排气后处理系统及其的控制方法与流程

本申请要求于2018年10月26日提交且申请号为10-2018-0128750的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明涉及排气后处理系统及其的控制方法，更详细地，涉及用于净化从装载于车辆的内燃机排出的排气的排气后处理系统及其的控制方法。

背景技术：

通常，对在车辆、船舶、发电机等中可以实现高效率及高输出的运转的柴油引擎的需求日益增长。这是因为柴油的价格低廉，在燃油经济性或效率方面具有优势。

当这种柴油引擎驱动时，引发大气污染的氮氧化物(nox)和粒子状物质(pm，particulatematter)将会与排气一同排出，因此，为了减少这种排气物而需要义务性地安装煤烟减少装置。

作为代表，可以是为了净化在内燃机排出的排气而捕集微粒(pm)的微粒捕集装置(dpf，dieselparticulatematterfilter)，将在尿素发生的氨等作为还原剂来净化氮氧化物(nox)的选择性催化还原装置(scr，selectivecatalystreduction)等。

微粒捕集装置或选择性催化还原装置基于催化剂功能进行动作，因此，依赖于在内燃机引擎排出的排气的温度来进行动作。因此，在高速高负荷运转环境中，催化剂活性极大，因此，排气净化功能将正常执行，但是，在低速高负荷车辆或启停(stop&go)频繁的车辆的情况下，因排气的温度较低而很难使后处理系统正常动作，从而有害排气的排出将会增加。

因此，开发了使排气升温的多种方法来使用，但是，为了利用燃烧器来使排气升温，燃料喷射量多且火焰也将变大，因此，燃烧器的大小及结构将变得复杂，从而动作及安装也面临困难，因而频频发生结构要素出现故障及非正常动作状况。

此外，在排气流量大的大型车辆的情况下，因燃料喷射量较多，初始滑动(slip)等的控制将变得艰难，且很难实现稳定的重启效率。

因此，目前需要可以解决这种问题的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：kr10-1826556b1

技术实现要素：

本发明用于提供排气后处理系统及其的控制方法，即，利用低容量的燃烧器和烃喷射，可将排气后处理系统的工作区域扩大至低温区域。

为了解决上述问题，本发明提供排气后处理系统，上述排气后处理系统安装于内燃机的排气管，从上游侧开始依次设置微粒捕集装置和选择性催化还原装置，其特征在于，包括：燃烧器，位于上述微粒捕集装置的上游侧，用于使上述内燃机的排气升温；烃喷射器，位于上述微粒捕集装置上游侧，用于向上述排气喷射烃；以及控制部，根据用于去除氮氧化物的第一模式或用于去除微粒的第二模式对上述燃烧器和上述烃喷射器进行控制，在上述排气的温度不对上述选择性催化还原装置的工作温度产生影响的情况下，上述控制部根据上述第一模式使上述燃烧器进行工作来将上述排气升温至上述选择性催化还原装置的工作温度，或者根据第二模式，利用上述烃喷射器喷射烃并同时使上述燃烧器进行工作来升温至上述微粒捕集装置的微粒去除温度。

根据一实施例，在上述排气的温度为上述选择性催化还原装置的工作温度以上的情况下，上述控制部可根据上述第一模式使上述燃烧器及上述烃喷射器不进行工作，或者根据上述第二模式，利用上述燃烧器和/或上述烃喷射器升温至上述微粒捕集装置的微粒去除温度。

根据一实施例，根据上述第二模式，在没有烃流动的情况下，上述控制部仅可通过利用上述烃喷射器的烃喷射使上述排气升温，在发生烃流动的情况下，利用上述燃烧器及上述烃喷射器使上述排气升温。

根据一实施例，根据上述第一模式，上述控制部可利用上述燃烧器来使上述排气将上述微粒捕集装置的前端温度升温至300℃以上。

根据一实施例，上述燃烧器可以为可将上述排气升温至100℃以下的迷你燃烧器。

根据一实施例，根据上述第二模式，上述控制部可利用上述燃烧器和上述烃喷射器来使上述排气将上述微粒捕集装置的前端温度上升至400℃以上。

并且，本发明提供排气后处理系统的控制方法，具有安装于内燃机的排气管，从上游侧开始依次设置微粒捕集装置和选择性催化还原装置的排气后处理系统，其特征在于，包括控制步骤，根据用于去除氮氧化物的第一模式或用于去除微粒的第二模式，控制部进行如下控制，即，上述燃烧器位于上述微粒捕集装置的上游侧并使上述内燃机的排气升温，上述烃喷射器位于上述微粒捕集装置上游侧并向上述排气喷射烃，在上述控制步骤中，在上述排气的温度不对上述选择性催化还原装置的工作温度产生影响的情况下，根据上述第一模式，使上述燃烧器进行工作来将上述排气升温至上述选择性催化还原装置的工作温度，或者根据上述第二模式，利用上述烃喷射器喷射烃并同时使上述燃烧器进行工作来升温至上述微粒捕集装置的微粒去除温度。

