CN1989319A - 排气净化装置的异常检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于能可靠检测在NOx净化系统中产生的异常。本发明涉及一种排气净化装置的异常检测方法，在排气管(9)中途的选择还原型催化剂(10)中添加还原剂(尿素水17)以还原净化NOx，监视运转过程中的催化剂温度，并记录下各温度带的累积时间，根据各温度带下的累积时间，对应各温度带确定NOx降低性能的劣化系数，对应各温度带，分别使对应各温度带预先确定的基准NOx降低率乘以上述劣化系数，来更新上述基准NOx降低率，在下次运转时使用该更新了的基准NOx降低率，比较实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差没有落入所需范围内时，判定异常。

Description

排气净化装置的异常检测方法
技术领域
本发明涉及对排出气体中的NOx进行还原净化的排气净化装置的异常检测方法。
背景技术
在现有技术中，一些柴油机在排出气体流通的排气管的中途装备选择还原型催化剂，该选择还原型催化剂具有即使在氧气共存条件下也使NOx与还原剂反应的性质，在该选择还原型催化剂的上游侧添加必要量的还原剂，使该还原剂在选择还原型催化剂上与排出气体中的NOx(氮氧化物)还原反应，由此可降低NOx的排出浓度。
另一方面，在工厂等工业上的烟气脱硝处理的领域中，众所周知将氨(NH3)用作还原剂以对NOx进行还原净化的方法很有效，但是，在汽车的情况下，搭载氨本身行驶难以确保安全，从而在近年来研究将无毒的尿素水作为还原剂使用(例如，专利文献1)。
专利文献1：特开2002-161732号公报
即，若在选择还原型催化剂的上游侧将尿素水添加在排出气体中，则在170～180℃以上的温度条件下，上述尿素水分解为氨和二氧化碳，在选择还原型催化剂上，排出气体中的NOx被氨良好地还原净化。
但是，在这种已有的排气净化装置中，没有装备检测系统产生的异常的机构，所以存在如下问题，即，没有注意到因为选择还原型催化剂长时间反复暴露在高温条件下而引起的劣化以及未预料到的故障等引起的传感器的异常，仍持续运转，从而达不达预期的NOx降低率。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而提出来的，目的是能可靠检测在NOx净化系统中产生的异常。
本发明是一种排气净化装置的异常检测方法，在排气管中途的选择还原型催化剂中添加还原剂以还原净化NOx，监视运转过程中的催化剂温度并记录下各温度带的累积时间，根据各温度带下的累积时间，对应各温度带确定NOx降低性能的劣化系数，对应各温度带分别使对应该各温度带预先确定的基准NOx降低率乘以上述劣化系数，更新上述基准NOx降低率，在下次运转时，使用该更新了的基准Nox降低率，比较实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差没有落入所需范围内时，做出异常判定。
即，装备在排气管中途的选择还原型催化剂，长时间反复暴露在高温条件下而逐渐劣化，但是它的劣化程度根据在哪一温度带暴露多长时间而有所不同，所以，如果如上所述，监视运转过程中的催化剂温度，记录下各温度带的累积时间，根据该累积时间，使基准NOx降低率乘以对应各温度带确定的NOx降低性能的劣化系数以更新基准NOx降低率，则可对应各温度带分别高精度地推定考虑了选择还原型催化剂的时效劣化的基准NOx降低率。
进而，若在下次运转时使用这样推定的基准NOx降低率且比较实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，则在实测NOx降低率相对于本来应当得到的基准NOx降低率的偏差落入在所需范围内时，可以认为系统正常工作，而在没有落入所需范围时，可判定系统产生了某种异常。
此外，在更加具体地实施本发明时，优选地，通过配置在选择还原型催化剂的入口和出口的NOx传感器来计测NOx降低率，使该NOx降低率乘以与上述各NOx传感器的使用时间对应的时效劣化系数，修正实测NOx降低率，这样还可考虑对应于各NOx传感器的使用时间的时效劣化，从而可计测更为准确的实测NOx降低率，可进一步提高异常判定的精度。
而且，在本发明中，优选的是，根据从发动机的运转状态导出的HC和CO的产生量来确定催化剂中毒系数，使基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数来进行修正，这样还考虑了由HC和CO引起的选择还原型催化剂的催化剂中毒劣化，可计算出更为准确的基准NOx降低率，可进一步提高异常判定的精度。
此外，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，认为选择还原型催化剂的劣化异常，所以根据该比较结果可判定选择还原型催化剂的异常劣化，而在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差超过所需范围时，通常不可能有这种情况，因而认为传感器产生了某种异常，所以根据该比较结果可判定传感器的异常。
另外，在通过每次运转更新的基准NOx降低率低于既定值时，认为选择还原型催化剂的时效劣化显著，所以可判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
