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KR100446843B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 Download PDF

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KR100446843B1
KR100446843B1 KR10-2001-0044368A KR20010044368A KR100446843B1 KR 100446843 B1 KR100446843 B1 KR 100446843B1 KR 20010044368 A KR20010044368 A KR 20010044368A KR 100446843 B1 KR100446843 B1 KR 100446843B1
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마츠오카히로키
오다토미히사
하라다야스오
아오야마타로
마츠시타소우이치
오키히사시
하야시고타로
이시야마시노부
시바타다이스케
마가리다나오후미
네가미아키히코
오츠보야스히코
타하라준
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 배기 정화 촉매로 환원제를 공급하는 환원제 공급 장치에 있어서, 환원제의 누출 등의 이상을 검출하고, 그와 같은 이상에 기인한 배기 배출물의 악화나 배기 정화 촉매의 파손 등의 억제에 기여하는 것으로서,
내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와, 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와, 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Emission Control System Of Internal Combustion Engine}
본 발명은 내연 기관의 배기 통로에 배치된 배기 정화 촉매에 의해, 배기 중에 포함되는 질소 산화물(NOx)을 정화하는 배기 정화 장치에 관한 것이다.
최근, 자동차 등에 탑재되는 내연 기관, 특히 디젤 기관이나 희박 연소식 가솔린 기관 처럼 산소 과잉 상태의 혼합기{소위, 린(lean) 공연비의 혼합기}에 의해서 운전되는 내연 기관에서는, 배기 중의 질소 산화물(NOx)의 양을 저감시키기 위한 여러 가지 기술이 제안되어 있다.
이러한 기술의 하나로서는, 선택 환원형 NOx촉매나 흡장 환원형 NOx촉매 등의 린 NOx촉매를 내연 기관의 배기 통로에 배치하는 기술이 알려져 있다.
선택 환원형 NOx촉매는, 산소 과잉의 분위기 하에서 탄화 수소(HC)가 존재할 때에 질소 산화물(NOx)을 환원 또는 분해하는 촉매이다.
이러한 선택 환원형 NOx촉매를 이용하여 질소 산화물(NOx)을 정화하는 경우에는, 선택 환원형 NOx촉매로 적정량의 탄화 수소(HC) 등의 환원제를 공급할 필요가 있지만, 내연 기관이 린 공연비로 운전되고 있을 때는 배기 중의 탄화 수소(HC) 양이 극히 적어지기 때문에, 내연 기관이 린 공연비로 운전되고 있을 때에 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위해서는, 선택 환원형 NOx촉매에 대하여 탄화 수소(HC) 등의 환원제를 별도로 공급할 필요가 있다.
한편, 흡장 환원형 NOx촉매는, 해당 흡장 환원형 NOx촉매에 유입되는 배기의 공연비가 린 공연비일 때에 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 흡장하고, 해당 흡장 환원형 NOx촉매에 유입되는 배기의 산소 농도가 저하하며 또한 환원제가 존재할 때는 흡장하고 있는 질소 산화물(NOx)을 계속 방출하면서 환원하는 촉매이다.
이와 같은 흡장 환원형 NOx촉매가 흡장 가능한 질소 산화물(NOx)의 양에는 한계가 있기 때문에, 내연 기관이 린 공연비로 장기간 운전되면, 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx흡장 능력이 포화하고, 배기 중에 포함되는 질소 산화물(NOx)이 정화되지 않고서 대기중으로 방출되게 된다. 따라서, 흡장 환원형 NOx촉매를 사용하여 질소 산화물(NOx)의 정화를 행하는 경우에는, 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx흡장 능력이 포화하기 전에, 해당 흡장 환원형 NOx촉매에 유입되는 배기의 공연비를 리치 공연비로 하여 배기 중의 산소 농도를 저하시키는 동시에 배기 중에 포함되는 탄화 수소(HC) 양을 증가시킬 필요가 있다.
상술한 바와 같은 NOx촉매를 이용하여 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 정화하는 구체적인 기술로서는, 예를 들면, 일본 특개평11-93641호 공보에 기재된 「내연 기관의 배기 정화 장치」가 제안되어 있다.
상기의 일본 특개평11-93641호 공보에 기재된 내연 기관의 배기 정화 장치는, 그 도중에 제 1 배기 통로와 제 2 배기 통로로 분기된 배기 통로와, 제 1 배기 통로에 설치되어 흡장 환원형 NOx촉매를 수용한 제 1 촉매 컨버터와, 제 2 배기 통로에 설치되어 선택 환원형 NOx촉매를 수용한 제 2 촉매 컨버터와, 제 1 배기관과 제 2 배기관의 분기부에 설치되고, 배기 온도가 고온으로부터 저온으로 변화하고 있을 때는 제 1 배기 통로를 차단함과 동시에 배기 온도가 저온으로부터 고온으로 변화하고 있을 때는 제 2 배기 통로를 차단하는 전환 밸브와, 제 1 촉매 컨버터로환원제를 공급하는 환원제 공급 수단을 구비하고 있다.
이러한 내연 기관의 배기 정화 장치는, 배기가 고온으로부터 저온으로 변화하고 있을 때와 같이 선택 환원형 NOx촉매의 NOx정화율이 흡장 환원형 NOx촉매보다 높아질 때는, 배기가 제 2 배기 통로를 흐르도록 전환 밸브를 제어하는 동시에, 팽창 행정 또는 배기 행정에서 부차적으로 연료 분사를 행하게 하기 위해서 내연 기관을 제어하며, 배기가 고온으로부터 저온으로 변화하고 있는 것 이외일 때 처럼 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx정화율이 선택 환원형 NOx촉매보다 높아질 때는, 배기가 제 1 배기 통로를 흐르도록 전환 밸브를 제어하는 동시에, 흡장 환원형 NOx촉매로 환원제가 첨가되도록 환원제 첨가 수단을 제어하는 것에 의해, 선택 환원형 NOx촉매와 흡장 환원형 NOx촉매를 각각의 특성에 따라서 구별지어 사용하고, 이로써 질소 산화물(NOx)의 정화율을 향상시키고자 하는 것이다.
더욱이, 상기 공보에서는, 환원제 공급 수단으로서, 제 1 촉매 컨버터에 설치된 분사 노즐과, 연료 펌프로부터 토출된 연료를 축압한 후에 연료 분사 밸브로 분배하기 위한 축압실로부터 일부의 연료를 분사 노즐로 유도하는 환원제 배관과, 환원제 배관의 도중에 설치되어 해당 환원제 배관을 흐르는 연료의 유량을 조정하는 환원제 밸브를 구비한 기구가 개시되어 있다.
그런데, 상술한 일본 특개평11-93641호 공보에 기재된 바와 같은 종래의 기술에서는, 린 NOx촉매로 환원제를 공급하는 기구에 있어서의 연료의 누출을 검출하는 것도 중요하다.
예를 들면, 환원제 공급 기구로부터 배기관으로 연료가 누출되면 린 NOx촉매로 과잉한 연료가 공급되고, 린 NOx촉매에 있어서 과잉한 양의 연료가 연소하며, 또는 연료의 일부가 린 NOx촉매로 정화되지 않고서 대기 중에 방출되는 것이 상정되고, 그 결과, 린 NOx촉매의 과열에 의한 열화나, 파손, 또는 배기 배출물(emission)의 악화가 유발될 우려가 있다.
또한, 환원제 공급 기구로부터 배기관 이외로 연료가 누출되면, 린 NOx촉매에 대하여 소망하는 양의 연료를 공급하는 것이 곤란하게 되며, 린 NOx촉매에 있어서의 질소 산화물(NOx)의 정화율이 저하하고, 이로써 배기 배출물이 악화될 우려가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 여러 가지 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 내연 기관의 배기 통로에 설치된 린 NOx촉매로 환원제를 공급하는 환원제 공급 장치에 있어서의 환원제의 누출을 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것에 의해, 환원제의 누출에 기인한 린 NOx촉매의 열화나 파손, 또는 배기 배출물의 악화를 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 일본 특개평11-93641호에서는, 환원제 공급 기구의 이상에 의해해당 환원제 공급 기구로부터 배기관으로 공급되는 환원제의 양이 부족하면, 린 NOx촉매에 있어서 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 정화할 수 없게 되며, 배기 중의 질소 산화물(NOx)이 정화되지 않고서 대기 중으로 방출될 우려도 있다.
그래서, 본 발명은 이 점을 감안하여 환원제 공급 기구의 이상을 검출하고, 환원제 공급 기구의 이상에 기인한 배기 배출물의 악화나 배기 정화 촉매의 열화 등의 억제에 기여하는 것을 목적으로 한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 환원제 공급 기구가 환원제를 분사하기 위해서 제어되었을 때, 린 NOx촉매에 실제로 유입되는 배기 또는 린 NOx촉매로부터 실제로 유출되는 배기의 공연비를 감시하는 것에 의해, 환원제 공급 기구의 이상을 검출하는 방법이 고려된다. 즉, 환원제 공급 기구가 린 NOx촉매로 환원제를 공급하기 위해서 제어되었을 때, 배기의 공연비가 환원제의 공급에 따라서 변화하였을 때는 환원제 공급 기구가 정상이라고 판정하고, 배기의 공연비가 환원제의 공급에 따라서 변화하지 않을 때는 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하는 방법이 고려된다.
그러나, 상술한 바와 같은 방법에서는, 환원제 공급 기구에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 것은 가능하지만, 환원제 공급 기구의 이상 발생 장소를 특정하는 것은 곤란하게 된다.
본 발명은 더욱이, 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치된 환원제 분사 노즐과, 내연 기관의 연료의 일부를 환원제 분사 노즐로 유도하는 환원제 공급 통로와, 환원제 공급 통로의 도중에 설치되어 환원제 분사 노즐로부터 분사되는 환원제의 양을 조정하는 조량 밸브와, 환원제 공급 통로에 있어서의 조량 밸브보다 상류에 설치되며 환원제 공급 통로를 차단하는 차단 밸브를 구비하는 환원제 공급 기구를 이용한 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 환원제 공급 기구의 이상, 특히 환원제 첨가부의 이상, 조량 밸브의 이상, 차단 밸브의 이상을 판정할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해서 하기와 같은 수단을 채용하였다.
즉, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치는,
내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와,
상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와,
상기 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
상기 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 배기 정화 촉매로 환원제를 공급할 때, 환원제 공급 기구가 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급한다.
배기 통로에 공급된 환원제는, 배기 통로의 상류로부터 흐르는 배기와 함께배기 정화 촉매로 유입된다. 이로써, 배기 정화 촉매는, 환원제를 이용하여 배기 중의 유독 가스 성분을 환원 및 정화하게 된다.
한편, 압력 검출 수단은, 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출한다. 그 때, 환원제 공급 기구에 있어서 환원제가 누출되고 있으면, 압력 검출 수단에 의해서 검출되는 압력은, 환원제 공급 기구에 있어서 환원제가 누출되고 있지 않을 때의 압력과 다른 값이 된다.
따라서, 이상 판정 수단은, 압력 검출 수단에 의해서 검출된 압력에 기초하여 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 것이 가능해진다.
더욱이, 환원제 공급 기구에 있어서 환원제의 누출이 발생하고 있지 않을 때에도, 환원제의 온도 등에 의해서 압력이 변화하기 때문에, 예를 들면, 이상 판정 수단은, 압력 검출 수단에 의해서 검출된 압력이 소정의 범위로부터 벗어났을 때, 보다 구체적으로는 압력 검출 수단에 의해서 검출된 압력이 소정의 하한치를 하회하였을 때에, 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하도록 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 환원제 공급 기구는,
환원제를 소정의 압력으로 토출하는 환원제 토출부와,
배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 설치되어 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가부와,
환원제 토출부로부터 토출된 환원제를 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로를 구비하도록 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 환원제 공급기구는,
환원제를 소정의 압력으로 토출하는 환원제 토출부와,
상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 설치되어 상기 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가부와,
상기 환원제 토출부로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 환원제 공급 통로와,
상기 환원제 토출부로부터 상기 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하는 차단부를 구비하고,
상기 환원제 압력 검출 수단은, 상기 차단부보다 하류의 상기 환원제 공급 통로내의 압력을 검출하며,
상기 이상 판정 수단은, 상기 차단부가 상기 환원제 공급 통로의 환원제의 흐름을 차단하였을 때에 상기 압력 검출 수단에 의해서 검출된 압력의 변화에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하도록 하여도 좋다.
이 경우, 이상 판정 수단은, 환원제 공급 기구에 있어서의 차단부로부터 환원제 첨가부에 도달하는 경로가 폐쇄되었을 때, 바꿔 말하면, 환원제 공급 기구 내에 폐쇄된 공간이 형성되었을 때에, 그 폐쇄 공간의 압력에 기초하여 환원제 공급 기구의 이상을 판정하게 된다.
예를 들면, 상기 폐쇄 공간 내로부터 외부로 환원제가 누출되고 있는 경우는, 폐쇄 공간 내의 압력이 저하하고, 상기 폐쇄 공간의 외부로부터 해당 폐쇄 공간 내로 환원제가 누출되고 있는 경우, 즉 상기 차단부에 환원제의 누출이 발생하고 있는 경우는, 폐쇄 공간 내의 압력이 상승한다.
따라서, 이상 판정 수단은, 상기 폐쇄 공간의 압력의 저하 또는 상승에 의해 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 누출을 판정하는 것이 가능해진다.
단, 환원제의 압력은, 온도 등의 요인에 따라서 변화하기 때문에, 이상 판정 수단은, 상기 폐쇄 공간의 압력 변화량이 소정량을 넘으면, 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하여도 좋다.
또한, 내연 기관의 운전이 정지되었을 때에 차단부가 환원제 토출부로부터 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하여 폐쇄 공간를 형성하여 두고, 압력 검출 수단이 내연 기관의 운전 정지 시에 상기 폐쇄 공간의 압력을 검출함과 동시에 내연 기관의 재시동 시에 상기 폐쇄 공간의 압력을 재차 검출하며, 이상 판정 수단이 내연 기관의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 기간에 있어서의 상기 폐쇄 공간의 압력 변화량을 구하여, 그 압력 변화량이 소정량을 넘고 있으면 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하도록 하여도 좋다.
이 경우, 내연 기관의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 비교적 긴 기간에 있어서의 폐쇄 공간의 압력 변화에 기초하여 환원제의 누출이 판정되기 때문에, 환원제의 미량의 누출도 검출하기 쉽게 된다.
본 발명에 있어서, 내연 기관으로서는, 기통내 직접 분사식의 린번 가솔린 기관이나 디젤 기관 등의 희박 연소식 내연 기관을 예시할 수 있다.
본 발명에 있어서, 배기 정화 촉매로서는, 흡장 환원형 NOx촉매나 선택 환원형 NOx촉매 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 있어서, 환원제로서는, 경유, 가솔린 등의 탄화 수소(HC)를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
본 발명에 있어서, 환원제 공급 기구의 환원제 토출부로서는, 내연 기관의 출력축(크랭크 샤프트)의 회전 토크를 구동원으로 하는 연료 펌프를 예시할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 환원제 공급 기구로서는,
상기 배기 정화 촉매로부터 상류의 배기 통로에 배치되고, 미리 설정된 밸브 개방압 이상의 환원제가 인가되었을 때에 개방하여 상기 배기 통로 내로 환원제를 첨가하는 환원제 첨가부와,
소정의 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
상기 환원제 공급 통로에 설치되고, 해당 환원제 공급 통로를 개폐하는 통로 개폐 밸브로 이루어지는 장치를 사용할 수 있다.
이 경우, 상기 압력 검출 수단은, 상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 통로 개폐 수단보다 하류에 설치되고, 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하며,
상기 이상 판정 수단은, 상기 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간 중 및 밸브 개방 기간의 전후에 있어서 상기 압력 검출 수단이 검출한 압력에 기초하여 이상을판정한다.
이와 같이 구성된 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 통로 개폐 밸브가 개방되면, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로가 도통 상태가 되기 때문에, 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제가 환원제 첨가부로 공급되고, 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 상승하게 된다. 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 밸브 개방압 이상까지 상승하면, 환원제 첨가부가 개방하여 배기 통로 내로 환원제를 첨가한다.
환원제 첨가부로부터 배기 통로 내로 첨가된 환원제는, 배기 통로의 상류로부터 흘러온 배기와 계속 혼합되면서 배기 정화 촉매로 유입된다. 이 경우, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기는, 산소 농도가 낮고 또한 환원제의 농도가 높은 배기가 되기 때문에, 배기 정화 촉매는, 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 것이 가능해진다.
또한, 통로 개폐 밸브가 개방되어 있는한, 환원제 토출부로부터 환원제 첨가부로 환원제가 계속 공급되기 때문에, 환원제 공급 통로에 있어서 통로 개폐 밸브로부터 하류의 압력은, 환원제 첨가부의 밸브 개방압 이상의 압력이 된다.
그 후, 통로 개폐 밸브가 폐쇄되면, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부에 대한 환원제의 공급이 차단되기 때문에, 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 서서히 저하한다. 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 밸브 개방압 미만까지 저하하면, 환원제 첨가부가 폐쇄하여 환원제의 첨가를 종료한다. 그 때, 통로 개폐 밸브와 환원제 첨가부 사이에 위치하는 환원제 공급 통로는, 폐쇄 공간이 되기 때문에, 통로 개폐 밸브보다 하류의 환원제 공급 통로에서의 환원제의 압력은, 환원제 첨가부의 밸브 개방압보다 낮은 압력으로 안정된다.
한편, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 이상 판정 수단이 압력 검출 수단에 의해서 검출된 압력에 기초하여 이상 판정을 행한다. 구체적으로는, 이상 판정 수단은, 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간 중에 압력 검출 수단이 검출한 압력, 상기 밸브 개방 기간의 이전에 압력 검출 수단이 검출한 압력, 및 상기 밸브 개방 기간 후에 압력 검출 수단이 검출한 압력에 기초하여, 환원제 첨가부 및 또는 통로 개폐 밸브의 이상을 판정한다.