本发明的排气后处理系统及其的控制方法具有如下效果，即，利用低容量的燃烧器和烃喷射，可将排气后处理系统的工作区域扩大至低温区域。

根据控制模式，燃烧器在强制重启模式中，使迷你燃烧器以最大功率进行工作，在氮氧化物减少模式中，使迷你燃烧器以最低功率进行工作，从而可以将迷你燃烧器的燃油经济性最小化。

在引擎的高速行驶模式，即，在高负荷状态下，仅可通过烃喷射诱导微粒捕集装置的重启及氮氧化物减少，在低速行驶模式，即，在低负荷状态下，通过使烃喷射和迷你燃烧器同时工作来使排气升温至粒子状物质的可强制重启的温度，以此减少粒子状物质。

附图说明

图1为本发明一实施例的排气后处理系统的结构图。

图2为示出当处于低速行驶模式时在排气后处理系统测定的温度的图表。

图3为示出当处于低速运行的微粒捕集装置重启模式时在排气后处理系统测定的温度的图表。

图4为示出当处于氮氧化物减少模式时在低速运行的排气后处理系统测定的温度的图表。

图5为对于本发明一实施例的排气后处理系统的动作方法的各个步骤流程图。

附图标记的说明

10：引擎21：燃烧器

22：柴油氧化催化装置23：微粒捕集装置

31：选择性催化还原装置41：烃喷射器

42：尿素喷射器50：控制部

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本说明书中揭示的实施例，与附图标记无关，对相同或类似的结构要素赋予相同的附图标记，并省略对其的重复说明。对于在以下的说明中所使用的结构要素的后缀“模块”及“部”仅考虑说明书制订的简单性来赋予或者混用，其自身并未具有相互区分的含义或作用。并且，在说明本说明书中揭示的实施例的过程中，在判断为相关的公知技术的具体说明使本说明书中揭示的实施例的主旨不清楚的情况下，将省略对其的详细说明。并且，附图仅用于轻松理解本说明书所揭示的实施例，本说明书中揭示的技术思想并不局限于附图，而是包括本发明的思想及技术范围中的所有变更、等同技术方案或代替技术方案。

应理解，当一个结构要素与其他结构要素“连接”或“联接”时，可以与其他结构要素直接连接或联接，也可以在中间存在其他结构要素。相反，当一个结构要素与其他结构要素“直接连接”或“直接联接”时，在中间不存在其他结构要素。

只要在文脉上并未明确示出，则单数的表现包括复数的表现。

在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语用于指定在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在，而并非意味着预先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。

排气后处理系统

图1为本发明一实施例的排气后处理系统的结构图。如图1所示，本发明一实施例的排气后处理系统安装于作为内燃机的引擎10的排气管，从上游侧开始依次设置微粒捕集装置23和选择性催化还原装置31，可包括：燃烧器21，位于上述微粒捕集装置23的上游侧，用于使上述引擎10的排气升温；烃喷射器41，位于上述微粒捕集装置23的上游侧，用于向上述排气喷射烃(hc)；以及控制部50，根据用于去除上述氮氧化物的第一模式或用于去除微粒的第二模式对上述燃烧器21和上述烃喷射器41进行控制。

图1所示的结构要素并非必要结构要素，因此，可以体现具有更多或更少结构要素的排气后处理系统。

以下，说明各个结构要素。

微粒捕集装置23安装于从引擎10排出的排气所通过的排气管，微粒捕集装置23捕集排气中所包括的大部分的粒子状物质(pm，particulatematter)来净化通过排气管向外部排出的排气。

作为一例，为了捕集排气中所包含的粒子状物质，微粒捕集装置23可以为多孔陶瓷蜂窝单元的入口和出口交替堵塞的过滤器。排气向未被堵塞的单元的入口流入，通过在与未被堵塞的相邻单元的边界形成的粒子状物质(pm)捕集用单元壁来向上述未被堵塞的单元的出口流入的过程中，单元壁将捕集粒子状物质(pm)。

