CN108625950A - 用于监测和/或控制选择性催化还原装置的性能的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于控制和/或监测选择性催化还原装置(SCR)的性能的方法以及包含其的系统。该系统可以包括被配置为以可变投配率接收还原剂的SCR、上游NOx传感器以及下游NOx传感器。该方法可以包括将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联，并且确定NOx从SCR渗漏以及还原剂从SCR泄漏中的一个或多个。该方法还可以包括利用上游NOx传感器信号和下游NOx传感器信号确认还原剂从SCR泄漏。该方法还可以包括将上游NOx信号与下游NOx信号进行比较，确定系统目标，并且调整SCR还原剂投配率以实现系统目标，以便确认故障上游NOx传感器。

Description

用于监测和/或控制选择性催化还原装置的性能的方法
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环中，向ICE的气缸提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物被压缩和/或点火并燃烧，以提供输出扭矩。燃烧后，ICE的活塞迫使气缸内的废气通过排气阀开口渗漏，进入排气系统。从ICE(特别是柴油发动机)排放的废气是含有气体排放物以及构成颗粒物质的凝聚相材料(液体和固体)的非均相混合物，这些气体排放物例如是一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOX)。例如，液体可以包括水和碳氢化合物。
废气处理系统可以在一种或多种部件中采用催化剂，该部件被配置为完成后处理过程，例如还原NOx以产生更多允许排放的废气组分：氮(N2)和水(H2O)。一种用于减少NOx排放的废气处理技术是选择性催化还原装置(SCR)，该装置通常包括基材或载体，其上设有催化剂化合物。废气通过催化剂，使某些或所有废气组分转化成所需化合物，例如不受限制的废气组分。还原剂通常被喷入SCR上游的热废气中，分解成氨并被SCR吸收。然后，在SCR催化剂存在的情况下，氨将NOx还原成氮气和水。通过SCR确保NOX物质被适当还原，然而尽可能减少还原剂从SCR泄漏却还是一个挑战。
发明内容
本文提供了用于监测废气处理系统的选择性催化还原装置(SCR)的性能的方法。废气处理系统可以包括SCR以及下游NOx传感器，SCR被配置为以可变投配率接收还原剂，下游NOx传感器设置在SCR的下游。该方法可以包括将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联，以确定操作相关性，并且利用操作相关性确定NOx从SCR渗漏以及还原剂从SCR泄漏中的一个或多个。上游NOx信号由上游NOx传感器测量，下游NOx信号由下游NOx传感器测量。负操作相关性可以表示NOx从SCR渗漏的变化，正操作相关性可以表示还原剂从SCR泄漏的变化。该方法还可以包括在进行关联后，确定SCR的还原剂投放量。在确定负操作相关性时，SCR的还原剂投放量可能不足。在确定正操作相关性时，SCR的还原剂投放量可能过量。正操作相关性可以包括递增的SCR还原剂投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，可以表示从SCR泄漏的还原剂增加。正操作相关性可以包括递减的SCR还原剂投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，可以表示从SCR泄漏的还原剂减少。负操作相关性可以包括递增的SCR还原剂投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，可以表示来自SCR的减少的NOx渗漏。负操作相关性可以包括递减的SCR还原剂投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，可以表示来自SCR的增加的NOx渗漏。当SCR处于稳定状态时，可以将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联。