여기서, 환원제 첨가부 및 통로 개폐 밸브가 정상일 때에 통로 개폐 밸브가 밸브 폐쇄 상태에 있으면, 상술한 바와 같이, 환원제 공급 통로에 있어서의 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력은, 환원제 첨가부의 밸브 개방압보다 낮은 압력(이하, 제 1 압력이라고 부른다)이 된다. 또한, 환원제 첨가부 및 통로 개폐 밸브가 정상일 때, 통로 개폐 밸브가 밸브 개방 상태에 있으면, 상술한 바와 같이, 환원제 공급 통로에 있어서의 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력은, 환원제 첨가부의 밸브 개방압 이상의 압력(이하, 제 2 압력이라고 부른다)이 된다.
따라서, 환원제 첨가부 및 통로 개폐 밸브가 정상일 때는, 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간보다 전에 압력 검출 수단이 검출한 압력이 상기 제 1 압력이 되고, 상기 밸브 개방 기간 중에 압력 검출 수단이 검출한 압력이 제 2 압력이 되며, 또한 상기 밸브 개방 기간 후에 압력 검출 수단이 검출한 압력이 제 1 압력이 된다.
이에 대하여, 환원제 첨가부에 막힘이 발생한 경우는, 환원제 첨가부로부터단위 시간당 첨가되는 환원제의 양이 감소하기 때문에, 밸브 개방 기간 후에 있어서 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력이 저하하기 어려워진다.
또한, 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 불량에 빠진 경우는, 환원제 첨가부가 항상 개방하게 되기 때문에, 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간보다 이전, 및 상기 밸브 개방 기간보다 이후에 있어서 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력이 제 1 압력보다 더 저하하게 된다.
또한, 통로 개폐 밸브가 밸브 개방 불량에 빠진 경우는, 통로 개폐 밸브가 항상 폐쇄되어 있기 때문에, 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력은, 밸브 개방 기간 중 및 밸브 개방 기간의 전후를 통하여 일정하게 되며, 또한 제 2 압력보다 낮은 압력이 된다.
또한, 통로 개폐 밸브가 밸브 폐쇄 불량에 빠진 경우는, 통로 개폐 밸브가 항상 개방하고 있게 되고, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부로 항상 환원제가 공급되기 때문에, 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 항상 밸브 개방압 이상이 된다. 이 결과, 통로 개폐 밸브에 더하여 환원제 첨가부도 상기 밸브 개방 상태가 되고, 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력은, 밸브 개방 기간 중 및 밸브 개방 기간의 전후를 통하여 일정하게 되며, 동시에 제 1 압력보다 높은 압력이 된다.
이상 설명한 바와 같이, 환원제 첨가부 및 또는 통로 개폐 밸브에 이상이 발생하면, 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간 중, 상기 밸브 개방 기간 이전, 또는 상기 밸브 개방 기간 이후에 있어서의 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력은, 이상의 특성에 따른 값을 나타내기 때문에, 이상 판정 수단은, 통로 개폐 밸브의 밸브 개방기간 중에 압력 검출 수단이 검출한 압력, 상기 밸브 개방 기간의 전에 압력 검출 수단이 검출한 압력, 및 상기 밸브 개방 기간 후에 압력 검출 수단이 검출한 압력에 기초하여, 환원제 첨가부 및 또는 통로 개폐 밸브의 이상을 판정하는 것이 가능해진다.
더욱이, 상기 환원제 공급 기구는,
상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치되어 미리 설정된 밸브 개방압보다 높은 압력이 인가되었을 때에 개방하는 환원제 첨가부와,
소정의 토출 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
상기 환원제 공급 통로의 도중에 설치되어 상기 환원제 토출 수단으로부터 상기 환원제 첨가부로 공급되는 환원제의 양을 조정하는 조량 밸브와,
상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 조량 밸브보다 상류에 설치되어 해당 환원제 공급 통로를 차단하는 차단 밸브를 구비한 장치로 할 수 있다.
이 경우, 상기 압력 검출 수단은, 상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 조량 밸브와 상기 차단 밸브 사이에 설치되어 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하게 되며,
상기 이상 판정 수단은, 상기 조량 밸브 및 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치와 그 후에 상기 조량 밸브가 밸브 개방 제어되고 더욱이 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여상기 차단 밸브 또는 상기 조량 밸브 또는 상기 환원제 첨가부의 이상을 판정하는 것으로 한다.
이와 같이 구성된 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 배기 정화 촉매로 환원제를 공급하는 필요가 생겼을 때는, 차단 밸브 및 조량 밸브가 밸브 개방 제어된다. 차단 밸브 및 조량 밸브가 개방되면, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로가 도통 상태가 되고, 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제가 환원제 첨가부에 인가된다. 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 해당 환원제 첨가부의 밸브 개방압보다 높아지면, 환원제 첨가부가 개방하여, 배기 통로 내로 환원제가 분사되게 된다.
배기 통로 내에 분사된 환원제는, 배기 통로의 상류로부터 흘러온 배기와 서로 혼합되면서 배기 정화 촉매에 유입하고, 배기 중의 유해 가스 성분을 환원 및 정화한다. 그 후, 조량 밸브가 폐쇄되면, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부에 대한 환원제의 공급이 차단되기 때문에, 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 서서히 저하한다. 환원제 첨가부에 인가되는 환원제의 압력이 상기 밸브 개방압 이하로 되면, 환원제 첨가부가 폐쇄하고, 배기 통로 내로의 환원제의 분사가 정지된다.
또한, 이상 판정 수단은, 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때에, 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 조량 밸브가 개폐 제어되었을 때의 각각의 상태에서의 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여 환원제 첨가부, 조량 밸브, 차단 밸브의 이상을 판정한다.
여기서, 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태에 있으며, 또한 차단 밸브가 밸브 개방 상태에 있을 때는, 차단 밸브로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로가 조량 밸브를 경계로 하여 두 개의 공간으로 구획된다. 이 때, 조량 밸브보다도 상류에서 환원제의 누출이 발생하고 있지 않으면, 조량 밸브보다 상류의 공간에 있어서의 환원제의 압력은, 환원제 토출 수단이 환원제를 토출하고 있을 때에 인가되는 환원제의 압력(이하 「환원제 토출 수단 운전 압력」이라고 한다)과 거의 같은 압력이 된다. 또한, 조량 밸브보다도 하류에서는, 환원제 첨가부가 소정 압력으로 개방하여 환원제의 압력이 저하하기 때문에, 환원제의 압력은, 환원제 첨가부의 밸브 개방 압력과 거의 같은 압력으로 되어 있다.
더욱이 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되면, 조량 밸브로부터 차단 밸브에 도달하는 환원제 공급 통로는 조량 밸브 및 차단 밸브로 폐쇄된 공간이 된다. 이 때, 환원제의 누출이나 밸브의 개폐 이상이 없으면, 압력의 변화는 없다. 이러한 상황 하에서, 조량 밸브가 밸브 개방 제어되면, 환원제 토출 수단 운전 시 압력의 환원제가 저장되어 있는 공간과, 환원제 첨가부의 밸브 개방 압력으로 되어 있는 환원제가 저장되어 있는 공간이 연결된다. 그리고, 조량 밸브 개방 제어 후의 차단 밸브로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 환원제 첨가부에서 환원제가 첨가됨과 동시에 서서히 저하한다.
그러나, 조량 밸브의 밸브 개방 제어가 행해진 후, 즉시 조량 밸브의 밸브 폐쇄 제어가 행해지면, 차단 밸브로부터 조량 밸브에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 환원제 토출 수단 운전 시 압력과, 환원제 첨가부의 밸브개방 압력 사이의 소정 압력이 된다. 이 때에, 이 소정치보다도 압력 검출 수단으로부터 얻어진 압력이 낮은 경우에는, 조량 밸브가 개방된 채로 작동 불량에 빠져, 환원제가 환원제 첨가부에서 계속 첨가되고 있다고 고려된다.
또한, 이 때에 압력 검출 수단으로부터 얻어진 압력이, 환원제 토출 수단 운전 시 압력과 동일한 경우에는, 환원제 첨가부로부터 환원제의 첨가가 행해지지 않고, 따라서 환원제의 압력이 저하하지 않게 된다. 이와 같이 환원제 첨가부로부터 환원제의 첨가가 행해지지 않는 원인으로서는, 환원제 첨가부의 막힘, 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 것이 고려된다.
그런데, 차량 정지 직후에는 환원제 토출 수단은, 타성(惰性)으로 환원제의 토출을 행하지만, 시간이 경과함에 동반하여 서서히 토출량이 저하되어 간다. 이러한 때에 상기와 같은, 조량 밸브의 밸브 개방 제어와 밸브 폐쇄 제어를 복수회 행하면, 차단 밸브로부터 조량 밸브에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 서서히 저하한다. 그러나, 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있을 때에는, 환원제 토출 수단으로부터의 잔류압에 의해서 압력 검출 수단에 의해서 검출되는 압력은 저하하지 않는다. 이렇게 하여, 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우를 판별할 수 있다.
이 결과, 이상 판정 수단은, 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여, 조량 밸브, 차단 밸브, 환원제 첨가부의 이상을 검출하고, 어느 정도의 이상 부위의 특정과 이상 원인의 특정을 행하는 것이 가능해진다.
더욱이, 상기 환원제 공급 기구는, 상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치되어 환원제를 첨가하기 위해서 개방되는 환원제 첨가부와,
소정의 토출 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 환원제 첨가부보다 상류에 설치되어 해당 환원제 공급 통로를 차단하는 차단 밸브를 구비한 구성으로 하는 것도 가능하다.
이 경우, 상기 압력 검출 수단은, 상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 환원제 첨가부와 상기 차단 밸브 사이에 설치되고, 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하도록 하며,
상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 첨가부 및 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치와 그 후에 상기 환원제 첨가부가 밸브 개방 제어되고 더욱이 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 차단 밸브 또는 상기 환원제 첨가부의 이상을 판정한다.
이와 같이 구성된 내연 기관의 배기 정화 장치에서는, 배기 정화 촉매로 환원제를 공급할 필요가 생겼을 때는, 차단 밸브 및 환원제 첨가부가 밸브 개방 제어된다. 차단 밸브 및 환원제 첨가부가 개방되면, 환원제 토출 수단으로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로가 도통 상태가 되며, 배기 통로 내로 환원제가 분사되게 된다.
배기 통로 내에 분사된 환원제는, 배기 통로의 상류로부터 흘러온 배기와 서로 혼합되면서 배기 정화 촉매에 유입되고, 배기 중의 유해 가스 성분을 환원 및 정화한다. 그 후, 환원제 첨가부가 폐쇄되면, 환원제 토출 수단으로부터의 환원제의 공급이 차단되고, 배기 통로 내로의 환원제의 분사가 정지된다.
또한, 이상 판정 수단은, 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때, 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 환원제 첨가부가 개폐 제어되었을 때의 각각의 상태에서의 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여 환원제 첨가부, 또는 차단 밸브의 이상을 판정한다.
여기서, 환원제 첨가부보다도 상류에서 환원제의 누출이 발생하고 있지 않으면, 환원제 첨가부보다 상류의 환원제 공급 통로 내에 있어서의 환원제의 압력은, 환원제 토출 수단이 환원제를 토출하고 있을 때에 인가되는 환원제의 압력(이하 「환원제 토출 수단 운전 시 압력」이라고 한다)과 거의 같은 압력이 된다.
더욱이 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되면, 환원제 첨가부에서 차단 밸브에 도달하는 환원제 공급 통로는 차단 밸브 및 환원제 첨가부에서 폐쇄된 공간이 된다. 이 때에, 환원제의 누출이나 밸브의 개폐 이상이 없으면, 압력의 변화는 없다. 이러한 상황 하에서, 환원제 첨가부가 밸브 개방 제어되면, 차단 밸브로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 환원제 첨가부로부터 환원제가 첨가됨과 동시에 서서히 저하한다.
그러나, 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어가 행해진 후, 즉시 환원제 첨가부의 밸브 폐쇄 제어가 행해지면, 차단 밸브로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 환원제 토출 수단 운전 시 압력과, 환원제 첨가부의 밸브 개방 압력 사이의 소정 압력이 된다. 이 때에, 이 소정치보다도 압력 검출 수단으로부터 얻어진 압력이 낮은 경우에는, 환원제 첨가부가 개방한 채로 작동 불량에 빠지고, 환원제가 환원제 첨가부로부터 계속 첨가되고 있다고 고려된다.
또한, 이 때에 압력 검출 수단으로부터 얻어진 압력이, 환원제 토출 수단 운전 시 압력과 동일한 경우에는, 환원제 첨가부로부터 환원제의 첨가가 행해지지 않고, 따라서 환원제의 압력이 저하하지 않게 된다. 이와 같이 환원제 첨가부로부터 환원제의 첨가가 행해지지 않는 원인으로서는, 환원제 첨가부의 막힘 또는 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 것이 고려된다.
그런데, 차량 정지 직후에는 환원제 토출 수단은, 타성으로 환원제의 토출을 행하지만, 시간이 경과함에 동반하여 서서히 토출량이 저하되어 간다. 이러한 때에 상기와 같은, 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어와 밸브 폐쇄 제어를 복수회 행하면, 차단 밸브로부터 환원제 첨가부에 도달하는 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력은, 서서히 저하한다. 그러나, 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있을 때에는, 환원제 토출 수단으로부터의 잔류압에 의해서 압력 검출 수단에 의해서 검출되는 압력은 저하하지 않는다. 이와 같이 하여, 환원제 첨가부의 막힘 또는 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우와, 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우를 판단할 수 있다.
이 결과, 이상 판정 수단은, 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여, 차단 밸브 또는 환원제 첨가부의 이상을 검출하고, 어느 정도의 이상 부위의 특정과 이상원인의 특정을 행하는 것이 가능해진다.
더욱이, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서, 압력 검출 수단의 검출치가 소정 압력이 되는 시기, 바꾸어 말하면, 차단 밸브와 조량 밸브의 사이에 위치하는 환원제 공급 통로에 있어서의 환원제 압력이 소정 압력이 되는 시기로서는, 환원제 토출 수단이 작동을 정지한 직후를 예시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치를 적용하는 내연 기관과 그의 흡배기 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2a는 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx흡장 메카니즘을 설명하는 도면.
도 2b는 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx방출 메카니즘을 설명하는 도면.
도 3은 ECU의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 펌프 대응 압력과 기관 회전수의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 제 1 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 6은 제 2 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 7은 제 3 실시예에 있어서의 제 1 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 8은 제 3 실시예에 있어서의 제 2 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 9는 제 4 실시예를 도시하는 내연 기관과 그의 흡배기 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 10은 제 4 실시예에서 정상시에 있어서의 연료 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 11은 제 4 실시예에서 환원제 분사 밸브에 막힘이 발생한 경우에 있어서의 연료 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 12는 제 4 실시예에서 환원제 분사 밸브가 밸브 폐쇄 불량에 빠진 경우에 있어서의 연료 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 13은 제 4 실시예에서 유량 조정 밸브가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠진 경우에 있어서의 연료 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 14는 제 4 실시예에서 유량 조정 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠진 경우에 있어서의 연료 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 15는 제 5 실시예에 있어서의 유량 조정 밸브 및 환원제 분사 밸브가 정상일 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 16은 제 5 실시예에서 유량 조정 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠질 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 17은 제 5 실시예에서 유량 조정 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 환원제 분사 밸브에 막힘이 발생하고 있을 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 18은 제 5 실시예에서 유량 조정 밸브, 환원제 분사 밸브, 차단 밸브가 정상일 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 19는 제 5 실시예서 유량 조정 밸브, 환원제 분사 밸브가 정상이고, 또한차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠질 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 20은 제 5 실시예에 있어서의 이상 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 21은 제 6 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치를 적용하는 내연 기관과 그의 흡배기 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 22는 제 6 실시예에 있어서의 이상 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도.
도 23은 제 6 실시예에서 환원제 분사 밸브가 정상일 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 24는 제 6 실시예에서 환원제 분사 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠질 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 25는 제 6 실시예에서 환원제 분사 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 환원제 분사 밸브에 막힘이 발생하고 있을 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 26은 제 6 실시예에서 환원제 분사 밸브, 차단 밸브가 정상일 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
도 27은 제 6 실시예에서 환원제 분사 밸브가 정상이고, 또한 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있을 때의 환원제 압력의 거동을 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 내연 기관 2 : 기통
3 : 연료 분사 밸브 4 : 커먼 레일
4a : 커먼 레일 센서 5 : 연료 공급관
6 : 연료 펌프 7 : 벨트
8 : 흡기 분기관 9 : 흡기관
10 : 에어 클리너 박스 11 : 공기 유량계
12 : 흡기 온도 센서 13 : 흡기 스로틀 밸브
14 : 흡기 스로틀용 액추에이터 15 : 원심 과급기
15a : 압축기 하우징 15b : 터빈 하우징
16 : 중간 냉각기 17 : 흡기관 압력 센서
18 : 배기 분기관 19 : 배기관
20 : 배기 정화 촉매 21 : 배기 스로틀 밸브
22 : 배기 스로틀용 액추에이터 23 : 공연비 센서
24 : 배기 온도 센서 25 : EGR 통로
26 : EGR 밸브 27 : EGR 냉각기
이하, 본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치가 구체적인 실시예에 관해서 도면에 기초하여 설명한다. 여기서는, 본 발명에 따른 환원제 공급 장치를 차량 구동용의 디젤 기관에 적용한 경우를 예로서 설명한다.
〈제 1 실시예〉
우선, 본 발명에 따른 환원제 공급 장치의 제 1 실시예에 대하여 도 1 내지 도 5에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명을 적용하는 내연 기관과 그의 흡배기 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 내연 기관(1)은, 4개의 기통(2)을 갖는 수냉식의 4-행정 디젤 기관이다.
내연 기관(1)은, 각 기통(2)의 연소실에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(3)를 구비하고 있다. 각 연료 분사 밸브(3)는, 연료를 소정압까지 축압하는 축압실(커먼 레일)(common rail)(4)과 접속되어 있다. 이 커먼 레일(4)에는, 해당 커먼 레일(4) 내의 연료의 압력에 대응한 전기 신호를 출력하는 커먼 레일압 센서(4a)가 설치되어 있다.
상기 커먼 레일(4)은, 연료 공급관(5)을 통하여 연료 펌프(6)와 연통하고 있다. 이 연료 펌프(6)는, 내연 기관(1)의 출력축(크랭크 샤프트)의 회전 토크를 구동원으로서 작동하는 펌프이고, 해당 연료 펌프(6)의 입력축에 설치된 펌프(6)가 내연 기관(1)의 출력축(크랭크 샤프트)에 설치된 크랭크 풀리(1a)와 벨트(7)를 통하여 연결되어 있다.
