用于確定表示還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定表示車輛(1)的選擇性催化還原(SCR)模塊(10)中的還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：SCR模塊(10)，所述SCR模塊(10)具有用于運送氣流的至少一個通道(14)和用于轉化NOx排放的SCR催化劑(12)，且具有沿軸向方向(A)的延伸；至少一個第一天線單元(20)，該第一天線單元(20)被構造成發(fā)送和接收微波信號。此外，第一天線單元(20)布置在SCR模塊(10)的外部且構造成向SCR催化劑(12)發(fā)送微波信號(ST)并接收在SCR模塊(10)內反射回來的微波信號(SR)。所述系統(tǒng)還包括處理電路(80)，該處理電路(80)連接到第一天線單元(20)，且構造成確定所發(fā)送的微波信號(ST)與所接收到的反射回來的微波信號(SRef,R)之間的差值(d)，并基于所確定的、所發(fā)送的微波信號(ST)與所接收到的反射回來的微波信號(SRef,R)之間的差值(d)來確定表示SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于確定表示車輛的系統(tǒng)中的還原劑量的參數(shù)的方法。
【專利說明】
用于確定表示還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定表示車輛的選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一天線單元，該第一天線單元被構造成發(fā)送和接收微波信號。本發(fā)明還涉及一種用于接收排氣的排氣后處理系統(tǒng)，該排氣后處理系統(tǒng)包括用于確定表示車輛的選擇性催化還原模塊中的還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種產生排氣并包括排氣后處理系統(tǒng)的內燃機。另外，本發(fā)明還涉及一種包括排氣后處理系統(tǒng)的車輛。
[0002]另外，本發(fā)明還涉及一種用于確定表示車輛的系統(tǒng)中的還原劑量的參數(shù)的方法。
[0003]本發(fā)明能夠應用在重型車輛中，例如卡車、大客車和建筑設備。雖然在下文中將針對卡車來描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這種特定的車輛，而是也可用在其他類型的車輛中，例如小汽車、工業(yè)建筑機械、輪式裝載機等。
【背景技術】
[0004]發(fā)動機(特別是柴油驅動的內燃機以及現(xiàn)有技術中已知的其他發(fā)動機)產生排氣，這種排氣含有數(shù)種空氣污染物，包括一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物NO和NO2(NOx)、以及包含含碳物質或碳煙的微粒物(PM)。
[0005]然而，汽車市場上的當前的監(jiān)管條件導致對現(xiàn)有車輛中提高燃油經濟性并降低排放的、不斷增加的需求。此外，隨著對環(huán)境問題和健康危險的不斷增加的關注，廢氣排放法規(guī)正變得越來越嚴格。這些監(jiān)管條件必須與消費者對車輛的高性能和快速響應的需求相平衡。
[0006]因此，考慮到環(huán)境保護和節(jié)約有限的化石能源供應，減少來自柴油機的排氣中的氮氧化物(NO和NO2,被稱為NOx)和微粒物(PM)已成為非常重要的問題。配備有柴油機或其他稀燃發(fā)動機的車輛提供了提高燃油經濟性的好處，但由于排氣中的氧的高含量，在這種系統(tǒng)中通過常規(guī)手段對NOx進行催化還原是困難的。
[0007]為了減少排氣中的NOx量，一些發(fā)動機配備有選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，它將NOx和氨(NH3)的混合物轉化為氮氣(N2)和水(H2O)。例如，US 2008/0060348 Al公開了一種用于還原NOx的排氣后處理系統(tǒng)，它包括第一 SCR催化劑、第二 SCR催化劑、以及位于所述第一 SCR催化劑和第二 SCR催化劑之間的微粒過濾器。
[0008]這種類型的系統(tǒng)是基于如下原理:S卩，通過將還原劑主動噴射到進入SCR催化劑的排氣混合物內來連續(xù)地去除NOx，從而實現(xiàn)高的NOx轉化效率。基于尿素的SCR催化劑系統(tǒng)使用氣態(tài)氨作為該主動NOx還原劑。
[0009]典型地，車輛本身攜帶有尿素的水溶液，且使用噴射系統(tǒng)將該尿素的水溶液供應到進入SCR催化劑系統(tǒng)的排氣流中，在該SCR催化劑系統(tǒng)內，尿素的水溶液分解為氫氰酸(NHCO)和氣態(tài)氨(NH3)，該氣態(tài)氨然后用于轉化NOx。
[0010]然而，在這種系統(tǒng)中，必須非常精確地控制尿素的噴射水平。尿素的噴射不足可能導致非最優(yōu)的NOx轉化，而過度噴射則可能導致排氣尾管的氨泄漏?！鞍毙孤笔枪I(yè)術語，它是指氨在未發(fā)生反應的情況下穿過SCR系統(tǒng)。
[0011]通常，可在車輛的運行期間連續(xù)地獲得SCR催化劑系統(tǒng)的NOx轉化效率，例如通過布置在SCR催化劑下游的至少一個NOx傳感器。
[0012]然而，常規(guī)的SCR催化劑系統(tǒng)經常(即使不總是)需要校正或調節(jié)，以便以有效而可靠的方式運行。所述調節(jié)的一部分涉及確保氣流中的氨的正確分布和通過SCR催化劑的均勻的氣體速度。若不進行調節(jié)，則SCR催化劑系統(tǒng)可能由于未有效利用SCR催化劑的表面區(qū)域而呈現(xiàn)低效率的NOx還原以及過多的氨泄漏。所述調節(jié)的另一方面涉及確定對于所有工藝條件的正常的氨流動。通常，基于從氣流中獲取的NOx測量值或基于來自發(fā)動機制造商的預定性能曲線來控制氨流動。不幸的是，基于預定性能曲線來控制氨流動是非常復雜的，因為必須事先知道幾乎所有未來的運行狀況，以正確地設計、校正和調節(jié)SCR催化劑系統(tǒng)。另夕卜，這種SCR過程要求對氨噴射速率的精確控制。然而，通過監(jiān)測NH3的量來控制SCR催化劑系統(tǒng)是最小化排放的核心。
[0013]NH3的噴射不足可能導致不可接受的低NOx轉化，即，當NH3的量太少時，NOx排放將穩(wěn)定增長。太高的噴射速率會導致氨不希望地釋放到大氣中，即，當NH3的量太大時，SCR系統(tǒng)內的N2O產生量和到氨泄漏催化劑(ASC)中的氨泄漏都將增加。在SCR系統(tǒng)的下游使用氨泄漏催化劑(ASC)，以最小化氨泄漏。因此，到氨泄漏催化劑(ASC)中的氨泄漏的增加通常使
N2O和NO產生量增加。
[0014]如上所述，氨泄漏可能發(fā)生在氨被過多地噴射到排氣流中時，如果溫度太低而導致氨不發(fā)生反應或如果SCR催化劑已劣化的話。實際上，溫度可能是SCR系統(tǒng)的最大限制之一，尤其是因為柴油機在起動期間有一段時間排氣溫度太低而不發(fā)生NOx還原。通常，氨泄漏隨著溫度的升高而減少，而SCR系統(tǒng)內的NOx轉化可隨著溫度而增加或減少，這取決于特定的溫度范圍和催化劑系統(tǒng)。
[0015]至少出于這些原因，認為關鍵的是控制NH3的量，以最好地滿足現(xiàn)行的和未來的監(jiān)管條件。
[0016]已進行了數(shù)次嘗試來實現(xiàn)這一點。例如，在WO2013/010897 Al中，公開了一種測量系統(tǒng)，它使用微波來測量SCR催化劑的NH3載荷狀態(tài)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行測量以確定SCR催化劑的電氣特性，而且，當不能確定載荷狀態(tài)時，所述測量用作該測量系統(tǒng)的校正值。在一個示例中，該系統(tǒng)包括至少一個天線。在另一個示例中，該系統(tǒng)設有一組兩個天線，一個天線布置在SCR催化劑的前方，另一個天線布置在SCR催化劑后方。其目的是測量該SCR系統(tǒng)內存儲的氣體物的總量。此信息被用于控制或診斷催化劑的狀態(tài)，例如老化、損壞等。
[0017]然而，控制SCR系統(tǒng)中的NH3的量(S卩，還原劑的量)是很麻煩的操作，且由于噪聲、不精確的應用以及與診斷和控制該SCR系統(tǒng)有關的其他困難而經常涉及復雜的校正過程。因此，在現(xiàn)有技術中存在著對如下的更有效的系統(tǒng)的需求:該系統(tǒng)用于控制SCR系統(tǒng)和確定該系統(tǒng)中的還原劑的量，例如NH3的量。
[0018]另一個與當前的排氣后處理系統(tǒng)相關的問題是該系統(tǒng)的物理尺寸以及現(xiàn)代車輛中的有限的可用空間，從而使該排氣后處理系統(tǒng)的安置非常困難。
[0019]如果能夠確保用于確定SCR系統(tǒng)中的還原劑量的系統(tǒng)可以安裝在已知的或商業(yè)上可用的車輛內，而無需對所述車輛的排氣后處理系統(tǒng)進行大的改動，則是非常有益的。

【發(fā)明內容】

[0020]本發(fā)明的目的是提供一種改進的且可靠的、用于確定選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量(例如NH3的量)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠測量在SCR模塊的給定的軸向距離處存儲的NH3的量。此目的至少部分地通過根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定表示車輛的選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0022]-SCR模塊，所述SCR模塊具有用于運送氣流的至少一個通道和用于轉化NOx排放的SCR催化劑，并具有沿軸向方向A的延伸，
[0023]-第一天線單元，該第一天線單元被構造成發(fā)送微波信號St并接收微波信號Sr，
[0024]此外，
[0025]-該第一天線單元布置在SCR模塊的外部，且構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊內反射回來的微波信號SRef,R。
[0026]另外，該系統(tǒng)還包括:
[0027]-處理電路，所述處理電路連接到第一天線單元，且構造成確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，并基于所確定的、所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRf3f,R之間的第一差值d來確定表示SCR催化劑中的Mfe量的參數(shù)。
[0028]典型地，所述還原劑可以是無水氨、氨水或尿素中的至少一種。典型地，所述還原劑量可與NH3量相關。因此，在下文及整個說明書中，所述還原劑量可以稱為Mfe量。
[0029]通過本發(fā)明的原理，可提供一種能夠確定表示在給定的軸向距離X處的SCR催化劑中的NH3量的參數(shù)的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明允許確定NH3量的分布。另外，本發(fā)明有助于更精確地測量SCR模塊中的NH3量(在下文中有時也稱為NH3載荷緩沖)，且有助于更好的尿素噴射控制。典型地，所述處理電路的構造可包括射頻(RF)頻譜分析，以確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRef,R之間的差值。另外或替代地，所述處理電路的構造可包括射頻(RF)頻譜分析，以確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的微波信號SmR之間的差值。
