JP6006869B2 - 排気後処理システムの部品を監視する方法、排気後処理システム、及び排気後処理システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、全般的に排気後処理システム（ＥＡＴＳ）に関し、より詳しくは、排気ガス後処理システムの部品を監視する方法及び装置に関する。

政府の規制はディーゼルエンジンの排気、とりわけ微粒子及びＮＯｘエミッションに厳しい制約を課している。これらの規制の遵守は、多くの部品を含む排気後処理システムを必要とする。典型的なＥＡＴＳは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及び選択触媒還元システム（ＳＣＲ）、並びに排気ガス後処理システムの加熱及びＤＰＦの再生を容易にするべくディーゼル酸化触媒の上流に燃料を噴射する（「７番目のインジェクタ」として知られる）ＡＨＩノズルを含む。

ディーゼル酸化触媒が適切に機能することを保証するべく、ディーゼル酸化触媒の下流かつＤＰＦの上流の温度を監視して、ディーゼル酸化触媒の機能不良を診断することが知られている。温度が予想より低い場合は、ディーゼル酸化触媒が機能不良となっていることを示し得る。しかしながら、排気ガス後処理システムの他の問題が、ディーゼル酸化触媒の下流における温度が予想より低いことの原因となり得る。例えば、ＡＨＩノズルが詰まっていることは、ディーゼル酸化触媒の下流でかつＤＰＦの上流における温度が予想より低い結果となる。また、その方法は、非メタン炭化水素エミッションを制御するために、かつＳＣＲによるＮＯｘ転換効率を最適とするべく下流のＳＣＲに適切なＮＯ２／ＮＯｘ比をもたすために極めて重要な、触媒化ＤＰＦの触媒活性を監視することができない。ＡＨＩ配管に流量計を使用することによりＡＨＩノズルが詰まっていることを判定することは可能であるが、この解決策は実質的なコストと複雑さを排気ガス後処理システム及びその制御システムに加える。ＤＰＦの上流から供給される気体の組成に関するいくらかの情報をもたらすためにＳＣＲのＮＯｘ転換効率を使用することもできるが、例えばディーゼルエミッション流体（ＤＥＦ）の希釈、ＳＣＲ触媒自体の劣化、詰まったあるいは漏れているＤＥＦの閉じた回路といった、供給される気体の組成以外の、通常のＳＣＲのＮＯｘ転換効率より低いことに結びつくいくつかの他のファクターがある。ＳＣＲはまた、排気時間の滞留時間が長いあるいはその内部温度が高い間は、供給される気体の組成について敏感ではない。

ここで望まれることは、排気ガス後処理装置あるいは制御装置にコストあるいは複雑さを実質的に追加することなしに、排気ガス後処理装置のいくつかの部品を瞬時に監視する方法をもたらすことである。

本発明の一つの態様によると、ディーゼルエンジンの排気後処理システム（ＥＡＴＳ）の部品を監視する方法であって、そのＥＡＴＳが、上流から下流への順序で、ＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及び選択触媒還元システム（ＳＣＲ）を含んでいる方法がもたらされる。この方法は、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を測定すること、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの全体にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＥＡＴＳ）を測定すること、ＡＨＩを使用していないときにＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を測定すること、完全に機能しているＡＨＩノズルでＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算すること、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算すること、ＡＨＩ流れ損失係数１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算すること、計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定すること、を含む。

本発明の別の態様によると、ディーゼルエンジンの排気後処理システム（ＥＡＴＳ）がもたらされる。このＥＡＴＳは、ＡＨＩノズル、ＡＨＩノズルの下流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度センサ、ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル酸化触媒の下流でＤＰＦの上流の第２の温度センサ、ＤＰＦの下流の選択触媒還元システム（ＳＣＲ）、ＤＰＦの下流でＳＣＲの上流の第３の温度センサ、ＳＣＲの上流の第１のＮＯｘセンサ、ＳＣＲの下流の第２のＮＯｘセンサ、及び制御装置を含む。この制御装置は、第１の温度センサ及び第２の温度センサからの第１の温度測定信号及び第２の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を決定し、第１の温度センサ及び第３の温度センサからの第１の温度測定信号及び第３の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）を決定し、第１の及び第２のＮＯｘセンサからのＮＯｘ測定信号に基づいて、ＡＨＩを使用していない間のＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を決定し、完全に機能しているＡＨＩノズルでＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算し、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算し、ＡＨＩ流れ損失係数１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算し、計算したディーゼル酸化触媒の炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定するように構成される。