이와 같이 구성된 연료 분사 시스템에서는, 크랭크 샤프트의 회전 토크가 연료 펌프(6)의 입력축으로 전달되면, 연료 펌프(6)는, 크랭크 샤프트로부터 해당 연료 펌프(6)의 입력축으로 전달된 회전 토크에 따른 압력으로 연료를 토출한다.
상기 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료는, 연료 공급관(5)을 통하여 커먼 레일(4)로 공급되고, 커먼 레일(4)에 의해 소정압까지 축압되어 각 기통(2)의 연료 분사 밸브(3)로 분배된다. 그리고, 연료 분사 밸브(3)에 구동 전류가 인가되면, 연료 분사 밸브(3)가 개방하고, 그 결과 연료 분사 밸브(3)로부터 기통(2) 내로 연료가 분사된다.
다음, 내연 기관(1)에는 흡기 분기관(8)이 접속되어 있고, 흡기 분기관(8)의 각 분기관은 각 기통(2)의 연소실과 도시하지 않는 흡기 포트를 통하여 연통하고 있다.
상기 흡기 분기관(8)은 흡기관(9)에 접속되고, 이 흡기관(9)은 에어 클리너 박스(10)에 접속되어 있다. 상기 에어 클리너 박스(10)보다 하류의 흡기관(9)에는, 해당 흡기관(9) 내를 흐르는 흡기의 질량에 대응한 전기 신호를 출력하는 공기 유량계(air flow meter)(11)와, 해당 흡기관(9) 내를 흐르는 흡기의 온도에 대응한전기 신호를 출력하는 흡기 온도 센서(12)가 설치되어 있다.
상기 흡기관(9)에 있어서의 흡기 분기관(8)의 바로 상류에 위치하는 부위에는, 해당 흡기관(9) 내를 흐르는 흡기의 유량을 조절하는 흡기 스로틀 밸브(13)가 설치되어 있다. 이 흡기 스로틀 밸브(13)에는, 스텝 모터 등으로 구성되어 해당 흡기 스로틀 밸브(13)를 개폐 구동하는 흡기 스로틀용 액추에이터(14)가 설치되어 있다.
상기 공기 유량계(11)와 상기 흡기 스로틀 밸브(13) 사이에 위치하는 흡기관(9)에는, 배기의 열 에너지를 구동원으로서 작동하는 원심 과급기(터보 챠처)( turbo charger)(15)의 압축기 하우징(15a)이 설치되고, 압축기 하우징(15a)보다 하류의 흡기관(9)에는, 상기 압축기 하우징(15a) 내에서 압축되어 고온이 된 흡기를 냉각하기 위한 중간 냉각기(intercooler)(16)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 흡기 시스템에서는, 에어 클리너 박스(10)에 유입한 흡기는, 해당 에어 클리너 박스(10) 내의 도시하지 않는 에어 클리너에 의해서 흡기 중의 티끌이나 먼지 등이 제거된 후, 흡기관(9)을 통하여 압축기 하우징(15a)에 유입된다.
압축기 하우징(15a)에 유입된 흡기는, 해당 압축기 하우징(15a)에 내장된 압축기 휠의 회전에 의해서 압축된다. 상기 압축기 하우징(15a) 내에서 압축되어 고온이 된 흡기는, 중간 냉각기(16)에서 냉각된 후, 필요에 따라서 흡기 스로틀 밸브(13)에 의해서 유량이 조절되어 흡기 분기관(8)에 유입된다. 흡기 분기관(8)에 유입한 흡기는, 각 분기관을 통하여 각 기통(2)의 연소실로 분배되고, 각기통(2)의 연료 분사 밸브(3)로부터 분사된 연료를 착화원으로서 연소된다.
한편, 내연 기관(1)에는 배기 분기관(18)이 접속되고, 배기 분기관(18)의 각 분기관이 도시하지 않는 배기 포트를 통하여 각 기통(2)의 연소실과 연통하고 있다.
상기 배기 분기관(18)은 상기 원심 과급기(15)의 터빈 하우징(15b)과 접속되어 있다. 상기 터빈 하우징(15b)은 배기관(19)과 접속되고, 이 배기관(19)은 하류에서 도시하지 않는 머플러(muffler)에 접속되어 있다.
상기 배기관(19)의 도중에는, 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하기 위한 배기 정화 촉매(20)가 배치되어 있다. 배기 정화 촉매(20)보다 하류의 배기관(19)에는, 해당 배기관(19) 내를 흐르는 배기의 공연비에 대응한 전기 신호를 출력하는 공연비 센서(23)와, 해당 배기관(19) 내를 흐르는 배기의 온도에 대응한 전기 신호를 출력하는 배기 온도 센서(24)가 설치되어 있다.
상술한 공연비 센서(23) 및 배기 온도 센서(24)보다 하류의 배기관(19)에는, 해당 배기관(19) 내를 흐르는 배기의 유량을 조절하는 배기 스로틀 밸브(21)가 설치되어 있다. 이 배기 스로틀 밸브(21)에는, 스텝 모터 등으로 구성되어 해당 배기 스로틀 밸브(21)를 개폐 구동하는 배기 스로틀용 액추에이터(22)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 배기 시스템에서는, 내연 기관(1)의 각 기통(2)에서 연소된 혼합기(기연 가스)가 배기 포트를 통하여 배기 분기관(18)으로 배출되고, 이어서 배기 분기관(18)으로부터 원심 과급기(15)의 터빈 하우징(15b)으로 유입된다.터빈 하우징(15b)에 유입된 배기는, 해당 배기가 가지는 열 에너지를 이용하여 터빈 하우징(15b) 내에 회전 자유롭게 지지된 터빈 휠을 회전시킨다. 그 때, 터빈 휠의 회전 토크는, 상술한 압축기 하우징(15a)의 압축기 휠로 전달된다.
상기 터빈 하우징(15b)으로부터 배출된 배기는, 배기관(19)을 통하여 배기 정화 촉매(20)로 유입되고, 배기 중의 유해 가스 성분이 제거 또는 정화된다. 배기 정화 촉매(20)로써 유해 가스 성분을 제거 또는 정화된 배기는, 필요에 따라서 배기 스로틀 밸브(21)에 의해서 유량이 조절된 후에 머플러를 통하여 대기 중에 방출된다.
또한, 배기 분기관(18)과 흡기 분기관(8)은, 배기 분기관(18) 내를 흐르는 배기의 일부를 흡기 분기관(8)으로 재순환시키는 배기 재순환 통로(EGR 통로)(25)를 통하여 연결되어 있다. 이 EGR 통로(25)의 도중에는, 전자 밸브 등으로 구성되고, 인가 전력의 크기에 따라서 상기 EGR 통로(25) 내를 흐르는 배기(이하, EGR 가스라고 부른다)의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(EGR 밸브)(26)가 설치되어 있다.
상기 EGR 통로(25)에 있어서 EGR 밸브(26)보다 상류의 부위에는, 해당 EGR 통로(25) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하는 EGR 냉각기(27)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 배기 재순환 기구에서는, EGR 밸브(26)가 개방되면, EGR 통로(25)가 도통 상태로 되고, 배기 분기관(18) 내를 흐르는 배기의 일부가 상기 EGR 통로(25)로 유입되며, EGR 냉각기(27)를 지나서 흡기 분기관(8)으로 유도된다.
그 때, EGR 냉각기(27)에서는, EGR 통로(25) 내를 흐르는 EGR 가스와 소정의냉매의 사이에서 열 교환이 행해져서, EGR 가스가 냉각되게 된다.
EGR 통로(25)를 통하여 배기 분기관(18)으로부터 흡기 분기관(8)으로 환류된 EGR 가스는, 흡기 분기관(8)의 상류로부터 흘러온 신기(新氣)와 계속 혼합하여 각 기통(2)의 연소실로 유도되고, 연료 분사 밸브(3)로부터 분사되는 연료를 착화원으로서 연소된다.
여기서, EGR 가스에는, 물(H20)이나 이산화탄소(CO2) 등과 같이, 스스로가 연소하지 않고서, 또한 흡연성을 갖는 불활성 가스 성분이 포함되어 있기 때문에, EGR 가스가 혼합기 중에 함유되면, 혼합기의 연소 온도가 낮아지고, 따라서 질소 산화물(NOx)의 발생량이 억제된다.
더욱이, EGR 냉각기(27)에 있어서 EGR 가스가 냉각되면, EGR 가스 자체의 온도가 저하함과 동시에 EGR 가스의 부피가 축소되기 때문에, EGR 가스가 연소실 내에 공급되었을 때 해당 연소실 내의 분위기 온도가 불필요하게 상승하는 일이 없어짐과 동시에, 연소실 내에 공급되는 신기의 양(신기의 체적)이 불필요하게 감소하는 일도 없다.
다음에, 본 실시예에 따른 배기 정화 촉매(20)에 대하여 구체적으로 설명한다.
배기 정화 촉매(20)는, 환원제의 존재 하에서 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 정화하는 NOx촉매이다. 이러한 NOx촉매로서는, 선택 환원형 NOx촉매나 흡장 환원형 NOx촉매 등을 예시할 수 있지만, 여기서는 흡장 환원형 NOx촉매를 예로 들어설명한다. 이하, 배기 정화 촉매(20)를 흡장 환원형 NOx촉매(20)라고 부르기로 한다.
흡장 환원형 NOx촉매(20)는, 예를 들면, 알루미나(Al203)를 담체로 하여, 이 담체 상에 예를 들면 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속과, 바륨((Ba), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리토류와, 란탄(La), 이트륨(Y)과 같은 희토류 중으로부터 선택된 적어도 1개와, 백금(Pt)과 같은 귀금속을 담지하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 흡장 환원형 NOx촉매(20)는, 해당 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비(이하, 배기 공연비라고 부른다)가 린 공연비 일 때는 배기 중의 질소 산화물(NOx)을 흡장하여, 유입 배기의 산소 농도가 저하하고 또한 환원제가 존재할 때는 흡장하고 있는 질소 산화물(NOx)을 방출하면서 환원 및 정화한다.
더욱이, 여기서 말하는 배기 공연비는, 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로, 연소실, 흡기 통로 등에 공급된 공기량의 합계와 연료(탄화 수소)량의 합계의 비를 의미하는 것으로 한다. 따라서, 흡장 환원형 NOx촉매(20)보다 상류의 배기 통로 내에 연료, 환원제, 또는 공기가 공급되지 않는 한은, 배기 공연비는 연소실에 공급되는 혼합기의 공연비와 일치한다.
여기서, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡방출 메카니즘에 대하여, 알루미나로 이루어지는 담체 상에 백금(Pt) 및 바륨(Ba)이 담지된 흡장 환원형 NOx촉매를 예로서 설명한다.
흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡방출 작용은, 대략 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같은 메카니즘으로 행해지고 있다고 고려되고 있다.
우선, 흡장 환원형 NOx촉매(20)는, 해당 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비가 린 공연비로 되어 배기 중의 산소 농도가 높아지면, 도 2a에 도시되는 바와 같이, 배기 중의 산소(02)가 02 ­또는 02­의 형태로 백금(Pt)의 표면 상에 부착하고, 배기 중의 일산화질소(NO)가 백금(Pt)의 표면상에서 02 ­또는 02­와 반응하여 이산화질소(NO2)를 형성한다(2NO+02→2NO2). 이산화질소(NO2)는, 백금(Pt)의 표면 상에서 계속 산화되면서 산화 바륨(BaO)과 결합하여 질산 이온(NO3 -)을 형성한다. 이와 같이 배기 중의 질소 산화물(NOx)은, 질산 이온(NO3 -)으로서 흡장 환원형 NOx촉매에 흡장된다.
상술한 바와 같은 NOx흡장 작용은, 유입 배기의 공연비가 린이고, 또한 흡장 환원형 NOx촉매의 NOx흡장 능력이 포화하지 않는 한 계속된다.
이에 대하여, 흡장 환원형 NOx촉매(20)는, 유입 배기의 산소 농도가 저하하면, 이산화질소(NO2)의 생성량이 감소하기 때문에, 산화 바륨(BaO)과 결합하고 있는 질산 이온(NO3 -)이 반대로 이산화질소(NO2)나 일산화질소(NO)로 되어 흡장 환원형 NOx촉매로부터 이탈한다.
즉, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 산소 농도가 저하하면 질산 이온(NO3-)의 형태로 흡장 환원형 NOx촉매에 흡장되어 있던 질소 산화물(NOx)이 이산화질소(NO2)나 일산화질소(NO)로 되어 흡장 환원형 NOx촉매로부터 방출되게 된다.
흡장 환원형 NOx촉매(20)로부터 방출된 질소 산화물(NOx)은, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 배기 중에 포함되는 환원 성분{예를 들면, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 백금(Pt) 상의 산소(O2-) 또는 산소(O2-)와 반응하여 부분 산화한 탄화 수소(HC)나 일산화탄소(CO) 등의 활성종}과 반응하여 질소(N2) 등으로 환원된다.
즉, 배기 중의 탄화 수소(HC) 및 일산화탄소(CO)는, 백금(Pt) 상에서 02 -또는 02-와 반응하여 산화되고, 그것에 의하여 백금(Pt) 상의 02 -또는 02-가 소비되더라도 또 탄화 수소(HC)나 일산화탄소(CO)가 잔존하고 있으면, 그 탄화 수소(HC)나 일산화탄소(CO)가 흡장 환원형 NOx촉매(20)로부터 방출된 질소 산화물(NOx) 및 내연 기관(1)으로부터 배출된 질소 산화물(NOx)과 반응하고, 그 결과, 질소 산화물(NOx)이 질소(N2)로 환원된다.
따라서, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 하는 것에 의해, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 흡장되어 있던 질소 산화물(NOx)을 방출시키면서 환원하는 것이 가능해진다.
그런데, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡장 능력에는 한계가 있기 때문에, 장기에 걸쳐서 린 공연비의 배기가 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되면, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡장 능력이 포화하고, 배기 중의 질소 산화물(NOx)이 흡장 환원형 NOx촉매(20)로써 제거 또는 정화되지 않고서 대기 중에 방출되어 버리게 된다.
그러나, 내연 기관(1)과 같은 디젤 기관에서는, 대부분의 운전 영역에 있어서 린 공연비의 혼합기가 연소되고, 그에 따라서 대부분의 운전 영역에서 배기의 공연비가 린 공연비로 되기 때문에, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡장 능력이 포화하기 쉽다.
따라서, 디젤 기관과 같은 희박 연소식 내연 기관에 흡장 환원형 NOx촉매(20)를 적용하는 경우는, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 NOx흡장 능력이 포화하기 전에 소정의 타이밍으로 배기의 공연비를 이론 공연비 또는 리치 공연비로 할필요가 있다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 내연 기관(1)은, 흡장 환원형 NOx촉매(20)보다 상류의 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제인 연료(경유)를 첨가하는 환원제 공급 기구를 구비하도록 하였다.
상기 환원제 공급 기구는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 그 분출 구멍이 배기 분기관(18) 내에 임하도록 내연 기관(1)의 실린더 헤드에 설치되고, 소정의 밸브 개방압 이상의 연료가 인가되었을 때에 개방하여 연료를 분사하는 환원제 분사 밸브(28)와, 상술한 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료를 상기 환원제 분사 밸브(28)로 유도하는 환원제 공급 통로(29)와, 이 환원제 공급 통로(29)의 도중에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내를 흐르는 연료의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(30)와, 이 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내의 연료의 흐름을 차단하는 차단 밸브(31)와, 상기 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내의 압력에 대응한 전기 신호를 출력하는 환원제 압력 센서(32)를 구비하고 있다.
더욱이, 환원제 분사 밸브(28)는, 해당 환원제 분사 밸브(28)의 분출 구멍이 배기 분기관(18)에 있어서의 EGR 통로(25)와의 접속 부위보다 하류이고, 배기 분기관(18)에 있어서의 4개의 분기관의 집합부에 가장 가까운 기통(2)의 배기 포트에 돌출하는 동시에, 배기 분기관(18)의 집합부로 향하도록 실린더 헤드에 설치되는 것이 바람직하다.
이것은, 환원제 분사 밸브(28)로부터 분사된 환원제(미연의 연료 성분)이 EGR 통로(25)로 유입하는 것을 방지함과 동시에, 환원제가 배기 분기관(18) 내에 머무르지 않고서 원심 과급기의 터빈 하우징(15b)에 도달하도록 하기 위함이다.
또한, 도 1에 도시하는 예에서는, 내연 기관(1)의 4개의 기통(2) 중 1번(#1) 기통(2)이 배기 분기관(18)의 집합부와 가장 가까운 위치에 있기 때문에, 1번(#1) 기통(2)의 배기 포트에 환원제 분사 밸브(28)가 설치되어 있지만, 1번(#1)기통(2) 이외의 기통(2)이 배기 분기관(18)의 집합부와 가장 가까운 위치에 있을 때는, 그 기통(2)의 배기 포트에 환원제 분사 밸브(28)가 설치되도록 한다.
또한, 상기 환원제 분사 밸브(28)는, 실린더 헤드에 형성된 도시하지 않는 워터 재킷을 관통하거나, 워터 재킷에 근접하여 설치되도록 하고, 상기 워터 재킷을 흐르는 냉각수를 이용하여 환원제 분사 밸브(28)를 냉각하도록 하여도 좋다.
이러한 환원제 공급 기구에서는, 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)로 인가된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상에 도달하면, 해당 환원제 분사 밸브(28)가 개방하여 배기 분기관(18) 내로 환원제로서의 연료가 분사된다.
환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18) 내로 분사된 환원제는, 배기 분기관(18)의 상류로부터 흘러온 배기와 함께 터빈 하우징(15b)으로 유입한다. 터빈 하우징(15b) 내에 유입한 배기와 환원제는, 터빈 휠의 회전에 의해서 교반되어 균질하게 혼합되어, 리치 공연비의 배기를 형성한다.
이렇게 하여 형성된 리치 공연비의 배기는, 터빈 하우징(15b)으로부터 배기관(19)을 통하여 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되고, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 흡장되어 있던 질소 산화물(NOx)을 방출시키면서 질소(N2)에 환원하게 된다.
그 후, 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄되어 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)로의 환원제의 공급이 차단되면, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 상기 밸브 개방압 미만이 되고, 그 결과, 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄하여, 배기 분기관(18) 내로의 환원제의 첨가가 정지된다.
