СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЯ ПО ИЗМЕРЕНИЮ УРОВНЯ ОКСИДОВ АЗОТА ЗА УСТРОЙСТВОМ СЕЛЕКТИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 F01N9/00 F01N11/00 

Настоящее изобретение испрашивает приоритет французских патентных заявок 1151675 и 1151676 от 2 марта 2011, содержание которых (текст, чертежи и формула изобретения) настоящим введены ссылкой.

Настоящее изобретение относится к способу диагностики катализатора окисления в линии выпуска газа, выходящего из двигателя внутреннего сгорания. Изобретение относится также к автомобилю, содержащему линию выпуска и компьютер, применяющий вышеуказанный способ.

В области автомобильной промышленности исключительно важными проблемами являются сокращение расхода топлива и уменьшение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Так, моноксид углерода (сокращенно CO) и углеводороды (сокращенно HC) являются загрязнителями, выбросы которых в атмосферу стремятся снизить. Для сокращения количества этих загрязнителей применяются, как известно, катализаторы окисления. Такой катализатор окисления известен также под сокращенным обозначением CatOx или под английским выражением Diesel Oxydation Catalyst (катализатор окисления дизельного топлива), сокращенно DOC. Далее в документе сокращение "DOC" и термин "катализатор окисления" используются взаимозаменяемо.

Кроме того, другими загрязнителями являются моноксид азота (NO), диоксид азота (NO₂) и закись азота (N₂O), общеизвестные под названием NO_x. Отметим, что DOC не способствует полному уменьшению эмиссии NO_x, так как DOC, вследствие своих окислительных свойств, катализирует реакцию образования диоксидов азота из моноксида азота. Таким образом, DOC способствует увеличению отношения диоксидов азота к оксидам азота, это отношение далее в тексте обозначено NO₂/NO_x.

Поэтому особенно полезно предусмотреть особое устройство для удаления диоксида азота и, в частности, всех оксидов азота. Средства, обычно применяющиеся для устранения этих газов, являются устройствами селективного каталитического восстановления (по-английски Selective Catalytic Reduction, сокращенно SCR), сочетающимися с введением мочевины или NH₃. Далее в настоящем документе сокращение "SCR" и термин "селективное каталитическое восстановление" используются взаимозаменяемо.

Таким образом, DOC и устройство SCR классически встроены в линию выпуска газа, выходящего из двигателя внутреннего сгорания. Фиг. 1 и 2 показывают примеры выпускных линий 20, соединенных с двигателем внутреннего сгорания 80. Эти выпускные линии 20 могут содержать DOC 40 и устройство SCR 60, расположенные в указанном порядке по отношению к направлению выпуска газов 90.

Чтобы обеспечить эффективность во времени очистных механизмов, находящихся в выпускной линии 20, предлагались различные способы диагностики отказа этих механизмов. Известно, например, о применении датчиков температуры для определения экзотермического эффекта DOC. Известно также о применении датчиков уровня молекулярного кислорода, чтобы определить изменение расхода молекулярного кислорода катализатором DOC. Определение экзотермического эффекта или определение изменения расхода молекулярного кислорода позволяет диагностировать отказ DOC. Альтернативно, документы WO2008/093616 A, WO2009/101728 A и DE 10328856 A описывают способы диагностики отказа DOC по измерению уровня NO_x на выходе DOC и, факультативно, перед DOC. Таким образом, каждый известный способ диагностики предлагает применять особый датчик для обнаружения отказа DOC. Применение особого датчика приводит к более сложной и, следовательно, в частности, более дорогой выпускной линии.

Первый тип способов основан на моделировании рабочих параметров выпускной линии для диагностики отказа выпускной линии. Так, документ WO2010/113269 A предлагает оценочный расчет уровня NO₂ в выпускной линии для установления отказа линии. Так как в этом первом типе способов не определяются реальные значения рабочих параметров выпускной линии, надежность таких способов оставляет желать лучшего.

Способы второго типа основаны на измерении реальных значений рабочих параметров выпускной линии. Документы WO2008/093616 A, WO2009/101728 A и DE 10328856 A описывают, например, способы диагностики отказа DOC по измерению уровня NO_x на выходе DOC и, возможно, перед DOC. Таким образом, способы диагностики второго типа предлагают использовать особый датчик для обнаружения отказа DOC. Однако применение особого датчика приводит к более сложной и, в частности, более дорогой выпускной линии.

Таким образом, существует потребность в надежном способе диагностики отказа очистного механизма в выпускной линии, причем при этом должна сохраняться простота конструкции выпускной линии, и, в частности, существует потребность в способе диагностики катализатора окисления, который можно осуществлять в более простой выпускной линии.

С этой целью изобретение предлагает способ диагностики катализатора окисления в линии выпуска газа, выходящего из двигателя внутреннего сгорания, причем выпускная линия содержит устройство селективного каталитического восстановления, расположенное, в направлении выпуска газов, за катализатором окисления, причем способ включает:

- измерение уровня оксидов азота за устройством селективного каталитического восстановления, в направлении выпуска газов, и

- установление отказа катализатора окисления в зависимости от измеренного уровня оксидов азота.