本発明の更に別の態様によると、ディーゼルエンジンの排気後処理システム（ＥＡＴＳ）の制御装置が提供され、そのＥＡＴＳは、ＡＨＩノズル、ＡＨＩノズルの下流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度センサ、ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル酸化触媒の下流で前記ＤＰＦの上流の第２の温度センサ、ＤＰＦの下流の選択触媒還元システム（ＳＣＲ）、ＰＦの下流で前記ＳＣＲの上流の第３の温度センサ、ＳＣＲの上流の第１のＮＯｘセンサ、ＳＣＲの下流の第２のＮＯｘセンサを含む。その制御装置は、第１の温度センサ及び第２の温度センサからの第１の温度測定信号及び第２の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を決定し、第１の温度センサ及び第３の温度センサからの第１の温度測定信号及び第３の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）を決定し、第１の及び第２のＮＯｘセンサからのＮＯｘ測定信号に基づいて、ＡＨＩを使用していない間のＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を決定し、完全に機能しているＡＨＩノズルでＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算し、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数＝１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算し、ＡＨＩ流れ損失係数＝１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算し、計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定するように構成される。

本発明の特徴及び利点は、数字が同様の要素を示している図面とともに以下の詳細な説明を読むことによってより理解されるだろう。
図１は、本発明の一態様によるディーゼルエンジン及び排気ガス後処理装置の模式図である。 図２は、排気ガス後処理装置における損失及び他のエラーファクターによる温度偏差のグラフである。 図３は、排気ガス後処理装置の正しく作動していない部品がどのように特定されるかを示す、本発明の一態様による表である。 図４は、排気ガス後処理装置の正しく作動していない部品を診断する方法の一連の段階を示す、本発明の一態様によるフローチャートである。

図１は、ディーゼルエンジン２３の排気後処理システム（ＥＡＴＳ）２１を示している。このＥＡＴＳ２１は、ＡＨＩノズル２５、ＡＨＩノズルの下流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２７、ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度センサ２９、ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３１、ディーゼル酸化触媒の下流でＤＰＦの上流の第２の温度センサ３３、ＤＰＦの下流の選択触媒還元システム（ＳＣＲ）３５、ＤＰＦの下流でＳＣＲの上流の第３の温度センサ３７、ＳＣＲの上流の第１のＮＯｘセンサ３９、及びＳＣＲの下流の第２のＮＯｘセンサ４１を備えている。ディーゼル酸化触媒の上流でＥＡＴＳをエンジン２３に接続している管路４３は、典型的に、ターボチャージャのタービン４５と、排気の質量流れを測定するためのオリフィス及び流量計あるいは排気の質量流れを計算するための制御論理回路といった装置４７とを含んでいる。ＤＥＦ（図示せず）の供給源に接続されているノズル４９は、典型的に、ＳＣＲ３５の上流でかつＤＰＦ３１の下流に設けられている。

排気ガス後処理装置は制御装置５１を更に含んでおり、それは車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）あるいは他の適切なコンピュータの一部を形成することができる。制御装置５１は、第１の温度センサ２９と第２の温度センサ３３からの第１の温度測定信号Ｔ１と第２の温度測定信号Ｔ２のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒２７の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を決定するように構成されている。また、制御装置５１は、第１の温度センサ２９、第２の温度センサ３３及び第３の温度センサ３７からの、第１の温度測定信号Ｔ１と、通常はそうであるが必ずしも必要ではない第２の温度測定信号Ｔ２及び第３の温度測定信号Ｔ３とのそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒２７及びＤＰＦ３１の全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）を決定するように構成されている。制御装置５１は、通常は大きい排気質量流れと低いＳＣＲ温度とを組み合せた作動状態において、第１の及び第２のＮＯｘセンサ３９，４１からのＮＯｘ測定信号に基づいて、ＡＨＩを使用していない間のＳＣＲ３５の全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を測定するように更に構成されている。制御装置５１は、完全に機能しているＡＨＩノズル２５によるＡＨＩ噴射事象の間の理論的な入熱（ＱＡＨＩ）を計算するように構成されている。制御装置５１は「ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数」を計算するように構成されているとともに、