상술한 바와 같이 구성된 내연 기관(1)에는, 해당 내연 기관(1)을 제어하기 위한 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit)(35)이 병설되어 있다. 이 ECU(35)는, 내연 기관(1)의 운전 조건이나 운전자의 요구에 따라서 내연 기관(1)의 운전 상태를 제어하는 유닛이다.
ECU(35)에는, 커먼 레일압 센서(4a), 공기 유량계(11), 흡기 온도 센서(12), 흡기관 압력 센서(17), 공연비 센서(23), 배기 온도 센서(24), 환원제 압력 센서(32), 크랭크 포지션 센서(33), 수온 센서(34), 액셀 개방도 센서(36) 등의 각종 센서가 전기 배선을 통하여 접속되며, 상술한 각종 센서의 출력 신호가 ECU(35)에 입력되도록 되어 있다.
한편, ECU(35)에는, 연료 분사 밸브(3), 흡기 스로틀용 액추에이터(14), 배기 스로틀용 액추에이터(22), EGR 밸브(26), 유량 조정 밸브(30), 차단 밸브(31) 등이 전기 배선을 통하여 접속되고, 상술한 각 부분을 ECU(35)가 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.
여기서, ECU(35)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 쌍방향성 버스(350)에 의해서 상호 접속된, CPU(351)와, ROM(352)과, RAM(353)과, 백업 RAM(354)과, 입력 포트(356)와, 출력 포트(357)를 구비함과 동시에, 상기 입력 포트(356)에 접속된 A/D 컨버터(A/D)(355)를 구비하고 있다.
상기 입력 포트(356)는, 크랭크 포지션 센서(33)와 같이 디지털 신호 형식의 신호를 출력하는 센서의 출력 신호를 입력하고, 그 출력 신호를 CPU(351) 또는 RAM(353)으로 송신한다.
상기 입력 포트(356)는, 커먼 레일압 센서(4a), 공기 유량계(11), 흡기 온도 센서(12), 흡기관 압력 센서(17), 공연비 센서(23), 배기 온도 센서(24), 환원제 압력 센서(32), 수온 센서(34), 액셀 개방도 센서(36) 등과 같이, 아날로그 신호 형식의 신호를 출력하는 센서의 A/D(355)를 통하여 입력하고, 그 출력 신호를 CPU(351)나 RAM(353)으로 송신한다.
상기 출력 포트(357)는, 연료 분사 밸브(3), 흡기 스로틀용 액추에이터(14),배기 스로틀용 액추에이터(22), EGR 밸브(26), 유량 조정 밸브(30), 차단 밸브(31) 등과 전기 배선을 통하여 접속되고, CPU(351)로부터 출력되는 제어 신호를, 상술한 연료 분사 밸브(3), 흡기 스로틀용 액추에이터(14), 배기 스로틀용 액추에이터(22), EGR 밸브(26), 유량 조정 밸브(30), 또는 차단 밸브(31)로 송신한다.
상기 ROM(352)은, 연료 분사 밸브(3)를 제어하기 위한 연료 분사 밸브 제어루틴, 흡기 스로틀 밸브(13)을 제어하기 위한 흡기 스로틀 제어 루틴, 배기 스로틀 밸브(21)를 제어하기 위한 배기 스로틀 제어 루틴, EGR 밸브(26)를 제어하기 위한 EGR 제어 루틴, 유량 조정 밸브(30)를 제어하기 위한 환원제 첨가 제어 루틴 등의 각종 응용 프로그램에 더하여, 환원제 첨가 기구에 있어서의 환원제의 누출을 판정하기 위한 환원제 누출 판정 제어 루틴을 기억하고 있다.
상기 ROM(352)은, 상술한 응용 프로그램에 더하여, 각종의 제어 맵을 기억하고 있다. 상기 제어 맵은, 예를 들면, 내연 기관(1)의 운전 상태와 기본 연료 분사량(기본 연료 분사 시간)의 관계를 나타내는 연료 분사량 제어 맵, 내연 기관(1)의 운전 상태와 기본 연료 분사 시기와의 관계를 나타내는 연료 분사 시기 제어 맵, 내연 기관(1)의 운전 상태와 흡기 스로틀 밸브(13)의 목표 개방도의 관계를 나타내는 흡기 스로틀 개방도 제어 맵, 내연 기관(1)의 운전 상태와 배기 스로틀 밸브(21)의 목표 개방도의 관계를 나타내는 배기 스로틀 개방도 제어 맵, 내연 기관(1)의 운전 상태와 EGR 밸브(26)의 목표 개방도와의 관계를 나타내는 EGR 개방도 제어 맵, 내연 기관(1)의 운전 상태와 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 시기와의 관계를 나타내는 유량 조정 밸브 제어 맵 등이다.
상기 RAM(353)은, 각 센서로부터의 출력 신호나 CPU(351)의 연산 결과 등을 격납한다. 상기 연산 결과는, 예를 들면 크랭크 포지션 센서(33)가 펄스 신호를 출력하는 시간적인 간격에 기초하여 산출되는 기관 회전수이다. 이들의 데이터는, 크랭크 포지션 센서(33)가 펄스 신호를 출력할 때마다, 최신의 데이터로 재기록된다.
상기 백업 RAM(354)은 내연 기관(1)의 운전 정지 후에도 데이터를 기억 가능한 불휘발성의 메모리이다.
상기 CPU(351)는 상기 ROM(352)에 기억된 응용 프로그램에 따라서 동작하고, 연료 분사 밸브 제어, 흡기 스로틀 제어, 배기 스로틀 제어, EGR 제어, 환원제 첨가 제어에 더하여, 본 발명의 요지가 되는 환원제 누출 판정 제어를 실행한다.
예를 들면, 연료 분사 밸브 제어에서는, CPU(351)는 우선, 연료 분사 밸브(3)로부터 분사되는 연료량을 결정하고, 이어서 연료 분사 밸브(3)로부터 연료를 분사하는 시기를 결정한다.
연료 분사량을 결정하는 경우는, CPU(351)는 RAM(353)에 기억되어 있는 기관 회전수와 액셀 개방도 센서(36)의 출력 신호(액셀 개방도)를 판독한다. CPU(351)는 연료 분사량 제어 맵에 액세스하고, 상기 기관 회전수 및 상기 액셀 개방도에 대응한 기본 연료 연료 분사량(기본 연료 분사 시간)을 산출한다. CPU(351)는 공기 유량계(11), 흡기 온도 센서(12), 수온 센서(34) 등의 출력 신호치 등에 기초하여 상기 기본 연료 분사 시간을 보정하고, 최종적인 연료 분사 시간을 결정한다.
연료 분사 시기를 결정하는 경우는, CPU(351)는 연료 분사 개시 시기 제어 맵으로 액세스하고, 상기 기관 회전수 및 상기 액셀 개방도에 대응한 기본 연료 분사 시기를 산출한다. CPU(351)는 공기 유량계(11), 흡기 온도 센서(12), 수온 센서(34) 등의 출력 신호치를 파라미터로서 상기 기본 연료 분사 시기를 보정하고, 최종적인 연료 분사 시기를 결정한다.
연료 분사 시간과 연료 분사 시기가 결정되면, CPU(351)는 상기 연료 분사시기와 크랭크 포지션 센서(33)의 출력 신호를 비교하여, 상기 크랭크 포지션 센서(33)의 출력 신호가 상기 연료 분사 개시 시기와 일치한 시점에서 연료 분사 밸브(3)에 대한 구동 전력의 인가를 개시한다. CPU(351)는 연료 분사 밸브(3)에 대한 구동 전력의 인가를 개시한 시점에서의 경과 시간이 상기 연료 분사 시간에 도달한 시점에서 연료 분사 밸브(3)에 대한 구동 전력의 인가를 정지한다.
더욱이, 연료 분사 제어에 있어서 내연 기관(1)의 운전 상태가 아이들 운전 상태에 있는 경우는, CPU(351)는 수온 센서(34)의 출력 신호치나, 차량 실내용 공기조절 장치의 압축기와 같이 크랭크 샤프트의 회전력을 이용하여 작동하는 보조 기계류의 작동 상태 등을 파라미터로서 내연 기관(1)의 목표 아이들 회전수를 산출한다. 그리고, CPU(351)는 실제의 아이들 회전수가 목표 아이들 회전수와 일치하도록 연료 분사량을 피드백 제어한다.
또한, 흡기 스로틀 제어에서는, CPU(351)는 예를 들면, RAM(353)에 기억되어 있는 기관 회전수와 액셀 개방도를 판독한다. CPU(351)는 흡기 스로틀 개방도 제어 맵으로 액세스하고, 기관 회전수 및 액셀 개방도에 대응한 목표 흡기 스로틀 개방도를 산출한다. CPU(351)는 상기 목표 흡기 스로틀 개방도에 대응한 구동 전력을 흡기 스로틀용 액추에이터(14)에 인가한다. 그 때, CPU(351)는 흡기 스로틀 밸브(13)의 실제의 개방도를 검출하여, 실제의 흡기 스로틀 밸브(13)의 개방도와 목표 흡기 스로틀 개방도의 차이에 기초하여 상기 흡기 스로틀용 액추에이터(14)를 피드백 제어하도록 하여도 좋다.
또한, 배기 스로틀 제어에서는, CPU(351)는 예를 들면, 내연 기관(1)이 냉간시동 후의 난기 운전 상태에 있는 경우나, 차량 실내용 히터가 작동 상태에 있는 경우 등에 배기 스로틀 밸브(21)를 밸브 폐쇄 방향으로 구동하기 위해서 배기 스로틀용 액추에이터(22)를 제어한다.
이 경우, 내연 기관(1)의 부하가 증대하고, 그것에 대응하여 연료 분사량이 증량되게 된다. 그 결과, 내연 기관(1)의 발열량이 증가하고, 내연 기관(1)의 난기가 촉진됨과 동시에, 차량 실내용 히터의 열원이 확보된다.
또한, EGR 제어에서는, CPU(351)는 RAM(353)에 기억되어 있는 기관 회전수, 수온 센서(34)의 출력 신호(냉각수 온도), 액셀 개방도 센서(36)의 출력 신호(액셀 개방도) 등을 판독하고, EGR 제어의 실행 조건이 성립하고 있지 않는지의 여부를 판별한다.
상술한 EGR 제어 실행 조건으로서는, 냉각수 온도가 소정 온도 이상에 있는지, 내연 기관(1)이 시동 시부터 소정 시간 이상 연속하여 운전되어 있는지, 액셀 개방도의 변화량이 정의 값인지 등의 조건을 예시할 수 있다.
상술한 바와 같은 EGR 제어 실행 조건이 성립하고 있다고 판정한 경우는, CPU(351)는 기관 회전수와 액셀 개방도를 파라미터로서 EGR 개방도 제어 맵으로 액세스하고, 상기 기관 회전수 및 상기 액셀 개방도에 대응한 목표 EGR 개방도를 산출한다. CPU(351)는 상기 목표 EGR 개방도에 대응한 구동 전력을 EGR 밸브(26)에 인가한다. 한편, 상술한 바와 같은 EGR 제어 실행 조건이 성립하고 있지 않다고 판정한 경우는, CPU(351)는 EGR 밸브(26)를 전체 밸브 폐쇄 상태로 유지하기 위해서 제어한다.
더욱이, EGR 제어에서는, CPU(351)는 내연 기관(1)의 흡입 공기량을 파라미터로서 EGR 밸브(26)의 개방도를 피드백 제어하는, 소위 EGR 밸브 피드백 제어를 행하도록 하여도 좋다.
EGR 밸브 피드백 제어에서는, 예를 들면, CPU(351)는 액셀 개방도나 기관 회전수 등을 파라미터로서 내연 기관(1)의 목표 흡입 공기량을 결정한다. 그 때, 액셀 개방도와 기관 회전수와 목표 흡입 공기량의 관계를 미리 맵핑하여 두고, 그 맵과 액셀 개방도와 기관 회전수로부터 목표 흡입 공기량이 산출되도록 하여도 좋다.
상술한 순서에 따라 목표 흡입 공기량이 결정되면, CPU(351)는 RAM(353)에 기억된 공기 유량계(11)의 출력 신호치(실제의 흡입 공기량)를 판독하고, 실제의 흡입 공기량과 목표 흡입 공기량을 비교한다.
상술한 실제의 흡입 공기량이 상기 목표 흡입 공기량보다 적은 경우에는, CPU(351)는 EGR 밸브(26)를 소정량 폐쇄시킨다. 이 경우, EGR 통로(25)로부터 흡기 분기관(8)으로 유입되는 EGR 가스량이 감소하고, 그것에 따라서 내연 기관(1)의 기통(2) 내에 흡입되는 EGR 가스량이 감소하게 된다. 그 결과, 내연 기관(1)의 기통(2) 내에 흡입되는 신기의 양은, EGR 가스가 감소한 만큼만 증가한다.
한편, 실제의 흡입 공기량이 목표 흡입 공기량보다 많은 경우에는, CPU(351)는 EGR 밸브(26)를 소정량 개방시킨다. 이 경우, EGR 통로(25)로부터 흡기 분기관(8)으로 유입하는 EGR 가스량이 증가하고, 그것에 따라서 내연 기관(1)의 기통(2) 내에 흡입되는 EGR 가스량이 증가한다. 이 결과, 내연 기관(1)의 기통(2) 내에 흡입되는 신기의 양은, EGR 가스가 증가한 만큼만 감소하게 된다.
또한, 환원제 첨가 제어에서는, CPU(351)는 우선, 환원제 첨가 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판별한다. 이 환원제 첨가 조건으로서는, 예를 들면, 흡장 환원형 NOx촉매(20)가 활성 상태에 있는지, 배기 온도 센서(24)의 출력 신호치(배기 온도)가 소정의 상한치 이하인지, 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 SOx피독 등을 회복하기 위해서 승온 제어나 SOx피독 재생 제어 등이 실행되고 있지 않는지 등의 조건을 예시할 수 있다.
CPU(351)는 상술한 바와 같은 환원제 첨가 조건이 성립하고 있다고 판정한 경우는, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비가 비교적 짧은 주기로 스파이크적으로 이론 공연비 또는 리치 공연비가 되도록 유량 조정 밸브(30)를 제어하는 것에 의해, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 흡장된 질소 산화물(NOx)을 단 주기적으로 방출 및 환원한다.
그 때, CPU(351)는 RAM(353)에 기억되어 있는 기관 회전수, 액셀 개방도 센서(36)의 출력 신호(액셀 개방도), 공기 유량계(11)의 출력 신호치(흡입 공기량), 연료 분사량 등을 판독한다. CPU(351)는 상술한 기관 회전수, 액셀 개방도, 흡입 공기량, 및 연료 분사량을 파라미터로서 ROM(352)의 유량 조정 밸브 제어 맵으로 액세스하고, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 시기를 산출한다. CPU(351)는 상기 밸브 개방 시기에 따라서 유량 조정 밸브(30)를 개방시킨다.
이 경우, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)로 공급되고, 그것에 의해 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상에 도달하면, 해당 환원제 분사 밸브(28)가 개방하여 배기 분기관(18) 내로 환원제로서의 연료를 분사한다.
환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18) 내로 분사된 환원제는, 배기 분기관(18)의 상류로부터 흘러온 배기와 서로 혼합되어 이론 공연비 또는 리치 공연비의 배기를 형성하고 그와 같은 이론 공연비 또는 리치 공연비의 배기가 흡장 환원형 NOx촉매로 유입되게 된다 .
이와 같이, 이론 공연비 또는 리치 공연비의 배기가 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되면, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 흡장되어 있던 질소 산화물(NOx)이 방출되면서 질소(N2) 등으로 환원된다.
다음에, 본 발명의 요지가 되는 환원제 누출 판정 제어에 대하여 설명한다.
환원제 첨가 기구에서는, 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료의 일부가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)에 공급되고, 그것에 의하여 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상이 되면, 환원제 분사 밸브(28)가 개방하여 환원제로서의 연료를 배기 분기관(18) 내로 분사한다.
유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 바뀌면, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)로의 연료의 공급이 차단되고, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 미만까지 저하하기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)가 자동적으로 폐쇄하게 된다.
그 때, 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에는 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료가 공급되기 때문에, 연료 펌프(6)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 경로에 있어서 연료의 누출이 발생하고 있지 않으면, 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29) 내의 압력(이하, 첨가 연료압이라고 부른다)은, 연료 펌프(6)의 토출 압력에 대응한 압력(이하, 펌프 대응 압력이라고 부른다)으로 된다.
한편, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 불량 등에 의해서 해당 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)로부터 해당 유량 조정 밸브(30)보다 하류의 환원제 공급 통로(29)로 연료가 누출된 경우, 연료 펌프(6)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 경로의 파손 등에 의해 경로 내의 연료가 경로 밖으로 누출한 경우 등의 첨가 연료압은, 펌프 대응 압력보다 낮아진다.
따라서, 첨가 연료압이 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(첨가 연료압)가 펌프 대응 압력보다 낮으면, 환원제 공급 기구에 있어서 연료가 누출하고 있다고 판정할 수 있다.
그런데, 본 실시예에 따른 연료 펌프(6)는, 크랭크 샤프트의 회전 토크를 구동원으로 하고 있기 때문에, 연료 펌프(6)의 토출 압력이 기관 회전수에 따라서 변화하고, 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 있어서의 펌프 대응 압력도, 도 4에 도시하는 바와 같이, 기관 회전수에 따라서 변화하게 된다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때의 환원제 압력 센서(32)의 출력신호치(첨가 연료압)를 입력함과 동시에, 그 시점에서의 기관 회전수에 대응한 펌프 대응 압력을 산출하고, 그 첨가 연료압과 펌프 대응 압력을 비교하여 환원제의 누출을 판정하도록 하였다.
단, 연료의 압력은, 환원제 공급 통로(29)의 벽면 온도나 외기온 등의 외적 요인에 따라서 변화하는 경우가 있기 때문에, CPU(351)는 첨가 연료압이 펌프 대응 압력보다 소정압 이상 낮을 때에, 환원제가 누출되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 기관 회전수와 펌프 대응 압력의 관계는, 미리 실험적으로 구해두고, 그 관계를 맵핑하여 ROM(352)에 기억시키도록 하여도 좋다.