本文提供了用于控制废气处理系统的选择性催化还原装置(SCR)的方法。废气处理系统可以包括SCR、上游NOx传感器以及下游NOx传感器，SCR被配置为以可变投配率接收还原剂，其中还原剂投配率由SCR化学模型控制，以便利用一个或多个SCR还原剂投配信号以及一个或多个上游SCR NOx信号得到所需的SCR NOx还原量，从而确定SCR还原剂投放量和SCR NOx还原量中的一个或多个，上游NOx传感器设置在SCR的上游，下游NOx传感器设置在SCR的下游。该方法可以包括利用上游NOx信号和还原剂投配信号通过SCR化学模型确定SCR还原剂投配率和SCR NOx还原量中的一个或多个，利用SCR化学模型确认还原剂从SCR泄漏，调整还原剂投配率以减少还原剂从SCR泄漏，随后将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联，以确定操作相关性，并且利用操作相关性确认NOx从SCR渗漏。上游NOx信号由上游NOx传感器测量，下游NOx信号由下游NOx传感器测量。还原剂投配信号可以包括以下各项中的一个或多个：所测量的送入SCR的还原剂的流速、由SCR化学模型控制的还原剂投配率、由SCR化学模型控制的还原剂投配量以及由SCR化学模型控制的还原剂投配体积。SCR还原剂投配信号方向可以包括递减的信号方向，SCR下游NOx信号方向可以包括递增的信号方向。上游NOx传感器可能存在故障，错误地感测到NOx值低于实际的NOx工艺值。该方法还包括在将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联后，确定SCR的投放量不足。该方法还包括在确认NOx从SCR渗漏后，调整还原剂投配率以减少NOx渗漏。该方法还包括在确认NOx从SCR渗漏后，确认上游NOx传感器存在故障。当SCR处于稳定状态时，可以将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联。
提供了用于检测废气处理系统的故障传感器的方法。废气处理系统可以包括选择性催化还原装置(SCR)、上游NOx传感器以及下游NOx传感器，SCR被配置为以可变投配率接收还原剂，上游NOx传感器设置在SCR的上游，下游NOx传感器设置在SCR的下游。该方法可以包括将上游NOx信号与下游NOx信号进行比较，确定系统目标，调整SCR还原剂投配率以实现系统目标，将SCR还原剂投配信号方向与下游NOx信号方向进行关联，以确定是否至少部分地实现了系统目标，并且如果尚未至少部分地实现系统目标，则确认上游NOx传感器存在故障。上游NOx信号由上游NOx传感器测量，下游NOx信号由下游NOx传感器测量。该方法还可以包括在调整SCR还原剂投配率之前，利用上游NOx信号和还原剂投配信号通过SCR化学模型确定SCR还原剂投放量和SCR NOx还原量中的一个或多个。系统目标可以包括减少还原剂从SCR泄漏，调整SCR还原剂投配包括降低还原剂投配率。SCR还原剂投放量可以低于约10％。上游NOx传感器故障可以包括测量到NOx信号低于实际的NOx工艺值。当SCR处于稳定状态时，可以将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联。
根据以下示例性实施例的详细描述和附图，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加显而易见。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施例的废气处理系统的示意图。
图2示出了根据一个或多个实施例的一种用于监测选择性催化还原装置的性能的方法的流程图。
图3示出了根据一个或多个实施例的一种用于控制选择性催化还原装置的方法的流程图。
图4示出了根据一个或多个实施例的一种用于检测废气处理系统的故障传感器的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可以采取各种不同的替代形式。附图并不一定是成比例的，一些特征可能被夸大或最小化，用于显示具体部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被理解为限制性的，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的一个代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任何一个附图所示并所述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征相组合，以形成本文未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，符合本发明教导的特征的各种组合和改进对于具体应用或实施可能是有利的。
通常，本发明涉及NOx储存和/或处理材料、装置和系统的控制和监测。具体而言，本发明提供了用于控制选择性催化还原(SCR)装置及其附属NOx传感器的方法，其中SCRs被配置为接收来自废气源的废气流。如本文所使用的，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可以包括NyOx物质，其中y>0且x>0。氮氧化物的非限制性示例可以包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。SCRs被配置为接收还原剂，例如以如下将描述的可变投配率接收还原剂。