（１）
ＡＨＩ流れ損失係数を計算するように構成されている。

（２）
制御装置５１は、計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失ファクター及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル２５、ディーゼル酸化触媒２７、ＤＰＦ３１あるいはＳＣＲ３５を特定するように構成されている。それらの望ましい値は、テスト及び／又はモデリングによって特定の排気ガス後処理装置毎に決定され、かつシステムによって異なり得る。

所与の車両において、後処理部品から周囲への熱損失（ＨＬ）は、車速（ｖ_ｖｅｈ）、周囲の温度（Ｔ_ａｍｂ）と圧力（Ｐ_ａｍｂ）、排気温度（Ｔ_ｅｘｈ）、及び排気の質量流量（ｍ_ｅｘｈ）を含むファクターによる影響を受ける。したがって、ＨＬ＝ｆ（ｖ_ｖｅｈ，Ｔ_ａｍｂ，Ｐ_ａｍｂ，Ｔ_ｅｘｈ，ｍ_ｅｘｈ）である。
制御装置５１は典型的に、ＡＨＩ噴射事象におけるＱＤＯＣを以下の式にしたがって決定する。

（３）
ここで：ＱＤＯＣ＝ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱
Ｔ１＝第１の温度センサによって測定した温度
Ｔ２＝第２の温度センサによって測定した温度
ｔ１＝ＡＨＩ噴射事象の開始時刻
ｔ２＝ＡＨＩ噴射事象の終了時刻
ｍｅｘｈ＝排気の質量流量
ｃｐ，ｅｘｈ＝排気ガスの比熱
ｍＤＯＣ＝ディーゼル酸化触媒の質量
ｃｃｏｒコージェライト材料の比熱（ここでは、ディーゼル酸化触媒に使用される）
制御装置５１は典型的に、ＡＨＩ噴射事象におけるＱＥＡＴＳを以下の式に従って決定する：

（４）
ここで：
ＱＥＡＴＳ＝ディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの全体から放出される熱
Ｔ３＝第３の温度センサによって測定した温度
ｍＤＰＦ＝ＤＰＦの質量
ｃｃｏｒ＝コージェライト材料の比熱（ここでは、ＤＰＦ及びディーゼル酸化触媒に使用される）
制御装置５１は、典型的に、ＡＨＩノズルが適切に機能している場合にＡＨＩ噴射事象の間に供給される燃料のエネルギー量を決定することにより、以下の式にしたがってＡＨＩ噴射事象におけるＱＡＨＩを決定する。

（５）
ここで：
ｍＡＨＩ＝ＡＨＩ燃圧及びＡＨＩ噴射事象に基づく、ＡＨＩノズルによる燃料の公称質量流量
ｈｄｉｅｓｅｌ＝ディーゼルの低い発熱量

制御装置５１は、典型的には、下流のＮＯｘセンサ４１がその動作温度に達し、かつＳＣＲが本発明についてその低い作動温度として定められる範囲（鉄ゼオライトＳＣＲにおいては、多くの場合に２００℃〜３５０℃）にあり、かつ上限の排気質量流量（ｍｅｘｈ）作動範囲（多くの場合約０．３５〜０．４５ｋｇ／ｓ）にあるのに充分な長さの時間にわたってエンジン２３が作動した後にのみ、ＳＣＲ３５のＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を決定するが、このＮＯｘ転換効率は供給される気体の組成に大きく依存する。ＮＯｘ転換効率は、典型的に、以下のような数式にしたがって決定される。