根据上述本发明的排气净化装置的异常检测方法，可发挥如下各种良好的效果。
(I)能对应各温度带高精度地推定考虑了选择还原型催化剂的时效劣化的基准NOx降低率，并通过将其与实测NOx降低率比较，而可靠检测NOx净化系统中产生的异常，所以可避免下述情况于未然，即，一直没有注意到选择还原型催化剂的劣化或传感器的异常而持续运转，从而达不到期望的NOx降低率。
(II)通过配置在选择还原型催化剂的入口和出口的NOx传感器来计测NOx降低率，使该NOx降低率乘以与上述各NOx传感器的使用时间对应的时效劣化系数，修正实测NOx降低率，这样还可考虑对应于各NOx传感器的使用时间的时效劣化，从而可计测更为准确的实测NOx降低率，可进一步提高异常判定的精度。
(III)根据从发动机的运转状态导出的HC和CO的产生量来确定催化剂中毒系数，使基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数来进行修正，这样还考虑了由HC和CO引起的选择还原型催化剂的催化剂中毒劣化，可计算出更为准确的基准NOx降低率，可进一步提高异常判定的精度。
(IV)在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂的劣化异常，而在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差超过所需范围时，判定传感器异常，这样，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差没有落入所需范围的情况下，可以根据该偏差是超过所需范围还是低于所需范围，来区别判定选择还原型催化剂的异常劣化和传感器的异常。
(V)在基准NOx降低率低于既定值时判定接近选择还原型催化剂的更换时期，这样，在通过每次的运转更新的基准NOx降低率低于既定值时，可判定接近选择还原型催化剂的更换时期，从而可使操作员确认该情况，促使其尽早更换选择还原型催化剂。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的概要图。
图2是局部切开图1的选择还原型催化剂而表示的立体图。
附图标记说明
1      发动机
9      排气管
10     选择还原型催化剂
17     尿素水(还原剂)
18     尿素水添加机构
19     旋转传感器
19a    转速信号
20     加速传感器
20a    负载信号
21     控制装置
22     NOx传感器
22a    检测信号
23     NOx传感器
23a    检测信号
24     温度传感器
24a    检测信号
25     温度传感器
25a    检测信号
具体实施方式
下面，参考附图说明本发明的实施例。
图1以及图2表示本发明的一实施例，图1中附图标记1表示作为柴油机的发动机，此处图示的发动机1中备有涡轮增压器2，从空气滤清器3导入的空气4经吸气管5向着上述涡轮增压器2的压缩机2a输送，在该压缩机2a中加压后的空气4进一步向中间冷却器6输送而被冷却，从该中间冷却器6向未图示的进气歧管引导空气4，将其导入发动机1的各压力缸中。
此外，从该发动机1的各压力缸排出的排出气体7，经排气歧管8向上述涡轮增压器2的涡轮2b输送，驱动该涡轮2b后的排出气体7经排气管9向车外排出。
而且，在排出气体7流通的排气管9的中途装备有选择还原型催化剂10，该选择还原型催化剂10由壳体11抱持，该选择还原型催化剂10如图2所示形成为穿流方式的蜂窝状构造物，具有即使在氧气共存条件下也可选择性地使NOx与氨反应的性质。
进而，在壳体11的上游侧设置带喷射喷嘴12的尿素水喷射阀13，该尿素水喷射阀13与设置在所需位置上的尿素水箱14之间由尿素水供给管线15连接，通过装备在该尿素水供给管线15中途的供给泵16的驱动，可经尿素水喷射阀13将尿素水箱14内的尿素水17(还原剂)添加到选择还原型催化剂10的上游侧，由尿素水喷射阀13、尿素水箱14、尿素水供给管线15和供给泵16构成尿素水添加机构18(还原剂添加机构)。
此外，在上述发动机1中装备有检测该发动机转速的转速传感器19，将来自该旋转传感器19的转速信号19a、来自加速传感器20(检测加速踏板的踏入角度的传感器)的负载信号20a输入到构成发动机控制计算机(ECU：电子控制装置)的控制装置21中。
另一方面，在该控制装置21中，根据来自旋转传感器19的转速信号19a和来自加速传感器20的负载信号20a判断当前的运转状态，基于当前的运转状态推定NOx的产生量，计算与该推定NOx的产生量相称的尿素水17的添加量，执行必要量的尿素水17的添加，更为具体而言，对上述尿素水喷射阀13输出开阀指令信号13a，对供给泵16输出驱动指令信号16a，通过尿素水喷射阀13的开阀动作，适当控制尿素水17的添加量，添加时所需的喷射压力通过上述供给泵16的驱动来获得。
在抱持选择还原型催化剂10的壳体11的入口侧和出口侧，分别配置有检测NOx浓度的NOx传感器22、23和检测排气温度的温度传感器24、25，它们的检测信号22a、23a以及检测信号24a以及25a也被输入到上述控制装置21中，根据这些检测信号22a、23a以及检测信号24a以及25a，如下所述在控制装置21内执行NOx净化系统的异常检测。