在一些实施例中，产生废气流的废气源可以是内燃机(ICE)。本文所述的方法与ICE系统密切相关，ICE系统可以包括但不限于柴油机系统、汽油直喷系统和均质充量压燃发动机系统。ICE可以包括附连到曲轴的多个往复运动活塞，曲轴可以可操作地附接到传动系统(例如车辆传动系统)，用于向车辆提供动力(例如，将牵引扭矩传递到传动系统)。例如，ICE可以是任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用(例如汽车、船舶等)以及各种非车辆应用(例如，泵、发电机等)。虽然可以在车辆背景(例如，产生扭矩的背景)下描述ICEs，但是其他非车辆应用也属于本发明的范围内。因此，当车辆被引用时，这种公开内容应当被理解为适用于ICE的任何应用。
而且，ICE通常可以表示能够产生包含气态(例如NOx、O2)物质、含碳物质和/或颗粒物质的废气流的任何装置，因此，本文所公开的内容应当被理解为适用于所有这种这种。如本文所使用的，“废气”是指任何化学物质或化学物质的混合物，它们可能需要处理并且包括气体、液体和固体物质。例如，废气流可以包含一种或多种NOx物质、一种或多种液态烃物质以及一种或多种固体颗粒物质(例如灰)的混合物。还应当理解的是，本文所公开的实施方式可以适用于处理不含含碳物质和/或颗粒物质的渗漏料流，并且在这种情况下，ICE通常还可以表示能够产生包含这种物质的渗漏料流的任何装置。废气颗粒物质通常包括含碳烟灰，以及与ICE废气密切相关的或在废气处理系统内形成的其他固体和/或液体含碳物质。
图1示出了用于处理和/或监测ICE 12的废气15组分的废气处理系统10。系统10通常包括一个或多个废气管道14以及一个或多个废气处理装置。可废气管道14可以包括多个区段，将废气15从ICE 12输送到废气处理系统10的各种废气处理装置。在一些示例性实施例中，废气15可以包括NOx物质。
在所示的实施例中，废气处理装置26包括SCR。SCRs可以包括选择性催化过滤器(SCRF)装置，除了微粒过滤性能外，SCRF装置还提供SCRs的催化性能。上游和下游的定义与从ICE 12渗漏的废气15的流向有关。如图1所示，SCR 26包括上游侧26'和下游侧26”。如可以理解的，本发明的系统10可以包括各种不同的附加处理装置，包括氧化催化剂装置(未示出)和颗粒过滤装置(未示出)等等。SCR 26被配置为接收还原剂，例如以可变投配率接收还原剂。还原剂36可以来自还原剂供应源(未示出)，并使用喷射器46或其他合适的输送方法在SCR 26上游的位置处喷入废气管道14中。还原剂36的形式可以是气体、液体或水溶液，例如尿素水溶液。还原剂36可以与喷射器46内的空气相混合，有利于喷入喷雾的扩散。扰流器48(即混合器)也可以设置在废气管道14内紧邻喷射器46和/或SCR 26的位置，从而进一步有利于还原剂36与废气15充分混合和/或甚至分布在整个SCR 26中。
系统10还可以包括控制模块50，其通过多个传感器可操作地连接，用于监测发动机12和/或废气处理系统10。如本文所使用的，术语“模块”是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或群组处理器)和存储器，组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其他合适的部件。例如，模块50可以执行SCR化学模型，如下所述。控制模块50可以可操作地连接到ICE 12、SCR 26和/或一个或多个传感器。如图所示，控制模块50与上游NOx传感器60和位于SCR 26下游的下游NOx传感器62连通，每个传感器与废气管道14流体连通。上游NOx传感器60设置在ICE 12的下游，在SCR 26和扰流器48两者的上游。上游NOx传感器60和下游NOx传感器62被配置为检测废气管道14内靠近它们位置的NOx水平，并产生对应于NOx水平的NOx信号。在一些实施例中，NOx水平可以包括浓度、质量流速或体积流速。例如，由NOx传感器产生的NOx信号可以由控制模块50解读。控制模块50可以可选地与设置在SCR 26上游的一个或多个温度传感器(例如上游温度传感器52)以及设置在SCR 26下游的下游温度传感器54连通。
通常，SCR 26包括利用还原剂36和催化剂将NO和NO2还原成无害组分的所有装置。SCR 26可以包括例如流通式陶瓷或金属整体基材，其可以封装在具有与废气管道14和可选的其他废气处理装置流体连通的入口和出口的壳体或罐子中。在理想情况下，壳体或罐子可以包括对于废气组分基本上惰性的材料，例如不锈钢。基材可以包括施加于其上的SCR催化剂组合物。
例如，基材主体可以是陶瓷砖、板结构或任何其他合适的结构，例如每平方英寸包括几百至几千个平行流通单元的整体蜂窝结构，但是其他配置也是适用的。每个流通单元可以由壁表面限定，壁表面上可以涂有SCR催化剂组合物。基材主体可以由能够耐受与废气15相关的温度和化学环境的材料形成。可以使用的材料的一些具体示例包括陶瓷，例如挤出堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、花岗岩或耐热耐腐蚀金属(如钛或不锈钢等)。基材可以包括例如非硫酸化TiO2材料。基材主体可以是PF装置，如下将描述的。