이하, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에 대하여 도 5의 순서도에 따라 설명한다.
도 5에 도시하는 순서도는, 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도이고, 상기 환원제 누출 판정 제어 루틴은, CPU(351)에 의해서 소정 시간마다{예를 들면, 크랭크 포지션 센서(33)가 소정수의 펄스 신호를 출력할 때마다} 반복하여 실행되는 루틴이다.
환원제 누출 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 우선, S501에 있어서, RAM(353)에 설정되어 있는 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있는지의 여부를 판별한다.
상기 환원제 누출 플래그 기억 영역은, 환원제 첨가 기구에 있어서 환원제(연료)의 누출이 판정되었을 때에 "1"이 세트되고, 환원제가 누출되고 있지 않다고판정되었을 때에 "0"이 리세트되는 기억 영역이다.
상기 S501에 있어서 상기 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않다고 판정된 경우, 바꿔 말하면 상기 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "0"이 기억되어 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 S502로 진행하고, RAM(353)에 설정되어 있는 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않는지의 여부를 판별한다.
상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역은, 다른 환원제 첨가 제어 루틴에 있어서 환원제의 첨가가 실행될 때에 "1"이 세트되고, 환원제 첨가의 실행이 정지될 때에 "0"이 리세트되는 기억 영역이다.
상기 S502에 있어서 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태가 아니라고 간주하고, 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
한편, 상기 S502에 있어서 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않는, 즉 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "0"이 기억되어 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있다고 간주하고, S503으로 진행한다.
S503에서는, CPU(351)는 RAM(353)으로 액세스하고, 최신의 기관 회전수와 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(첨가 연료압)를 판독한다.
S504에서는, CPU(351)는 기관 회전수와 펌프 대응 압력과의 관계를 도시하는 맵으로 액세스하고, 상기 S503에서 판독한 기관 회전수에 대응한 펌프 대응 압력을산출한다.
S505에서는, CPU(351)는 상기 S504에서 산출된 펌프 대응 압력으로부터 상기 S503에서 판독한 첨가 연료압을 감산하여 얻어진 차압이 소정 압력보다 높은지의 여부를 판별한다.
상기 S505에 있어서 상기 펌프 대응 압력으로부터 상기 첨가 연료압을 감산하여 얻어진 차압이 소정 압력 이하라고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 첨가 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하고 있지 않다고 간주하고 S508로 진행하며, RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "0"을 리세트하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S505에 있어서 상기 펌프 대응 압력으로부터 상기 첨가 연료압을 감산하여 얻어진 차압이 소정 압력보다 높다고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제첨가 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하고 있다고 간주하고 S506으로 진행한다.
S506에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"을 세트한다.
S507에서는, CPU(351)는 차량 실내에 설치된 도시하지 않는 경고 램프를 점등시키고, 본 루틴의 실행을 종료한다. 더욱이, CPU(351)는 상기 경고 램프를 점등시킴과 동시에, 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜 환원제의 첨가를 금지하도록 하여도 좋다.
이와 같이 CPU(351)가 상술한 바와 같은 환원제 누출 판정 제어 루틴을 실행하는 것에 의해, 본 발명에 따른 이상 판정 수단이 실현된다.
이상 설명한 실시예에 따르면, 환원제 공급 통로(29)에 있어서의 연료 압력에 기초하여 환원제 첨가 기구에 있어서의 환원제의 누출을 검출하는 것이 가능해지기 때문에, 환원제의 누출을 환원제 첨가 제어에 반영시키는 것에 의해, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 대한 환원제의 과잉 공급이나 첨가 부족을 억제하는 것이 가능해져, 배기 배출물의 악화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
더욱이, 본 실시예에 따르면, 환원제 첨가 기구에 있어서의 환원제 누출이 검출되었을 때에, 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜 환원제의 첨가를 금지하면, 환원제 공급 기구로부터 외부로의 환원제의 누출이나 환원제 공급 기구로부터 배기 분기관(18)로의 부주의한 환원제의 첨가를 방지하는 것도 가능해진다. 이로써, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 대한 환원제의 과잉 첨가에 기인한 흡장 환원형 NOx촉매(20)의 과열을 방지하는 것도 가능해진다.
〈제 2 실시예〉
다음에, 본 발명에 따른 환원제 공급 장치의 이상 검출 장치의 제 2 실시예에 대하여 도 6에 기초하여 설명한다. 여기서는 상술한 제 1 실시예와 다른 구성에 대하여 설명하고, 같은 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
상술한 제 1 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에서는, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있고 또한 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에 있을 때의 첨가 연료압에 기초하여 환원제의 누출이 판정되기 때문에, 비교적 다량의 환원제 누출이 발생한 경우에는, 환원제의 누출을 검출하기 쉽지만, 미량의 환원제누출이 발생한 경우에는, 그 누출량을 연료 펌프(6)의 토출량이 상회하여 버릴 가능성이 있어, 미량의 환원제 누출을 검출하는 것이 곤란하게 될 가능성이 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있고 동시에 차단 밸브(31)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때의 첨가 연료압의 변화에 기초하여 환원제의 누출을 판정하도록 하였다.
유량 조정 밸브(30)와 차단 밸브(31)의 쌍방이 밸브 폐쇄 상태에 있으면, 유량 조정 밸브(30)와 차단 밸브(31) 사이의 환원제 공급 통로(29)가 폐쇄 공간이 되고, 그 폐쇄 공간에는 펌프 대응 압력이 걸린 연료가 차폐되게 된다.
그 때, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 불량 등에 의한 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)로부터 하류의 환원제 공급 통로(29)로의 환원제의 누출, 차단 밸브(31)의 밸브 폐쇄 불량 등에 의한 차단 밸브(31)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)로부터 하류의 환원제 공급 통로(29)로의 환원제의 누출, 또는 차단 밸브(31)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 경로의 파손 등에 의해 경로 내로부터 경로 밖으로의 환원제의 누출 등이 발생하고 있으면, 상기 폐쇄 공간의 첨가 연료압이 저하 또는 상승하게 된다.
상기 폐쇄 공간에 있어서의 환원제의 누출이 비교적 적은 경우는, 상기 폐쇄 공간의 첨가 연료압이 서서히 변화하게 되지만, 어느 정도의 기간을 두고 첨가 연료압의 변화를 검출하는 것에 의해, 비교적 소량의 환원제의 누출을 검출하기 쉽게 된다.
그래서, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에서는, CPU(351)는 유량조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때에 차단 밸브(31)를 소정 기간 폐쇄시켜, 그 소정 기간에 있어서의 첨가 연료압의 변화를 검출하고, 그 첨가 연료압의 변화량이 소정량 이상이고, 환원제 공급 기구에 환원제의 누출이 발생하고 있다고 판정하도록 하였다.
이하, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에 대하여 도 6의 순서도에 따라서 설명한다.
도 6에 도시하는 순서도는, 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도이고, 상기 환원제 누출 판정 제어 루틴은, CPU(351)에 의해서 소정 시간마다{예를 들면, 크랭크 포지션 센서(33)가 소정수의 펄스 신호를 출력할 때마다} 반복하여 실행되는 루틴이다.
환원제 누출 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 우선 S601에 있어서, RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역으로 액세스하고, 그 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않는지의 여부를 판별한다.
상기 S601에 있어서 환원제 누출 플래그 기억 영역에 이미 "1"이 기억되어 있다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S610으로 진행하고, 차량 실내에 설치된 경고 램프를 점등시켜, 차량의 운전자에게 환원제 공급 기구의 보수를 재촉한다.
한편, 상기 S601에 있어서 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않다고 판정된 경우는, CPU(351)는 S602로 진행하고, RAM(353)에 설정되어 있는 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않는지의 여부를 판별한다.
상기 S602에 있어서 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태가 아니라고 간주하고, 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
한편, 상기 S602에 있어서 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않는, 즉 상기 환원제 첨가 실행 플래그 기억 영역에 "0"이 기억되어 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있다고 간주하고, S603으로 진행한다.
S603에서는, CPU(351)는 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜, 차단 밸브(31)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)를 폐쇄 공간으로 한다.
S604에서는, CPU(351)는 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(상기 폐쇄 공간의 첨가 연료압)(P1)를 입력하고, 그 첨가 연료압(P1)을 RAM(353)에 기억시킨다.
S605에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 소정 영역에 설정되어 있는 카운터 기억 영역에 액세스하고, 그 카운터 기억 영역에 기억되어 있는 카운터치(C)를 1 증분한다. 상기 카운터 기억 영역은, 첨가 연료압(P1)을 입력한 시점으로부터의 경과 시간을 기억하는 영역이다.
S606에서는, CPU(351)는 상기 S605에서 갱신된 카운터치(C)가 소정 시간(Cb) 이상인지의 여부, 바꿔 말하면, 첨가 연료압(P1)을 입력한 시점에서의 경과 시간이 소정 시간(Cb) 이상으로 되었는지의 여부를 판별한다.
상기 S606에 있어서 상기 카운터치(C)가 소정 시간(Cb) 미만이라고 판정한 경우는, CPU(351)는 상기 카운터치(C)가 소정 시간(Cb) 이상에 도달할 때까지 상술한 S605 이후의 처리를 반복하여 실행한다.
상기 S606에 있어서 상기 카운터치(C)가 소정 시간(Cb) 이상이라고 판정한 경우, 즉 첨가 연료압(P1)을 입력한 시점에서의 경과 시간이 소정 시간(Cb) 이상에 도달하였다고 판정된 경우는, CPU(351)는 S607로 진행하고, 그 시점에서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(상기 폐쇄 공간의 첨가 연료압)(P2)를 재차 입력한다.
S608에서는, CPU(351)는 상기 S604에서 검출된 첨가 연료압(P1)을 RAM(353)으로부터 판독한다. CPU(351)는 상기 첨가 연료압(P1)과 상기 S607에서 입력된 첨가 연료압(P2)의 차의 절대치를 산출하고, 산출된 절대치(｜P1-P2｜)가 소정의 변화량(△P) 이상인지의 여부를 판별한다.
더욱이, 상술한 변화량(△P)은, 환원제 공급 기구에 환원제의 누출이 발생하고 있지 않을 때의 첨가 연료압의 변화량을 미리 실험적으로 구한 값과, 외기온이나 연료의 온도 등의 외적 요인을 고려한 마진을 가산하여 얻어진 값이다. 이 변화량(△P)은, 미리 ROM(352)의 소정 영역에 기억되어 있도록 하여도 좋다.
상기 S608에 있어서 상기 첨가 연료압(P1)과 상기 첨가 연료압(P2)의 차의 절대치(｜P1-P2｜)가 상기 변화량(△P) 미만이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 공급 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하지 않다고 간주하고 S612로 진행한다.
S612에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "0"을 리세트한다. 이 S612의 처리를 모두 실행한 CPU(351)는 S611에 있어서 상기 카운터 기억 영역의 카운터치(C)를 "0"에 리세트한 후에, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S608에 있어서 상기 첨가 연료압(P1)과 상기 첨가 연료압(P2)의 차의 절대치(｜P1-P2｜)가 상기 변화량(△P) 이상이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 공급 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하고 있다고 간주하고 S609로 진행한다.
S609에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"을 세트한다.
S610에서는, CPU(351)는 차량 실내에 설치된 도시하지 않는 경고 램프를 점등시킨다.
S611에서는, CPU(351)는 상기 카운터 기억 영역의 카운터치(C)를 0"에 리세트한다. CPU(351)는 S611의 처리를 모두 실행하면, 본 루틴의 실행을 종료한다.
이상 설명한 실시예에 따르면, 환원제 첨가 기구 내에 폐쇄 공간를 형성하고, 그 폐쇄 공간의 소정 기간의 압력 변화에 기초하여 환원제의 누출이 판정되기 때문에, 비교적 소량의 환원제의 누출을 검출하는 것이 가능해진다.
〈제 3 실시예〉
다음에, 본 발명에 따른 환원제 공급 장치의 이상 검출 장치의 제 3 실시예에 대하여 도 7 및 도 8에 기초하여 설명한다. 여기서는 상술한 제 2 실시예와 다른 구성에 대하여 설명하고, 같은 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
상술한 제 2 실시예에서는, 환원제 첨가 기구 내에 폐쇄 공간를 형성하고, 그 폐쇄 공간의 소정 기간의 압력 변화에 기초하여 환원제의 누출을 판정하는 예에 대하여 설명하였지만, 그 때의 소정 기간(판정 기간)이 길어질수록, 미소한 압력 변화를 검출하기 쉬워지기 때문에, 극미량의 환원제의 누출을 검출하기 위해서는, 판정 기간을 길게 하는 것이 바람직하다.
단, 환원제 누출 판정 제어가 실행되고 있을 때는 유량 조정 밸브(30) 및 차단 밸브(31)가 밸브 폐쇄 상태로 유지되고, 환원제의 첨가 제어를 실행할 수 없기 때문에, 환원제 누출 판정의 판정 기간이 길어지면, 환원제 첨가 제어의 실행 금지 기간이 길어지므로, 배기 배출물의 악화를 초래할 가능성이 있다.
그래서, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에서는 CPU(351)는 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 기간에 있어서 유량 조정 밸브(30) 및 차단 밸브(31)를 밸브 폐쇄 상태로 유지하고, 그 기간의 첨가 연료압의 변화에 기초하여 환원제의 누출을 판정하도록 하였다.
이하, 본 실시예에 따른 환원제 누출 판정 제어에 대하여, 도 7 및 도 8의 순서도에 따라서 설명한다.
도 7에 도시하는 순서도는, 제 1 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도이고, 제 1 환원제 누출 판정 제어 루틴은, CPU(351)에 의해서 소정 시간마다{예를 들면, 크랭크 포지션 센서(33)가 소정수의 펄스 신호를 출력할 때마다} 반복하여 실행되는 루틴이다.
한편, 도 8에 도시하는 순서도는, 제 2 환원제 누출 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도이고, 제 2 환원제 누출 판정 제어 루틴은, 내연 기관(1)의 시동 시에, 구체적으로는 도시하지 않는 점화 스위치가 오프로부터 온으로 바뀌어진 것을 트리거로 하고 CPU(351)에 의해서 실행되는 루틴이다.
우선, 제 1 환원제 누출 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 S701에 있어서, 내연 기관(1)의 운전이 정지되었는지의 여부를 판별한다. 내연 기관(1)의 운전 정지를 판정하는 방법으로서는, 도시하지 않는 점화 스위치가 온으로부터 오프로 바뀌어진 것을 조건으로 내연 기관(1)의 운전 정지를 판정하는 방법, 기관 회전수가 소정 회수 미만으로 저하하는 것을 조건으로 내연 기관(1)의 운전 정지를 판정하는 방법 등을 예시할 수 있다.
상기 S701에 있어서 내연 기관(1)의 운전이 정지되어 있지 않는, 바꿔 말하면, 내연 기관(1)이 운전 상태에 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 본 루틴의 실행을 일단 종료한다.
한편, 상기 S701에 있어서 내연 기관(1)의 운전이 정지되었다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S702로 진행하고, 유량 조정 밸브(30) 및 차단 밸브(31)를 함께 폐쇄시켜, 유량 조정 밸브(30)로부터 차단 밸브(31)에 도달하는 경로를 폐쇄 공간으로 한다.
S703에서는, CPU(351)는 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(기관 운전 정지 직후의 첨가 연료압)(P1)를 입력한다.
S704에서는, CPU(351)는 상기 S703에서 입력된 첨가 연료압(P1)을 백업 RAM(354)의 소정 영역에 기억시킨다. 이 S704의 처리를 모두 실행한 CPU(351)는 본 루틴의 실행을 종료한다.
다음에, 제 2 첨가제 누출 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 우선 S801에있어서, 내연 기관(1)이 시동 상태 또는 시동 완료 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 내연 기관(1)의 시동 상태를 판정하는 방법으로서는, 도시하지 않는 시동 스위치가 오프로부터 온으로 바뀌어진 것을 조건으로 내연 기관(1)이 시동 상태에 있다고 판정하는 방법을 예시할 수 있다. 또한, 내연 기관(1)의 시동 완료 상태를 판정하는 방법으로서는, 기관 회전수가 소정 회전수 이상으로 된 것을 조건으로 내연 기관(1)이 시동 완료 상태에 있다고 판정하는 방법을 예시할 수 있다.
상기 S801에 있어서 내연 기관(1)이 시동 상태 및 시동 완료 상태에 없다고 판정된 경우, 즉 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S801에 있어서 내연 기관(1)이 시동 상태 또는 시동 완료 상태에 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 S802로 진행하고, RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역으로 액세스하여 "1"이 기억되어 있지 않는지의 여부를 판별한다.
상기 S802에 있어서 환원제 누출 플래그 기억 영역(12)에 이미 "1"이 기억되어 있다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S810으로 진행하고, 차량 실내에 설치된 경고 램프를 점등시켜, 차량의 운전자에게 환원제 공급 기구의 보수를 재촉한다.
한편, 상기 S802에 있어서 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"이 기억되어 있지 않다고 판정된 경우는, CPU(351)는 S803로 진행하고, 수온 센서(34)의 출력 신호치(냉각수 온도)를 입력한다.
S804에서는, CPU(351)는 상기 S803에서 입력된 냉각수 온도가 소정 온도 이상인지의 여부를 판별한다.
상기 S804에 있어서 상기 냉각수 온도가 소정 온도 미만이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지 과잉한 시간이 경과하고 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
이것은, 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 경과 시간이 과도하게 길어지면, 가령 상기 폐쇄 공간에 환원제의 누출이 발생하고 있지 않더라도, 외기온, 차량의 엔진 룸 내 온도, 또는 연료 온도 등의 외적 요인에 의해서 상기 폐쇄 공간의 첨가 연료압이 크게 변화할 가능성이 있고, 그와 같은 상황하에서 환원제의 누출 판정이 실행되면, 판정 오류를 초래할 경우가 있기 때문이다.
더욱이, 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 경과 시간을 추정하는 파라미터로서는, 냉각수 온도 대신에 내연 기관(1)의 윤활유의 온도(오일 온도)를 사용하여도 좋고, 냉각수 온도와 오일 온도의 쌍방을 사용하도록 하여도 좋다. 한편, 상기 S804에 있어서 상기 냉각수 온도가 소정 온도 이상이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지 과잉한 시간이 경과하고 있지 않다고 간주하고, S805로 진행한다.