即，在该控制装置21中，根据来自温度传感器24、25的检测信号24a、25a，来推定选择还原型催化剂10的温度(可能的话也可以直接检测选择还原型催化剂10的温度)，监视运转过程中的催化剂温度，将各温度带(例如从100℃起各50℃的温度带)的累积时间，在发动机停止后记录在可重写的存储器中。
在此，在控制装置21内备有以催化剂温度和暴露在该温度下的累积时间作为输入的NOx降低性能的三维图(映射)，能够根据各温度带下的累积时间，对应各温度带从图中读出并确定NOx降低性能的劣化系数，对应各温度带，分别使对应该各温度带预先确定的基准NOx降低率乘以上述劣化系数，来更新上述基准NOx降低率。
即，装备在排气管9中途的选择还原型催化剂10，由于长时间反复暴露在高温条件下而逐渐劣化，其劣化程度根据在哪一温度带暴露多少时间而有所不同，所以如上所述，监视运转过程中的催化剂温度，记录下各温度带的累积时间，对应各温度带分别使基准NOx降低率乘以根据该累积时间而对应各温度带确定的NOx降低性能的劣化系数，来更新基准NOx降低率，这样可对应各温度带高精度地推定考虑了选择还原型催化剂的时效劣化的基准NOx降低率。
此时，优选的是，根据来自该旋转传感器19的转速信号19a和来自加速传感器20的负载信号20a判断当前的运转状态，基于该当前的运转状态推定HC和CO的产生量，根据该HC和CO的产生量，从图读出并确定选择还原型催化剂10因HC和CO而中毒的催化剂中毒系数，使上述基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数，来进行修正，如此这样，将由于HC和CO导致的选择还原型催化剂10的中毒劣化也考虑在内，可计算出更为准确的基准NOx降低率。
在下次运转时使用这样更新了的基准NOx降低率，在该下次运转时，比较实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差落入所需范围(例如±2.5％左右，但可任意调整到±10％左右)内时，判定NOx净化系统工作正常，而在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂10异常劣化，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差超过所需范围时，判定NOx传感器22、23或温度传感器24、25等传感器异常，这些结果作为显示信息信号26a而被向操作间的显示装置26输送，并被显示出来。
在此，在从开始得到NOx降低率的大约200℃起到得到最高NOx降低率的催化剂温度(例如大约350℃)期间，而且判定为催化剂状态稳定时(例如催化剂温度的偏差在±5℃之间保持大约20秒时，判定为稳定)，执行该控制装置21中的判定。
此外，在通过每次运转更新的基准NOx降低率低于既定值时，可看作是选择还原型催化剂10的时效劣化显著，所以通过控制装置21判定接近选择还原型催化剂10的更换时期，在操作间的显示装置26上显示更换时期的预报等。
上述所谓实测NOx降低率，是根据由各NOx传感器22、23检测出的选择还原型催化剂10的入口侧和出口侧处的NOx浓度的比较而算出的，但是，因为各NOx传感器22、23自身也暴露在高温条件下而会时效劣化，导致输出值逐渐降低，所以若采取下述方案则更佳，即，使上述算出的NOx降低率乘以从图中读出的、与上述各NOx传感器22、23的使用时间(利用控制装置21内的计时功能来计数)相对应的时效劣化系数，由此将实测NOx降低率修正为考虑了各NOx传感器22、23的时效劣化的值。
通过这种控制装置21进行NOx净化系统的异常检测时，根据温度传感器24、25的检测信号24a、25a，利用控制装置21监视运转过程中的催化剂温度，记录各温度带的累积时间，根据该累积时间而对应各温度带确定NOx降低性能的劣化系数，通过对应各温度带分别使基准NOx降低率乘以上述劣化系数，来更新基准NOx降低率，所以，能够对应各温度带高精度地推定考虑了选择还原型催化剂10的时效劣化的基准NOx降低率。
在下次运转时使用这样推定的基准NOx降低率，在该下次运转时，比较基于NOx传感器22、23的检测信号22a、23a的实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，在实测NOx降低率相对于当前时刻应当得到的基准NOx降低率的偏差落入所需范围内时，判定系统工作正常，而在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂10异常劣化，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差超过所需范围时，判定NOx传感器22、23或温度传感器24、25等传感器异常，这些判定被显示在操作间的显示装置26中。
因而，根据上述实施例，对应各温度带分别高精度地推定考虑了选择还原型催化剂10的时效劣化的基准NOx降低率，并将其与实测NOx降低率比较，由此能可靠检测NOx净化系统中产生的异常，而且，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差没有落入所需范围内的情况下，根据该偏差是低于还是超过所需范围，可区别判定选择还原型催化剂10的异常劣化或传感器的异常，所以可避免下述情况于未然，即，一直没有注意到选择还原型催化剂10的劣化或传感器的异常而持续运转，从而达不到期望的NOx降低率。
