專利名稱：氨配量系統(tǒng)中的監(jiān)視器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氨配量系統(tǒng)，該系統(tǒng)將氣態(tài)氨從氨儲存罐中提供到廢氣中，以通過選擇性的催化還原反應(yīng)(SCR)對廢氣中的氮氧化物(NOx)進行后處理。
背景技術(shù)：
選擇性的催化還原反應(yīng)(SCR)是廢氣后處理技術(shù)，該技術(shù)能使某種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在廢氣中的氮氧化物(NOx)和以氣態(tài)引入到SCR催化劑上游的排氣系統(tǒng)內(nèi)以夾帶在流向催化劑的廢氣中的氨(NH3)之間，其中催化反應(yīng)將NOx轉(zhuǎn)換為氮氣(N2)和水(H20)。使用SCR技術(shù)來后處理由內(nèi)燃機運行所產(chǎn)生的發(fā)動機廢氣的機動車輛，都攜帶儲存在一個或多個罐中的車載的氨供應(yīng)源。如此的罐構(gòu)造成可從車上拆下，以在服務(wù)站內(nèi)重新充氣，并重新裝到車內(nèi)。氯化鍶是一種儲存介質(zhì)的實例，其存在于罐中用于儲存固態(tài)的氨，并在將氨加熱到氨釋放溫度時釋放出儲存的氣態(tài)氨。因為NOx的選擇性的催化還原反應(yīng)在沒有氨的情況下不會發(fā)生，所以，有關(guān)氨配量系統(tǒng)中氨量的信息是有用的，可避免氨儲存罐和排氣系統(tǒng)之間氨流動的可能的丟失或中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明引入獲取有關(guān)氨配量系統(tǒng)中氨量信息的裝置和方法，其通過使用光學(xué)方法探測的氨來獲得如此的信息。通常被認(rèn)為不能用光學(xué)方法探測的某些氣體可通過某些工藝使其可用光學(xué)方法進行探測。在氨分子中形成所謂的“熒光團吸收對”的工藝，可使氨用光學(xué)方法進行探測。熒光團吸收對輻射出特征波長的吸收能。已經(jīng)賦予光學(xué)地可探測特性的氣體可以稱作發(fā)光的或熒光的。盡管術(shù)語“發(fā)光體”和“熒光體”在科學(xué)文獻中用作為可用光學(xué)方法探測的分子的術(shù)語，但顯然，后者被用來表征前者的某些種類。在氨分子中形成熒光體吸收對的工藝建議，該分子是熒光體，即為一般描述符“發(fā)光體”的一種種類。本申請人將在本文中使用術(shù)語“發(fā)光體”作為光學(xué)可探測分子的一般描述符。這里披露的裝置和方法可用于處理通過SCR后處理系統(tǒng)的發(fā)動機廢氣的氨配量系統(tǒng)中，SCR后處理系統(tǒng)使用含有氨發(fā)光體的氨來工作。氨配量系統(tǒng)中存在氨發(fā)光體提供了氨的發(fā)光性，其使氨可由光學(xué)檢測裝置來探測。光學(xué)檢測裝置特殊的檢測能力是所采用的特殊光學(xué)檢測技術(shù)的一種功能，并可從僅區(qū)分氨的存在和不存在擴展到測量氨量和/或氨流量。這里披露了裝置的若干個實施例。本裝置和方法可減少含有很少或沒有氨的氨儲存罐被安裝在車輛內(nèi)的可能性。
本裝置和方法可指明氨儲存罐內(nèi)存在的氨量。本裝置和方法可指明從氨儲存罐流出的氨量。所披露主體的總的方面涉及一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機包括含括SCR催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)；包括儲存罐和遞送裝置的氨配量系統(tǒng)，儲存罐具有含有可光學(xué)探測的氨的內(nèi)部，上述遞送裝置從儲存罐內(nèi)部將可光學(xué)探測的氨遞送到廢氣后處理系統(tǒng)，夾帶發(fā)動機廢氣流向SCR系統(tǒng)，以用催化劑轉(zhuǎn)換發(fā)動機廢氣中的N0X。氨發(fā)光體的監(jiān)視器包括至少一個光學(xué)探測器，用于探測氨配量系統(tǒng)中氨發(fā)光體的發(fā)光性。該監(jiān)視器包括提供信號的裝置，該信號區(qū)分由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的高發(fā)光性和由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的低發(fā)光性。至少一個光學(xué)檢測器提供了該至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值，而監(jiān)視器將該至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值轉(zhuǎn)換為氨的量化的測量值。