即，微粒捕集装置23利用过滤器物理捕集在引擎10的排气中的粒子状物质，因可捕集的捕集量有限，因此，可通过对在微粒捕集装置23通过高温的排气来捕集的粒子状物质进行燃烧去除的强制重启，来恢复粒子状物质的捕集能力。

燃烧器21位于微粒捕集装置23的上游侧，可对向微粒捕集装置23流入的排气进行加热来使其升温。为了对排气进行加热，可以利用电或微波等，但其种类并未受到特殊限制。

在此情况下，本发明一实施例的燃烧器21只要将排气升温至约为100℃～150℃即可，因此，优选地，燃烧器21为燃烧喷射量少且火焰的大小也相对小的迷你燃烧器。在本说明书中，“约”是指以对应温度为基准，超出少量或者少量未满的范围，暂且包括上述范围内温度的温度。

根据一实施例，在上述微粒捕集装置23的上游侧可设置柴油氧化催化装置22(doc，dieseloxidationcatalyst)。

柴油氧化催化装置22为如下装置，即，在由将堇青石等作为原料的陶瓷构成的蜂窝结构的载体等中，将铂(pt)、钯(pd)、铑(rh)等的贵金属作为催化剂，利用排气中的氧(o2)来将排气中所包含的烃(hc)或一氧化碳(co)氧化或者将在粒子状物质所包含的可溶性有机成分(sof，solubleorganicfraction)氧化来转换成水(h2o)和二氧化碳(co2)的催化装置。

在柴油氧化催化装置22的上游侧可设置烃喷射器41，烃喷射器41向排气管的内部喷射烃(hc)，因所增加的一氧化碳及氢成分，通过向柴油氧化催化装置22流入的排气的氧化进行发热并提高向选择性催化还原装置31流入的排气的温度。由此，在低温及低负荷条件下，将向选择性催化还原装置31流入的排气的温度维持在激活温度以上，由此，可以减少氨的流动并可以改善选择性催化还原净化性能。

另一方面，在上述微粒捕集装置23的后端(或排气的下游侧)可设置选择性催化还原装置31。

选择性催化还原装置31将涂敷铁的铝硅酸盐等的催化剂沸石装载在陶瓷蜂窝等的载体，作为通过位于上游侧排气管的尿素喷射器42喷射的还原剂的尿素(urea)通过排气的热量转换成氨，通过选择性催化还原，通过排气中的氮氧化物(nox)与氨(nh3)的催化反应将氮氧化物还原成氮气(n2)和水(h2o)。

为此，在上述微粒捕集装置23的后端可设置尿素喷射器42，尿素喷射器42的动作受到控制部50的控制，从而，为了在选择性催化还原装置31中的氮氧化物(nox)的净化，可以向排气管的内部喷射尿素水溶液。在此情况下，尿素喷射器42可以直接喷射氨，根据另一实施例，可以喷射除氨之外的其他还原剂，在此情况下，也可以与氨一同喷射。

其中，在选择性催化还原装置31的前端和后端分别设置氮氧化物传感器(未图示)，从而可以测定排气通过选择性催化还原装置31前后的氮氧化物量。

根据一实施例，在上述选择性催化还原装置31的后端还设置氨流动催化装置(未图示)，由此，将排气中的氨(nh3)氧化来转换成氮(n2)和水(h2o)，从而对在选择性催化还原装置31中流出的氨进行净化来防止氨向大气流出。

其中，上述氨流动催化剂装置与柴油氧化催化装置22类似，在由将堇青石等作为原料的陶瓷构成的蜂窝结构的载体等中，将铂(pt)、钯(pd)、铑(rh)等的贵金属作为催化剂构成。

另一方面，根据本发明的一实施例，可包括：第一温度传感器，用于检测向柴油氧化催化装置22流入的排气的温度t1；第二温度传感器，用于检测向微粒捕集装置23流入的排气的温度t2；以及第三温度传感器，用于检测在微粒捕集装置23流出的排气的温度t3。

控制部50接收由上述第一温度传感器至第三温度传感器检测的值t1～t3，基于此，可以控制燃烧器21或烃喷射器41。

此外，为了控制燃烧器21而可以追加控制用温度传感器，为了监控选择性催化还原装置31的后端的温度而可以追加温度传感器。并且，为了监控堆积在微粒捕集装置23的粒子状物质而可以在燃烧器21的上游设置监控用压力传感器。

