CN103277175A - 一种还原剂喷嘴的状态检测方法及装置、催化还原系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种还原剂喷嘴的状态检测方法及装置、催化还原系统，所述方法包括以下步骤：预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值，并采集催化发生器的排放样本；通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率；判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

Description

一种还原剂喷嘴的状态检测方法及装置、催化还原系统

技术领域

本发明涉及发动机催化还原技术领域，特别涉及一种还原剂喷嘴的状态检测方法及装置、催化还原系统。

背景技术

众所周知，氮氧化物（NO_x）的排放是导致空气污染的主要根源之一，氮氧化物的减排和净化对于环境保护而言具有十分重大的意义。选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）是当前一种实用性非常强的氮氧化物净化技术，SCR的原理是以尿素作为还原剂，并在催化剂作用下引发氮氧化物进行还原反应。SCR在现阶段已经发展的较为成熟。SCR技术具备高效、低成本、适用性强等特点，所以在净化氮氧化物排放的领域内得到了广泛的应用和认可。

例如在柴油机的减排设计上，SCR系统便占据核心的地位。利用SCR的催化还原反应能够净化柴油机运行过程中产生的氮氧化物，使柴油机的排放达到既定标准。SCR系统一般通过一个特别设计的还原剂喷嘴来投放还原剂，也就是尿素；利用电磁阀的占空比可控制喷嘴开启的时间，从而实现尿素的定量喷射。

但是现阶段的SCR系统中存在着如下的缺陷：由于SCR系统中的还原剂喷嘴暂时无法被信息化的检测技术所覆盖，所以在还原剂喷嘴出现机械性卡死的时候，SCR系统的控制层不能够立即获悉，这将非常可能导致SCR系统尿素喷射不受控，引起排放结果不稳定，氨泄漏增加，严重时甚至出现尿素结晶，损坏排放测试设备等不良后果。现阶段还不能够实现迅速准确的检测发现还原剂喷嘴的卡死故障。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种还原剂喷嘴的状态检测方法及装置、催化还原系统；所述方法及装置通过检测SCR催化发生器氮氧化物的排放情况是否达标，以实现从侧面判断还原剂喷嘴是否发生了机械性卡死。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种还原剂喷嘴的状态检测方法，所述方法包括以下步骤：

预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值，并采集催化发生器的排放样本；

通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率；

判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

所述方法还包括：

预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值。

所述方法还包括：

预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常。

所述方法还包括：

当前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值且还原剂喷射泵的运行状态正常时，本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴卡死。

一种还原剂喷嘴的状态检测装置，所述装置具体包括以下：

第一检测器，置于催化发生器排放口处，用于采集催化发生器的排放样本，通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率；

比较器，用于预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值；并判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

所述比较器还用于：预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值。

所述装置还包括：

第二检测器，用于预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常。

所述比较器还用于：

在前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值、还原剂喷射泵的运行状态正常且本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值的情况下，认为还原剂喷嘴卡死。

一种催化还原系统，其特征在于，所述系统中包括权利要求5-8任意一项所述装置。

通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：通过判断催化发生器对氮氧化物的实际转换率是否符合正常标准，进而间接的实现了对于还原剂喷嘴状态的检测，提高了安全性；且实现了在故障出现时直接的断定该故障是否为还原剂喷嘴的机械性卡死，以便有针对性的采取后续措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述方法流程图；

图2为本发明另一实施例所述方法流程图；

图3为本发明实施例所述装置结构示意图；

图4为本发明另一实施例所述装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种检测SCR系统中还原剂喷嘴的状态检测方法。由于现阶段SCR系统的还原剂喷嘴暂时无法被信息化的检测技术所覆盖，也就是无法利用信息技术直接实现喷嘴状态的检测，所以以下实施例通过检测SCR系统催化发生器的排放情况，以实现从侧面获悉还原剂喷嘴的工作状态。

以下实施例中，所述方法将结合在传统的SCR系统之下。所述方法的具体步骤参见图1所示：

步骤101、预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值，并采集催化发生器的排放样本。

本实施例所述方法的核心思路在于通过判断SCR系统催化发生器的排放情况是否正常，从而实现间接的判断还原剂喷嘴的状态。需要说明的是，所述催化发生器是SCR系统的核心部分，即是催化还原反应实际发生的部件。

本实施例中以氮氧化物的转换率衡量排放情况。而作为对比和判断的依据，所述方法预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值。所述标准转换率就是催化发生器理论上的氮氧化物转换效率，该指标为SCR系统本身参数。而误差阈值则体现了理论上的转换率与实际情况的误差区间，超出该阈值则说明催化发生器中的催化还原反应存在异常。

