用于选择性催化还原设备泄漏检测的方法和装置制造方法
【专利摘要】NOx传感器44可位于选择性催化还原(SCR)设备20的下游，以监测SCR设备20的输出，从而控制SCR设备20的还原剂给料。然而，当SCR设备20给料不足时，NOx传感器可能对可由SCR设备20输出的NOx交叉敏感，而当SCR设备20给料过量(氨泄漏)时，NOx传感器可能对可由SCR设备20输出的氨交叉敏感。本发明提供一种用于估计从SCR设备20输出的氨的量的方法和装置：通过使用NOx输入测量值的方差和NOx输出测量值的方差确定SCR设备20的NOx转化效率，使用NOx转化效率得到SCR设备20的NOx输出的估值，并且使用该估值确定SCR设备20的氨输出的估值。
【专利说明】用于选择性催化还原设备泄漏检测的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及选择性催化还原（SCR)设备泄漏检测的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 选择性催化还原（SCR)设备可用于将，例如，可由内燃发动机产生的氮氧化物 (NOx)，转化成危害较小的排放物，如氮气和水。SCR设备可包括促进可能存在于穿过SCR设 备的气流中的NOx之间反应的催化剂，和为了基本上从气流中去除NOx的还原剂。
[0003] 还原剂可添加到所述气流中，并且在与穿过所述SCR设备的气流中的NOx反应之 前，被催化剂吸收。当氨被用来做还原剂时，它可以，例如，无水氨、氨水或尿素的形式，在被 催化剂吸收之前，在SCR设备中热分解成氨，并添加到所述气流中。
[0004] 对SCR设备正确地施用还原剂时，氨和NOx之间的反应应当消除几乎所有的NOx 和氨。如果SCR设备被过量给料，那么所述SCR设备中的氨可能多于可以被催化剂吸收的 量，这可能会导致氨从所述SCR设备中排出（通常称为"氨泄漏"）。氨排放不是所期望的， 因为氨对环境非常有害。如果该系统给料不足，那么可能没有足够的氨被催化剂吸收与穿 过所述SCR设备中的气流中的所有NOx反应，这可能会导致未处理的NOx从所述SCR设备 中排出。这可能会降低SCR设备的转化效率，因此也不是所期望的。
[0005] 为了更精确地控制给料水平，可能期望监测SCR设备的输出端处的NOx和氨的泄 漏量。然而，NOx传感器对氨交叉敏感。因此，NOx排出传感器的高读数可能是给料不足而 致使未经处理的NOx被排放，也可能是给料过量而致使氨泄漏导致的。
[0006]因此，可能难以通过SCR设备的输出端处的NOx传感器读数来分辨SCR设备是给 料不足还是给料过量。这使得有效的给料控制更加困难。
[0007] 也可以在SCR设备的输出端处结合使用氨传感器和NOx传感器，以区分NOx排放 和氨泄漏。然而，氨传感器是昂贵的附加部件。因此，在SCR设备的输出端处使用氨传感器 也不是所期望的。
[0008] 国际专利申请第W02006000877号提出一种旨在克服NOx传感器交叉敏感性问题 的控制技术。在该申请所提出的方法中，可将脉冲以氨的馈送速率引入到SCR设备中。SCR 设备下游的NOx传感器的读数变化被监测。响应于正脉冲的读数增加指示氨泄漏，因此指 示应减少给料水平。响应于正脉冲的读数减少指示未被处理的NOx正在从SCR设备中排出， 因此指示应增加给料水平。
[0009] 然而，这种技术依赖于中断SCR设备的正常给料体制来引入脉冲，然后监测其效 果。不仅允许氨给料的脉冲在设备输出端生效和计算需要时间，并且所述SCR设备经常会 在被给料过量时被测试，给料的脉冲可能会在一段时间内更进一步增加氨泄漏。在给料不 足的相反情形下，转化效率将会进一步降低。此外，仅指示给料过量是否正在发生，并不能 给出可能用于随后的给料控制的给料过量程度的准确指示。此外，在很大的催化剂存储释 放时，氨泄漏主要源于催化剂本身，而给料方面影响很小。给料和下游NOx传感器的NOx输 出读数之间的相关性会丢失，这可能会导致氨检测缺失。
【发明内容】
[0010] 本发明提供：一种用于估计从选择性催化还原（SCR)设备中输出的氨的量的方 法，该方法包括以下步骤：由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的方差和所述SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号的方差来确定所述SCR设备的NOx转化效率； 由所述SCR设备的NOx转化效率和所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号来估计 所述SCR设备的NOx输出量；以及由估计的NOx输出和所述SCR设备的输出端处的NOx传 感器测量信号来估计所述SCR设备的氨输出量。