控制部50根据排气温度的高低且根据两种模式执行控制动作。其中，第一模式是指用于减少氮氧化物的控制，第二模式是指用于去除粒子状物质的控制。

上述控制部50的第一模式及第二模式之间的转换动作可根据外部用户的直接输入或者已设定的条件(时间、排气的温度、排气的流量、氮氧化物的浓度等)自动实现，对此，并不进行特殊限制。

具体地，在由于从引擎10排出的排气的温度t1过低而导致向选择性催化还原装置31流入的排气的温度无法对激活温度产生影响的情况下，根据第一模式，使燃烧器21进行工作来将向选择性催化还原装置31流入的排气的温度维持在激活温度以上并减少所排出的氮氧化物(nox)，或者根据第二模式，通过燃烧器21的工作及烃喷射器(41)的工作来诱导微粒捕集装置23的强制重启并同时使向选择性催化还原装置31流入的排气的温度维持在激活温度以上，从而可以减少所排出的氮氧化物(nox)。

图2为示出当处于低速行驶模式时在排气后处理系统测定的温度的图表。

如图2所示，在低速低负荷车辆或启动频繁的车辆的情况下，从引擎10排出的排气的温度t1维持在300℃以下，使得微粒捕集装置23很难实现基于排气温度的自然重启，由于微粒捕集装置23下游侧的排气温度t3为200℃以下，从而无法满足尿素投入(ureadosing)条件，从而，所排出的氮氧化物(nox)将不会减少。

在此情况下，在控制部50根据上述第一模式，即，氮氧化物减少模式进行动作的情况下，使燃烧器21进行工作来使排气升温，以便使向选择性催化还原装置31流入的排气升温至选择性催化还原装置31的工作温度，即，在微粒捕集装置23流出的排气的温度t3到达约为200℃以上。当处于低速运行的氮氧化物减少模式时，在排气后处理系统测定的温度如图4所示。

即，通过燃烧器21的工作，在引擎10排出的约为150℃的排气在微粒捕集装置23的前端将升温至约为300℃以上的温度t2，从而，微粒捕集装置23可实现基于排气温度的自然重启，在选择性催化还原装置31的前端的温度约为200℃以上，从而满足尿素投入条件，由此，可通过选择性催化还原装置31的激活来使氮氧化物减少率达到60％以上。

并且，在控制部50根据上述第二模式，即，根据微粒捕集装置重启模式进行动作的情况下，利用烃喷射器41来向排气喷射烃，使得向微粒捕集装置23流入的排气的温度t2变成约为400℃，同时，使燃烧器21进行工作来使排气升温。当处于低速运行的粒捕集装置重启模式时，在排气后处理系统中测定的温度如图3所示。

即，通过使燃烧器21工作并同时喷射烃，在引擎10排出的约为150℃的排气在微粒捕集装置23的前端中升温至约为400℃以上的温度t2，以实现基于微粒捕集装置23的粒子状物质燃烧的强制重启，在选择性催化还原装置31的前端处于约为200℃以上的温度，从而满足投入条件，因此，可通过选择性催化还原装置31的激活来使氮氧化物减少率达到60％以上。

根据本发明的一实施例，在低速行驶中，通过利用迷你燃烧器的稳定火焰使排气升温来实现微粒捕集装置23的重启，根据模式，在微粒捕集装置23的强制重启模式中，使迷你燃烧器以最大功率工作，在氮氧化物减少模式中，以最低功率进行工作，从而可以使燃烧器的燃油经济性最小化。

与此不同，在从引擎10排出的排气的温度t1过高而导致向选择性催化还原装置31流入的排气的温度为激活温度以上的情况下，根据作为第一模式的氮氧化物减少模式，不使燃烧器21及烃喷射器41进行工作，仅通过在引擎10排出的排气的热量来使选择性催化还原装置31激活，或者根据作为第二模式的粒子状物质(pm)去除模式，利用燃烧器21和/或烃喷射器41来使微粒捕集装置23前端的排气升温至微粒捕集装置23的粒子状物质去除温度。

具体地，在从引擎10排出的排气的温度t1过高的情况下，当没有烃流动使，控制部50使烃喷射器41进行工作来仅通过喷射烃将微粒捕集装置23的前端的排气达到约为400℃以上的温度t2，以实现微粒捕集装置23基于燃烧的强制重启。根据另一实施例，可通过烃喷射来将排气升温至约为150℃，由于通过燃烧器21的工作，可以使排气升温约为100℃，因此，在从引擎10排出的排气的温度t1与微粒捕集装置23前端的温度t2之间的偏差约为100℃以下的情况下，控制部50仅使燃烧器21进行工作，在上述偏差约为100℃～150℃的情况下，仅使烃喷射器41进行工作。

