NOx測量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx測量系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及如其它獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中限定的用于測量內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的NOx濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于對(duì)輪船和發(fā)電廠中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氧化氮(NOx)排放的監(jiān)管不斷加強(qiáng)，選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)變得越來越普遍。在SCR系統(tǒng)中，正確劑量的還原劑(通常是尿素)對(duì)于實(shí)現(xiàn)有效的NOx還原和避免氨泄漏來說十分重要。為了提高還原劑的劑量精度，SCR系統(tǒng)可以配備有測量SCR元件下游的NOx濃度的NOx傳感器。
[0003]專利申請(qǐng)WO 2008/43928A1公開了一種車用SCR系統(tǒng)，其中NOx傳感器放置在SCR催化劑下游，并且連續(xù)地監(jiān)測排氣的NOx和氨的濃度。根據(jù)該方法，初始尿素量被噴射到排氣系統(tǒng)內(nèi)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)以穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，將尿素劑量增加初始量乘以大于I的系數(shù)。在增加劑量之后，測量NOx和氨的濃度，如果測量表明濃度下降，則再次增加劑量。該步驟重復(fù)，直到濃度開始增加。這是過度劑量的表示，因此通過將之前的量乘以小于I的系數(shù)來減少尿素劑量。只要濃度減少，就重復(fù)該步驟。當(dāng)濃度開始再次增加時(shí)，增加尿素劑量。與這種連續(xù)NOx測量相關(guān)的問題是連續(xù)地暴露于排氣的傳感器的使用壽命非常有限。
[0004]W02012001222A1公開了一種NOx測量裝置，其中NOx傳感器布置在旁路管道內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能夠被引入到該旁路管道內(nèi)以便測量排氣的NOx濃度。為了保護(hù)NOx傳感器免受排氣的有害影響，通過將新鮮空氣引入到該旁路管道而在測量之間對(duì)NOx傳感器進(jìn)行保護(hù)。因此，NOx傳感器僅僅在測量期間暴露于排氣。通過該裝置，能夠增加NOx傳感器的使用壽命。然而，該測量裝置的其余問題是旁路管道和NOx傳感器在測量之間冷卻。這意味著排氣中的一些成分可能在測量之間冷凝在旁路管道和NOx傳感器的冷表面上。特別是使用具有高硫含量的燃料時(shí)，這是有害的。當(dāng)排氣冷凝在冷表面上時(shí)，會(huì)形成硫酸，硫酸會(huì)將旁路管道堵塞并縮短N(yùn)Ox傳感器的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的NOx測量系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)的特征性特征在權(quán)利要求1的特征性部分給出。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于測量內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的NOx濃度的改進(jìn)方法。該方法的特征性特征在其它獨(dú)立權(quán)利要求的特征性部分給出。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的NOx測量系統(tǒng)包括:測量管道，該測量管道具有:第一端，該第一端布置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道內(nèi)以接收排氣；以及第二端，該第二端布置在所述排氣管道內(nèi)以在測量之后將排氣釋放回到所述排氣管道內(nèi)；Ν0χ傳感器，該NOx傳感器布置在所述測量管道內(nèi)；以及凈化管道，該凈化管道連接至所述測量管道，以將加壓空氣引入到所述測量管道內(nèi)。該測量系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于加熱所述測量管道的裝置。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將排氣從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道引入到測量管道內(nèi)，在該測量管道中，借助于NOx傳感器來測量NOx濃度，并且在所述測量之間將加壓空氣引入到所述測量管道內(nèi)以保護(hù)所述NOx傳感器免受排氣的影響。在所述測量之間將所述測量管道加熱以防止排氣冷凝。
[0008]通過根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)和方法，可以防止排氣成分在測量管道和NOx傳感器的表面上冷凝，這提高了 NOx傳感器的使用壽命并有助于防止測量管道堵塞。
[0009]所述測量管道可以通過加壓空氣來有效地加熱，該加壓空氣在被引入所述測量管道之前借助于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)行加熱。所述凈化管道可以包括布置在所述排氣管道內(nèi)以加熱流經(jīng)所述凈化管道的空氣的區(qū)段。
【附圖說明】
[0010]下面參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中:
[0011]圖1示意性示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的SCR系統(tǒng)；
[0012]圖2示出了用于NOx傳感器的測量管道組件；以及
[0013]圖3示出了與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道相連的測量管道。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖1中，示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)的簡化圖示。該SCR系統(tǒng)特別適合于大型活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如輪船的主發(fā)動(dòng)機(jī)或輔助發(fā)動(dòng)機(jī)或在發(fā)電廠使用的用來發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)。該系統(tǒng)包括具有三個(gè)SCR元件7的催化轉(zhuǎn)換器6。SCR元件7是涂覆有催化劑材料的陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。用作還原劑的尿素通過還原劑噴射器12噴射到催化轉(zhuǎn)換器6上游的排氣流中。尿素存儲(chǔ)在箱10內(nèi)，并且使用計(jì)量栗9將正確量的尿素溶液輸送到還原劑噴射器12?？刂茊卧?1被布置成控制計(jì)量栗9。被噴射到排氣系統(tǒng)中的尿素與排氣混合并且由于排氣的熱而被分解成氨和二氧化碳。在SCR元件7的表面上，氨分子與NOx反應(yīng)而形成氮?dú)夂退?。在催化轉(zhuǎn)換器6內(nèi)，在SCR元件2的下游布置有氧化催化劑8。氧化催化劑8的作用是將一氧化碳和未燃盡的碳?xì)浠衔镅趸?。此外，過量的氨的至少一部分氧化而主要形成氧化氮和水。
[0015]為了監(jiān)測選擇性催化還原之后排氣的NOx濃度，已經(jīng)將NOx傳感器4布置在催化轉(zhuǎn)換器6的下游。由于NOx傳感器4通常與氨交叉敏感，因此也可以將傳感器4定位在SCR元件7和氧化催化劑8之間。NOx傳感器4位于測量管道4內(nèi)。圖2示出了測量管道I的更詳細(xì)視圖，并且在圖3中示出了測量管道I與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道5相連。測量管道I具有第一端Ia和第二端lb。測量管道I的兩端均位于排氣管道5內(nèi)。測量管道I的第一端Ia是彎曲的，并且指向排氣流。此外，測量管道I的第二端Ib是彎曲的，并且指向排氣管道5的下游端。測量管道I能夠通過第一端Ia接收排氣，并且通過第二端Ib將排氣釋放回到排氣管道5內(nèi)。在排氣管道5中流動(dòng)的少量排氣被強(qiáng)制進(jìn)入測量管道I內(nèi)，在該測量管道I中，通過NOx傳感器4測量排氣的NOx濃度。
[0016]NOx測量不是連續(xù)的，而是僅在控制單元11請(qǐng)求時(shí)才測量NOx濃度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作條件改變時(shí)，可以測量排氣的NOx濃度，并且調(diào)節(jié)還原劑的量，直到實(shí)現(xiàn)正確劑量。之后，可以以一定間隔進(jìn)行測量。為了保護(hù)NOx傳感器4在NOx測量之間免受排氣影響，該NOx測量系統(tǒng)設(shè)置有凈化管道2，該凈化管道2在NOx傳感器4的上游連接至測量管道I。凈化管道2的出口 2b因