RU2605486C2 - Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов, система последующей обработки отработавших газов и ее контроллер - Google Patents

Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов, система последующей обработки отработавших газов и ее контроллер Download PDF

Info

Publication number
RU2605486C2
RU2605486C2 RU2015100085/06A RU2015100085A RU2605486C2 RU 2605486 C2 RU2605486 C2 RU 2605486C2 RU 2015100085/06 A RU2015100085/06 A RU 2015100085/06A RU 2015100085 A RU2015100085 A RU 2015100085A RU 2605486 C2 RU2605486 C2 RU 2605486C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ahi
doc
hydrocarbon
coefficient
range
Prior art date
Application number
RU2015100085/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015100085A (ru
Inventor
Цуньлон ДУН
Чунь ТАЙ
Original Assignee
Мак Тракс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мак Тракс, Инк. filed Critical Мак Тракс, Инк.
Publication of RU2015100085A publication Critical patent/RU2015100085A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2605486C2 publication Critical patent/RU2605486C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • 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
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • 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
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • 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]
    • 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
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • 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
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • 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
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • 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
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/04—Filtering activity of particulate filters
    • 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
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/05—Systems for adding substances into exhaust
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/14—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics having more than one sensor of one kind
    • 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
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1618—HC-slip from catalyst
    • 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
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1621—Catalyst conversion efficiency
    • 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
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
    • F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
    • F01N2900/1812—Flow rate
    • 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
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системе последующей обработки отработавших газов. Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя содержит по направлению потока отработавших газов форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI), блок дизельного катализатора окисления (DOC), дизельный сажевый фильтр (DPF) и систему селективного каталитического восстановления (SCR), включает: измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение количества тепла (QEATS) от впрыснутого системой AHI топлива, выделившегося на блоке DOC и фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение коэффициента преобразования (ηSCR) оксидов NOx в N2 системой SCR, когда впрыск углеводородов системой AHI не осуществляется; вычисление количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки; вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS); вычисление величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и идентификацию неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами. Техническим результатом изобретения является обеспечение контроля нескольких компонентов системы, который не увеличивает существенно стоимость или сложность самой системы или ее блока управления. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к системам последующей обработки отработавших газов (EATS, от англ. Exhaust After Treatment System) и, более конкретно, к способам и к устройству контроля (мониторинга) компонентов системы EATS.
Уровень техники
Законодательные акты устанавливают жесткие нормы для отработавших газов дизельных двигателей, в частности в отношении выбросов твердых частиц и оксидов NOx. Соблюдение этих норм требует использования многокомпонентных систем EATS. Типичная система EATS включает блок дизельного катализатора окисления (DOC, от англ. Diesel Oxidation Catalyst), дизельный сажевый фильтр (DPF, от англ. Diesel Particulate Filter), систему селективного каталитического восстановления (SCR, от англ. Selective Catalytic Reduction), а также форсунку усовершенствованной системы впрыска углеводородов (AHI, от англ. Advanced Hydrocarbon Injection), называемую также седьмым инжектором, для впрыска топлива выше DOC по потоку для обеспечения нагрева системы EATS и регенерации фильтра DPF.
Для обеспечения надлежащей работы DOC используют измерения температуры ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку, анализ которых позволяет выявить неисправность блока DOC. Если температуры ниже расчетной, это может указывать на неисправность блока DOC. Однако причиной пониженной температуры ниже блока DOC по потоку могут быть и другие проблемы, возникающие в системе EATS. Например, засорение форсунки системы AHI также может приводить к тому, что температура ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку будет ниже расчетной. Кроме того, в указанном способе не может контролироваться каталитическая активность фильтра DPF, которая также важна для управления выбросами неметановых углеводородов и обеспечения необходимого отношения NO2/NOx ниже системы SCR по потоку для обеспечения оптимального коэффициента преобразования оксидов NOx. Хотя засорение форсунки системы AHI можно определить с помощью расходомера, установленного в линии подачи топлива этой форсунки, однако такое решение увеличивает стоимость и сложность системы EATS и ее системы управления. Хотя также можно использовать коэффициент преобразования NOx системой SCR для обеспечения информации о составе отработавших газов, поступающих из фильтра DPF, однако имеются и другие факторы, кроме состава отработавших газов, которые могут приводить к снижению коэффициента преобразования NOx блоком SCR, например разбавление текучей среды нейтрализации выбросов дизельного двигателя, ухудшение характеристик катализатора системы SCR, засорение контура текучей среды нейтрализации выбросов или утечка в этом контуре и т.п. Система SCR также может быть нечувствительна к составу поступающих в него газов, если время пребывания газов достаточно велико, или температура внутри системы достаточно высока.