Согласно одному варианту, устанавливается, что произошел отказ катализатора окисления, когда измеренный уровень оксидов азота становится ниже порогового уровня оксидов азота, предопределенного как отказ катализатора окисления.

Согласно одному варианту, способ включает, исходя из измеренного уровня оксидов азота, расчет степени конверсии оксидов азота в устройстве селективного каталитического восстановления, причем отказ катализатора окисления устанавливается, когда степень конверсии устройства селективного каталитического восстановления становится ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ катализатора окисления.

Согласно одному варианту, способ включает:

- измерение уровня моноксида углерода или уровня углеводородов до устройства селективного каталитического восстановления и за катализатором окисления, относительно направления выпуска газов, и

- установление отказа катализатора окисления, когда измеренный уровень моноксида углерода или углеводородов превысит пороговый уровень моноксида углерода или углеводородов, предопределенный как отказ катализатора окисления.

Согласно одному варианту, способ включает:

- измерение отношения диоксидов азота к оксидам азота, до устройства селективного каталитического восстановления и за катализатором окисления, в направлении выпуска газов, и

- установление отказа катализатора окисления, когда измеренное отношение диоксидов азота к оксидам азота становится ниже пороговой величины отношения диоксида азота к оксидам азота, предопределенной как отказ катализатора окисления.

Согласно одному варианту, способ включает:

- измерение расхода молекулярного кислорода катализатором окисления, и

- установление отказа катализатора окисления, когда измеренный расход становится ниже пороговой величины расхода молекулярного кислорода, предопределенной как отказ катализатора окисления.

Согласно одному варианту, способ включает:

- измерение или оценку экзотермического эффекта, создаваемого катализатором окисления, и

- установление отказа катализатора окисления в зависимости от измеренного или оцененного экзотермического эффекта.

Согласно одному варианту, способ включает, кроме того, введение мочевины до устройства селективного каталитического восстановления, в направлении выпуска газов.

Согласно одному варианту, двигатель внутреннего сгорания, из которого выходят газы, выбрасываемые линией выпуска, является дизельным двигателем.

В одном частном варианте осуществления вышеуказанного способа изобретение предлагает также способ диагностики отказа устройства в линии выпуска газа, выходящего из двигателя внутреннего сгорания, причем выпускная линия содержит, в направлении выпуска газов, катализатор окисления и устройство селективного каталитического восстановления, и способ включает:

- измерения при первой температуре и при второй температуре уровня оксидов азота за устройством селективного каталитического восстановления, в направлении выпуска газов, причем вторая температура выше первой температуры, и

- установление отказа катализатора окисления, когда:

- при первой температуре измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления, и когда

- при второй температуре измеренный уровень оксидов азота не соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления.

Согласно одному варианту, по меньшей мере одна из первой и второй температур является температурой, измеренной на уровне устройства селективного каталитического восстановления.

Согласно одному варианту, по меньшей мере одна из первой и второй температур является расчетной температурой в устройстве селективного каталитического восстановления, причем оценка производится по модели температуры в выпускной линии.

Согласно одному варианту, модель температуры основана на по меньшей мере одном из параметров группы параметров, состоящей из:

- режима работы двигателя,

- крутящего момента двигателя,

- расхода топлива двигателем,

- фазировки впрыска топлива в двигатель,

- расхода воздуха двигателем,

- степени возврата в двигатель отработавшего газа из выпускной линии,

- клапанной системы на входе двигателя,

- скорости автомобиля, содержащего двигатель и линию выпуска и

- положения турбокомпрессора на впуске двигателя, отбирающего кинетическую энергию газа, выбрасываемого в линию выпуска.

Согласно одному варианту, способ включает установление отказа устройства селективного каталитического восстановления, когда при первой температуре и при второй температуре измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления.

Согласно одному варианту, по меньшей мере при одной из первой и второй температур измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления, когда измеренный уровень оксидов азота превышает пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ.

Согласно одному варианту, по меньшей мере при одной из первой и второй температур способ включает расчет степени конверсии оксидов азота в устройстве селективного каталитического восстановления, исходя из измеренного уровня оксидов азота, причем измеренный уровень оксидов азота при по меньшей мере одной из первой и второй температур соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления, когда рассчитанная степень конверсии оксидов азота становится ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ.

Согласно одному варианту:

- первая температура является температурой нормальной работы выпускной линии и составляет от 150°C до 300°C, и

- вторая температура является повышенной температурой работы выпускной линии и больше или равна 300°C.

Согласно одному варианту, применимому ко всем вариантам осуществления способа по изобретению, двигатель внутреннего сгорания, из которого выходят газы, выбрасываемые в линию выпуска, является дизельным двигателем.

