KR20200022333A - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20200022333A
KR20200022333A KR1020190087524A KR20190087524A KR20200022333A KR 20200022333 A KR20200022333 A KR 20200022333A KR 1020190087524 A KR1020190087524 A KR 1020190087524A KR 20190087524 A KR20190087524 A KR 20190087524A KR 20200022333 A KR20200022333 A KR 20200022333A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel ratio
air
exhaust gas
filter
exhaust
Prior art date
Application number
KR1020190087524A
Other languages
English (en)
Inventor
쇼고 다나카
노리히사 나카가와
Original Assignee
도요타 지도샤（주）
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타 지도샤（주） filed Critical 도요타 지도샤（주）
Publication of KR20200022333A publication Critical patent/KR20200022333A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/0231—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using special exhaust apparatus upstream of the filter for producing nitrogen dioxide, e.g. for continuous filter regeneration systems [CRT]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F01N3/225—Electric control of additional air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/14—Systems for adding secondary air into exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1402—Exhaust gas composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404—Exhaust gas temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

배기 정화 장치는, 배기 통로 내에 배치된 배기 정화 촉매 (20) 와, 배기 정화 촉매보다 하류측에 배치된 필터 (24) 와, 배기 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 필터에 유입되는 배기 가스 중에 2 차 공기를 공급하는 2 차 공기 공급 장치 (25) 와, 전자 제어 유닛 (31) 을 구비한다. 상기 전자 제어 유닛은, 배기 정화 촉매의 온도가 활성 온도 이상으로서 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 리치 공연비일 때, 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 2 차 공기 공급 장치로부터 2 차 공기를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시킨다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST GAS CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 배기 통로 내를 흐르는 배기 가스 중에 2 차 공기를 공급하는 2 차 공기 공급 장치를 구비한 내연 기관의 배기 정화 촉매가 알려져 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2010-127147호, 일본 공개특허공보 2007-092713호). 일본 공개특허공보 2010-127147호에 기재된 배기 정화 장치에서는, 배기 통로 내에 퍼티큘레이트 필터 (이하, 간단히「필터」라고도 한다) 가 형성됨과 함께, 2 차 공기 공급 장치는 이 필터에 유입되는 배기 가스 중에 2 차 공기를 공급하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 일본 공개특허공보 2010-127147호에 기재된 배기 정화 장치에서는, 필터를 향하는 입자상 물질 (이하,「PM」이라고도 한다) 의 퇴적량이 많아졌을 때에, 기관 본체로부터 배출되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비보다 리치한 공연비 (이하,「리치 공연비」라고도 한다) 로 유지하면서, 2 차 공기가 공급된다. 이로써, 2 차 공기가 리치 공연비의 배기 가스 중의 미연 연료와 필터 상에서 반응하여 필터를 승온시킬 수 있어, PM 이 연소, 제거된다.
그런데, 배기 가스 중에 함유되는 NO2 는 PM 과의 반응성이 산소보다 높은 것이 알려져 있다. 이 때문에, NO2 를 많이 함유한 배기 가스를 필터에 유입시킴으로써 PM 의 제거량을 증대시킬 수 있다. 그러나, 일본 공개특허공보 2010-127147호에 기재된 배기 정화 장치에서는, NO2 가 적은 리치 공연비의 배기 가스에 2 차 공기를 첨가한 가스가 그대로 필터에 유입되고 있다. 이 때문에, 필터에 유입되는 배기 가스 중에는 NO2 는 그다지 함유되지 않고, 따라서 PM 의 연소 속도를 빠르게 할 수는 없다.
한편, NO2 를 많이 함유한 배기 가스를 필터에 유입시키는 방법으로는, 기관 본체로부터 배출되는 배기 가스의 공연비를 린 공연비로 함과 함께, 필터의 배기 흐름 방향 상류측에 산화 촉매를 형성하는 것이 고려된다. 이로써, 기관 본체로부터 배출된 배기 가스 중의 NO 의 일부가 산화 촉매에 의해 NO2 로 변환되고, 이 NO2 를 필터에 유입시킬 수 있어, NO2 에 의해 필터에 퇴적된 PM 을 연소시킬 수 있다.
그런데, 이 경우에 필터에 유입되는 린 공연비의 배기 가스 중에는, NO2 뿐만 아니라 NO 도 존재한다. 이 NO 는, 필터에 유입되면 PM 과 반응하지 않고 필터로부터 유출된다. 따라서, 이러한 린 공연비의 배기 가스를 계속적으로 필터에 유입시키면, 필터로부터 유출되는 배기 가스에 있어서의 이미션이 악화된다.
본 발명은, 필터에 있어서 PM 의 제거를 촉진시키면서 이미션의 악화를 억제할 수 있는 배기 정화 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는, 배기 정화 촉매와, 퍼티큘레이트 필터와, 산소 공급 장치와, 전자 제어 유닛을 포함하는 내연 기관의 배기 정화 장치이다. 상기 배기 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치되어, 촉매 기능을 갖는다. 상기 퍼티큘레이트 필터는, 배기 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로 내에 배치된다. 상기 산소 공급 장치는, 상기 배기 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 산소 공급 장치로부터의 산소의 공급량을 제어하도록 구성된다. 상기 배기 정화 촉매의 온도가 활성 온도 이상의 소정의 온도 범위 내로서 상기 내연 기관의 본체로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비일 때, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 소정의 온도 범위가 400 ℃ 이상 600 ℃ 이하여도 된다.
본 발명의 제 2 양태는, 배기 정화 촉매와, 퍼티큘레이트 필터와, 산소 공급 장치와, 전자 제어 유닛을 포함하는 내연 기관의 배기 정화 장치이다. 상기 배기 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치되어, 촉매 기능을 갖는다. 상기 퍼티큘레이트 필터는, 상기 배기 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로 내에 배치된다. 상기 산소 공급 장치는, 상기 배기 정화 촉매보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 산소 공급 장치로부터의 산소의 공급량을 제어하도록 구성된다. 상기 내연 기관의 본체로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비일 때 상기 배기 정화 촉매에 있어서 수소 또는 암모니아가 생성되는 조건 하에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성된다.
본 발명의 제 3 양태는, 퍼티큘레이트 필터와, 산소 공급 장치와, 전자 제어 유닛을 포함하는 내연 기관의 배기 정화 장치이다. 상기 퍼티큘레이트 필터는, 상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된다. 상기 산소 공급 장치는, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 산소 공급 장치로부터의 산소의 공급량을 제어하도록 구성된다. 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치로부터 배기 가스 중에 공급되는 산소를 주기적으로 증감시키면 상기 산소 공급 장치로부터의 산소의 공급에 의해 NO2 가 생성되는 조건 하에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하는 복수의 사이클에 있어서의 평균 공연비가 이론 공연비가 되도록 상기 산소 공급 장치로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터의 온도가 낮을수록, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도를 크게 하도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입된 리치 공연비의 배기 가스가 상기 퍼티큘레이트 필터로부터 유출되기 전에 상기 퍼티큘레이트 필터에 린 공연비의 배기 가스가 유입되고 또한 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입된 린 공연비의 배기 가스가 상기 퍼티큘레이트 필터로부터 유출되기 전에 상기 퍼티큘레이트 필터에 리치 공연비의 배기 가스가 유입되는 주기 이하의 주기로, 상기 퍼티큘레이트 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되어도 된다.