Существует потребность в способе контроля нескольких компонентов системы EATS, который не увеличивает существенно стоимость или сложность самой системы или ее блока управления.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается способ контроля (мониторинга) компонентов системы EATS для дизельного двигателя, которая содержит по направлению потока отработавших газов форсунку для впрыска углеводородов системы AHI, блок DOC, фильтр DPF и систему SCR. Способ включает: измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов (системой AHI); измерение количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC и на фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов; измерение коэффициента (ηSCR) преобразования оксидов NOx в N2 системой SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов; вычисление количества поданного тепла (QAHI), содержащегося в топливе, впрыснутом в течение цикла впрыска углеводородов при надлежащей работе форсунки (системы AHI); вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC=1-(QDOC/QEATS); вычисление величины коэффициента выноса углеводородов = 1-(QEATS/QAHI); и идентификацию неисправностей форсунки, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения вычисленных величин коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC и коэффициента выноса углеводородов, а также измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
В настоящем изобретении также предлагается система последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя. Система EATS содержит: форсунку впрыска углеводородов; блок DOC, расположенный ниже форсунки по потоку; датчик первой температуры, расположенный выше блока DOC по потоку; фильтр DPF, расположенный ниже блока DOC по потоку; датчик второй температуры, расположенный ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку; систему SCR, расположенную ниже фильтра DPF по потоку; датчик третьей температуры, расположенный ниже фильтра DPF и выше системы SCR по потоку; первый датчик содержания оксидов NOx, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NOx, расположенный ниже системы SCR по потоку, и контроллер. Контроллер выполнен для: определения количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов, на основе сигнала первой температуры и сигнала второй температуры, получаемых, соответственно, из датчика первой температуры и из датчика второй температуры; определения количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC и на фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов, на основе сигнала измерения первой температуры и сигнала измерения третьей температуры, получаемых, соответственно, из датчика первой температуры и из датчика третьей температуры; определения величины коэффициента (ηSCR) преобразования оксидов NOx в N2 в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NOX первым и вторым датчиками содержания NOx; вычисления количества поданного тепла от топлива, впрыснутого в течение цикла впрыска углеводородов, при надлежащей работе форсунки; вычисления величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC=1-(QDOC/QEATS); вычисления величины коэффициента выноса углеводородов = 1-(QEATS/QAHI); и идентификации неисправностей форсунки, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения вычисленных величин коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, коэффициента выноса углеводородов и измеренной величины коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
В настоящем изобретении также предлагается контроллер для системы EATS для дизельного двигателя, которая содержит: форсунку впрыска углеводородов; блок DOC, расположенный ниже форсунки по потоку; датчик первой температуры, расположенный выше блока DOC по потоку; фильтр DPF, расположенный ниже блока DOC по потоку; датчик второй температуры, расположенный ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку; систему SCR, расположенную ниже фильтра DPF по потоку; датчик третьей температуры, расположенный ниже фильтра DPF и выше системы SCR по потоку; первый датчик содержания оксидов NOx, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NOx, расположенный ниже системы SCR по потоку. Контроллер выполнен для: определения количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов, на основе сигнала первой температуры и сигнала второй температуры, получаемых, соответственно, из датчика первой температуры и из датчика второй температуры; определения количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC и на фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов, на основе сигнала измерения первой температуры и сигнала измерения третьей температуры, получаемых, соответственно, из датчика первой температуры и из датчика третьей температуры; определения коэффициента (ηSCR) преобразования оксидов NOx в N2 в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NOx первым и вторым датчиками содержания NOx; вычисления количества тепла от топлива, впрыснутого в течение цикла впрыска углеводородов, при надлежащей работе форсунки; вычисления величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC=1-(QDOC/QEATS); вычисления величины коэффициента выноса углеводородов = 1-(QEATS/QAHI); и идентификации неисправностей форсунки, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения вычисленных величин коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, коэффициента выноса углеводородов и измеренной величины коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
Краткое описание чертежей
Особенности и достоинства настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с нижеприведенным подробным описанием со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера указывают одинаковые элементы и на которых показано:
на фиг. 1 - блок-схема дизельного двигателя и системы EATS по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 - графики погрешностей температуры из-за потерь и других факторов, приводящих к ошибкам, в системе EATS;
на фиг. 3 - таблица, иллюстрирующая идентификацию неисправных компонентов системы EATS по одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 4 - блок-схема, содержащая блок-схему способа диагностики неисправностей компонентов системы EATS по одному из вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 приведена схема системы 21 последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя 23. Система EATS 21 содержит: форсунку 25 впрыска углеводородов системы AHI; блок DOC 24, расположенный ниже форсунки 25 по потоку; датчик 29 первой температуры, расположенный выше блока DOC по потоку; фильтр DPF 31, расположенный ниже блока DOC по потоку; датчик 33 второй температуры, расположенный ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку; систему SCR 35, расположенную ниже фильтра DPF по потоку; датчик 37 третий температуры, расположенный ниже фильтра DPF и выше системы SCR; первый датчик 39 содержания оксидов NOx, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик 41 содержания оксидов NOx, расположенный ниже системы SCR по потоку. В трубопроводе 43, расположенном выше блока DOC по потоку и соединяющем систему EATS с двигателем 23, обычно установлена турбина 45 турбонагнетателя и устройство 47, такое как измерительная диафрагма и расходомер для измерения или схема управления для расчета массового расхода отработавших газов. Как правило, выше системы SCR 35 и ниже фильтра DPF 31 по потоку обеспечивается форсунка 49, подсоединенная к источнику текучей среды для нейтрализации вредных выбросов (не показан).
