TWI533921B - 氣體互感現象分析系統及其分析方法 - Google Patents
氣體互感現象分析系統及其分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI533921B TWI533921B TW103111284A TW103111284A TWI533921B TW I533921 B TWI533921 B TW I533921B TW 103111284 A TW103111284 A TW 103111284A TW 103111284 A TW103111284 A TW 103111284A TW I533921 B TWI533921 B TW I533921B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- gas
- signal
- sensing
- frequency signal
- unit
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 11
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 204
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 137
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 79
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 43
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 43
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N urea;hydrate Chemical compound O.NC(N)=O WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 claims description 5
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 31
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 3
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 3
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241000238876 Acari Species 0.000 description 1
- LRDAUUGUXQIHED-UHFFFAOYSA-N N.[N]=O Chemical compound N.[N]=O LRDAUUGUXQIHED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003933 environmental pollution control Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0037—NOx
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0054—Ammonia
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
- F01N11/005—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus the temperature or pressure being estimated, e.g. by means of a theoretical model
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
本發明係有關於一種感測訊號分析方法及分析系統，尤指一種氣體互感現象分析系統及其分析方法。
由於現代工業產生氮氧化物、硫化物及其他揮發性有機化合物的過度排放，在各地造成酸雨、霾害及臭氧減少等災害，已經對人類健康及生態環境構成巨大的威脅。硫化物及其他揮發性有機化合物的排放量已經隨著煉油技術的精進獲得改善，因此去除廢氣中的氮氧化物嚴然成為當前環境污染治理的重要任務之一。
以發動機排氣檢測作為例子，現今最有效減少發動機所排放的氮氧化物(NOx)廢氣是利用尿素水溶液產生之氨氣做為還原劑之選擇性還原催化(selective catalyst reduction；SCR)後處理系統。在選擇性還原催化後處理系統中，氮氧化物感測器(NGK/Continental Smart Sensor；SNS)被廣泛地運用於監測和控制氮氧化物廢氣排放。但是高濃度的氨氣易與氮氧化物感測器產生互感現象(cross
sensitivity)，使氮氧化物感測器的輸出訊號無法辨別是氮氧化物廢氣造成或是氨氣所造成的。因此將使選擇性催化還原後處理系統之控制邏輯判斷錯誤，使過量氨氣噴入造成浪費，而且過量的氨氣會與廢氣中的硫化物形成污染物污染選擇性催化還原後處理系統中的催化劑，降低氮氧化物廢氣減量效率。
習用技術的改善作法有二種。其一係利用兩個氮氧化物感測器分別設於選擇性催化還原後處理系統的上游及下游，利用時變相位處理上下游氮氧化物感測器之訊號來判別氨氣是否過量。其二係於選擇性還原催化後處理系統加裝發動機排氣直接採樣單元，利用化學發光分析儀計算氨氣濃度值。然而，上述習用技術都需另再加裝氮氧化物感測器或特殊裝置，不僅造成成本提高，也使整體系統複雜度增加及重量加重。
因此，本發明之目的是在提供一種氣體互感現象分析系統及其分析方法，並且本發明能運用於在各種產生廢氣排放之裝置，期待能解決上述之各種問題。
依據本發明一方法態樣之一實施方式，係提出一種氣體互感現象分析方法，其步驟包含：擷取一第一氣體的一噴注頻率訊號。產生一第二氣體感測訊號。接著轉換以時間為單位的第二氣體感測訊號為以頻率為單位的一第二氣體感測頻率訊號。接著判斷第二氣體感測頻率訊號之峰
