后处理系统装置及控制方法
【专利摘要】本发明的后处理系统装置及控制方法包括：排气管，其一端与发动机连接，供废气进入，另一端开放，供所述废气排出；DOC，其用于一次减少进入所述排气管的废气的煤烟；DPF，其用于二次减少通过了所述DOC的废气的煤烟；SCR，其用于降低通过了所述DPF的废气的NOx(氮氧化物)；AOC，其用于氧化通过了所述SCR的废气的氨，降低NOx(氮氧化物)；第一旁通管，其从所述发动机与DOC之间的排气管分歧，使废气的全部或一部分迂回到所述SCR前端；及第一开关，其用于控制迂回到所述第一旁通管的废气的量而配备于从所述排气管向所述第一旁通管分歧的位置。
【专利说明】后处理系统装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机的后处理系统，更详细而言，涉及一种使高温的废气迂回到SCR前端，降低氮氧化物(NOx)的排出的UREA-SCR(尿素添加选择式催化反应)系统装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]一般而言，发动机吸入混合的燃料与氧气后使其压缩、爆炸。此时生成的废气通过排气管放出到大气中，在这种废气中，大量含有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、未燃烧碳氢化合物(HC)等有害于人体的物质。
[0003]特别是与使用汽油的汽油发动机及使用LPG的LPG发动机相比，使用柴油(DISEL)的柴油发动机由于在氧气过剩气氛下燃烧，因而作为有害物质的氮氧化物(NOx)的发生量多，由于在稀薄气氛下燃烧，因而难以去除NOx(氮氧化物)。
[0004]因此，在柴油车辆中加装有废气后处理装置，以便能够降低如上有害物质，代表性地使用UREA(尿素)-SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性还原催化剂)装置。
[0005]所述UREA-SCR装置是把尿素(UREA)以水溶液形态供应给废气管线，使因高温的废气而热分解获得的NH2-CO-NH2 (尿素)与NOx反应，使NOx转化成N2 (氮气)与O2 (氧气)的方法。
[0006]可是，就这种SCR装置而言，随着发动机排出的高温的废气经过DOC(柴油氧化催化剂，Diesel Oxidation Catalyst)、DPF(柴油煤烟降低装置，Diesel ParticulateFilter)而进入SCR(选择性还原催化剂，Selective Catalytic Reduction),在移动中释放热，如果要使SCR前端及载体(CARRIER)的温度上升为适当温度，则存在发生时间延迟现象的问题。
[0007]于是，在发动机启动初期，如果SCR装置及SCR前端的温度低，则在UREA (尿素)喷射时，发生UREA(尿素)在管内堆积的结晶化现象(UREA喷射后，在约100?150度以上热分解的同时化学变化为NH3 (氨)，在低温时依然以UREA (尿素)状态附着于管内而呈现白色堆积的现象)，从而系统被破坏，或因部分堵塞现象，进入SCR载体的UREA量比发生的NOx量变少，因而存在NOx降低率下降的问题。
【发明内容】
[0008]技术课题
[0009]因此，本发明正是为了解决如上所述问题而研发的，本发明的目的是通过变更排气管的结构，从而控制废气的流动，提高氮氧化物的降低率。
[0010]本发明的另一目的是在发动机的启动初期，使氮氧化物的降低率增加，防止配管的结晶化现象。
[0011]课题解决方案
[0012]为此，本发明的后处理系统装置包括:排气管，其一端与发动机连接，供废气进入，另一端开放，供所述废气排出；DOC，其用于一次减少进入所述排气管的废气的煤烟；DPF，其用于二次减少通过了所述DOC的废气的煤烟；SCR，其用于降低通过了所述DPF的废气的NOx (氮氧化物)；A0C，其用于氧化通过了所述SCR的废气的氨，降低NOx (氮氧化物)；第一旁通管，其从所述发动机与DOC之间的排气管分歧，使废气的全部或一部分迂回到所述SCR前端；及第一开关，其用于控制从所述第一旁通管迂回的废气的量而配备于从所述排气管向第一旁通管分歧的位置。