（６）
ここで：
ηＳＣＲ＝ＮＯｘ転換効率
ＮＯＸ１＝第１のＮＯｘセンサのＮＯｘ測定値
ＮＯＸ２＝第２のＮＯｘセンサのＮＯｘ測定値

温度センサの変動及び排気ガス後処理装置２１から周囲環境への熱損失により、第１の、第２の及び第３の温度センサ２９、３３及び３７の生の温度測定値Ｔ１ｒａｗ、Ｔ２ｒａｗ及びＴ３ｒａｗは、普通はエネルギー保存則の要件を満たさない。例えば、排気の質量流量が一定でかつエンジン外温度が一定な厳密な定常状態の下では、Ｔ２ｒａｗ及びＴ３ｒａｗは、図２に示すグラフのＴ１から一般的に外れ、かつ以下の式に従う：

（７）

（８）
ここで：
ε２１＝第１及び第２の温度間の偏差因子
ε３２＝第２及び第３の温度間の偏差因子
これらの偏差因子ε２１及びε３２は、例えば２００℃〜４００℃の範囲といったディーゼルエンジンの典型的な温度範囲では、定数として近似することができる。これらの偏差因子は、第２の温度センサ及び第３の温度センサの生の読みを第１の温度センサの読みに対して補償するようになっており、排気ガス後処理装置部品のロバスト性のある監視のためにエネルギー保存式をよりよく維持できるようにしている。２つの偏差因子は、３つの温度センサの生の読みをそれらの実際の温度のそれぞれに対して補償するようにはなっていない。ＡＨＩ噴射が実行されていないときに、エネルギー保存則に基づいて２つの偏差因子の値を推定することができる。温度センサは一般的にそれほど早く劣化しないので、不正確なセンサの補償は、例えば１ヵ月につき１回といった、ほとんど希な事象である。

ε２１及びε３２を決定するために、エネルギー保存則の下では、

（９）
であり、かつ以下の式がディーゼル酸化触媒に当てはまり：

（１０）
かつ以下の式がＤＰＦに当てはまる：

（１１）
ε２１のために式１０を解くと：

（１２）
となり、かつε３２のために式１１を解くと

（１３）
となる。
ここで理解されることは、本願明細書におけるＴ２及びＴ３の参照が、例えば温度センサの変動や排気ガス後処理装置２１から周囲環境への熱損失といったファクターを補償するために修正された実際の測定温度を参照できることである。

制御装置５１は、以下を判定することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル２５を特定するように構成されている。
・ ＡＨＩ流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている＞Ｒ２、及び
・ ＮＯｘ転換効率が望ましい範囲内にあるＲ３
制御装置５１は、以下を判定することにより、正しく作動していないディーゼル酸化触媒２７を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っている＞Ｒ１
・ ＡＨＩ流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている＞Ｒ２、及び
・ ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている＜Ｒ３。
制御装置５１は、以下を決定することによって、正しく作動していないＤＰＦ３１を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っている＜Ｒ１、
・ ＡＨＩ流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている＞Ｒ２、及び
・ ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている＜Ｒ３
制御装置５１は、以下を判定することにより、正しく作動していないディーゼル酸化触媒及び正しく作動していないＤＰＦの両方を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあるＲ１
・ ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っている＞Ｒ２
・ ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている＜Ｒ３
制御装置５１は、以下を判定することにより、正しく作動していない可能性があるＳＣＲ３５を特定するように構成されている。
・ ＡＨＩ流れ損失ファクターが所望の範囲内にあるＲ２、及び
・ ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている＜Ｒ３
図３は、前述した症状が前述した診断にどのように対応するかを示す表である。この図３は、上に概説した４つのシナリオの下での、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、ＡＨＩ流れ損失ファクター、及びＮＯｘ転換効率の実例となる値を（括弧内に）示している。「末期」という表現及び「限界」という表現は業界用語であり、本発明にとっては、それぞれ「耐用期間の末期において普通に劣化して適切に機能している」及び「監視法定限界を超えて正しく作動していない」を意味することは理解できるところである。