值頻率，產生一感測峰值頻率訊號。最後分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號，若噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號奇異，則分析結果為發生氣體互感現象。
藉此方法態樣的實施方式，本發明可由分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號，得知分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號是否發生奇異，來判斷是否發生氣體互感現象，進而使整體系統成本、複雜度及重量降低。
前述方法態樣實施方式中的其他實施例如下：前述之第二氣體感測訊號可利用快速傅立葉轉換來轉換為第二氣體感測頻率訊號。前述之分析噴注頻率訊號及感測峰值頻率訊號可利用噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號相減取絕對值產生一差值，將差值與一標準值做分析比較，當差值小於標準值則第二氣體感測訊號為一正確值，當差值大於標準值則第二氣體感測訊號為一錯誤值。
依據本發明一系統態樣之一實施方式，係利用前述之氣體互感現象分析方法，專門提出一種氣體互感現象分析系統，其包含：一第一氣體擷取單元、一第二氣體感測單元、一訊號轉換單元、一峰值頻率判斷單元及一訊號分析單元。其中第一氣體擷取單元係用於擷取一噴注頻率訊號。第二氣體感測單元係用於產生一第二氣體感測訊號。訊號轉換單元與第二氣體感測單元電性連接，其中訊號轉換單元利用快速傅立葉轉換將第二氣體感測訊號轉換為一第二氣體感測頻率訊號。峰值頻率判斷單元與訊號轉換單元電性連接，其中峰值頻率判斷單元判斷第二氣體感測頻
率訊號後輸出一感測峰值頻率訊號。訊號分析單元與第一氣體擷取單元及峰值頻率判斷單元電性連接，其中訊號分析單元係用以分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號。
藉此系統態樣之實施方式，可由訊號分析單元分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號，得知分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號是否發生奇異，來判斷是否發生氣體互感現象，進而使整體系統成本、複雜度及重量降低。
前述系統態樣實施方式中的其他實施例如下：前述之氣體互感現象分析系統可另包含一選擇性還原催化單元。前述之選擇性還原催化單元係利用一第一氣體將一第二氣體轉換成一無毒氣體。前述之第一氣體可為氨氣，第二氣體可為氮氧化物。前述之噴注頻率訊號為氨氣噴注頻率訊號。前述之第二氣體感測單元可為一氮氧化物感測器。前述之第一氣體可由尿素水汽化產生。
本發明所述之奇異是指噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號之頻率差距太大，意即噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號之頻率差值大於標準值。
本發明方法態樣及系統態樣不但適用於發動機排氣檢測、動力載具引擎檢測及相關具有氣體互感現象的排氣檢測領域，皆可運用本發明做氣體互感現象檢測。
100、110、120、130、140‧‧‧步驟
200‧‧‧氣體互感現象分析系統
210‧‧‧選擇性還原催化單元
220‧‧‧第一氣體擷取單元
230‧‧‧第二氣體感測單元
240‧‧‧訊號轉換單元
250‧‧‧峰值頻率判斷單元
260‧‧‧訊號分析單元
270‧‧‧顯示單元
280‧‧‧尿素水容置器
第1圖繪示本發明之氣體互感現象分析方法步驟圖。
第2圖繪示本發明之氣體互感現象分析系統架構圖。
第3A圖繪示本發之第二氣體感測單元所感測之氮氧化物感測訊號量測圖。
第3B圖繪示第3A圖之氨氣與氮氧化物比例-時間圖。
第3C圖繪示第3A圖之局部放大圖。
第4A圖至第4D圖，其繪示本發明之氮氧化物感測頻率訊號於不同氨氣與氮氧化物的比例下之強度-頻率圖。
請參照第1圖，其繪示本發明之氣體互感現象分析方法步驟圖，其步驟包含：步驟100，擷取一第一氣體的一噴注頻率訊號。步驟110，產生一第二氣體感測訊號。步驟120，轉換以時間為單位的第二氣體感測訊號為以頻率為單位的一第二氣體感測頻率訊號。步驟130，判斷第二氣體感測頻率訊號之峰值頻率，產生一感測峰值頻率訊號。步驟140，分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號，若噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號奇異，則分析結果為發生氣體互感現象。
上述之第二氣體感測訊號係利用快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)來轉換為第二氣體感測頻率訊號。其中快速傅立葉轉換為利用有效方式簡化離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform)運算時間，其係將複數個資料x的序列中(x1,x2,.....,xn-1)轉換為有限組合之複數正弦曲線的，其數學式如下：
前述之分析噴注頻率訊號(fpump)及感測峰值頻率訊號(fpeak)中，可利用噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號相減取絕對值產生一差值(| fpeak-fpump |)，將差值與一標準值(ε)做分析比較，當差值小於標準值(| fpeak-fpump |<ε)則第二氣體感測訊號為一正確值；當差值大於標準值則第二氣體感測訊號為一錯誤值，代表發生氣體互感現象。
前述之標準值的訂定是為避免感測峰值頻率訊號與噴注頻率訊號兩者可能因頻率解析度不足產生誤差，進而影響演算法的判讀而訂定的。此標準值大小取決於快速傅立葉轉換之資料的取樣時間(sampling time)長短，其中取樣時間與標準值呈現負相關性，也就是說較長的取樣時間可設計較小的標準值，較短的取樣時間需要設計較大的標準值。