[0013]优选地，其特征在于，还包括:第二旁通管，其使通过了所述第一旁通管的废气的全部或一部分迂回到所述DPF前端；及第二开关，其配备于从所述第一旁通管(500)向第二旁通管分歧的位置，控制迂回的废气的量。
[0014]优选地，其特征在于，具有:第三开关，其使通过了所述SCR的废气分歧；两个以上的排气管，其用于使由所述第三开关分歧的废气分歧并排出。
[0015]优选地，其特征在于，所述第一开关在所述发动机启动时，或当测量的外气或发动机内部的温度小于预先设置的值时被控制。
[0016]优选地，其特征在于，所述第一开关配备为0N/0FF控制方式或PWM占空控制方式。
[0017]另外，为此，本发明的后处理系统控制方法的特征在于，包括:发动机检查步骤，测量发动机的转数、温度及燃料量，判断发动机的启动时间点和状态；UREA调节步骤，比较所述发动机检查步骤测量的转数、温度及燃料量与预先设置的值，调节UREA的喷射量；及废气迂回步骤，比较所述发动机检查步骤测量的转数、温度及燃料量与预先设置的值，使所述发动机排出的高温的废气迂回。
[0018]优选地，其特征在于，所述迂回步骤是使所述发动机排出的废气的全部或一部分迂回到所述SCR前端。
[0019]优选地，其特征在于，所述废气迂回步骤是使迂回的废气的全部或一部分迂回到DPF前端。
[0020]优选地，其特征在于，为使所述废气迂回，在排气管中配备有一个以上的开关，所述开关为0N/0FF方式或PWM占空控制方式。
[0021]发明效果
[0022]本发明的后处理系统装置及控制方法能够提高氮氧化物的降低率。
[0023]另外，在发动机的启动初期时，能够使氮氧化物的降低率增加，防止在配管发生的结晶化现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是以往技术的后处理装置的概略说明图，
[0025]图2是本发明的后处理系统装置的概略说明图，
[0026]图3是本图2的排气管的详细说明图，
[0027]图4是本发明的后处理系统的控制方法的步骤流动图。
[0028]符号说明
[0029]100 —发动机，300 —排气管，301 —涡轮机，310 — D0C, 330 — DPF, 350 — SCR,370 - A0C, 400 一吸气管，401 —压缩机，410 —空气过滤器，500 —第一旁通管，510 —第一开关,600 —第二芳通管,610 —第二开关,710 —第三开关。
【具体实施方式】
[0030]下面参照附图，对本发明实施例的后处理系统装置及控制方法进行详细说明，以便本发明所属【技术领域】的技术人员能够容易地实施。本发明并非限定于在此说明的实施例，可以以多种不同的形态体现。
[0031]为了明确地说明本发明，与说明无关的部分省略，在通篇说明书中，针对相同或类似的构成要素赋予相同的参照符号。
[0032]如图2所示，本发明的后处理(UREA-SCR)装置包括使从发动机100排出的废气排出到大气中的排气管300、向所述发动机100的内部供应新空气的吸气管400。
[0033]所述排气管300的一端与所述发动机100或所述发动机100的排气歧管(图中未示出)连接，另一端开放，所述废气可以排出到大气中。
[0034]另外，就本发明的后处理(UREA-SCR)装置而言，高温的废气进入与所述发动机100连接的排气管300，所述废气在第一次通过D0C310的同时，煤烟被降低。另外，通过了所述D0C310的废气在通过DPF330、SCR350及A0C370等后处理装置的同时，煤烟或氮氧化物等有害物质被降低。
[0035]根据情况，诸如所述D0C310、DPF330的后处理装置可以配备一个以上的多个，也可以省略某一个后处理装置。另外，配置于所述排气管300的所述后处理装置的排列顺序可以选择性地变更而配备。
[0036]所述D0C310为柴油氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalyst),是催化剂方式的柴油煤烟降低装置之一，是利用涂布于陶瓷载体(carrier)的催化剂的氧化作用，使废气的颗粒状物质(PM, Particulate Matter)中包含的溶解性有机物质(SOF, Soluble OrganicFraction)和有害的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)等废气降低的装置。
