NOx测量系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于内燃发动机的NOx测量系统。本发明还涉及如其它独立权利要求的前序部分中限定的用于测量内燃发动机的排气中的NOx浓度的方法。
【背景技术】
[0002]由于对轮船和发电厂中的内燃发动机的氧化氮(NOx)排放的监管不断加强，选择性催化还原(SCR)系统变得越来越普遍。在SCR系统中，正确剂量的还原剂(通常是尿素)对于实现有效的NOx还原和避免氨泄漏来说十分重要。为了提高还原剂的剂量精度，SCR系统可以配备有测量SCR元件下游的NOx浓度的NOx传感器。
[0003]专利申请WO 2008/43928A1公开了一种车用SCR系统，其中NOx传感器放置在SCR催化剂下游，并且连续地监测排气的NOx和氨的浓度。根据该方法，初始尿素量被喷射到排气系统内。如果发动机以稳态运行，将尿素剂量增加初始量乘以大于I的系数。在增加剂量之后，测量NOx和氨的浓度，如果测量表明浓度下降，则再次增加剂量。该步骤重复，直到浓度开始增加。这是过度剂量的表示，因此通过将之前的量乘以小于I的系数来减少尿素剂量。只要浓度减少，就重复该步骤。当浓度开始再次增加时，增加尿素剂量。与这种连续NOx测量相关的问题是连续地暴露于排气的传感器的使用寿命非常有限。
[0004]W02012001222A1公开了一种NOx测量装置，其中NOx传感器布置在旁路管道内。发动机的排气能够被引入到该旁路管道内以便测量排气的NOx浓度。为了保护NOx传感器免受排气的有害影响，通过将新鲜空气引入到该旁路管道而在测量之间对NOx传感器进行保护。因此，NOx传感器仅仅在测量期间暴露于排气。通过该装置，能够增加NOx传感器的使用寿命。然而，该测量装置的其余问题是旁路管道和NOx传感器在测量之间冷却。这意味着排气中的一些成分可能在测量之间冷凝在旁路管道和NOx传感器的冷表面上。特别是使用具有高硫含量的燃料时，这是有害的。当排气冷凝在冷表面上时，会形成硫酸，硫酸会将旁路管道堵塞并缩短NOx传感器的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的改进的NOx测量系统。根据本发明的测量系统的特征性特征在权利要求1的特征性部分给出。本发明的另一个目的是提供用于测量内燃发动机的排气中的NOx浓度的改进方法。该方法的特征性特征在其它独立权利要求的特征性部分给出。
[0006]根据本发明的NOx测量系统包括:测量管道，该测量管道具有:第一端，该第一端布置在所述发动机的排气管道内以接收排气；以及第二端，该第二端布置在所述排气管道内以在测量之后将排气释放回到所述排气管道内；Ν0χ传感器，该NOx传感器布置在所述测量管道内；以及净化管道，该净化管道连接至所述测量管道，以将加压空气引入到所述测量管道内。该测量系统进一步包括用于加热所述测量管道的装置。
[0007]在根据本发明的方法中，将排气从所述发动机的排气管道引入到测量管道内，在该测量管道中，借助于NOx传感器来测量NOx浓度，并且在所述测量之间将加压空气引入到所述测量管道内以保护所述NOx传感器免受排气的影响。在所述测量之间将所述测量管道加热以防止排气冷凝。
[0008]通过根据本发明的测量系统和方法，可以防止排气成分在测量管道和NOx传感器的表面上冷凝，这提高了 NOx传感器的使用寿命并有助于防止测量管道堵塞。
[0009]所述测量管道可以通过加压空气来有效地加热，该加压空气在被引入所述测量管道之前借助于发动机的排气进行加热。所述净化管道可以包括布置在所述排气管道内以加热流经所述净化管道的空气的区段。
【附图说明】
[0010]下面参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中:
[0011]图1示意性示出了内燃发动机的SCR系统；
[0012]图2示出了用于NOx传感器的测量管道组件；以及
[0013]图3示出了与发动机的排气管道相连的测量管道。
【具体实施方式】
[0014]在图1中，示出了内燃发动机的选择性催化还原(SCR)系统的简化图示。该SCR系统特别适合于大型活塞式发动机，诸如轮船的主发动机或辅助发动机或在发电厂使用的用来发电的发动机。该系统包括具有三个SCR元件7的催化转换器6。SCR元件7是涂覆有催化剂材料的陶瓷蜂窝结构。用作还原剂的尿素通过还原剂喷射器12喷射到催化转换器6上游的排气流中。尿素存储在箱10内，并且使用计量栗9将正确量的尿素溶液输送到还原剂喷射器12。控制单元11被布置成控制计量栗9。被喷射到排气系统中的尿素与排气混合并且由于排气的热而被分解成氨和二氧化碳。在SCR元件7的表面上，氨分子与NOx反应而形成氮气和水。在催化转换器6内，在SCR元件2的下游布置有氧化催化剂8。氧化催化剂8的作用是将一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物氧化。此外，过量的氨的至少一部分氧化而主要形成氧化氮和水。
[0015]为了监测选择性催化还原之后排气的NOx浓度，已经将NOx传感器4布置在催化转换器6的下游。由于NOx传感器4通常与氨交叉敏感，因此也可以将传感器4定位在SCR元件7和氧化催化剂8之间。NOx传感器4位于测量管道4内。图2示出了测量管道I的更详细视图，并且在图3中示出了测量管道I与发动机的排气管道5相连。测量管道I具有第一端Ia和第二端lb。测量管道I的两端均位于排气管道5内。测量管道I的第一端Ia是弯曲的，并且指向排气流。此外，测量管道I的第二端Ib是弯曲的，并且指向排气管道5的下游端。测量管道I能够通过第一端Ia接收排气，并且通过第二端Ib将排气释放回到排气管道5内。在排气管道5中流动的少量排气被强制进入测量管道I内，在该测量管道I中，通过NOx传感器4测量排气的NOx浓度。
[0016]NOx测量不是连续的，而是仅在控制单元11请求时才测量NOx浓度。当发动机的操作条件改变时，可以测量排气的NOx浓度，并且调节还原剂的量，直到实现正确剂量。之后，可以以一定间隔进行测量。为了保护NOx传感器4在NOx测量之间免受排气影响，该NOx测量系统设置有净化管道2，该净化管道2在NOx传感器4的上游连接至测量管道I。净化管道2的出口 2b因