[0011] 本发明还提供：一种用于估计从选择性催化还原（SCR)设备中输出的氨的量的控 制器，该控制器被配置为：由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的方差和所述SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号的方差来确定所述SCR设备的NOx转化效率； 由所述SCR设备的NOx转化效率和所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号来估计 所述SCR设备的NOx输出量；以及由估计的NOx输出和所述SCR设备的输出端处的NOx传 感器测量信号来估计所述SCR设备的氨输出量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1显示了包括SCR设备的发动机组的示意图；
[0013] 图2显示了可用于估计图1中的SCR设备的氨气输出量的方法步骤；
[0014] 图3显示了决定是否应继续向图1中的SCR设备给料或停止给料时可采取的步 骤；以及
[0015] 图4显示了可能使用图1显示的发动机组的示例性的交通工具。
【具体实施方式】
[0016] SCR设备可用于各种不同的需要减少在气流中的NOx水平的应用。此类应用可包 括，但不限于锅炉、燃气涡轮机和内燃发动机，例如，柴油发动机。
[0017] 图1显示了一个内燃发动机10,该内燃发动机10的排气口上带有SCR设备20。 所述SCR设备20在这种安排下可经由喷射器40向SCR设备20上游的排气喷射尿素来给 料，但是也可使用任何其他合适的给料剂，例如无水氨或氨水，并且可通过使用本领域技术 人员已知的任何合适的技术，添加到SCR设备20中。
[0018] 第一个（或上游）NOx传感器42可位于SCR设备20的上游，从而生成指示SCR设 备20的NOx输入量（NOxin)的信号。第二个（或下游）NOx传感器44可位于SCR设备20 的下游，从而生成指示SCR设备20的NOx输出量（NOxwt)的信号。
[0019] 为了控制SCR设备20的给料，可使用"减少给料标记"控制信号。如果确定氨泄 漏可能正在发生，那么"减少给料标记"可被设置成高，并且SCR设备20的给料被暂停。如 果确定氨泄漏可能并没有发生，那么"减少给料标记"可被设置成低，并且SCR设备20的给 料重新开始，并被允许继续给料直至"减少给料标记"再次被设置成高为止。
[0020] 有许多不同的方式可确定"减少给料标记"的状态。这些方式在下文中说明。
[0021] NOx传感器对氨交叉敏感。这种交叉敏感性不应影响上游NOx传感器42,因为它 位于SCR设备20和喷射器40的上游，且可能不与氨接触。因此，测量信号NOxin应该给出 SCR设备20上游的排气中的NOx的量的准确指示。
[0022] 然而，下游的NOx传感器44可能会受到与氨交叉敏感性的影响。如果SCR设备20 被过量给料以尿素，那么可能会发生氨泄漏。当发生这种情况时，来自下游的NOx传感器44 的NOxtjut信号可由两个分量组成：来自SCR设备20的NOx输出量和来自SCR设备20的氨 输出量。因此，来自下游的NOx传感器44的NOxrat信号可能不能给出SCR设备20下游的 排气中的NOx的量的准确指示。
[0023] 如果NOxtjut非常低，例如低于20ppm或低于lOppm，那么无论是NOx还是氨正在从 SCR设备20中输出可能都不要紧，因为它正在以一个足够低的量被输出，这并不重要。然 而，如果NOxrat较高,那么调查是NOx还是氨正在从SCR设备20输出可能会很重要,从而可 相应地调整给料量。
[0024] 通过考量SCR设备20的NOx转化效率（ε)，有可能区分SCR设备20的NOx输出 和所述SCR设备的氨输出。
[0025] 通过NOxin的平均值和NOxtjut的平均值均或通过NOxin的方差或NOxtjut的方差均可 获得转化效率（ε)。
[0026] 基于平均值的转化效率（NOx平均转化效率，ε_η)可如下算出：
【权利要求】
1. 一种用于估计从选择性催化还原（SCR)设备中输出的氨的量的方法，该方法包括以 下步骤： 由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的方差和所述SCR设备的输出端处 的NOx传感器测量信号的方差来确定所述SCR设备的NOx转化效率； 由所述SCR设备的NOx转化效率和所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号来 估计所述SCR设备的Nox输出量；以及 由估计的NOx输出和所述SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号来估计所述SCR 设备的氨输出量。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，估计的SCR设备的NOx输出量是估计的平均NOx输 出，其是使用NOx转化效率和所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的平均值来 估计的；以及 估计的SCR设备的氨输出量是估计的平均氨输出，其是由估计的平均NOx输出和所述 SCR设备的输出端处的平均NOx传感器测量信号来估计的。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，SCR设备的输入端处的平均NOx传感器测量信号使 用低通滤波器确定，以及SCR设备的输出端处的平均NOx传感器测量信号使用低通滤波器 确定。