[0037]所述陶瓷载体由蜂窝(honeycomb)结构构成，催化剂涂布得具有较的表面积，由较小的单元体的集合构成。此时，作为催化剂，可以使用诸如钼(Pt)或钯(Pd)的昂贵的贵金属，使得发生活跃的化学反应。
[0038]所述DPF330作为柴油煤烟降低装置(Diesel Particulate Filter),是利用过滤器，物理地捕集柴油发动机的废气中的PM(煤烟粒子，Particulate Matters)，在行驶既定距离后，使废气温度上升到PM的点火温度(550度)以上，使PM燃烧而减少公害物质的装置。
[0039]由此，可以在柴油发动机排出的废气成份中使Soot (煤烟)降低，过滤柴油车辆排出的微细灰尘的90%以上，氮氧化物也能去除80%以上。
[0040]所述DPF330可以在前端和后端配备有压力或温度传感器(图中未示出)，所述传感器感应废气通过所述DPF330前、后的压力和温度，ECU(发动机控制装置)可以控制发动机及相关装置，去除堆积的PM。
[0041]所述A0C370作为氨氧化催化剂(ammonia oxidation catalyst),使氨氧化,可以借用于添加了贵金属(钼、钯、铑)的载铜沸石、或添加了贵金属的载铁沸石、或添加了贵金属的载铜/硅矾土催化剂组合物而达成。
[0042]所述SCR350作为选择性还原催化剂(Selective Catalytic Reduction),是把尿素(UREA)水溶液供应给废气管线，利用高温废气的热使其热分解，使获得的NH2-CO-NH2 (尿素)与NOx反应，使NOx转化成N2 (氮气)和O2 (氧气)的方法。
[0043]其中，尿素用作承载氨的化合物，也可以使用氨水溶液或包含氨的化合物形态的其它物质代替尿素。即，包含氨的其它形态的化合物也可以代替尿素使用。
[0044]所述SCR350可以配备得连续供应用作还原剂的尿素水溶液，或防止因尿素反应生成物而导致的喷嘴堵塞现象。为此，包括尿素水溶液供应装置(图中未示出)，在所述尿素水溶液供应装置中，还可以包括对尿素水溶液进行存储、加压并通过喷嘴向尿素喷射装置供应的尿素溶液存储箱(图中未示出)及一个以上的过滤器(图中未示出)。
[0045]另外，还可以包括调节尿素水溶液的喷射量的流量调节器(图中未示出)、通过喷嘴连接于所述流量调节器并喷射尿素水溶液的尿素喷射装置(图中未示出)、连接于所述尿素喷射装置及过滤器之间并对喷嘴内部进行清洗的清洗装置。
[0046]另外，启动所述SCR350而使氮氧化物降低的过程可以包括:加压步骤，使用压缩空气对存储有所述尿素水溶液的所述尿素溶液存储箱进行加压；过滤步骤，所述尿素水溶液被压缩空气加压及移送，在通过过滤器的同时过滤杂质或沉淀物；喷射步骤，所述过滤的尿素水溶液由所述流量调节器调节喷射量，从所述尿素喷射装置进行喷射；氮氧化物去除步骤，所述喷射的尿素水溶液分解为气态生成物及氨，在催化剂上与氮氧化物反应，从废气去除氮氧化物。
[0047]从所述发动机100排出的废气如图2所示，可以依次通过所述D0C310、DPF330、SCR350及A0C370，根据情况，从所述发动机100排出的废气的通过顺序可以变更或省略。
[0048]如图2所示，本发明的UREA-SCR装置可以在连接所述发动机100与所述D0C310的排气管300上配备有第一开关510。另外，用于由所述第一开关510而使废气的全部或一部分迂回的第一旁通管500可以与所述第一开关510连接，配备于所述排气管300上。
[0049]因此，从所述发动机100或所述发动机100的排气歧管(图中未示出)排出的废气的全部或一部分可以迂回进入所述第一旁通管500，为了控制迂回到所述第一旁通管500的所述废气，在所述第一旁通管500与所述排气管300的连接部配备有第一开关510。
[0050]所述第一旁通管500的一端与所述第一开关510或所述发动机100和D0C310之间的排气管300连通，另一端连通于所述DPF330与所述SCR350之间的排气管300。