Система EATS также содержит контроллер, который может быть частью блока управления двигателем транспортного средства или другим подходящим компьютером. Контроллер 51 выполнен для определения количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC 27 в результате впрыска углеводородов, на основе сигнала Т1 измерения первой температуры и сигнала Т2 измерения второй температуры, получаемых, соответственно, из датчика 29 первой температуры и из датчика 33 второй температуры. Контроллер 51 также выполнен для определения количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC 27 и фильтре DPF 31 в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, на основе сигнала Т1 измерения первой температуры, как правило, (но необязательно) сигнала Т2 измерения второй температуры и сигнала ТЗ измерения третьей температуры, получаемых, соответственно, из датчика 29 первой температуры, из датчика 33 второй температуры и датчика 37 третьей температуры. Контроллер 51 также выполнен для определения коэффициента преобразования оксидов NOx в N2 системой SCR 35 (ηSCR), как правило, в рабочем режиме с высоким массовым расходом отработавших газов и низкой температурой системы SCR, когда система AHI не используется, на основе сигналов измерения уровней оксидов NOx, получаемых из первого 39 и второго 41 датчиков уровней оксидов NOx. Контроллер выполнен также для расчета количества тепла (QAHI), выделяющегося при надлежащей работе форсунки 25 системы AHI в течение цикла впрыска углеводородов. Контроллер 51 выполнен также для расчета величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC.
(1) Коэффициент прохождения углеводородов через блок DOC=1-(QDOC/QEATS);
и для расчета величины коэффициента выноса углеводородов (впрыснутых системой AHI):
(2) Коэффициент выноса углеводородов = 1-(QEATS/QAHI).
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности форсунки 25, блока DOC 27, фильтра DPF 31 или системы SCR 35 путем сравнения вычисленных величин коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, коэффициента выноса углеводородов и коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами. Заданные величины устанавливаются для конкретной системы EATS по результатам испытаний и/или моделирования и могут отличаться для разных экземпляров системы.
Для конкретного транспортного средства на потери (HL) тепла компонентами системы EATS влияют следующие факторы: скорость транспортного средства (vveh), температура (Tamb) окружающей среды, температура (Texh) отработавших газов, а также массовый расход
Figure 00000001
отработавших газов. То есть,
Figure 00000002
.
Контроллер 51 в общем случае определяет количество QDOC тепла за время впрыска углеводородов системой AHI в соответствии с уравнением (3):
Figure 00000003
где: QDOC - тепло, выделившееся на DOC; T1 - температура, измеренная датчиком первой температуры; Т2 - температура, измеренная датчиком второй температуры; t1 - время в начале процесса впрыска углеводородов; t2 - время в конце процесса впрыска углеводородов;
Figure 00000004
- массовый расход отработавших газов; Cp.exh - удельная теплоемкость отработавших газов; mDOC = масса блока DOC; Ccor = удельная теплоемкость кордиерита (материал, используемый в блоке DOC).
Контроллер 51 в общем случае определяет количество QEATS тепла, выделившегося за время впрыска углеводородов системой AHI, в соответствии с уравнением (4):
Figure 00000005
где: QEATS - тепло, выделившееся на блоке DOC и на фильтре DPF;
Т3 - температура, измеренная датчиком третьей температуры;
mDPF - масса фильтра DPF;
Ccor = удельная теплоемкость кордиерита (материал, используемый в блоке DOC и в фильтре DPF).
Контроллер 51 обычно определяет количество тепла QAHI, выделившегося в течение цикла впрыска углеводородов, путем определения количества энергии, содержащегося в топливе, поданного в процессе работы форсунки, при условии ее нормальной (полноценный) работы в соответствии с уравнением (5):
Figure 00000006
где:
Figure 00000007
- номинальный массовый расход топлива, подаваемого через форсунку системы AHI, определяемый в соответствии с давлением топлива и процессом подачи углеводородов;
hdiesel _ минимальная теплотворная способность дизельного топлива.
Контроллер 51 определяет коэффициент (ηSCR) преобразования оксидов NOx системой SCR 35 только после того, как двигатель проработал достаточное время, чтобы датчик 41 концентрации оксидов NOx нагрелся до рабочей температуры, чтобы система SCR была в рабочем режиме, который определен для целей настоящего изобретения как ее нижний рабочий диапазон температур (обычно от 200°С до 350°С для системы SCR на Fe-цеолитах) и как верхний рабочий диапазон для массового расхода
Figure 00000008
отработавших газов (обычно примерно 0,35-0,45 кг/сек), где коэффициент преобразования оксидов NOx больше определяется составом поступающих газов. Коэффициент преобразования оксидов NOx обычно определяется по следующему уравнению:
(6) ηSCR=[1-(NOx1-NOx2)/NOx1]×100
где: ηSCR - коэффициент преобразования оксидов NOx;
NOx1 - концентрация оксидов NOx, измеренная первым датчиком;
NOx2 - концентрация оксидов NOx, измеренная вторым датчиком.
Поскольку измерения датчиков температуры имеют погрешности, и система EATS 21 отдает тепло в окружающую среду, необработанные измерения T1raw, T2raw и T3raw температуры датчиков 29, 33 и 37, соответственно, обычно не соответствуют требованиям сохранения энергии. Например, в случае устойчивого режима работы с постоянным расходом отработавших газов и фиксированной выходной температурой двигателя необработанные измерения T2raw и T3raw в общем случае будут отличаться от Т1, как это показано на графике фиг. 2 и выражено нижеприведенными уравнениями:
(7) T1=T2raw+ε21
(8) T2raw=T3raw+ε32
где: ε21 = расхождение между первой и второй температурами
ε32 = расхождение между второй и третьей температурами.