[0030]在本申請的整個文本中，將更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點，并且這些優(yōu)點也被總結如下:
[0031 ]-該系統(tǒng)可允許連續(xù)地測量SCR模塊的NH3量的分布。通過連續(xù)地測量SCR模塊內的NH3量，該SCR模塊可持續(xù)地被更新且改進。因此，將不僅能夠控制緩沖大小(如當前所進行的)，而且也能夠控制其分布。
[0032]-該系統(tǒng)可通過更高地利用SCR模塊的SCR過程而允許更高的NOx轉化。
[0033]-該系統(tǒng)可允許SCR模塊的SCR體積的減小。
[0034]-該系統(tǒng)可有助于減少氨泄漏，甚至使得能夠避免氨泄漏。
[0035]-該系統(tǒng)可有助于減少ASC中的N2O或NO的產生。
[0036]-該系統(tǒng)可允許更好地利用尿素。以此方式，能夠減少排氣后處理系統(tǒng)內的尿素的浪費。
[0037]-該系統(tǒng)可進一步使得排氣后處理系統(tǒng)中的ASC變得多余。
[0038]-該系統(tǒng)可允許連續(xù)地測量SCR模塊的狀態(tài)，包括SCR催化劑的狀態(tài)。以此方式，能夠考慮到可利用的最大氨存儲容量。[0039 ]-該系統(tǒng)可允許實現(xiàn)對SCR失活進行補償。
[0040]-該系統(tǒng)可進一步提高涉及關于噴射器或稀釋的尿素的、NOx轉化效率故障的穩(wěn)定性。例如，本發(fā)明允許檢測并區(qū)分如下情形:尿素計量故障，SCR故障和老化。
[0041]考慮到現(xiàn)有技術的系統(tǒng)(其包括布置在SCR模塊內的天線、或布置在SCR模塊的前部或后部以及沿軸向方向上觀察時布置在排氣流中的天線)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0042]-該系統(tǒng)可允許也在高NH3流動下的覆蓋度的測量，而基于拉姆達傳感器技術的當前的NH3傳感器是受到限制的。
[0043]-該系統(tǒng)可更容易地安裝和構建(假定該系統(tǒng)可耐受更高的溫度)。
[0044]-該系統(tǒng)可更容易在車間內更換，因為它位于SCR模塊的外部。
[0045]-該系統(tǒng)可提供提高的精度，因為該系統(tǒng)通過SCR模塊的整個橫截面進行測量。
[0046]-該系統(tǒng)可降低SCR模塊內部和外部的流動擾動。
[0047]這些技術效果的背后存在多種原因，下文將進一步詳述這些原因。
[0048]本發(fā)明是基于如下見解:S卩，控制NH3量的一個困難是離開系統(tǒng)(SO)的NOx與氨運送動態(tài)之間的時間常數(shù)的差異。改變離開發(fā)動機(EO)的NOx流動導致SO NOx的大的中間響應。使用正常工作的NOx傳感器，可測量并相應地控制此動態(tài)。然而，這不適合于由于如下事實導致的NH3的量:S卩，在軸向方向A上通過反應、吸附和解吸的組合來運送氨。一種類似情況是考慮從入口向出口的作為緩慢翻滾涌流的氨運送。例如，如果由于某些原因在緩沖分配中出現(xiàn)“孔隙”，則所述孔隙將維持并被緩慢地運向出口，且該SCR過程的一部分未被使用。如果由于某些原因發(fā)生“顛簸流(bump)”，則所述顛簸流也將被緩慢地運向出口且可能導致氨泄漏和/或ASC內的N2O產生。此外，在緩沖分配改變的同時，駕駛員的動作(所述動作例如影響了質量流動、溫度和NOx流動)發(fā)揮作用并且也影響緩沖。在此上下文中，應注意至IJ，由于緩沖的慣性，軸向緩沖分布不能被常規(guī)的傳感器檢測到。傳感器在最好的情況下僅能給出對于平均緩沖大小的估計。
[0049]現(xiàn)有技術的系統(tǒng)的一個常見問題是緩沖被錯誤地預測。此外，當前未考慮到SCR的老化狀態(tài)，這意味著未考慮到最大氨存儲容量。
[0050 ]另外，僅控制了總緩沖大小，而不是所述分布。在軸向方向上均勻分布的緩沖可應對高質量流動和低質量流動，而不均勻分布的緩沖僅能應對低質量流動，這導致不必要的排放。此外，均勻分布的緩沖意味著利用了整個SCR模塊的長度，這與當前的情形不同，這意味著SCR模塊能夠形成得更小，更廉價。
[0051]影響緩沖的一個重要參數(shù)是尿素噴射量(dosing)。目前，不存在檢測尿素噴射器故障(過度噴射或噴射不足)或尿素質量問題(例如，被稀釋)的方式。
[0052]SCR的老化狀態(tài)也是一個重要參數(shù)，因為總緩沖容量(S卩，能夠存儲的氨的總量)隨著老化的增加而減小。然而，老化并非簡單地是行駛距離的函數(shù)，因為溫度歷史也具有重要性。因此，如果老化狀態(tài)未知，則總是存在過度噴射尿素(增加的燃料成本、N2O和NH3排放)，或噴射不足(增加的NOx排放)的風險。通過測量在例如每次停駐再生(導致穩(wěn)態(tài)溫度和流動)時的緩沖，能夠連續(xù)地監(jiān)測老化狀態(tài)。
[0053]考慮到以上情況，本發(fā)明提供了一種能夠確定表示SCR催化劑中的NH3量的參數(shù)的系統(tǒng)，從而允許確定離入口(即SCR模塊的前端)的給定距離處的氨覆蓋度，以更好地應對上述問題和參數(shù)。換言之，通過本發(fā)明，能夠確定催化劑中的NH3量的分布。
[0054]在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，應注意的是，該SCR模塊在此有時可稱為包括催化材料的催化石，和/或包括SCR催化劑的SCR系統(tǒng)。
[0055]通過提議將第一天線單元布置在SCR模塊的外部且構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊內反射回來的微波信號Sr，能夠提供一種利用微波來確定表示SCR模塊中的NH3量的參數(shù)的非干預式系統(tǒng)。因此，以上提議意味著該天線單元布置在排氣流的外部。換言之，該天線布置在SCR模塊的外部且因此布置在排氣流的外部，這與布置在SCR模塊內且因此布置在排氣流內的情形相反。
[0056]所述“參數(shù)”例如可涉及NH3的濃度。這種類型的參數(shù)可以指絕對濃度值，例如moI/dm3或g/ml等，或者指相對濃度表示值。因此，確定表示NH3量的參數(shù)也可涉及所確定的包括SCR催化劑的SCR模塊中的濃度與基準值或先前確定的濃度之間的比較。所述參數(shù)也可以指包括SCR催化劑的SCR模塊中的NH3分子的檢測值。另外或替代地，所述參數(shù)可簡單地稱為NH3量。
[0057]應注意到的是，在本發(fā)明的上下文中，“差值”或“第一差值”可以指所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號Sm,R之間的微波頻譜信號的差值。
[0058]典型地，這些信號被從同一個天線單元(S卩，第一天線單元)發(fā)送和接收。類似地，如果安裝了不止一個天線，則“第二差值”、“第三差值”等可以指從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第二 (或第三)天線單元接收到的所接收的微波信號Sr2之間的微波頻譜信號的差值。通過使用處理電路，可將這些差值中的任一個轉換為NH3的覆蓋度，即NH3的量，例如通過預定的算法來進行轉換。因此，能夠基于所確定的、所發(fā)送的微波信號與所接收到的微波信號之間的差值來確定表示SCR催化劑中的NH3量的信號。
[0059]從天線單元發(fā)送的信號通常處于具有預定無線電頻率的帶寬內。替代地，多個信號可由具有不同預定頻率的天線單元發(fā)送。通過知道所發(fā)送的信號的無線電頻率，能夠確定所發(fā)送的信號與所接收到的反射回來的信號或所接收到的信號之間的差值。此分析通常由所述處理電路執(zhí)行。
[0060]所述“差值”可對應于脈沖的差值、幅值的差值和/或頻譜能量的差值。替代地，所述差值可對應于衰減的差值。更具體地，所述“差值”可以指所發(fā)送的微波的幅值大小與所接收到的反射回來的微波的幅值大小之間的差值。類似地，所述“差值”可以指所發(fā)送的微波的幅值大小與所接收到的微波的幅值大小之間的差值。類似地，所述“差值”可以指所發(fā)送的微波的脈沖與所接收到的反射回來的微波或所接收到的微波的脈沖之間的差值。例如，將所發(fā)送的信號的脈沖的預定點(例如谷值或峰值)與所接收到的反射回來的信號的脈沖的預定點的位置進行比較。類似地，將所發(fā)送的信號的脈沖的預定點(例如谷值或峰值)與所接收到的信號的脈沖的預定點的位置進行比較。即，在所發(fā)送的信號與所接收到的反射回來的信號或所接收到的信號之間確定脈沖的改變。
[0061]因此，本發(fā)明是基于如下原理:S卩，通過分析在一個給定頻率下或優(yōu)選在多個給定頻率下的幅值、衰減和/或相位的改變，能夠確定所接收到的微波與所發(fā)送的微波之間的差升。
[0062]不限于任何理論，本發(fā)明是通過如下事實來實現(xiàn)的:S卩，在包括SCR催化劑的SCR模塊內存在由于金屬和周圍環(huán)境(下文中稱為M-S)的分開的荷電屬性而導致的電場分布。因此，存在給出了 M-S的特定介電特性的電場分布。這些介電特性可由微波雷達檢測并產生微波信號頻譜。換言之，當NH3分子被吸附在SCR催化劑的表面上時，NH3分子結合到金屬原子而形成了復合物NH3-M-S ο當NH3分子和金屬原子之間的化學結合已形成時，電場將改變。即，M-S-NH3復合物(吸附NH3之后)將具有與M-S復合物(吸附NH3分子之前)不同的電場。因此，當NH3分子被附著時，微波信號頻譜也將不同。因此，通過測量和確定所發(fā)送的微波信號與所接收到的微波信號之間的差異，能夠檢測到SCR催化劑的介電特性的這種改變。
[0063]因此，應容易認識到的是，表述“選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量”在此可以指由于上述原理而結合到SCR催化劑的還原劑量。在一個示例中，還原劑被吸附到SCR催化劑上。然而，在表述“選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量”或“結合到SCR催化劑的還原劑量”中，也可想到其他化學反應。
[0064]因此，表述“確定表示選擇性催化還原(SCR)模塊中的還原劑量的參數(shù)”在此可以指確定表示與選擇性催化還原(SCR)模塊中的SCR催化劑結合的還原劑量的參數(shù)。
[0065]在一個示例性實施例中，所述處理電路可構造成執(zhí)行對所接收到的信號的頻譜分析，以檢測所接收到的信號與所發(fā)送的信號之間的差異。該天線單元可以是頻率可調信號源，它掃描微波信號的頻率，以獲得在預定RF范圍內的不同頻率的多個射頻信號。此外，所述處理電路被構造成分析多個RF信號的不同頻率下的幅值和/或相位，以估算所述差值。
[0066]當噴射還原劑時(例如含氨的流體還原劑，例如尿素)，所述還原劑的在排氣通道內形成活性劑氣態(tài)氨的分解反應要求在噴射位置處的排氣的特定溫度水平以實現(xiàn)大致完全的分解，例如通常為大約200攝氏度。因此，在該系統(tǒng)的運行期間，SCR模塊可典型地還包含還原劑，例如NH3分子。換言之，SCR催化劑與氨反應以催化地去除排氣中的NOx排放。
[0067]因此，應容易地認識到，在該系統(tǒng)的運行期間，SCR模塊適于接收還原劑，如上所述。該還原劑可典型地由噴射器提供。
[0068]此外，由于對SCR模塊和SCR催化劑的狀態(tài)的更好的控制，本發(fā)明的設備因而導致改善的NOx排放控制。
[0069]微波是電磁輻射的形式，其波長范圍從長至一米至短至一毫米，或替代地，其頻率在300MHz (0.3GHz)至300GHz之間。射頻(RF)是在大約3kHz至300GHz的范圍內的振蕩速率。