在已存在对比和判断的基准之后，只需采集催化发生器的排放样本，便可以开始后续的流程。

步骤102、通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率。

在得到排放样本之后，即可测量得到该样本中氮氧化物的含量，进而计算出这一检测周期内氮氧化物的转换率，也就是催化发生器的实际转换率。实际转换率的检测是本领域内的常规手段，在此不作赘述。

步骤103、判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

当实测转换率与标准转换率基本吻合，相差范围在误差阈值之内，说明催化发生器的运行状态良好，催化还原反应在正常进行。所以从逻辑上可以推断，假如催化还原反应在正常的进行，而还原剂作为该反应中不可或缺的部分，也必将在按照正常的方式被投放到催化发生器中；那么在这种情况下，SCR系统中唯一的对还原剂进行投放的部件，即还原剂喷嘴，必然在正常的运行着，不可能出现机械性卡死等故障。相反，可以想象当催化发生器的排放出现异常的时候，通过本实施例所述方法也必然能够立即获悉，以便采取进一步的措施。

本实施例仅为所述方法的一个基础实施例，本实施例所述方法存在的有益效果是：通过判断催化发生器对氮氧化物的实际转换率是否符合正常标准，进而间接的实现了对于还原剂喷嘴状态的检测，提高了SCR系统的安全性。

按照图1所示实施例中所述方法，可以在还原剂喷嘴正常运行的过程中准确的获悉其状态；不过其缺陷在于，当按照上述方法检测得到实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值时，只能够认为是SCR系统出现故障，但还并不能够直接的断定该故障系还原剂喷嘴的机械性卡死，而排除其他故障的可能性。而以下实施例将改善这一弊端，实现对于故障是否为还原剂喷嘴机械性卡死的断定。

本实施例中所述方法具体如图2所示：

步骤201、预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值，并采集催化发生器的排放样本。

步骤202、通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率。

步骤203、预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值；如正常则进入步骤204。

步骤204、预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常，如正常则进入步骤205。

步骤205、判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，当前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值且还原剂喷射泵的运行状态正常时，本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴卡死。

本实施例中，新加入步骤203～步骤204的意义在于验证排除其他因素对催化发生器排放的影响。

获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值作为参照，能够确定催化发生器本身的因素是对其排放产生了影响。如果催化发生器中催化失效，同样会导致实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值。但如果前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差为未超过阈值，必然说明催化发生器本身在正常运行，能够确定排除催化失效导致非正常排放的可能性。

同样，如果还原剂喷射泵出现故障，也可能导致还原剂无法进入催化发生器，使催化发生器非正常的排放，预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常能够排除这一部分的影响。

当前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值且还原剂喷射泵的运行状态正常时，则可以明确的排除催化剂失效和还原剂喷射泵故障两种导致非正常排放的可能性。在这一前提下，如果本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴卡死。

本实施例中通过步骤203～步骤204的检验方案，实现了对于其他故障的排除，直接的断定该故障系还原剂喷嘴的机械性卡死。

步骤206、如果本周期中所述实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

通过以上技术方案可知，本实施例在上一实施例的基础上，进一步存在的有益效果是：所述方法在整体方案中加入了排除其他可能性的优化方案，实现了在故障出现时直接的断定该故障是否为还原剂喷嘴的机械性卡死，以便有针对性的采取后续措施，使得整体技术方案更加完善，安全性更高。

本发明提供一种检测SCR系统中还原剂喷嘴的状态检测装置。由于现阶段SCR系统的还原剂喷嘴暂时无法被信息化的检测技术所覆盖，也就是无法利用信息技术直接实现喷嘴状态的检测，所以以下实施例所述装置通过检测SCR系统催化发生器的排放情况，以实现从侧面获悉还原剂喷嘴的工作状态。

以下实施例中，所述装置将结合在传统的SCR系统之下。所述装置的具体结构参见图3所示：

第一检测器，置于催化发生器排放口处，用于采集催化发生器的排放样本，通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率。

比较器，用于预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值；并判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

本实施例所述装置的核心思路在于通过判断SCR系统催化发生器的排放情况是否正常，从而实现间接的判断还原剂喷嘴的状态。需要说明的是，所述催化发生器是SCR系统的核心部分，即是催化还原反应实际发生的部件。

本实施例中以氮氧化物的转换率衡量排放情况。而作为对比和判断的依据，所述装置预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值。所述标准转换率就是催化发生器理论上的氮氧化物转换效率，该指标为SCR系统本身参数。而误差阈值则体现了理论上的转换率与实际情况的误差区间，超出该阈值则说明催化发生器中的催化还原反应存在异常。

在已存在对比和判断的基准之后，还需采集催化发生器的排放样本，以供后续检测过程。

在得到排放样本之后，即可测量得到该样本中氮氧化物的含量，进而计算出这一检测周期内氮氧化物的转换率，也就是催化发生器的实际转换率。实际转换率的检测是本领域内的常规手段，在此不作赘述。