請參照第2圖，其繪示本發明之氣體互感現象分析系統200架構圖，其係應用於柴油引擎車輛上。第2圖之氣體互感現象分析系統200包含：一選擇性還原催化單元210、一第一氣體擷取單元220、一第二氣體感測單元230、一訊號轉換單元240、一峰值頻率判斷單元250及一訊號分析單元260。其中選擇性還原催化單元210係利用一第一氣體將一第二氣體轉換成一無毒氣體。第一氣體擷取單元220係用於擷取一噴注頻率訊號。第二氣體感測單元230係用
於產生一第二氣體感測訊號。訊號轉換單元240與第二氣體感測單元230電性連接，其中訊號轉換單元240係利用快速傅立葉轉換將第二氣體感測訊號轉換為一第二氣體感測頻率訊號。峰值頻率判斷單元250與訊號轉換單元240電性連接，其中峰值頻率判斷單元250判斷第二氣體感測頻率訊號後輸出一感測峰值頻率訊號。訊號分析單元260與第一氣體擷取單元220及峰值頻率判斷單元250電性連接，其中訊號分析單元260係用以分析噴注頻率訊號與感測峰值頻率訊號。
前述之氣體互感現象分析系統200中，訊號分析單元260與一顯示單元270電性連接，顯示單元270除了顯示訊號分析單元260所接收之噴注頻率訊號及感測峰值頻率訊號，也顯示訊號分析單元260所判斷是否發生氣體互感現象之結果。
前述之第一氣體為氨氣(NH3)，第二氣體可為氮氧化物(NOX)。前述之氣體互感現象分析系統200中，另包含一尿素水容置器280，尿素水(urea，(NH2)2CO)係用以提供選擇性還原催化單元210所需之氨氣，尿素水產生氨氣之化學反應表示如下：(NH2)2CO+H2O → 2NH3+CO2。
尿素水為目前常見用以提供選擇性還原催化單元210中所需之氨氣，其原因是尿素水為無毒性且容易儲存運送，當尿素水濃度為32.5%時，其最低的凝結溫度為負11℃，所以可以符合大部分地區使用；且當尿素水濃度為32.5
%時，為一無色之水溶液，且其pH值約9.0~9.5之間，於室溫下可汽化成氨氣。
前述之選擇性還原催化單元210中，觸媒(catalyst)材料可以為五氧化二釩(V2O5)、三氧化鎢(WO3)或二氧化鈦(TiO2)等。
當氮氧化物與氨氣進入選擇性還原催化單元210中，氮氧化物與氨氣發生化學反應後產生無毒無害的氮氣與水氣，其所發生化學反應表示為下列化學式：
前述之第二氣體感測單元230為一氮氧化物感測器。目前市面習用氮氧化物感測器由NGK/Continental所生產的，其中氮氧化物感測器外殼係利用二氧化鋯(ZrO2)製造而成，其目的是使氮氧化物感測器能承受800℃之高溫。
氮氧化物感測器於高濃度氨氣環境下，易產生氣體互感現象，使氮氧化物感測器輸出的感測訊號無法辨別是氮氧化物或是氨氣所造成的。因此本發明利用快速傅立葉轉換做訊號分析，藉此辨別氮氧化物感測器輸出的感測訊號是否發生氣體互感現象，並得知氨氣(NH3)洩漏的時機。
請同時參照第3A圖及第3B圖。第3A圖繪示本發
之第二氣體感測單元所感測之氮氧化物感測訊號量測圖；第3B圖繪示第3A圖中氨氣與氮氧化物比例-時間圖。
由第3B圖可知，第二氣體感測單元整體量測時間
為900秒，量測時間900秒內步階調變氨氣與氮氧化物的比例四次，其中氨氣與氮氧化物的比例分別為0.35、0.65、1及1.35；前述調變氨氣與氮氧化物的比例係利用控制氨氣噴注頻率，當氨氣噴注頻率提高，表示氨氣噴注的量變多，進而使得氨氣與氮氧化物的比例提高。
由第3A圖可知，第二氣體感測單元所量測之氮氧
化物感測訊號曲線呈現震盪形式，無法由訊號曲線無法辨別是氮氧化物造成或是氨氣所造成的，除了在500至600秒區間，當氨氣與氮氧化物的比例為1時，氮氧化物感測訊號曲線呈現較少震盪及雜訊，表示氨氣與氮氧化物的化學反應較完全。由第3C圖可知，即使放大第3A圖中300至400秒區間，氮氧化物感測訊號曲線仍呈現震盪形式，依然無法辨別訊號曲線是氮氧化物造成或是氨氣所造成的。
請同時參照第4A圖至第4D圖，其繪示本發明之
氮氧化物感測頻率訊號於不同氨氣與氮氧化物的比例下之強度-頻率圖。其中以頻率為單位的氮氧化物感測頻率訊號是由以時間為單位的氮氧化物感測訊號經快速傅立葉轉換計算而來。
由第4A圖可知，當氨氣與氮氧化物的比例為
0.35、氨氣噴注頻率為0.1(1/秒)時，氮氧化物感測頻率
訊號峰值處之頻率與虛線所代表之氨氣噴注頻率皆在0.1(1/秒)，代表氮氣噴注頻率訊號與氮氧化物感測峰值頻率訊號無奇異，則表示氮氧化物感測器之感測訊號未發生氣體互感現象，即訊號呈現真實的氮氧化物(NOx)濃度。
由第4B圖可知，當氨氣與氮氧化物的比例為
0.65、氨氣噴注頻率為0.195(1/秒)時，氮氧化物感測頻率訊號峰值處之頻率與虛線所代表之氨氣噴注頻率皆在0.2(1/秒)，代表氮氣噴注頻率訊號與氮氧化物感測峰值頻率訊號無奇異，則表示氮氧化物感測器之感測訊號未發生氣體互感現象，即訊號呈現真實的氮氧化物(NOx)濃度。
由第4C圖可知，當氨氣與氮氧化物的比例為1、
氨氣噴注頻率為0.295(1/秒)時，氮氧化物感測頻率訊號峰值處之頻率與虛線所代表之氨氣噴注頻率皆靠近0.3(1/秒)時，代表氮氣噴注頻率訊號與氮氧化物感測峰值頻率訊號無奇異，則表示氮氧化物感測器之感測訊號未發生氣體互感現象，即訊號呈現真實的氮氧化物(NOx)濃度。
由第4D圖可知，當氨氣與氮氧化物的比例為
1.35、氨氣噴注頻率為0.4(1/秒)時，氮氧化物感測頻率訊號峰值處之頻率與虛線所代表之氨氣噴注頻率相距過大時，代表氮氣噴注頻率訊號與氮氧化物感測峰值頻率訊號有奇異，則表示氮氧化物感測器之感測訊號發生氣體互感現象，即有洩漏的尿素影響訊號，使氮氧化物(NOx)讀值失準而產生高估。
本發明之氣體互感現象分析方法及分析系統不但
適用於發動機排氣檢測、動力載具引擎檢測及相關具有氣體互感現象的排氣檢測領域，皆可運用本發明做氣體互感現象檢測。
綜合上述，本發明利用快速傅立葉轉換做訊號分析運用於氣體互感現象分析方法及分析系統有以下優勢：其一，達到可快速辨別是否發生氣體互感現象；其二，達到防止過量氨氣噴入造成之浪費，也同時防止過量的氨氣與廢氣中的硫化物形成之污染物，進而降低選擇性還原催化單元之氮氧化物廢氣減量效率；其三，達到降低系統之成本、複雜度及重量，係因為本發明之氣體互感現象分析系統不需另外加裝氮氧化物感測器或其他特殊裝置。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、110、120、130、140‧‧‧步驟