상기 배기 정화 장치에 있어서, 상기 퍼티큘레이트 필터는 촉매 기능을 가져도 된다.
본 발명에 의하면, 필터에 있어서 PM 의 제거를 촉진시키면서 이미션의 악화를 억제할 수 있는 배기 정화 장치가 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 배기 정화 장치가 사용되는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2A 는 필터의 정면도이다.
도 2B 는 필터의 측면 단면도이다.
도 3A 는 필터 재생 처리를 실시했을 때에 배기 정화 장치에 있어서 발생하는 반응을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3B 는 필터 재생 처리를 실시했을 때에 배기 정화 장치에 있어서 발생하는 반응을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는 2 차 공기 공급 장치로부터의 2 차 공기의 공급량, 및 필터에 유입되는 배기 가스의 공연비의 타임 차트이다.
도 5 는 제 1 실시형태에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은 제 1 실시형태의 변형예에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다.
도 7 은 필터의 온도와 진폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8 은 필터의 온도와 진폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9 는 제 2 실시형태에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다.
제 1 실시형태
내연 기관 전체의 설명
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 배기 정화 장치가 사용되는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 을 참조하면 1 은 기관 본체, 2 는 실린더 블록, 3 은 실린더 블록 (2) 내에서 왕복동하는 피스톤, 4 는 실린더 블록 (2) 상에 고정된 실린더 헤드, 5 는 피스톤 (3) 과 실린더 헤드 (4) 사이에 형성된 연소실, 6 은 흡기 밸브, 7 은 흡기 포트, 8 은 배기 밸브, 9 는 배기 포트를 각각 나타낸다. 흡기 밸브 (6) 는 흡기 포트 (7) 를 개폐하고, 배기 밸브 (8) 는 배기 포트 (9) 를 개폐한다.
도 1 에 나타낸 바와 같이 실린더 헤드 (4) 의 내벽면의 중앙부에는 점화 플러그 (10) 가 배치되고, 실린더 헤드 (4) 의 내벽면 주변부에는 연료 분사 밸브 (11) 가 배치된다. 점화 플러그 (10) 는, 점화 신호에 따라 불꽃을 발생시키도록 구성된다. 또, 연료 분사 밸브 (11) 는, 분사 신호에 따라, 소정량의 연료를 연소실 (5) 내에 분사한다. 또한, 연료 분사 밸브 (11) 는, 흡기 포트 (7) 내에 연료를 분사하도록 배치되어도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 연료로서 이론 공연비가 14.6 인 가솔린이 사용된다. 그러나, 본 발명의 배기 정화 장치가 사용되는 내연 기관에서는, 가솔린 이외의 연료, 혹은 가솔린과의 혼합 연료를 사용해도 된다.
각 기통의 흡기 포트 (7) 는 각각 대응하는 흡기 지관 (13) 을 통하여 서지 탱크 (14) 에 연결되고, 서지 탱크 (14) 는 흡기관 (15) 을 통하여 에어클리너 (16) 에 연결된다. 흡기 포트 (7), 흡기 지관 (13), 서지 탱크 (14), 흡기관 (15) 은 흡기 통로를 형성한다. 또, 흡기관 (15) 내에는 스로틀 밸브 구동 액추에이터 (17) 에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (18) 가 배치된다. 스로틀 밸브 (18) 는, 스로틀 밸브 구동 액추에이터 (17) 에 의해 회동시킬 수 있음으로써, 흡기 통로의 개구 면적을 변경할 수 있다.
한편, 각 기통의 배기 포트 (9) 는 배기 매니폴드 (19) 에 연결된다. 배기 매니폴드 (19) 는, 각 배기 포트 (9) 에 연결되는 복수의 지부 (枝部) 와 이들 지부가 집합된 집합부를 갖는다. 배기 매니폴드 (19) 의 집합부는 배기 정화 촉매 (20) 를 내장한 상류측 케이싱 (21) 에 연결된다. 상류측 케이싱 (21) 은, 배기관 (22) 을 통하여 퍼티큘레이트 필터 (이하, 간단히「필터」라고도 한다) (24) 를 내장한 하류측 케이싱 (23) 에 연결된다. 배기 정화 촉매 (20) 와 필터 (24) 사이의 배기관 (22) 에는, 배기관 (22) 내를 흐르는 배기 가스 중에, 즉 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스 중에 2 차 공기를 공급하는 2 차 공기 공급 장치 (25) 가 형성된다. 배기 포트 (9), 배기 매니폴드 (19), 상류측 케이싱 (21), 배기관 (22) 및 하류측 케이싱 (23) 은 배기 통로를 형성한다.
또한, 본 실시형태의 배기 정화 장치에서는 2 차 공기 공급 장치 (25) 가 형성되어 있지만, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급할 수 있으면, 그 밖의 산소 공급 장치가 형성되어도 된다. 이러한 산소 공급 장치로서 구체적으로는, 예를 들어, 배기 가스 중에 산소만을 공급하는 장치 등을 들 수 있다.
전자 제어 유닛 (ECU) (31) 은 디지털 컴퓨터로 이루어지고, 쌍방향성 버스 (32) 를 통하여 상호 접속된 랜덤 엑세스 메모리 (RAM) (33), 리드 온리 메모리 (ROM) (34), 마이크로 프로세서 (CPU) (35), 입력 포트 (36) 및 출력 포트 (37) 를 구비한다.
흡기관 (15) 에는, 흡기관 (15) 내를 흐르는 공기 유량을 검출하기 위한 에어 플로 미터 (39) 가 배치되고, 이 에어 플로 미터 (39) 의 출력은 대응하는 AD 변환기 (38) 를 통하여 입력 포트 (36) 에 입력된다. 또, 배기 매니폴드 (19) 의 집합부에는 배기 매니폴드 (19) 내를 흐르는 배기 가스 (즉, 배기 정화 촉매 (20) 에 유입되는 배기 가스) 의 공연비를 검출하는 상류측 공연비 센서 (40) 가 배치된다. 추가로, 배기관 (22) 내에는 배기관 (22) 내를 흐르는 배기 가스 (즉, 배기 정화 촉매 (20) 로부터 유출되어 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스) 의 공연비를 검출하는 하류측 공연비 센서 (41) 가 배치된다. 이들 공연비 센서 (40, 41) 의 출력도 대응하는 AD 변환기 (38) 를 통하여 입력 포트 (36) 에 입력된다.
또한, 배기 정화 촉매 (20) 에는 배기 정화 촉매 (20) 의 온도를 검출하기 위한 촉매 온도 센서 (46) 가 형성된다. 또, 필터 (24) 에는 필터 (24) 의 온도를 검출하기 위한 필터 온도 센서 (47) 가 형성된다. 또, 필터 (24) 의 상류측 및 하류측의 배기관 (22) 사이에는 필터 (24) 의 전후 차압을 검출하기 위한 차압 센서 (48) 가 형성된다. 이들 온도 센서 (46, 47) 및 차압 센서 (48) 의 출력도 대응하는 AD 변환기 (38) 를 통하여 입력 포트 (36) 에 입력된다.
