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KR100413302B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 장치 Download PDF

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KR100413302B1
KR100413302B1 KR10-2000-7014683A KR20007014683A KR100413302B1 KR 100413302 B1 KR100413302 B1 KR 100413302B1 KR 20007014683 A KR20007014683 A KR 20007014683A KR 100413302 B1 KR100413302 B1 KR 100413302B1
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KR
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ammonia
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temperature
urea
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카주히로 이토
토쉬아키 타나카
에이지 이와사키
신야 히로타
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

내연 기관의 배기 통로(18, 21) 내에 산소 과잉을 기초로 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 데 적합한 촉매(22)를 배치한다. 촉매(22) 상류의 배기 통로(21) 내에 유량 제어 밸브(33)를 통해서 요소 수용액을 공급한다. 촉매(22)의 온도가 낮을 때에 다량의 요소 수용액을 공급하여 요소 수용액 중에 포함되는 요소를 촉매(22) 내에 저장시킨다. 가속 운전이 행해져 촉매(22)의 온도가 상승하면 촉매(22) 내에서 조금씩 암모니아가 방출되며, 이 방출된 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x가 환원된다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{Exhaust emission control device of internal combustion engine}
배기 가스 중의 N0x를 암모니아에 의해 환원하는데 적합한 촉매를 기관 배기 통로 내에 배치하여, 촉매 상류의 기관 배기 통로 내에 요소 수용액을 공급하면 요소 수용액으로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원시킬 수 있다. 그렇지만 이 경우, 촉매 온도가 낮아지면 그에 동반하여 N0x의 정화율이 낮아진다. 그래서 촉매 온도에 따른 N0x정화율로 N0x를 환원하는데 필요한 요소량을 산출하여 산출된 양의 요소가 공급되도록 요소 수용액의 공급량을 제어하도록 한 내연 기관이 공지되어 있다(일본 실개평 3-129712호 공보 참조).
그렇지만 이렇게 촉매온도에 따른 N0x정화율로 N0x를 환원하는데 필요한 양의 요소를 공급하고 있는 한 촉매 온도가 그만큼 높지 않을 때에는 N0x정화율이 낮고, 이렇게 하여 촉매 온도가 그만큼 높지 않을 때에 높은 N0x정화율을 얻을 수 없다는 문제가 있다. 특히 저부하 운전 상태로부터의 가속 운전 시와 같이 촉매 온도가 그만큼 높아지지 않고 또한 배기 가스 중의 N0x량이 많은 경우에는 N0x정화율이 낮으면 다량의 N0x가 대기 중에 방출된다는 문제를 초래한다.
본 발명은 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연 기관의 전체도.
도 2는 N0x정화율을 도시하는 도면.
도 3은 발생 암모니아 농도를 도시하는 도면.
도 4는 촉매 온도와 발생 암모니아 농도를 도시하는 도면.
도 5는 N0x환원 처리를 도시하는 타임 챠트.
도 6a, 6b, 6c는 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 데 필요한 등량비=1인 요소량을 도시하는 도면.
도 7은 요소의 저장 비율을 도시하는 도면.
도 8a, 8b, 8c 및 도 9a, 9b, 9c는 암모니아의 방출 비율을 도시하는 도면.
도 10에서 도 12는 요소 수용액의 공급 제어를 행하기 위한 플로 챠트.
도 13은 요소 증량비를 도시하는 도면.
도 14은 N0x환원 처리를 도시하는 타임 챠트.
도 15는 공급 제어 Ⅰ을 실행하기 위한 플로 챠트.
도 16은 N0x환원 처리를 도시하는 타임 챠트.
도 17은 공급 제어 Ⅰ을 실행하기 위한 플로 챠트.
도 18a, 18b, 18c, 18d, 18e 및 도 19a, 19b는 촉매의 각종 예를 도시하는 도면.
도 20에서 도 23은 각종 실시예를 도시하는 내연 기관의 전체도.
본 발명의 목적은 N0x정화율을 높일 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 의하면, 산소 과잉을 기초로 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는데 적합한 촉매를 기관 배기 통로 내에 배치하여, 촉매에 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체를 공급하기 위한 공급 수단과, 이 액체의 공급량을 제어하기 위한 공급 제어 수단을 구비하며, 촉매는 촉매에 공급된 상술한 액체 내에 포함되는 암모니아 발생 화합물이 적어도 일부를 촉매 내에 저장하고 촉매 온도가 상승함에 따라서 촉매 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시켜 방출한 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 기능을 가지며, 더욱이 촉매 온도가 촉매에 공급된 상술한 액체 내에 포함되는 암모니아 발생 화합물을 촉매 내에 저장하고 또한 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 암모니아를 거의 방출하지 않은 암모니아 발생 화합물 저장 영역인지 또는 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시키는 암모니아 방출 영역인지를 판단하는 판단 수단을 구비하며, 공급 제어 수단은 촉매 온도가 암모니아 방출 영역이 되었을 때에 필요량의 암모니아를 방출시키는데 충분한 암모니아 발생 화합물을 미리 촉매 내에 저장시켜 두기 때문에, 필요로 하는 충분한 양의 상술한 액체를 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 영역인 것으로 판단되었을 때 촉매에 공급하는 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명을 압축 착화식 내연 기관에 적용한 경우를 도시하고 있다. 또한, 본 발명은 가솔린 기관에도 적용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 1은 기관 본체, 2는 실린더 블록, 3은 실린더 헤드, 4는 피스톤, 5는 연소실, 6은 전기 제어식 연료 분사 밸브, 7은 흡기 밸브, 8은 흡기 포트, 9는 배기 밸브, 10은 배기 포트를 각각 도시한다. 흡기 포트(8)는 대응하는 흡기 지관(11)을 통해서 서지 탱크(12)에 연결되고, 서지 탱크(12)는 흡기 덕트(13) 및 에어 플로 미터(14)를 통해서 에어 클리너(15)에 연결된다. 흡기 덕트(13) 내에는 스텝 모터(16)에 의해 구동되는 스로틀 밸브(17)가 배치된다.
한편, 배기 포트(10)는 배기 매니 폴드(18)를 통해서 촉매(19)를 내장한 제 1 촉매 컨버터(20)의 입구부에 연결되고, 제 1 촉매 컨버터(20)의 출구부는 배기관(21)을 통해서 촉매(22)를 내장한 제 2 촉매 컨버터(23)에 연결된다. 도 1에 도시되는 실시예에서는 촉매(19)는 산화 기능을 갖는 촉매, 예를 들면 산화 촉매 또는 3원 촉매로 이루어지며, 촉매(22)는 산소 과잉을 기초로 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 데 적합한 N0x선택 환원 촉매로 이루어진다.
배기 매니 폴드(18)와 서지 탱크(12)는 배기 가스 재순환(이하, EGR이라 칭한다) 통로(24)를 통해서 서로 연결되며, EGR 통로(24) 내에는 전기 제어식 EGR 제어 밸브(25)가 배치된다. 각 연료 분사 밸브(6)는 연료 공급관(26)을 통해서 연료 저장소, 소위 커먼 레일(common-rail: 27)에 연결된다. 이 커먼 레일(27) 내로는 전기 제어식 토출량 가변인 연료 펌프(28)로부터 연료가 공급되고, 커먼 레일(27) 내에 공급된 연료는 각 연료 공급관(26)을 통해서 연료 분사 밸브(6)에 공급된다. 커먼 레일(27)에는 커먼 레일(27) 내의 연료압을 검출하기 위한 연료압 센서(29)가 설치되며, 연료압 센서(29)의 출력 신호에 근거하여 커먼 레일(27) 내의 연료압이 목표 연료압이 되도록 연료 펌프(28)의 토출량이 제어된다.
한편, 암모니아를 발생하는 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체가 탱크(30) 내에 저장되어 있으며, 탱크(30) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체는 공급 도관(31), 공급 펌프(32) 및 전자 제어식 유량 제어 밸브(33)를 통해서 배기관(21) 내에 공급된다.
전자 제어 유닛(40)은 디지털 컴퓨터로 이루어지며, 쌍방향성 버스(41)에 의해 서로 접속된 R0M(판독 전용 메모리)(42), RAM(랜덤 액세스 메모리)(43), CPU(마이크로 프로세서)(44), 입력 포트(45) 및 출력 포트(46)를 구비한다. 에어 플로 미터(14)는 흡입 공기량에 비례한 출력 전압을 발생시켜, 이 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(47)를 통해서 입력 포트(45)에 입력된다. 또, 연료압 센서(29)의 출력 신호는 대응하는 AD 변환기(47)를 통해서 입력 포트(45)에 입력된다. 한편, 기관 본체(1)에는 기관 냉각수 온도를 검출하기 위한 수온 센서(34)가 설치되며, 배기관(21) 내에는 배기관(21) 내를 흐르는 배기 가스 온도를 검출하기 위한 온도 센서(35)가 배치된다. 이들 수온 센서(34) 및 온도 센서(35)의 출력 신호는 각각 대응하는 AD 변환기(47)를 통해서 입력 포트(45)에 입력된다.