S805에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30) 및 차단 밸브(31)의 밸브 폐쇄 상태를 유지하여, 차단 밸브(31)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)를 폐쇄 공간에 유지한다.
S806에서는, CPU(351)는 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(상기 폐쇄 공간의 첨가 압력)(P2)를 입력한다.
S807에서는, CPU(351)는 백업 RAM(354)의 소정 영역으로부터 내연 기관(1)의운전 정지 직후에 검출된 첨가 연료압(P1)을 판독한다.
S808에서는, CPU(351)는 상기 S806에서 검출된 첨가 연료압(P2)과 상기 S807에서 판독된 첨가 연료압(P1)의 차의 절대치를 산출하고, 산출된 절대치(｜P1-P2｜)가 소정의 변화량(△P) 이상인지의 여부를 판별한다.
또한, 상술한 변화량(△P)은, 환원제 공급 기구에 환원제의 누출이 발생하고 있지 않을 때의 첨가 연료압의 변화량을 미리 실험적으로 구한 값과, 외기온이나 연료의 온도 등의 외적 요인을 고려한 마진을 가산하여 얻어진 값이다.
상기 S808에 있어서 상기 첨가 연료압(P1)과 상기 첨가 연료압(P2)의 차의 절대치(｜P1-P2｜)가 상기 변화량(△P) 미만이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 공급 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하지 않다고 간주하고 S811로 진행한다.
S811에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "0"을 리세트한다. 이 S811의 처리를 모두 실행한 CPU(351)는 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S808에 있어서 상기 첨가 연료압(P1)과 상기 첨가 연료압(P2)의 차의 절대치(｜P1-P2｜)가 상기 변화량(△P) 이상이라고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 공급 기구에 있어서 연료의 누출이 발생하고 있다고 간주하고 S809로 진행한다.
S809에서는, CPU(351)는 RAM(353)의 환원제 누출 플래그 기억 영역에 "1"을 세트한다.
S810에서는, CPU(351)는 차량 실내에 설치된 도시하지 않는 경고 램프를 점등시킨다. 이 S810의 처리를 모두 실행한 CPU(351)는 본 루틴의 실행을 종료한다.
이상 설명한 실시예에 따르면, 내연 기관(1)의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 비교적 긴 기간에, 환원제 첨가 기구 내에 폐쇄 공간을 형성하고, 그 폐쇄 공간의 압력 변화에 기초하여 환원제의 누출이 판정되기 때문에, 극미량의 환원제의 누출을 검출하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 환원제 공급 장치에 의하면, 환원제 공급 기구 내에서의 환원제의 압력에 기초하여 환원제의 누출을 검출하는 것이 가능해지기 때문에, 환원제의 누출을 환원제의 첨가 제어에 반영시킬 수 있고, 따라서 배기 정화 촉매에 대한 환원제의 과잉 공급이나 공급 부족에 기인한 배기 배출물의 악화 억제나 배기 정화 촉매의 파손 방지 등에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 환원제 공급 장치의 이상 검출 장치가 환원제 토출부로부터 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하는 차단부를 구비하고 있는 경우는, 환원제 공급 기구에 있어서의 차단부에서 환원제 첨가부에 도달하는 경로를 폐쇄된 공간으로 하고, 그 폐쇄 공간의 압력 변화에 기초하여 환원제의 누출을 판정할 수 있기 때문에, 비교적 소량의 환원제의 누출을 검출하는 것이 가능해진다.
〈제 4 실시예〉
다음에, 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다.
도 9에 도시한 예는, 도 1과 기본 구성은 동일하기 때문에, 그 설명은 상술한 제 1 실시예의 설명을 참조하고자 한다.
또한, 본 실시예에 있어서의 배기 정화 촉매(20)이 구체적인 구성도 제 1 실시예와 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치는, 흡장 환원형 NOx촉매(20)보다 상류의 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제인 연료(경유)를 첨가하는 환원제 공급 기구를 구비하고, 이 환원제 공급 기구로부터 배기 중으로 연료를 첨가하는 것에 의해, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 산소 농도를 저하시킴 과 동시에 환원제의 농도를 높이도록 하였다.
환원제 공급 기구는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 그 분출 구멍이 배기 분기관(18) 내에 임하도록 내연 기관(1)의 실린더 헤드에 설치되고, 소정의 밸브 개방압 이상의 연료가 인가되었을 때에 개방하여 연료를 분사하는 환원제 분사 밸브(28)와, 상술한 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료를 상기 환원제 분사 밸브(28)로 유도하는 환원제 공급 통로(29)와, 이 환원제 공급 통로(29)의 도중에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내를 흐르는 연료의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(30)와, 이 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내의 연료의 흐름을 차단하는 차단 밸브(31)와, 상기 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29) 내의 압력에 대응한 전기 신호를 출력하는 환원제 압력 센서(32)를 구비하고 있다. 이 환원제 압력 센서(32)의 위치가 도 1의 경우와 다르다.
상술한 연료 펌프(6)는 본 발명에 따른 환원제 토출 수단에 상당하고, 환원제 분사 밸브(28)는 본 발명에 따른 환원제 첨가부에 상당하며, 유량 조정 밸브(30)는 본 발명에 따른 통로 개폐 밸브에 상당하고, 환원제 압력 센서(32)는 본 발명에 따른 압력 검출 수단에 상당하는 것이다.
이와 같이 구성된 환원제 공급 기구에서는, 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)로 인가된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상에 도달하면, 해당 환원제 분사 밸브(28)가 개방하여 배기 분기관(18) 내로 환원제로서의 연료가 분사된다.
환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18) 내로 분사된 환원제는, 배기 분기관(18)의 상류로부터 흘러온 배기와 동시에 터빈 하우징(15b)으로 유입된다. 터빈 하우징(15b) 내에 유입한 배기와 환원제와는, 터빈 휠의 회전에 의해서 교반되어 균질하게 혼합되며, 리치 공연비의 배기를 형성한다.
이렇게 하여 형성된 리치 공연비의 배기는, 터빈 하우징(15b)으로부터 배기관(19)을 통하여 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되고, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 흡수되어 있던 질소 산화물(NOx)을 방출시키면서 질소(N2)로 환원된다.
그 후, 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄되어 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)로의 환원제의 공급이 차단되면, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 상기 밸브 개방압 미만이 되고, 그 결과 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄하여,배기 분기관(18) 내로의 환원제의 첨가가 정지된다.
이상 설명한 바와 같이 구성된 내연 기관(1)에는, 해당 내연 기관(1)을 제어하기 위한 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit)(35)이 병설되어 있다. ECU(35)는, 내연 기관(1)의 운전 조건이나 운전자의 요구에 따라서 내연 기관(1)의 운전 상태를 제어하는 유닛이다. 이 구성도 제 1 실시예와 동일하고, ECU(35)에는 상술한 각종 센서의 출력 신호가 ECU(35)에 입력되고 있다.
상기 CPU(351)는 상기 ROM(352)에 기억된 적용 프로그램에 따라서 동작하여, 연료 분사 밸브 제어, 흡기 스로틀 제어, 배기 스로틀 제어, EGR 제어, NOx정화 제어, 이상 판정 제어를 실행한다. 이들은, 기본적으로 제 1 실시예에서의 제어와 동일하다. 예를 들면, NOx정화 제어로서는, CPU(351)는 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비를 비교적으로 짧은 주기로 스파이크적(단시간)으로 리치 공연비로 하는, 소위 리치 스파이크 제어를 실행한다.
리치 스파이크 제어에서는, CPU(351)는 소정의 주기마다 리치 스파이크 제어 실행 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판별한다. 이 리치 스파이크 제어 실행 조건으로서는, 예를 들면, 흡장 환원형 NOx촉매(20)가 활성 상태에 있는, 피독 해소 제어가 실행되어 있지 않는, 배기 온도 센서(24)의 출력 신호치(배기 온도)가 소정의 상한치 이하인 등의 조건을 예시할 수 있다.
상술한 바와 같은 리치 스파이크 제어 실행 조건이 성립하고 있다고 판정된 경우는, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)로부터 스파이크적으로 환원제인 연료를분사시키도록 유량 조정 밸브(30)를 제어하는 것에 의해, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비를 일시적으로 소정의 목표 리치 공연비로 한다.
구체적으로는, CPU(351)는 RAM(353)에 기억되어 있는 기관 회전수, 액셀 개방도 센서(36)의 출력 신호(액셀 개방도), 공기 유량계(11)의 출력 신호치(흡입공기량), 연료 분사량 등을 판독한다. CPU(351)는 상술한 기관 회전수와 액셀 개방도와 흡입 공기량과 연료 분사량을 파라미터로서 ROM(352)의 환원제 첨가량 제어 맵으로 액세스하고, 배기의 공연비를 미리 설정된 목표 리치 공연비로 하는데 있어서 필요하게 되는 환원제의 첨가량(목표 첨가량)을 산출한다.
계속해서, CPU(351)는 상기 목표 첨가량을 파라미터로서 ROM(352)의 유량 조정 밸브 제어 맵으로 액세스하고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 목표 첨가량의 환원제를 분사시키는 데에 있어서 필요하게 되는 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 시간(목표 밸브 개방 시간)을 산출한다.
유량 조정 밸브(30)의 목표 밸브 개방 시간이 산출되면, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)를 개방시킨다. 이 경우, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)로 공급되기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상에 도달하고, 환원제 분사 밸브(28)가 개방된다.
CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)를 개방시킨 시점으로부터 상기 목표 밸브 개방 시간이 경과하면, 유량 조정 밸브(30)를 폐쇄시킨다. 이 경우, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 대하는 환원제의 공급이 차단되기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 미만이 되고, 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄한다.
이와 같이 유량 조정 밸브(30)가 목표 밸브 개방 시간만 개방되면, 목표 첨가량의 연료가 환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18) 내로 분사되게 된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 분사된 환원제는, 배기 분기관(18)의 상류로부터 흘러온 배기와 서로 혼합되어 목표 리치 공연비의 혼합기를 형성하고, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입된다.
이 결과, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비는, 비교적 짧은 주기로 「리치 공연비」와 「스파이크적인 목표 리치 공연비」를 교대로 반복하게 되고, 따라서, 흡장 환원형 NOx촉매(20)가 질소 산화물(NOx)의 흡수와 방출·환원을 교대로 단주기적으로 반복하게 된다.
다음에, 이상 판정 제어에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태가 되는 기간(이하, 밸브 개방 기간이라고 부른다)에 환원제 압력 센서(32)가 검출한 압력, 상기 밸브 개방 기간의 앞에 환원제 압력 센서(32)가 검출한 압력, 및 상기 밸브 개방 기간 후에 환원제 압력 센서(32)가 검출한 압력에 기초하여, 유량 조정 밸브(30)와 환원제 분사 밸브(28)의 이상 판정을 행한다.
이 경우, 센서(32)의 위치가 도 9의 경우, 도 1의 경우와 다르고, 따라서, 이상 판정도 방법이 다르다.
여기서, 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 도통 상태가 되고, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료가 환원제 분사 밸브(28)에 공급된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 이상으로 되면, 환원제 분사 밸브(28)가 개방하여 환원제로서의 연료를 배기 분기관(18) 내로 분사한다.
그 때, 환원제 분사 밸브(28) 및 유량 조정 밸브(30)가 정상이라면, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 연료 펌프(6)의 토출 압력과 거의 동등한 압력이 되기 때문에, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 연료 펌프(6)의 토출 압력과 거의 동등한 압력(이하, 밸브 개방 시 정상 압력이라고 부른다)이 된다.
계속해서, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 전환되면, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 대한 연료의 공급이 차단되기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 저하한다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료의 압력이 밸브 개방압 미만이 되면, 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄하여, 배기 분기관(18) 내로의 연료 분사가 정지된다.
그 때, 환원제 분사 밸브(28) 및 유량 조정 밸브(30)가 정상이면, 유량 조정 밸브(30)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 폐쇄 공간이 되기 때문에, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 밸브 개방압 미만의 일정한 압력(이하, 밸브 폐쇄 시 정상 압력이라고 부른다)이 된다. 상술한 폐쇄 공간은, 유량 조정 밸브(30)의 다음번의 밸브 개방 시기까지 유지되기 때문에, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 전 및 밸브 개방 기간 후에 있어서의 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 된다.
따라서, 환원제 분사 밸브(28) 및 유량 조정 밸브(30)가 정상인 경우는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 전에는 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 되고, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 중에는 밸브 개방 시 정상 압력이 되며, 더욱이 상기 밸브 개방 기간 후에는 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 된다.
이에 대하여, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생한 경우는, 환원제 분사 밸브(28)로부터 단위 시간당 분사되는 연료량이 정상시에 비하여 적어지기 때문에, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 후에 있어서, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력이 저하하기 어려워진다. 이 결과, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 후에 있어서, 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄한 시점에서 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력이 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 되기까지의 소요 시간이 정상시에 비하여 길어진다.
따라서, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생한 경우는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 도 11에 도시되는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 전에는 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 되고, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 중에는 밸브 개방 시 정상 압력이 되며, 더욱이 상기 밸브 개방 기간 후에는 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄한 시점에서 소정 시간 내에 밸브 폐쇄 시 정상 압력까지 저하하지 않게 된다.
또한, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 불량에 빠진 경우, 바꿔 말하면, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료 압력이 예를 들면 밸브 개방압 미만이 되더라도 환원제 분사 밸브(28)가 전부 밸브 폐쇄 상태가 되지 않는 경우는, 환원제 분사 밸브(28)가 항상 밸브 개방 상태가 되기 때문에, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 전 및 밸브 개방 기간 후에 있어서 유량 조정 밸브(30)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 폐쇄 공간이 되지 않고, 밸브 개방 기간 전 및 밸브 개방 기간 후의 연료 압력이 밸브 폐쇄 시 정상 압력보다 저하한다.
따라서, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 불량에 빠진 경우에는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 도 12에 도시되는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 전에는 밸브 폐쇄 시 정상 압력보다 낮아지고, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 중에는 밸브 개방 시 정상 압력이 되며, 더욱이 상기 밸브 개방 기간 후에는 밸브 폐쇄 시 정상 압력보다 저하하게 된다.
또한, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠진 경우, 바꿔 말하면, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 고착되어 버린 경우는, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 항상 도통 상태가 되고, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료가 항상 환원제 분사 밸브(28)에 인가되기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료 압력이 항상 밸브 개방압 이상으로 되며, 환원제 분사 밸브(28)가 항상 개방된 상태가 된다.
따라서, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠진 경우는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 도 13에 도시되는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 이전, 밸브 개방 기간 중, 및 밸브 개방 기간 이후에 관계 없이, 밸브 개방 시 정상 압력으로 안정하게 된다.
또한, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠진 경우, 바꿔 말하면, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 고착하여 버린 경우는, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 항상 차단된 상태가 되며, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료가 환원제 분사 밸브(28)에 인가되지 않게 되기 때문에, 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 연료 압력이 밸브 개방압 이상이 되지 않고, 유량 조정 밸브(30)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 항상 폐쇄 공간이 된다.
따라서, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠진 경우는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 도 14에 도시되는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 이전, 밸브 개방 기간 중, 및 밸브 개방 기간 이후에 관계 없이, 밸브 폐쇄 시 정상 압력으로 안정하게 된다.
상술한 바와 같이, 유량 조정 밸브(30) 또는 환원제 분사 밸브(28)에 이상이 발생한 경우는, 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력은, 개개의 이상의 특성에 따른 값을 나타내게 되기 때문에, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 기간 이전, 밸브 개방 기간 중, 및 밸브 개방 기간 이후에 환원제 압력 센서(32)가 검출한 연료 압력을 감시하는 것에 의해, 유량 조정 밸브(30) 또는 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 검출하는 것이 가능하게 됨과 동시에, 이상의 발생 이유를 특정하는 것이 가능해지고, 따라서 본 발명에 따른 이상 판정 수단이 실현되게 된다.
CPU(351)는 유량 조정 밸브(30) 및 또는 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 검출한 경우는, 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜 리치 스파이크 제어의 실행을 금지하도록 하여도 좋고, 또는 차량 실내에 별도 설치된 경고등을 점등시켜 차량의 운전자에게 환원제 공급 기구의 이상을 통지하며, 따라서 환원제 공급 기구의 수리를 재촉하도록 하여도 좋다.
또한, 밸브 개방 기간 중의 연료 압력을 검출하는 시기는, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 시기로부터 소정 시간 경과 후가 바람직하다. 이것은, 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상이더라도, 유량 조정 밸브(30)가 개방한 시점에서 환원제 분사 밸브(28)가 개방하는 시점까지{유량 조정 밸브(30)가 개방한 시점에서 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력이 밸브 개방 시 정상 압력이 되는 시점까지} 다소의 시간이 걸리기 때문이다.
더욱이, 밸브 개방 기간 후의 연료 압력을 검출하는 시기는, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 시기로부터 소정 시간 경과 후가 바람직하다. 이것은, 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상이더라도, 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄한 시점에서 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄하는 시점까지{유량 조정 밸브(30)가 폐쇄한 시점에서 유량 조정 밸브(30) 하류의 연료 압력이 밸브 폐쇄 시 정상 압력이 되는 시점까지}에 다소의 시간이 걸리기 때문이다.
이상의 결과, 내연 기관의 배기 시스템에 배치된 배기 정화 촉매로 환원제를 공급하는 것에 의해 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 내연 기관의 배기 정화 장치에 있어서의 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간 중, 밸브 개방 기간의 이전, 또는 밸브 개방 기간 이후에 있어서의 통로 개폐 밸브보다 하류의 압력의 상태에 기초하여, 통로 개폐 밸브 및 또는 환원제 첨가부의 이상을 검출하는 것이 가능해지기 때문에, 환원제 공급 기구의 이상에 기인한 배기 배출물의 악화나 배기 정화 촉매의 열화 등의 억제에 기여하는 것이 가능해진다.
〈제 5 실시예〉
다음에, 본 제 5 실시예의 이상 판정 제어에 대하여 설명한다.
이 제 5 실시예의 배기 정화 장치에 대하여, 그 기본 구성은, 도 1 내지 도 3에 도시한 점에 있어서는, 동일하기 때문에, 그 설명은 상기 예를 참조하고자 한다.
이상 판정 제어에서는, CPU(351)는 우선, 이상 판정 실행 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판별한다. 상기의 이상 판정 실행 조건으로서는, 기관 정지 직후인지, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있는지, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에 있는지, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치가 소정 압력인지 등을 예시할 수 있다.
