KR100832271B1

KR100832271B1 - 내연기관의 배기가스 정화장치

Info

Publication number: KR100832271B1
Application number: KR1020010085798A
Authority: KR
Inventors: 니시야마토시히코
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2008-05-26
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2002235533A; KR20020065834A; US6615579B2; CN1333158C; CN1369625A; US20020104311A1

Abstract

배기가스의 NO_X를 저감할 수 있음과 아울러, 디젤엔진 등의 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는 것이다.

배기가스 정화장치(1)에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 축적되는 NO_X량이 소정량에 다달았을 때에 NO_X 흡장환원촉매(10)에 유입되는 디젤엔진(2)의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 NO_X 흡장환원촉매(10)로부터 NO_X를 방출시키는 제 1공연비 제어수단과, 소정량을 디젤엔진(2)의 부하에 따라서 설정하는 소정량 설정수단을 설치하였다. 고부하영역에서, 소정량을 많은 양으로 설정하면, 이론공연비 부근의 운전빈도가 감소하고, 디젤엔진(2)의 연비 및 내구성의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치{EXHAUST GAS PURIFIER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도 1은, 본 발명의 제 1실시형태에 관한 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.

도 2는, 상기 실시형태에 있어서의 디젤엔진의 엔진토크커브를 나타내는 그래프이다.

도 3은, 상기 실시형태에 있어서의 연산처리부를 나타내는 블럭도이다.

도 4는, 상기 실시형태에 있어서의 디젤엔진으로부터 단위시간 단위마력당 배출되는 NO_X량을 나타내는 그래프이다.

도 5는, 본 발명의 실시예의 요부를 나타내는 개략 구성도이다.

도 6은, 본 발명의 다른 변형예를 설명하기 위한 그래프이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 배기가스 정화장치 2 … 내연기관인 디젤엔진

10 … NO_X흡장환원촉매 31 … 실린더

44 … 흡기유량 제한수단인 흡기스로틀밸브

45 … 흡기유량 제한수단 60 … 과급기

61 … 압축기 71 … 회전속도 검출센서

72 … 부하검출센서 74 … 작동상태 검출수단인 스로틀밸브센서

92 … 운전모드인 미세조작모드

93 … 운전모드인 굴삭ㆍ브레이커모드

94 … 운전모드인 중굴삭모드

811 … 제 1공연비 제어수단 812 … 제 2공연비 제어수단

813 … 소정량 설정수단 814 … NO_X량 산출수단

819 … 연료공급량 보정수단

본 발명은, 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것으로, 상세하게는, 공연비가 희박한 배기가스가 유입되면 NO_X를 흡장하고, 유입되는 배기가스의 산소농도가 저하하면 흡장한 상기 NO_X를 방출하는 NO_X흡장환원촉매를 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

종래로부터, 내연기관(예컨대 디젤엔진 등)으로부터 배출되는 배기가스의 NO_X를 저감시키기 위하여, 상기 내연기관에 배기가스 정화장치를 설치하는 것이 알려져 있다.

이 배기가스 정화장치는, 공연비가 희박한 배기가스가 유입되면 NO_X를 흡장하고, 유입되는 배기가스의 산소농도가 저하하면 흡장한 NO_X를 방출하는 NO_X 흡장환원촉매를 구비하고, 이 NO_X흡장환원촉매는, 내연기관의 배기통로 내에 설치되어 있다.

배기가스 정화장치로서는, 일본 특허 제2586739호 공보에 기재된 것이 제안되어 있다.

이 배기가스 정화장치는, 상기 NO_X 흡장환원촉매와, 이 NO_X 흡장환원촉매에 흡장되어 있는 NO_X량을 추정하는 NO_X량 추정수단과, 이 NO_X량 추정수단에 의해서 NO_X 흡장환원촉매에 흡장되어 있다라고 추정된 NO_X량이 미리 설정된 소정값을 넘었을 때에 NO_X흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 방출수단을 구비하고 있다. 이 중, 방출수단은, 이론공연비 부근의 운전으로 되도록 내연기관의 실린더에 대한 연료공급량을 증대시키고, NO_X흡장환원촉매에 유입되는 배기가스의 산소농도를 저하시켜서 NO_X흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키고 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 배기가스 정화장치에서는, 내연기관의 부하상태에 관계없이, 일률적으로 NO_X량 추정수단에 의해 NO_X흡장환원촉매에 흡장되어 있으면 추정된 NO_X량이 소정량을 넘었을 때, 방출수단에 의해서, 실린더로의 연료공급량을 증대시킴으로써 NO_X흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키고 있다.

요컨대, 내연기관의 운전이 저부하영역에 있는지, 고부하영역에 있는지에 관계없이, 모든 부하영역에서 동일 기준으로 실린더로의 연료공급량을 증대시키고 있다.

그러나, 내연기관의 운전이 고부하영역에 있을 때에는, 실린더 내압력(통내압력)이 높고, 이와 같은 실린더로의 연료공급량을 증대시키면, 실린더 안이 아주 고온으로 된다. 이 때문에, 내연기관의 고부하 시에 있어서, 실린더로의 연료공급량의 증대를 빈번히 행하면 내연기관 자체의 내구성에 문제가 생길 가능성이 있다.

특히, 과급기를 부착한 내연기관인 경우에는, 실린더에 공급되는 공기량이 많으므로, 실린더 안이 더욱 고온으로 되어서 내구성의 문제가 더욱 우려된다. 또한, 실린더로부터 배출되는 공기량도 많게 되기때문에, 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 하기에는 다량의 연료를 실린더에 공급할 필요가 있게 되고, 연비가 악화한다라는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 배기가스의 NO_X를 저감할 수 있음과 아울러, 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 내연기관의 배기가스 정화장치는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 이하의 구성을 구비한다.

(1) 본 발명은, 공연비가 희박한 배기가스가 유입되면 NO_X를 흡장하고, 유입되는 배기가스의 산소농도가 저하하면 흡장한 상기 NO_X를 방출하는 NO_X 흡장환원촉매를 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치로서, 상기 NO_X 흡장환원촉매에 축적되는 NO_X량을 산출하는 NO_X량 산출수단과, 이 NO_X량 산출수단으로 산출된 NO_X량이 소정량에 다달았을 때에, 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 1공연비 제어수단과, 상기 소정량을 상기 내연기관의 부하, 또는 상기 내연기관의 부하 및 회전속도에 따라서 설정하는 소정량 설정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 제 1공연비 제어수단에 의해, 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변화시킴으로써, NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 배기가스의 산소농도를 저하시켜서 흡장하고 있던 NO_X를 방출, 즉 흡장하고 있던 NO_X를 N₂로서 이탈시켜 배기가스의 NO_X를 저감하고 있다.

제 1공연비 제어수단은, NO_X량 산출수단으로 산출된 NO_X량(NO_X 흡장환원촉매로 축적되어 있는 NO_X량)이 소정량에 다달았을 때에, 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 두고, 이 공연비 변경의 기준으로 되는 소정량 은, 소정량 설정수단에 의해, 내연기관의 부하, 또는, 내연기관의 부하 및 회전속도에 따라서 설정된다. 여기서, 가령, 부하가 높고, 또는, 부하 및 회전속도가 높을 때, 즉 내연기관의 실린더 내에 공급되는 연료량 및 공기량이 많을 때에 소정량을 많은 양으로 설정하면, 고부하영역 등에서의 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 회수를 줄일 수 있고, 내연기관의 연비 및 내구성의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

(2) 본 발명은, 상기 (1)에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 고부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고, 상기 내연기관의 저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 이론공연비 부근의 운전을 빈번히 행하면 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 초래하는 고부하영역에 있어서, 소정량 설정수단은, NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고 있기 때문에, 이론공연비 부근의 운전의 회수를 가능한한 적게 설정할 수 있고, 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

또한, 저부하영역에 있어서, 소정량 설정수단은, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하고 있기 때문에, NO_X 흡장환원촉매에 항상 빈 용량을 가지는 것이 가능하다. 이것에 의해, 내연기관이 저부하영역으로부터 NO_X 배출량이 많은 고부하영역으로 변한 경우에도, 고부하영역에 있어서, 배기가스의 공연비를 곧바로 이론공연비 부근으로 변경하지 않게 된다.