正しく作動していない可能性があるＳＣＲ３５のその症状は、正しく作動していないＳＣＲ以外の問題を反映したものであり得る。しかしながら、それらはその問題の一つの可能性がある原因を示唆し得る。ＮＯｘ転換効率は、通常、ＳＣＲ３５が予め定められた温度範囲内でかつ予め定められた排気質量流量の範囲内で作動しているときに決定される。ＡＨＩノズルの性能は、一般的に、ＳＣＲ３５の動作には直接影響しない。しかしながら、正しく作動していない可能性があるＳＣＲ３５の診断にＡＨＩ流れ損失ファクターが関連しているので、制御装置５１は、ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っていると決定した後、自動的にＡＨＩ噴射事象を開始するように構成することができる。代わりに、ＡＨＩ噴射事象は、ＡＨＩ噴射事象の開始を積極的に必要とするオペレータのみによって開始することができる。これは、もちろん、例えばオペレータに対し現在のＮＯｘ転換効率を教える警告信号に応じて実行することができる。

図１に示されているエンジン２３及び排気ガス後処理装置２１に関して、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置の部品を監視する方法を記載する。この排気ガス後処理装置は、上流から下流への順序で、ＡＨＩノズル２５、ディーゼル酸化触媒２７、ＤＰＦ３１及びＳＣＲ３５を備えている。この方法によると、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒２７の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）が測定される。ＱＤＯＣを測定することは、ディーゼル酸化触媒２７の上流の第１の温度Ｔ１を測定すること、及びディーゼル酸化触媒の下流でＤＰＦ３１の上流の第２の温度Ｔ２を測定することを含むことができる。ＱＤＯＣは、典型的に、上の式（３）によって決定される。

この方法によると、ＡＨＩ噴射事象の間にディーゼル酸化触媒２７及びＤＰＦ３１の全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）が測定される。ＱＥＡＴＳを測定することは、ディーゼル酸化触媒２７の上流で第１の温度Ｔ１を測定すること、ディーゼル酸化触媒２７の下流でＤＰＦ３１の上流の第２の温度を測定すること、及びＤＰＦ３１の下流の第３の温度を測定することを含むことができる。ＱＥＡＴＳは、典型的に、式（４）によって決定される。

この方法によると、ＳＣＲ３５の全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）は、ＡＨＩが使用中でない間のある時期に、典型的にＳＣＲ上流及び下流のセンサ３９，４１によってＮＯｘレベルを測定し、かつ上の式（６）によってＮＯｘ転換効率を計算することによって測定される。

この方法によると、完全に機能しているＡＨＩノズルでＡＨＩ噴射を実行する間の入熱（ＱＡＨＩ）が計算される。ＱＡＨＩを計算することは、ＡＨＩノズル２５が適切に機能している場合にＡＨＩ噴射事象の間に供給される燃料のエネルギー量を決定することを含む。ＱＡＨ１は、典型的に、上の式（５）によって計算される。

この方法によると、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数（＝１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ））とＡＨＩ流れ損失ファクター（＝１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ））が計算される。

正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲは、計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失ファクター及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを、望ましい値と比較することによって特定される。図３の表は、正しく作動していない、あるいは正しく作動していない可能性がある部品を特定するために、異なる組み合せの症状を如何に使用できるかを示している。

図４のフローチャートは、適切にあるいは不適切に機能している部品の診断を如何にして行うかを、一連の段階によって示している。ステップ１００でエンジンを始動した後で、ＡＨＩ噴射事象がステップ２００で実行された場合は、次にＱＤＯＣ、ＱＥＡＴＳ及びＱＡＨＩが、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数及びＡＨＩ流れ損失ファクターと共に、ステップ３００において計算される。ステップ４００でＡＨＩ流れ損失ファクターが望ましい範囲内にあると判定されると、ステップ５００の診断はＡＨＩ、ディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの部品が適切に機能しているというものになる。