액셀레이터 페달(50)에는 액셀레이터 페달(50)의 밟는 양(L)에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(51)가 접속되며, 부하 센서(51)의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(47)를 통해서 입력 포트(45)에 입력된다. 더욱이 입력 포트(45)에는 크랭크샤프트가 예를 들면 30°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(52)가 접속된다. 또, 입력 포트(45)에는 스태터 스위치(53)의 작동 신호가 입력된다. 한편, 출력 포트(46)은 대응하는 구동 회로(54)를 통해서 연료 분사 밸브(6), 스텝 모터(16), EGR 제어 밸브(25), 연료 펌프(28), 펌프(32) 및 유량 제어 밸브(33)에 접속된다.
그런데, 상술한 바와 같이 촉매(22) 상류의 배기관(21) 내에는 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체가 공급된다. 암모니아를 발생할 수 있는 암모니아 발생 화합물에 대해서는 각종 화합물이 존재하며, 따라서 암모니아 발생 화합물로서 각종 화합물을 사용할 수 있다. 본 발명에 의한 실시예에서는 암모니아 발생 화합물로서 요소를 사용하고 있으며, 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체로서 요소 수용액을 사용하고 있다. 따라서 이하, 촉매(22) 상류의 배기관(21) 내에 요소 수용액을 공급하는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명한다.
한편, 상술한 바와 같이 촉매(22)는 N0x선택 환원 촉매로 이루어지며, 도 1에 도시하는 실시예에서는 이 N0x선택 환원 촉매로서 티타니아를 담체로 하여 이 담체 상에 산화 바나듐을 담지한 촉매 V2O5/Ti02(이하, 바나듐·티타니아 촉매라 한다), 또는 제올라이트를 담체로 하여, 이 담체 상에 구리를 담지한 촉매 Cu/ZSM5(이하, 구리 제올라이트 촉매라 한다)가 사용되고 있다.
과잉 산소를 포함하고 있는 배기 가스 중에 요소 수용액을 공급하면 배기 가스 중에 포함되는 N0는 촉매(22) 상에 있어서 요소 C0(NH2)2로부터 발생하는 암모니아 NH3에 의해 환원된다(예를 들면 2NH3+2N0+1/2O2→2N2+3H20). 이 경우, 배기 가스 중에 포함되는 N0x를 환원하여 배기 가스 중의 N0x를 완전히 제거하기 위해서는 일정량의 요소가 필요하며, 이하, 배기 가스 중의 N0x를 환원하여 완전히 제거하기 위해 필요한 요소량을 요소/N0x의 당량비가 1인 요소량을 말한다. 또한 요소/N0x의 당량비가 1인 것을 이하 간단하게 당량비=1 이라 한다.
도 2는 기관 회전수를 일정하게 유지하면서 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)를 변화시켜, 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급한 경우의 N0x정화율을 도시하고 있다. 또한, 도 2에 있어서 실선은 촉매(22)로서 구리 제올라이트 촉매를 사용한 경우를 도시하고 있으며, 파선은 촉매(22)로서 바나듐·티타니아 촉매를 사용한 경우를 도시하고 있다.
도 2로부터, 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액이 공급된 경우, 어느 한 촉매(22)에 있어서도 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)가 거의 350℃ 이상이 되면 N0x정화율은 거의 100퍼센트가 되며, 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)가 저하함에 따라 N0x정화율이 저하하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3은 촉매(22)의 온도를 400℃로 유지한 상태에서 요소 수용액을 공급한 경우에 있어서, 요소 수용액을 공급하고 나서의 경과 시간 t(sec)와 발생 암모니아 농도(p.p.m)와의 관계를 도시하고 있다. 도 3으로부터, 요소 수용액을 공급하면 요소는 한번에 암모니아로 분해되며, 한번에 암모니아가 방출되는 것을 알 수 있다. 또, 상술한 바와 같이 촉매(22)의 온도가 400℃ 시에는 당량비=1로 요소가 공급되면 N0x정화율이 거의 100퍼센트가 된다.
따라서 도 2 및 도 3으로부터, 촉매(22)의 온도가 거의 350℃ 이상 시에 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급하면 요소 수용액 중에 포함되는 요소로부터 한번에 암모니아가 방출되며, 이 암모니아에 의해 배기 가스 중의 모든 N0x가 환원되는 것을 알 수 있다. 바꾸어 말하면 촉매(22)의 온도가 거의 350℃ 이상 시에는 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급하면 배기 가스 중의 N0x를 거의 완전하게 정화할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 촉매(22)의 온도(Tc)가 120℃ 시에 요소 수용액을 공급하며, 그 후 촉매(22)의 온도(Tc)를 서서히 상승시킨 경우에 있어서, 요소 수용액 공급 개시로부터의 경과 시간 t(sec)와 발생 암모니아 농도(p.p.m)와의 관계를 도시하고 있다. 도 4에 도시되는 바와 같이 요소 수용액을 공급해도 촉매(22)의 온도(Tc)가 낮은 동안은 암모니아는 전혀 발생하지 않으며, 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승을 개시하면 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승함에 따라 암모니아가 조금씩 발생한다.
도 4는 다음 2개의 것을 의미하고 있다. 즉, 우선 첫째로 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승하면 암모니아가 발생한다는 것은 공급된 요소가 촉매(22) 내에 저장되어 있었다는 것을 의미하고 있다. 둘째로 요소의 열 분해 온도는 거의 132℃이며, 따라서 암모니아가 요소의 열 분해에 의해 발생하는 것이라 생각하면 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에 이르렀을 때에 한번에 암모니아가 방출된다. 그렇지만 도 4에 도시되는 바와 같이 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에 이르러도 암모니아는 한번에 방출되지 않으며, 이것은 암모니아가 요소의 열 분해만에 의해 발생하고 있는 것은 아닌 것을 의미하고 있다.
이렇게 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에 이르러도 암모니아가 한번에 방출되지 않으며, 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승함에 따라 조금씩 암모니아가 방출되는 것은 촉매(22) 상에 있어서의 요소의 형태 변화에 의한 것이라 생각할 수 있다. 즉, 요소는 거의 132℃에 있어서 뷰렛으로 변화하며, 뷰렛은 거의 190℃에 있어서 시아눌산으로 변화하며, 시아눌산은 거의 360℃에 있어서 시안산 또는 이소시안산으로 변화한다. 이렇게 온도 상승에 의한 형태 변화 과정에서 조금씩 암모니아가 발생하는 것으로 생각할 수 있으며, 따라서 도 4에 도시되는 바와 같이 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승함에 따라 촉매(22)로부터 조금씩 암모니아가 방출되게 된다.
즉, 요소 수용액을 공급했을 때, 촉매(22)의 온도(Tc)가 낮을 경우에는 요소 수용액 중에 포함되는 요소가 촉매(22) 내에 저장된다. 이어서 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승하면 그에 따라 촉매(22) 내에 저장된 요소가 순차 다른 암모니아 발생 화합물로 형태 변화하여, 그 결과 촉매(22)로부터 암모니아가 서서히 방출되게 된다.
이렇게 요소 수용액을 공급했을 때 촉매(22)의 온도(Tc)가 낮을 경우에는 요소 수용액 중에 포함되는 요소가 촉매(22) 내에 저장되며, 이 요소는 촉매(22)의 온도(Tc)가 낮은 상태로 유지되어 있는 한 촉매(22) 내에 계속 저장된다. 한편, 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 거의 350℃까지 동안일 때에 요소 수용액이 공급되면 이 경우에도 요소 수용액 중에 포함되는 요소는 촉매(22) 내에 일단 저장된다. 이어서 요소 온도가 상승하여, 요소가 순차 다른 암모니아 발생 화합물로 형태 변화하면 그것에 의해 촉매(22)로부터 암모니아가 방출된다. 즉, 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 350℃까지의 동안 시에 요소 수용액을 공급하면 그 후 잠시 후 촉매(22)로부터의 암모니아 방출 작용이 개시된다.
이렇게 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 350℃ 사이에 요소 수용액을 공급하면 그 후 잠시 후 촉매(22)로부터의 암모니아 방출 작용이 개시되지만 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 일정하게 유지되어 있을 때에 요소 수용액이 계속적으로 공급되면 촉매(22)로부터 암모니아가 계속적으로 방출된다. 단, 이 경우 촉매(22) 내에 저장된 요소는 촉매(22)의 온도(Tc)에 의해 정해지는 암모니아 발생 화합물까지 밖에 형태 변화하지 않기 때문에 암모니아는 그만큼 발생하지 않는다. 따라서 이 경우, 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급해도 촉매(22)로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중의 모든 N0x가 환원되지는 않는다.