(3) 본 발명은, 상기 (1)에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 고속ㆍ고부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고, 상기 내연기관의 저속ㆍ저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 이론공연비 부근의 운전을 빈번히 행하면 내연기관의 내구성 및 연비의 대폭적인 악화를 초래하는 고속ㆍ고부하영역에 있어서, 소정량 설정수단은, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고 있기 때문에, 이론공연비 부근의 운전의 회수를 가능한한 적게 설정할 수 있고, 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

또한, 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 회수를 많게 하여도 그정도 부담이 걸리지 않는 저속ㆍ저부하영역에 있어서, 소정량 설정수단은, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하고 있기 때문에, NO_X 흡장환원촉매에 항상 빈 용량을 가지는 것이 가능하다. 이것에 의해, 내연기관이 저속ㆍ저부하영역으로부터 고속ㆍ고부하영역을 포함하는 다른 부하영역으로 바뀐 경우에도, 해당 다른 부하영역에 있어서 배기가스의 공연비를 곧바로 이론공연비 부근으로 변경하지 않게 된다.

(4) 본 발명은, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저부하영역 또는 상기 저속ㆍ저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 내연기관의 운전모드에 따라서 설정하는 것이다.

예컨대, 고부하와 저부하 사이를 일정하게 왕복하는 운전을 행하는 운전모드의 경우에는, 저부하영역에서 일정하게 운전을 행하고 있는 경우와 다르고, 저부하영역으로부터 고부영역으로 운전이 변경되는 빈도도 높고, 또한, 저부하영역에서의 운전시간도 짧게 된다.

본 발명에 의하면, 내연기관의 저부하영역(저속ㆍ저부하영역)에 있어서, 소정량 설정수단은, 소정량을 상기 내연기관의 운전모드에 따라 설정하고 있으므로, 예컨대, 상술한 저부하영역(저속ㆍ저부하영역)에서의 운전시간이 비교적 짧은 운전모드에 대응하여, 소정량 설정수단에 의해, 소정량을 통상의 저부하영역에 있어서의 운전일 때에 설정하는 소정량보다 작은 값으로 함으로써, NO_X 흡장환원촉매에서 축적된 NO_X를 가능한 한 저부하영역에서 방출하는 것이 가능하도록 되고, 고부하영역에서의 이론공연비 부근의 운전빈도를 최소한으로 줄일 수 있다.

(5) 본 발명은, 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저부하영역 또는 상기 저속ㆍ저부하영역에서는 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량의 1/3 ~ 2/3의 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 내연기관의 저부하(저속ㆍ저부하영역)에 있어서, 소정량 설정수단은, 소정량은 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량의 1/3 ~ 2/3의 양으로 설정하고 있기 때문에, NO_X 흡장환원촉매에 항상 NO_X 흡장가능용량의 2/3 ~ 1/3의 빈 용량을 가질 수 있다. 이것에 의해, 내연기관이 저부하영역(저속ㆍ저부하영역)으로부터 고부하영역(고속ㆍ고부하영역을 포함하는 다른 부하영역)으로 변경한 경우에도, 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 당면해서 변경하지 않게 된다.

(6) 본 발명은, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출센서와, 상기 내연기관의 부하를 검출하는 부하검출센서를 구비하고, 상기 NO_X량 산출수단은, 상기 회전속도 검출센서 및 상기 부하검출센서로부터의 정보에 기초하여 상기 NO_X 흡장환원촉매에 축적되는 NO_X량을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 가령 내연기관에 통상 장비되어 있는 회전속도 검출센서 및 부하검출 센서로부터의 신호에 기초하여, NO_X량 산출수단에 의해 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장량을 산출하고 있기 때문에, NO_X 흡장량을 구하기 위하여 NO_X 센서를 별개로 설치할 필요가 없게 되고, 본 발명의 배기가스 정화장치를 싼가격으로 구성할 수 있다.

(7) 본 발명은, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관이 상기 고부하영역으로부터 상기 저부하영역으로 변하였을 때에, 또는 상기 고속ㆍ고부하영역으로부터 상기 저속ㆍ저부하영역으로 변하였을 때에, 곧바로 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 2공연비 제어수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 제 2공연비 제어수단에 의해서, 고부하영역으로부터 저부하영역, 또는, 고속ㆍ고부하영역으로부터 저속ㆍ저부하영역으로 내연기관의 운전이 변경되었을 때에, 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하고 있다.

이 때문에, 가령, 내연기관의 통내 온도ㆍ통내 압력이 높고 NO_X의 배출량이 많은 고부하영역(고속ㆍ고부하영역)으로부터 저부하영역(저속ㆍ저부하영역)으로 변하였을 때, NO_X 흡장환원촉매에 흡장된 NO_X량이 많은 것으로 하여도, 제 2공연비 제어수단에 의해서 확실하게 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출가능하여 흡장되어 있는 NO_X량을 항상 적게 할 수 있기 때문에, 저부하영역으로부터 고부하영역으로 곧바로 돌아와 당면하여 그 영역에서 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하지 않아도 된다.

(8) 본 발명은, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한가능한 흡기유량 제한수단이 설치되고, 상기 제 1공연비 제어수단 및/또는 상기 제 2공연비 제어수단은, 상기 흡기유량 제한수단에 의해 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한하여, 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 실린더로의 흡장유량을 제한할 수 있는 흡기유량 제한수단을 설치함으로써, 이 흡기유량 제한수단에 의해, 공연비를 용이하게 변경할 수 있도록 된다. 가령, 공연비가 희박한 경우, 흡기유량 제한수단에 의해서 실린더 내에 유입되는 흡기량을 감소시키면, 연비를 대폭적으로 악화시킴이 없이 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경할 수 있다.

(9) 본 발명은, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 내연기관에는, 압축기를 보유하는 과급기가 설치되고, 상기 흡기유량 제한수단은, 상기 과급기의 상기 압축기 출구측의 급기의 일부를 상기 NO_X 흡장환원촉매의 후류측으로 배출가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 과급기의 압축기 출구측의 급기의 일부를 NO_X 흡장환원촉매의 후류측으로 배출할 수 있는 흡기유량 제한수단을 설치하였기 때문에, 과급기를 부착한 내연기관이어도, 흡기유량을 삭감하여 소비를 대폭적으로 악화시킴이 없 이 내연기관에 이론공연비 부근의 운전을 확실하게 실행시킬 수 있다.

또한, 과급기의 급기압을 이용하여 급기의 일부를 NO_X 흡장환원촉매의 후류측에 배출하기 때문에, 역류함이 없이 확실하게 배출을 행할 수 있다.