時には大排気質量流量及び低ＳＣＲ温度条件と呼ばれる（例えば、温度が約２００℃〜３５０℃で、排気の質量流量が約０．３５〜０．４５ｋｇ／ｓという）ＮＯｘ転換効率の測定に望ましい条件でエンジン２３が作動していた後に、ステップ４００でＡＨＩ流れ損失ファクターが高いと判定されると、ステップ６００でＮＯｘ転換効率が測定される。ステップ７００でＮＯｘ転換効率が望ましい範囲を上回っていると判定された場合、ステップ８００の診断はＡＨＩノズル２５が不良というものになる。

ステップ７００でＮＯｘ転換効率が望ましい範囲を下回っていると判定され、ステップ９００で炭化水素スリップ係数が望ましい範囲を上回っていないと判定され、かつステップ１０００で炭化水素スリップ係数が望しい範囲を下回っていると判定されると、ステップ１１００の診断はＤＰＦ３１が正しく作動しなくなっているというものになる。ステップ１０００で炭化水素スリップ係数が望ましい範囲内にある、すなわち上回ってもいないし下回ってもいないと判定されると、ステップ１２００の診断は、ディーゼル酸化触媒２７及びＤＰＦ３１が正しく作動しなくなっているという組み合わせになる。ステップ９００で炭化水素スリップ係数が望ましい範囲を上回っていると判定された場合、ステップ１３００の診断はディーゼル酸化触媒２７が正しく作動しなくなっているというものになる。

ステップ１００でエンジンを始動した後に、ステップ２００でＡＨＩ噴射事象が実行されない場合、例えばエンジンの暖機の開始に続いてＮＯｘ転換効率を測定する望ましい条件が達成された後、ステップ１４００でＮＯｘ転換効率が望ましい範囲かそれを上回っていると判定された場合は、ステップ１５００の診断はディーゼル酸化触媒、ＤＰＦ及びＳＣＲの部品が適切に機能しているというものになる。エンジンが始動されてからＡＨＩノズルが使用されなかったので、ＡＨＩノズルの診断は適用できない。

ステップ１４００でＮＯｘ転換効率が望ましい範囲を下回っていると判定された場合、ＡＨＩ噴射事象の通常の発生を待つことあるいはＡＨＩ噴射事象の実行を積極的に要求することのいずれかにより、自動的なあるいはオペレータによる手動の開始のいずれかにより、ステップ１６００でＡＨＩ噴射事象が実行される。

ＡＨＩ噴射事象を実行した後に、ステップ１８００でＡＨＩ流れ損失ファクターが高いと判定されると、ステップ９００及び１０００において炭化水素スリップ係数が望ましい範囲を下回っているとの判定がなされ、ステップ１１００の診断はＤＰＦ３１が正しく作動しなくなっているというものになる。ステップ９００及び１０００で炭化水素スリップ係数が望ましい範囲にあると判定されると、ステップ１２００における診断はディーゼル酸化触媒及びＤＰＦが正しく作動しなくなっていることの組み合わせになる。ステップ９００で炭化水素スリップ係数が望ましい範囲を上回っていると判定されると、ステップ１３００の診断はディーゼル酸化触媒２７が正しく作動しなくなっているというものになる。

ＡＨＩ噴射事象の実行の後、ステップ１７００でＡＨＩ流れ損失ファクターが望ましい範囲内にあると判定されると、ＡＨＩノズル２５、ディーゼル酸化触媒２７及びＤＰＦ３１は適切に機能していると推定され、低いＮＯｘ転換効率の原因が正しく作動しなくなっているＳＣＲにあるというステップ１８００における診断を示唆するが、それは専用のＳＣＲモニターによってより明確に確認することができる。

本発明によると、通常は排気ガス後処理装置にすでに存在しているまたは最小のコストで追加できる温度センサあるいはＮＯｘセンサといったセンサは、正しく作動しなくなっている部品を診断するために適合することができる。

本出願において、「含む」といった用語の使用は非限定的なものであって「備える」といった用語と同じ意味を有することが意図されており、かつ他の構成、材料あるいは行為の存在を妨げない。同様に、「できる」あるいは「し得る」といった用語の使用は非限定的なものであることが意図されており、かつ構成、材料あるいは行為が必ずしも必要でないことを表しているが、そのような用語が使用されていなくてもその構成、材料あるいは行為が必須であることを表すことを意図していない。構成、材料あるいは行為が目下のところ必須であると考えられる範囲で、それらはそのようなものであると見なされる。