SCR 26催化剂组合物通常是多孔的高表面积材料，其可以在还原剂36(例如氨)存在的情况下有效操作，以转化废气15中的NOx组分。例如，催化剂组合物可以包含浸渍有一种或多种碱性金属组分的沸石，碱性金属组分例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)及其组合。在一个具体实施例中，催化剂组合物可以包含浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可以是β-型沸石、Y-型沸石、ZM5沸石或任何其他结晶沸石结构，例如菱沸石或USY(超稳态Y-型)沸石。在一个具体实施例中，沸石包括菱沸石。在一个具体实施例中，沸石包括SSZ。合适的SCR催化剂组合物可以具有高的热结构稳定性，特别是在与颗粒过滤器(PF)装置串联使用或者并入SCRF装置中的情况下，催化剂组合物通过高温废气烟尘燃烧技术进行再生。
任选地，SCR催化剂组合物还可以包括一种或多种碱性金属氧化物作为促进剂，用于进一步减少SO3的形成并延长催化剂的寿命。在一些实施例中，一种或多种碱性金属氧化物可以包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR 26通常使用还原剂36将NOx物质(例如NO和NO2)还原成无害组分。例如，无害组分包括一种或多种非NOx物质的物质，例如双原子氮、含氮惰性物质或者被认为是合格排放物的物质。还原剂36可以是氨(NH3)，例如无水氨或氨水，或者由富含氮和氢的物质产生，例如尿素(CO(NH2)2)。另外地或可选地，还原剂36可以是能够在废气15和/或热存在的情况下分解或反应以形成氨的任何化合物。式(1)-(5)提供了涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O(1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O(3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(5)
应当理解的是，式(1)-(5)仅仅是说明性的，并不旨在将SCR 26局限于特定的NOx还原机构或机制，也不排除使用其他机制。SCR 26可以被配置为执行上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合以及其他NOx还原反应中的任何一种。
在各种实施方式中，还原剂36可以用水稀释。在还原剂36被水稀释的实施方式中，热量(例如来自废气)使水蒸发，并且氨提供给SCR 26。根据需要，非氨还原剂可以用于完全或部分地替代氨。在还原剂36包括尿素的实施方式中，尿素与废气反应，产生氨，而氨提供给SCR 26。下面的反应(6)提供了通过尿素分解产生氨的一个示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2(6)
应当理解的是，式(6)仅仅是说明性的，并不旨在将尿素或其他还原剂分解局限于特定的单一机制，也不排除使用其他机制。
SCR 26可以存储(即吸收和/或吸附)还原剂，用于与废气15相互作用。例如，还原剂可以作为氨存储在SCR内。特定的SCR具有还原剂容量或者其能够存储的还原剂或还原剂衍生物的量。存储在SCR内的还原剂的量相对于SCR容量可以称为SCR“还原剂投放量”，并且在一些情况下可以表示为％投放量(例如90％还原剂投放量)。在SCR 26操作期间，喷入的还原剂36存储在SCR中，在与NOx物质的还原反应过程被消耗，必须不断补充。确定待喷入的还原剂36的精确量对于维持废气15排放物处于合格水平而言很关键：系统10(例如SCR 26内)不足的还原剂水平可能导致有害NOx物质从系统排放(“NOx渗漏”)(例如通过车辆尾气管)，而过量喷入还原剂36可能导致大量未反应的还原剂36通过SCR 26或作为有害反应产物渗漏SCR(“还原剂泄漏”)。当SCR低于“起燃”温度时，也可能发生还原剂泄漏和NOx渗漏。例如，SCR 26投配逻辑可以用于控制还原剂36投配及其调整，可以由模块50实施。
