종료까지 타임 제로에 이전의 희박 작동 단계의 종료 후에 비활성되어 유지된다. 단지 그 후에 포스트캣 조절이 재개된다.
Claims (13)
- 산소 저장 성분으로 구성된 산소 저장부를 포함하는 촉매 컨버터를 갖는 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법으로서, 상기 엔진은 전자 엔진 제어기를 구비하고 그 작동 기간의 상당한 부분에 걸쳐 조절된 화학양론 공기/연료 혼합물로 작동되고, 일시적인 희박 작동 단계는 또한 구동 상황의 함수로서 발생하는 배기 가스 정화 방법에 있어서,
상기 산소 저장부의 실질적인 충전과 관련되는 상기 엔진의 일시적인 희박 작동 단계 후에, 그리고 조절된 엔진 작동의 재개 전에, 상기 산소 저장부의 충전도는 농후 펄스 후에 희박 펄스가 공급되는 엔진에 의해 화학양론 작동을 위한 최적 레벨로 복귀되고, 상기 희박 펄스에 의해 상기 촉매 컨버터에 공급된 산화 성분의 양은 상기 농후 펄스에 의해 공급된 농후 배기 가스 성분의 양을 완전히 보상하기 위해 요구될 수 있는 것보다 적은 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 농후 펄스에 의해 공급된 농후 배기 가스 성분의 양은 화학양론 작동을 위한 최적 충전도를 설정하기 위해 요구되는 것보다 많지만, 상기 산소 저장부의 저장 용량을 완전하게 비우기 위해 요구될 수 있는 농후 배기 가스 성분의 양보다는 적은 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 농후 펄스 및 희박 펄스 후에, 상기 엔진에는 추가의 농후 및 희박 펄스가 공급되고, 상기 각각의 농후 펄스에 의해 공급된 농후 성분의 양은 상기 후속의 희박 펄스의 산화 성분에 의해 보상될 수 있는 것보다 많은 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 농후 펄스 및 희박 펄스는 진폭 및 기간을 가지며, 상기 진폭 및/또는 기간은 배기 가스의 온도 및 공간 속도 및/또는 상기 촉매 컨버터의 시효 상태의 함수로서 적응되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 농후 펄스 및 희박 펄스의 진폭은 상기 촉매 컨버터의 시효 상태에 따른 팩터에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 일시적인 희박 작동 단계는 오버런 연료 차단인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 일시적인 희박 작동 단계는 구동 상황의 함수로서 화학양론적으로 또한 희박 상태로 작동되는 내연기관의 희박 작동 단계인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 일시적인 희박 작동 단계는 화학양론 작동의 조절 변동에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 일시적인 희박 작동 단계는 산소 프로브의 신호 전압이 임계값 미만으로 하강할 때 상기 촉매 컨버터의 하류측에 배열된 상기 산소 프로브가 희박 배기 가스를 지시하는 것으로 검출되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 임계값은 상기 배기 가스의 온도 및 공간 속도의 함수로서, 상기 배기 가스 화학양론의 함수로서 그리고 상기 촉매 컨버터의 시효 상태의 함수로서 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 1 항에 있어서,
산소 프로브가 상기 촉매 컨버터의 하류측 배기 섹션에 배열되고, 상기 일시적인 희박 작동 단계로부터 조절된 화학양론 작동으로의 단계 후에 상기 산소 프로브가 실제로 도달하는 신호 전압은 상기 산소 저장부의 남아 있는 산소 저장 용량을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 남아 있는 산소 저장 용량이 사전 규정된 값 미만으로 하강하면 신호가 활성화되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 농후 및 희박 펄스에 의해 상기 촉매 컨버터에 공급된 농후 및 희박 성분의 양은 상기 남아 있는 산소 저장 용량에 적응되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
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