또한, 상술한 소정 압력은, 연료 펌프(6)가 운전 상태에 있고 또한 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄하고 있을 때에 환원제 압력 센서(32)에서 검출되는 압력(예를 들면 0.7MPa, 이하, 「운전 시 환원제 압력」이라고 부른다)과 거의 같은 값인 것이 바람직하다. 여기서, 본 실시예에 따른 연료 펌프(6)는, 내연 기관(1)의 출력의 일부를 구동원으로 하고 있지만, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태 직후일 때에는, 타성으로 회전하고 있기 때문에 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치, 바꿔 말하면, 차단 밸브(31)와 유량 조정 밸브(30) 사이의 환원제 공급 통로(29)에 있어서의 환원제의 압력이 즉시 저하하는 일은 없다.
그래서, 본 실시예에서는, 내연 기관(1)의 운전 정지 직후에 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태를, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태를 유지하도록 환원제 공급 기구가 구성되도록 하는 것에 의해, 상기의 이상 판정 실행 조건을 성립시키도록 하였다.
여기서, 내연 기관(1)이 운전을 정지한 직후의 환원제 압력 센서(32)에서 검출되는 압력이, 상기 소정 압력(예를 들면 0.7MPa)보다도 낮은 압력인 경우에는 유량 조정 밸브(30)보다도 상류의 환원제 공급 기구에 있어서 환원제인 연료의 누출이 발생할 우려가 있다. 이 때에는, CPU(351)는 도시하지 않는 경고등을 점등시켜 운전자에게 주의를 환기한다.
또한, 이상 판정 실행 조건이 성립하면, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)를 밸브 폐쇄 상태로 유지하면서 차단 밸브(31)를 밸브 폐쇄 제어한다. 여기서, 차단 밸브(31) 및 유량 조정 밸브(30)가 모두 밸브 폐쇄 상태에 있을 때는, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)는, 차단 밸브(31) 및 유량 조정 밸브(30)를 경계로 하여 3개의 공간으로 구획된다. 이하에서는, 유량 조정 밸브(30) 및 차단 밸브(31)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때의 차단 밸브(31)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)를 상류측 폐쇄 공간부라고 부르고, 유량 조정 밸브(30)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)를 하류측 폐쇄 공간부라고 부른다.
이 때의, 상류측 폐쇄 공간부의 환원제의 압력은 운전 시 환원제 압력(예를들면 0.7MPa)이 되고, 하류측 폐쇄 공간부의 환원제의 압력은 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 압력(예를 들면 O.2 MPa)이 된다. 또한, 상류측 폐쇄 공간부보다도 상류의 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력은, 운전 시 환원제 압력과 거의 같은 압력이 된다.
이어서, CPU(351)는 차단 밸브(31)를 밸브 폐쇄 상태로 유지하면서 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어를 행하고, 그 직후에 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 제어를 행한다. 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부를 연통시켜, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)가 1개의 폐쇄 공간을 형성한다.
이러한 상태에서는, 환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18)으로 환원제가 분사되고, 상기 폐쇄 공간 내의 환원제의 압력은 서서히 저하하며, 마지막에는 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 압력(예를 들면 O.2 MPa)과 같아진다.
본 발명에 있어서는, 이와 같이 환원제의 압력이 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 압력과 같아지기 전에 CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 제어를 행하고, 환원제 공급 통로(29)를 구획한다. 그 때, 차단 밸브(31), 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상이면, 이 때의 상류측 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은, 상기 운전 시 환원제 압력보다 낮고 또한 상기 밸브 개방 압력보다 높은 값(예를 들면 O.4 MPa, 이하, 「밸브 개방 시 정상 압력」이라고 부른다)이 된다. 또한, 차단 밸브(31), 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때는, 상류측 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은, 밸브개방 시 정상 압력(예를 들면 0.4 MPa)으로 유지되고, 하류측 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은, 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)으로부터 서서히 저하하여 상기 밸브 개방 압력(예를 들면 O.2 MPa)이 된다.
그리고, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 제어된 후의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치에 기초하여 유량 조정 밸브(30) 또는 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 판정한다.
이 결과, 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 15에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
또한, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)는, 두개의 폐쇄 공간으로 구획되지 않고서 1개의 폐쇄 공간이 된다. 이 폐쇄 공간 내의 환원제의 압력은, 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 압력(예를 들면 0.2 MPa)까지 저하한다.
이 결과, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 16에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
또한, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있는 경우는, CPU(351)가 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어를 행하더라도, 상술한 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부로 연통시킬 수 없고, 상류측 폐쇄 공간부내의 환원제 압력이 변화하지 않게 된다. 그 때문에, 상류측 폐쇄 공간부는 운전 시 환원제 압력(예를 들면 0.7 MPa)을 유지한다.
이 결과, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있을 때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 17에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
또한, 상술한 리치 스파이크 제어에 있어서 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 환원제가 환원제 분사 밸브(28)에 인가되게 되지만, 그 때에 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있으면, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사되지 않게 된다. 이러한 상황 하에서 리치 스파이크 제어의 실행을 종료하기 위해서 유량 조정 밸브(30)가 폐쇄되면, 유량 조정 밸브(30)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)(하류측 폐쇄 공간부)가 폐쇄된 공간이 되기 때문에, 이 폐쇄 공간 내의 환원제 압력이 상기 밸브 개방 압력보다 높은 운전 시 환원제 압력(예를 들면 0.7 MPa)을 유지하게 된다.
따라서, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있으면, 상술한 이상 판정제어 실행 조건이 성립하였을 때, 상기 상류측 폐쇄 공간부의 환원제 압력이 운전 시 환원제 압력으로 되는 동시에 상기 하류측 폐쇄 공간부의 환원제 압력이 상기 밸브 개방압보다 높은 운전 시 환원제 압력이 된다. 이러한 상태일 때에 유량 조정 밸브(30)가 개방되어 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부가 연통하더라도, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)내의 환원제 압력은, 상기 밸브 개방 시 정상 압력보다 높은 운전 시 환원제 압력이 된다. 그 후, CPU(351)에 의해 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 제어가 행해지더라도, 상츄측 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은 변화하지 않고서 운전 시 환원제 압력을 유지한다.
이 결과, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있을 때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 17에 도시되는 바와 같은 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 작동 불량에 빠져 있을 때와 공통의 거동을 나타내게 된다.
또한, 본 발명에 있어서는, 더욱이 CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어를 2회 행한다. 여기서, 차단 밸브(31)에 이상이 없으면, 유량 조정 밸브(30)가 개방되어 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부가 연통되면, 그 때마다, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사된다. 이와 같이, 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부가 연통될 때마다, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력이 저하한다.
이 결과, 차단 밸브(31)에 이상이 없으면, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 18에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
그러나, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, CPU(351)가 차단 밸브(31)의 밸브 폐쇄 제어를 행하더라도, 연료 펌프(6)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 공간은 항상 연통 상태가 된다. 이 상태에서 상술한 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어가 행해지고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사되면, 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력이 저하한다.그러나, 그 후 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 제어가 행해지면, 연료 펌프(6)는 타성으로 회전하고 있기 때문에, 연통 상태가 된 연료 펌프(6)로부터 유량 조정 밸브(30)에 도달하는 공간에는 연료가 공급되며, 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력은 상승한다.
이 결과, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있으면, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 19에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 이상 판정 제어에 의하면, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있고, 또한, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치가 소정 압력인 것을 조건으로, 유량 조정 밸브(30)를 개폐 제어하여, 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치를 감시하는 것에 의해, 차단 밸브(31), 유량 조정 밸브(30), 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 어느 정도 판별하는 것이 가능해진다.
이하, 본 실시예에 있어서의 이상 판정 제어에 대하여 도 20의 순서도에 따라 구체적으로 설명한다.
이상 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 우선, S101에 있어서, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있는지의 여부를 판별한다.
CPU(351)는 상기 S101에 있어서 내연 기관(1)이 작동 상태에 있다고 판정한 경우는, 본 루틴의 실행을 일단 종료하고, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있다고 판정한 경우는, S102로 진행한다.
S102에서는, CPU(351)는 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치{유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 있어서의 환원제 압력(Pb)}를 입력한다.
S103에서는, CPU(351)는 상기 S102에서 입력된 환원제 압력이 운전 시 정상압력(예를 들면 0.7 MPa)과 같은지의 여부를 판별한다.
CPU(351)는 상기 S103에 있어서 상기 환원제 압력이 상기 소정 압력과 같지 않다고 판정한 경우는, S119로 진행하여 유량 조정 밸브(30)보다도 상류에서 환원제의 누출이 발생하고 있는 것으로 간주하고 본 루틴의 실행을 종료시킨다. 또한, 상기 환원제 압력이 상기 소정 압력과 같다고 판정한 경우는, S104로 진행한다.
S104에서는, CPU(351)는 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜, 상술한 이상 판정 실행 조건을 성립시킨다.
S105에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)를 밸브 개방 제어하고, 그 직후에 유량 조정 밸브(30)의 밸브 폐쇄 제어를 행한다. 이하, 이 제어를 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어라고 부른다.
S106에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(Pa)를 입력한다.
S107에서는, CPU(351)는 상기 S106에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)과 같은지의 여부를 판별한다.
상기 S107에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같다고 판정한 경우는 S108로 진행하고, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상이라고 간주한다.
한편, 상기 S107에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같지 않다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S114로 진행한다.
S114에서는, CPU(351)는 상기 환원제 압력(Pa)이 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 같은지의 여부를 판별한다.
상기 S114에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 같다고 판정한 경우, 결국 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 후의 환원제 압력(Pa)이 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)에서 변화하지 않고 있다고 판정한 경우는 S115로 진행하고, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S114에 있어서, 상기 환원제 압력(Pa)이 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 동일하다고 CPU(351)가 판정한 경우는, S116으로 진행한다.
S116에서는, CPU(351)는 상기 S106에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮은지의 여부를 판별한다.
상기 S116에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S117로 진행하고, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S116에 있어서, 상기 S106에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮다고 CPU(351)가 판별한 경우는, S118로 진행하고, 환원제 분사 밸브(28)가 이상이라고 간주하고 본 루틴의 실행을 종료한다. 이것은, 시간 경과 변화, 이물 혼입 등의 이유에 의해 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 압력이 정상시보다도 높게 되어 있다고 간주하는 것이다. 이러한 상태에서는, 유량 조정 밸브(30)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때는, 하류측 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때의 밸브 개방 압력보다도 높은 압력(예를 들면 0.5 내지 O.6 MPa)이 된다. 또한, 상류측 폐쇄 공간부는, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어가 행해질 때까지는 상기 운전 시 환원제 압력(예를 들면 0.7MPa)을 유지하고 있다. 그 후, 유량 조정 밸브(30)의 밸브 개방 제어가 행해져서 상류측 폐쇄 공간부와 하류측 폐쇄 공간부가 연통되면, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력은, 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때의 밸브 개방 압력보다도 높은 압력과 운전 시 환원제 압력과의 사이의 압력이 된다. 이 때의 압력은, 상기 밸브 개방시 정상 압력(예를 들면 0.4 MPa)보다도 높은 압력이 된다.
다음에, S109에서는, S105에서 행한 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어를 2회 행한다.
S110에서는, CPU(351)는 유량 조정 밸브(30)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(Pc)를 입력한다.
S111에서는, CPU(351)는 상기 S110에서 입력된 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮은지의 여부를 판별한다.
상기 S111에 있어서 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력보다도 낮다고 판정한 경우는 S112로 진행하고, CPU(351)는 차단 밸브(31)가 정상이라고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S111에 있어서 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력보다도 낮다고 판정한 경우는, 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같은 경우이고, CPU(351)는 S113로 진행하며, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
이와 같이 CPU(351)가 이상 판정 제어 루틴을 실행하는 것에 의해, 본 발명에 따른 이상 판정 수단이 실현되게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 의하면, 배기 분기관(18)에 설치된 환원제 분사 밸브(28)와, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료의 일부를 환원제 분사 밸브(28)로 유도하는 환원제 공급 통로(29)와, 환원제 공급 통로(29)의 도중에 설치되어 환원제 분사 밸브(28)로부터 분사되는 환원제량을 조정하는 유량 조정 밸브(30)와, 유량 조정 밸브(30)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29)를 차단하는 차단 밸브(31)를 구비한 환원제 공급 기구에 있어서, 차단 밸브(31)와 유량 조정 밸브(30)의 사이에 배치된 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호에 기초하여, 유량 조정 밸브(30)의 이상과 환원제 분사 밸브(28)의 이상과 차단 밸브(31)의 이상을 어느 정도 식별하는 것이 가능해진다.
이 결과, 유량 조정 밸브(30), 환원제 분사 밸브(28) 또는 차단 밸브(31)에 이상이 발생한 경우에, 차량의 운전자는 빠른 시기에 그것을 인식할 수 있다.
〈제 6 실시예〉
다음에, 본 발명의 제 6 실시예에 대하여 설명한다.
본 실시예에 있어서는, 제 5 실시예와 비교하여 환원제 분사 밸브(28) 및 유량 조정 밸브(30)의 구조가 상이하다. 본 실시예에서는, 제 5 실시예에 따른 유량 조정 밸브(30)가 행하고 있는 환원제의 조절량은, 환원제 분사 밸브(28)에서 행해진다.
제 5 실시예에 따른 환원제 공급 기구에서는, 유량 조정 밸브(30)가 개방되면, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여 환원제 분사 밸브(28)로 인가된다. 환원제 분사 밸브(28)는, 해당 환원제 분사 밸브(28)에 인가되는 환원제 압력이 상기 밸브 개방압보다 높아진 시점에서 개방하고, 환원제로서의 연료를 배기 분기관(18) 내로 분사한다. 그러나, 본 제 6 실시예에서는, 도 21에 도시되는 바와 같이, 유량 조정 밸브(30)가 생략되고, 환원제 분사 밸브(28)에서는, 연료 펌프(6)로부터 토출된 고압의 연료가 환원제 공급 통로(29)를 통하여, 직접 환원제 분사 밸브(28)에 인가된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)가 개방되면 고압의 연료가 배기 분기관(18) 내로 분사된다.
여기서, 도 22에 기초하여 본 실시예에 따른 환원제 분사 밸브(28)를 사용한 리치 스파이크 제어에 관해서 구체적으로 설명한다. 리치 스파이크 제어 실행 조건이 성립하고 있다고 판정된 경우에, CPU(351)는 RAM(353)에 기억되어 있는 기관회전수, 액셀 개방도 센서(36)의 출력 신호(액셀 개방도), 공기 유량계(11)의 출력 신호치(흡입 공기량), 연료 분사량 등을 판독한다. CPU(351)는 상술한 기관 회전수와 액셀 개방도와 흡입 공기량과 연료 분사량을 파라미터로서 ROM(352)의 환원제 첨가량 제어 맵으로 액세스하고, 배기의 공연비를 미리 설정된 목표 리치 공연비로 한 후에 있어서 필요로 되는 환원제의 첨가량(목표 첨가량)을 산출한다.
계속해서, CPU(351)는 상기 목표 첨가량을 파라미터로서 ROM(352)의 유량 조정 밸브 제어 맵으로 액세스하고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 목표 첨가량의 환원제를 분사시킨 후에 있어서 필요로 되는 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 시간(목표 밸브 개방 시간)을 산출한다.
환원제 분사 밸브(28)의 목표 밸브 개방 시간이 산출되면, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)를 개방시킨다.
CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)를 개방시킨 시점에서 상기 목표 밸브 개방 시간이 경과하면, 환원제 분사 밸브(28)를 폐쇄시킨다.
이와 같이 환원제 분사 밸브(28)가 목표 밸브 개방 시간만 개방되면, 목표 첨가량의 연료가 환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18) 내로 분사되게 된다. 그리고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 분사된 환원제는, 배기 분기관(18)의 상류로부터 흘러온 배기와 서로 혼합되어 목표 리치 공연비의 혼합기를 형성하고, 흡장 환원형 NOx 촉매(20)에 유입된다.
이 결과, 흡장 환원형 NOx촉매(20)에 유입되는 배기의 공연비는, 비교적으로 짧은 주기로 「린 공연비」와 「스파이크적인 목표 리치 공연비」를 교대로 반복하게 되고, 따라서, 흡장 환원형 NOx촉매(20)가 질소 산화물(NOx)의 흡수와 방출·환원을 교대로 단주기적으로 반복하게 된다.
다음에, 본 발명의 요지가 되는 이상 판정 제어에 대하여 설명한다.
이상 판정 제어로서는, CPU(351)는 우선, 이상 판정 실행 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판별한다. 상기의 이상 판정 실행 조건으로서는, 기관 정지 직후인, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에 있는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치가 소정 압력인 등을 예시할 수 있다.
더욱이, 상술한 소정 압력은, 연료 펌프(6)가 운전 상태에 있고 또한 환원제 분사 밸브(28)가 폐쇄하고 있을 때에 환원제 압력 센서(32)에서 검출되는 압력(예를 들면 0.7MPa, 이하, 「운전 시 환원제 압력」이라고 부른다)와 거의 같은 값인 것이 바람직하다. 여기서, 본 실시예에 따른 연료 펌프(6)는, 내연 기관(1)의 출력의 일부를 구동원으로 하고 있지만, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태 직후일 때는, 타성으로 회전하고 있기 때문에 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치, 바꿔 말하면, 차단 밸브(31)와 환원제 분사 밸브(28)의 사이의 환원제 공급 통로(29)에있어서의 환원제의 압력이 즉시 저하하는 일은 없다.
그래서, 본 제 6 실시예에서는, 내연 기관(1)의 운전 정지 직후에 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태를, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태를 유지하도록 환원제 공급 기구가 구성되도록 하는 것에 의해, 상기의 이상 판정 실행 조건을 성립시키도록 하였다.
여기서 내연 기관(1)이 운전을 정지된 직후의 환원제 압력 센서(32)에서 검출되는 압력이, 상기 소정 압력(예를 들면 0.7MPa)보다도 낮은 압력인 경우에는 유량 조정 밸브(30)보다도 상류의 환원제 공급 기구에 있어서 환원제인 연료의 누출이 발생하고 있을 우려가 있다. 이 때에는, CPU(351)는 도시하지 않는 경고등을 점등시켜 운전자에게 주의를 환기한다.