[0070]術語“處理電路”可以指控制單元和/或可包括微處理器、微控制器、可編程數(shù)字信號處理器或其他可編程裝置。所述處理電路也可包括或可替代地包括特定的應用集成電路、可編程門陣列或可編程陣列邏輯器件、可編程邏輯器件或數(shù)字信號處理器。在所述處理電路包括諸如上述微處理器、微控制器或可編程數(shù)字信號處理器等的可編程裝置時，該處理器還可包括控制所述可編程裝置的運行的計算機可執(zhí)行代碼。
[0071]典型地，所述處理電路可基于對所接收到的RF信號的頻譜分析來確定所述差值，該頻譜分析是通過分析不同頻率下的幅值和/或相位來進行。通過檢測在選定的頻率下的幅值和/或相位的改變，所述處理電路能夠將所發(fā)送的信號與所接收到的信號進行比較。在掃頻信號的情況中，所述處理電路可利用掃頻范圍內的頻率的全部或一部分，以用于執(zhí)行信號分析的目的。在帶有較大帶寬的復合RF信號的情況下，所述處理電路可連接到由一個或多個濾波器(例如帶通濾波器)組成的組，以過濾出所接收的復合RF信號的感興趣的部分，并在頻譜分析中使用該頻率部分。
[0072]可基于所述接收到的信號的當前頻譜值(在一個或多個頻率下的幅值/相位，或在多個頻率下幅值/相位之比)與先前確定的所發(fā)送的信號的頻譜值的比較來確定所述差值。先前確定的所發(fā)送的信號的頻譜值可基于先前時間實例(time instance)下的頻譜分析。
[0073]該系統(tǒng)可用于確定SCR模塊和SCR催化劑的狀態(tài)。該“狀態(tài)”在此可以指SCR模塊的老化狀態(tài)。作為示例，該系統(tǒng)可構造成基于所確定的表示NH3量的參數(shù)來診斷SCR模塊和SCR催化劑。例如，假定SCR已被硫再生且已知老化狀態(tài)，則可通過所確定的表示NH3量的參數(shù)來診斷如下故障中的每一個:
[0074]-在停駐再生結束時當該系統(tǒng)已冷卻到合理溫度時，噴射略高于化學計量比的尿素。通過已知老化且已知該系統(tǒng)未發(fā)生硫中毒，則可計算在沿SCR模塊的軸向方向觀察的各個長度處的氨覆蓋度，并將其與測量值進行比較。如果差值高于容許極限，則OBD系統(tǒng)可診斷該尿素噴射系統(tǒng)發(fā)生故障。
[0075]-通過連續(xù)地測量老化狀態(tài)，將SCR故障(泄漏、開裂等)從作為NOx轉化和NH3存儲的突然改變的失活過程區(qū)分開。
[0076]如后文中將進一步描述的，本發(fā)明可安裝并用于任何類型的車輛中，例如重型車輛，如卡車、大客車和建筑設備。
[0077]在一個示例性實施例中，提供了一種用于確定表示車輛的選擇性催化還原(SCR)模塊中的NH3量的參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0078]- SCR模塊，該SCR模塊具有用于運送氣流的至少一個通道和用于轉化NOx排放物的SCR催化劑，且具有沿軸向方向A的延伸，
[0079]-至少第一天線單元，該第一天線單元被構造成發(fā)送微波信號St并接收微波信號Sr，
[0080]此外，
[0081]-該第一天線單元布置在SCR模塊的外部，且構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊內反射回來的微波信號SRef,R。
[0082]另外，該系統(tǒng)還包括:
[0083]-處理電路，該處理電路連接到第一天線單元，且構造成確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，并基于所確定的、所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d來確定表示SCR催化劑中的Mfe量的參數(shù)。
[0084]典型地，所述還原劑可包括無水氨、氨水或尿素中的至少一種，或它們的混合物。
[0085]通過實施從屬權利要求的一個或數(shù)個特征來實現(xiàn)另外的優(yōu)點。
[0086]利用將第一天線單元布置在SCR模塊的外部并將其構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St的原理，第一天線單元典型地被構造成越過SCR模塊的橫截面Ta發(fā)送微波信號。
[0087]在此，根據(jù)示例性實施例，第一天線單元可構造成越過SCR模塊的橫截面Ta發(fā)送微波信號。典型地，該微波信號越過與軸向方向A大致垂直地定向的橫截面發(fā)送。如果該SCR模塊被設置為圓柱形模塊的形式，則橫截面Ta是SCR模塊的徑向橫截面。SCR模塊的徑向橫截面典型地垂直于軸向方向A，或至少大致垂直于軸向方向A。
[0088]也可想到的是，SCR模塊也能夠被設置為另一種三維幾何形狀，例如立方體等。在此，橫截面Tr也可對應于其他形狀，例如正方形、矩形等。
[0089]根據(jù)示例性實施例，SCR模塊可構造成與軸向方向A平行地引導氣流，且天線單元可位于沿軸向方向A由SCR模塊在軸向方向A上的兩個端部限定的距離內。換言之，當沿軸向方向A觀察時，該天線單元不位于SCR模塊的前部和/或SCR模塊的后部。該天線單元也不位于排氣通路(通道)內。應注意到的是，第一天線單元的上述構造也適用于本文提及的天線單元中的任一個。
[0090]根據(jù)示例性實施例，該系統(tǒng)還可包括:
[0091]-第二天線單元，該第二天線單元被構造成接收從第一天線單元發(fā)送的微波信號St并連接到所述處理電路，
[0092]-其中，第二天線單元布置在SCR模塊的外部并與第一天線單元間隔開，
[0093]-所述處理電路被構造成確定從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元接收到的所接收的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，和/或確定從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第二天線單元接收到的所接收的微波信號Sr2之間的第二差值d2，以基于所確定的差值d和/或所確定的第二差值d2來確定表示SCR催化劑中的還原劑量(例如，順3量)的參數(shù)。
[0094]通過第一天線單元和第二天線單元的這種布置，能夠去除背景噪聲和/或去除來自發(fā)射器的信號的不穩(wěn)定性的影響。此外，通過使用兩個天線單元或更多個天線單元，能夠從信號中獲得更精確的結果。因此，能夠接收帶有更低噪聲的更多信息。這樣，本示例性實施例進一步有助于更精確地使用微波信號來確定表示NH3量的參數(shù)。另外，由于噪聲更低且信息源更多，變得更容易分析和解釋。也可想到的是，其結果變得更容易理解，即，頻譜分析變得更明確。
[0095]可選地(但不嚴格要求)，第二天線單元可構造成越過SCR模塊的徑向橫截面Tr發(fā)送微波信號。
[0096]根據(jù)示例性實施例，所述系統(tǒng)還可包括:
[0097]-第二天線單元，該第二天線單元被構造成向第一天線單元發(fā)送微波信號St3并連接到所述處理電路，
[0098]-其中，該第二天線單元布置在SCR模塊的外部并與第一天線單元間隔開，
[0099]-所述處理電路被構造成確定從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元接收到的所接收的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，和/或確定從第二天線單元發(fā)送的微波信號St3與由第一天線單元接收到的所接收的微波信號Sr3之間的第三差值d3，以基于所確定的第一差值d和/或所確定的第三差值d3來確定表示SCR催化劑中的還原劑量(例如，順3量)的參數(shù)。
[0100]根據(jù)示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元和第二天線單元可布置在同一軸向距離X處。與具有一個天線單元時的情形相比，這種布置的一個優(yōu)點是:有更多個信息源可用，從而使所述處理電路能夠基于來自兩個差值(即第一差值和第二差值)的輸入來確定更精確的結果。也可想到的是，由于更多個信息源，其結果變得更容易理解，即，頻譜分析變得更明確。
[0101]根據(jù)示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元可布置在同一軸向距離X處。
[0102]根據(jù)示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，多組天線可布置在同一軸向距離X處。
[0103]根據(jù)示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元可與第二天線單元彼此間隔開地布置。這種布置的一個優(yōu)點是該系統(tǒng)變得更容易安裝在排氣后處理系統(tǒng)內，且因此可使所述部件容易在車輛內組裝。
[0104]根據(jù)示例性實施例，第一天線單元的位置和/或第二天線單元的位置沿軸向方向A是可移動的。以此方式，第一天線單元和/或第二天線單元被構造成越過SCR模塊的多個徑向橫截面發(fā)送微波信號，且在沿軸向方向A的多個軸向位置處接收在SCR模塊內反射的信號。基于這種布置，所述處理電路能夠基于在沿軸向方向A的多個軸向位置的每一個處發(fā)送和接收的信號之間的、所確定的差值而將表示SCR催化劑中的NH3量的參數(shù)確定為軸向長度L的函數(shù)。
[0105]根據(jù)示例性實施例，所述系統(tǒng)還可包括被構造成發(fā)送并接收微波信號的第三天線單元，該第三天線單元連接到所述處理電路，布置在SCR模塊的外部并與第一天線單元和第二天線單元間隔開。此外，第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元被構造成在以間歇的方式發(fā)送和接收信號。由此，能夠在沿軸向方向的多個不同位置處執(zhí)行測量。以此方式，該系統(tǒng)能夠接收來自兩個不同的軸向距離處的信息。另外，在這種布置中，三個天線單元以間歇的方式運行。
[0106]應容易認識到的是，第三天線單元可構造成向SCR模塊發(fā)送微波信號。另外或替代地，第三天線單元可構造成向第一天線單元發(fā)送信號并從第一天線單元接收信號。類似地，第三天線單元可構造成向第二天線單元發(fā)送信號并從第二天線單元接收信號。
[0107]根據(jù)示例性實施例，所述處理電路可構造成:
[0108]-確定第一差值、第二差值、第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個，該第四差值是從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第三天線單元接收到的所接收的微波信號Sr5之間的差值，該第五差值是從第三天線單元發(fā)送的微波信號St4與由第一天線單元接收到的所接收的微波信號Sr4之間的差值，和
[0109]-基于所確定的第一差值、第二差值、第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個來確定表示SCR催化劑中的還原劑量的參數(shù)。
[0110]在一個示例性實施例中，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元布置在同一軸向距離處。
[0111]在一個示例性實施例中，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元彼此間隔開。由此，能夠在沿軸向方向的多個不同位置處執(zhí)行測量。以此方式，該系統(tǒng)可從兩個不同的軸向距離處接收信息。根據(jù)示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元可與第二天線單元和第三天線單元間隔開地布置。