當(dāng)氨的量化的測量值小于預(yù)定量時，監(jiān)視器提供信號報警。 儲存罐包括一端口，儲存罐通過該端口單獨地連接到遞送裝置，至少一個光學(xué)檢測器布置成觀察儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體的發(fā)光性。當(dāng)儲存罐端口連接到遞送裝置且至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性大于預(yù)定發(fā)光性時，操作一蓋子以允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動。當(dāng)儲存罐端口連接到遞送裝置且至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性小于預(yù)定發(fā)光性時，操作一蓋子不允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動。在一披露的實施例中，蓋子和至少一個光學(xué)檢測器安裝在遞送裝置上。所披露主體的另一總的方面涉及一種探測氨配量系統(tǒng)中氨量的方法，氨配量系統(tǒng)將氨遞送給內(nèi)燃機廢氣后處理系統(tǒng)，以夾帶廢氣流向SCR催化劑，用于NOx催化劑轉(zhuǎn)換。該方法包括在氨配量系統(tǒng)中安裝含有氨發(fā)光體的氨儲存罐；操作氨配量系統(tǒng)將氨從氨儲存罐遞送到廢氣后處理系統(tǒng)；以及使用至少一個光學(xué)檢測器探測氨配量系統(tǒng)中氨發(fā)光體的發(fā)光性。該方法包括提供信號的裝置，該信號區(qū)分由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的高發(fā)光性和由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的低發(fā)光性。該方法包括使用由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值來量化氨的測量值。當(dāng)氨的量化的測量值小于預(yù)定量時，該方法提供信號報警。該方法包括布置至少一個光學(xué)檢測器來觀察儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體的發(fā)光性。當(dāng)至少一個光學(xué)檢測器探測到氨發(fā)光體的發(fā)光性大于預(yù)定發(fā)光性時，允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動，而當(dāng)至少一個光學(xué)檢測器探測到氨發(fā)光體的發(fā)光性小于預(yù)定發(fā)光性時，則不允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動。


圖1是一內(nèi)燃機的總的示意圖，該內(nèi)燃機使用SCR通過與引入到廢氣中的氨的化學(xué)反應(yīng)來轉(zhuǎn)化發(fā)動機廢氣中的NOx。
圖2是顯示更多細(xì)節(jié)的示意圖。圖3是類似于圖2但示出不同實施例的示意圖。
具體實施例方式圖1不出一代表性的內(nèi)燃機10,其可用于固定的或移動的設(shè)備中。例如,發(fā)動機10可以是推進諸如卡車那樣機動車類型的柴油機，其包括形成多個發(fā)動機缸12的結(jié)構(gòu)，燃料注射器14將燃料注射到缸12內(nèi)，當(dāng)控制允許空氣從吸氣集管20流入相應(yīng)發(fā)動機缸12內(nèi)的發(fā)動機缸吸氣閥18打開時，燃料就與通過吸氣系統(tǒng)16進入發(fā)動機缸12的燃燒腔室空間內(nèi)的空氣燃燒。發(fā)動機10還包括排氣系統(tǒng)22，為運行發(fā)動機10而向燃燒腔室空間內(nèi)注入的燃料通過燃燒形成的發(fā)動機廢氣通過該排氣系統(tǒng)排放到大氣中。發(fā)動機缸排氣閥24控制廢氣允許其從相應(yīng)的發(fā)動機缸12排入廢氣集管26內(nèi)，以進一步傳送通過排氣系統(tǒng)22。排氣系統(tǒng)22包括廢氣后處理系統(tǒng)28，其包括SCR催化劑30，在廢氣進入大氣之前，SCR催化劑用來處理通過廢氣后處理系統(tǒng)28的廢氣。氨配量系統(tǒng)32為催化劑轉(zhuǎn)換廢氣中NOx提供氣態(tài)的氨。氨配量系統(tǒng)32包括至少一個氨儲存罐34和氨計量控制器36，該氨計量控制器控制氨通過氨遞送裝置38提供給廢氣后處理系統(tǒng)28，并監(jiān)測氨配量系統(tǒng)中的氨。圖2示出其中一個儲存罐34，其包括具有位于一個軸向端的端口 42的有圍壁的封殼40，儲存罐通過端口單獨地連接到氨遞送裝置38。氨遞送裝置38包括終止在配件44的管形導(dǎo)管，端口 42單獨地連接到該配件44。