또, 요소 수용액이 공급되면 요소 수용액 중에 포함되는 일부 요소는 배기 가스 중에 있어서 열 분해하고, 그것에 의해 암모니아가 발생하는 것이라 생각되기 때문에 배기 가스 중의 N0x일부는 이 암모니아에 의해 환원된다. 그렇지만 이 암모니아 량도 그렇게 많지는 않기 때문에 이 암모니아에 의해 환원되는 배기 가스 중의 N0x량도 그다지 많지 않다.
따라서 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 거의 350℃까지 거의 일정 온도로 유지되어 있을 때에, 배기 가스 중의 N0x량에 대해 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급해도 도 2에 도시되는 바와 같이 N0x정화율은 높아지지 않는다. 이 경우, 배기 가스 온도가 높아지고, 그에 따라 촉매(22)의 온도(Tc)가 높아지면 한편에서는 촉매(22)로부터 발생하는 암모니아량이 증대하고, 다른 한편에서는 배기 가스 중에 있어서 요소 수용액 중의 요소로부터 발생하는 암모니아량도 증대한다. 따라서 도 2에 도시되는 바와 같이 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)가 높아짐에 따라 N0x정화율은 점차로 높아진다.
촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 350℃까지의 거의 일정 온도로 유지되어 있을 때에 N0x정화율을 높게 하기 위해서는 촉매(22)로부터 발생하는 암모니아량을 증대시키고, 배기 가스 중에 있어서 요소 수용액 중의 요소로부터 발생하는 암모니아량을 증대시키면 좋고, 그를 위해서는 공급되는 요소량을 증대시키면 좋게 된다. 그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 거의 350℃ 사이에서 그다지 변화하지 않을 때에는 공급되는 요소량이 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 데 필요한 당량비=1 이상의 요소량이 되도록 요소 수용액의 공급량을 증량하도록 하고 있다.
이렇게 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 350℃ 사이에서 그다지 변화하지 않을 경우에는 당량비=1 이상의 양의 요소를 공급함으로써 N0x정화율을 높게 할 수 있다. 그렇지만 예를 들면 가속 운전 시와 같이 배기 가스 온도가 급격하게 상승하여, 촉매(22)의 온도(Tc)가 급격하게 상승할 경우에는 설령 당량비=1 이상의 양의 요소를 공급해도 N0x정화율을 높게 할 수는 없다.
즉, 저부하 운전 상태로부터 가속 운전하도록 고부하 운전 상태로 이행하면 배기 가스 온도가 급격하게 상승하기 때문에 촉매(22)의 온도(Tc)도 급격하게 상승한다. 한편, 기관의 운전 상태가 고부하 운전으로 이행하면 배기 가스 중의 N0x량이 급격하게 증대한다. 그렇지만 이 때 급격하게 증대한 N0x를 환원하는 데 필요한 당량비=1 이상의 요소를 공급하도록 요소 수용액의 공급량을 급격하게 증대시켜도 상술한 바와 같이 급격하게 증대된 요소로부터 조금도 암모니아가 발생하지 않으며, 실제로 시험을 해 보면 가속 운전 중에 급격하게 증대된 요소로부터는 거의 암모니아가 발생하지 않는다. 따라서 가속 운전 시에는 촉매(22)로부터 방출되는 암모니아량이 증대한 N0x를 환원하는 데 필요한 암모니아량에 비해 대폭 적어지며, 이렇게 하여 높은 N0x정화율을 얻을 수 없다.
그래서 본 발명에서는 예를 들면 가속 운전 시에 있어서와 같이 배기 가스 중의 N0x량이 증대하고 또한 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승할 때에 높은 N0x정화율이 얻어지도록, 촉매(22)가 온도 상승을 개시하기 전에 다량의 요소, 즉 다량의 암모니아 발생 화합물을 촉매(22) 내에 저장시켜 두고, 촉매(22)의 온도(Tc)가 급격하게 상승했을 때에 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 다량의 암모니아를 방출시켜, 방출된 다량의 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하도록 하고 있다.
좀 더 상세하게 말하면 본 발명에서는 촉매(22)의 온도 영역이 요소 수용액 중의 요소, 즉 암모니아 발생 화합물을 촉매(22) 내에 저장하고 또한 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 암모니아가 거의 방출하지 않는 암모니아 발생 화합물 저장 영역인지 또는 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시키는 암모니아 방출 영역인지를 판단하여, 촉매(22)의 온도가 암모니아 방출 영역이 되었을 때에 필요량의 암모니아를 방출시키는 데 충분한 암모니아 발생 화합물을 미리 촉매(22) 내에 저장시켜 두기 때문에, 필요시되는 충분한 양의 요소 수용액을 촉매(22)의 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단되었을 때 촉매(22)에 공급하도록 하고 있다.
여기서 암모니아 발생 화합물 저장 영역은 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃ 이하의 온도 영역을 도시하고 있으며, 암모니아 방출 영역은 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 350℃ 사이의 온도 영역을 도시하고 있다. 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃보다도 낮을 때에는 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 공급된 요소 수용액 중의 요소, 즉 암모니아 발생 화합물은 촉매(22) 내에 저장되며, 이 때 저장된 암모니아 발생 화합물로부터는 거의 암모니아가 발생하지 않는다. 또, 이 때 배기 가스 중에 있어 요소로부터 암모니아가 발생했다 해도 그 양은 극히 소량이다. 따라서 촉매(22)의 온도(Tc)가 암모니아 발생 화합물 저장 영역 내에 있을 때에 요소 수용액이 공급되면 요소 수용액 중의 요소, 즉 암모니아 발생 화합물의 대부분은 촉매(22) 내에 저장되게 된다.
한편, 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 132℃에서 거의 350℃ 사이에 있을 때에는, 즉 촉매(22)의 온도(Tc)가 암모니아 방출 영역에 있을 때에는 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 암모니아가 방출된다.
개략적으로 말해 기관 시동 시, 운전 시, 저부하 운전 시 및 감속 운전 시에는 촉매(22)의 온도(Tc)는 암모니아 발생 화합물 저장 영역이 되며, 따라서 본 발명에 의한 실시예에서는 시동 시, 난기 운전 시, 저부하 운전 시 및 감속 운전 시에는 다량의 요소 수용액을 공급하고, 촉매(22)를 저장할 수 있는 암모니아 발생 화합물의 최대 저장량을 넘지 않는 범위에서 촉매(22) 내에 요소, 즉 암모니아 발생 화합물을 저장하도록 하고 있다. 따라서 가속 운전이 행해졌을 때에는 촉매(22) 내에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 다량의 암모니아가 방출시켜지게 되며, 이렇게 하여 배기 가스 중의 NOx가 양호하게 정화시켜지게 된다.
도 5에 요소 수용액의 공급 제어의 일례를 도시한다. 또한, 도 5에는 요구 부하(L), 연소실(5)로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx량, 촉매(22)의 온도(Tc), 요소 수용액의 공급량 및 촉매(22) 내에 저장된 암모니아 발생 화합물 저장량 변화가 도시되어 있다. 또한, 도 5의 요소 수용액의 공급량에 있어서 파선은 배기 가스 중의 NOx에 대해 요소량이 당량비=1이 되는 요소 수용액의 공급량을 도시하고 있으며, 실선은 실제로 공급되는 요소 수용액량을 도시하고 있다.
도 5에 있어서 운전 영역(I)은 기관 시동 시 또는 난기 운전 시 또는 아이들링 운전을 포함하는 저부하 운전 시를 도시하고 있다. 때로는 도 5에 도시되는 바와 같이 배기 가스 중의 NOx량은 적고, 또 촉매(22)의 온도(Tc)가 암모니아 발생 화합물 저장 영역 내에 있다. 이 때에는 공급되는 요소량이 당량비=1 이상의 요소량이 되도록, 예를 들면 요소의 공급량이 당량비=1인 요소량의 2배에서 4배가 되도록 요소 수용액이 공급된다. 따라서 이 때 촉매(22) 내에 저장되어 있는 요소, 즉 암모니아 발생 화합물의 저장량은 점차로 증대한다.
이어서, 요구 부하(L)가 급격하며 높일 수 있으며, 가속 운전이 행해졌다고 하자. 요구 부하(L)가 급격하게 높아지면, 배기 가스 중의 NOx량은 급격하게 증대한다. 또, 이 때 배기 가스 온도가 급격하게 상승하기 때문에 촉매(22)의 온도(Tc)도 급속하게 상승하며, 촉매(22)의 온도(Tc)가 암모니아 방출 영역이 된다. 이 때, 촉매(22) 내에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 다량의 암모니아가 방출되며, 방출된 암모니아에 의해 배기 가스 중의 NOx가 양호하게 정화된다. 이렇게 이 때 암모니아 발생 화합물로부터 다량의 암모니아가 방출되기 때문에 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량은 급격하게 저하한다.