[0112]根據(jù)示例性實施例，該系統(tǒng)還可包括包圍SCR模塊的外殼。這些天線單元中的任一個可位于該外殼的外部。替代地，所有天線單元均可布置在該外殼的外部。這種布置方式可有助于該系統(tǒng)的部件(尤其是天線單元)的簡單安裝。另外，能夠提供對SCR模塊的更簡單但更有效的監(jiān)測。該外殼可典型地包括其他部件，例如微粒過濾器和/或氧催化劑。當沿徑向方向R觀察時，該外殼可典型地布置在SCR模塊與第一天線單元之間，或布置在SCR模塊與第一和第二天線單元之間。
[0113]根據(jù)示例性實施例，從第一天線單元、第二天線單元或第三天線單元中的任一個發(fā)射的微波信號可處于具有預定無線電頻率的帶寬內。該無線電頻率可在上述范圍內變化。
[0114]SCR模塊典型地由用作載體的各種陶瓷材料制成，例如氧化鈦，而SCR催化劑(SP，活性催化成分)典型地為堿金屬(例如，銀、鉬和鎢)的氧化物，沸石或各種貴金屬。
[0115]根據(jù)示例性實施例，所述SCR模塊可具有蜂窩結構。該蜂窩形式典型地是均勻涂布在陶瓷載體上或涂覆在基質上的擠壓成型的陶瓷。
[0116]根據(jù)示例性實施例，該SCR催化劑可涂覆在所述蜂窩結構的壁表面上。
[0117]根據(jù)示例性實施例，該SCR催化劑可以是所述蜂窩結構的一部分。
[0118]SCR催化劑幾何結構的另一種通用設計是板型的SCR催化劑。板型的SCR催化劑具有更低的壓降且比蜂窩型更不容易受到堵塞和污染，但板式構造更大且更昂貴。蜂窩構造比板型的SCR催化劑更小，但具有更高的壓降且更容易堵塞。
[0119]根據(jù)示例性實施例，該SCR催化劑可以是基于沸石的催化劑或基于氧化釩的催化劑。
[0120]基于氧化釩(例如，V205/Ti02)的催化劑是有利的，因為這種類型的催化劑不需要NO2以對NOx排放進行有效的選擇性催化還原。緊鄰發(fā)動機或渦輪增壓器出口之后的排氣中基本上無可用的N02。此外，在錯誤使用高硫燃料(例如，>300ppm S)的情況中，基于沸石的SCR催化劑需要升高的溫度(例如600攝氏度)，以去除所吸附的硫化物，從而恢復SCR催化劑的性能。
[0121]基于氧化釩的SCR催化劑一般非常耐受硫且不需要升高的溫度來去除所吸附的硫化物。
[0122]基于沸石的催化劑是有利的，因為它具有寬的有效溫度窗口、良好的耐熱性和有效的NOx還原。
[0123]在本發(fā)明的上下文中，應注意的是，所述天線單元中的任一個可設置為例如拋物線天線、偶極天線、方向天線的形式，或任何其他能夠向物體/介質發(fā)送微波并從物體/介質接收微波的天線的形式。此類型的天線單元具有許多可商用的形式，因此將不進一步描述。對天線單元的類型的選擇通?？扇Q于該系統(tǒng)的尺寸、形狀和/或最終環(huán)境。
[0124]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于接收排氣的排氣后處理系統(tǒng)，該排氣后處理系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
[0125]本發(fā)明的此第二方面的效果和特征很大程度上類似于上文關于本發(fā)明的第一方面描述的效果和特征。
[0126]根據(jù)示例性實施例，該排氣后處理系統(tǒng)還可包括噴射器，該噴射器用于在SCR模塊上游的位置處將還原劑提供到排氣中。
[0127]典型地，所述還原劑可以是含氨的還原劑，例如尿素。
[0128]然而，該噴射器可供應含氨的氣態(tài)還原劑或含氨的流體還原劑，例如尿素。該噴射器通常連接到氣態(tài)氨供給裝置，能夠以數(shù)個方式實施該氣態(tài)氨供給裝置。例如，可提供容納加壓氨氣的一個或多個氣瓶并將其聯(lián)接到噴射器，使得在冷起動或類似狀況時可立即在SCR模塊(和SCR催化劑)的上游噴射氣態(tài)氨。氣瓶的更換和搬運也相對容易。根據(jù)替代實施例，可提供一種儲存容器，該容器被構造成存儲堿土金屬氯化物鹽，它用作所述氣態(tài)氨的源。該容器優(yōu)選通過電線等被加熱，從而便于氣態(tài)氨的釋放。在固態(tài)儲存介質(例如堿土金屬氯化物鹽)中運送氨導致了氨源的令人滿意的安全性和處理，且僅需要少量的熱來釋放氣態(tài)氨。根據(jù)又一個替代方案，該氣態(tài)氨供給裝置可包括儲存容器，該儲存容器容納被溶解在溶劑(例如水)中的氨溶液。
[0129]該噴射器可由金屬管形成，該金屬管穿過所述排氣后處理系統(tǒng)的排氣通道的側壁，且具有在所述排氣通道內的排放開口，使得來自所述氣態(tài)氨供給裝置的氣態(tài)氨能夠通過所述金屬管供給到所述排氣通道內的排氣流。
[0130]根據(jù)示例性實施例，該排氣后處理系統(tǒng)還可包括布置在噴射器上游的柴油微粒過濾器和布置在該柴油微粒過濾器上游的柴油氧催化劑。
[0131]根據(jù)所使用的燃料的類型，會產生或多或少的碳煙和微粒物。例如，柴油燃料產生更多的碳煙，因此經常需要微粒過濾器以滿足法規(guī)排放要求，而諸如天然氣或二甲醚的燃料一般產生少量的碳煙，因此經常不需要微粒過濾器。
[0132]換言之，有時也稱為氧化催化劑的柴油氧催化劑典型地位于所述SCR模塊的下游但在所述微粒過濾器的上游。
[0133]柴油氧催化劑用于將碳氫化合物和一氧化碳氧化為二氧化碳和水。該氧化催化劑還升高了排氣溫度。
[0134]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種內燃機，該內燃機產生排氣并以可操作方式連接到根據(jù)本發(fā)明的排氣后處理系統(tǒng)。該內燃機適用于車輛。
[0135]應注意的是，在一些應用中，該內燃機也可包括排氣后處理系統(tǒng)。在其他類型的系統(tǒng)中，提供了包括以可操作方式連接到排氣后處理系統(tǒng)的內燃機的動力總成。
[0136]本發(fā)明的此第三方面的效果和特征很大程度上類似于上文關于本發(fā)明的第一和第二方面描述的效果和特征。
[0137]此外，不言而喻的是，該排氣后處理系統(tǒng)包括根據(jù)上文參考本發(fā)明的第一方面所述的任一示例性實施例的系統(tǒng)。
[0138]該內燃機例如可根據(jù)四沖程和/或二沖程原理工作。該內燃機可以是壓燃式、火花點火式發(fā)動機或活塞壓縮機。作為示例，該內燃機可設計為根據(jù)柴油機過程而工作。此外，該內燃機可安裝在諸如卡車的車輛內。
[0139]本發(fā)明還涉及一種車輛，其包括根據(jù)上文參考本發(fā)明的第二方面(S卩，與排氣后處理系統(tǒng)有關的方面)所述的示例性實施例和/或各個方面中的任一個的排氣后處理系統(tǒng)。因此，本發(fā)明還涉及一種車輛，其包括上文參考本發(fā)明的第三方面(即，與內燃機有關的方面)所述的示例性實施例和/或各個方面中的任一個的內燃機。因此，本發(fā)明還涉及一種車輛，其包括根據(jù)上文參考本發(fā)明的第一方面所述的示例性實施例和/或各個方面中的任一個的系統(tǒng)。
[0140]因此，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種車輛，其包括根據(jù)上文所述的本發(fā)明的示例性實施例和/或其他方面中的任一個的排氣后處理系統(tǒng)。
[0141]本發(fā)明的此第四方面的效果和特征很大程度上類似于上文關于本發(fā)明的第一、第二和第三方面描述的效果和特征。
[0142]雖然將針對卡車來描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這種特定車輛，而是也可用在其他類型的車輛中，例如大客車、建筑設備、小汽車、工業(yè)建筑機械、輪式裝載機等。
[0143]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于確定表示車輛的系統(tǒng)中的還原劑量的參數(shù)的方法，該系統(tǒng)包括:選擇性催化還原(SCR)模塊(10);第一天線單元，該第一天線單元被構造成發(fā)送和接收微波信號，其中該第一天線單元布置在SCR模塊的外部，且構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊內反射回來的微波信號SRrf,R;以及處理電路，該處理電路連接到第一天線單元，其中，SCR模塊具有用于運送氣流的至少一個通道和用于轉化NOx排放的SCR催化劑，且具有沿軸向方向A的延伸。此外，所述方法包括以下步驟:
[0144]-從第一天線單元向SCR催化劑發(fā)送微波信號ST，由此，該微波信號St在SCR模塊內被反射，
[0145]-第一天線單元接收被反射回來的微波信號SRrf,R，
[0146]-所述處理電路確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，以及
[0147]-基于所確定的、所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d來確定表示SCR催化劑中的還原劑量的參數(shù)。
[0148]本發(fā)明的此第五方面的效果和特征很大程度上類似于上文關于本發(fā)明的系統(tǒng)方面所述的那些效果和特征。
[0149]根據(jù)示例性實施例，所述方法可還包括控制在SCR模塊上游的位置處向排氣中供給還原劑的步驟。
[0150]典型地，所述還原劑可以是含氨的還原劑，例如尿素。因此，含氨的還原劑的一個不例是尿素。
[0151]根據(jù)示例性實施例，如上所述，該系統(tǒng)還可包括第二天線單元，該第二天線單元被構造成發(fā)送和接收微波信號并連接到所述處理電路，其中該第二天線單元布置在SCR模塊的外部并與第一天線單元間隔開。在此示例性實施例中，所述方法還可包括以下步驟:使第一天線單元和第二天線單元的操作在發(fā)送信號和接收信號之間間歇地切換。
[0152]根據(jù)示例性實施例，所述方法還可包括以下步驟:
[0153]-確定從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元接收到的所接收的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值、從第一天線單元發(fā)送的微波信號St與由第二天線單元接收到的所接收的微波信號Sr2之間的第二差值、和/或從第二天線單元發(fā)送的微波信號St3與由第一天線單元接收到的所接收的微波信號Sr3之間的第三差值，
[0154]-基于所確定的第一差值、所確定的第二差值和/或所確定的第三差值來確定表示SCR催化劑中的還原劑量的參數(shù)。
[0155]根據(jù)示例性實施例，所述方法還可包括以下步驟:
[0156]-從第一天線單元(20)和/或第二天線單元越過SCR模塊的多個徑向橫截面發(fā)送多個微波信號，由此，所述多個微波信號在SCR模塊內被反射，
[0157]-第一天線單元和/或第二天線單元在沿軸向方向的多個軸向位置處接收被反射回來的所述多個信號，
[0158]-確定所接收到的每個微波信號的差值，以便所述處理電路確定多個差值，以及
[0159]-基于所確定的反射回來的每個微波信號Sr的差值中的任一個，將表示SCR催化劑中的還原劑量的參數(shù)確定為軸向長度L的函數(shù)。
[0160]根據(jù)第六方面，提供了一種計算機程序，該計算機程序包括程序代碼，當所述程序在計算機上運行時，該程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟。
[0161]根據(jù)第七方面，提供了攜載有計算機程序的計算機可讀介質，所述計算機程序包括程序代碼，當該程序產品在計算機上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟。
[0162]當研讀所附權利要求及下文的描述時，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯見。本領域普通技術人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的不同特征可相互組合，以產生除了下文所述的實施例以外的實施例。
【附圖說明】