또, 액셀 페달 (42) 에는 액셀 페달 (42) 의 밟기량에 비례한 출력 전압을 발생시키는 부하 센서 (43) 가 접속되고, 부하 센서 (43) 의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기 (38) 를 통하여 입력 포트 (36) 에 입력된다. 크랭크각 센서 (44) 는 예를 들어 크랭크 샤프트가 15 도 회전할 때마다 출력 펄스를 발생시키고, 이 출력 펄스가 입력 포트 (36) 에 입력된다. CPU (35) 에서는 이 크랭크각 센서 (44) 의 출력 펄스로부터 기관 회전수가 계산된다.
한편, 출력 포트 (37) 는 대응하는 구동 회로 (45) 를 통하여 점화 플러그 (10), 연료 분사 밸브 (11), 스로틀 밸브 구동 액추에이터 (17) 및 2 차 공기 공급 장치 (25) 에 접속된다. 따라서, ECU (31) 는, 이들 점화 플러그 (10), 연료 분사 밸브 (11), 스로틀 밸브 구동 액추에이터 (17) 및 2 차 공기 공급 장치 (25) 의 작동을 제어하는 제어 장치로서 기능한다.
배기 정화 촉매 (20) 는, 본 실시형태에서는, 세라믹으로 이루어지는 담체에 촉매 작용을 갖는 촉매 귀금속 (예를 들어, 백금 (Pt)) 을 담지시킨 삼원 촉매이다. 삼원 촉매는, 삼원 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비에 유지되고 있으면, 미연 HC, CO 및 NOx 를 동시에 정화하는 기능을 갖는다. 또한, 배기 정화 촉매 (20) 는, 촉매 작용을 갖는 물질을 담지하고 있으면, 산화 촉매 등이나 NOx 흡장 환원 촉매 등, 삼원 촉매 이외의 촉매여도 된다.
도 2A 및 도 2B 는, 필터 (24) 의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2A 는 필터 (24) 의 정면도이고, 도 2B 는 필터 (24) 의 측면 단면도이다. 도 2A 및 도 2B 에 나타낸 바와 같이, 필터 (24) 는 허니콤 구조를 이루고 있고, 서로 평행을 이루어 연장되는 복수 개의 배기 유통로 (60, 61) 를 구비한다. 이들 배기 유통로는 하류단이 마개 (62) 에 의해 폐색된 배기 가스 유입 통로 (60) 와, 상류단이 마개 (63) 에 의해 폐색된 배기 가스 유출 통로 (61) 에 의해 구성된다. 또한, 도 2A 에 있어서 해칭을 부여한 부분은 마개 (63) 를 나타내고 있다. 따라서 배기 가스 유입 통로 (60) 및 배기 가스 유출 통로 (61) 는 박육 (薄肉) 의 격벽 (64) 을 개재하여 교대로 배치된다. 바꾸어 말하면, 배기 가스 유입 통로 (60) 및 배기 가스 유출 통로 (61) 는 각 배기 가스 유입 통로 (60) 가 4 개의 배기 가스 유출 통로 (61) 에 의해 포위되고, 각 배기 가스 유출 통로 (61) 가 4 개의 배기 가스 유입 통로 (60) 에 의해 포위되도록 배치된다.
필터 (24) 는 예를 들어 코디어라이트와 같은 다공질 재료로 형성되어 있다. 따라서, 배기 가스 유입 통로 (60) 내에 유입된 배기 가스는, 도 2B 에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 주위의 격벽 (64) 내를 통과하여 인접하는 배기 가스 유출 통로 (61) 내로 유출된다. 이와 같이 배기 가스가 격벽 (64) 내를 통과하여 흐르는 동안에, 배기 가스 중에 함유되는 PM 이 필터 (24) 에 포집되게 된다.
또, 필터 (24) 에는, 촉매 작용을 갖는 촉매 귀금속 (예를 들어, 백금 (Pt)) 이 담지된다. 즉, 필터 (24) 는 촉매 기능을 갖는다. 따라서, 필터 (24) 는, 배기 가스 중의 PM 을 포집할 뿐만 아니라, 배기 가스 중의 미연 HC 나 CO 를 산화 정화할 수 있다. 또한, 필터 (24) 는, 배기 가스 중의 PM 을 포집함과 함께 촉매 작용을 갖는 물질을 담지하고 있으면, 다른 구성을 갖고 있어도 된다. 또한, 2 차 공기 공급 장치 (25) 와 필터 (24) 사이에 촉매 작용을 갖는 배기 정화 촉매가 배치된 경우에는, 필터 (24) 는 촉매 작용을 갖는 물질을 담지하고 있지 않아도 된다.
필터 재생 처리
필터 (24) 에 포집된 PM 은 필터 (24) 상에 퇴적된다. 필터 (24) 상으로의 PM 의 퇴적량이 증대하면, 격벽 (64) 내의 세공에 로딩이 발생하여, 필터 (24) 에서 기인하는 배기 가스의 압력 손실이 커진다. 압력 손실의 증대는, 배기 가스가 잘 흐르지 않게 되는 것에 의한 내연 기관의 출력의 저하나, 연소의 악화를 초래한다. 따라서, 내연 기관의 출력의 저하나 연소의 악화를 방지하기 위해서는, 필터 (24) 상으로의 PM 의 퇴적량이 한계 퇴적량보다 많아진 경우에는, 필터 (24) 상에 퇴적되어 있는 PM 을 산화 제거할 필요가 있다. 여기서, 한계 퇴적량이란, 그 이상 필터 (24) 로의 PM 의 퇴적량이 증대하면, 필터 (24) 에서 기인하는 압력 손실이 증대하여 내연 기관의 운전 상태의 악화 등을 초래하는 양이다.
그래서, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 의 PM 퇴적량이 많아졌을 때에는, PM 을 산화 제거하기 위하여 필터 재생 처리가 실시된다. 이하에서는, 도 3A 및 도 3B 를 참조하여, 필터 재생 처리에 대해 설명한다. 도 3A 및 도 3B 는, 필터 재생 처리를 실시했을 때에 배기 정화 장치에 있어서 발생하는 반응을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3A 는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기가 공급되고 있지 않은 경우를 나타내고 있고, 도 3B 는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기가 공급되고 있는 경우를 나타내고 있다.
필터 재생 처리를 실시할 때에는, 먼저, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 그 활성 온도 이상에까지 승온된다. 구체적으로는, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도는, 300 ℃ 이상 700 ℃ 이하로 되고, 바람직하게는 400 ℃ 이상 600 ℃ 이하가 된다.
추가로, 본 실시형태에서는, 필터 재생 처리를 실시할 때, 기관 본체 (1) 로부터 배출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 공연비 (이하,「리치 공연비」라고도 한다) 가 되도록 연료 분사 밸브 (11) 로부터의 연료 분사량이 제어된다. 바꾸어 말하면, 필터 재생 처리를 실시할 때에는, 배기 정화 촉매 (20) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비가 되도록 연료 분사량이 제어된다. 이 결과, 필터 재생 처리 중에는, 배기 정화 촉매 (20) 에는 리치 공연비의 배기 가스가 유입된다.