配件44含有至少一個光學(xué)檢測器46和可選擇定位的蓋子48。氨儲存罐34包括含有氨儲存介質(zhì)50的內(nèi)部，該內(nèi)部用于儲存固態(tài)氨和在加熱到釋放溫度時釋放儲存的氣態(tài)氨。儲存的氨包括氨發(fā)光體，儲存的氨量足以保證至少一個光學(xué)檢測器46可探測到，即使殘存在氨儲存罐34內(nèi)的剩余氨達到需要更換氨儲存罐之時，也能達到上述要求。圖2示出至少一個光學(xué)檢測器46，其布置成可觀察到氨儲存罐內(nèi)部的可被光學(xué)探測到的氨的發(fā)光性。至少一個檢測器46和諸如裝置52那樣的相關(guān)裝置形成了氨發(fā)光體的監(jiān)視器54。特殊監(jiān)視器54的特殊探測能力是所采用的特殊光學(xué)探測技術(shù)的功能。監(jiān)視器可具有不只僅探測氨存在與否的能力，還具有測量氨量和/或氨流量的能力。裝置52的功能是提供區(qū)分信號，該信號可區(qū)分出至少一個光學(xué)檢測器46探測到的氨發(fā)光體的高發(fā)光性和至少一個光學(xué)檢測器46探測到的氨發(fā)光體的低發(fā)光性。低發(fā)光性包括無發(fā)光性。至少一個光檢測器46提供氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值，該至少一個光檢測器46能使監(jiān)視器54將至少一個光檢測器46探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值轉(zhuǎn)換成罐34內(nèi)氨
的量化測量值。監(jiān)視器54可在量化的氨測量值小于預(yù)定量時提供信號報警。這在發(fā)信號告知目前使用的氨儲存罐中的氨接近耗盡且應(yīng)安上新氨儲存罐時是很有用的。當(dāng)端口 42連接到配件44上，以使至少一個光學(xué)檢測器46可探測到氨儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體的發(fā)光性，且探測到的發(fā)光性大于預(yù)定發(fā)光性時，氨配量控制器36通過致動器(未示出)來定位蓋子48，以允許氨在氨儲存罐內(nèi)部和后處理系統(tǒng)28之間流動。當(dāng)端口 42連接到配件44上，且至少一個光學(xué)檢測器46探測到氨發(fā)光體的發(fā)光性小于預(yù)定發(fā)光性時，氨配量控制器36使蓋子48定位，不準(zhǔn)許氨在氨儲存罐內(nèi)部和后處理系統(tǒng)之間流動。因為存在著與氨配量控制器36相關(guān)的至少一個光學(xué)檢測器46和蓋子48，所以，探測氨儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體發(fā)光性的至少一個光學(xué)檢測器46，將會證實新安裝的氨儲存罐內(nèi)氨的存在，其后，氨配量控制器36操作蓋子48而允許氨流動。當(dāng)先前的氨儲存罐脫離與配件44的連接而不允許流動時，蓋子48已呈關(guān)閉位置，如果新安裝的氨儲存罐內(nèi)氨的存在未得到證實，則氨配量控制器36使蓋子48保持在同樣的關(guān)閉位置。圖3的實施例與圖2實施例的不同之處在于，至少一個光學(xué)檢測器46和蓋子48安裝在氨儲存罐端口 42上，而不是安裝在配件44上。至少一個光學(xué)檢測器46和用于操作蓋子48的致動器都連接到裝置52上，如圖所示的位于端口 42之后的氨配量控制器36已經(jīng)連接到配件44上。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機包括 廢氣后處理系統(tǒng)，所述廢氣后處理系統(tǒng)包括SCR催化劑； 氨配量系統(tǒng)，所述氨計量系統(tǒng)包括儲存罐和遞送裝置，所述儲存罐具有含有氨發(fā)光體的內(nèi)部，而遞送裝置用于從儲存罐內(nèi)部將氨提供到廢氣后處理系統(tǒng)，夾帶發(fā)動機廢氣流向SCR催化劑，以用催化劑轉(zhuǎn)換發(fā)動機廢氣中的NOx。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，其特征在于，包括氨發(fā)光體的監(jiān)視器，其包括至少一個光學(xué)探測器，用于探測氨配量系統(tǒng)中氨發(fā)光體的發(fā)光性。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，其特征在于，該監(jiān)視器包括提供信號的裝置，該信號區(qū)分由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的高發(fā)光性和由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的低發(fā)光性。