4. 如上述任一项权利要求所述的方法，其中，估计的氨输出或估计的平均氨输出基于 SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的信噪比调整量值。
5. 如上述任一项权利要求所述的方法，其中，估计的氨输出或估计的平均氨输出基于 SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号的信噪比调整量值。
6. 如上述任一项权利要求所述的方法，其中，估计的氨输出或估计的平均氨输出基于 SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号和SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号 的相似度调整量值。
7. 如上述任一项权利要求所述的方法，其进一步包括以下步骤： 由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的平均值和所述SCR设备的输出端 处的NOx传感器测量信号的平均值来确定所述SCR设备的NOx平均转化效率；且 如果NOx平均转化效率和SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号的高频分量与 SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的高频分量的相似度指示SCR设备不太可能发 生氨泄漏，那么将估计的氨输出或估计的平均氨输出设置为零。
8. 如上述任一项权利要求所述的方法，其进一步包括以下步骤： 由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的平均值和所述SCR设备的输出端 处的NOx传感器测量信号的平均值来确定所述SCR设备的NOx平均转化效率；且 如果NOx平均转化效率和使用方差确定的NOx转化效率之间的比较指示SCR设备不太 可能发生氨泄漏，那么将估计的氨输出或估计的平均氨输出设置为零。
9. 如上述任一项权利要求所述的方法，其进一步包括以下步骤： 由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的平均值和所述SCR设备的输出端 处的NOx传感器测量信号的平均值来确定所述SCR设备的NOx平均转化效率；且 如果NOx平均转化效率低于零，那么将估计的氨输出或估计的平均氨输出设置为零。
10. 如上述任一项权利要求所述的方法，其中，如果估计的氨输出或估计的平均氨输出 和SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号的高频分量与SCR设备的输出端处的NOx传 感器测量信号的高频分量的相似度指示SCR设备不太可能发生氨泄漏，那么将估计的氨输 出或估计的平均氨输出设置为零。
11. 如上述任一项权利要求所述的方法，其中，如果估计的氨输出或估计的平均氨输出 超过了阈值，那么停止向SCR设备给料。
12. -种用于估计从选择性催化还原（SCR)设备中输出的氨的量的控制器，该控制器 被配置为： 由所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号的方差和所述SCR设备的输出端处 的NOx传感器测量信号的方差来确定所述SCR设备的NOx转化效率； 由所述SCR设备的NOx转化效率和所述SCR设备的输入端处的NOx传感器测量信号来 估计所述SCR设备的NOx输出量；以及 由估计的NOx输出和所述SCR设备的输出端处的NOx传感器测量信号来估计所述SCR 设备的氨输出量。
13. -种SCR系统，其包括： SCR设备，以及 如权利要求12所述的控制器，所述控制器被配置为确定所述SCR设备的氨输出量。
14. 一种内燃发动机，其包括如权利要求13所述的SCR系统。
15. -种交通工具，其包括如权利要求14所述的内燃发动机。
【文档编号】F01N3/20GK104411936SQ201380033936
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】G·威廉姆斯, M·尼乔尔森, S·史密斯 申请人:珀金斯发动机有限公司