Claims (8)
- 一種氣體互感現象分析方法，包含以下步驟：擷取一第一氣體的一噴注頻率訊號；產生一第二氣體感測訊號；轉換該第二氣體感測訊號為一第二氣體感測頻率訊號，係利用快速傅立葉轉換將以時間為單位的該第二氣體感測訊號轉換為以頻率為單位的該第二氣體感測頻率訊號；判斷該第二氣體感測頻率訊號之峰值頻率，產生一感測峰值頻率訊號；以及將該噴注頻率訊號與該感測峰值頻率訊號相減取絕對值產生一差值，將該差值與一標準值做分析比較；當該差值小於該標準值，則該第二氣體感測訊號為一正確值，則判斷未發生氣體互感現象；當該差值大於該標準值，則該第二氣體感測訊號為一錯誤值，則判斷該噴注頻率訊號與該感測峰值頻率訊號奇異而發生氣體互感現象。
- 一種氣體互感現象分析系統，包含：一第一氣體擷取單元，其用於擷取一噴注頻率訊號；一第二氣體感測單元，其用於產生一第二氣體感測訊號；一訊號轉換單元，其與該第二氣體感測單元電性連接，該訊號轉換單元利用快速傅立葉轉換將該第二氣體感測訊號轉換為一第二氣體感測頻率訊號； 一峰值頻率判斷單元，其與該訊號轉換單元電性連接，該峰值頻率判斷單元判斷該第二氣體感測頻率訊號後輸出一感測峰值頻率訊號；以及一訊號分析單元，其與該第一氣體擷取單元及該峰值頻率判斷單元電性連接，該訊號分析單元係用以比對該噴注頻率訊號與該感測峰值頻率訊號相減取絕對值後所產生一差值與一標準值；當該差值小於該標準值，則該第二氣體感測訊號為一正確值，則判斷未發生氣體互感現象；當該差值大於該標準值，則該第二氣體感測訊號為一錯誤值，則判斷該噴注頻率訊號與該感測峰值頻率訊號奇異而發生氣體互感現象。
- 如請求項2之氣體互感現象分析系統，另包含一選擇性還原催化單元。
- 如請求項3之氣體互感現象分析系統，其中該選擇性還原催化單元利用一第一氣體將一第二氣體轉換成一無毒氣體。
- 如請求項4之氣體互感現象分析系統，其中該第一氣體為氨氣，該第二氣體為氮氧化物。
- 如請求項2之氣體互感現象分析系統，其中該噴注頻率訊號為氨氣噴注頻率訊號。
- 如請求項2之氣體互感現象分析系統，其中該第二氣體感測單元為一氮氧化物感測器。
- 如請求項2之氣體互感現象分析系統，其中該第一氣體係由尿素水汽化產生。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103111284A TWI533921B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 氣體互感現象分析系統及其分析方法 |
| US14/334,760 US9575041B2 (en) | 2014-03-26 | 2014-07-18 | Gas cross-sensitivity analysis method and system thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103111284A TWI533921B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 氣體互感現象分析系統及其分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201536402A TW201536402A (zh) | 2015-10-01 |
| TWI533921B true TWI533921B (zh) | 2016-05-21 |
Family
ID=54189948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103111284A TWI533921B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 氣體互感現象分析系統及其分析方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9575041B2 (zh) |
| TW (1) | TWI533921B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201800003831A1 (it) * | 2018-03-21 | 2019-09-21 | Fpt Motorenforschung Ag | Metodo di analisi di un segnale generato da un sensore di nox di un catalizzatore scr attivo e relativo metodo e sistema di controllo dell'scr attivo |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BRPI0520558A2 (pt) | 2005-09-29 | 2009-05-12 | Volvo Lastvagnar Ab | um método de diagnóstico para um sistema de pós-tratamento de exaustão |
| DE102007022594A1 (de) | 2007-05-14 | 2008-11-27 | Robert Bosch Gmbh | Diagnoseverfahren für ein in einen Abgasbereich einer Brennkraftmaschine einzubringendes Reagenzmittel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| US8061126B2 (en) * | 2008-07-30 | 2011-11-22 | GM Global Technology Operations LLC | Nitrogen oxide estimation downstream of a selective catalytic reduction catalyst |
| US8096110B2 (en) | 2008-11-19 | 2012-01-17 | GM Global Technology Operations LLC | Ammonia (NH3) storage control system and method at low nitrogen oxide (NOx) mass flow rates |