한편, 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중의 모든 NOx를 환원할 수 없는 경우에는 배기 가스 중에 있어서 요소 수용액 중의 요소로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중의 나머지 NOx를 환원하기 위해 가속 운전 중에도 요소 수용액이 공급된다. 도 5에 도시하는 예에서는 가속 운전이 개시되면 요소 수용액의 공급량은 일단 감소되며, 이어서 증대된다. 물론, 가속 운전 시에 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 발생하는 암모니아에 의해 배기 가스 중의 NOx를 충분히 정화할 수 있는 경우에는 가속 운전 시에 요소 수용액 공급을 정지해도 된다.
이어서 운전 영역 Ⅱ에 있어서 정상 운전이 행해지며, 이 때 촉매(22)의 온도(Tc)가 암모니아 방출 영역에 유지되어 있었다고 하자. 이 때 도 5에 도시하는 예에서는 배기 가스 중의 NOx를 양호하게 정화하기 위해 요소 공급량이 당량비=1 이상이 되도록 요소 수용액이 공급된다. 따라서 이 때 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량은 조금씩 증대한다.
이어서 운전 영역 Ⅲ에 있어서 요구 부하(L)를 높일 수 있으며, 이어서 고부하를 기초로 정상 운전이 행해지며, 운전 영역 Ⅲ에 있어서 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃를 초과하고 고부하 운전 상태 하에서는 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃ 이상으로 유지되어 있었다고 하자. 이 경우, 운전 영역 Ⅲ에 있어서 촉매(22)의 온도(Tc)가 상승하면 촉매(22)에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 방출되는 암모니아량이 증대하며, 이렇게 하여 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량이 감소한다. 또, 도 5에 도시하는 예에서는 이 때에도 요소 수용액 공급량을 감소시킬 수 있다.
한편, 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃를 넘으면 상술한 바와 같이 공급된 요소 수용액 중의 모든 요소는 바로 암모니아로 열 분해되며, 이 암모니아에 의해 배기 가스 중의 NOx가 바로 환원된다. 따라서 이 때 공급되는 요소량이 배기 가스 중의 NOx량에 대해 당량비=1이 되도록 하면 배기 가스 중의 NOx를 완전히 정화할 수 있게 된다. 따라서 도 5에 도시되는 바와 같이 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃ 이상이 되어 있을 때에는 공급되는 요소량이 배기 가스 중의 NOx량에 대해 당량비=1이 되도록 요소 수용액이 공급된다. 또한, 이때에는 촉매(22) 내에 암모니아 발생 화합물이 완전히 저장되지 않으며, 따라서 이 때에는 도 5에 도시되는 바와 같이 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 화합물량은 0이 된다.
이어서 감속 운전이 행해지며, 연료 공급이 정지된 것으로 한다. 이 때에는 배기 가스 중의 NOx량은 0이 되고, 또 촉매(22)의 온도(Tc)는 급속하게 저하한다. 이 때 도 5에 도시하는 예에서는 운전 영역 I과 동일하게 공급되는 요소량이 저부하 운전 시에 있어서의 배기 가스 중의 NOx량에 대해 당량비=1 이상의 요소량이 되도록 요소 수용액이 공급된다. 따라서 감속 운전이 개시되면 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량을 증대시킬 수 있다.
촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃ 이상이 되었을 때에 당량비=1 이상의 요소를 공급하면 암모니아가 대기 중에 배출된다. 따라서 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃ 이상이 되었을 때에는 요소 수용액의 공급량을 요소량이 정확하게 당량비=1이 되도록 제어할 필요가 있다.
한편, 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 350℃ 이하일 때에도 요소 수용액의 공급량을 극도로 증대하면 대기 중에 암모니아가 배출되며, 따라서 이 때에도 대기 중에 암모니아가 방출되지 않도록 요소 수용액을 공급하는 것이 요구된다. 또한, 본 발명자의 실험에 의하면 기관의 운전 상태를 일정 패턴에 따라 변화시켜, 이 때 촉매(22)의 온도(Tc)가 거의 190℃에서 거의 350℃ 사이에서 변화한 경우, 촉매(22)로서 바나듐·티타니아 촉매를 사용했을 때에는 당량비 1인 요소량의 3배 가까운 요소를 공급해도 대기 중에 암모니아가 방출되지 않으며, 촉매(22)로서 구리 제올라이트 촉매를 사용했을 때에는 당량비 1인 요소량의 4배 이상의 요소를 공급해도 대기 중에 암모니아가 방출되지 않는 것이 확인되고 있다.
바나듐·티타니아 촉매를 사용한 경우에 비해 구리 제올라이트 촉매를 사용한 경우 쪽이 대기 중으로의 암모니아 배출량이 적어지는 것은 다음 이유에 의한 것이라고 생각할 수 있다. 즉, 구리나 바나듐의 표면 상에서는 암모니아 발생 화합물로부터 발생한 암모니아 일부는 배기 가스 중의 N0x의 환원을 위해 사용되며, 잉여 암모니아가 구리나 바나듐의 표면 상에 보존되어 있으면 이 암모니아는 N0가 된다(NH3→N0). 이어서 이 N0는 잉여 암모니아와 반응하여 N2가 된다(N0+NH3→N2).이러한 순차 반응이 생기면 잉여 암모니아가 대기 중에 방출되지 않게 된다.
바나듐은 암모니아를 보존하고 있는 능력이 낮으며, 따라서 이러한 순차 반응이 생기기 힘들기 때문에 대기 중에 암모니아가 배출되기 쉬워진다. 이에 대해 구리는 암모니아를 보존하고 있는 능력이 높고, 따라서 이러한 순차 반응이 생기기 쉬워지기 때문에 대기 중에 암모니아가 배출되기 힘들어진다. 따라서 대기 중에 암모니아가 배출되는 것을 억제하기 위해서는 구리 제올라이트 촉매를 사용한 편이 바람직하게 된다.
다음으로 본 발명에 의한 요소 수용액의 공급 제어의 제 1 실시예에 대해서 설명한다.
단위 시간당 연소실(5)로부터 배출되는 N0x량은 기관 부하가 높아지면 증대하며, 따라서 도 6a에 도시되는 바와 같이 단위 시간당 연소실(5)로부터 배출되는 N0x량은 촉매(22)로의 유입 배기 가스 온도(Ti)가 높아질수록 많아진다. 또, 도 6b에 도시되는 바와 같이 단위 시간당 연소실(5)로부터 배출되는 N0x량은 흡입 공기량(Ga)에 비례한다. 따라서 배기 가스 중의 N0x량에 대해 당량비=1이 되는 단위 시간당 요소량(QE)은 배기 가스 온도(Ti) 및 흡입 공기량(Qa)의 함수가 된다. 본 발명에 의한 실시예에서는 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)이 배기 가스 온도(Ti) 및 흡입 공기량(Ga)의 함수로서 도 6c에 도시하는 바와 같은 맵의 형태로 미리 R0M(42) 내에 기억되어 있다.
또한, 이렇게 배기 가스 온도(Ti) 및 흡입 공기량(Qa)에 근거하여 요소량(QE)을 산출하는 대신 배기 가스 중의 실제의 N0x농도를 검출하여 이 N0x농도로부터 요소량(QE)을 산출할 수도 있다. 이 경우에는 촉매(22) 상류의 배기관(21) 내에 N0x농도 센서가 설치되며, N0x농도 센서에 의해 검출된 N0x농도와 흡입 공기량(Ga)으로부터 단위 시간당 연소실(5)로부터 배출되는 N0x량이 구해지며, 이 N0x량에 근거하여 N0x량에 대해 당량비=1이 되는 단위 시간당 요소량(QE)이 산출된다.
한편, 요소 수용액이 공급되면 요소 수용액 중에 포함되는 일부 요소가 배기 가스 중에서 열 분해하여, 암모니아를 발생시킨다. 이 경우, 열 분해하는 요소량은 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)가 높아질수록 증대하며, 따라서 요소 수용액이 공급되었을 때에 촉매(22)에 저장되는 요소의 저장 비율(ST)은 도 7에 도시되는 바와 같이 배기 가스 온도(Ti)가 높아질수록 저하한다.
또, 촉매(22)의 온도(Tc)가 그다지 변화하지 않는 정상 운전 시에는 상술한 바와 같이 촉매(22)의 온도(Tc)가 높아짐에 따라, 촉매(22)에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 방출되는 암모니아량이 증대한다. 따라서, 이 때 촉매(22)에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아의 비율(NH3)은 도 8a에 도시되는 바와 같이 촉매(22)에 유입하는 배기 가스 온도(Ti)가 높아질수록 증대한다. 한편, 배기 가스의 공간 속도가 빨라질수록 촉매(22)에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 방출되는 암모니아량이 증대하며, 따라서 도 8b에 도시하는 바와 같이 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아의 비율(NH3)은 흡입 공기량(Ga)이 증대할수록 증대한다. 본 발명에 의한 실시예에서는 정상 운전 시에 있어서 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아 비율(LE1)이 배기 가스 온도(Ti) 및 흡입 공기량(Ga)의 함수로서 도 8c에 도시하는 바와 같은 맵의 형태로 미리 R0M(42) 내에 기억되어 있다.