[0051]因此，从所述发动机100排出的高温的废气通过所述发动机100与D0C310之间的第一开关510进入所述第一旁通管500，排出到所述DPF330与SCR350之间的排气管300，从而，高温的废气可以不经过所述D0C310及DPF330而直接进入所述SCR350。
[0052]以下把如此从所述发动机100排出的废气通过所述第一开关510，经过所述第一旁通管500直接进入所述SCR350的流动称为Fl流动。
[0053]本发明的UREA-SCR装置如图2或图3所示，还可以包括第二旁通管600，其连接得能够从所述第一旁通管500分歧，合流到所述D0C310与DPF330之间的排气管300。
[0054]所述第二旁通管600从所述第一旁通管500分歧，为了控制分歧量，可以在所述第一旁通管500与第二旁通管600的连接位置配备有第二开关610。
[0055]由所述第二开关610控制的废气的全部或一部分可以区分为通过所述第一旁通管500进入所述SCR350前端的流动的所述Fl流动、由所述第二开关610控制而进入所述第二旁通管600并进入所述DPF330前端的流动的F2流动。
[0056]另外，废气为了由所述第一旁通管500或第二旁通管600等迂回路径迂回，优选在所述发动机的内部温度或冷却水温度为预先设置的特定温度值以上时进行迂回。
[0057]所述Fl流动与F2流动可以相互配置，从而只存在某一个流动，根据情况，也可以控制所述第一开关510及第二开关610，使得同时流动。
[0058]另外，当小型DPF故障或强制再生时，在预计大量Soot的情况下，可以控制所述第二开关610，使废气的流动向所述DPF330管线变更。
[0059]所述第一开关510及第二开关610可以为0N/0FF方式的控制装置，根据情况，也可以使用PWM占空控制方式。
[0060]另外，可以控制所述第一开关510，使从所述发动机100排出的废气无法进入所述第一旁通管500，从而呈现使废气全部进入所述排气管300，依次或选择性地通过所述D0C310、DPF330 及 SCR350 的流动 F3。
[0061]通过了所述SCR350的废气进入所述A0C370，如图2或图3所示，本发明的UREA-SCR装置可以在所述SCR350与A0C370之间配备第三开关710。因此，通过了所述SCR350的废气由分歧的排气管而分别分离并流动，分离的废气进入各个A0C370。
[0062]此时，把被所述第三开关710控制的废气的全部或一部分经过的流动称为F4流动，可以把区别于所述F4流动的其它流动称为F5流动。另外，通过所述SCR350而排出的废气进入的所述A0C370可以以各个不同规格配备。
[0063]通常而言，UREA喷射量根据废气中包含的NOx量和流入SCR的废气的温度而决定。制造商以实验的方法，决定特定的NOx量与废气温度下的最佳UREA喷射量，存储于系统，即，存储于E⑶内置的存储器，E⑶利用这种UREA喷射量指令数据，向UREA喷射装置指示喷射。
[0064]另外，UREA喷射量除废气中的NOx量和废气温度之外，追加地还可以根据SCR中的载体吸附的氨的量而决定。UREA喷射量指令数据既可以是表形态，也可以是基于算法设计的推定数据。
[0065]另外，所述后处理系统控制方法还可以以设备是否启动为基准进行控制，可以包括:判断步骤，判断设备是否启动；废气迂回步骤，当所述设备启动时，使所述设备的发动机排出的高温的废气在既定时间、优选为大致5或10分钟期间，迂回DOC ;去除迂回的步骤，经过所述既定时间后，再次使废气流向D0C;及氨调节步骤，根据所述SCR中的废气的温度，调节氨或包含氨的化合物的喷射量。
[0066]另外，后处理系统控制方法可以包括:SCR温度测量步骤，推定流入SCR的废气的温度或SCR装置的温度是否为既定温度以上；氨调节步骤，根据所述SCR的温度测量步骤中测量的温度，调节包括尿素或氨的化合物的喷射量；及废气迂回步骤，根据所述SCR的温度测量步骤中测量的温度，调节从所述发动机排出的高温的废气量并使其迂回。
