试剂定剂量诊断系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]选择性催化还原(Selective catalytic reduct1n,简称SCR)排气后处理系统是一种减少内燃机(如柴油机)的NOx排放的重要技术。SCR系统一般包括一个试剂源(例如尿素培养液)、试剂定剂量系统以及喷射器，其中，所述试剂定剂量系统用来给尿素培养液增压并控制将尿素培养液提供给SCR催化剂的速度或总量，而喷射器是用于将尿素培养液输送至位于SCR催化剂上游的排气流道中的尿素分解区域。许多SCR系统也利用高压气体辅助尿素培养液流至喷射器内。
[0002]在NOx排放量明显减少的同时，SCR系统也存在一些缺点和问题。在SCR系统中使用尿素培养液可能导致尿素晶体的生长或者在系统中的不同部件上形成沉淀，这可能导致这些部件的运作中断，例如，当尿素培养液被暴露在逐渐升高的温度中时，所形成的尿素沉淀可能会堵塞喷嘴。这样，系统的一个或更多部分可能会被有意或无意地抑制、阻塞或者不起作用。这些问题和其他一些状况都将导致使用SCR催化剂来处理NOx排放的试剂定剂量系统在向排气流中时喷射试剂时的剂量不足。
[0003]现有技术已经发展到可以监视SCR系统中尿素的使用，以及预测或者确定试剂定剂量系统的故障情况。一种技术是比较一定时间内所需的试剂量，通过综合该时间内所需的试剂流量以及对比所需试剂量与储存罐中消耗的试剂量而得到相应结果。然而，这些技术不够可靠，并且容易由于受到试剂定剂量系统供应商不能控制的多种因素影响而显示虚假的故障，这些因素包括操作员的重新添加行为、试剂罐的几何形状、试剂液位传感器的分辨率以及试剂罐的溢流量。另一种技术涉及利用流量计和相关检测硬件对流量进行实时检测，并将该实时检测的流量与所需的流量进行对比。然而，该技术需要花费额外的费用，其包括试剂定剂量系统的初始硬件成本以及长期的维护和保养费用。减轻这些问题和其他与监控和诊断试剂定剂量系统的缺陷相关的缺点是一个长期必要的发展方向。
【发明内容】
[0004]一个实施例提供了一种独特的方法，该方法用于确定或者诊断试剂定剂量诊断系统在提供足够试剂至排气后处理系统时发生的故障，其中该排气后处理系统包含有SCR催化剂，以满足试剂定剂量时对使用SCR催化剂来处理排气系统中的排放物的要求。另一个实施例包括独特的试剂定剂量诊断方法和系统。该概述被用于对被选择出来在以下各【具体实施方式】中进一步阐述的概念加以介绍。该概述的目的不是确定关键或重要的要求保护的主题特征，也不是用来辅助地限制所要求保护的主题范围的。根据下面的说明和图示，进一步的实施例、形式、对象、特点、优点和效果方面将会变得更加清楚。
【附图说明】
[0005]图1是一个示例性的试剂定剂量诊断系统的示意图。
[0006]图2是一个试剂定剂量诊断过程的流程图。
[0007]图3是一个试剂定剂量系统的一个定剂量周期的示例性的图表，该定剂量周期包括多个定剂量时段和一个诊断定剂量时段。
[0008]图4是一个显示出处于该定剂量周期的诊断定剂量时段的定剂量持续期间的压力下降的示例性的图表。
【具体实施方式】
[0009]为了促进对本发明原理的理解之目的，在【具体实施方式】的附图中将提供参考信息并使用特定的语言来对其予以解释。然而，可以理解，这并不意味着对本发明的保护范围形成任何限制，对【具体实施方式】的任何改变和进一步修改，以及像本发明相关领域的技术人员通常会做出的那样，对于本发明【具体实施方式】所描述的基于本发明原理的任何进一步应用应用，在这里都会被考虑。
[0010]参照图1，其示出了试剂定剂量诊断系统100将试剂注入排气后处理系统130的示意图。试剂定剂量诊断系统100可以用于由内燃机120如柴油机提供动力的交通工具(图未示)中或者用于如发电或抽水系统等其他应用的发动机中。所述内燃机120包括与进气系统122流体连通的进气歧管124，所述进气系统122接收新鲜空气，在一些实施例中还可以接收再循环废气，从而向内燃机120的多个气缸(图未示)提供充气气流。在气缸的燃烧室内将燃料和充气气流混合并进行燃烧之后，产生的废气排入排气歧管126中。排气歧管126与排气系统128流体连接，这样，至少一部分废气被输送至后处理系统130中。