| US9133749B2 (en) | 2009-07-10 | 2015-09-15 | Kevin Andrew Gady | Ammonia storage set-point control for selective catalytic reduction applications |
| EP2339136B1 (en) | 2009-12-23 | 2013-08-21 | FPT Motorenforschung AG | Method and device for controlling an scr catalytic converter of a vehicle |
| US8733083B2 (en) | 2010-04-26 | 2014-05-27 | Cummins Filtration Ip, Inc. | SCR catalyst ammonia surface coverage estimation and control |
| US9476338B2 (en) | 2010-05-03 | 2016-10-25 | Cummins Inc. | Ammonia sensor control, with NOx feedback, of an SCR aftertreatment system |
| US8510024B2 (en) | 2010-09-09 | 2013-08-13 | GM Global Technology Operations LLC | Model-based diagnostic method and system for a selective reduction catalyst device in a vehicle |
| DE102010060099A1 (de) | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Ford Global Technologies, Llc. | Verfahren zum Anpassen eines SCR Katalysators in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs |
| US9234447B2 (en) | 2010-12-10 | 2016-01-12 | GM Global Technology Operations LLC | System and method for determining selective catalytic reduction dosing system performance using an ammonia sensor |
| WO2012129179A1 (en) | 2011-03-18 | 2012-09-27 | Cummins Inc. | A method and apparatus to control selective catalytic reduction systems in feedback |
| US9080488B2 (en) | 2011-03-24 | 2015-07-14 | Ford Global Technologies, Llc | Method for estimating slippage of a selective catalyst reduction system |
| US8281578B2 (en) | 2011-03-24 | 2012-10-09 | Ford Global Technologies, Llc | Method for correcting an estimate of NH3 stored within a selective catalyst reduction system |
| DE102011077246B3 (de) | 2011-06-09 | 2012-06-06 | Ford Global Technologies, Llc | Filterungsverfahren und Filter für einen NOx Sensor eines Abgassystems |
| EP2541011A1 (en) | 2011-06-30 | 2013-01-02 | Ford Global Technologies, LLC | A method for minimizing ammonia slip from SCR catalysts |
| US8800272B2 (en) | 2011-07-15 | 2014-08-12 | Ford Global Technologies, Llc | System and method for processing NHD slippage of a selective catalyst reduction system |
| EP2755012A4 (en) * | 2011-09-08 | 2015-04-22 | Horiba Ltd | GAS ANALYSIS DEVICE AND METHOD FOR DETECTING CONTAMINATION USED THEREIN |
| US8881508B2 (en) * | 2011-10-31 | 2014-11-11 | Commins Inc. | SCR control system utilizing a differential NH3 and NOx measurement using an exhaust gas sensor coupled with a micro SCR catalyst |
| CN102854184B (zh) | 2012-09-07 | 2014-07-02 | 天津世纪动力科技发展有限公司 | 发动机尾气中氨气、氮氧化物共测专用测量系统 |
-
2014
- 2014-03-26 TW TW103111284A patent/TWI533921B/zh active