(10) 본 발명은, 상기 (8) 또는 (9)에 기재된 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 흡기유량 제한수단의 작동상태를 검출하는 작동상태 검출수단과, 이 작동상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 상기 내연기관의 실린더로의 연료공급량을 보정하는 연료공급량 보정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에 의하면, 작동상태 검출수단에 의해서 흡기유량 제한수단의 작동상태를 검출하고, 이 작업상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 연료공급량 보정수단에 의해 실린더로의 연료공급량을 보정하고 있다. 이 때문에, 공연비의 희박으로부터 이론공연비 부근으로 변경할 때, 및 이론공연비 부근으로부터 공연비의 희박으로 변경할 때에 있어서의 흡기유량 제한수단의 작동 도중에는, 그 작동상태에 따라서 실린더로의 연료공급량을 조정할 수 있고, 흡기유량 제한수단의 작동 도중에 있어서도 공연비의 조정을 적절하게 행할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 기초하여 설명한다.

도 1에는, 본 발명의 제 1실시형태에 관한 시스템이 나타내지고, 이 시스템은, 배기가스 정화장치(1) 및 이 배기가스 정화장치(1)가 장착된 내연기관으로서의 디젤엔진(2)을 구비하고 있다.

우선, 시스템의 개략에 관해서 설명한다.

배기가스 정화장치(1)는, 디젤엔진(2)의 배기통로 내에 설치된 NO_X의 흡장환원촉매(10)와, 이 NO_X 흡장환원촉매(10)에 있어서의 NO_X의 흡장 및 방출을 제어하는 제어수단(20)을 구비하고 있다.

디젤엔진(2)은, 압축한 고온공기 중에 연료를 분사하여 자기착화시킴으로써 구동력을 발생시키는 내연기관이고, 복수의 실린더(31)(도 1에는, 1개의 실린더(31)만을 도시하고, 다른 실린더의 도시를 생략한다.)를 보유하는 엔진본체(30)와, 실린더(31)에 흡기를 행하기 위한 흡기계통(40)과, 실린더(31)의 배기를 행하기 위한 배기계통(50)과, 압축기(61) 및 터빈(62)을 보유하는 과급기(60)를 구비하고 있다. 이 중, 배기계통(50)에 배기가스 정화장치(1)의 NO_X 흡장환원촉매(10)가 설치되어 있다.

다음에, 시스템의 상세에 관해서 설명한다.

디젤엔진(2)의 엔진본체(30)에 있어서, 각 실린더(31) 상부에는, 실린더(31) 내의 연소실(31A)의 꼭대기벽을 형성하는 실린더헤드(32)가 각각 설치되고, 이 실린더헤드(32)에는, 흡기밸브(321), 배기밸브(322), 및 연료분사노즐(323)이 장착되어 있다.

또한, 각 실린더(31)는, 실린더헤드(32)를 통해서, 흡기계통(40)을 구성하는 흡기매니폴드(41) 및 배기계통(50)을 구성하는 배기매니폴드(51)에 각각 접속되어 있고, 흡기밸브(321) 및 배기밸브(322)가 상하 이동함으로써 실린더(31) 내의 흡배 기가 행해지도록 되어 있다.

연료분사노즐(323)은, 도시하지 않은 연료분사펌프에서 가압된 연료를 실린더(31) 내에 분사하는 것이다. 연료분사노즐(323)로부터의 연료분사량(연료공급량) 및 연료분사시간은, 연료분사펌프의 동작에 의해서 결정되고, 이 연료분사펌프의 동작을 도시하지 않은 원심식 진각장치에 의해서 제어되고 있다.

흡기계통(40)은, 프리클리너(42), 에어클리너(43), 상기 흡기매니폴드(41)를 포함하여 구성되어 있다.

프리클리너(42)는, 에어클리너(43)의 상류측에 접속되어 있고, 먼지가 많은 등 작업환경이 나쁜 장소에서 이용되는 차량이나 기계의 엔진(가령 건설기계의 엔진)에 이용되고, 외부로부터 받아들인 공기의 거친 쓰레기를 에어클리너(43)에 들어가기 전에 제거하고 있다. 또한, 디젤엔진(2)의 작업환경에 의해서는 프리클리너 (42)는 설치되지 않아도 좋다.

에어클리너(43)는, 프리클리너(42)를 통과한 공기의 쓰레기나 먼지를 제거하는 것이고, 하류측이 배관을 통해서 과급기(60)의 압축기(61)의 입구에 접속되어 있다.

에어클리너(43)와 과급기(60)의 압축기(61)를 접속하는 배관의 도중에는, 배기가스 정화장치(1)의 흡기유량 제한수단으로서의 흡기 스로틀밸브(44)가 배치되고, 이 흡기 스로틀밸브(44)는, 가령 도시하지 않은 원판의 회전에 의해서 관로의 개방상태를 조절하는 것이므로 실린더(31)로의 흡기유량을 조절할 수 있도록 되어 있다. 또한, 흡기 스로틀밸브(44)의 동작제어에 관해서는 뒤에 상세히 서술한다.

과급기(60)의 압축기(61)의 출구는, 배관을 통해서 흡기매니폴드(41)에 접속되고, 이 흡기매니폴드(41)는, 실린더헤드(32)를 통해서 실린더(31)에 접속되어 있다.

배기계통(50)은, 배기매니폴드(51), 촉매용 하우징(52), 및 배기마후라(53)를 포함하여 구성되어 있다.

실린더헤드(32)를 통해서 실린더(31)에 접속되어 있는 배기매니폴드(51)는, 배관을 통해서 과급기(60)의 터빈(62)의 입구에 접속되어 있다. 이 터빈(62)의 출구는, 배관을 통해서 촉매용 하우징(52)의 입구에 접속되고, 촉매용 하우징(52)의 출구에는, 배기마후라(53)가 접속되어 있다.

촉매용 하우징(52)은, 내부에 배기가스 정화장치(1)의 NO_X 흡장환원촉매(10)를 유지하고 있고, 촉매용 하우징(52)의 입구(52A)로부터 유입한 배기가스가 NO_X 흡장환원촉매(10)를 통해서 출구(52B)로부터 유출하도록 되어 있다.

배기마후라(53)는, NO_X 흡장환원촉매(10)를 통한 배기가스의 소음을 줄이기 위하여, 및 배기가스의 온도를 저하시키기 위해서 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 보유하는 디젤엔진(2)의 엔진토크커브를 도 2에 나타낸다. 또한, 종축은 엔진토크, 횡축은 엔진회전수이다.

여기서, A점은 로우 유휴상태, B점은 하이 유휴상태, C점은 최대토크, D점은 정격출력을 나타내고 있다.

본 실시형태에서는, 디젤엔진(2)의 저부하영역을, 엔진토크가 정격출력(D점)의 약 50% 이하의 범위(도 2 중 해칭으로 나타내지는 범위)로 한다. 한편, 디젤엔진(2)의 고부하영역은 엔진토크가 정격출력의 약 50%이상인 범위로 된다. 요컨대, 로우 유휴상태(A점) 시 및 하이 유휴상태(B점)시는 저부하영역에 포함되고, 최대토크(C점)시 및 정격출력(D점)시는 고부하영역에 포함되게 된다.

배기가스 정화장치(1)의 NO_X 흡장환원촉매(10)는, 공연비가 희박한 배기가스가 유입되면 NO_X를 흡장하고, 유입되는 배기가스의 산소농도가 저하하면 흡장한 NO_X를 N₂ 로서 이탈시켜서 방출하는 촉매이고, 가령 벌집 구조로 형성된 세라믹제의 촉매담체에 담지되어 있다.