여기서, 리치 공연비의 배기 가스 중에는, 미연 HC 나 CO 가 함유된다. 추가로, 연소실 (5) 내에서 혼합기 (混合氣) 가 연소됨으로써 물이 발생하는 점에서, 배기 가스 중에는 물이 함유된다. 따라서, 배기 정화 촉매 (20) 에는 미연 HC 나 CO 및 물을 함유하는 배기 가스가 유입된다.
배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 300 ℃ ∼ 500 ℃ 인 경우, 배기 정화 촉매 (20) 에 CO 및 물을 함유하는 배기 가스가 유입되면, 배기 정화 촉매 (20) 의 촉매 작용에 의해, 하기 식 (1) 에 의해 나타내는 수성 가스 시프트 반응이 배기 정화 촉매 (20) 내에서 발생한다.
CO ＋ H2O → H2 ＋ CO2 … (1)
또, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 500 ℃ 이상인 경우, 배기 정화 촉매 (20) 에 미연 HC 및 물을 함유하는 배기 가스가 유입되면, 배기 정화 촉매 (20) 의 촉매 작용에 의해, 하기 식 (2) 나 식 (3) 에 의해 나타내는 수증기 개질 반응이 배기 정화 촉매 (20) 내에서 발생한다.
CH4 ＋ H2O → 3H2 ＋ CO … (2)
C12H26 ＋ 12H2O → 25H2 ＋ 12CO … (3)
따라서, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 활성 온도 (예를 들어, 300 ℃) 이상일 때에는, 배기 정화 촉매 (20) 에 리치 공연비의 배기 가스가 유입되면, 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 수소가 발생한다.
또, 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 리치 공연비인 경우여도, 이 배기 가스 중에는 NOx (주로 NO) 가 함유된다. 이와 같이 배기 가스 중에 함유된 NO 는, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 비교적 고온일 때에는, 배기 정화 촉매 (20) 의 촉매 작용에 의해, 배기 정화 촉매 (20) 내에 있어서 하기 식 (4) 에 나타낸 바와 같이 수소와 반응하여 암모니아를 생성한다. 이러한 반응은, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 400 ℃ ∼ 600 ℃ 일 때에 특히 발생하기 쉽다.
2NO ＋ 5H2 → 2NH3 ＋ 2H2O … (4)
따라서, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 활성 온도 이상일 때 (특히, 400 ℃ ∼ 600 ℃ 일 때) 에, 리치 공연비의 배기 가스가 배기 정화 촉매 (20) 에 유입되면, 배기 정화 촉매 (20) 로부터 암모니아를 함유한 리치 공연비의 배기 가스가 유출되게 된다.
추가로, 본 실시형태에서는, 필터 재생 처리를 실시할 때, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 간헐적으로 2 차 공기가 공급된다. 도 4 는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터의 2 차 공기의 공급량, 및 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비의 타임 차트이다. 또한, 도 4 중의 파선 (X) 은, 2 차 공기가 공급되기 전의 배기 가스의 공연비를 나타내고 있다 (도시한 예에서는, 이 때의 공연비가 13.6 으로 되어 있다).
도 4 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터는 간헐적으로 2 차 공기가 공급된다. 도 4 에 나타낸 예에서는, 시각 (t0 ∼ t1), 시각 (t2 ∼ t3), 시각 (t4 ∼ t5), 시각 (t6 ∼ t7) 에 있어서, 일정량의 2 차 공기가 공급된다. 특히, 본 실시형태에서는, 2 차 공기가 공급되고 있는 시간 (예를 들어, 시각 (t0 ∼ t1)) 과, 2 차 공기의 공급이 정지되어 있는 시간 (예를 들어, 시각 (t1 ∼ t2)) 이 동등해지도록 2 차 공기가 간헐적으로 공급된다 (이하, 이 시간을「주기」라고도 한다).
특히, 본 실시형태에서는, 2 차 공기의 공급 전환 주기는, 필터 (24) 에 유입된 리치 공연비의 배기 가스가 필터 (24) 로부터 유출되기 전에, 필터 (24) 에 린 공연비의 배기 가스가 유입되는 시간 이하로 설정된다. 바람직하게는, 2 차 공기의 공급 전환 주기는, 필터 (24) 에 유입된 리치 공연비의 배기 가스가 필터 (24) 의 배기 흐름 방향에 있어서 중앙에 도달하기 전에, 필터 (24) 에 린 공연비의 배기 가스가 유입되는 시간 이하로 설정된다.
마찬가지로, 2 차 공기의 공급 전환 주기는, 필터 (24) 에 유입된 린 공연비의 배기 가스가 필터 (24) 로부터 유출되기 전에, 필터 (24) 에 리치 공연비의 배기 가스가 유입되는 시간 이하로 설정된다. 바람직하게는, 2 차 공기의 공급 전환 주기는, 필터 (24) 에 유입된 리치 공연비의 배기 가스가 필터 (24) 의 배기 흐름 방향에 있어서 중앙에 도달하기 전에, 필터 (24) 에 리치 공연비의 배기 가스가 유입되는 시간 이하로 설정된다. 구체적으로는, 2 차 공기의 공급 전환 주기는, 예를 들어 10 ㎐ 정도가 된다.
이와 같이 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기가 공급된 결과, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 공연비 (이하,「린 공연비」라고도 한다) 사이에서 교대로 변화한다. 특히, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 리치할 때의 리치 정도 (예를 들어, 시각 (t0, t2, t4) 등에 있어서의 리치 정도) 가, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도 (예를 들어, 시각 (t1, t3, t5) 등에 있어서의 린 정도) 와 동등해지도록, 2 차 공기가 간헐적으로 공급되고 있다.
이 결과, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스에 있어서의 어느 정도의 시간에 걸친 평균 공연비는 거의 이론 공연비가 된다. 즉, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하는 복수의 사이클에 있어서의 평균 공연비가 거의 이론 공연비가 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 배기 가스의 공연비가 가장 리치할 때의 리치 정도와 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도가 동등해지도록 2 차 공기가 공급되고 있다. 그러나, 반드시 이들 리치 정도와 린 정도가 동등한 필요는 없고, 린 정도 및 리치 정도 중 어느 일방이 커지도록 2 차 공기가 공급되어도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 2 차 공기가 공급되고 있는 시간과 2 차 공기의 공급이 정지되어 있는 시간이 동등해지도록 2 차 공기가 공급되고 있다. 그러나, 반드시 이들 시간이 동등한 필요는 없고, 어느 일방의 시간이 커지도록 2 차 공기가 공급되어도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 평균 공연비가 거의 이론 공연비가 되도록 2 차 공기가 공급되고 있지만, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 평균 공연비가 리치 공연비 또는 린 공연비가 되도록 2 차 공기가 공급되어도 된다.
도 3A 는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기가 공급되고 있지 않은 경우에 배기 정화 장치에 있어서 발생하는 반응을 나타내고 있다. 도 3A 로부터 알 수 있는 바와 같이, 필터 (24) 에는, 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스에 함유되어 있던 미연 HC, CO 가 유입됨과 함께, 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 생성된 암모니아가 유입된다.