한편, 가속 운전 시와 같이 촉매(22)의 온도가 급속하게 상승할 때에는 상술한 바와 같이 촉매(22)의 온도 상승 전에 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아가 방출한다. 이 때 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아의 비율(NH3)은 도 9a에 도시되는 바와 같이 촉매(22)로의 유입 배기 가스 온도(Ti)에 따라 변화한다. 또, 이 경우도 도 9b에 도시되는 바와 같이 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아의 비율(NH3)은 흡입 공기량(Ga)이 증대할수록 증대한다. 본 발명에 의한 실시예에서는 촉매(22)의 온도(Tc)가 급속하게 상승할 때에 촉매(22)에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 단위 시간당 방출되는 암모니아의 비율(LE2)이 배기 가스 온도(Ti) 및 흡입 공기량(Ga)의 함수로서 도 9c에 도시하는 바와 같은 맵의 형태로 미리 R0M(42) 내에 기억되어 있다.
도 10에서 도 12는 요소 수용액 공급 제어의 제 1 실시예를 실행하기 위한 루틴을 도시하고 있으며, 이 루틴은 일정 시간마다의 인터럽트에 의해 실행된다.
도 10을 참조하면 우선 처음에 스텝(100)에 있어서 기관 시동 시인지의 여부가 판별된다. 시동 시일 때에는 스텝(102)으로 점프하며, 기관 시동 시가 아닐 때에는 스텝(101)으로 진행한다. 스텝(101)에서는 감속 운전 시인지의 여부가 판별된다. 감속 운전 시에는 스텝(102)으로 진행한다. 스텝(102)에서는 EGR 제어 밸브(25)를 닫히게 할 수 있으며, EGR 가스 공급이 정지된다. 이어서, 스텝(103)으로 진행하여 공급 제어 Ⅰ이 실행되며, 이어서 스텝(104)으로 진행한다. 이 공급 제어 Ⅰ이 도 11에 도시되어 있다.
한편, 스텝(101)에 있어서 감속 시가 아니라 판단되었을 때에는 스텝(109)으로 진행하여 온도 센서(35)에 의해 검출된 배기 가스 온도(Ti)가 미리 정해진 온도, 예를 들면 350℃보다도 높은지의 여부가 판별된다. Ti≤350℃일 때에는 스텝(110)으로 진행하여 가속 운전 시인지의 여부가 판별된다. 가속 운전 시가 아닐 때에는 스텝(103)으로 진행한다. 즉, 스텝(103)으로 진행하는 것은 시동 시 및 감속 시 및 Ti≤350℃로 가속 운전 시가 아닐 때이다.
여기서, 스텝(103)에 있어서 행해지는 공급 제어 Ⅰ에 대해서 도 11을 참조하면서 설명한다.
도 11을 참조하면 우선 처음에 스텝(200)에 있어서 요소 수용액 공급을 정지해야 하는 것을 도시하는 공급 정지 플래그가 셋되어 있는지의 여부가 판별된다. 공급 정지 플래그가 셋되어 있지 않을 때에는 스텝(201)으로 진행하며, 에어 플로 미터(14) 및 온도 센서(35)의 출력 신호에 근거하여 도 6c에 도시되는 맵으로부터 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)이 산출된다.
이어서 스텝(202)에서는 당량비=1에 대한 실제의 공급 요소량 비, 즉 요소 증량비(K)가 산출된다. 이 요소 증량비(K)는 도 13에 도시되는 바와 같이 1.0보다도 크고, 이 요소 증량비(K)는 촉매(22)로의 유입 배기 가스 온도(Ti)가 높아짐에 따라 작아진다. 도 13에 도시하는 예에서는 배기 가스 온도(Ti)가 낮을 때에는 요소 증량비(K)가 거의 4.0이 되어 있다. 이어서 스텝(203)에서는 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)에 요소 증량비(K)를 승산함으로써 단위 시간당 실제로 공급해야 할 요소량(QE)(=K·QE)이 산출된다.
이어서, 스텝(204)에서는 이 요소량(QE)에 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 요소 수용액으로서 30중량 퍼센트의 요소 수용액을 사용한 경우에는 이 보정 계수(C) 값은 (100+30)/30=4.3이 된다. 단위 시간당의 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 제어 밸브(33)가 제어된다.
이어서 스텝(205)에서는 도 7로부터 요소의 저장 비율(ST)이 산출된다. 이어서 스텝(206)에서는 요소의 저장 비율(ST)에 요소 공급량(QE)을 승산함으로써 단위 시간당 촉매(22) 내에 저장되는 요소량(QST)(=QE·ST)이 산출된다. 이어서, 스텝(207)에서는 도 8c에 도시하는 맵으로부터 암모니아의 방출 비율(LE1)이 산출된다. 이어서 스텝(208)에서는 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물량(ΣQS)에 방출 비율(LE1)을 승산함으로써 단위 시간당 방출되는 암모니아량(QLE)(=ΣQS·LE1)이 산출된다. 이어서 도 10의 스텝(104)으로 진행한다.
한편, 스텝(200)에 있어서 공급 정지 플래그가 셋되어 있는 것으로 판단되었을 때에는 스텝(209)으로 진행하여 단위 시간에 흡장되는 요소량(QST)이 0이 되며, 이어서 스텝(207)으로 진행한다. 이 때에는 요소 수용액 공급이 정지된다. 따라서 시동 시 또는 감속 시 또는 Ti≤350℃로 또한 가속 도전 시가 아닐 때에는 공급 정지 플래그가 셋되어 있지 않은 한 요소 공급량이 당량비=1 이상이 되도록 요소 수용액이 공급된다.
도 10의 스텝(104)에서는, 다음 식에 근거하여 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물량(ΣQS)이 산출된다.
ΣQS=ΣQS+QST-QLE
이어서 스텝(105)에서는 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량(ΣQS)이 최대 저장량(MAX)(도 5)을 넘었는지의 여부가 판별되며, ΣQS>MAX가 되었을 때에는 스텝(108)으로 진행하여 공급 정지 플래그가 셋된다. 공급 정지 플래그가 셋되면 요소 수용액 공급이 정지된다. 한편, 스텝(105)에 있어서 ΣQS≤MAX라 판단되었을 때에는 스텝(106)으로 진행하여 ΣQS가 일정치(MIN)(<MAX)보다도 작아졌는지의 여부가 판별되며, ΣQS<MIN이 되었을 때에는 스텝(107)으로 진행하여 공급 정지 플래그가 리셋된다.
한편, 스텝(110)에 있어서 가속 운전 시라 판별되었을 때에는 스텝(111)으로 진행하여 공급 제어 Ⅱ가 실행된다. 이 공급 제어 Ⅱ가 도 12에 도시되어 있다.
도 12를 참조하면 우선 처음에 스텝(250)에 있어서 가속 운전 개시 시에 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물량이 초기치(ΣQS0)가 된다. 이어서 스텝(251)에서는 도 9c에 도시하는 맵으로부터 암모니아의 방출 비율(LE2)이 산출된다. 이어서 스텝(252)에서는 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물의 초기치(ΣQS0)에 방출 비율(LE2)을 승산함으로써 단위 시간당 방출되는 암모니아량(QLE)(=ΣQS0·LE2)이 산출된다.
이어서, 스텝(253)에서는 촉매(22) 내의 암모니아 발생 화합물로부터 방출된 암모니아에 의해 환원할 수 없는 배기 가스 중의 N0x를 환원시키는 데 필요한 요소량(QE)이 산출된다. 이어서 스텝(254)에서는 이 요소량(QE)에 상술한 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 단위 시간당 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 유량 제어 밸브(33)가 제어된다.
이어서 스텝(255)에서는 도 7로부터 요소의 저장 비율(ST)이 산출된다. 이어서, 스텝(256)에서는 요소의 저장 비율(ST)에 요소 공급량(QE)을 승산함으로써 단위 시간당 촉매(22) 내에 저장되는 요소량(QST)(=QE·ST)이 산출된다. 이어서 도 10의 스텝(105)으로 진행한다.
한편, 도 10의 스텝(109)에 있어서 Ti>350℃라 판단되었을 때에는 스텝(112)으로 진행하여, 에어 플로 미터(14) 및 온도 센서(35)의 출력 신호에 근거하여 도 6c에 도시되는 맵으로부터 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)이 산출된다. 이어서 스텝(113)에서는 이 요소량(QE)에 상술한 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 단위 시간당 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 유량 제어 밸브(33)가 제어된다. 이어서 스텝(114)에서는 촉매(22) 내에 있어서의 암모니아 발생 화합물 저장량(ΣQS)이 0이 된다. 이렇게 Ti>350℃인 때에는 요소의 공급량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액이 공급된다.