Расхождения ε21 и ε32 между температурами могут аппроксимироваться константами для типичного диапазона температур работы дизеля, такого как от 200°С до 400°С. Расхождения между температурами должны использоваться для корректировки необработанных измерений датчиков второй и третьей температур относительно измерения первой температуры, так чтобы уравнение сохранения энергии могло быть более точным для надежного контроля компонентов системы EATS. Эти два расхождения между температурами не предназначены для корректировки необработанных измерений трех датчиков температуры относительно соответствующих действительных температур. Величины двух расхождений могут быть рассчитаны, исходя из принципа сохранения энергии, когда не осуществляется впрыск углеводородов системой AHI. Характеристики датчиков температуры обычно не ухудшаются очень быстро, так что корректировка погрешностей измерений датчиков осуществляется не очень часто, примерно раз в месяц.
Для определения расхождений ε21 и ε32 в соответствии с принципами сохранения энергии, где:
(9) 0 = Выходящее тепло + Аккумулируемое тепло - Входящее тепло для блока DOC, используется следующее уравнение (10):
Figure 00000009
и для фильтра DPF используется уравнение (11):
Figure 00000010
Решая уравнение (10), получаем для ε21 уравнение (12):
Figure 00000011
и, решая уравнение (11) для ε32, получаем уравнение (13):
Figure 00000012
Будет понятно, что указанные здесь Т2 и Т3 могут относиться к фактически измеренным температурам, скорректированным для компенсации таких факторов, как погрешности датчиков температуры и потери тепла в системе EATS 21, которое уходит в окружающую среду.
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности форсунки 25 системы AHI путем определения того, что:
- величина коэффициента выноса углеводородов (в системе AHI) превышает диапазон R2 требуемых значений, и
- величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится в диапазоне R3 требуемых значений.
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности блока DOC 27 путем определения того, что:
- величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC превышает диапазон R1 требуемых значений,
- величина коэффициента выноса углеводородов превышает диапазон R2 требуемых значений, и
- величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона R3 требуемых значений.
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности фильтра DPF 31 путем определения того, что:
- величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится ниже диапазона R1 требуемых значений,
- величина коэффициента выноса углеводородов превышает диапазон R2 требуемых значений, и
- величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона R3 требуемых значений.
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности блока DOC и фильтра DPF 31 путем определения того, что:
- величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится в диапазоне R1 требуемых значений,
- величина коэффициента выноса углеводородов превышает диапазон R2 требуемых значений, и
- величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона R3 требуемых значений.
Контроллер 51 выполнен для идентификации неисправности системы SCR 35 путем определения того, что:
- величина коэффициента выноса углеводородов находится в диапазоне R2 требуемых значений, и
- величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона R3 требуемых значений.
На фиг. 3 приведена таблица, иллюстрирующая соответствие вышеуказанной диагностики вышеуказанным признакам. На фиг. 3 в скобках указаны иллюстративные величины для коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, коэффициента выноса углеводородов и коэффициента преобразования оксидов NOx для четырех вышеописанных ситуаций. Выражения "конец срока службы" и "выход за предельную величину" - это выражения, общепринятые в отрасли, и для целей настоящего изобретения они могут пониматься, соответственно, как "нормально отработавший со стандартным ухудшением характеристик в конце расчетного срока службы" и "неисправность, приводящая к превышению законодательно контролируемых выбросов".
Признаки возможной неисправности системы SCR 35 могут отражать проблемы, которые не являются ее неисправностями, однако они могут указывать на возможный источник проблемы. Коэффициент преобразования оксидов NOx обычно определяется, когда система SCR 35 работает в заданном диапазоне температур и с заданным расходом отработавших газов. Работа форсунки впрыска углеводородов обычно не влияет непосредственно на работу системы SCR 35. Однако, поскольку коэффициент выноса углеводородов имеет отношение к диагностике возможной неисправности системы SCR 35, контроллер 51 может быть выполнен таким образом, чтобы после определения того, что величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже заданного интервала, он автоматически инициировал впрыск углеводородов системой AHI. В другом варианте впрыск углеводородов может быть инициирован лишь оператором, включающим подачу углеводородов через форсунку системы AHI. Это действие может быть выполнено, например, в ответ на предупреждающий сигнал, информирующий оператора о текущей величине коэффициента преобразования оксидов NOx.
Способ контроля компонентов системы EATS для дизельного двигателя описан здесь в отношении двигателя 23 и системы EATS 21, показанной на фиг. 1, причем система EATS содержит в направлении потока форсунку 25 впрыска углеводородов, блок DOC 27, фильтр DPF 31 и систему SCR 35. В соответствии с предложенным способом измеряется количество QDOC тепла, выделившегося на блоке DOC 27 в течение цикла впрыска углеводородов. Измерение количества QDOC тепла может включать измерение первой температуры Т1 выше блока DOC 27 по потоку и измерение второй температуры Т2 ниже блока DOC 27 и выше фильтра DPF 31 по потоку. Количество QDOC тепла обычно определяется в соответствии с вышеприведенным уравнением (3).