[0163]參考附圖，下文將對作為示例引用的本發(fā)明實施例進行更詳細的描述。
[0164]在這些圖中:
[0165]圖1是包括根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)的車輛的透視圖；
[0166]圖2示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的排氣后處理系統(tǒng)的一部分的第一示例性實施例，其中，該系統(tǒng)被布置成確定表示選擇性催化還原(SCR)模塊中的NH3量的參數(shù)；
[0167]圖3a是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括一個天線單元和SCR模塊；
[0168]圖3b是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括第一天線單元和第二天線單元以及SCR模塊；
[0169]圖3c是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第三示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括第一天線單元和第二天線單元以及SCR模塊；
[0170]圖3d是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第四示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括第一天線單元和第二天線單元以及SCR模塊，當沿軸向方向觀察時，該第二天線單元與第一天線單元彼此間隔開地布置；
[0171]圖3e是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第五示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元以及SCR模塊；
[0172]圖3f是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第六示例性實施例的示意性透視圖，其中該系統(tǒng)包括第一天線單元、第二天線單元和第三天線單元以及SCR模塊。
【具體實施方式】
[0173]現(xiàn)在，將在下文中參考附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可實施為許多不同的形式且不應解釋為僅限于在此闡述的實施例;而是，這些實施例僅是為了公開的充分性和完整性而提供的。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。
[0174]現(xiàn)在參考附圖尤其是圖1，其中描繪了包括根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)的車輛。這里，圖1中示出的車輛I還包括產生排氣的內燃機300和排氣后處理系統(tǒng)100。圖1中的車輛I被提供為卡車的形式。排氣后處理系統(tǒng)100在此用于柴油機類型的內燃機。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，該柴油機旨在用于卡車。該柴油機例如可包括六個氣缸(未示出)。然而，本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量的氣缸或任何特定的氣缸構造。
[0175]將參考圖2和圖3a至圖3f來進一步詳細描述根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)和排氣后處理系統(tǒng) 100
[0176]現(xiàn)在轉向圖2，其中示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的排氣后處理系統(tǒng)的一部分的第一示例性實施例。在此示例中，該系統(tǒng)被布置為確定表示選擇性催化還原(SCR)模塊10中的NH3量的參數(shù)。此外，柴油機(特別是用于卡車的柴油機)的排氣后處理系統(tǒng)100被設計為用于接收排氣108。圖中所示的特定的排氣后處理系統(tǒng)100包括微粒過濾器110，以降低微粒物水平。來自發(fā)動機300的NOx排放也必須被降低以符合規(guī)定的排放標準，為此，沿著排氣管道108安裝包括SCR催化劑12的SCR模塊10。該排氣管道被設計為將排氣運送通過排氣后處理系統(tǒng)。選擇性催化還原是借助于SCR催化劑將NOx轉化為氮氣(N2)和水(H2O)的手段。還原劑(典型地為尿素)在SCR模塊10的上游通過還原劑噴射器102被添加到排氣流中，并在水解時被轉化為氨，所述氨可吸附到SCR催化劑12上。SCR模塊10在此被提供為鐵基或銅基沸石型SCR模塊的形式。在另一個示例性實施例中，SCR模塊可被提供為釩基SCR模塊的形式。對噴射器102處的還原劑噴射速率的控制可基于還原劑計量模塊來進行，該還原劑計量模塊可使用不同的參數(shù)作為輸入信號，例如，由溫度傳感器提供的進入SCR模塊10的排氣的溫度。
[0177]因此，如圖2所示，排氣后處理系統(tǒng)100的示例性實施例在此包括噴射器102，該噴射器102用于將含氨的還原劑104(例如尿素)在SCR模塊10上游的位置處提供到排氣108中。此外，圖2中的排氣后處理系統(tǒng)100在此包括布置在噴射器102上游的柴油微粒過濾器110和布置在該柴油微粒過濾器110上游的柴油氧催化劑112。
[0178]現(xiàn)在將參考圖3a至圖3f更詳細地描述SCR模塊10。在本發(fā)明的所有示例性實施例中，SCR模塊10適于執(zhí)行選擇性催化還原(SCR)，以減少NOx排放。使用選擇性催化還原(SCR)來減少NOx排放是汽車工業(yè)中廣泛采用的，其中最常見的技術使用尿素(NH2CONH2)作為氨(NH3)的前體，以通過催化方式去除NOx排放。更具體地，選擇性催化還原(SCR)是借助于催化劑將氮氧化物(也稱為NOx)轉化為雙原子氮氣N2和水H2O的手段。氣態(tài)還原劑(典型地為無水氨、氨水或尿素)被添加到排氣流中并吸附到催化劑上。當使用尿素作為還原劑時，反應產物是二氧化碳C02。本發(fā)明不限于使用尿素作為含氨的還原劑，而是也可使用當前用在SCR應用中的其他還原劑類型，例如氨水。
[0179]當排氣通過SCR模塊10的SCR催化劑12時，發(fā)生NOx還原反應。在進入SCR模塊10之前，氨或其他還原劑(例如尿素)被噴射器噴射并與排氣混合。使用無水氨或氨水進行選擇性催化還原過程的用于化學計量反應的化學方程式為:
[0180]4N0+4NH3+02^4N2+6H20[0181 ] 2N02+4NH3+02^3N2+6H20
[0182]N0+N02+2NH3^2N2+3H20
[0183]還帶有數(shù)個次級反應:
[0184]2S02+02—2S03
[0185]2NH3+S03+H20^ (NH4) 2S04
[0186]NH3+S03+H20—NH4HS04
[0187]作為無水氨或氨水的替代的尿素的反應為:
[0188]4N0+2 (NH2) 2C0+02^4N2+4H20+2C02
[0189 ]雖然圖中未明確示出，但SCR模塊1設有出口和用于接收排氣的入口。該入口和出口在此由通道14表示。
[0190]除SCR模塊10外，圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一示例性實施例。如下文的描述中將會理解，圖3a中的系統(tǒng)用于確定表示車輛I的選擇性催化還原(SCR)模塊10中的NH3量的參數(shù)。因此，應容易理解的是，當該系統(tǒng)被安裝并運行時，SCR模塊能夠接收由噴射器噴射到排氣后處理系統(tǒng)內的NH3，如上所述。[0191 ]在此示例性實施例中，該系統(tǒng)包括一個天線單元20和SCR模塊10。此外，在本示例性實施例以及圖3b至圖3f中的示例性實施例和其他可能的實施例中，SCR模塊10在此為蜂窩結構。該蜂窩結構包括多個通道14，用于將氣流運送通過該SCR模塊，如沿軸向方向A可看到的。如上所述，該SCR模塊還包括SCR催化劑12 ο雖然未嚴格要求，但SCR催化劑12在此被涂覆在該蜂窩結構的壁表面的每一個上，因此圍繞(或限定)這些通道14。所述壁表面在此對應于通道14的內表面。換言之，SCR催化劑被布置成使得活性成分能夠與排氣的內含物(SP還原劑)相互化學反應。為此，SCR催化劑12在此是該蜂窩結構的一部分。如上所述，SCR催化劑12例如可以是基于沸石的催化劑。替代地，該SCR催化劑可以是基于氧化釩的催化劑。
[0192]在圖3a所示的示例性實施例中，該系統(tǒng)包括SCR模塊10，該SCR模塊10具有用于運送氣流的至少一個通道和用于轉化NOx排放的SCR催化劑12 ο SCR模塊10具有沿軸向方向A的延伸。另外，由于該SCR模塊在此描繪為具有圓柱體的形式，所以該SCR模塊也具有沿徑向方向R的延伸。應注意的是，圓柱形模塊僅是許多可能形狀中的一種，因此也可想到其他形狀。
[0193]該系統(tǒng)還包括第一天線單元20，該第一天線單元20被構造成發(fā)送微波信號St并接收微波信號Sr。此外，第一天線單元20布置在SCR催化劑10外部，且構造成向SCR催化劑12發(fā)送微波信號St并接收在SCR催化劑12內反射回來的微波信號SRrf,R。即，該第一天線單元布置在氣體通道14外部，這些氣體通道14在SCR模塊的運行期間容納排氣并限定了氣流的方向。
[0194]另外，通過被構造成向SCR催化劑12發(fā)送微波信號ST，天線單元在此被構造成越過SCR模塊10的橫截面Ta發(fā)送微波信號。典型地，所述微波信號越過與軸向方向A大致垂直定向的橫截面發(fā)送。如圖3a所示，該SCR模塊在此為圓柱體，即圓柱形模塊。換言之，橫截面Ta在此對應于SCR模塊的徑向橫截面。該SCR模塊的徑向橫截面通常垂直于軸向方向A，或至少大致垂直于該軸向方向。
[0195]因此，如圖3a中的示例性實施例和圖3b至圖3f中的所有其他示例性實施例中所示，天線單元20在此布置在SCR模塊10的橫截面Ta的外周表面之外，該橫截面Ta垂直于SCR模塊10的軸向方向。類似地，如下文所述，第二天線單元30和第三天線單元40在此也布置在SCR模塊10的橫截面Ta的外周表面之外，該橫截面Ta垂直于SCR模塊10的軸向方向。
[0196]可選擇，雖然未嚴格要求，但SCR模塊10通常被構造成與軸向方向A平行地引導氣流。因此，通道14與軸向方向A平行地延伸。
[0197]如圖3a中可見，在本示例性實施例中，天線單元10也位于由SCR模塊的在軸線方向A上的端部16、18限定的沿軸向方向A的距離內。因此，如果端部16對應于SCR模塊的前部，則軸向距離X可從所述前部測量，如圖3a所示。換言之，軸向距離X—般指該天線單元與SCR模塊的端部(例如，前部)之間的距離。該SCR模塊在此也具有長度L(沿軸向方向觀察)，當沿軸向方向A觀察時，該長度L由SCR模塊的兩個端部之間的距離限定，S卩SCR模塊的前部和后部之間的距離。
[0198]典型地，該天線單元能夠生成信號并從天線單元發(fā)送信號，且部分地或完全穿過SCR模塊(取決于在SCR模塊內的反射)發(fā)送信號，如圖3a所示。該天線單元例如可發(fā)送具有所選擇的單個帶寬或頻率的無線電頻率的微波信號。如果能夠確定SCR催化劑的介電特性處于該帶寬內的吸收或諧振頻率內，則這可能就足夠了。替代地，該天線單元可構造成在較大的頻率范圍內通過發(fā)送具有不同頻率帶寬的不同RF信號來進行掃描。如果SCR催化劑的吸收和/或諧振頂峰處于不能被單個RF信號的有限帶寬覆蓋的多個不同頻率處，則這種構造可能特別有用。因而，該天線單元能夠布置成提供增加或降低頻率的信號序列。
[0199]在整個說明書中，應注意的是，所接收到的反射回來的微波信號SRef,R可以指已在SCR模塊10內并在SCR催化劑12處反射且被天線單元接收到的信號。