본 실시형태에서는, 이와 같은 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X의 흡장 및 방출의 제어를, 디젤엔진(2)의 공연비를 제어하는 것으로 행하고 있고, 디젤엔진(2)의 공연비의 제어는, 이하에 설명하는 배기가스 정화장치(1)의 제어수단(20)에 의해서 행해지고 있다.

제어수단(20)은, 회전속도(회전수) 검출센서(71), 부하검출센서(72), O₂ 센서(73), 및 작동상태 검출수단으로서의 스로틀밸브 센서(74)의 각종 센서(71 ~ 74)와, 이들 센서(71 ~ 74)로부터의 신호에 기초하여 디젤엔진(2)의 공연비를 제어하는 제어장치(75)를 구비하고 있다.

회전속도 검출센서(71)는, 디젤엔진(2)의 엔진본체(30) 내에 수납된 크랭크축(도시않함), 또는, 이 크랭크축에 설치된 플라이휠(도시않함)의 회전속도(회전 수)에 따른 신호를 검출하는 것이다.

부하검출센서(72)는, 디젤엔진(2)의 액셀페달(2A)의 누름량(액셀개방도)에 따른 신호를 출력하는 것이다.

또한, 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서(72)는, 디젤엔진(2)에 통상 설치되어 있는 센서이고, 이와 같은 센서를 이용하면 배기가스 정화장치(1)를 싼가격으로 구성할 수 있도록 된다.

O₂ 센서(73)는, 촉매용 하우징(52)의 입구(52A) 부근의 산소농도를 측정하고, 이 산소농도에 따른 신호를 검출하는 것이다.

스로틀밸브 센서(74)는, 흡기 스로틀밸브(44)의 개폐의 정도에 따른 신호를 출력하는 것이다.

제어장치(75)는, 각종 센서(71 ~ 74)로부터의 신호가 입력되는 입력부(75A)와, 이 입력부(75A)로부터의 신호에 기초하여 연산처리를 행하는 연산처리부(81)와, 이 연산처리부(81)에서 행해지는 연산처리에 필요한 정보가 기억되어 있는 기억부(82)와, 연산처리부(81)로부터의 신호를 외부로 방출하는 출력부(75B)를 구비하고 있다.

입력부(75A)에는, 각종 센서(71 ~ 74)로부터의 신호 이외에, 디젤엔진(2)의 원심식 진각장치로부터의 신호가 입력되고, 이 신호는, 연료분사노즐(323)로부터 실린더(31) 내로 분사ㆍ공급되는 연료공급부의 정보에 따라서 원심식 진각장치로부터 출력되는 것이다.

연산처리부(81)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, NO_X 흡장촉매에 축적되는 NO_X량이 소정량에 다달은 때에 디젤엔진(2)에 대해서 이론공연비 부근의 운전을 실시시키기 위한 신호를 출력하는 제 1공연비 제어수단(811)과, 이 제 1공연비 제어수단의 신호출력의 판단기준으로 되는 상기 소정량을 설정하는 소정량 설정수단 (813)과, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변경되었을 때에 디젤엔진(2)에 대해서 이론공연비 부근의 운전을 실시시키기 위한 신호를 출력하는 제 2공연비 제어수단(812)과, NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장량을 산출하는 NO_X량 산출수단(814)과, 배기가스 중의 공연비를 산출하는 고연비 산출수단(815)과, 디젤엔진(2)에 이론공연비 부근의 운전을 실시시키기 위하여 필요한 연료량 및 그 시간을 산출하는 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)과, 디젤엔진(2)에 이론공연비 부근의 운전을 실시시키기 위하여 필요한 흡기량 및 그 시간을 산출하는 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)과, 디젤엔진(2)에 대해서 지령신호를 출력하기 위한 지령신호 출력수단(818)과, 디젤엔진(2)에 장착한 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태에 따라서 해당 디젤엔진(2)에 공급하는 연료량을 보정하는 연료공급량 보정수단(819)을 포함하여 구성되어 있다.

NO_X량 산출수단(814)은, 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서(72)로부터의 입력신호, 및 도 4에 나타내는 그래프의 정보에 기초하여, NO_X 흡장환원촉매(10)에서 흡장되고 있는 NO_X흡장량을 산출하고 있다. 여기서, 디젤엔진(2)으로부터 배 출되는 NO_X량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장량으로서 추정하고 있따.

도 4의 그래프는, 디젤엔진(2)의 엔진테스트에 의해 구한, 단위시간 단위마력당 배출되는 NO_X량과, 엔진부하(종축) 및 엔진회전수(횡축)의 관계를 나타내고 있고, 그래프에 나타낸 각 곡선은 동일 NO_X량을 나타내고 있다.

본 실시형태에서는, 이와 같은 도 4의 그래프가 지도으로서, 제어장치(75)의 기억부(82)에 기억되어 있고, NO_X량 산출수단(814)에서는, 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서(72)로부터의 신호가 입력되어서, 그 때의 엔진회전속도 및 엔진부하(운전포인트)가 판명되면, 도 4의 그래프의 지도에 기초하여 단위시간 단위마력당 배출되는 NO_X량이 판명되도록 되어 있다.

또한, NO_X량 산출수단(814)은, 디젤엔진(2)이 여러가지의 운전포인트에서 몇시간 운전되고 있는지를 도시하지 않은 타이머로 계측함과 아울러, 각 운전포인트에서 가동한 결과 배출되는 NO_X량을 적산함으로써, 디젤엔진(2)으로부터 배출되는 NO_X량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장량으로서 추정하고 있다.

또한, 도 4는, 디젤엔진(2)으로부터 배출되는 단위시간 단위마력당 NO_X량을 나타내는 그래프의 일예이고, 과급기(60)의 유무나 연료분사노즐(323)에 의한 연료분사시기 등의 각종 조건에 의해서 변화하는 것이다.

제 1공연비 제어수단(811)은, NO_X량 산출수단(814)에서 산출된 NO_X량이, 소정 량 설정수단(813)에서 설정한 소정량에 다달았을 때에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 유입되는 디젤엔진(2)의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경시키는 것이고, 이것에 의해, NO_X 흡장환원촉매(10)로부터 NO_X를 방출시키고 있다.

소정량 설정수단(813)은, 디젤엔진(2)이 고부하영역에 있을 때에는, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량(이하, 고부하영역 소정량이라함)으로 설정하고, 저부하영역에 있을 때는, 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매 (10)의 NO_X 흡장가능용량의 절반의 양(이하, 저부하영역 소정량이라함.)으로 설정하여 두고, 이 설정한 소정량(설정값)이 변화할때마다 즉 고부하영역으로부터 저부하영역으로, 저부하영역으로부터 고부하영역으로 운전이 변경되는 때마다, 새로운 설정값을 제 1공연비 제어수단(811)에 출력하고 있다.

여기서, 소정량 설정수단(813)은, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역에 있는지 저부하영역에 있는지를, 부하검출센서(72)로부터의 입력신호에 기초하여 판단하여 두고, 고부하영역ㆍ저부하영역의 판단기준으로 되는 디젤엔진(2)의 정격출력(D점)의 50%의 값은, 기억부(82)에서 기억되어 있다.

이와 같은 제 1공연비 제어수단(811) 및 소정량 설정수단(813)의 구성에 있어서, 제 1공연비 제어수단(811)은, NO_X 흡장환원촉매(10)에서의 NO_X 흡장량을, NO _X량 산출수단(814)로부터의 입력신호에 의해서 감시하고, NO_X 흡장량이, 소정량 설정수단(813)으로부터 취득한 소정량에 다다르면, 공연비 산출수단(815)에 대해서 신 호를 출력하도록 되어 있다.