В соответствии с предложенным способом измеряется количество (QEATS) тепла, выделившееся на блоке 27 и на фильтре DPF 31 в течение цикла впрыска углеводородов. Измерения величины QEATS может включать измерение первой температуры Т1 выше блока DOC 27 по потоку, измерение второй температуры Т2 ниже блока DOC 27 и выше фильтра DPF 31 по потоку и измерение третьей температуры ниже фильтра DPF 31 по потоку. Количество QEATS тепла обычно определяется в соответствии с вышеприведенным уравнением (4).
В соответствии с предложенным способом коэффициент преобразования оксидов NOx (ηSCR) в N2 в системе SCR 35 определяется в некоторый момент времени, когда система AHI не используется, обычно путем измерения уровней оксидов NOx датчиками 39 и 41, расположенными, соответственно, выше и ниже системы SCR по потоку, и вычисления коэффициента преобразования оксидов NOx в соответствии с вышеприведенным уравнением (6).
В соответствии с предложенным способом вычисляется количество вводимого тепла (QAHI) при осуществлении впрыска углеводородов системой AHI, когда в полной мере работает форсунка. Вычисление количества QAHI тепла включает определение количества энергии, содержащегося в топливе, поданного в процессе работы форсунки 25, при условии ее нормальной работы. Количество QAHI тепла обычно определяется в соответствии с вышеприведенным уравнением (5).
В соответствии с предложенным способом вычисляются величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC (=1-(QDOC/QEATS)) и коэффициента выноса углеводородов (=1-(QEATS/QAHI)).
Неисправность форсунки, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR идентифицируется путем сравнения вычисленных величин коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, коэффициента выноса углеводородов и измеренной величины коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами. В таблице на фиг. 3 показано, как разные комбинации признаков могут быть использованы для идентификации неисправности или возможной неисправности одного из компонентов.
На фиг. 4 приведена блок-схема алгоритма диагностики компонентов системы EATS. После запуска двигателя на стадии 100, если системой AHI осуществляется впрыск углеводородов (УВ) на стадии 200, на стадии 300 вычисляются величины QDOC, QEATS и QAHI, а также величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC и коэффициента выноса углеводородов. Если на стадии 400 определяется, что коэффициент выноса углеводородов находится в диапазоне требуемых величин, на стадии 500 делается вывод о том, что форсунка системы AHI, блок DOC и фильтр DPF работают надлежащим образом.
Если на стадии 400 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов находится на высоком уровне, то после выхода двигателя на режим, необходимый для измерения коэффициента преобразования оксидов NOx, иногда указываемый как режим с высоким массовым расходом отработавших газов и низкой температурой блока SCR (например, массовый расход порядка 0,35-0,45 кг/сек и температуры порядка 200-350°С), на стадии 600 измеряется величина коэффициента преобразования оксидов NOx. Если на стадии 700 определяется, что величина коэффициента преобразования оксидов NOx превышает диапазон требуемых значений, на стадии 800 делается вывод о неисправности форсунки 25.
Если на стадии 700 определяется, что величина коэффициента преобразования оксидов NOx ниже диапазона требуемых значений, и затем на стадии 900 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов не превышает диапазона требуемых значений, и на стадии 1000 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов находится ниже диапазона требуемых значений, то на стадии 1100 делается вывод о неисправности фильтра DPF 31. Если на стадии 1000 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов находится в диапазоне требуемых значений (то есть не выше и не ниже этого диапазона), то на стадии 1200 делается вывод о неисправности комбинации блока DOC 27 и фильтра DPF 31. Если на стадии 900 определяется, что величина выноса углеводородов превышает диапазон требуемых значений, то на стадии 1300 делается вывод о неисправности блока DOC 27.
Если после запуска двигателя на стадии 100 впрыск углеводородов не осуществляется (стадия 200), то после прогрева двигателя, когда будут достигнуты необходимые условия для измерения величины коэффициента преобразования оксидов NOx, если величина этого коэффициента, определенная на стадии 1400, превышает диапазон требуемых значений, на стадии 1500 делается вывод о том, что блок DOC, фильтр DPF и система SCR работают надлежащим образом. Вывод в отношении форсунки системы AHI не может быть сделан, поскольку с самого момента запуска двигателя она не используется.
Если на стадии 1400 определяется, что величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений, то на стадии 1600 осуществляется впрыск углеводородов системой AHI, либо в момент времени, определяемый нормальной логикой его включения, либо по запросу срочного включения, который направляется автоматически или вручную оператором.
Если после осуществления впрыска углеводородов на стадии 1800 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов находится на высоком уровне, и на стадиях 900 и 1000 делается вывод о том, что величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится ниже диапазона требуемых значений, то на стадии 1100 делается вывод о неисправности фильтра DPF 31. Если на стадиях 900 и 1000 определяется, что величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится в диапазоне требуемых значений, то на стадии 1200 делается вывод о неисправности комбинации блока DOC и фильтра DPF. Если на стадии 900 определяется, что величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC превышает диапазон требуемых значений, то на стадии 1300 делается вывод о неисправности блока DOC 27.
Если после осуществления впрыска углеводородов на стадии 1700 определяется, что величина коэффициента выноса углеводородов находится в диапазоне требуемых значений, то делается предположение о надлежащей работе форсунки 25, блока DOC 27 и фильтра DPF 31, и на стадии 1800 делается предварительный вывод о том, что причиной низкой величины коэффициента преобразования оксидов NOx может быть неисправность системы SCR, и более точная оценка может быть сделана с помощью специализированных устройств контроля системы SCR.