[0200]該系統(tǒng)也包括連接到第一天線單元20的處理電路80。處理電路80被構造成確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的差值d，并基于所確定的、所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的差值d來確定表示SCR催化劑12中的Mfe量的參數(shù)。
[0201 ]以此方式，該系統(tǒng)能夠確定表示車輛I的SCR模塊10中的NH3量的參數(shù)。更具體地，由于第一天線單元20的布置，該系統(tǒng)被構造成在給定的軸向距離X處確定表示SCR催化劑12中的Mfe量的參數(shù)。在圖3a所示的示例性實施例中，第一天線單元的位置對應于軸向距離X。
[0202]典型地，雖然未嚴格要求，所述處理電路在此被構造成通過分析不同頻率處的幅值和/或相位來執(zhí)行對所接收到的反射回來的微波信號的頻譜分析。通過檢測在選定的頻率處的幅值和/或相位的變化，處理電路80能夠如上所述地確定差值。另外，該處理電路在此被構造成基于所述差值來確定表示NH3量的參數(shù)。
[0203]典型地，雖然未嚴格要求，但所發(fā)送的微波信號可以處于具有預定無線電頻率的帶寬內。通過知道所發(fā)送的微波信號的內容，該處理電路能夠檢測和確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的差值。作為一個示例，如上文所述，該差值d在此可對應于所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號Sm,R之間的脈沖的差值。如果該處理電路確定了差值，則能夠進一步基于所確定的差值d來確定表示SCR催化劑12中的NH3量的參數(shù)。在本示例性實施例中，該參數(shù)涉及SCR催化劑12的NH3濃度。
[0204]圖3b是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二示例性實施例的示意性透視圖。而且，此系統(tǒng)也用于確定表示車輛I的選擇性催化還原(SCR)模塊10中的NH3量的參數(shù)。
[0205]如上文關于第一示例性實施例所描述的，圖3b中的系統(tǒng)包括SCR模塊10，該SCR模塊10具有用于運送氣流的至少一個通道14和用于轉化NOx排放的催化劑12 ACR模塊10具有沿軸向方向A的延伸。另外，該系統(tǒng)設有第一天線單元20，該第一天線單元20被構造成發(fā)送和接收微波信號。此外，第一天線單元20布置在SCR模塊10的外部，且構造成向SCR催化劑12發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊12內反射回來的微波信號Sr。然而，如圖3b所示，根據(jù)第二示例性實施例的該系統(tǒng)還設有第二天線單元30。
[0206]第二天線單元30被構造成接收從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St并連接到處理電路80。此外，第二天線單元30布置在SCR模塊10的外部并與第一天線單元20間隔開。
[0207]如圖3b所示，這里，當沿SCR模塊的周向方向觀察時，第一天線單元與第二天線單元彼此間隔開地布置。此外，根據(jù)此示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元20和第二天線單元30仍布置在同一軸向距離X處。
[0208]由于該系統(tǒng)具有兩個天線單元，處理電路80在此被構造成確定從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元20接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，和/或從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第二天線單元30接收到的所接收的微波信號Sr2之間的第二差值d2，以基于所確定的第一差值和/或所確定的第二差值d2來確定表示SCR催化劑12中的NH3量的參數(shù)。
[0209]如圖3b所示，應容易理解的是，由第二天線單元30接收到的微波信號Sr2已被第一天線單元發(fā)送(對應于所發(fā)送的信號St)。因此，該微波信號Sr2已被發(fā)送穿過SCR模塊而未在該模塊內反射。
[0210]此外，該系統(tǒng)的細節(jié)和該系統(tǒng)的各個特征與上文參考圖2和圖3a描述的相同。
[0211]通過第一天線單元和第二天線單元的這種布置，能夠去除背景噪聲和/或去除來自發(fā)射器的信號的不穩(wěn)定性的影響。此外，通過使用兩個天線單元或更多個天線單元，能夠從這些信號中獲得更精確的結果。
[0212]與具有一個天線單元時的情形相比，這種布置的另一優(yōu)點是有更多個信息源可用，從而使所述處理電路能夠基于來自兩個差值(即第一差值和第二差值)的輸入來確定更精確的結果。也可想到的是，由于更多個信息源，其結果變得更容易理解，即，頻譜分析變得更明確。
[0213]雖然上文提到所述第二天線單元被構造成從第一天線單元接收信號，但應容易理解的是，在包括兩個天線單元或更多個天線單元的所有示例性實施例中，每個天線單元均能夠發(fā)送和接收微波信號。然而，每個天線單元通?？刹煌瑫r發(fā)送和接收微波信號，而是以間歇的方式發(fā)送和接收微波信號。
[0214]因此，作為與圖3b中的第二示例性實施例有關的上文細節(jié)的補充或替代，也可根據(jù)圖3c所示的原理來構造該系統(tǒng)。在此示例性實施例中，第二天線單元30被構造成向第一天線單元20發(fā)送微波信號ST3。類似于圖3b中的示例性實施例，該第一天線單元和第二天線單元連接到處理電路80。此外，第二天線單元30布置在SCR模塊10的外部并與第一天線單元20間隔開。此外，在此示例性實施例中，處理電路80在此被構造成確定從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元20接收到的所接收的反射回來的微波信號SRrf,R之間的差值d，和/或從第二天線單元30發(fā)送的微波信號St3與由第一天線單元接收到的所接收的微波信號Sr3之間的第三差值d3，以基于所確定的差值d和/或所確定的第三差值d3來確定表示SCR催化劑12中的NH3量的參數(shù)。
[0215]如上所述，與圖3b中的第二示例性實施例和圖3c中的示例性實施例相關的兩種原理可單獨地以不同的間隔(即，以間歇的方式)在同一系統(tǒng)中運行。然而，也可使該系統(tǒng)僅包括它們二者之一，以獲得在此所述的本發(fā)明的技術效果。
[0216]因此，如果該系統(tǒng)中結合了這兩種原理，則應容易理解的是，處理電路80可構造成確定第一差值、第二差值和/或第三差值，并基于第一差值、第二差值和/或第三差值來確定表示SCR催化劑12中的NH3量的參數(shù)。
[0217]此外，該系統(tǒng)的細節(jié)和該系統(tǒng)的各個特征與上文參考圖2和3a描述的相同。
[0218]與僅具有一個天線單元時的情形相比，這種布置的一個優(yōu)點是有更多個信息源可用，從而使所述處理電路能夠基于來自兩個差值(即第一差值和第二差值)的輸入來確定更精確的結果。也可想到的是，由于更多個信息源，其結果變得更容易理解，即，頻譜分析變得更明確。
[0219]圖3d是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第三示例性實施例的示意性透視圖。而且，此系統(tǒng)也用于確定表示車輛I的選擇性催化還原(SCR)模塊10中的NH3量的參數(shù)。在此示例性實施例中，該系統(tǒng)的特征與上文關于圖3b和/或圖3c中的實施例描述的特征相同。因此，該系統(tǒng)能夠可選地包括與SCR模塊、第一天線、第二天線和所述處理電路相關的細節(jié)。圖3b中描繪的實施例與圖3d中描繪的實施例之間的一個差異是:當沿軸向方向上觀察時，第一天線單元20和第二天線單元30彼此間隔開地布置。作為一個示例，第一天線單元20布置在離前端16的距離X處，而第二天線單元30布置在離前端16的距離X1處。
[0220]這種布置的一個優(yōu)點是該系統(tǒng)變得更容易安裝在排氣后處理系統(tǒng)內，且因此可以使所述部件在車輛中的組裝容易。
[0221]另一個優(yōu)點是:在沿軸向方向的多個不同位置處執(zhí)行測量。以此方式，該系統(tǒng)能夠從兩個不同的軸向位置接收信息。
[0222]圖3e是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第五示例性實施例的示意性透視圖。此系統(tǒng)也用于確定表示車輛I的選擇性催化還原(SCR)模塊1中的NH3量的參數(shù)。在此示例性實施例中，該系統(tǒng)的特征與上文關于圖3a至圖3d中的任一個實施例描述的特征相同。因此，該系統(tǒng)能夠可選地包括與SCR模塊、第一天線、第二天線和所述處理電路有關的細節(jié)。另外，圖3e中的系統(tǒng)設有第三天線單元40。該第三天線可包括上文關于第一天線單元20和/或第二天線單元30描述的細節(jié)中的任一個。例如，第三天線單元40可構造成向第一天線單元20發(fā)送微波信號和/或從第一天線單元20接收微波信號。另外或替代地，第三天線單元40可構造成向第二天線單元30發(fā)送微波信號和/或從第二天線單元30接收微波信號。另外或替代地，第一天線單元20可構造成向第三天線單元40發(fā)送微波信號和/或從第三天線單元40接收微波信號。另外或替代地，第二天線單元30可構造成向第三天線單元40發(fā)送微波信號和/或從第三天線單元40接收微波信號。
[0223]類似于第一和第二天線單元的構造，第三天線單元40連接到處理電路80且布置在SCR模塊10的外部并與第一天線單元20和第二天線單元30間隔開。
[0224]因此，該系統(tǒng)、以及這一組天線20、30、40與處理電路80之間的相互作用能夠以上文所述類似的方式執(zhí)行。特別地，能夠以與上文關于第二天線單元30描述的可能構造類似的方式并根據(jù)與圖3b和/或圖3c中的示例性實施例相關的原理來布置和構造該第三天線單元40。更具體地，第三天線單元40能夠發(fā)送微波信號和接收微波信號，并連接到處理電路。這樣，第一天線單元20、第二天線單元30和第三天線單元40能夠如上所述地以間歇的方式發(fā)送和接收微波信號。即，這些天線單元可通過所述處理電路而單獨地以不同的間隔(即，以間歇的方式)運行。以此方式，能夠控制這些天線單元，使得:在特定的時刻，它們中的僅一個發(fā)送信號，而另一個天線單元接收該信號。
[0225]第三天線單元40的屬性和特征對應于上文關于第一天線單元和第二天線單元給出的屬性和特征。
[0226]總之，此示例性實施例在此包括第三天線單元40，該第三天線單元40被構造成發(fā)送和接收微波信號。第三天線單元40連接到處理電路80且布置在SCR模塊10的外部并與第一天線單元20和第二天線單元30間隔開。此外，第一天線單元20、第二天線單元30和第三天線單元40被構造成在彼此之間以間歇的方式發(fā)送和接收信號。
[0227]除了所述處理電路能夠確定第一差值、第二差值和第三差值(如上文關于其他示例性實施例所述的)之外，所述處理電路在此還構造成:
[0228]-確定第一差值、第二差值、第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個，該第四差值是從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第三天線單元40接收到的所接收的微波信號Sr5之間的差值，該第五差值是從第三天線單元40發(fā)送的微波信號St4與由第一天線單元20接收到的所接收的微波信號Sr4之間的差值。