当实测转换率与标准转换率基本吻合，相差范围在误差阈值之内，说明催化发生器的运行状态良好，催化还原反应在正常进行。所以从逻辑上可以推断，假如催化还原反应在正常的进行，而还原剂作为该反应中不可或缺的部分，也必将在按照正常的方式被投放到催化发生器中；那么在这种情况下，SCR系统中唯一的对还原剂进行投放的部件，即还原剂喷嘴，必然在正常的运行着，不可能出现机械性卡死等故障。相反，可以想象当催化发生器的排放出现异常的时候，通过本实施例所述装置也必然能够立即获悉，以便采取进一步的措施。

本实施例仅为所述装置的一个基础实施例，本实施例所述装置存在的有益效果是：通过判断催化发生器对氮氧化物的实际转换率是否符合正常标准，进而间接的实现了对于还原剂喷嘴状态的检测，提高了SCR系统的安全性。

按照图3所示实施例中所述装置，可以在还原剂喷嘴正常运行的过程中准确的获悉其状态；不过其缺陷在于，当按照上述装置检测得到实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值时，只能够认为是SCR系统出现故障，但还并不能够直接的断定该故障系还原剂喷嘴的机械性卡死，而排除其他故障的可能性。而以下实施例将改善这一弊端，实现对于故障是否为还原剂喷嘴机械性卡死的断定。

本实施例中所述装置如图4所示，具体包括以下：

第一检测器，置于催化发生器排放口处，用于采集催化发生器的排放样本，通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率。

第二检测器，用于预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常。

比较器，用于预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值；预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值；并判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值；如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态；

并且在前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值、还原剂喷射泵的运行状态正常且本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值的情况下，认为还原剂喷嘴卡死。

本实施例中，新加入的技术特征的意义在于验证排除其他因素对催化发生器排放的影响。

比较器获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值作为参照，能够确定催化发生器本身的因素是对其排放产生了影响。如果催化发生器中催化失效，同样会导致实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值。但如果前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差为未超过阈值，必然说明催化发生器本身在正常运行，能够确定排除催化失效导致非正常排放的可能性。

同样，如果第二检测器检测出还原剂喷射泵出现故障，也可能导致还原剂无法进入催化发生器，使催化发生器非正常的排放，预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常能够排除这一部分的影响。

当前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值且还原剂喷射泵的运行状态是否正常时，则可以明确的排除催化剂失效和还原剂喷射泵故障两种导致非正常排放的可能性。在这一前提下，如果本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴卡死。

本实施例中实现了对于其他故障的排除，直接的断定该故障系还原剂喷嘴的机械性卡死。

通过以上技术方案可知，本实施例在上一实施例的基础上，进一步存在的有益效果是：所述装置在整体方案中加入了排除其他可能性的优化方案，实现了在故障出现时直接的断定该故障是否为还原剂喷嘴的机械性卡死，以便有针对性的采取后续措施，使得整体技术方案更加完善，安全性更高。

另外，本发明还包括一种催化还原系统，所述系统在传统SCR系统的基础上，包含图3或图4所示实施例所述的装置。

可见所述系统存在的有益效果是：通过判断催化发生器对氮氧化物的实际转换率是否符合正常标准，进而间接的实现了对于还原剂喷嘴状态的检测，提高了安全性；且实现了在故障出现时直接的断定该故障是否为还原剂喷嘴的机械性卡死，以便有针对性的采取后续措施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种还原剂喷嘴的状态检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值，并采集催化发生器的排放样本；

通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率；

判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

当前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值且还原剂喷射泵的运行状态正常时，本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值，则认为还原剂喷嘴卡死。

5.一种还原剂喷嘴的状态检测装置，其特征在于，所述装置具体包括以下：

第一检测器，置于催化发生器排放口处，用于采集催化发生器的排放样本，通过所述排放样本检测得到催化发生器的氮氧化物的实测转换率；

比较器，用于预设催化发生器氮氧化物的标准转换率及误差阈值；并判断所述实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值，如果未超出则认为还原剂喷嘴处于正常状态。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述比较器还用于：预先获悉前一检测周期中，实测转换率与标准转换率之差是否超出误差阈值。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二检测器，用于预先检测还原剂喷射泵的运行状态是否正常。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述比较器还用于：

在前一检测周期中实测转换率与标准转换率之差未超出误差阈值、还原剂喷射泵的运行状态正常且本周期中实测转换率与标准转换率之差超出误差阈值的情况下，认为还原剂喷嘴卡死。

9.一种催化还原系统，其特征在于，所述系统中包括权利要求5-8任意一项所述装置。

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