可以通过SCR化学模型确定还原剂36喷入投配率(例如每秒克数)，该SCR化学模型根据来自一个或多个还原剂36喷入的信号(例如，来自喷射器46的反馈)和来自上游NOx的信号(例如，来自上游NOx传感器60的NOx信号)预测存储在SCR 26中的还原剂36的量。SCR化学模型还预测从SCR 26渗漏的废气15的NOx水平。SCR化学模型可以由模块50实施。例如，SCR化学模型可以随时间由一个或多个工艺值更新。诸如由模块50控制的投配调节器(未示出)监测由SCR化学模型预测的还原剂36存储水平，并将其与所需的还原剂36存储水平进行比较。可以连续监测预测的还原剂36存储水平与所需的还原剂36存储水平之间的偏差，该偏差将触发投配调整，以便增加或减少还原剂36投配，从而消除或减少该偏差。例如，可以调整还原剂36投配率，以便使SCR 26下游的废气15中的NOx浓度或流速达到所需水平，或使SCR 26NOx转化率达到所需水平。可以通过各自不同的因素来确定所需的转化率，例如SCR26的特性(例如，催化剂类型)和/或系统的操作条件(例如，ICE 12操作参数)等。
一段时间后，SCR化学模型的不精确性可能会加剧模型化的SCR还原剂投放与实际投放之间的明显误差。因此，可以连续校正SCR化学模型，以尽可能减少或消除错误。一种用于校正SCR化学模型的方法包括将模型化的SCR排放废气NOx水平与实际的NOx水平(例如，由下游NOx传感器62测量的NOx水平)进行比较，以确定差异，随后对模型进行校正，以消除或减少差异。由于NOx传感器(例如下游NOx传感器62)对还原剂(例如NH3)和NOx有交叉敏感性，所以区分还原剂信号与NOx信号很关键，因为可能将还原剂泄漏与不充分的NOx转化搞混。在这种情况下，SCR 26控制逻辑可以控制还原剂投配增加，以加剧还原剂泄漏，从而减少NOx渗漏。
一种用于区分还原剂信号与NOx信号的被动分析技术是相关性方法，该方法包括将上游NOx浓度(例如，由上游NOx传感器60测量的NOx浓度)与下游NOx浓度(例如，由下游NOx传感器62的NOx浓度)进行比较，其中不同的浓度方向可以表示还原剂36泄漏的增加或减少。例如，如果上游NOx浓度降低而下游NOx浓度增加，则可以确认还原剂36泄漏增加。同样，如果上游NOx浓度增加而下游NOx浓度降低，则可以确认还原剂36泄漏减少。用于区分还原剂信号与NOx信号的第二种被动分析技术是频率分析。由于在瞬态条件下NOx和还原剂36浓度发生变化，所以由NOx传感器产生的NOx信号可以包括多个频率分量(例如，高频和低频)。高频信号通常仅与NOx浓度相关，而低频信号通常与NOx浓度和还原剂36浓度相关。用于上游NOx和下游NOx的高频信号被分离并用于计算SCR NOx转化率，而SCR NOx转化率又应用于分离的低通上游NOx信号，用于确定低频下游NOx信号。然后，将计算所得的低频下游NOx信号与实际的分离低频下游NOx信号进行比较，其中这两个值之间的偏差可以表示还原剂36泄漏。
诸如上述相关性方法和频率方法等被动分析技术的一个缺点是它们都依赖于两个NOx传感器的正确操作。例如，故障上游NOx传感器(例如上游NO x传感器60)所产生的NOx信号可能低于靠近上游NOx传感器的实际NOx水平，从而导致SCR化学模型预测的还原剂存储量比实际存储量要高。因此，NOx渗漏可能会被错误认为是还原剂泄漏，对还原剂投配加以控制，可能使NOx渗漏加剧(即还原剂投配将减少)。此外，SCR化学模型将利用不准确的上游NOx测量结果进行更新，NOx渗漏将加剧。
相关性和频率被动分析技术的另一个缺点是，当SCR处于稳定状态时，它们不能实施。例如，通过在一段迭代时间内计算SCR 26上游的NOx信号的均方根值(例如，由上游NOx传感器60测量的NOx信号)确定“稳定状态”；得到的值足够小时，表示上游NOx浓度的变化最小，则SCR可以被认为处于稳定状态。例如，稳定状态情况可以包括上游NOx浓度的均方根值小于约30ppm，小于约20ppm或小于约10ppm。SCR稳定状态情况通常可能与ICE 12稳定状态情况(例如，通常一致的RPM、燃料喷入、温度等)相关联。侵入性测试可以用于区分还原剂信号与NOx信号，其包括停止全部或大部分还原剂投配一段时间。虽然可以在稳定状态情况下进行侵入性测试，但是在某些情况下，它们可能会在测试期间产生有害的废气排放，例如排放中NOx浓度的增加。
本文提供了用于监测和/或控制SCR的方法，其利用还原剂投配水平和下游NOx水平来消除或减少上述NOx/还原剂交叉敏感性的问题以及上游NOx传感器故障的问题。有利的是，以下所述的方法可以在稳定状态SCR情况下实施。该方法可以与利用SCR上游NOx水平和下游NOx水平的传统方法组合使用。将参照系统10来描述这些方法，但这些方法不应被理解为局限于所述的系统10的特定配置。