다음으로 도 14 및 도 15를 참조하면서 제 2 실시예에 대해서 설명한다. 요소 수용액의 공급량이 적을 때에는 요소 수용액이 배기 가스 중에 분산한다. 요소 수용액이 배기 가스 중에 분산하면 요소 수용액 중의 요소가 열 분해하기 쉬워져, 그 결과 공급한 요소를 촉매(22) 내에 저장시키는 것이 곤란해진다. 이에 대해 요소 수용액의 공급량을 증대하면 배기 가스 중에 있어서의 요소 밀도가 높아져, 그 결과 요소가 열 분해하기 어려워지기 때문에 공급한 요소를 촉매(22) 내에 저장시킬 수 있게 된다.
그래서 제 2 실시예에서는 도 14에 도시되는 바와 같이 운전 영역 Ⅰ, 운전 영역 Ⅱ 및 감속 시에는 공급해야 할 요소량이 당량비=1이 되도록 요소 수용액을 공급하여 이 요소에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원시켜, 시간 간격을 두고 다량의 요소 수용액을 펄스적으로 공급하여 이 요소 수용액 중의 요소를 촉매(22) 내에 저장시키도록 하고 있다.
또한, 이 제 2 실시예에 있어서도 도 10에 도시하는 루틴이 사용되고 있지만 도 10의 스텝(103)에 대해서만은 도 15에 도시되는 루틴이 사용된다.
도 15를 참조하면 우선 처음에 스텝(300)에 있어서 요소 수용액의 공급을 정지해야 할 것을 도시하는 공급 정지 플래그가 셋되어 있는지의 여부가 판별된다. 공급 정지 플래그가 셋되어 있지 않을 때에는 스텝(301)으로 진행하여, 에어 플로미터(14) 및 온도 센서(35)의 출력 신호에 근거하여 도 6c에 도시되는 맵으로부터 단위 시간당 공급해야 할 당량비의 요소량(QE)이 산출된다. 이어서 스텝(302)에서는 다량의 요소 수용액을 펄스적으로 단시간에서 공급하는 공급 타이밍인지의 여부가 판별된다. 공급 타이밍일 때에는 스텝(303)으로 진행하여 요소 수용액의 공급 시간이 경과했는지의 여부가가 판별된다. 요소 수용액의 공급 시간이 경과하고 있지 않을 때에는 스텝(304)으로 진행한다,
스텝(304)에서는 펄스적으로 공급해야 할 단위 시간당 요소 수용액량(△QE)이 산출된다. 이 요소 수용액량(△QE)은 공급되는 요소량이 저부하 운전 시에 있어서의 당량비=1의 수배 이상의 미리 정해진 요소량이 되도록 정해져 있다. 이어서 스텝(306)에서는 스텝(301)에 있어서 산출된 요소량(QE)에 추가해야 할 요소량(△QE)을 가산함으로써 최종적인 요소량(QE)(=QE+△QE)이 산출된다. 이어서, 스텝(307)에서는 이 요소량(QE)에 상술한 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 단위 시간당 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 유량 제어 밸브(33)가 제어된다.
이어서 스텝(308)에서는 추가 요소량(△QE)이 단위 시간당 촉매(22) 내에 저장되는 요소량(QST)이 된다. 이어서, 스텝(310)에서는 도 8c에 도시하는 맵으로부터 암모니아의 방출 비율(LE1)이 산출된다. 이어서 스텝(311)에서는 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물량(ΣQS)에 방출 비율(LE1)을 승산함으로써 단위 시간당 방출되는 암모니아량(QLE)(=ΣQS·LE1)이 산출된다. 이어서 도 10의 스텝(104)으로 진행한다.
한편, 스텝(302)에 있어서 공급 타이밍이 아니라 판단되었을 때 또는 스텝(303)에 있어서 공급 시간이 경과했다고 판단되었을 때에는 스텝(305)으로 진행하여 추가 요소량(△QE)이 0이 되며, 이어서 스텝(306)으로 진행한다. 이 때에는 공급되는 요소량은 당량비=1이 된다.
한편, 스텝(300)에 있어서 공급 정지 플래그가 셋되어 있는 것으로 판단되었을 때에는 스텝(309)으로 진행하여 단위 시간에 흡장되는 요소량(QST)이 0이 되며, 이어서 스텝(310)으로 진행한다. 이 때에는 요소 수용액 공급이 정지된다.
다음으로 도 16 및 도 17을 참조하면서 제 3 실시예에 대해서 설명한다.
배기 가스 온도가 낮을 때에는 배기 가스 중의 N0x량은 극히 소량이 된다. 따라서 이 제 3 실시예에서는 촉매(22)로의 유입 배기 가스 온도(Ti)가 일정치(To), 예를 들면 132℃보다도 낮을 때에는 요소 수용액의 연속적인 공급을 정지하며, 도 16에 도시되는 바와 같이 운전 영역 Ⅰ 및 감속 시에 시간 간격을 두고 다량의 요소 수용액을 펄스적으로 공급하여 이 요소 수용액 중의 요소를 촉매(22) 내에 저장시키도록 하고 있다.
또한, 이 제 3 실시예에 있어서도 도 10에 도시하는 루틴이 사용되지만 도 10의 스텝(103)에 대해서만은 도 17에 도시되는 루틴이 사용된다.
도 17을 참조하면 우선 처음에 스텝(400)에 있어서 요소 수용액의 공급을 정지해야 할 것을 도시하는 공급 정지 플래그가 셋되어 있는지의 여부가 판별된다. 공급 정지 플래그가 셋되어 있지 않을 때에는 스텝(401)으로 진행하여 온도 센서(35)의 출력 신호로부터 촉매(22)로의 유입 배기 가스 온도(Ti)가 일정치(To), 예를 들면 132℃보다도 높은지의 여부가 판별된다. Ti>To인 때에는 스텝(402)으로 진행하며, 에어 플로 미터(14) 및 온도 센서(35)의 출력 신호에 근거하여 도 6c에 도시되는 맵으로부터 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)이 산출된다.
이어서 스텝(403)에서는 도 13으로부터 요소 증량비(K)가 산출된다. 이어서 스텝(404)에서는 단위 시간당 공급해야 할 당량비=1의 요소량(QE)에 요소 증량비(K)를 승산함으로써 단위 시간당 실제로 공급해야 할 요소량(QE)(=K·QE)이 산출된다. 이어서 스텝(405)에서는 이 요소량(QE)에 상술한 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 단위 시간당 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 유량 제어 밸브(33)가 제어된다.
이어서, 스텝(406)에서는 도 7로부터 요소의 저장 비율(ST)이 산출된다. 이어서 스텝(407)에서는 요소의 저장 비율(ST)에 요소 공급량(QE)을 승산함으로써 단위 시간당 촉매(22) 내에 저장되는 요소량(QST)(=QE·ST)이 산출된다. 이어서, 스텝(408)에서는 도 8c에 도시하는 맵으로부터 암모니아의 방출 비율(LE1)이 산출된다. 이어서 스텝(409)에서는 촉매(22) 내에 저장되어 있는 모든 암모니아 발생 화합물량(ΣQS)에 방출 비율(LE1)을 승산함으로써 단위 시간당 방출되는 암모니아량(QLE)(=ΣQS ·LE1)이 산출된다. 이어서 도 10의 스텝(104)으로 진행한다.
한편, 스텝(401)에 있어서 Ti≤To이라 판별되었을 때에 스텝(410)으로 진행하여 다량의 요소 수용액을 펄스적으로 단시간에서 공급하는 공급 타이밍인지의 여부가 판별된다. 공급 타이밍일 때에는 스텝(411)으로 진행하여 요소 수용액의 공급 시간이 경과했는지의 여부가 판별된다. 요소 수용액의 공급 시간이 경과하고 있지 않을 때에는 스텝(412)으로 진행한다.
스텝(412)에서는 펄스적으로 공급해야 할 단위 시간당 요소량(QEE)이 산출된다. 이 요소량(QEE)은 당량비=1의 수배 이상의 미리 정해진 요소량이 되도록 정해져 있다. 이어서 스텝(413)에서는 이 요소량(QEE)에 상술한 보정 계수(C)를 승산함으로써 단위 시간당 공급해야 할 요소 수용액량(Q)이 산출된다. 단위 시간당 요소 수용액의 공급량(Q)이 산출되면 요소 수용액의 공급량이 Q가 되도록 유량 제어 밸브(33)가 제어된다. 이어서 스텝(414)에서는 QEE가 단위 시간당 촉매(22) 내에 저장되는 요소량(QST)이 된다. 이어서 스텝(408)으로 진행한다.
한편, 스텝(400)에 있어서 공급 정지 플래그가 셋되어 있는 것으로 판단된 때에는 스텝(415)으로 진행하여 단위 시간에 저장되는 요소량(QST)이 0이 되며, 이어서 스텝(408)으로 진행한다. 이 때에는 요소 수용액 공급이 정지된다.