[0229]此外，所述處理電路在此被構造成基于所確定的第一差值、第二差值、第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個來確定表示SCR催化劑12中的還原劑量的參數(shù)。
[0230]在此示例性實施例中，應注意的是，所發(fā)送的微波信號St由第一天線單元發(fā)送，且能夠被第二天線單元30接收(它在圖3e中對應于所接收的微波信號Sr2)或被第三天線單元40接收(它在圖3e中對應于由第三天線單元40接收到的所接收的微波信號Sr5 )。
[0231]另外，所發(fā)送的微波信號St4是指從第三天線單元40發(fā)送的信號，而所接收到的微波信號Sr4是指由第一天線單元20接收到的、從第三天線單元40發(fā)送的信號(所發(fā)送的微波信號ST4) O
[0232]應注意到，圖3e僅是各個信號的示意性圖示，它旨在示出這些信號的間歇方向，而非每個單一信號和方向，因此，兩個天線單元之間的信號的數(shù)量由共同的虛線示出。
[0233]此外，如圖3e中可見，當沿軸向方向A觀察時，第三天線單元40在本示例性實施例中與第二天線單元30間隔開。類似地，當沿軸向方向A觀察時，第三天線單元40在本示例性實施例中與第一天線單元30間隔開。然而，根據(jù)本發(fā)明，數(shù)種與此不同的布置也是可以的。另一種布置的一個示例在圖3f中示出。在本示例性實施例中，當沿SCR模塊的周向方向觀察時，第一天線單元20、第二天線單元30和第三天線單元40彼此間隔開地布置。此外，根據(jù)本示例性實施例，當沿軸向方向A觀察時，第一天線單元20、第二天線單元30和第三天線單元40仍布置在同一軸向距離X處。
[0234]在另一個示例性實施例(但未示出)中，這些天線單元中的任一個能夠沿軸向方向A可移動地布置。因此，第一天線單元20的位置沿軸向方向A是可移動的。另外或替代地，第二天線單元30的位置沿軸向方向A是可移動的。另外或替代地，第三天線單元40的位置沿軸向方向A是可移動的。作為一個示例，這些天線單元中的任一個可通過滑動機構以可移動方式布置，該滑動機構包括布置在沿著SCR模塊的軌跡內的可移動構件。
[0235]在本發(fā)明的所有示例性實施例中，該系統(tǒng)還可包括包圍SCR模塊1的外殼5O。因此，第一天線單元20可位于該外殼的外部。另外或替代地，第二天線單元30可位于該外殼的外部。另外或替代地，第三天線單元40可該外殼的外部。在一個示例性實施例(但未示出)中，所有天線單元都位于外殼50的外部。該外殼可典型地包封了排氣后處理系統(tǒng)100的各種部件，如圖2所示。
[0236]在本發(fā)明的所有示例性實施例中，從第一天線單元20發(fā)出的微波信號可處于具有預定無線電頻率的帶寬內。
[0237]另外或替代地，在本發(fā)明的包括第二天線單元30的所有示例性實施例中，從第二天線單元30發(fā)出的微波信號可處于具有預定無線電頻率的帶寬內。
[0238]另外或替代地，在本發(fā)明的包括第三天線單元40的所有示例性實施例中，從第三天線單元40發(fā)出的微波信號可處于具有預定無線電頻率的帶寬內。
[0239]此外，涉及圖3a且在圖3a中示出的示例性實施例可根據(jù)如下原理運行。如前文所述，該系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)模塊10和被構造成發(fā)送和接收微波信號的第一天線單元20。第一天線單元20布置在SCR模塊10的外部，且構造成向SCR催化劑12發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊10內反射回來的微波信號SRef,R。該系統(tǒng)還包括連接到第一天線單元20的處理電路80 ACR模塊10具有用于運送氣流的至少一個通道14和用于轉化NOx排放的SCR催化劑12，且具有沿軸向方向A的延伸。
[0240]為了操作這種系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟:
[0241]-從第一天線單元20向SCR催化劑12發(fā)送微波信號ST，由此，該微波信號St在SCR模塊1內被反射，
[0242]-第一天線單元20接收反射回來的微波信號SRrf,R，
[0243]-處理電路80確定所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRef,R之間的第一差值d，和
[0244]-基于所確定的、所發(fā)送的微波信號St與所接收到的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值d，確定表示SCR催化劑12中的還原劑量的參數(shù)。
[0245]通過此原理，所述方法能夠確定表示車輛的系統(tǒng)中的還原劑量的參數(shù)。
[0246]所述方法還可包括控制在SCR模塊上游的位置處向排氣中供給還原劑的步驟。
[0247]此外，涉及圖3b和/或圖3c且在圖3b和/或圖3c中示出的示例性實施例可根據(jù)如下原理運行。如上所述，該系統(tǒng)在此還包括第二天線單元30，該第二天線單元30被構造成發(fā)送和接收微波信號并連接到處理電路80。第二天線單元30布置在SCR模塊10的外部并與第一天線單元20間隔開。在此示例性實施例中，所述方法還可包括以下步驟:使第一天線單元20和第二天線單元30的操作在發(fā)送信號和接收信號之間間歇地切換。
[0248]如果把參考圖3b和圖3c描述的兩個原理相組合，則所述方法可根據(jù)以下的方法步驟運行:
[0249]-確定從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第一天線單元20接收到的所接收的反射回來的微波信號SRrf,R之間的第一差值、和/或從第一天線單元20發(fā)送的微波信號St與由第二天線單元30接收到的所接收的微波信號Sr2之間的第二差值、和/或從第二天線單元30發(fā)送的微波信號St3與由第一天線單元20接收到的所接收的微波信號Sr3之間的第三差值，
[0250]-基于所確定的第一差值、所確定的第二差值和/或所確定的第三差值來確定表示SCR催化劑12中的還原劑量的參數(shù)。
[0251]在示例性實施例中，當?shù)谝惶炀€單元和第二天線單元中的任一個可如上所述地沿軸向方向移動時，該系統(tǒng)能夠根據(jù)以下方法步驟來運行:
[0252]-從第一天線單元20和/或第二天線單元30越過SCR模塊10的多個徑向橫截面發(fā)送多個微波信號，由此，所述多個微波信號在SCR模塊10內被反射；
[0253]-第一天線單元20和/或第二天線單元30在沿軸向方向A的多個軸向位置處接收被反射回來的多個信號；
[0254]-確定所接收到的每個微波信號的差值，以便所述處理電路80確定多個差值;和
[0255]-基于所確定的、反射回來的每個微波信號Sr的差值中的任一個，將表示SCR催化劑12中的還原劑量的參數(shù)確定為軸向長度L的函數(shù)。
[0256]此外，應注意到，本發(fā)明的示例性實施例中的任一個可包括計算機程序，該計算機程序包括程序代碼，當所述程序在計算機上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明的上述方法步驟。
[0257]因此，本發(fā)明的示例性實施例中的任一個可設有攜載有計算機程序的計算機可讀介質，所述計算機程序包括程序代碼，當該程序產品在計算機上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明的上述方法步驟。
[0258]由于本發(fā)明，提供了一種能夠確定表示給定的軸向距離X處的SCR催化劑中的還原劑量(例如NH3量)的參數(shù)的系統(tǒng)和方法。因此，本發(fā)明允許通過圖3a至圖3f所示且如上所述的任一種布置來確定NH3量的分布。另外，本發(fā)明有助于更精確地測量SCR模塊中的NH3量(下文中有時也稱為NH3載荷緩沖)，并有助于更好的尿素噴射控制。
[0259]此外，本發(fā)明提供了一種能夠確定表示SCR催化劑中的NH3量的參數(shù)的系統(tǒng)，從而允許確定在距入口(即，SCR模塊的前部)的給定距離處的氨覆蓋，以更好地應對上文所述的問題和參數(shù)。換言之，通過本發(fā)明，能夠確定SCR催化劑中的NH3量的分布。
[0260]通過提議將第一天線單元布置在SCR模塊的外部且將其構造成向SCR催化劑發(fā)送微波信號St并接收在SCR模塊內被反射回來的微波信號Sr，能夠提供一種非侵入性系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用微波來確定表示SCR模塊中的NH3量的參數(shù)。因此，上述的提議意味著所述天線單元布置在排氣流的外部。換言之，所述天線布置在SCR模塊的外部且因此布置在排氣流的外部，這與布置在SCR模塊內且布置在排氣流內相反。
[0261]應理解的是，本發(fā)明不限于上文所述且在附圖中示出的實施例;而是，本領域普通技術人員將認識到，在所附權利要求的范圍內可進行許多修改和變型。例如，雖然已關于第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元和具體天線構造的具體組合而描述了本發(fā)明，但應容易認識到的是，第四天線單元的使用也可組合到其他構造中，當研讀本申請時，這對本領域普通技術人員來說是顯見的。此外，應容易地認識到的是，本發(fā)明可包括適當數(shù)量的天線單元，即，甚至超過四個天線單元。因此，在一個示例性實施例(但未示出)中，提供了包括多組天線單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上文參考圖3a_3f描述的布置、特征和/或效果中的任一個。
【主權項】
1.一種用于確定表示車輛(I)的選擇性催化還原(SCR)模塊(10)中的還原劑量的參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: -所述SCR模塊(10)，所述SCR模塊(10)具有用于運送氣流的至少一個通道(14)和用于轉化NOx排放的SCR催化劑(12)，且具有沿軸向方向(A)的延伸， -第一天線單元(20)，所述第一天線單元(20)被構造成發(fā)送微波信號(St)并接收微波信號(Sr)， 其特征在于， -所述第一天線單元(20)布置在所述SCR模塊(10)的外部，且構造成向所述SCR催化劑(12)發(fā)送微波信號(St)并接收在所述SCR模塊(10)內反射回來的微波信號(SRrf,R)，其中，所述系統(tǒng)還包括: -處理電路(80)，所述處理電路(80)連接到所述第一天線單元(20)，且構造成確定所發(fā)送的微波信號(St)與所接收到的反射回來的微波信號(SRe3f,R)之間的第一差值，并基于所確定的、所發(fā)送的微波信號(St)與所接收到的反射回來的微波信號(SRrf,R)之間的第一差值來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑是無水氨、氨水或尿素中的至少一種。3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑包括無水氨、氨水或尿素中的至少一種，或它們的混合物。4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑量與NH3量相關。5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一天線單元(20)被構造成越過所述SCR模塊(10)的橫截面(Ta)發(fā)送微波信號。6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SCR模塊(10)被構造成與軸向方向(A)平行地引導所述氣流，且所述第一天線單元(20)位于沿軸向方向(A)由所述SCR模塊(10)在軸向方向(A)上的兩個端部(16、18)限定的距離內。