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，其特征在于，至少一個光學(xué)檢測器提供了該至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值，而監(jiān)視器將該至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值轉(zhuǎn)換為氨的量化的測量值。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機，其特征在于，當(dāng)氨的量化的測量值小于預(yù)定量時，監(jiān)視器提供信號報警。
6.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，其特征在于，儲存罐包括端口，儲存罐通過該端口單獨地連接到遞送裝置，至少一個光學(xué)檢測器布置成觀察儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體的發(fā)光性。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機，其特征在于，包括蓋子，當(dāng)儲存罐的端口連接到遞送裝置且至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性大于預(yù)定發(fā)光性時，該蓋子允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動，而當(dāng)儲存罐端口連接到遞送裝置且至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性小于預(yù)定發(fā)光性時，該蓋子不允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機，其特征在于，蓋子和至少一個光學(xué)檢測器安裝在遞送裝置上。
9.一種探測氨配量系統(tǒng)中氨量的方法，氨配量系統(tǒng)將氨遞送給內(nèi)燃機廢氣后處理系統(tǒng)，以夾帶廢氣流向SCR催化劑，用于NOx的催化劑轉(zhuǎn)換，該方法包括 在氨配量系統(tǒng)中，安裝含有氨發(fā)光體的氨儲存罐； 操作氨配量系統(tǒng)，將氨從氨儲存罐遞送到廢氣后處理系統(tǒng)；以及 使用至少一個光學(xué)檢測器來探測氨配量系統(tǒng)中氨發(fā)光體的發(fā)光性。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法包括提供信號的裝置，該信號區(qū)分由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的高發(fā)光性和由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的低發(fā)光性。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法包括使用由至少一個光學(xué)檢測器探測到的氨發(fā)光體的發(fā)光性測量值來量化氨的測量值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)氨的量化的測量值小于預(yù)定量時，該方法包括提供信號報警。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法包括布置至少一個光學(xué)檢測器來觀察儲存罐內(nèi)部的氨發(fā)光體的發(fā)光性，當(dāng)至少一個光學(xué)檢測器探測到氨發(fā)光體的發(fā)光性大于預(yù)定發(fā)光性時，允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動，而當(dāng)至少一個光學(xué)檢測器探測 到氨發(fā)光體的發(fā)光性小于預(yù)定發(fā)光性時，則不允許氨在儲存罐內(nèi)部和廢氣后處理系統(tǒng)之間流動。
全文摘要
氨配量系統(tǒng)具有儲存罐以及遞送裝置，儲存罐內(nèi)部含有氨發(fā)光體；遞送裝置用來從儲存罐內(nèi)部將氨提供到廢氣后處理系統(tǒng)，以夾帶發(fā)動機廢氣流向SCR催化劑，以用催化劑轉(zhuǎn)換發(fā)動機廢氣中的NOx。
文檔編號F01N11/00GK103046990SQ20121038863
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者J·C·布拉德利, A·J·庫克, L·A·達特斯科弗斯基, M·C·巴切 申請人:萬國卡車知識產(chǎn)權(quán)有限公司