尤其是在本实施例中，通过配置在选择还原型催化剂10的入口和出口的NOx传感器22、23来计测NOx降低率，使该NOx降低率乘以对应于上述各NOx传感器22、23的使用时间的时效劣化系数，以修正实测NOx降低率，而且，根据从发动机1的运转状态导出的HC和CO的产生量来确定催化剂中毒系数，使基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数以进行修正，所以还可考虑到对应于各NOx传感器22、23的使用时间的时效劣化、和由HC和CO引起的选择还原型催化剂10的催化剂中毒劣化，从而可计测更为准确的实测的NOx降低率，进一步提高异常判定的精度。
而且，在通过每次运转更新的基准NOx降低率低于既定值时，通过控制装置21判定接近选择还原型催化剂10的更换时期，在操作间的显示装置26上显示更换时期的预报等，所以能让操作员确认到该情况而促使其尽早更换选择还原型催化剂10。
另外，本发明的排气净化装置的异常检测方法，并不限定于上述实施例，作为添加到选择还原型催化剂上的还原剂，也可以采用轻油等尿素水以外的物质，此外，当然在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变更。

Claims (16)

1.一种排气净化装置的异常检测方法，在排气管中途的选择还原型催化剂中添加还原剂以还原净化NOx，监视运转过程中的催化剂温度并记录下各温度带的累积时间，根据各温度带下的累积时间，对应各温度带确定NOx降低性能的劣化系数，对应各温度带分别使对应该各温度带预先确定的基准NOx降低率乘以上述劣化系数，更新上述基准NOx降低率，在下次运转时，使用该更新了的基准Nox降低率，比较实测NOx降低率和其测定温度带的基准NOx降低率，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差没有落入所需范围内时，做出异常判定。
2.如权利要求1所述的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，通过配置在选择还原型催化剂的入口和出口的NOx传感器来计测NOx降低率，使该NOx降低率乘以与上述各NOx传感器的使用时间对应的时效劣化系数，修正实测NOx降低率。
3.如权利要求1所述的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，根据从发动机的运转状态导出的HC和CO的产生量来确定催化剂中毒系数，使基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数来进行修正。
4.如权利要求2所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，根据从发动机的运转状态导出的HC和CO的产生量来确定催化剂中毒系数，使基准NOx降低率再乘以该催化剂中毒系数来进行修正。
5.如权利要求1所述的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂异常劣化，而在超过所需范围时判定传感器异常。
6.如权利要求2所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂异常劣化，而在超过所需范围时判定传感器异常。
7.如权利要求3所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂异常劣化，而在超过所需范围时判定传感器异常。
8.如权利要求4所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在实测NOx降低率相对于基准NOx降低率的偏差低于所需范围时，判定选择还原型催化剂异常劣化，而在超过所需范围时判定传感器异常。
9.如权利要求1所述的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
10.如权利要求2所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
11.如权利要求3所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
12.如权利要求4所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
13.如权利要求5所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
14.如权利要求6所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
15.如权利要求7所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
16.如权利要求8所示的排气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在基准NOx降低率低于既定值时，判定接近选择还原型催化剂的更换时期。
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