7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: -第二天線單元(30)，所述第二天線單元(30)被構造成接收從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)，并連接到所述處理電路(80)， -其中，所述第二天線單元(30)布置在所述SCR模塊(10)的外部并與所述第一天線單元(20)間隔開， -所述處理電路(80)被構造成確定從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的反射回來的微波信號(Sr^r)之間的第一差值，和/或確定從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第二天線單元(30)接收到的所接收的微波信號(Sr2)之間的第二差值，以基于所確定的第一差值和/或所確定的第二差值來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。8.根據(jù)權利要求1至權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: -第二天線單元(30)，所述第二天線單元(30)被構造成向所述第一天線單元(20)發(fā)送微波信號(St3 )，并連接到所述處理電路(80)， -其中，所述第二天線單元(30)布置在所述SCR模塊(10)的外部并與所述第一天線單元(20)間隔開， -所述處理電路(80)被構造成確定從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的反射回來的微波信號(Sr^r)之間的第一差值，和/或確定從所述第二天線單元(30)發(fā)送的微波信號(St3)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的微波信號(Sr3)之間的第三差值，以基于所確定的第一差值和/或所確定的第三差值來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。9.根據(jù)權利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，當沿所述軸向方向(A)觀察時，所述第一天線單元(20)和所述第二天線單元(30)布置在同一軸向距離(X)處。10.根據(jù)權利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，當沿所述軸向方向(A)觀察時，所述第一天線單元(20)與所述第二天線單元(30)彼此間隔開地布置。11.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一天線單元(20)的位置和/或所述第二天線單元(30)的位置沿所述軸向方向(A)是可移動的。12.根據(jù)權利要求7和/或權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三天線單元(40)，所述第三天線單元(40)被構造成發(fā)送和接收微波信號，所述第三天線單元(40)連接到所述處理電路(80)，且布置在所述SCR模塊(10)的外部并與所述第一天線單元(20)和第二天線單元(30)間隔開， -其中，所述第一天線單元(20)、所述第二天線單元(30)和所述第三天線單元(40)被構造成在彼此之間以間歇的方式發(fā)送和接收信號。13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理電路(80)被構造成: -確定所述第一差值、所述第二差值、所述第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個，所述第四差值是從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第三天線單元(40)接收到的所接收的微波信號(Sr5)之間的差值，所述第五差值是從所述第三天線單元(40)發(fā)送的微波信號(St4)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的微波信號(Sr4)之間的差值，并且 -基于所確定的第一差值、第二差值、第三差值、第四差值和/或第五差值中的任一個來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。14.根據(jù)權利要求12或權利要求13中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，當沿所述軸向方向(A)觀察時，所述第一天線單元(20)、所述第二天線單元(30)和所述第三天線單元(40)布置在同一軸向距離(X)處。15.根據(jù)權利要求12或權利要求13中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，當沿所述軸向方向(A)觀察時，所述第一天線單元(20)、所述第二天線單元(30)和所述第三天線單元(40)彼此間隔開。16.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括包圍所述SCR模塊(10)的外殼(50)，并且，所述天線單元(20、30、40)中的任一個均位于所述外殼(50)的外部。17.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述第一天線單元(20)、所述第二天線單元(30)和/或所述第三天線單元(40)中的任一個發(fā)送的微波信號處于具有預定無線電頻率的帶寬內。18.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SCR模塊(10)為蜂窩結構。19.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SCR催化劑(12)被涂覆到所述蜂窩結構的壁表面上。20.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SCR催化劑(12)是所述蜂窩結構的一部分。21.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SCR催化劑(12)是基于沸石的催化劑或基于氧化釩的催化劑。22.—種用于接收排氣(108)的排氣后處理系統(tǒng)(100)，所述排氣后處理系統(tǒng)(100)包括根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的系統(tǒng)。23.根據(jù)權利要求22所述的排氣后處理系統(tǒng)(100)，還包括噴射器(102)，所述噴射器(102)用于在所述SCR模塊(10)上游的位置處將還原劑提供到所述排氣中。24.根據(jù)權利要求22或權利要求23所述的排氣后處理系統(tǒng)(100)，還包括布置在所述噴射器上游的柴油微粒過濾器(110)和布置在所述柴油微粒過濾器(110)上游的柴油氧催化劑(112)。25.—種內燃機(300)，所述內燃機(300)產生排氣并以可操作方式連接到根據(jù)權利要求22至權利要求24中的任一項所述的排氣后處理系統(tǒng)。26.—種車輛(I)，其包括根據(jù)權利要求22至權利要求24中的任一項所述的排氣后處理系統(tǒng)。27.—種用于確定表示車輛的系統(tǒng)中的還原劑量的參數(shù)的方法，其中，所述系統(tǒng)包括:選擇性催化還原(SCR)模塊(10);第一天線單元(20)，所述第一天線單元(20)被構造成發(fā)送和接收微波信號，其中所述第一天線單元(20)布置在所述SCR模塊(10)的外部，且構造成向所述SCR催化劑(12)發(fā)送微波信號(St)并接收在所述SCR模塊(10)內反射回來的微波信號(SRef1R);以及處理電路(80)，所述處理電路(80)連接到所述第一天線單元(20)，其中，所述SCR模塊(10)具有用于運送氣流的至少一個通道(14)和用于轉化NOx排放的SCR催化劑(12)，且具有沿軸向方向(A)的延伸，其特征在于，所述方法包括以下步驟: -從所述第一天線單元(20)向所述SCR催化劑(12)發(fā)送微波信號(St)，由此，所述微波信號(St)在所述SCR模塊(10)內被反射， -所述第一天線單元(20)接收被反射回來的微波信號(SRrf,R)， -所述處理電路(80)確定所發(fā)送的微波信號(St)與所接收到的反射回來的微波信號(SRef,R)之間的第一差值，以及 -基于所確定的、所發(fā)送的微波信號(St)與所接收到的反射回來的微波信號(Sr^r)之間的第一差值來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。28.根據(jù)權利要求27所述的方法，還包括控制在所述SCR模塊(10)上游的位置處向排氣中供給還原劑(104)的步驟。29.根據(jù)權利要求27或權利要求28所述的方法，其中，所述系統(tǒng)還包括第二天線單元(30)，所述第二天線單元(30)被構造成發(fā)送和接收微波信號并連接到所述處理電路(80)，其中，所述第二天線單元(30)布置在所述SCR模塊(10)的外部并與所述第一天線單元(20)間隔開，其中，所述方法還包括以下步驟:使所述第一天線單元(20)和所述第二天線單元(30)的操作在發(fā)送信號和接收信號之間間歇地切換。30.根據(jù)權利要求29所述的方法，還包括以下步驟: -確定從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的反射回來的微波信號(SRrf,R)之間的第一差值、從所述第一天線單元(20)發(fā)送的微波信號(St)與由所述第二天線單元(30)接收到的所接收的微波信號(Sr2)之間的第二差值，和/或從所述第二天線單元(30)發(fā)送的微波信號(St3)與由所述第一天線單元(20)接收到的所接收的微波信號(Sr3)之間的第三差值;以及 -基于所確定的第一差值、所確定的第二差值和/或所確定的第三差值來確定表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)。31.根據(jù)權利要求29或權利要求30所述的方法，還包括以下步驟 -從所述第一天線單元(20)和/或所述第二天線單元(30)越過所述SCR模塊(10)的多個徑向橫截面發(fā)送多個微波信號，由此，所述多個微波信號在所述SCR模塊(10)內被反射；-所述第一天線單元(20)和/或所述第二天線單元(30)在沿所述軸向方向(A)的多個軸向位置處接收被反射回來的所述多個信號； -確定所接收到的每個微波信號的差值，以便所述處理電路(80)確定多個差值；以及-基于所確定的、反射回來的每個微波信號(Sr)的差值中的任一個，將表示所述SCR催化劑(12)中的還原劑量的參數(shù)確定為軸向長度(L)的函數(shù)。32.一種計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼，當所述程序在計算機上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)權利要求27至31中的任一項所述的步驟。33.一種攜載有計算機程序的計算機可讀介質，所述計算機程序包括程序代碼，當所述程序產品在計算機上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)權利要求27至31中的任一項所述的步驟。
【文檔編號】F01N11/00GK105829672SQ201380081814
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年12月19日
【發(fā)明人】弗雷德里克·布洛姆格倫, 約翰·達爾
【申請人】沃爾沃卡車集團