即，在引擎10处于高速行驶模式，即，排气的温度过高的情况下，可仅通过烃喷射诱导微粒捕集装置重启和氮氧化物节减。

与此不同，在发生烃流动的情况下，使燃烧器21进行工作并通过烃喷射器41的工作喷射烃来使排气的温度在微粒捕集装置23的前端达到约为400℃以上的温度t2，以实现微粒捕集装置23基于燃烧的强制重启。

其中，烃的流动的发生与否可由控制部50通过计算在排气后处理系统的结构要素(柴油氧化催化装置22、微粒捕集装置23、选择性催化还原装置31)各自和/或整体中的流入流出的热量或损失等来直接计算或者可接收通过外部装置计算的结果，在本发明中并未受到特殊限制。

排气后处理方法

图5为对于本发明一实施例的排气后处理系统的动作方法的各个步骤流程图。

如图5所示，本发明一实施例的排气后处理系统的控制方法具有安装于内燃机的排气管，从上游侧开始依次设置微粒捕集装置23和选择性催化还原装置31的排气后处理系统，上述排气后处理系统的控制方法可包括控制步骤s10～s2222，即，控制部50根据用于去除氮氧化物的第一模式或用于去除微粒的第二模式对燃烧器21和烃喷射器41进行控制。

在上述控制步骤中，在选择性催化还原装置31的前端或微粒捕集装置23的后端的排气的温度t3为不互对选择性催化还原装置31的工作温度产生影响的低温的情况下，根据上述第一模式，使燃烧器21进行工作(步骤s2211)来将选择性催化还原装置31前端或微粒捕集装置23后端的排气升温至选择性催化还原装置31的工作温度并激活选择性催化还原装置31(步骤s2212)，或者根据上述第二模式，利用烃喷射器41喷射烃并同时使燃烧器21进行工作(步骤s2221)来升温至微粒捕集装置23的微粒去除温度，从而可以将微粒捕集装置23及选择性催化还原装置31全部激活(步骤s2222)。

并且，根据一实施例，在选择性催化还原装置31前端或微粒捕集装置23后端的排气的温度t3为选择性催化还原装置31的工作温度以上的情况下，控制部50根据上述第一模式，不使燃烧器21及烃喷射器41进行工作(步骤s2111)，而是激活选择性催化还原装置31(步骤s2112)，或者根据上述第二模式，利用燃烧器21和/或烃喷射器41来升温至微粒捕集装置23的微粒去除温度来将微粒捕集装置23及选择性催化还原装置31全部激活(步骤s2222)。

具体地，根据上述第二模式，当没有烃流动时，上述控制部50仅通过利用烃喷射器41的烃喷射来使排气升温，在发生烃流动的情况下，利用燃烧器21及烃喷射器41来使排气升温。

只是，图5所示的步骤或以上说明的本发明一实施例的步骤并不是必要的，可以体现具有更多或更少的步骤的排气后处理系统的控制方法。

对于各个步骤的说明与上述内容重复，因此，将省略对其的说明并用上述说明进行替代。

计算机可读记录介质

以上说明的本发明一实施例的排气后处理系统的控制方法体现为可通过多种计算机结构要素执行的程序指令的形态，从而可记录在计算机可读记录介质中。

上述计算机可读记录介质可单独或组合包括程序指令、数据文件、数据结构等。在上述计算机可读记录介质记录的程序指令为了本发明而被特殊设计并构成，也可以是计算机软件领域的普通技术人员公知使用的程序指令。作为计算机可读记录介质的例，包括如硬盘、软盘、磁盘的磁介质、如cd-rom、dvd的光记录介质、如光盘(flopticaldisk)的磁光介质(magneto-opticalmedia)及如rom、ram、闪存等的存储程序指令并执行的特殊构成的硬件装置。作为程序指令的例，包括通过编译器形成的机械代码和使用翻译器等来可通过计算机执行的高级语言代码。上述硬件装置为了执行本发明的处理而作为一个以上的软件模块进行工作，反之亦然。

以上，参照附图，详细说明了本发明的优选实施例，本发明的说明用于例示，本发明所属技术领域的普通技术人员在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，可将本发明轻松变形成其他具体形态。

因此，本发明的范围通过所述的发明要求保护范围呈现，而并非通过上述详细说明呈现，从发明要求保护范围的含义、范围及其等同概念导出的所有变更或变形的形态应属于本发明的范围。