В соответствии с настоящим изобретением датчики, такие как датчики температуры или датчики оксидов NOx, которые обычно уже имеются в системе EATS, или могут быть введены в нее с минимальными затратами, могут быть пригодны для диагностики неисправностей компонентов этой системы.
В настоящем описании такие указания, как "включающий", используются в широком смысле, так же как и указания "содержащий", и не исключают наличия других структур, материалов или действий. Аналогично, хотя слово "может" используется в широком смысле для указания того, что некоторые структуры, материалы или действия не являются необходимыми, однако если такое слово не используется, это не означает, что некоторая структура, материал или действие является существенным признаком. В той степени, в которой структура, материал или действие в настоящее время считается существенным признаком, они указываются таковыми в явной форме.
Изобретение иллюстрируется в настоящем описании на примере одного из предпочтительных вариантов его осуществления, однако при этом следует иметь в виду, что в него могут быть внесены различные изменения и модификации без выхода за пределы объема изобретения, определяемого нижеприведенной формулой.

Claims (21)

1. Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя, содержащей по направлению потока отработавших газов форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI), блок дизельного катализатора окисления (DOC), дизельный сажевый фильтр (DPF) и систему селективного каталитического восстановления (SCR), включающий:
измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI;
измерение количества тепла (QEATS) от впрыснутого системой AHI топлива, выделившегося на блоке DOC и фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI;
измерение коэффициента преобразования (ηSCR) оксидов NOx в N2 системой SCR, когда впрыск углеводородов системой AHI не осуществляется;
вычисление количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки;
вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS);
вычисление величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и
идентификацию неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
2. Способ по п. 1, в котором измерение величины QDOC включает измерение первой температуры выше блока DOC по потоку и измерение второй температуры ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку.
3. Способ по п. 2, в котором измерение величины QEATS включает измерение первой температуры выше блока DOC по потоку, измерение второй температуры ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку и измерение третьей температуры ниже фильтра DPF по потоку.
4. Способ по п. 3, в котором измерение величин QDOC и QEATS включает корректировку измеренной второй температуры и измеренной третьей температуры для учета потерь тепла, уходящего из блока DOC и фильтра DPF в окружающую среду.
5. Способ по п. 1, в котором вычисление величины QAHI включает определение количества энергии, содержащейся в топливе, поданном в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, если форсунка работает надлежащим образом.
6. Способ по п. 1, в котором идентифицируется неисправность форсунки системы AHI при определении того, что:
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится в диапазоне требуемых значений.
7. Способ по п. 1, в котором идентифицируется неисправность блока DOC при определении того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC превышает диапазон требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
8. Способ по п. 1, в котором идентифицируется неисправность фильтра DPF при определении того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится ниже диапазона требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
9. Способ по п. 1, в котором идентифицируется неисправность комбинации блока DOC и фильтра DPF при определении того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится в диапазоне требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
10. Способ по п. 1, в котором идентифицируется неисправность системы SCR при определении того, что:
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI находится в диапазоне требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
11. Способ по п. 10, включающий после определения того, что коэффициент преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений, автоматическое инициирование цикла впрыска углеводородов системой AHI.
12. Способ по п. 1, включающий измерение коэффициента преобразования оксидов NOx, когда температура системы SCR и расход отработавших газов дизельного двигателя находятся в заданных диапазонах значений.
13. Система последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя, содержащая:
форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI);
блок дизельного катализатора окисления (DOC), расположенный ниже форсунки по потоку;
датчик первой температуры, расположенный выше блока DOC по потоку;
дизельный сажевый фильтр (ДСФ), расположенный ниже блока DOC по потоку;
датчик второй температуры, расположенный ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку;
систему селективного каталитического восстановления (SCR), расположенную ниже фильтра DPF по потоку;
датчик третьей температуры, расположенный ниже фильтра DPF и выше системы SCR по потоку;
первый датчик содержания оксидов NOx, расположенный выше системы SCR по потоку;
второй датчик содержания оксидов NOx, расположенный ниже системы SCR по потоку; и
контроллер, выполненный с возможностью:
определения количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, на основе сигнала измерения первой температуры и сигнала измерения второй температуры, получаемых, соответственно, от датчика первой температуры и от датчика второй температуры;
определения количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC и на фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, на основе сигнала измерения первой температуры и сигнала измерения третьей температуры, получаемых, соответственно, от датчика первой температуры и от датчика третьей температуры;
определения коэффициента (ηSCR) преобразования оксидов NOx в N2 в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NOx первым и вторым датчиками содержания NOx;
вычисления количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов, в случае полноценной работы форсунки;
вычисления величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS);
вычисления величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и
идентификации неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
14. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью корректировки измеренного сигнала второй температуры и измеренного сигнала третьей температуры для исключения погрешностей датчиков при определении величин QDOC и QEATS.
15. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью вычисления величины QAHI путем определения количества энергии, содержащейся в топливе, поданном в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, если форсунка работает надлежащим образом.
16. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью идентификации неисправности форсунки системы AHI путем определения того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится в диапазоне требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится в диапазоне требуемых значений.
17. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью идентификации неисправности блока DOC путем определения того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC превышает диапазон требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
18. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью идентификации неисправности фильтра DPF путем определения того, что:
величина коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC находится ниже диапазона требуемых значений,
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI превышает диапазон требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
19. Система по п. 13, в которой контроллер выполнен с возможностью идентификации неисправности системы SCR путем определения того, что:
величина коэффициента выноса углеводородов в системе AHI находится в диапазоне требуемых значений, а
величина коэффициента преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
20. Система по п. 19, в которой контроллер выполнен с возможностью автоматического инициирования процесса впрыска углеводородов системой AHI после того, как определено, что коэффициент преобразования оксидов NOx находится ниже диапазона требуемых значений.
21. Контроллер для системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя, которая содержит: форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI); блок дизельного катализатора окисления (DOC), расположенный ниже форсунки по потоку; датчик первой температуры, расположенный выше блока DOC по потоку; дизельный сажевый фильтр (DPF), расположенный ниже блока DOC по потоку; датчик второй температуры, расположенный ниже блока DOC и выше фильтра DPF по потоку; систему селективного каталитического восстановления (SCR), расположенную ниже фильтра DPF по потоку; датчик третьей температуры, расположенный ниже фильтра DPF и выше системы SCR по потоку; первый датчик содержания оксидов NOx, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NOx, расположенный ниже системы SCR по потоку,
причем контроллер выполнен с возможностью:
определения количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, на основе сигнала первой температуры и сигнала второй температуры, получаемых, соответственно, от датчика первой температуры и от датчика второй температуры;
определения количества тепла (QEATS), выделившегося на блоке DOC и на фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI, на основе сигнала измерения первой температуры и сигнала измерения третьей температуры, получаемых, соответственно, от датчика первой температуры и от датчика третьей температуры;
определения коэффициента (ηSCR) преобразования оксидов NOx в N2 в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов системой AHI, на основе сигналов измерения содержания NOx первым и вторым датчиками содержания NOx;
вычисления количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки;
вычисления величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS);
вычисления величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и
идентификации неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
RU2015100085/06A 2012-06-13 2012-06-13 Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов, система последующей обработки отработавших газов и ее контроллер RU2605486C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2012/042115 WO2013187888A1 (en) 2012-06-13 2012-06-13 Method for monitoring components in an exhaust after treatment system, an exhaust after treatment system, and a controller for an exhaust after treatment system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015100085A RU2015100085A (ru) 2016-08-10
RU2605486C2 true RU2605486C2 (ru) 2016-12-20

Family

ID=49758565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015100085/06A RU2605486C2 (ru) 2012-06-13 2012-06-13 Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов, система последующей обработки отработавших газов и ее контроллер

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9115631B2 (ru)
EP (1) EP2861840B1 (ru)
JP (1) JP6006869B2 (ru)
KR (1) KR20150024384A (ru)
CN (1) CN104603410B (ru)
AU (1) AU2012382388B2 (ru)
BR (1) BR112014031342A2 (ru)
CA (1) CA2874588A1 (ru)
IN (1) IN2014MN02640A (ru)
RU (1) RU2605486C2 (ru)
WO (1) WO2013187888A1 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6308548B2 (ja) * 2014-02-21 2018-04-11 ボッシュ株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6287896B2 (ja) * 2015-03-06 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 触媒の劣化診断装置
GB2536947A (en) * 2015-04-01 2016-10-05 Gm Global Tech Operations Llc Method and system for diagnosing efficiency of an aftertreatment system of an internal combustion engine
US20180163600A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-14 Caterpillar Inc. Compact hydrocarbon dosing and mixing system and method
US10851692B2 (en) 2017-01-24 2020-12-01 Volvo Truck Corporation Method for monitoring components in an exhaust aftertreatment system and engine arrangement including exhaust aftertreatment system monitoring arrangement
US10634032B2 (en) * 2017-12-15 2020-04-28 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine
CN108930578B (zh) * 2018-06-27 2020-09-29 潍柴动力股份有限公司 Doc中毒的检测和保护方法
CN109026295B (zh) * 2018-08-22 2023-09-01 东风商用车有限公司 一种劣化后处理器的系统和方法
CN110206621B (zh) * 2019-05-29 2022-01-11 一汽解放汽车有限公司 一种宽温度窗口的高效柴油机后处理装置及其控制方法
CN111577434A (zh) * 2020-04-26 2020-08-25 东风商用车有限公司 Doc的故障判定方法
GB202106257D0 (en) * 2021-04-30 2021-06-16 Agco Int Gmbh Exhaust gas aftertreatment system and method
CN114483278A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 安徽华菱汽车有限公司 一种doc系统故障监测装置及故障检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006037770A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置の異常検知方法
US20070144151A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Robert Bosch Gmbh Procedure and device to monitor an exhaust gas after-treatment system