- 2014-07-18 US US14/334,760 patent/US9575041B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150276698A1 (en) | 2015-10-01 |
| TW201536402A (zh) | 2015-10-01 |
| US9575041B2 (en) | 2017-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9482137B2 (en) | Method and algorithm for diagnosing an NH3 sensor in an SCR system using measurements from two channels of the sensor | |
| Hsieh et al. | Design and experimental validation of an extended Kalman filter-based NOx concentration estimator in selective catalytic reduction system applications | |
| US9151736B2 (en) | Quality sensor apparatus | |
| CN101949317B (zh) | 识别选择性催化还原应用中氨不漏失的条件 | |
| RU2623003C2 (ru) | Способ обнаружения отравления серой в системе очистки выхлопа | |
| US20160209383A1 (en) | Nox sensor diagnostic system and method | |
| US9790835B1 (en) | Catalyst failure detection based combined ammonia to NOx ratios, conversion inefficiency values and ammonia slip values | |
| US20150020505A1 (en) | Method for calculating the no2 content at the inlet of a selective reduction catalyst and device for the implementation of this method | |
| RU2667863C1 (ru) | Выявление и количественное определение утечек аммиака после системы избирательного каталитического восстановления оксидов азота | |
| CN104458869A (zh) | 氨逃逸在线监测分析方法及仪器 | |
| Aliramezani et al. | Estimating tailpipe NOx concentration using a dynamic NOx/ammonia cross sensitivity model coupled to a three state control oriented SCR model | |
| TWI533921B (zh) | 氣體互感現象分析系統及其分析方法 | |
| US20230193807A1 (en) | Obd sensor response diagnostics and anti tamper device | |
| CN104989503A (zh) | 一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测方法及观测系统 | |
| Jones et al. | Smart Sensing and Decomposition of NOₓ and NH₃ Components from Production NOₓ Sensor Signals | |
| Qiu et al. | The prediction of fuel injection quality using a NOx sensor for the on-board diagnosis of heavy-duty diesel engines with SCR systems | |
| US20190120113A1 (en) | Exhaust gas treatment system for a motor vehicle | |
| CN105089756B (zh) | 气体互感现象分析系统及其分析方法 | |
| Childress et al. | A decomposition algorithm for a class of nonlinear dynamic systems with cross-sensitive output measurement | |
| EP3084162B1 (en) | Method and control assembly for operating an exhaust gas system | |
| CN203310747U (zh) | 一种氨逃逸监测装置 | |
| Li et al. | Nitrogen species measurement investigation using two different FTIR | |
| Li et al. | Tuneable diode laser spectroscopy correction factor investigation on ammonia measurement | |
| CN110886640A (zh) | 一种NOx超标判定方法、装置及系统 | |
| Bur et al. | Hierarcical strategy for quantification of NO x in a varying background of typical exhaust gases |