또한, 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 있어서 펄스적으로 공급되는 요소 수용액의 공급량 및 공급 타이밍을 밸브화시킬 수 있다. 예를 들면 감속 시에 있어서의 요소 수용액의 공급량을 펄스적으로 공급할 때마다 조금씩 적게 할 수도 있다. 또, 촉매(22)의 온도(Tc)가 충분히 저하할 때까지 기다리기 위해 감속 개시 시에 있어서의 촉매(22)의 온도가 높을수록 감속 개시 후, 요소 수용액 공급이 행해지기까지의 간격을 길게 할 수 있다.
다음으로 도 18 및 도 19를 참조하면서 촉매 컨버터(23) 내에 수용되어 있는 촉매(22)의 각종 예에 대해서 설명한다.
도 18a에 도시되는 바와 같이 촉매(22)는 허니컴 구조를 가지고, 허니컴 구조의 기재(60)에 의해 포위된 다수의 배기 가스 유통 구멍(61)을 구비한다. 배기 가스 유통 구멍(61)을 형성하고 있는 기재(60)의 표면 상에는 촉매층이 형되어 있으며, 도 18b에 도시하는 예에서는 촉매층(62)이 티타니아(63)로 이루어진다. 이 티타니아(68) 상에는 바나듐(64)이 담지되어 있다. 요소 수용액을 공급하면 요소 수용액 중에 포함되는 요소, 즉 암모니아 발생 화합물은 담체인 티타니아(63) 내에 저장된다. 암모니아 발생 화합물이 어떻게 하여 티타니아(63) 내에 저장될지는 반드시 분명하지 않지만 아마 흡착에 의해 촉매(22) 내에 보존되어 있는 것이라 생각할 수 있다.
그런데 본 발명에서는 촉매(22) 내에 저장된 요소, 즉 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 방출되는 암모니아를 이용하여 배기 가스 중의 N0x를 환원하도록 하고 있기 때문에 요소 수용액이 공급되었을 때에 가능한 한 다량의 요소, 즉 암모니아 발생 화합물을 촉매(22) 내에 보존하여, 이들 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시키는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 도 18c, 18d, 18e 및 도 19a, 19b는 가능한 한 다량의 암모니아 발생 화합물을 촉매(22) 내에 보존하도록 한 예를 도시하고 있다.
즉, 도 18c에 도시하는 예에서는 티타니아(63)로 이루어지는 담체 상에 제올라이트층(65)이 형성되어 있다. 이렇게 하면 요소, 즉 암모니아 발생 화합물은 제올라이트층(65) 내에 있어서도 보존되기 때문에 암모니아 발생 화합물의 보존량이 증대하며, 제올라이트층(65) 내에 있어서 보존되어 있는 암모니아 발생 화합물은 티타니아(63)로 이루어지는 담체 내로 확산한 후에 열 분해되기 때문에 암모니아는 천천히 방출되게 된다.
도 18d에 도시하는 예에서는 기재(60)와 티타니아(65)로 이루어지는 담체와의 사이에 제올라이트층(65)이 형성되어 있다. 이 경우도 도 18c에 도시되는 예와 마찬가지로, 요소, 즉 암모니아 발생 화합물은 제올라이트층(65) 내에 있어서도 보존되기 때문에 암모니아 발생 화합물의 보존량이 증대하며, 제올라이트층(65) 내에 있어서 보존되어 있는 암모니아 발생 화합물은 티타니아(64)로 이루어지는 담체 내에 확산한 후에 열 분해되기 때문에 암모니아는 천천히 방출되게 된다.
도 18e에 도시하는 예에서는 촉매층(62)이 티타니아와 제올라이트로 이루어지며, 이들 티타니아와 제올라이트로 이루어지는 담체 상에 있어서 바나듐(64)이 담지되어 있다.
도 19a, 19b에 도시하는 예에서는 촉매(22)의 상류 측 영역(X)에서는 촉매층(62)이 제올라이트로 이루어지며, 촉매(22)의 하류 측 영역(Y)에서는 촉매층(62)이 바나듐(64)을 담지한 티타니아(63)로 이루어진다. 이 예에서도, 요소, 즉 암모니아 발생 화합물은 제올라이트층(65) 내에 있어서도 보존되기 때문에 암모니아 발생 화합물의 보존량이 증대하며, 제올라이트층(65) 내에 있어서 보존되어 있는 암모니아 발생 화합물은 티타니아(63)로 이루어지는 담체 내로 확산한 후에 열 분해되기 때문에 암모니아는 천천히 방출되게 된다.
도 20에서 도 23은 내연 기관의 각각 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 20에 도시하는 예에서는 촉매 컨버터(23)의 하류에 더욱 다른 촉매 컨버터(70)가 배치되어 있다. 촉매 컨버터(70) 내에 수용된 촉매(22)로서, 촉매 컨버터(23) 내에 수용된 촉매(22)와 마찬가지로 구리 제올라이트 촉매 및 바나듐·티타니아 촉매 중 어느 한 촉매를 사용할 수도 있다. 단, 이들 어느 한 촉매(22)도 사용할 경우에는 촉매 컨버터(23) 내의 상류 측 촉매(22)를 바나듐·티타니아 촉매로 하고, 촉매 컨버터(70) 내의 하류 측 촉매(22)를 구리 제올라이트 촉매로 하는 것이 바람직하다. 그렇다는 것은 바나듐·티타니아 촉매로부터 유출한 암모니아를 구리 제올라이트 촉매 상에 있어서 제거할 수 있기 때문이다.
도 21에 도시하는 실시예에서는 촉매 컨버터(23) 내에 간격을 두고 한 쌍의 촉매(22a, 22b)가 배치되어 있다. 더욱이 이 실시예에서는 배기관(21)이 촉매 컨버터(23)의 입구부인 제 1 배기 통로(71a)와, 한 쌍의 촉매(22a, 22b) 사이에 연이어 통하는 제 2 배기 통로(71b)로 분기되며, 각 배기 통로(71a, 71b) 내에 각각 제 1 배기 제어 밸브(72a) 및 제 2 배기 제어 밸브(72b)가 배치되어 있다. 또, 이 실시예에서는 양 배기 제어 밸브(72a, 72b) 상류의 배기관(21) 내에 요소 수용액이 공급된다.
이 실시예에서는 온도 센서(35)에 의해 검출된 배기 가스 온도가 거의 150℃보다도 낮을 때에는 도 21에 도시되는 바와 같이 제 1 배기 제어 밸브(72a)를 모두 닫히게 할 수 있으며, 제 2 배기 제어 밸브(72b)를 모두 닫히게 할 수 있다. 이 때에는 배기 가스는 우선 처음에 상류 측 촉매(22a)를 통과하고, 이어서 하류 측촉매(22b)를 통과한다. 이 때 촉매(22a, 22b) 온도는 암모니아 발생 화합물 저장 영역에 있으며, 따라서 이 때 공급된 요소 수용액 중의 요소 대부분은 상류 측 촉매(22a) 내에 저장된다.
한편, 온도 센서(35)에 의해 검출된 배기 가스 온도가 거의 150℃에서 250℃ 사이에서는 제 1 배기 제어 밸브(72a)를 모두 닫히게 할 수 있고 제 2 배기 제어 밸브(72b)를 모두 닫히게 할 수 있으며, 따라서 이 때에는 배기 가스는 제 2 배기 통로(71b)를 통하며, 이어서 하류 측 촉매(22b)를 통과한다. 이 때 상류 측 촉매(22a) 내에 저장되어 있는 요소는 그대로 보존되며, 공급된 요소 수용액에 의해 하류 측 촉매(22b)에 있어서 배기 가스의 N0x가 정화된다.
한편, 온도 센서(35)에 검출된 배기 가스 온도가 거의 250℃ 이상이 되면 도 21에 도시되는 바와 같이 제 1 배기 제어 밸브(72a)를 다시 모두 닫히게 할 수 잇으며, 제 2 배기 제어 밸브(72b)를 다시 닫히게 할 수 있다. 가속 운전이 행해지면 온도 센서(35)에 의해 검출되는 배기 가스는 250℃ 이상이 되며, 따라서 가속 운전이 행해지면 배기 가스는 상류 측 촉매(22a)에 유입한다. 이 때 상류 측 촉매(22a)에 저장되어 있는 다량의 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아가 방출되며, 이 암모니아에 의해 상류 측 촉매(22a) 및 하류 측 촉매(22b)에 있어서 배기 가스 중의 N0x가 환원된다.
도 22에 도시하는 실시예에서는 도 21에 도시하는 실시예와는 달리, 제 1 배기 제어 밸브(72a) 하류의 제 1 배기 통로(71a) 내에 요소 수용액을 공급하도록 하고 있다.