图2示出了用于监测废气处理系统10的SCR 26的性能的方法200，其包括将SCR 26还原剂36投配信号方向与SCR 26下游NOx信号方向进行关联220，以确定操作相关性，并且利用操作相关性确定230NOx从SCR渗漏以及还原剂从SCR泄漏中的一个或多个。确定操作相关性使得下游NOx信号被分解成单独的NOx信号和还原剂(例如NH3)信号。还原剂投配信号可以包括以下各项中的一个或多个：例如，所测量的送入SCR的还原剂的流速、由SCR化学模型控制的还原剂投配率、由SCR化学模型控制的还原剂投配量以及由SCR化学模型控制的还原剂投配体积。负操作相关性表示NOx从SCR渗漏的变化，正操作相关性表示还原剂从SCR泄漏的变化。这种负相关性和正相关性可以用于将下游NOx信号分解成NOx和还原剂(例如NH3)组分。方法200特别适用于系统，例如系统10，其包括对还原剂(例如NH3)和NOx具有交叉敏感性的下游NOx传感器。在一些实施例中，可以在投配调整期间测量相关联的220还原剂36投配信号和下游NOx信号。方法200可以在稳定状态情况下实施。在以下所描述的一些实施例中，通过将SCR 26还原剂36投配信号方向与SCR 26下游NOx信号方向进行关联220而确定的操作相关性可以用于确定SCR 26还原剂投放量。因此，可选地，方法200还可以包括在将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联后，确定225SCR 26的还原剂投放量。
在一个实施例中，正操作相关性包括递增的SCR 26还原剂36投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，表示从SCR泄漏的还原剂36增加。在一些这样的实施例中，SCR还原剂投放量可能过量。如本文所使用的，“投放过量”是指SCR还原剂投放量大于所需还原剂投放量的约50％，大于约55％或大于约60％。在另一个这样的实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以大于约85％，大于约90％或大于约95％。
在一个实施例中，正操作相关性包括递减的SCR 26还原剂36投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，表示从SCR泄漏的还原剂减少。在一些这样的实施例中，SCR还原剂投放量可能过量。在另一个这样的实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以大于约85％，大于约90％或大于约95％。
在一个实施例中，负操作相关性包括递增的SCR 26还原剂36投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，表示来自SCR的减少的NOx渗漏。在一些这样的实施例中，SCR还原剂投放量可能不足。如本文所使用的，“投放不足”是指SCR还原剂投放量小于所需还原剂投放量的约50％，小于约45％或小于约40％。在另一个这样的实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以小于约15％，小于约10％或小于约5％。
在一个实施例中，负操作相关性包括递减的SCR 26还原剂36投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，表示来自SCR的增加的NOx渗漏。在一些这样的实施例中，SCR还原剂投放量可能不足。在另一个这样的实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以小于约15％，小于约10％或小于约5％。
图3示出了用于控制废气处理系统(例如系统10)的SCR 26的方法300，其中该系统包括被配置为以可变投配率接收还原剂的SCR 26，其中还原剂投配率由SCR 26化学模型控制，以便利用一个或多个SCR还原剂投配信号以及一个或多个上游SCR 26NOx信号获得所需的SCR 26NOx还原量，从而确定SCR 26还原剂投放量和SCR NOx还原量中的一个或多个，上游NOx传感器60设置在SCR 26的上游，下游NOx传感器62设置在SCR的下游。方法300包括利用上游NOx信号和还原剂投配信号通过SCR化学模型确定310SCR还原剂投放量和SCR 26NOx还原量中的一个或多个，利用SCR 26化学模型确认320还原剂从SCR泄漏，调整330还原剂36投配率以减少还原剂36从SCR 26泄漏，随后将SCR 26还原剂36投配信号方向与SCR 26下游NOx信号方向进行关联340，以确定操作相关性，并且利用操作相关性确认350NOx从SCR 26渗漏。确定310、确认320和调整330表示SCR 26的操作正常，因此本发明实现了改进。在一些实施例中，上游NOx传感器60错误地感测NOx值低于实际的NOx工艺值，并因此SCR 26控制逻辑不正确地推断还原剂36泄漏发生。随后将SCR 26还原剂36投配信号与SCR 26下游NOx信号进行比较340使得下游NOx信号分解成单独的NOx信号和还原剂(例如NH3)信号，从而进一步使SCR 26控制逻辑正确地确认NOx渗漏增加。