또, 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스에 함유되어 있던 NOx 의 일부도 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 정화되지 않고 남아 있다. 따라서, 필터 (24) 에는 NOx 도 유입된다. 필터 (24) 에 유입된 NOx 는, 필터 (24) 에 담지된 촉매 귀금속의 작용에 의해, 미연 HC 나 CO 에 의해 환원, 정화된다. 따라서, 2 차 공기가 공급되고 있지 않은 경우에는, 필터 (24) 의 하류측 부분에는, 미연 HC, CO, 암모니아를 함유한 배기 가스가 흐르게 된다.
한편, 도 3B 는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기가 공급되고 있는 경우에, 배기 정화 장치에 있어서 발생하는 반응을 나타내고 있다. 2 차 공기 공급 장치 (25) 가 형성된 영역보다 상류측에서는, 2 차 공기가 도입되고 있지 않은 경우와 동일한 반응이 발생한다. 따라서, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스는, 미연 HC, CO, 암모니아 및 NOx (특히, NO) 를 함유하고 있다. 추가로, 2 차 공기가 공급되고 있는 경우에는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 공급된 공기, 특히 산소를 함유하고 있다.
이 때 필터 (24) 의 온도가 300 ℃ 이상인 경우에는, 촉매 귀금속을 담지하는 필터 (24) 상에서는 하기 식 (5) 에 나타낸 바와 같은 반응에 의해, 암모니아와 산소로부터 NO2 가 생성된다.
4NH3 ＋ 5O2 → 4NO2 ＋ 6H2O … (5)
이와 같이 하여 생성된 NO2 는, 필터 (24) 상에 퇴적되어 있는 PM 과의 반응성이 산소보다 높다. 따라서, 필터 (24) 의 온도가 300 ℃ 정도이면, NO2 는 하기 식 (6) ∼ (9) 에 나타낸 바와 같은 반응에 의해 PM (탄소 C 가 주성분) 을 산화 제거한다.
2NO2 ＋ 2C → 2CO2 ＋ N2 … (6)
NO2 ＋ C → CO ＋ NO … (7)
O2 ＋ C → CO2 … (8)
O2 ＋ 2C → 2CO … (9)
또, 2 차 공기가 공급되고 있는 경우에는, 배기 정화 촉매 (20) 로부터 배출된 배기 가스에 함유되어 있는 미연 HC 및 CO 와, 공급된 산소가 필터 (24) 상에서 반응하고, 미연 HC 및 CO 가 정화된다. 동일하게, 상기 식 (7) 및 식 (9) 에서 생성된 CO 도, 공급된 산소와 반응하여 정화된다. 한편, 배기 정화 촉매 (20) 로부터 배출된 배기 가스 중에 함유되어 있는 NO 는, 2 차 공기가 공급됨으로써 린 분위기가 되어 있는 점에서 정화되지 않고 남는다. 따라서, 2 차 공기가 공급되고 있는 경우에는, 필터 (24) 의 하류측 부분에는, NO 를 함유한 배기 가스가 흘러들게 된다.
여기서, 도 2A 및 도 2B 를 참조하여 설명한 바와 같이, 필터 (24) 에서는 배기 가스는 박육의 격벽 (64) 을 통과하여 흐른다. 또, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비는 비교적 빠른 주기로 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화한다. 이 결과, 필터 (24) 의 입구에서는, 리치 공연비의 배기 가스와 린 공연비의 배기 가스가 교대로 유입되었다고 하더라도, 필터 (24) 의 출구에서는 이들 배기 가스가 혼합된다.
상기 서술한 바와 같이, 2 차 공기가 공급되고 있지 않을 때에는, 필터 (24) 의 하류측 부분에는, 미연 HC, CO 및 암모니아를 함유한 배기 가스가 유입된다. 한편, 2 차 공기가 공급되고 있을 때에는, 필터 (24) 의 하류측 부분에는, NO 나 산소를 함유한 배기 가스가 유입된다. 그리고, 이들 배기 가스가 필터 (24) 의 하류측 부분에 있어서 혼합되는 점에서, 미연 HC, CO 및 암모니아가 NO 및 산소와 반응한다. 이 결과, 미연 HC, CO, 암모니아 및 NO 가 정화되게 된다.
이상으로부터, 본 실시형태에서는, 2 차 공기가 공급되고 있을 때에는, 필터 (24) 에 NO2 를 많이 함유한 배기 가스가 유입되기 때문에, 필터 (24) 상에 퇴적되어 있는 PM 의 제거를 촉진시킬 수 있다. 추가로, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 리치 공연비와 린 공연비의 배기 가스가 빠른 주기로 교대로 유입시킬 수 있기 때문에, 배기 가스 중의 미연 HC, CO, NO 등을 정화할 수 있고, 따라서 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있다.
이상을 정리하면, 본 실시형태에서는, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 활성 온도 이상의 소정의 온도 범위 내로서 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 리치 공연비일 때, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기 (산소) 가 배기 가스 중에 주기적으로 증감되면서 공급된다.
견해를 바꾸면, 본 실시형태에서는, 기관 본체 (1) 로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 리치 공연비일 때 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 수소 또는 암모니아가 생성되는 조건 하에 있어서, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기 (산소) 가 배기 가스 중에 주기적으로 증감되면서 공급된다.
더욱 견해를 바꾸면, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 배기 가스 중에 공급되는 산소를 주기적으로 증감시키면 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터의 2 차 공기 (산소) 의 공급에 의해 NO2 가 생성되는 조건 하에 있어서, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터 2 차 공기 (산소) 가 배기 가스 중에 주기적으로 증감되면서 공급된다.
그리고, 본 실시형태에 의하면, 이와 같이 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터의 2 차 공기의 공급을 제어함으로써, 필터 (24) 상에 퇴적되어 있는 PM 의 제거를 촉진시키면서, 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있다.
구체적인 제어
다음으로, 도 5 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 필터 재생 처리에 있어서의 구체적인 제어에 대해 설명한다. 도 5 는, 본 실시형태에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다. 도시한 제어 루틴은, 일정 시간 간격마다 실행된다.
먼저, 스텝 S11 에서는, 재생 실행 플래그가 ON 이 되어 있는지의 여부가 판정된다. 재생 실행 플래그는, 필터 재생이 실시되고 있을 때 ON 으로 설정되고, 그 이외일 때에 OFF 로 설정되는 플래그이다. 스텝 S11 에 있어서, 재생 실행 플래그가 OFF 가 되어 있는 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S12 로 진행된다.
스텝 S12 에서는, 필터 (24) 의 재생 처리의 실행 조건이 성립되고 있는지의 여부가 판정된다. 재생 처리의 실행 조건은, 예를 들어, 필터 (24) 의 PM 퇴적량이 한계 퇴적량보다 많은 경우에 성립된다. 구체적으로는, 차압 센서 (48) 에 의해 검출된 필터 (24) 의 전후 차압이 한계 차압보다 큰 경우에는 필터 (24) 의 PM 퇴적량이 한계 퇴적량보다 많은 것으로 판정된다. 반대로, 차압 센서 (48) 에 의해 검출된 필터 (24) 의 전후 차압이 한계 차압 이하인 경우에는 필터 (24) 의 PM 퇴적량이 한계 퇴적량 이하인 것으로 판정된다. 또한, 필터 (24) 의 PM 퇴적량은, 차압 센서 (48) 에 상관없이, 다른 방법에 의해 검출 또는 추정되어도 된다.