この発明を好ましい実施形態に従って図示しかつ説明してきたが、ここで理解されることは、請求の範囲に記載された本発明を逸脱しない範囲で変形及び変更をなし得ることである。

２１ 排気後処理システム（ＥＡＴＳ）
２３ ディーゼルエンジン
２５ ＡＨＩノズル
２７ ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）
２９ 第１の温度センサ２９
３１ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３３ 第２の温度センサ
３５ 選択触媒還元システム（ＳＣＲ）
３７ 第３の温度センサ
３９ 第１のＮＯｘセンサ
４１ 第２のＮＯｘセンサ
４３ 管路
４５ タービン
４７ 装置
４９ ノズル
５１ 制御装置

Claims (21)

1. ディーゼルエンジンの排気後処理システム（ＥＡＴＳ）の部品を監視する方法であって、
   前記ＥＡＴＳが、上流から下流への順に、ＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及び選択触媒還元システム（ＳＣＲ）を含んでおり、
   ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を測定すること、
   前記ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記ＤＰＦの全体にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＥＡＴＳ）を測定すること、
   ＡＨＩを使用していないときに前記ＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を測定すること、
   完全に機能しているＡＨＩノズルで前記ＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算すること、
   ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算すること、
   ＡＨＩ流れ損失係数１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算すること、及び
   計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定すること、
   を含む方法。
2. ＱＤＯＣを測定することが、前記ディーゼル酸化触媒の上流で第１の温度を測定すること及び前記ディーゼル酸化触媒の下流かつ前記ＤＰＦの上流で第２の温度を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. ＱＥＡＴＳを測定することが、前記ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度を測定すること、前記ディーゼル酸化触媒の下流かつ前記ＤＰＦの上流で第２の温度を測定すること、及び前記ＤＰＦの下流で第３の温度を測定することを含む、請求項２に記載の方法。
4. ＱＤＯＣ及びＱＥＡＴＳを測定することが、ディーゼル酸化触媒及びＤＰＦから周囲環境への熱損失を補償するために、前記測定した第２の温度及び前記測定した第３の温度を調整することを含む、請求項３に記載の方法。
5. ＱＡＨＩを計算することは、前記ＡＨＩノズルが適切に機能している場合に前記ＡＨＩ噴射事象の間にもたらされる燃料のエネルギー量を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
   前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲内にある、
   と判定することにより正しく作動していない部品がＡＨＩノズルであると特定される、請求項１に記載の方法。
7. 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っており、
   前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
   前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
   と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒であると特定される、請求項１に記載の方法。
8. 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っており、
   前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
   前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
   と判定することにより正しく作動していない部品がＤＰＦであると特定される、請求項１に記載の方法。
9. 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあり、
   前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
   前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
   と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒及びＤＰＦの組み合わせであると特定される、請求項１に記載の方法。
10. 前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲内にあり、かつ
    前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
    と判定することにより正しく作動していない部品がＳＣＲであると特定される、請求項１に記載の方法。
11. 前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っていると判定した後にＡＨＩ噴射事象を自動的に開始することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ＳＣＲの温度及びディーゼルエンジンの排気流量が予め定められた範囲内にあるときに前記ＮＯｘ転換効率を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
13. ディーゼルエンジンの排気後処理システム（ＥＡＴＳ）であって、前記ＥＡＴＳが、
    ＡＨＩノズル、
    前記ＡＨＩノズルの下流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、
    前記ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度センサ、
    前記ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、
    前記ディーゼル酸化触媒の上流で前記ＤＰＦの上流の第２の温度センサ、
    前記ＤＰＦの下流の選択触媒還元システム（ＳＣＲ）、
    前記ＤＰＦの下流で前記ＳＣＲの上流の第３の温度センサ、
    前記ＳＣＲの上流の第１のＮＯｘセンサ、
    前記ＳＣＲの下流の第２のＮＯｘセンサ、及び
    制御装置であって、