이 실시예에서는 기관의 요구 부하가 미리 정해진 설정 부하보다도 낮을 때에는 제 1 배기 제어 밸브(72a)를 모두 닫히게 할 수 있고 제 2 배기 제어 밸브(72b)를 모두 닫히게 할 수 있으며, 따라서 이 때에는 배기 가스는 제 2 배기 통로(71b)를 통하며, 이어서 하류 측 촉매(22b)를 통과한다. 또, 이 때에는 제 1 배기 통로(71a) 내를 배기 가스가 유통하고 있지 않으며, 상류 측 촉매(22a) 온도는 암모니아 발생 화합물 저장 영역에 있다. 따라서 이 때 공급된 요소 수용액 중의 요소 대부분은 상류 측 촉매(22a) 내에 저장된다.
한편, 기관의 요구 부하가 설정 부하보다도 높아지면 도 22에 도시되는 바와 같이 제 1 배기 제어 밸브(72a)를 모두 닫히게 할 수 있으며, 제 2 배기 제어 밸브(72b)를 모두 닫히게 할 수 있다. 이 때에는 배기 가스는 우선 처음에 상류 측 촉매(22a)를 통과하고, 이어서 하류 측 촉매(22b)를 통과한다. 따라서 이 때 상류 측 촉매(22a)에 저장되어 있는 다량의 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아가 방출되어, 이 암모니아에 의해 상류 측 촉매(22a) 및 하류 측 촉매(22b)에 있어서 배기 가스 중의 N0x가 환원된다.
도 23에 도시하는 실시예에서는 배기관(21) 내에 설치된 유로 전환 밸브(73)에 있어서 배기관(21)과 교차하는 고리 형상의 배기 통로(74)가 설치되며, 고리 형상의 배기 통로(74) 내에 제 1 촉매 컨버터(23) 및 제 2 촉매 컨버터(70)가 직렬 배치된다.
이 실시예에서는 기관의 요구 부하가 미리 정해진 설정 부하보다도 낮을 때에는 배기관(21)을 통해서 보내져 온 배기 가스가 화살표(A) 방향으로, 즉 처음에 제 1 촉매 컨버터(23) 내의 촉매(22)를 통과하고, 이어서 제 2 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22)를 통과하도록 유로 제어 밸브(73)가 도 23의 실선으로 도시되는 위치로 전환된다. 이 때 요소 수용액이 제 2 촉매 컨버터(70)의 상류 측에 공급된다. 이 때에는 제 2 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22)의 온도는 제 1 촉매 컨버터(23) 내의 촉매(22)의 온도보다도 낮으며, 따라서 공급된 요소 수용액 중의 요소, 즉 암모니아 발생 화합물이 양호하게 제 1 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22) 내에 저장된다.
한편, 기관의 요구 부하가 설정 부하보다도 높아지면 배기관(21)을 통해서 보내져 온 배기 가스가 화살표(B) 방향으로, 즉 처음에 제 2 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22)를 통과하고, 이어서 제 1 촉매 컨버터(23) 내의 촉매(22)를 통과하도록 유로 제어 밸브(73)가 도 23의 파선으로 도시되는 위치로 전환된다. 이 때에는 제 2 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22)의 온도는 제 1 촉매 컨버터(23) 내의 촉매(22)의 온도보다도 높아지며, 이렇게 하여 제 2 촉매 컨버터(70) 내의 촉매(22) 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 암모니아가 양호하게 방출된다.
지금까지 본 발명에 대해서 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체로서 요소 수용액을 사용한 경우를 예로 들어 설명해 왔다. 이 경우, 상술한 바와 같이 암모니아 발생 화합물로서 요소 이외의 것을 사용할 수도 있으며, 용제로서 물 이외의 것을 사용할 수 있다. 더욱이, 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체와 함께 암모니아수 혹은 암모니아를 포함하는 가스를 배기 통로 내에 공급할 수도 있다. 이 경우, 암모니아를 포함하는 가스는 고체 요소를 사용하여 생성할 수 있다.
본 발명의 목적은 N0x정화율을 높일 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공함에 있다.

Claims (22)

  1. 산소 과잉을 기초로 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는데 적합한 촉매를 기관 배기 통로 내에 배치하여, 상기 촉매에 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체를 공급하기 위한 공급 수단과, 상기 액체의 공급량을 제어하기 위한 공급 제어 수단을 구비하며, 상기 촉매는 촉매에 공급된 상기 액체 내에 포함되는 암모니아 발생 화합물의 적어도 일부를 촉매 내에 저장하고 상기 촉매 온도가 상승함에 따라 촉매 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시켜 방출한 암모니아에 의해 배기 가스 중의 N0x를 환원하는 기능을 가지며, 더욱이 촉매 온도가 촉매에 공급된 상기 액체 내에 포함되는 암모니아 발생 화합물을 촉매 내에 저장하고 또한 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 암모니아를 거의 방출하지 않는 암모니아 발생 화합물 저장 영역인지 또는 저장한 암모니아 발생 화합물로부터 조금씩 암모니아를 방출시키는 암모니아 방출 영역인지를 판단하는 판단 수단을 구비하며, 상기 공급 제어 수단은 촉매 온도가 암모니아 방출 영역이 되었을 때에 필요량의 암모니아를 방출시키는 데 충분한 암모니아 발생 화합물을 미리 촉매 내에 저장시켜 두기 때문에, 필요한 충분한 양의 상기 액체를 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단되었을 때 촉매에 공급하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 수단은 상기 촉매 온도를 대표하는 온도가 미리 정해진 온도보다도 낮을 때에는 상기 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역에 있으며, 상기 촉매 온도를 대표하는 온도가 미리 정해진 온도보다도 높을 때에는 상기 촉매 온도가 암모니아 방출 영역에 있는 것으로 판단하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매 온도를 대표하는 온도가 촉매에 유입하는 배기 가스 온도인 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 수단은 기관 시동 시에는 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 수단은 기관의 요구 부하가 미리 정해진 부하보다도 낮을 때에는 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 수단은 기관 감속 운전 시에는 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    배기 가스를 흡기 통로 내에 재순환시키기 위한 배기 가스 재순환 장치를 구비하며, 상기 판단 수단에 의해 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역인 것으로 판단되었을 때에는 배기 가스의 재순환 작용을 정지하도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 수단은 기관의 가속 운전 시에는 촉매 온도가 암모니아 방출 영역인 것으로 판단하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 제어 수단은 상기 액체를 연속적으로 공급하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    공급되는 상기 액체 중에 포함되는 암모니아 발생 화합물량이 배기 가스 중의 N0x를 환원하기 위해 필요한 당량비=1 이상인 내연 기관의 배기 정화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 제어 수단은 미리 정해진 량의 상기 액체를 시간 간격을 두고 펄스적으로 공급하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량을 추정하는 추정 수단을 구비하며, 상기 공급 제어 수단은 암모니아 발생 화합물의 추정 저장량이 미리 정해진 최대 저장량을 넘었을 때에 상기 액체 공급을 정지하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물량을 추정하고, 촉매 내에 저장되어 있는 암모니아 발생 화합물로부터 방출되는 암모니아량을 추정하는 추정 수단을 구비하며, 상기 공급 제어 수단은 암모니아 발생 화합물로부터의 방출 암모니아에 의해 환원할 수 없는 배기 가스 중의 N0x를 환원시키기 위해, 필요한 양의 액체를 공급하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매는 촉매 온도가 미리 정해진 온도보다도 높을 때에는 상기 액체가 촉매에 공급되자 마자 상기 액체로부터 바로 암모니아를 발생시키며, 상기 공급 제어 수단은 촉매 온도가 미리 정해진 온도보다도 높을 때는 상기 액체 중의 암모니아 발생 화합물량이 배기 가스 중의 N0x를 환원하는데 필요한 당량비=1이 되도록 상기 액체의 공급량을 제어하는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 암모니아 발생 화합물을 포함하는 액체가 요소 수용액인 내연 기관의 배기 정화 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 구리 제올라이트 촉매로 이루어지는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 바나듐·티타니아 촉매로 이루어지는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    바나듐·티타니아 촉매층과 더불어 제올라이트 촉매층을 갖는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 기관 배기 통로 내에 배치되어 있으며, 상기 액체가 상기 촉매 상류의 기관 배기 통로 내에 공급되는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 기관 배기 통로 내에 배치되어 있으며, 상기 촉매 상류의 기관 배기 통로 내에 산화 기능을 갖는 다른 촉매가 배치되어 있는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 기관 배기 통로 내에 있어서 서로 간격을 두고 배치된 한 쌍의 촉매로 이루어지는 내연 기관의 배기 정화 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 촉매 중 한쪽 촉매 온도가 암모니아 발생 화합물 저장 영역에 있을 때에는 상기 액체를 상기 한쪽 촉매에 공급하여 상기 액체에 포함되는 암모니아 발생 화합물을 상기 한쪽 촉매에 저장시키며, 상기 한쪽 촉매 온도가 암모니아 방출 영역이 되었을 때에는 상기 한쪽 촉매에 저장된 암모니아 발생 화합물로부터 방출되는 암모니아에 의해 양 촉매에 있어서 배기 가스 중의 N0x를 환원하도록 한 내연 기관의 배기 정화 장치.
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