[0011 ] 试剂定剂量诊断系统100包括定量加料器102，所述定量加料器102接收来自试剂罐106中的试剂104，并将试剂提供给喷射器108或其他注射结构，或者输送至分解室，或者直接传送至排气系统128中。在一个实施例中，所述试剂可以是柴油机排放流体(DieselExhaust Fluid，简称DEF)，包括32.5%的高纯度尿素与67.5%的去离子水。然而，可以理解的是，所述试剂也可以是其他任何适合通过试剂定剂量诊断系统100注射到排气系统中的试剂。
[0012]在该实施例中，所述排气系统128向所述后处理系统130提供废气，该后处理系统130具有一个或者多个SCR催化剂132。所述排气系统128包括一个或者多个用于从试剂定剂量诊断系统100接收试剂的位置。所述后处理系统130可以包括一个或者多个其他的后处理部件(图未示)，例如，一个或者多个氧化催化剂、一个或者多个粒子过滤器、一个氨氧化催化剂、以及各种温度、压力和废气成分的传感器。所述排气系统128也可以包括多种部件(图未示)，例如，一个或者多个EGR系统、一个或者多个涡轮增压系统、中冷却器、后冷却器、节流阀、控制阀、以及其他组件。所述喷射器108安装于排气系统128上，所述排气系统128位于SCR催化剂132的上游，该喷射器108具有出口，例如设置于排气管道上的喷嘴，所述出口用于将水雾化剂喷射至所述排气系统，且水雾化剂在排气系统中与内燃机120产生的废气混合。SCR催化剂132加速了试剂与废气中的NOx的化学反应，这样在废气进入大气中之前就转换了大量NOx，从而减少了 NOx的排放。
[0013]试剂定剂量诊断系统100可以包括不同结构以便于从所述试剂罐106中接收试剂以及将所述试剂传送至排气系统128，例如，定量加料器102包括从试剂罐106中吸收试剂104的试剂吸收管线112。试剂罐106负责供应水性的试剂104，并且开设有通孔以允许试剂通过试剂吸收管线112从定量加料器102中撤回。定量加料器102还包括收集器116，所述收集器116用于维持在足够压力作用下试剂的累积量，以便在将试剂注射至排气系统128产生的废气中时确保试剂的充分雾化和混合。定量加料器102还包括泵114，除了下文的描述，所述泵114对收集器116中的试剂施加压力以保证试剂在定剂量周期内和之间具有恒定的压力。压力传感器136与收集器116中的试剂流体连通，控制阀118用于驱动具有测定流量的试剂104通过试剂供应管线110进入喷射器108，以将所述试剂注入废气中。在其他实施例中，所述试剂供应管线110可以包括截流阀、过滤器、止回阀和其他部件。所述试剂定剂量诊断系统100还包括试剂回流管线134，所述试剂回流管线134用于为收集器116下游流回所述试剂罐106中的试剂提供流量控制，以达成稳定的泵控制。
[0014]在图1对试剂定剂量诊断系统100进行显示时，可能并没有显示其他的结构和组件。例如，泵114的形式可以是膜片泵，但是可以理解，也可以采用其他形式的泵。止回阀可以位于不同部件之间，在定量加料器102中可以设置脉动消除器、过滤器和计量装置。定量加料器102还包括环绕泵114设置的旁通管路，该旁通管路具有旁通阀，该旁通阀可以被操作以打开和关闭，从而在例如净化过程中允许和阻止试剂沿旁通管路流入一个可以返回试剂罐106的位置。定量加料器102还可以包括空气辅助装置，所述空气辅助装置在一混合室内接收压缩空气，且该混合室接收以可控流速从计量阀中流出的试剂。混合室也可以接收空气供应装置(图未示)提供的压缩空气并将压缩空气和试剂的混合物从定量加料器102的出口排出。所述空气供应装置可以与交通工具一体化设置、与内燃机120—体化设置、或者是用于向试剂定剂量诊断系统100提供空气的装置。可以理解，在另外的实施例中，还可以采用不同于空气的压缩气体，例如，一种惰性气体或者多种惰性气体的混合气体。试剂定剂量诊断系统100还可以进一步与热交换系