[0067]另外，可以配备得，当废气的温度或SCR装置的温度为第一温度区域，例如大致摄氏90度以下时，废气旁通阀完全开放，使得所有废气迂回，在超过所述第一温度区域的摄氏90度时，旁通阀开始渐进地封闭，当达到第二温度区域，例如大致摄氏190度时，旁通阀完全封闭。
[0068]另外，旁通阀完全开放的温度或完全封闭的温度也可以根据设备系统的设计而实验性地决定。
[0069]如果参照图3说明废气的流动，在废气为Fl流动及F2流动的情况下，UREA喷射根据ECU中存储的UREA喷射量指令数据决定喷射量。
[0070]另外，就F2流动而言，是在小型DPF故障、强制再生时，预计大量Soot时等使用的流动控制方法，就Fl流动而言，由于以最快速度将高热能带到所述SCR350前端，因而UREA的量比F2流动喷射得更多。
[0071]另外，就F3流动而言，正常喷射UREA的量，就Fl及F2流动而言，可以打开所述SCR350后端第三开关710，形成F4流动。另外，在F4流动中的所述A0C370为大容量，因而是指能够使在SCR中不参与反应而排出的氨全部氧化的规格。就F3流动而言，关闭第三开关710，形成F5流动。
[0072]另外，根据本发明，抑制在SCR中不反应而排出的UREA，优选地，还可以实现省略AOC的系统。
[0073]本发明的UREA-SCR系统控制方法包括:发动机检查步骤，测量发动机的转数、温度及燃料量，判断发动机的启动时间点和状态；UREA调节步骤，比较所述发动机检查步骤中测量的转数、温度及燃料量与预先设置的值，调节UREA的喷射量；及废气迂回步骤，比较所述发动机检查步骤中测量的转数、温度及燃料量与预先设置的值，使所述发动机排出的高温的废气迂回。
[0074]所述废气迂回步骤可以使所述发动机排出的废气的全部或一部分迂回到所述SCR前端，另外，还可以使迂回的废气的全部或一部分迂回到DPF前端。
[0075]为了如此使所述废气迂回，在排气管上配备有一个以上的开关，所述开关可以配备成0N/0FF方式或PWM(脉冲宽度调制,pulse width modulat1n)占空(Duty)控制方式。
[0076]如图4所示，如果不是发动机启动的时间点，关闭第一开关510及第二开关610，从而保持F3流动。S卩，由于不是发动机的驱动开始的时间点，因而适当温度的废气可以供应到所述SCR350，所以，不发生前面所说的问题(结晶化)，因而无需使从述发动机100排出的废气迂回到所述第一旁通管500，使废气全量通过所述排气管300，通过所述D0C310及DPF330后，进入所述SCR350。此时，可以打开所述第三开关710，使所述F3流动连续到F5流动进行流动。
[0077]另外，如果是所述发动机100的驱动开始的时间点，则根据选择，打开第一开关510，关闭第二开关610，进入Fl流动，S卩，进行使从所述发动机100排出的废气通过所述第一旁通管500，排出到所述SCR350的前端的流动，或把所述第一开关510及第二开关610全部打开，保持F2流动。
[0078]因此，如果是Fl流动，则可以使UREA(尿素)喷射量增加30%，关闭第三开关710，使得所述Fl流动延长到F4流动，当不是Fl流动时，即，如果是F2流动，则可以使UREA(尿素)的喷射量增加20%，关闭第三开关710，使所述F2流动延长到F4流动。
[0079]以上说明的本发明并非由前述实施例及附图所限定，本发明的技术思想内的单纯置换、变形及变更是所属【技术领域】的技术人员不言而喻的。
[0080]工业上的利用可能性
[0081]本发明的UREA-SCR装置及控制方法可以用于把从发动机排出的高温的废气直接供应给SCR前端而使氮氧化物降低率增加的UREA-SCR系统装置及控制方法。
【权利要求】
1.一种后处理系统装置，其把尿素以水溶液形态供应给废气管线并去除NOx(氮氧化物)，其特征在于，包括: 排气管(300)，其一端与发动机(100)连接，供废气进入，另一端开放，供所述废气排出； DOC (310)，其用于减少进入所述排气管(300)的废气的煤烟； SCR (350)，其用于降低通过了所述DPF (330)的废气的NOx (氮氧化物)； 第一旁通管(500)，其从所述发动机(100)与D0C(310)之间的排气管(300)分歧，使废气的全部或一部分迂回到所述SCR(350)前端；及 开关机构(510)，其用于控制从所述第一旁通管(500)迂回的废气的量而配备于从所述排气管(300)向所述第一旁通管(500)分歧的位置。