또한, 이상 판정 실행 조건이 성립하면, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)를 밸브 폐쇄 상태로 유지하면서 차단 밸브(31)를 밸브 폐쇄 제어한다. 여기서, 차단 밸브(31) 및 유량 조정 밸브(30)가 모두 밸브 폐쇄 상태에 있을 때는, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)는, 유량 조정 밸브(30)를 경계로 하고 2개의 공간으로 구획된다. 이하에서는, 환원제 분사 밸브(28) 및 차단 밸브(31)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때의 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29)를 폐쇄 공간부라고 부른다.
이 때의, 폐쇄 공간부의 환원제의 압력은 운전 시 환원제 압력(예를 들면 0.7MPa)이 된다. 또한, 폐쇄 공간부보다도 상류의 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력은, 운전 시 환원제 압력과 거의 같은 압력이 된다.
이어서, CPU(351)는 차단 밸브(31)를 밸브 폐쇄 상태에 유지하면서 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 제어를 행하고, 그 직후에 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 폐쇄 제어를 행한다.
환원제 분사 밸브(28)가 개방되어 있을 때는, 환원제 분사 밸브(28)로부터 배기 분기관(18)으로 환원제가 분사되고, 상기 폐쇄 공간 내의 환원제의 압력은 서서히 저하하며, 마지막에는 배기 분기관(18) 내의 압력과 동일하게 된다.
본 발명에 있어서는, 이와 같이 환원제의 압력이 배기 분기관(18)의 압력과 동일하게 될 때까지 저하하기 전에 CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 폐쇄 제어를 행한다. 그리고, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 제어된 후의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치에 기초하여 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 판정한다. 그 때, 차단 밸브(31) 및 환원제 분사 밸브(28)가 정상이면, 이 폐쇄 공간에 있어서의 환원제의 압력은, 상기 운전 시 환원제 압력보다 낮은 값(예를 들면 O.4MPa, 이하, 「밸브 개방 시 정상 압력」이라고 부른다)이 된다.
이 결과, 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 23에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
또한, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, 폐쇄 공간 내의 환원제의 압력은, 배기 분기관(18) 내의 압력까지 저하한다.
이 결과, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 24에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
또한, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있는 경우는 CPU(351)가 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 제어를 행하더라도, 폐쇄 공간부 내의 환원제 압력이 변화하지 않게 된다. 그 때문에, 폐쇄 공간부는 운전 시 환원제 압력(예를 들면 0.7MPa)을 유지한다.
이 결과, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태로 동작 불량에 빠져 있을때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 25에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있을 때에도 마찬가지로, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사되지 않고, 폐쇄 공간부의 환원제 압력은 운전때 환원제 압력(예를 들면 0.7MPa)을 유지하게 된다. 이 결과, 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있을 때는, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 25에 도시되는 바와 같은 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태에서 작동 불량에 빠져 있을 때와 공통의 거동을 나타내게 된다.
또한, 본 발명에 있어서는, 더욱이 CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)의 개폐제어를 2회 행한다. 여기서, 차단 밸브(31)에 이상이 없으면, 환원제 분사 밸브(28)가 개방되고, 그 때마다, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사된다. 이와 같이, 환원제 분사 밸브(28)가 개방될 때마다, 차단 밸브(31)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력이 저하한다.
이 결과, 차단 밸브(31)에 이상이 없으면, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 26에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
그러나, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있는 경우에는, CPU(351)가 차단 밸브(31)의 밸브 폐쇄 제어를 행하더라도, 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 공간은 항상 연통 상태가 된다. 이 상태로 상술한 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 제어가 행해지고, 환원제 분사 밸브(28)로부터 환원제가 분사되면, 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력이 저하한다.그러나, 그 후 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 폐쇄 제어가 행해지면, 연료 펌프(6)는 타성으로 회전하고 있기 때문에, 연통 상태가 된 연료 펌프(6)로부터 환원제 분사 밸브(28)에 도달하는 공간에는 연료가 공급되고, 환원제 공급 통로(29) 내의 환원제의 압력은 상승한다.
이 결과, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있으면, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치는, 도 27에 도시되는 바와 같은 거동을 나타내게 된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 이상 판정 제어에 의하면, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태에 있고, 또한, 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치가 소정 압력인 것을 조건으로, 환원제 분사 밸브(28)를 개폐 제어하고, 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치를 감시하는 것에 의해, 차단 밸브(31) 및 환원제 분사 밸브(28)의 이상을 판별하는 것이 가능해진다.
이하, 본 실시예에 있어서의 이상 판정 제어에 대하여 도 22에 따라 구체적으로 설명한다.
도 22는, 이상 판정 제어 루틴을 도시하는 순서도이고, 이 이상 판정 제어 루틴은, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있을 때에 실행되는 루틴이다.
이상 판정 제어 루틴에서는, CPU(351)는 우선, S201에 있어서, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있는지의 여부를 판별한다.
CPU(351)는 상기 S201에 있어서 내연 기관(1)이 작동 상태에 있다고 판정한경우는, 본 루틴의 실행을 일단 종료하여, 내연 기관(1)이 운전 정지 상태에 있다고 판정한 경우는, S202로 진행한다.
S202에서는, CPU(351)는 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치{환원제 분사 밸브(28)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 있어서의 환원제 압력(Pb)}를 입력한다.
S203에서는, CPU(351)는 상기 S202에 입력된 환원제 압력이 소정 압력(예를 들면 0.7MPa)인지의 여부를 판별한다.
CPU(351)는 상기 S203에 있어서 상기 환원제 압력이 상기 소정 압력과 같지 않다고 판정한 경우는, S219로 진행하여 환원제 분사 밸브(28)보다도 상류에서 환원제의 누출이 발생하고 있는 것으로 간주하고 본 루틴의 실행을 종료시킨다. 또한, 상기 환원제 압력이 상기 소정 압력과 같다고 판정한 경우는, S204로 진행한다.
S204에서는, CPU(351)는 차단 밸브(31)를 폐쇄시켜, 상술한 이상 판정 실행 조건을 성립시킨다.
S205에서는, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)를 밸브 개방 제어하고, 그 직후에 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 폐쇄 제어를 행한다. 이하, 이 제어를 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어라고 부른다.
S206에서는, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(Pa)를 입력한다.
S207에서는, CPU(351)는 상기 S206에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)과 같은지의 여부를 판별한다.
상기 S207에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같다고 판정한 경우는 S208로 진행하고, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)가 정상이라고 간주한다.
한편, 상기 S207에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같지 않다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S214로 진행한다.
S214에는, CPU(351)는 상기 환원제 압력(Pa)이 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 같은지의 여부를 판별한다.
상기 S214에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 같다고 판정한 경우, 결국 환원제 분사 밸브(28)의 제어 후의 환원제 압력(Pa)이 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 전의 환원제 압력(Pb)에서 변화하지 않고 있다고 판정한 경우는 S215로 진행하며, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 또는 환원제 분사 밸브(28)에 막힘이 발생하고 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S214에 있어서, 상기 환원제 압력(Pa)이 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 제어 전의 환원제 압력(Pb)과 같지 않다고 CPU(351)가 판정한 경우는, S216으로 진행한다.
S216에서는, CPU(351)는 상기 S206에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮은지의 여부를 판별한다.
상기 S216에 있어서 상기 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4MPa)보다도 낮다고 판정한 경우는, CPU(351)는 S217로 진행하고, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있다고 간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S216에 있어서, 상기 S206에서 입력된 환원제 압력(Pa)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 O.4 MPa)보다도 낮다고 CPU(351)가 판정한 경우는, S218로 진행하고, 환원제 분사 밸브(28)가 이상이라고 간주하여 본 루틴의 실행을 종료한다. 이것은, 시간 경과 변화, 이물 혼입 등의 이유에 의해 환원제 분사 밸브(28)의 밸브 개방 시에 분사되는 환원제의 양이 정상시보다도 적어도 된다고 간주하는 것이다. 이러한 상태에서는, 환원제 분사 밸브(28)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때는 상기 폐쇄 공간부에 있어서의 환원제의 압력은 환원제 분사 밸브(28)가 정상일 때의 밸브 개방 압력보다도 높은 압력(예를 들면 O.5 내지 O.6MPa)으로 된다.
다음에, S209에서는, S205에서 행한 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어를 2회 행한다.
S210에서는, CPU(351)는 환원제 분사 밸브(28)의 개폐 제어 후에 있어서의 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호치(Pc)를 입력한다.
S211에서는, CPU(351)는 상기 S210에서 입력된 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력(예를 들면 0.4 MPa)보다도 낮은지의 여부를 판별한다.
상기 S211에 있어서 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력보다도 낮다고 판정한 경우는 S212로 진행하고, CPU(351)는 차단 밸브(31)가 정상이라고간주하고, 본 루틴의 실행을 종료한다.
한편, 상기 S211에 있어서 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력보다도 낮다고 판정한 경우는, 상기 환원제 압력(Pc)이 밸브 개방 시 정상 압력과 같은 경우이고, CPU(351)는 S213로 진행하고, 차단 밸브(31)가 밸브 개방 상태에서 작동 불량에 빠져 있다고 간주하여, 본 루틴의 실행을 종료한다.
이와 같이 CPU(351)가 이상 판정 제어 루틴을 실행하는 것에 의해, 본 발명에 따른 이상 판정 수단이 실현되게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 의하면, 배기 분기관(18)에 설치된 환원제 분사 밸브(28)와, 연료 펌프(6)로부터 토출된 연료의 일부를 환원제 분사 밸브(28)로 유도하는 환원제 공급 통로(29)와, 환원제 분사 밸브(28)보다 상류의 환원제 공급 통로(29)에 설치되어 해당 환원제 공급 통로(29)를 차단하는 차단 밸브(31)를 구비한 환원제 공급 기구에 있어서, 차단 밸브(31)와 환원제 분사 밸브(28)의 사이에 배치된 환원제 압력 센서(32)의 출력 신호에 기초하여, 환원제 분사 밸브(28) 및 차단 밸브(31)의 이상을 식별하는 것이 가능해진다.
이 결과, 환원제 분사 밸브(28) 또는 차단 밸브(31)에 이상이 발생한 경우에, 차량의 운전자는 빠른 시기에 그것을 인식할 수 있고, 또한, 수리 시에 있어서의 이상 장소의 조기 발견이 가능해진다.
본 발명에 따른 내연 기관의 배기 정화 장치에 의하면, 배기 정화 촉매보다상류의 배기 통로에 배치된 환원제 첨가부와, 소정의 토출 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과, 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와, 환원제 공급 통로의 도중에 설치된 조량 밸브와, 조량 밸브보다 상류의 환원제 공급 통로에 설치된 차단 밸브를 구비한 환원제 공급 기구에 있어서, 환원제 첨가부의 이상과 조량 밸브의 이상을 식별하는 것이 가능해진다.
이 결과, 환원제 공급 기구가 환원제를 분사 불능에 빠진 경우 등에, 그 요인이 환원제 첨가부에 있는 것이거나, 또는, 조량 밸브에 있는지를 식별하는 것이 가능해진다.

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와,
    상기 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하고,
    상기 환원제 공급 기구는,
    환원제를 소정의 압력으로 토출하는 환원제 토출부와,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 설치되어 상기 배기 통로를 흐르는 배기 중에 환원제를 첨가하는 환원제 첨가부와,
    상기 환원제 토출부로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
    상기 환원제 토출부로부터 상기 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하는 차단부를 구비하며,
    상기 환원제 압력 검출 수단은 상기 차단부보다 하류의 상기 환원제 공급 통로내의 압력을 검출하며,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 공급 기구로서 배기 통로에 환원제를 공급할 필요가 없는 기간중에 상기 차단부가 상기 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하고, 상기 압력 검출 수단에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 공급 기구로서 배기 통로에 환원제를 공급할 필요가 없는 기간중에, 상기 차단부가 상기 환원제 공급 통로로의 환원제의 흐름을 차단하고 있을 때에 상기 압력 검출 수단이 검출하는 압력의 변화량이 소정량을 초과하면, 상기 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 내연 기관의 운전이 정지되었을 때에 상기 압력 검출 수단이 검출한 압력과 상기 내연 기관이 재시동되었을 때에 상기 압력 검출 수단이 검출한 압력과의 편차가 소정량을 초과하면 상기 환원제 공급 기구가 이상이라고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 내연 기관의 운전 정지 시부터 재시동 시까지의 경과 시간이 소정 시간 이상이면, 상기 환원제 공급 기구의 이상 판정을 금지하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와,
    상기 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하고,
    상기 환원제 공급 기구는,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치되고, 미리 설정된 밸브 개방압 이상의 환원제가 인가되었을 때에 개방하여 상기 배기 통로 내로 환원제를 첨가하는 환원제 첨가부와,
    소정의 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
    상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
    상기 환원제 공급 통로에 설치되고, 해당 환원 공급 통로를 개폐하는 통로 개폐 밸브를 가지며,
    상기 압력 검출 수단은 상기 환원제 공급 통로에서의 상기 통로 개폐 수단보다 하류에 설치되고, 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하며,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 통로 개폐 밸브의 밸브 개방 기간 중 및 밸브 개방 기간의 전후에 있어서 상기 압력 검출 수단이 검출한 압력에 기초하여 이상을 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간의 이전에 검출된 압력 및 상기 밸브 개방 기간 이후에 검출된 압력이 제 1 압력이 되고, 또한 상기 밸브 개방 기간 중에 검출된 압력이 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력으로 되는 경우에는, 상기 환원제 첨가부 및 상기 통로 개폐 밸브가 정상이라고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간의 이전에 검출된 압력이 제 1 압력이 되고, 상기 밸브 개방 기간 중에 검출된 압력이 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력이 되며, 상기 밸브 개방 기간 후에 검출된 압력이 상기 통로 개폐 밸브가 폐쇄한 시점에서 소정 시간 내에 상기 제 1 압력까지 저하하지 않는 경우에는, 상기 환원제 첨가부에 막힘이 발생하고 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간의 이전에 검출된 압력이 제 1 압력보다 낮고, 상기 밸브 개방 기간 중에 검출된 압력이 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력이 되며, 상기 밸브 개방 기간 이후에 검출된 압력이 상기 제 1 압력 미만까지 저하하고 있는 경우에는, 상기 환원제 첨가부의 밸브 폐쇄 불량이 발생하고 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간의 전후에 검출된 압력 및 상기 밸브 개방 기간 중에 검출된 압력이 동일한 경우는, 상기 통로 개폐 밸브가 이상이라고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간 중 및 상기 밸브 개방 기간의 전후에 검출된 압력이 제 1 압력보다 높은 경우는, 상기 통로 개폐 밸브가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 밸브 개방 기간 중 및 상기 밸브 개방 기간의 전후에 검출된 압력이 제 2 압력보다 낮은 경우는, 상기 통로개폐 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  15. 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와,
    상기 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하고,
    상기 환원제 공급 기구는,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치되어 미리 설정된 밸브 개방압보다 높은 압력이 인가되었을 때에 개방하는 환원제 첨가부와,
    소정의 토출 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
    상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
    상기 환원제 공급 통로의 도중에 설치되어 상기 환원제 토출 수단으로부터 상기 환원제 첨가부로 공급되는 환원제의 양을 조정하는 조량 밸브와,
    상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 조량 밸브보다 상류에 설치되어 해당 환원제 공급 통로를 차단하는 차단 밸브를 가지며,
    상기 압력 검출 수단은 상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 조량 밸브와 상기 차단 밸브 사이에 설치되고 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하며,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 조량 밸브 및 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치와 그 후에 상기 조량 밸브가 밸브 개방 제어되고 또한 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 차단 밸브 또는 상기 조량 밸브 또는 상기 환원제 첨가부의 이상을 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 전에 검출된 값과 동일한 경우는, 상기 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 또는 상기 환원제 첨가부의 막힘이 발생하고 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 전에 검출된 값과 비교하여 소정치 이상 낮은 경우는, 상기 조량 밸브가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 조량 밸브가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 복수회 행해진 후에, 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 최초에 상기 조량 밸브의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에검출된 값과 동일한 경우는, 상기 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  19. 내연 기관의 배기 통로에 설치되어 환원제의 존재 하에서 배기 중의 유해 가스 성분을 정화하는 배기 정화 촉매와,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로로 환원제를 공급하는 환원제 공급 기구와,
    상기 환원제 공급 기구에 있어서의 환원제의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 압력 검출 수단에서 검출된 압력에 기초하여 상기 환원제 공급 기구의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하고,
    상기 환원제 공급 기구는,
    상기 배기 정화 촉매보다 상류의 배기 통로에 배치되어 환원제를 첨가하기 위해서 개방되는 환원제 첨가부와,
    소정의 토출 압력으로 환원제를 토출하는 환원제 토출 수단과,
    상기 환원제 토출 수단으로부터 토출된 환원제를 상기 환원제 첨가부로 유도하는 환원제 공급 통로와,
    상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 환원제 첨가부보다 상류에 설치되어 해당 환원제 공급 통로를 차단하는 차단 밸브를 가지며,
    상기 압력 검출 수단은 상기 환원제 공급 통로에 있어서의 상기 환원제 첨가부와 상기 차단 밸브 사이에 설치되고, 해당 환원제 공급 통로 내의 환원제의 압력을 검출하며,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 첨가부 및 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치와 그 후에 상기 환원제 첨가부가 밸브 개방 제어되고 밸브 폐쇄 제어된 후의 상기 압력 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 차단 밸브 또는 상기 환원제 첨가부의 이상을 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어가 행해지고, 상기 환원제 첨가부의 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어 전에 검출된 값과 동일한 경우에는, 상기 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태에서 동작 불량에 빠져 있거나, 상기 환원제 첨가부의 막힘이 발생하고 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어 전에 검출된 값과 비교하여 소정치 이상 낮은 경우는, 상기 환원제 첨가부가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 환원제 첨가부가 밸브 폐쇄 상태일 때에 상기 차단 밸브가 밸브 폐쇄 제어되고, 그 후 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 복수회 행해진 후에, 상기 압력 검출 수단이 검출한 값이, 최초에 상기 환원제 첨가부의 밸브 개방 제어 및 밸브 폐쇄 제어가 행해진 후에 검출된 값과 동일한 경우에는, 상기 차단 밸브가 밸브 개방 상태에서 동작 불량에 빠져 있다고 판정하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
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