스텝 S12 에 있어서, 재생 처리의 실행 조건이 성립되어 있지 않은 것으로 판정된 경우에는, 제어 루틴을 종료시킬 수 있다. 한편, 스텝 S12 에 있어서, 재생 처리의 실행 조건이 성립되어 있는 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S13 으로 진행된다. 스텝 S13 에서는, 재생 실행 플래그가 ON 으로 설정되고, 제어 루틴을 종료시킬 수 있다.
재생 실행 플래그가 ON 으로 설정되면, 다음의 제어 루틴에서는 스텝 S11 로부터 스텝 S14 로 진행된다. 스텝 S14 에서는, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도 (Tc) 가 활성 온도 (Tact) (예를 들어, 300 ℃) 이상인지의 여부가 판정된다. 배기 정화 촉매 (20) 의 온도는, 배기 정화 촉매 (20) 에 형성된 촉매 온도 센서 (46) 에 의해 검출된다.
상기 서술한 바와 같이, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도 (Tc) 가 활성 온도 (Tact) 미만인 경우에는, 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 수소나 암모니아를 생성할 수 없다. 따라서, 스텝 S14 에 있어서 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 활성 온도 (Tact) 미만인 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S15 로 진행되고, 배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리가 실시된다. 배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리로는, 예를 들어, 복수의 기통 중 일부의 기통에서는 연소실 (5) 에 공급되는 혼합기의 공연비를 리치 공연비로 설정으로 하고, 나머지의 기통에서는 연소실 (5) 에 공급되는 혼합기의 공연비를 린 공연비로 설정하는 디더 제어를 들 수 있다. 디더 제어를 실시한 경우, 리치 공연비의 기통으로부터 배출된 미연 HC 나 CO 를 함유한 배기 가스와, 린 공연비의 기통으로부터 배출된 산소를 많이 함유한 배기 가스가 혼합되어, 배기 정화 촉매 (20) 상에서 반응한다. 이 때문에, 이 때의 반응열에 의해 배기 정화 촉매 (20) 를 승온시킬 수 있다. 또한, 배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리에서는, 디더 제어 대신에, 디더 제어 이외의 기존의 승온 제어를 사용할 수 있다.
배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리에 의해 배기 정화 촉매 (20) 의 온도 (Tc) 가 활성 온도 (Tact) 이상으로 상승하면, 다음의 제어 루틴에서는, 스텝 S14 로부터 스텝 S16 으로 진행된다. 스텝 S16 에서는, 현재의 필터 (24) 의 PM 퇴적량 (Dpm) 이 최소 허용치 (Dmin) 보다 많은지의 여부가 판정된다. 최소 허용치 (Dmin) 는 제로에 가까운 미리 정해진 일정치이다. 상기 서술한 바와 같이, 필터 (24) 의 PM 퇴적량 (Dpm) 은, 상기 서술한 바와 같이 차압 센서 (48) 에 의해 검출된 전후 차압에 기초하여 추정된다.
스텝 S16 에 있어서, 필터 (24) 의 PM 퇴적량이 최소 허용치 (Dmin) 보다 많은 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S17 로 진행된다. 스텝 S17 에서는, 기관 본체 (1) 로부터 배출되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비가 되도록, 연료 분사 밸브 (11) 로부터의 연료 분사량을 제어하는 리치 공연비 제어가 실시된다. 이 때의 목표 공연비는, 예를 들어, 13.6 이 된다.
이어서, 스텝 S18 에서는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 에 의해 2 차 공기가 간헐적으로 공급된다. 2 차 공기의 공급 주기 및 공급량은, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 도 4 에 나타낸 바와 같이 변동하도록 설정된다. 이로써, 필터 (24) 에 퇴적되어 있는 PM 이 서서히 감소해 간다.
그 후, 필터 (24) 의 PM 퇴적량 (Dpm) 이 감소하여 최소 허용치 (Dmin) 이하가 되면, 다음의 제어 루틴에서는 스텝 S16 으로부터 스텝 S19 로 진행된다. 스텝 S19 에서는, 리치 공연비 제어가 정지되고, 기관 본체 (1) 로부터 배출되는 배기 가스의 공연비가 통상 운전시의 공연비 (예를 들어, 이론 공연비 부근에 유지) 로 설정된다. 이어서, 스텝 S20 에서는, 2 차 공기 공급 장치 (25) 로부터의 2 차 공기의 공급을 정지시킬 수 있다. 이어서, 스텝 S21 에서는, 재생 실행 플래그가 OFF 로 설정되고, 제어 루틴을 종료시킬 수 있다.
변형예
다음으로, 도 6 을 참조하여, 제 1 실시형태의 변형예에 대해 설명한다. 상기 제 1 실시형태에서는, 내연 기관을 탑재한 차량의 운전 중에 필터 재생 처리가 실시된다. 그러나, 필터 재생 처리는 정비 공장 등에서 실시되도록 해도 된다.
이 경우, 차량에는, 드라이버에 필터 재생 처리가 필요한 취지의 경고를 실시하는 경고등 (도시 생략) 이 형성되고, 이 경고등은 구동 회로 (45) 를 통하여 ECU (31) 의 출력 포트에 접속된다. 경고등은, 차압 센서 (48) 에 의해 검출된 필터 (24) 의 전후 차압이 한계 차압보다 커지면 점등시킬 수 있다. 경고등을 점등시킬 수 있으면, 그 차량은 드라이버에 의해 정비 공장에 반입된다.
이 때, 내연 기관의 배기 정화 장치는, 배기관 (22) 에 2 차 공기 공급 장치를 장착하기 위한 개구 (도시 생략) 가 형성되어 있으면, 2 차 공기 공급 장치 (25) 를 구비하고 있지 않아도 된다. 이 경우, 정비 공장에서는 배기관 (22) 의 개구에 장착된 커버가 떼어내짐과 함께, 이 개구에 2 차 공기 공급 장치가 장착되고, 이 2 차 공기 공급 장치가 ECU 의 출력 포트에 접속된다. 그 후, 필터 재생 처리가 실시된다.
도 6 은, 본 변형예에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다. 도시한 제어 루틴은, 2 차 공기 공급 장치 (25) 가 장착된 후에, 일정 시간 간격마다 실행된다.
먼저, 스텝 S31 에서는, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도 (Tc) 가 활성 온도 (Tact) 이상인지의 여부가 판정되고, 활성 온도 (Tact) 미만인 경우에는, 스텝 S32 로 진행되고, 배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리가 실시된다. 배기 정화 촉매 (20) 의 승온 처리로는, 예를 들어, 배기 정화 촉매 (20) 의 주위에 전기 가열 히터를 장착하고, 이 전기 가열 히터에 전력을 공급하는 것이 고려된다.