    前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサからの第１の温度測定信号及び第２の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を決定し、
    前記第１の温度センサ及び前記第３の温度センサからの第１の温度測定信号及び第３の温度測定信号のそれぞれに基づいて、前記ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記ＤＰＦの全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）を決定し、
    前記第１の及び第２のＮＯｘセンサからのＮＯｘ測定信号に基づいて、ＡＨＩを使用していない間の前記ＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を決定し、
    完全に機能しているＡＨＩノズルで前記ＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算し、
    ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算し、
    ＡＨＩ流れ損失係数１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算し、
    計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定するように構成された制御装置と、
    を備える排気ガス後処理システム。
14. 前記制御装置は、ＱＤＯＣ及びＱＥＡＴＳを決定するときに、測定した第２の温度信号及び測定した第３の温度信号を調整してセンサ変動を除外するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
15. 前記制御装置は、前記ＡＨＩノズルが適切に機能している場合に前記ＡＨＩ噴射事象の間に供給される燃料のエネルギー量を決定することによってＱＡＨＩを計算するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
16. 前記制御装置は、
    前記ディーゼル酸化触媒の炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあり、
    前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
    前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲内にある、
    と判定することにより正しく作動していない部品がＡＨＩノズルであると特定するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
17. 前記制御装置は、
    前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っており、
    前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
    前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
    と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒であると特定するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
18. 前記制御装置は、
    前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っており、
    前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
    前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
    と判定することにより、正しく作動していない部品がＤＰＦであると特定するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
19. 前記制御装置は、
    前記ＡＨＩ流れ損失係数が所望の範囲内にあり、かつ
    前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っている、
    と判定することにより正しく作動していない部品がＳＣＲである特定するように構成されている、請求項１３に記載の排気ガス後処理システム。
20. 前記制御装置は、前記ＮＯｘ転換効率が所望の範囲を下回っていると判定した後に、ＡＨＩ噴射事象を自動的に開始するように構成されている、請求項１９に記載の排気ガス後処理システム。
21. ディーゼルエンジン用排気後処理システム（ＥＡＴＳ）の制御装置であって、前記ＥＡＴＳが、ＡＨＩノズル、前記ＡＨＩノズルの下流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、
    前記ディーゼル酸化触媒の上流の第１の温度センサ、前記ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、前記ディーゼル酸化触媒の上流で前記ＤＰＦの上流の第２の温度センサ、前記ＤＰＦの下流の選択触媒還元システム（ＳＣＲ）、
    前記ＤＰＦの下流で前記ＳＣＲの上流の第３の温度センサ、前記ＳＣＲの上流の第１のＮＯｘセンサ、及び前記ＳＣＲの下流の第２のＮＯｘセンサ、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサからの第１の温度測定信号及び第２の温度測定信号のそれぞれに基づいて、ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱（ＱＤＯＣ）を決定し、
    前記第１の温度センサ及び前記第３の温度センサからの第１の温度測定信号及び第３の温度測定信号のそれぞれに基づいて、前記ＡＨＩ噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記ＤＰＦの全体から放出される熱（ＱＥＡＴＳ）を決定し、
    前記第１の及び第２のＮＯｘセンサからのＮＯｘ測定信号に基づいて、ＡＨＩを使用していない間の前記ＳＣＲ全体のＮＯｘからＮ２へのＮＯｘ転換効率（ηＳＣＲ）を決定し、
    完全に機能しているＡＨＩノズルで前記ＡＨＩ噴射事象を実行する間にＡＨＩ燃料から入る熱（ＱＡＨＩ）を計算し、
    ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数１−（ＱＤＯＣ／ＱＥＡＴＳ）を計算し、
    ＡＨＩ流れ損失係数１−（ＱＥＡＴＳ／ＱＡＨＩ）を計算し、
    計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したＡＨＩ流れ損失係数、及び測定したＮＯｘ転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないＡＨＩノズル、ディーゼル酸化触媒、ＤＰＦあるいはＳＣＲを特定する、ように構成された制御装置。

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