在一些实施例中，调整330还原剂投配率可以包括减少还原剂投配率，SCR还原剂投配信号方向可以包括递减的信号方向，SCR下游NOx信号方向可以包括递增的信号方向。在一些实施例中，通过将SCR 26还原剂36投配信号方向与SCR 26下游NOx信号方向进行关联340而确定的操作相关性可以用于确定SCR 26还原剂投放量。因此，可选地，方法300还可以包括在将SCR 26还原剂36投配信号方向与SCR 26下游NOx信号方向进行关联240后，确定345SCR 26的还原剂投放量。在确认350NOx从SCR 26渗漏的实施例中，SCR可能欠载。在另一个这样的实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以小于约15％，小于约10％或小于约5％。方法300可以在稳定状态情况下实施。具体而言，当SCR处于稳定状态时，可以将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联。
可选地，方法300还可以包括以下各项中的一个或多个：调整360还原剂36投配率以减少NOx渗漏，以及确认370上游NOx传感器60存在故障。在一些实施例中，SCR 26的还原剂投放量可以小于约15％，小于约10％或小于约5％。在一个这样的实施例中，SCR 26内的还原剂可选地几乎全部被消耗掉。
图4示出了用于检测废气处理系统的故障传感器的方法400。该系统包括被配置为以可变投配率接收还原剂的SCR 26、上游NOx传感器60和下游NOx传感器62，如图1所示。方法400可以包括利用上游NOx信号和还原剂投配信号通过SCR化学模型确定410SCR还原剂投放量和SCR26NOx还原量中的一个或多个，将上游NOx信号与下游NOx信号进行比较420，确定430系统目标，调整440SCR还原剂36投配率以实现系统目标，将SCR还原剂投配信号方向与下游NOx信号方向进行关联450，以确定是否至少部分地实现了系统目标，并且如果尚未至少部分地实现系统目标，则确认460上游NOx传感器存在故障。在一些实施例中，确定步骤410是可选的。方法400可以在稳定状态情况下实施。
在一些情况下，当与下游NOx传感器62信号进行比较420时，故障上游NOx传感器60不正确地检测到NOx水平低于实际的NOx工艺水平，这可能导致SCR 26投配逻辑不正确地推断还原剂36从SCR 26泄漏出来。因此，确定420系统目标将包括减少还原剂36泄漏，调整440还原剂36投配将包括减少还原剂36投配。在调整440还原剂36投配之后，将SCR26还原剂36投配信号方向与下游NO x信号方向进行关联450，这可能表示下游NOx信号增加(即NOx渗漏)。因此，方法400能够将上游NOx传感器60诊断为故障。特别地，方法400能够将上游NOx传感器60诊断为错误地检测到NOx值低于实际的工艺值。在一些实施例中，SCR 26的还原剂36投放量可以小于约15％，小于约10％或小于约5％。在一个这样的实施例中，SCR 26内的还原剂36可选地几乎全部被消耗掉。
在一些情况下，当与下游NOx传感器62信号进行比较420时，故障上游NOx传感器60不正确地检测到NOx水平低于实际的NOx工艺水平，这可能导致SCR 26投配逻辑不正确地推断SCR 26上游的NOx浓度增加。因此，确定420系统目标将包括减少NOx物质的增加量，调整440还原剂36投配将包括增加还原剂36投配。在调整440还原剂36投配之后，将SCR 26还原剂36投配信号方向与下游NO x信号方向进行关联450，这可能表示下游NOx信号增加(即还原剂泄漏)。因此，方法400能够将上游NOx传感器60诊断为故障。特别地，方法400能够将上游NOx传感器60诊断为错误地检测到NOx值低于实际的工艺值。在一些实施例中，SCR过载。在一些实施例中，SCR 26的还原剂36投放量可以是至少约85％，至少约90％或至少约95％。在一个这样的实施例中，SCR 26可以几乎充满还原剂36。方法400可以在稳定状态情况下实施。具体而言，当SCR处于稳定状态时，可以将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联。
虽然以上描述了示例性实施例，但这些实施例并不旨在描述权利要求书所涵盖的所有可能的形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的其他实施例。虽然各种实施例可能已被描述为提供优点或针对一个或多个所需特性而言优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员将认识到可以修改一个或多个特征或特性，以便根据特定的应用和实施方式，实现所需的总体系统属性。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性能、生命周期成本、市场竞争力、外观、包装、尺寸、适用性能，重量、制造性能、易于组装等。因此，被描述为针对一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式的实施例也属于本发明的范围，并且对于特定应用而言可能是需要的。

Claims (10)

