用于選擇性催化還原設(shè)備泄漏檢測的方法和裝置制造方法
【專利摘要】NOx傳感器44可位于選擇性催化還原(SCR)設(shè)備20的下游，以監(jiān)測SCR設(shè)備20的輸出，從而控制SCR設(shè)備20的還原劑給料。然而，當(dāng)SCR設(shè)備20給料不足時，NOx傳感器可能對可由SCR設(shè)備20輸出的NOx交叉敏感，而當(dāng)SCR設(shè)備20給料過量(氨泄漏)時，NOx傳感器可能對可由SCR設(shè)備20輸出的氨交叉敏感。本發(fā)明提供一種用于估計從SCR設(shè)備20輸出的氨的量的方法和裝置：通過使用NOx輸入測量值的方差和NOx輸出測量值的方差確定SCR設(shè)備20的NOx轉(zhuǎn)化效率，使用NOx轉(zhuǎn)化效率得到SCR設(shè)備20的NOx輸出的估值，并且使用該估值確定SCR設(shè)備20的氨輸出的估值。
【專利說明】用于選擇性催化還原設(shè)備泄漏檢測的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及選擇性催化還原（SCR)設(shè)備泄漏檢測的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 選擇性催化還原（SCR)設(shè)備可用于將，例如，可由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的氮氧化物 (NOx)，轉(zhuǎn)化成危害較小的排放物，如氮氣和水。SCR設(shè)備可包括促進(jìn)可能存在于穿過SCR設(shè) 備的氣流中的NOx之間反應(yīng)的催化劑，和為了基本上從氣流中去除NOx的還原劑。
[0003] 還原劑可添加到所述氣流中，并且在與穿過所述SCR設(shè)備的氣流中的NOx反應(yīng)之 前，被催化劑吸收。當(dāng)氨被用來做還原劑時，它可以，例如，無水氨、氨水或尿素的形式，在被 催化劑吸收之前，在SCR設(shè)備中熱分解成氨，并添加到所述氣流中。
[0004] 對SCR設(shè)備正確地施用還原劑時，氨和NOx之間的反應(yīng)應(yīng)當(dāng)消除幾乎所有的NOx 和氨。如果SCR設(shè)備被過量給料，那么所述SCR設(shè)備中的氨可能多于可以被催化劑吸收的 量，這可能會導(dǎo)致氨從所述SCR設(shè)備中排出（通常稱為"氨泄漏"）。氨排放不是所期望的， 因為氨對環(huán)境非常有害。如果該系統(tǒng)給料不足，那么可能沒有足夠的氨被催化劑吸收與穿 過所述SCR設(shè)備中的氣流中的所有NOx反應(yīng)，這可能會導(dǎo)致未處理的NOx從所述SCR設(shè)備 中排出。這可能會降低SCR設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率，因此也不是所期望的。
[0005] 為了更精確地控制給料水平，可能期望監(jiān)測SCR設(shè)備的輸出端處的NOx和氨的泄 漏量。然而，NOx傳感器對氨交叉敏感。因此，NOx排出傳感器的高讀數(shù)可能是給料不足而 致使未經(jīng)處理的NOx被排放，也可能是給料過量而致使氨泄漏導(dǎo)致的。
[0006]因此，可能難以通過SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器讀數(shù)來分辨SCR設(shè)備是給 料不足還是給料過量。這使得有效的給料控制更加困難。
[0007] 也可以在SCR設(shè)備的輸出端處結(jié)合使用氨傳感器和NOx傳感器，以區(qū)分NOx排放 和氨泄漏。然而，氨傳感器是昂貴的附加部件。因此，在SCR設(shè)備的輸出端處使用氨傳感器 也不是所期望的。
[0008] 國際專利申請第W02006000877號提出一種旨在克服NOx傳感器交叉敏感性問題 的控制技術(shù)。在該申請所提出的方法中，可將脈沖以氨的饋送速率引入到SCR設(shè)備中。SCR 設(shè)備下游的NOx傳感器的讀數(shù)變化被監(jiān)測。響應(yīng)于正脈沖的讀數(shù)增加指示氨泄漏，因此指 示應(yīng)減少給料水平。響應(yīng)于正脈沖的讀數(shù)減少指示未被處理的NOx正在從SCR設(shè)備中排出， 因此指示應(yīng)增加給料水平。
[0009] 然而，這種技術(shù)依賴于中斷SCR設(shè)備的正常給料體制來引入脈沖，然后監(jiān)測其效 果。不僅允許氨給料的脈沖在設(shè)備輸出端生效和計算需要時間，并且所述SCR設(shè)備經(jīng)常會 在被給料過量時被測試，給料的脈沖可能會在一段時間內(nèi)更進(jìn)一步增加氨泄漏。在給料不 足的相反情形下，轉(zhuǎn)化效率將會進(jìn)一步降低。此外，僅指示給料過量是否正在發(fā)生，并不能 給出可能用于隨后的給料控制的給料過量程度的準(zhǔn)確指示。此外，在很大的催化劑存儲釋 放時，氨泄漏主要源于催化劑本身，而給料方面影響很小。給料和下游NOx傳感器的NOx輸 出讀數(shù)之間的相關(guān)性會丟失，這可能會導(dǎo)致氨檢測缺失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供：一種用于估計從選擇性催化還原（SCR)設(shè)備中輸出的氨的量的方 法，該方法包括以下步驟：由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的方差和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號的方差來確定所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率； 由所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率和所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號來估計 所述SCR設(shè)備的NOx輸出量；以及由估計的NOx輸出和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳 感器測量信號來估計所述SCR設(shè)備的氨輸出量。