그 후, 배기 정화 촉매 (20) 의 온도 (Tc) 가 활성 온도 (Tact) 이상으로 상승하면, 다음의 제어 루틴에서는, 스텝 S31 로부터 스텝 S33 으로 진행된다. 스텝 S33 ∼ S37 은, 기본적으로 도 5 의 스텝 S16 ∼ S20 과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
제 2 실시형태
다음으로, 도 7 을 참조하여, 제 2 실시형태에 관련된 내연 기관의 배기 정화 장치에 대해 설명한다. 제 2 실시형태에 관련된 배기 정화 장치의 구성 및 제어는 기본적으로 제 1 실시형태에 관련된 배기 정화 장치의 구성 및 제어와 동일하기 때문에, 이하에서는 제 1 실시형태에 관련된 배기 정화 장치와는 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
그런데, 2 차 공기를 간헐적으로 공급하고 있을 때, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도를 진폭으로 칭하면, 필터 재생 처리에 있어서 단위 시간에 제거되는 PM 량 (PM 제거량) 은 진폭에 따라 변화한다. 이것에 대해, 도 7 을 참조하여 설명한다.
도 7 은, 진폭과 필터 (24) 의 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중의 Tact 는 필터 (24) 의 활성 온도 (예를 들어, 300 ℃) 를 나타내고, Tpm 은 산소에 의한 PM 의 제거가 가능한 최저 온도 (예를 들어, 500 ℃) 를 나타내고, Tot 는 그 이상 필터 (24) 의 온도가 높아지면 필터 (24) 의 용손 (溶損) 등이 발생하는 한계 온도 (예를 들어, 950 ℃) 를 나타내고 있다.
또, 도면 중의 복수의 실선은, PM 제거량이 동등해지는 등제거량선을 나타낸다. 복수의 실선 중 상방에 위치하는 실선일수록 PM 제거량이 많은 등제거량선을 나타내고 있다. 따라서, 도 7 로부터 알 수 있는 바와 같이, 필터 (24) 의 온도가 일정하면, 진폭이 클수록 PM 제거량은 많아진다. 또, 진폭이 일정하면, 필터 (24) 의 온도가 높을수록 PM 제거량은 많아진다. 또한, 필터 (24) 의 온도가 높을수록, 작은 진폭으로 동일량의 PM 을 제거할 수 있다.
또, 도면 중의 영역 (A) 는, 그 영역 내의 상태에서 필터 재생 처리가 계속되면, 이윽고 필터 (24) 의 온도가 한계 온도 (Tot) 이상이 되는 영역을 나타내고 있다. 따라서, 필터 재생 처리를 실시할 때에는, 이 영역 (A) 내의 상태가 되지 않도록 진폭을 제어하는 것이 필요해진다.
또, 필터 (24) 의 온도가 최저 온도 (Tpm) 미만이어도, 필터 재생 처리를 실시하는 것에 의해 필터 (24) 에 리치 공연비의 배기 가스와 린 공연비의 배기 가스가 교대로 유입되고, 이로써 배기 가스 중의 미연 HC 나 CO 와 산소가 반응하고, 이 반응열에 의해 필터 (24) 의 온도가 최저 온도 (Tpm) 이상으로 상승한다. 도면 중의 영역 (B) 은, 그 영역 내의 상태에서 필터 재생 처리가 계속되어도 필터 (24) 의 온도는 최저 온도 (Tpm) 이상으로는 상승하지 않는 영역을 나타내고 있다. 추가로, 도면 중의 영역 (C) 은, 그 영역 내의 상태에서 필터 재생 처리가 계속되어도, 필터 (24) 상에서 미연 HC 나 CO 와 산소의 반응이 일어나지 않기 때문에, 필터 (24) 의 온도가 활성 온도 (Tact) 이상으로까지 상승하지 않는 영역을 나타내고 있다. 따라서, 필터 재생 처리를 실시할 때에는, 이 영역 (B 및 C) 의 상태가 되지 않도록 진폭을 제어하는 것이 필요해진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 필터 (24) 의 온도에 따라, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도 (진폭) 를 변화시키는 것으로 하고 있다. 도 8 은, 필터 (24) 의 온도와 진폭의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 기본적으로 필터 (24) 의 온도가 낮을수록, 진폭이 크게 된다. 이로써, 단위 시간당의 PM 제거량을 많게 유지하면서, 필터 (24) 의 온도가 과잉으로 상승하는 것이 억제된다.
단, 진폭을 지나치게 크게 하면, 최종적인 평균 공연비를 거의 이론 공연비로 하려고 했을 때에, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 리치할 때의 리치 정도를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 연소실 (5) 에 공급하는 혼합기의 공연비를 지나치게 낮게 하면 연소의 악화를 초래하는 점에서, 리치 정도를 그다지 크게 할 수는 없다.
또, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 리치할 때의 리치 정도를 변화시키지 않는 경우에는, 진폭을 지나치게 크게 하면, 최종적인 평균 공연비를 거의 이론 공연비로 하려고 했을 때에, 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비가 되고 있는 시간을 매우 길게 할 필요 있다. 그러나, 이 시간을 너무 지나치게 길게 하면, 필터 (24) 내에 있어서 리치 공연비의 배기 가스와 린 공연비의 배기 가스가 혼합되지 않게 된다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 필터 (24) 의 온도 저하에 수반하여 진폭을 크게 해나가 진폭이 소정의 진폭 (ΔLref) 에 도달하면, 그것보다 필터 (24) 의 온도가 낮은 영역에서는 진폭은 소정의 진폭 (ΔLref) 으로 유지된다.
도 9 는, 본 실시형태에 관련된 필터 재생 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로 차트이다. 도시한 제어 루틴은, 일정 시간 간격마다 실행된다. 또한, 도 9 의 스텝 S41 ∼ S47 은, 도 5 의 스텝 S11 ∼ S17 과 동일하고, 도 9 의 스텝 S49 ∼ S52 는 도 5 의 스텝 S18 ∼ S21 과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
스텝 S47 에 있어서 리치 공연비 제어가 실시되면, 이어서, 스텝 S48 에 있어서 진폭의 목표치가 산출된다. 진폭의 목표치는, 예를 들어, 도 8 에 나타낸 바와 같은 맵을 사용하여, 필터 온도 센서 (47) 에 의해 검출된 필터 (24) 의 온도에 기초하여 산출된다. 이어서, 스텝 S49 에서는, 진폭이 스텝 S48 에서 산출된 목표치가 되도록, 2 차 공기 공급 장치 (25) 에 의해 2 차 공기가 간헐적으로 공급된다. 또한, 진폭에 따라 기관 본체 (1) 로부터 배출되는 배기 가스의 공연비의 리치 정도를 변화시키는 경우에는, 연료 분사 밸브 (11) 로부터 분사되는 연료량도 스텝 S48 에서 산출된 진폭에 따라 제어된다.