US20070256407A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-08 Eaton Corporation Reformer temperature control with leading temperature estimation
US20080000219A1 (en) * 2004-03-16 2008-01-03 Ratcliff Ian H Exhaust Filter Regeneration Regime Method and Apparatus
WO2010133276A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for calculating an efficiency index of a diesel oxidation catalyst
US7942043B2 (en) * 2009-02-19 2011-05-17 Detroit Diesel Corporation On-board aftertreatment device tail pipe hydrocarbon slip calculation
WO2012002973A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Mack Trucks, Inc. Diesel engine and exhaust aftertreatment system and method of treating exhaust gases from a diesel engine

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6487852B1 (en) 2001-09-04 2002-12-03 Ford Global Technologies, Inc. Method and apparatus for controlling reactant injection into an active lean NOx catalyst
US6983589B2 (en) 2003-05-07 2006-01-10 Ford Global Technologies, Llc Diesel aftertreatment systems
JP2009127496A (ja) * 2007-11-21 2009-06-11 Toyota Motor Corp ＮＯｘ浄化装置における診断方法および診断装置
JP2009228589A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Denso Corp 排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置
JP5173577B2 (ja) * 2008-05-15 2013-04-03 トヨタ自動車株式会社 パティキュレートフィルタ異常判定方法
US8555617B2 (en) * 2009-03-26 2013-10-15 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system including a four-way catalyst and urea SCR catalyst and method of using the same
JP5478110B2 (ja) * 2009-04-30 2014-04-23 日野自動車株式会社 還元剤の異常検出方法
US8409515B2 (en) * 2009-07-14 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system
US8407985B2 (en) 2009-07-28 2013-04-02 International Engine Intellectual Property Company, Llc Method of monitoring hydrocarbon levels in a diesel particulate filter
US8205436B2 (en) 2009-11-03 2012-06-26 International Engine Intellectual Property Company, Llc Unintended exothermal reactions monitoring for diesel after-treatment systems
JP5348001B2 (ja) * 2010-02-09 2013-11-20 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US8474245B2 (en) * 2010-04-28 2013-07-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust and component temperature estimation systems and methods
US8621854B2 (en) * 2010-06-29 2014-01-07 GM Global Technology Operations LLC System and method for determining an age of and controlling a selective catalytic reduction catalyst
US8413432B2 (en) * 2010-06-30 2013-04-09 GM Global Technology Operations LLC Particulate filter regeneration interruption systems and methods
US20120023911A1 (en) * 2010-07-28 2012-02-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Detection of exhaust particulate filter substrate failure
WO2012067617A1 (en) 2010-11-18 2012-05-24 Mack Trucks, Inc. Method and engine arrangement for controlling nox

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080000219A1 (en) * 2004-03-16 2008-01-03 Ratcliff Ian H Exhaust Filter Regeneration Regime Method and Apparatus
JP2006037770A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置の異常検知方法
US20070144151A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Robert Bosch Gmbh Procedure and device to monitor an exhaust gas after-treatment system
US20070256407A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-08 Eaton Corporation Reformer temperature control with leading temperature estimation
US7942043B2 (en) * 2009-02-19 2011-05-17 Detroit Diesel Corporation On-board aftertreatment device tail pipe hydrocarbon slip calculation
WO2010133276A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for calculating an efficiency index of a diesel oxidation catalyst
WO2012002973A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Mack Trucks, Inc. Diesel engine and exhaust aftertreatment system and method of treating exhaust gases from a diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013187888A1 (en) 2013-12-19
CN104603410A (zh) 2015-05-06
BR112014031342A2 (pt) 2017-06-27
JP6006869B2 (ja) 2016-10-12
AU2012382388A1 (en) 2014-12-04
EP2861840A1 (en) 2015-04-22
US9115631B2 (en) 2015-08-25
KR20150024384A (ko) 2015-03-06
AU2012382388B2 (en) 2017-03-16
CA2874588A1 (en) 2013-12-19
IN2014MN02640A (ru) 2015-10-16
US20150096283A1 (en) 2015-04-09
EP2861840A4 (en) 2016-06-01
CN104603410B (zh) 2017-10-13
EP2861840B1 (en) 2018-08-01
JP2015519518A (ja) 2015-07-09
RU2015100085A (ru) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2605486C2 (ru) Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов, система последующей обработки отработавших газов и ее контроллер
US8973430B2 (en) Diesel particulate filter system
JP4718613B2 (ja) 排気後処理システムの診断方法
US9909480B2 (en) Apparatus, method, and system for diagnosing reductant deposits in an exhaust aftertreatment system
US9051867B2 (en) Diagnostics for hydrocarbon injection for filter regeneration
US9988963B2 (en) Method for monitoring an oxidation catalysis device
RU2611546C2 (ru) Способ обнаружения ненормально частой регенерации дизельного сажевого фильтра, система последующей обработки отработавших газов, система и способ предупреждения
US7082752B2 (en) Method and device for monitoring an exhaust gas treatment system
JP2004526959A (ja) センサを監視する方法および装置
CN107542563B (zh) 借助于氨填充水平在scr系统中进行故障识别
US9032719B2 (en) Particulate filter performance monitoring
CN109026295B (zh) 一种劣化后处理器的系统和方法
US20150033706A1 (en) Method and apparatus for determining the efficiency of an exhaust gas purification device
US10100701B2 (en) Method for the diagnosis of an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine
CN110821621A (zh) 用于监测scr催化器的方法
WO2023131348A1 (zh) 双dpf移除的监控方法、装置和发动机
US20150068295A1 (en) Oxidation catalyst/hydrocarbon injector testing system
US8904757B2 (en) System and method for controlling regeneration within an after-treatment component of a compression-ignition engine
CN103388519A (zh) 选择禁用NOx还原效率诊断的排气诊断控制系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170614