[0011] 本發(fā)明還提供：一種用于估計從選擇性催化還原（SCR)設(shè)備中輸出的氨的量的控 制器，該控制器被配置為：由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的方差和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號的方差來確定所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率； 由所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率和所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號來估計 所述SCR設(shè)備的NOx輸出量；以及由估計的NOx輸出和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳 感器測量信號來估計所述SCR設(shè)備的氨輸出量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1顯示了包括SCR設(shè)備的發(fā)動機(jī)組的示意圖；
[0013] 圖2顯示了可用于估計圖1中的SCR設(shè)備的氨氣輸出量的方法步驟；
[0014] 圖3顯示了決定是否應(yīng)繼續(xù)向圖1中的SCR設(shè)備給料或停止給料時可采取的步 驟；以及
[0015] 圖4顯示了可能使用圖1顯示的發(fā)動機(jī)組的示例性的交通工具。

【具體實施方式】
[0016] SCR設(shè)備可用于各種不同的需要減少在氣流中的NOx水平的應(yīng)用。此類應(yīng)用可包 括，但不限于鍋爐、燃?xì)鉁u輪機(jī)和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，例如，柴油發(fā)動機(jī)。
[0017] 圖1顯示了一個內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10,該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的排氣口上帶有SCR設(shè)備20。 所述SCR設(shè)備20在這種安排下可經(jīng)由噴射器40向SCR設(shè)備20上游的排氣噴射尿素來給 料，但是也可使用任何其他合適的給料劑，例如無水氨或氨水，并且可通過使用本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的任何合適的技術(shù)，添加到SCR設(shè)備20中。
[0018] 第一個（或上游）NOx傳感器42可位于SCR設(shè)備20的上游，從而生成指示SCR設(shè) 備20的NOx輸入量（NOxin)的信號。第二個（或下游）NOx傳感器44可位于SCR設(shè)備20 的下游，從而生成指示SCR設(shè)備20的NOx輸出量（NOxwt)的信號。
[0019] 為了控制SCR設(shè)備20的給料，可使用"減少給料標(biāo)記"控制信號。如果確定氨泄 漏可能正在發(fā)生，那么"減少給料標(biāo)記"可被設(shè)置成高，并且SCR設(shè)備20的給料被暫停。如 果確定氨泄漏可能并沒有發(fā)生，那么"減少給料標(biāo)記"可被設(shè)置成低，并且SCR設(shè)備20的給 料重新開始，并被允許繼續(xù)給料直至"減少給料標(biāo)記"再次被設(shè)置成高為止。
[0020] 有許多不同的方式可確定"減少給料標(biāo)記"的狀態(tài)。這些方式在下文中說明。
[0021] NOx傳感器對氨交叉敏感。這種交叉敏感性不應(yīng)影響上游NOx傳感器42,因為它 位于SCR設(shè)備20和噴射器40的上游，且可能不與氨接觸。因此，測量信號NOxin應(yīng)該給出 SCR設(shè)備20上游的排氣中的NOx的量的準(zhǔn)確指示。
[0022] 然而，下游的NOx傳感器44可能會受到與氨交叉敏感性的影響。如果SCR設(shè)備20 被過量給料以尿素，那么可能會發(fā)生氨泄漏。當(dāng)發(fā)生這種情況時，來自下游的NOx傳感器44 的NOxtjut信號可由兩個分量組成：來自SCR設(shè)備20的NOx輸出量和來自SCR設(shè)備20的氨 輸出量。因此，來自下游的NOx傳感器44的NOxrat信號可能不能給出SCR設(shè)備20下游的 排氣中的NOx的量的準(zhǔn)確指示。
[0023] 如果NOxtjut非常低，例如低于20ppm或低于lOppm，那么無論是NOx還是氨正在從 SCR設(shè)備20中輸出可能都不要緊，因為它正在以一個足夠低的量被輸出，這并不重要。然 而，如果NOxrat較高,那么調(diào)查是NOx還是氨正在從SCR設(shè)備20輸出可能會很重要,從而可 相應(yīng)地調(diào)整給料量。
[0024] 通過考量SCR設(shè)備20的NOx轉(zhuǎn)化效率（ε)，有可能區(qū)分SCR設(shè)備20的NOx輸出 和所述SCR設(shè)備的氨輸出。
[0025] 通過NOxin的平均值和NOxtjut的平均值均或通過NOxin的方差或NOxtjut的方差均可 獲得轉(zhuǎn)化效率（ε)。
[0026] 基于平均值的轉(zhuǎn)化效率（NOx平均轉(zhuǎn)化效率，ε_η)可如下算出：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于估計從選擇性催化還原（SCR)設(shè)備中輸出的氨的量的方法，該方法包括以 下步驟： 由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的方差和所述SCR設(shè)備的輸出端處 的NOx傳感器測量信號的方差來確定所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率； 由所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率和所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號來 估計所述SCR設(shè)備的Nox輸出量；以及 由估計的NOx輸出和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號來估計所述SCR 設(shè)備的氨輸出量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，估計的SCR設(shè)備的NOx輸出量是估計的平均NOx輸 出，其是使用NOx轉(zhuǎn)化效率和所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的平均值來 估計的；以及 估計的SCR設(shè)備的氨輸出量是估計的平均氨輸出，其是由估計的平均NOx輸出和所述 SCR設(shè)備的輸出端處的平均NOx傳感器測量信號來估計的。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，SCR設(shè)備的輸入端處的平均NOx傳感器測量信號使 用低通濾波器確定，以及SCR設(shè)備的輸出端處的平均NOx傳感器測量信號使用低通濾波器 確定。
4. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，估計的氨輸出或估計的平均氨輸出基于 SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的信噪比調(diào)整量值。
5. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，估計的氨輸出或估計的平均氨輸出基于 SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號的信噪比調(diào)整量值。
6. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，估計的氨輸出或估計的平均氨輸出基于 SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號和SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號 的相似度調(diào)整量值。
7. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟： 由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的平均值和所述SCR設(shè)備的輸出端 處的NOx傳感器測量信號的平均值來確定所述SCR設(shè)備的NOx平均轉(zhuǎn)化效率；且 如果NOx平均轉(zhuǎn)化效率和SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號的高頻分量與 SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的高頻分量的相似度指示SCR設(shè)備不太可能發(fā) 生氨泄漏，那么將估計的氨輸出或估計的平均氨輸出設(shè)置為零。
8. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟： 由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的平均值和所述SCR設(shè)備的輸出端 處的NOx傳感器測量信號的平均值來確定所述SCR設(shè)備的NOx平均轉(zhuǎn)化效率；且 如果NOx平均轉(zhuǎn)化效率和使用方差確定的NOx轉(zhuǎn)化效率之間的比較指示SCR設(shè)備不太 可能發(fā)生氨泄漏，那么將估計的氨輸出或估計的平均氨輸出設(shè)置為零。
9. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟： 由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的平均值和所述SCR設(shè)備的輸出端 處的NOx傳感器測量信號的平均值來確定所述SCR設(shè)備的NOx平均轉(zhuǎn)化效率；且 如果NOx平均轉(zhuǎn)化效率低于零，那么將估計的氨輸出或估計的平均氨輸出設(shè)置為零。
10. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，如果估計的氨輸出或估計的平均氨輸出 和SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號的高頻分量與SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳 感器測量信號的高頻分量的相似度指示SCR設(shè)備不太可能發(fā)生氨泄漏，那么將估計的氨輸 出或估計的平均氨輸出設(shè)置為零。
11. 如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，如果估計的氨輸出或估計的平均氨輸出 超過了閾值，那么停止向SCR設(shè)備給料。
12. -種用于估計從選擇性催化還原（SCR)設(shè)備中輸出的氨的量的控制器，該控制器 被配置為： 由所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號的方差和所述SCR設(shè)備的輸出端處 的NOx傳感器測量信號的方差來確定所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率； 由所述SCR設(shè)備的NOx轉(zhuǎn)化效率和所述SCR設(shè)備的輸入端處的NOx傳感器測量信號來 估計所述SCR設(shè)備的NOx輸出量；以及 由估計的NOx輸出和所述SCR設(shè)備的輸出端處的NOx傳感器測量信號來估計所述SCR 設(shè)備的氨輸出量。
13. -種SCR系統(tǒng)，其包括： SCR設(shè)備，以及 如權(quán)利要求12所述的控制器，所述控制器被配置為確定所述SCR設(shè)備的氨輸出量。
14. 一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其包括如權(quán)利要求13所述的SCR系統(tǒng)。
15. -種交通工具，其包括如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
【文檔編號】F01N3/20GK104411936SQ201380033936
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】G·威廉姆斯, M·尼喬爾森, S·史密斯 申請人:珀金斯發(fā)動機(jī)有限公司