1.一种用于监测废气处理系统的选择性催化还原装置(SCR)的性能的方法，其中所述系统包括被配置为以可变投配率接收还原剂的SCR以及设置在所述SCR下游的下游NOx传感器，所述方法包括：
将SCR还原剂投配信号方向与SCR下游NOx信号方向进行关联，以确定操作相关性；并且
利用所述操作相关性，确定NOx从所述SCR渗漏以及还原剂从所述SCR泄漏中的一个或多个；
其中负操作相关性表示NOx从所述SCR渗漏的变化，以及正操作相关性表示还原剂从所述SCR泄漏的变化，所述上游NOx信号由所述上游NOx传感器测量，以及所述下游NOx信号由所述下游NOx传感器测量。
2.一种用于控制废气处理系统的选择性催化还原装置(SCR)的方法，其中所述系统包括被配置为以可变投配率接收还原剂的SCR，其中还原剂投配由SCR化学模型控制，以便利用一个或多个SCR还原剂投配信号以及一个或多个上游SCR NOx信号得到所需的SCR NOx还原量，从而确定SCR还原剂投放量和SCR NOx还原量中的一个或多个，上游NOx传感器设置在所述SCR的上游，下游NOx传感器设置在所述SCR的下游，所述方法包括：
利用所述上游NOx信号和所述还原剂投配信号，通过所述SCR化学模型确定SCR还原剂投放量和SCR NOx还原量中的一个或多个；
利用所述SCR化学模型确认还原剂从所述SCR泄漏；
调整所述还原剂投配率，以减少还原剂从所述SCR泄漏；
随后将所述SCR还原剂投配信号方向与所述SCR下游NOx信号方向进行关联，以确定操作相关性；并且
利用所述操作相关性确认NOx从所述SCR渗漏；
其中所述上游NOx信号由所述上游NOx传感器测量，所述下游NOx信号由所述下游NOx传感器测量，所述还原剂投配信号包括以下各项中的一个或多个：所测量的送入所述SCR的还原剂的流速、由所述SCR化学模型控制的还原剂投配率、由所述SCR化学模型控制的还原剂投配量以及由所述SCR化学模型控制的还原剂投配体积。
3.一种用于检测废气处理系统的故障传感器的方法，其中所述系统包括被配置为以可变投配率接收还原剂的选择性催化还原装置(SCR)、设置在所述SCR上游的上游NOx传感器以及设置在所述SCR下游的下游NOx传感器，所述方法包括：
将上游NOx信号与下游NOx信号进行比较；
确定系统目标；
调整所述SCR还原剂投配率以实现所述系统目标；
将SCR还原剂投配信号方向与所述下游NOx信号方向进行关联，以确定是否至少部分地实现了所述系统目标；并且
如果尚未至少部分地实现所述系统目标，则确认上游NOx传感器存在故障；
其中所述上游NOx信号由所述上游NOx传感器测量，并且所述下游NOx信号由所述下游NOx传感器测量。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括在进行关联后，确定所述SCR的还原剂投放量，其中在确定负操作相关性时，所述SCR的还原剂投放量不足，在确定正操作相关性时，所述SCR的还原剂投放量过量。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中正操作相关性包括(1)递增的SCR还原剂投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，并表示从所述SCR泄漏的还原剂增加；或者包括(2)递减的SCR还原剂投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，并表示从所述SCR泄漏的还原剂减少。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中负操作相关性包括(1)递增的SCR还原剂投配信号方向以及递减的下游NOx信号方向，并表示来自所述SCR的减少的NOx渗漏；或者包括(2)递减的SCR还原剂投配信号方向以及递增的下游NOx信号方向，并表示来自所述SCR的增加的NOx渗漏。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述SCR处于稳定状态时，将所述SCR还原剂投配信号方向与所述SCR下游NOx信号方向进行关联。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述SCR还原剂投配信号方向包括递减的信号方向，所述SCR下游NOx信号方向包括递增的信号方向。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括在将SCR还原剂投配信号方向与所述SCR下游NOx信号方向进行关联后，确定所述SCR的还原剂投放量不足。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括在确认NOx从所述SCR渗漏后，调整所述还原剂投配率以减少NOx渗漏。
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