제 2공연비 제어수단(812)은, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변하였을 때에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 유입되는 디젤엔진(2)의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경시키는 것이고, 이것에 의해, NO_X 흡장환원촉매(10)로부터 NO_X를 방출시키고 있다.

제 2공연비 제어수단(812)에서는, 디젤엔진(2)의 운전에 있어서의 고부하영역으로부터 저부하영역으로의 변경시기를, 부하검출센서(72)로부터의 입력신호에 기초하여 검출가능하도록 되어 있고, 부하가 디젤엔진(2)의 정격출력(D점)의 50% 이상의 값으로부터, 50%이하의 값으로 변하였을 때에 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변경된 것으로 판단하고 있다.

또한, 제 2공연비 제어수단(812)은, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변경된 것으로 판단하면, 공연비 산출수단(815)에 신호를 출력하도록 되어 있다.

공연비 산출수단(815)은, 제 1공연비 제어수단(811) 또는 제 2공연비 제어수단(812)으로부터의 신호가 입력되면, O₂ 센서(73)로부터 입력되는 배기가스의 산소농도의 정보, 및 디젤엔진(2)의 원심식 진각장치로부터 입력되는 연료공급량의 정보에 기초하여, 공기량 및 연료공급량을 산출함과 아울러, 이들 산출결과를 가지고 디젤엔진 (2)의 배기가스 중의 공연비를 산출한다. 여기서, 디젤엔진(2)의 원심식 진각장치는, 연료분사노들(323)의 밸브개폐시간이나, 연료분사펌프의 랙위치 등으 로부터 연료분사량을 검출하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는, O₂ 센서(73) 및 디젤엔진(2)의 원심식 진각장치로부터의 정보에 기초하여, 배기가스의 공연비를 구하고 있지만, 가령, 배기가스 중에 공연비 센서(도시하지 않음)를 설치하는 것으로 배기가스의 공연비를 구하여도 좋다.

연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)은, 공연비 산출수단(815)으로 산출하는 공연비를 이론공연비와 비교하고, 이 비교결과 및 공연비 산출수단(815)으로 산출한 공기량 및 연료공급량에 기초하여, 디젤엔진(2)의 공연비를 이론공연비 부근으로 하기 위하여 필요한 연료추가공급량, 및 NO_X 흡장환원촉매(10)에서 흡장하고 있는 NO_X를 대략 전부 방출하기 위하여 필요한 연료분사시간을 산출하고 있다.

흡장스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)은, 공연비 산출수단(815)으로 산출한 공연비를 이론공연비와 비교하고, 이 비교결과 및 공연비 산출수단(815)으로 산출한 공기량 및 연료공급량에 기초하여, 디젤엔진(2)의 공연비를 이론공연비 부근으로 하기 위하여 제한해야만 하는 흡기량(흡기스로틀량), 및 NO_X 흡장환원촉매 (10)에서 흡장하고 있는 NO_X를 대략 전부 방출하기 위하여 흡기를 제한해야만 하는 시간(흡기스로틀시간)을 산출하고 있다.

여기서, 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816) 및 흡기스로틀량ㆍ흡 기스로틀시간 산출수단(817) 사이에서, 각각 산출되는 연료추가공급량과 흡기스로틀량은, 배기가스의 공연비가 이론공연비 부근으로 되도록, 또한 공연비 변경에 의해서 생기는 디젤엔진(2)의 출력변화가 최소한으로 되도록, 서로 적당 조정되어 있다.

지령신호 출력수단(818)은, 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)으로부터의 신호가 입력되면, 디젤엔진(2)에 대해서, 실린더(31) 내에 공급하는 연료를 증량하도록 지령하는 신호를 산출한다. 한편, 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)으로부터의 신호가 입력되면, 디젤엔진(2)에 대하여, 실린더(31) 내에 공급하는 흡기량을 감량하도록 지령하는 신호를 출력한다.

여기서, 실리더(31) 내에 공급하는 연료를 증량하도록 지령하는 신호는, 예컨대, 연료분사노즐(323)에 연료를 가압하여 공급하는 연료분사펌프에 대해서 출력되는 것이고, 연료분사펌프를 제어하는 도시하지 않은 원심식 진각장치 등을 통해서 보내진다.

한편, 실린더(31) 내에 공급하는 흡기량을 감량하도록 지령하는 신호는, 흡기스로틀밸브(44)에 대해서 출력되는 것이고, 해당 지령신호가 흡기스로틀밸브(44)에 입력되면, 원판을 회전시켜서 관로의 개방을 조이도록 되어 있다.

이들 지령신호가 지령신호 출력수단(818)으로부터 디젤엔진(2)에 대해서 출력되는 것이므로, 실린더(31) 내로의 연료공급량이 증가하거나, 또는 흡기량이 줄어들음으로써, 디젤엔진(2)의 운전을 공연비의 희박으로부터 이론공연비 부근으로 절환되도록 된다.

지령신호 출력수단(818)에는, 도시하지 않은 타이머가 설치되고, 해당 타이머에 의해서 연료분사시간 및/또는 흡기스로틀시간이 각각 카운트되고 있고, 각 카운트가 종료하면, 지령신호 출력수단(818)은, 디젤엔진(2)에 대해서, 이론공연비 부근의 운전을 종료시켜서 공연비가 희박한 운전으로 절환되도록 지령하는 신호를 출력함과 아울러, NO_X량 산출수단(814)에 대해서는, 적산하고 있는 NO_X량을 리셋하는 신호를 출력하도록 되어 있다.

연료공급량 보정수단(819)은, 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태를 검출하는 작동상태 검출수단으로서의 스로틀밸브 센서(74)로부터의 신호, 및 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)으로 산출한 흡기스로틀량에 기초하여, 디젤엔진(2)에 대해서, 실린더(31)로의 연료공급량을 보정하도록 지령하는 신호를 출력하는 것이다.

구체적으로 설명하면, 연료공급량 보정수단(819)은, 스로틀밸브 센서(74)로부터의 입력신호에 의해서 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태를 감시하고 있고, 해당 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태와, 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)으로 산출한 흡기스로틀량을 비교하고, 흡기스로틀밸브(44)의 스로틀량이 적은 경우, 공연비 산출수단(815)에 대해서 현재의 흡기스로틀밸브(44)의 스로틀량에 따른 신호를 출력한다.

이것에 의해, 연료비 산출수단(815)에서 다시 공기량, 연료공급량, 및 공연비의 산출이 행해지고, 이 산출결과에 기초하여, 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산 출수단(816)에서 연료추가 공급량 및 연료분사시간의 산출이 행해지고, 지령신호 출력수단(818)으로부터 다시 신호가 출력된다.

이와 같은 연료공급량 보정수단(819)에 의해, 디젤엔진(2)의 공연비의 희박으로부터 이론공연비 부근으로 변경할 때, 및 이론공연비 부근으로부터 공연비의 희박으로 변경할 때에 있어서의 흡기스로틀밸브(44)의 작동 도중에는, 그 작동상태에 따라서 실린더(31)로의 연료공급량을 조정가능하고, 흡기스로틀밸브(44)의 작동 도중에 있어서도 공연비의 조정이 적절하게 행하도록 된다.

다음에, 본 실시형태에 있어서의 시스템의 작동을, 이하에 설명한다.

디젤엔진(2)의 저속시, 로우 유휴상태시, 하이 유휴상태시 등의 저부하영역에 있어서, 소정량 설정수단(813)으로부터 저부하영역 소정량을 소정량으로서 설정하는 신호가 제 1공연비 제어수단(811)에 출력되고, 제 1공연비 제어수단(811)에서는, NO_X흡장환원촉매(10)에서의 NO_X흡장량이 저부하영역 소정량에 다다르면, 공연비 산출수단(815)에 신호를 출력한다.