Claims (8)

  1. 내연 기관의 배기 정화 장치로서,
    상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 촉매 기능을 갖는 배기 정화 촉매 (20) ;
    상기 배기 정화 촉매 (20) 보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로 내에 배치된 퍼티큘레이트 필터 (24) ;
    상기 배기 정화 촉매 (20) 보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하도록 구성된 산소 공급 장치 (25) ; 및
    상기 산소 공급 장치 (25) 로부터의 산소의 공급량을 제어하도록 구성된 전자 제어 유닛 (31) 을 구비하고,
    상기 배기 정화 촉매 (20) 의 온도가 활성 온도 이상의 소정의 온도 범위 내로서 상기 내연 기관의 본체로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비일 때, 상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 온도 범위가 400 ℃ 이상 600 ℃ 이하인, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 내연 기관의 배기 정화 장치로서,
    상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 촉매 기능을 갖는 배기 정화 촉매 (20) ;
    상기 배기 정화 촉매 (20) 보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로 내에 배치된 퍼티큘레이트 필터 (24) ;
    상기 배기 정화 촉매 (20) 보다 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하는 산소 공급 장치 (25) ; 및
    상기 산소 공급 장치 (25) 로부터의 산소의 공급량을 제어하도록 구성된 전자 제어 유닛 (31) 을 구비하고,
    상기 내연 기관의 본체로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비일 때 상기 배기 정화 촉매 (20) 에 있어서 수소 또는 암모니아가 생성되는 조건 하에 있어서, 상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 내연 기관의 배기 정화 장치로서,
    상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된 퍼티큘레이트 필터 (24) ;
    상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스 중에 산소를 함유하는 기체를 공급하는 산소 공급 장치 (25) ; 및
    상기 산소 공급 장치 (25) 로부터의 산소의 공급량을 제어하는 전자 제어 유닛 (31) 을 구비하고,
    상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 리치 공연비와 이론 공연비보다 린한 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 배기 가스 중에 공급되는 산소를 주기적으로 증감시키면 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터의 산소의 공급에 의해 NO2 가 생성되는 조건 하에 있어서, 상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하는 복수의 사이클에 있어서의 평균 공연비가 이론 공연비가 되도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 의 온도가 낮을수록, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 가장 린할 때의 린 정도를 크게 하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (31) 은, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입된 리치 공연비의 배기 가스가 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 로부터 유출되기 전에 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 린 공연비의 배기 가스가 유입되고 또한 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입된 린 공연비의 배기 가스가 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 로부터 유출되기 전에 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 리치 공연비의 배기 가스가 유입되는 주기 이하의 주기로, 상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 에 유입되는 배기 가스의 공연비가 리치 공연비와 린 공연비 사이에서 교대로 변화하도록 상기 산소 공급 장치 (25) 로부터 산소를 배기 가스 중에 주기적으로 증감시키면서 공급시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼티큘레이트 필터 (24) 는 촉매 기능을 갖는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
KR1020190087524A 2018-08-22 2019-07-19 내연 기관의 배기 정화 장치 KR20200022333A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-155556 2018-08-22
JP2018155556A JP6969522B2 (ja) 2018-08-22 2018-08-22 内燃機関の排気浄化装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200022333A true KR20200022333A (ko) 2020-03-03

Family

ID=67539280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190087524A KR20200022333A (ko) 2018-08-22 2019-07-19 내연 기관의 배기 정화 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11047286B2 (ko)
EP (1) EP3613957A1 (ko)
JP (1) JP6969522B2 (ko)
KR (1) KR20200022333A (ko)
CN (1) CN110857649B (ko)
BR (1) BR102019014819A2 (ko)
RU (1) RU2715076C1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230072564A (ko) * 2021-11-17 2023-05-25 (주) 세라컴 Ghp 엔진용 배기가스 후처리 시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3872592A1 (en) 2020-02-25 2021-09-01 Hitachi Metals, Ltd. Wire harness designing device and designing method
GB2607100B (en) * 2021-05-28 2024-08-14 Jaguar Land Rover Ltd Exhaust system, controller and method for an internal combustion engine

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3344040B2 (ja) * 1993-11-25 2002-11-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3899534B2 (ja) 1995-08-14 2007-03-28 トヨタ自動車株式会社 ディーゼル機関の排気浄化方法
WO2001061160A1 (fr) * 2000-02-16 2001-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Procede d'epuration de gaz d'echappement
DE102004046638A1 (de) * 2004-09-25 2006-03-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2007092713A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Hitachi Ltd エンジンの排気浄化装置
KR100981338B1 (ko) * 2005-10-18 2010-09-10 도요타 지도샤（주） 내연기관의 배기정화장치
DE102005062398B4 (de) 2005-12-23 2016-02-04 Volkswagen Ag Regenerieren eines Partikelfilters mit einer oxidationskatalytischen Beschichtung
JP2009019553A (ja) 2007-07-11 2009-01-29 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2009103098A (ja) 2007-10-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2010013974A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Toyota Motor Corp フィルタの再生システム及びフィルタの再生方法
JP4586911B2 (ja) * 2008-08-25 2010-11-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2010127147A (ja) * 2008-11-26 2010-06-10 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システム
US10563606B2 (en) * 2012-03-01 2020-02-18 Ford Global Technologies, Llc Post catalyst dynamic scheduling and control
JP5610083B1 (ja) * 2013-04-09 2014-10-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US9297320B2 (en) * 2014-07-25 2016-03-29 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for exhaust catalyst temperature control
JP2016153630A (ja) 2015-02-20 2016-08-25 いすゞ自動車株式会社 排気浄化システム
US9677448B2 (en) * 2015-04-17 2017-06-13 Ford Global Technologies, Llc Method and system for reducing engine exhaust emissions
DE102015212514B4 (de) 2015-07-03 2024-03-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Abgasnachbehandlung und Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine
JP6323403B2 (ja) * 2015-07-06 2018-05-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6508229B2 (ja) * 2017-02-10 2019-05-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230072564A (ko) * 2021-11-17 2023-05-25 (주) 세라컴 Ghp 엔진용 배기가스 후처리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
CN110857649A (zh) 2020-03-03
JP6969522B2 (ja) 2021-11-24
CN110857649B (zh) 2022-04-01
BR102019014819A2 (pt) 2020-03-10
US20200063630A1 (en) 2020-02-27
JP2020029818A (ja) 2020-02-27
EP3613957A1 (en) 2020-02-26
US11047286B2 (en) 2021-06-29
RU2715076C1 (ru) 2020-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4438828B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5293811B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
JPH09133032A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2004060494A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN110857649B (zh) 内燃机的排气净化装置
JP2008163856A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US11067020B2 (en) Control device of internal combustion engine, internal combustion engine, and vehicle
JP2007239752A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2007247652A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN110872965B (zh) 内燃机的排气净化装置
KR101707388B1 (ko) 내연 기관용 배기 정화 시스템
JP2010065554A (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP5994931B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5725214B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5561059B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5359360B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2010174701A (ja) フィルタの再生システム
KR101836287B1 (ko) 촉매 히팅 제어 장치 및 방법
JP2005307864A (ja) 内燃機関における空燃比制御装置、空燃比制御方法及び排気ガス浄化装置
JP2005201282A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN114673579B (zh) 内燃机的排气净化装置
JP3685063B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2023116239A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2020063689A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2005201283A (ja) 内燃機関の排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application