2.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于， 还包括DPF (330)，其用于二次减少通过了所述DOC (310)的废气的煤烟。
3.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于， 还包括AOC (370)，其用于氧化通过了所述SCR (350)的废气的氨，降低NOx (氮氧化物)。
4.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于，还包括: 第二旁通管(600)，其使通过所述第一旁通管(500)的废气的全部或一部分迂回到所述DPF (330)前端；及第二开关(610)，其配备于从所述第一旁通管(500)向所述第二旁通管(600)分歧的位置，控制迂回的废气的量。
5.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于，具有: 第三开关(710)，其使通过了所述SCR(350)的废气分歧； 两个以上的排气管(300)，其用于使由所述第三开关(710)分歧的废气分歧并排出。
6.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于， 所述第一开关(510)在所述发动机(100)启动时，或当测量的外气或发动机内部的温度小于预先设置的值时被控制。
7.根据权利要求1所述的后处理系统装置，其特征在于， 所述第一开关(510)配备为0N/0FF控制方式或PWM占空控制方式。
8.一种后处理系统控制方法，其把包含尿素或氨的化合物供应给废气管线并去除NOx (氮氧化物)，其特征在于，包括: 测量SCR的温度的步骤，推定流入SCR的废气的温度或SCR装置的温度是否为既定温度以上； 氨调节步骤，根据所述SCR的温度测量步骤中测量的温度，调节包括尿素或氨的化合物的喷射量；及 废气迂回步骤，根据所述SCR的温度测量步骤中测量的温度，调节从所述发动机排出的高温的废气量并使其迂回。
9.根据权利要求8所述的后处理系统控制方法，其特征在于， 还包括尿素或氨喷射量调节步骤，对于所述SCR的包括尿素或氨的化合物的喷射量，根据所述温度测量步骤中测量的温度和废气的NOx量及吸附于SCR中的载体的氨的量中至少一个的量，调节尿素或氨喷射量。
10.根据权利要求8所述的后处理系统控制方法，其特征在于， 所述废气迂回步骤是使所述发动机排出的废气的全部或一部分迂回到所述SCR前端。
11.根据权利要求10所述的后处理系统控制方法，其特征在于， 所述废气迂回步骤是使迂回的废气的全部或一部分迂回到DPF前端。
12.根据权利要求8所述的后处理系统控制方法，其特征在于， 为了使所述废气迂回，在排气管中配备一个以上的开关，所述开关为ΟΝ/OFF方式或PWM占空控制方式。
13.根据权利要求8所述的后处理系统控制方法，其特征在于， 用于执行所述废气迂回步骤的旁通阀，直到SCR的温度到达第一温度区域时，所述旁通阀全部开放，直到达到第二温度区域时，所述旁通阀渐进地封闭，如果到达所述第二温度区域，则所述旁通阀全部封闭。
14.一种后处理系统控制方法，其把尿素以水溶液形态供应给废气管线并去除NOx(氮氧化物)，其特征在于，包括: 判断设备是否启动的 步骤； 废气迂回步骤，当所述设备已启动时，使所述设备的发动机排出的高温的废气在既定时间的期间迂回DOC ； 去除迂回的步骤，如果经过所述既定时间，则使得废气再次流向DOC ;及 氨调节步骤，根据所述SCR中的废气的温度，调节氨或包含氨的化合物的喷射量。
【文档编号】F01N3/28GK104081015SQ201380006907
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】林智勋, 高敏硕, 吴炳杰, 朴庆珉, 金相勋 申请人:斗山英维高株式会社