디젤엔진(2)의 운전이 저부하영역으로부터 고부하영역(가속시, 고속시, 최대토크시, 정격출력시 등)으로 변하면, 소정량 설정수단(813)으로부터 고부하영역 설정량을 소정량으로 하여 설정하는 신호가 제 1공연비 제어수단(811)에 출력되고, 제 1공연비 제어수단(811)에서는, 신호를 출력하는 기준으로 되는 소정량이 저부하영역 소정량으로부터 고부하영역 소정량으로 절환되고, NO_X 흡장환원촉매(10)에서의 NO_X 흡장량이 고부하영역 소정량에 다다르면, 공연비 산출수단(815)에 신호를 출력 하도록 된다.

한편, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변하면, 제 2공연비 제어수단(812)으로부터 공연비 산출수단(815)에 신호가 출력된다. 또한, 제 1공연비 제어수단(811)에서는, 소정량 설정수단(813)에 의해, 신호를 출력하는 기준으로 되는 소정량이 고부하영역 소정량으로부터 다시 저부하영역 소정량으로 절환된다.

이와 같이 하여, 제 1공연비 제어수단(811) 또는 제 2공연비 제어수단(812)으로부터 공연비 산출수단(815)에 신호를 출력하면, 해당 공연비 산출수단(815)에서 디젤엔진(2)의 배기가스 중의 공기량, 연료공급량, 및 공연비가 산출되고, 이들 산출결과가 연료추가 공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816) 및 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)에 각각 출력된다.

연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816) 및 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)에서는, 디젤엔진(2)의 공연비를 이론공연비 부근으로 하기 위해서 필요한 연료추가공급량과 연료분사시간, 및 흡기량과 흡기시간이 각각 산출되고, 이들 산출결과에 따른 신호가, 지령신호 출력수단(818)을 통해서, 원심식 진각장치(도시않함) 및 흡기스로틀밸브(44)에 각각 출력된다.

이것에 의해, 디젤엔진(2)의 운전이 공연비가 희박한 상태로부터 이론공연비 부근으로 절환된다. 이 후, 도시않한 타이머에 의해서 연료분사시간 및/또는 흡기시간의 카운트가 종료하면, 디젤엔진(2)의 운전이 이론공연비 부근으로부터 공연비가 희박한 상태로 절환된다.

또한, 디젤엔진(2)의 공연비의 희박으로부터 이론공연비 부근으로의 변경시, 또는 이론공연비 부근으로부터 공연비의 희박으로의 변경시에 있어서, 연료공급량 보정수단 (819)이 흡기스로틀밸브(44)의 작동지연을 스로틀밸브센서(74)에 의해서 검출하면, 공연비 산출수단(815)에 현재의 흡기스로틀밸브(44)의 스로틀량에 따른 신호를 출력한다.

이것에 의해, 공연비 산출수단(815)에서 다시 공기량, 연료공급량, 및 공연비의 산출이 행해지고, 이들 산출결과에 기초하여, 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)에서 연료추가공급량 및 연료분사시간의 산출이 행해진다. 또한, 이들 산출결과에 기초하여 지령신호 출력수단(818)으로부터 원심식 진각장치로 다시 신호가 출력되어서 연료분사노즐(323)로부터 분사되는 연료량 및 연료분사시간을 보정할 수 있도록 된다.

상기한 바와 같은 본 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 배기가스 정화장치(1)의 제어장치(75)에 있어서, 제 1공연비 제어수단 (811)에 의해, NO_X량 산출수단(814)에서 산출된 NO_X량(NO_X 흡장환원촉매(10)에서 축적되어 있는 NO_X량)이 소정량에 다달았을 때에, 디젤엔진(2)의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하고, 이 공연비 변경의 기준으로 되는 소정량을, 소정량 설정수단(813)에 의해, 디젤엔진(2)의 부하에 따라서 설정하고 있다.

여기서, 이론공연비 부근의 운전을 빈번하게 행하면 디젤엔진(2)의 내구성 및 연비의 악화를 초래하는 고부하영역에 있어서, 소정량 설정수단(813)에 의해, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량(고부하영역 소정량)으로 설정하고 있기 때문에, 이론공연비 부근의 운전의 회수를 가능한한 적게 설정할 수 있고, 디젤엔진(2)의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

또한, 저부하영역에 있어서, 소정량 설정수단(813)에 의해, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하고 있기 때문에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 항상 빈 용량을 가질 수 있다. 이것에 의해, 디젤엔진(2)이 저부하영역으로부터 NO_X 배출량이 많은 고부하영역으로 변한 경우에도, 고부하영역에 있어서, 배기가스의 공연비를 곧바로 이론공연비 부근으로 변경하지 않게 된다.

(2) 디젤엔진(2)에 통상 장비되어 있는 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서(72)로부터의 입력신호에 기초하여, NO_X량 산출수단(814)에 의해서 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장량을 산출하고 있기 때문에, NO_X 흡장량을 구하기 위하여 개별의 NO_X 센서를 설치할 필요가 없게 되고, 배기가스 정화장치(1)를 싼가격으로 구성할 수 있다.

(3) 디젤엔진(2)의 저부하에 있어서, 소정량 설정수단(813)에 의해, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량의 절반의 양으로 설정하고 있기 때문에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 항상 NO_X 흡장가능용량의 절반의 빈 용량을 가질 수 있다. 이것에 의해, 디젤엔진(2)이 저부하영역으로부터 고부하영역으로 변한 경우에도, 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 당면해서 변경하지 않게 된다.

(4) 제 2공연비 제어수단(812)에 의해서, 고부하영역으로부터 저부하영역으로 디젤엔진(2)의 운전이 변하였을 때에, 디젤엔진(2)의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하고 있다. 이 때문에, 디젤엔진(2)의 실린더(31) 내의 온도ㆍ실린더(31) 내의 내압이 높아서 NO_X의 배출량이 많은 고부하영역으로부터 저부하영역으로 바뀌었을 때에, NO_X 흡장환원촉매(10)에 흡장된 NO_X량이 많았다라고 하여도, 제 2공연비 제어수단(812)에서 확실하게 NO_X 흡장환원촉매(10)로부터 NO_X를 방출가능하여 흡장되고 있는 NO_X량을 항상 적게 할 수 있기 때문에, 저부하영역으로부터 고부하영역으로 곧바로 돌아와 당면하여 그 영역에서 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하지 않게 된다.

(5) 실린더(31)로의 흡기유량을 제한할 수 있는 흡기스로틀밸브(44)를 설치함으로써, 이 흡기스로틀밸브(44)에 의해, 공연비를 용이하게 변경할 수 있다. 이것에 의해, 공연비가 희박한 경우, 흡기스로틀밸브(44)에 의해서 실린더(31) 내에 유입되는 흡기량을 감소시키면, 연비를 대폭적으로 악화시킴이 없이 디젤엔진(2)에 이론공연비 부근의 운전을 실시시킬 수 있다.

(6) 스로틀밸브센서(74)에 의해서 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태를 검출하 고, 스로틀밸브센서(74)로부터의 신호에 기초하여 연료공급량 보정수단(819)에 의해 실린더(31)로의 연료공급량을 보정하고 있다. 이 때문에, 공연비의 희박으로부터 이론공연비 부근으로 변경할 때, 및 이론공연비 부근으로부터 공연비의 희박으로 변경할 때에 있어서의 흡기스로틀밸브(44)의 작동 도중에는, 그 작동상태에 따라서 실린더(31)로의 연료공급량을 조정할 수 있고, 흡기스로틀밸브(44)의 작동 도중에 있어서도 공연비의 조정을 적절하게 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량은, 본 발명에 포함되는 것이다.

가령, 상기 실시형태에서는, 디젤엔진(2)의 실린더(31)로의 흡기유량을 제한하는 것이 가능한 흡기유량 제한수단으로서 흡기스로틀밸브(44)를 설치하였지만, 본 발명에 관한 흡기유량 제한수단은 이것에 한정되는 것은 아니고, 도 5에 나타내는 바와 같은 흡기유량 제한수단(45)이어도 좋고, 요컨대 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제하는 것이 가능한 수단이면 좋다.

도 5에 있어서, 흡기유량 제한수단(45)은, 과급기(60)의 압축기(61) 출구측의 급기의 일부를 NO_X 흡장완원촉매(10)의 후류측으로 배출하기 위한 배출용 관로 (451)와, 이 배출용 관로(451)의 도중에 설치되어서 해당 배출용 관로(451)의 개방정도를 조절하는 스로틀밸브(452)를 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 보유하는 흡기유량 제한수단(45)에 있어서, 스로틀밸브 (452)를 개방함으로써 과급기(60)의 압축기(61)출구로부터의 급기의 일부를 배출용 관로(451)를 통해서 NO_X 흡장환원촉매(10)의 후류측에 배출한다. 이것에 의해, 디젤엔진(2)의 실린더(31) 내에 공급하는 흡기량을 제한할 수 있기 때문에, 디젤엔진 (2)에 이론공연비 부근의 운전을 실시시키는 것이 가능하도록 된다. 또한, 흡기유량 제한수단(45)의 스로틀밸브(452)의 개방도의 제어는, 상기 실시형태에 있어서의 흡기스로틀밸브(44)의 개방도의 제어와 마찬가지로 행하면 좋다.

이와 같은 흡기유량 제한수단(45)을 설치한 경우, 과급기(60)를 부착한 디젤엔진(2)에 있어서도, 흡기유량을 삭감하여 연비를 악화시킴이 없이 디젤엔진(2)에 이론공연비 부근의 운전을 확실하게 실시시킬 수 있다. 또한, 과급기(60)의 급기압을 이용하여 급기의 일부를 NO_X 흡장환원촉매(10)의 후류측에 배출하고나서, 역류하는 일없이 확실하게 배출을 행할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 디젤엔진(2)의 저부하영역에 있어서, 제 1공연비 제어수단(811)의 신호출력의 판단기준으로 되는 소정량을, 일률적으로 NO_X 흡장환원촉매 (10)의 NO_X 흡장가능용량의 절반의 양으로 하였지만, 디젤엔진(2)의 운전모드에 따라서 설정하여도 좋다. 또한, 운전모드에는, 가령, 차량의 주행에 관해서의 모드, 건설기계의 작업기의 동작에 관해서의 모드(작업모드) 등, 각종 모드가 포함된다.

여기서, 도 6에 유압셔블의 디젤엔진에 있어서의 엔진토크커브를 나타냄과 아울러, 해당 유압셔블의 작업모드에 관해서 설명한다. 또한, 종축은 엔진토크, 횡축은 엔진회전수이다.

도 6에 있어서, E점은 정격출력, 91은 작업휴지시의 엔진토크와 엔진회전수를 나타내고 있고, 92 ~ 94는, 각각 미세조작모드(92), 굴삭ㆍ브레이커모드(93), 중굴삭모드(94)의 유압셔블이 각종 작업모드를 나타내고 있다. 미세조작모드(92)는 흙을 고르게 하는 등의 미세조작이 필요할 때에 이용되고, 굴삭ㆍ브레이커모드(93)는 통상 굴삭시나 브레이커 사용시에 이용되고, 중굴삭모드(94)는 중굴삭시에 이용된다. 이들 작업모드(92 ~ 94)는, 유압셔블이 행하는 작업에 따라서 선택 절환되는 것이고, 절환은 가령 운전시에 설치한 스위치 등에 의해서 행해진다.

이들 작업모드(92 ~ 94) 중, 굴삭ㆍ브레이커모드(93) 및 중굴삭모드(94)는, 고속ㆍ저부하와 고속ㆍ고부하 사이를 일정하게 왕복하는 운전을 행하는 운전모드(작업모드)이고, 이들 3개의 작업모드(93, 94)와 비하면, 미세조작모드(92)는 비교적 낮은 회전수 및 부하로 운전하고 있다.

이와 같은 굴삭ㆍ브레이커모드(93) 및 중굴삭모드(94)의 경우에는, 저부하영역에서 일정하게 운전을 행하고 있는 경우와 다르고, 저부하영역으로부터 고부하영역으로 운전이 변경되는 빈도도 높고, 또한, 저부하영역에서의 운전시간도 짧게 된다. 이들 2개의 모드(93, 94)에 있어서, 소정량 설정수단(813)에 의해, 소정량을 통상의 저부하영역에 있어서의 운전일 때에 설정하는 소정량(상기 실시형태에서는 NO_X 흡장환원촉매(10)에 있어서의 NO_X 흡장가능용량의 절반의 양)보다 작은 값(가령 NO_X 흡장환원촉매(10)에 있어서의 NO_X 흡장가능용량의 1/3의 양)으로 함으로써, NO_X 흡장환원촉매(10)에서 축적된 NO_X를 가능한한 저부하영역에서 방출하는 것이 가능하도록 되고, 고부하영역에서의 이론공연비 부근의 운전빈도를 최소한으로 줄일 수 있다.

상기 실시형태에서는, 디젤엔진(2)의 저부하영역에 있어서, 제 1공연비 제어수단(811)의 신호출력의 판단기준으로 되는 소정량을, 소정량 설정수단(813)에 의해서 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량의 절반의 양으로 하였지만, 절반의 양에 한정하지 않고, NO_X 흡장가능용량의 1/3 ~ 2/3의 양이면 좋고, 이 범위 내에서 NO_X 흡장가능용량의 크기나, 디젤엔진(2)의 배출하는 NO_X량에 따라서 적당 설정하면 좋다.

상기 실시형태에서는, 흡기스로틀밸브(44)의 작동상태를 검출하는 스로틀밸브센서(74)를 설치함과 아울러, 이 스로틀밸브센서(74)의 입력신호에 기초하여 디젤엔진(2)의 실린더(31)로의 연료공급량을 보정하는 신호를 출력하는 연료공급량 보정수단(819)을 설치하였지만, 이들 스로틀밸브센서(74) 및 연료공급량 보정수단 (819)은 반드시 설치하지 않아도 좋고, 이와 같은 경우도 본 발명에 포함된다.

상기 실시형태에서는, 디젤엔진(2)의 운전이 고부하영역으로부터 저부하영역으로 변경되었을 때에, 디젤엔진(2)에 대해서 이론공연비 부근의 운전을 실시시키는 신호를 출력하는 제 2공연비 제어수단(812)을 설치하였지만, 이와 같은 제 2공연비 제어수단(812)을 반드시 설치할 필요는 없고, 제 2공연비 제어수단이 설치되지 않은 배출가스 정화장치도 본 발명에 포함된다.

상기 실시형태에서는, 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서(72)의 신호에 기초하여, NO_X량 산출수단(814)에 의해서 NO_X 흡장환원촉매(10)에서의 NO_X 흡장량을 산출하고 있지만, 촉매용 하우징(52)의 입구(52A) 부근의 NO_X 농도를 측정함과 아울러, 이 NO_X 농도에 따른 신호를 출력하는 NO_X 센서를 이용하고, 이 NO_X 센서의 신호에 기초하여, NO_X량 산출수단(814)에 의해서 NO_X 흡장량을 산출하도록 구성하여도 좋다.

상기 실시형태의 소정량 설정수단(813)은, 디젤엔진(2)이 고부하영역에 있는지 저부하영역에 있는지에 따라서 소정량을 설정하고 있지만, 본 발명에 관한 소정량 설정수단(813)은 이것에 한정되는 것은 아니고, 디젤엔진(2)이 고속ㆍ고부하영역에 있는지 저속ㆍ저부하영역에 있는지에 따라서 소정량을 설정하는 것이어도 좋다. 이와 같은 경우, 소정량 설정수단은, 디젤엔진(2)의 운전이 고속ㆍ고부하영역에 있는지 저속ㆍ저부하영역에 있는지를, 회전속도 검출센서(71) 및 부하검출센서 (72)로부터의 입력신호에 기초하여 판단하고 있다.

이론공연비 부근의 운전을 빈번히 행하면 디젤엔진(2)의 내구성 및 연비의 대폭적인 악화를 초래하는 고속ㆍ고부하영역에 있어서, 소정량 설정수단에 의해, 가령, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하면, 이론공연비 부근의 회전의 회수를 가능한한 적게 설정할 수 있고, 디젤엔진(2)의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 줄일 수 있다.

또한, 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 회수를 많게 하여도 그만큼 부담이 걸리지 않는 저속ㆍ저부하영역에 있어서, 소정량 설정수단에 의해, 가령, 소정량을 NO_X 흡장환원촉매(10)의 NO_X 흡장가능용량보다도 적은 양으로 설정하면, NO_X 흡장환원촉매(10)에 항상 빈 용량을 가질 수 있다. 이것에 의해, 디젤엔진(2)이 저속ㆍ저부하영역으로부터 고속ㆍ고부하영역을 포함하는 다른 부하영역으로 변한 경우에도, 해당 다른 부하영역에 있어서 배기가스의 공연비를 곧바로 이론공연비 부근으로 변경하지 않게 된다.

상기 실시형태에서는, 배기가스 정화장치(1)의 연산처리부(81)에 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)과, 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단 (817)의 양방을 설치하고, 디젤엔진(2)의 실린더(31) 내로 공급하는 연료 및 흡기의 양을 조정함으로써 이론공연비 부근의 운전을 실시시키도록 하였지만, 연료추가공급량ㆍ연료분사시간 산출수단(816)만을 설치하여 실린더(31) 내에 공급하는 연료량만을 조정함으로써 이론공연비 부근의 운전을 실시시키도록 하여도 좋고, 또한, 흡기스로틀량ㆍ흡기스로틀시간 산출수단(817)만을 설치하여 실린더(31) 내에 공급하는 흡기량만을 조정함으로써 이론공연비 부근의 운전을 실시시키도록 하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 배기가스 정화장치(1)를 디젤엔진(2)에 설치하였지만, 가솔린엔진 등의 내연기관에 설치하여도 좋다.

본 발명의 내연기관의 배기가스 정화장치는 배기가스의 NO_X를 저감할 수 있음과 아울러, 내연기관의 내구성 및 연비의 악화를 최소한으로 할 수 있는 특징을 가지고 있다.

Claims

공연비가 희박한 배기가스가 유입되면 NO_X를 흡장하고, 유입되는 배기가스의 산소농도가 저하하면 흡장한 상기 NO_X를 방출하는 NO_X 흡장환원촉매를 구비한 내연기관의 배기가스 정화장치로서,

상기 NO_X 흡장환원촉매에 축적되는 NO_X량을 산출하는 NO_X량 산출수단;

이 NO_X량 산출수단으로 산출된 NO_X량이 소정량에 다달았을 때에, 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 1공연비 제어수단; 및

상기 소정량을 상기 내연기관의 부하, 또는 상기 내연기관의 부하 및 회전속도에 따라서 설정하는 소정량 설정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 고부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고,

상기 내연기관의 저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 고속ㆍ고부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 NO_X 흡장가능용량과 대략 동량으로 설정하고,

상기 내연기관의 저속ㆍ저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량보다 적은 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 2항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 내연기관의 운전모드에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 3항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저속ㆍ저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 내연기관의 운전모드에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 2항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량의 1/3 ~ 2/3의 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 3항에 있어서, 상기 소정량 설정수단은, 상기 내연기관의 상기 저속ㆍ저부하영역에서는, 상기 소정량을 상기 NO_X 흡장환원촉매의 상기 NO_X 흡장가능용량의 1/3 ~ 2/3의 양으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 내연기관의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출센서; 및

상기 내연기관의 부하를 검출하는 부하검출센서를 구비하고,

상기 NO_X량 산출수단은, 상기 회전속도 검출센서 및 상기 부하검출센서로부터의 정보에 기초하여 상기 NO_X 흡장환원촉매에 축적되는 NO_X량을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 내연기관이 상기 고부하영역으로부터 상기 저부하영역으로 변하였을 때에, 또는 상기 고속ㆍ고부하영역으로부터 상기 저속ㆍ저부하영역으로 변하였을 때에,

곧바로 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 2공연비 제어수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 4항에 있어서, 상기 내연기관이 상기 고부하영역으로부터 상기 저부하영역으로 변하였을 때에,

곧바로 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 2공연비 제어수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 5항에 있어서, 상기 내연기관이 상기 고속ㆍ고부하영역으로부터 상기 저속ㆍ저부하영역으로 변하였을 때에,

곧바로 상기 NO_X 흡장환원촉매에 유입되는 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하여 상기 NO_X 흡장환원촉매로부터 NO_X를 방출시키는 제 2공연비 제어수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한할 수 있는 흡기유량 제한수단이 설치되고,

상기 제 1공연비 제어수단은, 상기 흡기유량 제한수단에 의해 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한하여, 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 4항에 있어서, 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한할 수 있는 흡기유량 제한수단이 설치되고,

상기 제 1공연비 제어수단은, 상기 흡기유량 제한수단에 의해 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한하여, 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 5항에 있어서, 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한할 수 있는 흡기유량 제한수단이 설치되고,

상기 제 1공연비 제어수단은, 상기 흡기유량 제한수단에 의해 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한하여, 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 9항에 있어서, 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한할 수 있는 흡기유량 제한수단이 설치되고,

상기 제 2공연비 제어수단은, 상기 흡기유량 제한수단에 의해 상기 내연기관의 실린더로의 흡기유량을 제한하여, 상기 내연기관의 배기가스의 공연비를 이론공연비 부근으로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 내연기관에는, 압축기를 보유하는 과급기가 설치되고,

상기 흡기유량 제한수단은, 상기 과급기의 상기 압축기 출구측의 급기의 일부를 상기 NO_X 흡장환원촉매의 후류측으로 배출할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 12항에 있어서, 상기 흡기유량 제한수단의 작동상태를 검출하는 작동상태 검출수단; 및

이 작동상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 상기 내연기관의 실린더로의 연료공급량을 보정하는 연료공급량 보정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
제 15항에 있어서, 상기 흡기유량 제한수단의 작동상태를 검출하는 작동상태 검출수단; 및

이 작동상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 상기 내연기관의 실린더로의 연료공급량을 보정하는 연료공급량 보정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.