Изобретение предлагает также автомобиль, содержащий двигатель внутреннего сгорания, линию выпуска газа двигателя внутреннего сгорания и компьютер диагностики выпускной линии, причем выпускная линия содержит, в направлении выхода газов, катализатор окисления, устройство селективного каталитического восстановления, датчик уровня оксидов азота и компьютер, в котором применяется вышеуказанный способ диагностики в любом из вариантов воплощения.

Другие характеристики и преимущества изобретения выявятся из изучения следующего подробного описания вариантов осуществления изобретения, данных исключительно в качестве примера, при обращении к чертежам, на которых показано:

- фиг. 1 и 2: схематическое представление линий выпуска, соединенных с двигателем внутреннего сгорания;

- фиг. 3: график, сравнивающий изменение отношения диоксидов азота к оксидам азота для нового и старого катализаторов окисления;

- фиг. 4: график эффективности обработки оксидов азота в выпускной линии с фиг. 1 или 2 в зависимости от температуры и отношения диоксидов азота к оксидам азота;

- фиг. 5: график, показывающий суммарную эмиссию загрязняющих веществ, выходящих из различных катализаторов окисления, в зависимости от разных пороговых величин, предопределенных как отказ катализатора окисления;

- фиг. 6: гистограмма эффективности обработки оксидов азота в выпускной линии с фиг. 1 в зависимости от отношения диоксидов азота к оксидам азота при первой и второй температуре;

- фиг. 7: график, сравнивающий изменение температуры для нового и старого катализаторов.

Предлагается способ диагностики катализатора окисления. Предусматривается, что диагностика будет проводиться в линии выпуска газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания предпочтительно является дизельным двигателем. Для иллюстрации размещения DOC 40 в выпускной линии 20 следует обратиться к вышеописанным фиг. 1 и 2.

Согласно фиг. 1 и 2 и согласно первому варианту осуществления, выпускная линия 20, где реализуется предложенный способ, содержит устройство селективного каталитического восстановления 60 за DOC 20 в направлении выпуска газов. Далее в настоящем документе использование терминов “за” и “до” определяет в выпускной линии 20 положение одного устройства относительно другого устройства по отношению к направлению выхода газов в линию выпуска 20.

Способ включает измерение уровня оксидов азота за устройством SCR 60. Способ включает, кроме того, установление отказа катализатора DOC 40.

Действительно, из известных отказов DOC 40, старение DOC 40 имеет следствием, в частности, снижение эффективности окисления HC и CO и уменьшение отношения NO₂/NO_x за DOC 40. Фиг. 3 показывает график, сравнивающий изменение отношения NO₂/NO_x для свежего DOC 40 (кривая 70) и для старого DOC 40 (кривая 72). Изменение отношения NO₂/NO_x для каждого DOC 40 связано с одной и той же стандартной программой работы двигателя внутреннего сгорания 80. Так, фиг. 3 показывает изменение скорости двигателя 80, когда двигатель 80 подвергается стандартной программе работы (кривая 78).

Однако уменьшение отношения NO₂/NO_x за DOC 40 влечет повышение эмиссии NO_x за устройством SCR 60 вследствие худшей эффективности SCR. Это снижение эффективности SCR видно на поверхности 76 на фиг. 4, которая показывает график эффективности обработки NO_x в выпускной линии 80 в зависимости от отношения NO₂/NO_x.

Таким образом, из снижения эффективности SCR вследствие уменьшения отношения NO₂/NO_x можно установить снижение активности DOC 40 путем измерения уровня NO_x за устройством SCR 60. Отказ DOC 40 в зависимости от уровня NO_x за устройством SCR 60 можно установить в соответствии с по меньшей мере одним из двух следующих вариантов.

Отказ DOC 40 можно установить, например, когда измеренный уровень оксидов азота превысит пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ DOC 40.

Отказ DOC 40 можно также установить посредством расчета степени конверсии NO_x в устройстве SCR 60. Расчет степени конверсии NO_x в устройстве SCR 60 проводится, исходя из измеренного уровня NO_x и уровня NO_x до устройства SCR 60. Уровень NO_x до устройства SCR 60 можно определить с помощью специального датчика или с помощью модели расчета уровня NO_x до устройства SCR 60. Таким образом, уровень NO_x до устройства SCR 60 измеряется или оценивается и позволяет, вместе с уровнем NO_x, измеренным ниже по потоку, рассчитать степень конверсии NO_x в устройстве SCR 60. Когда проводится расчет степени конверсии NO_x в устройстве SCR 60, отказ DOC 40 устанавливается, когда рассчитанная степень конверсии становится ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ DOC 40.

Оба описанных выше варианта установления отказа DOC 40 могут применяться одновременно на выпускной линии 20.

Другими словами, во всех случаях предложенный способ позволяет диагностировать отказ DOC 40 не напрямую по уменьшению эффективности очистки от HC и CO, но опосредованно по эмиссии NO_x за устройством SCR 60.

Однако, согласно фиг. 1 и 2, датчик NO_x 64 за SCR снабжен бортовым компьютером диагностики уменьшения уровня NO_x (не показан), бортовой компьютер диагностики уменьшения уровня NO_x - встроенным компьютером, более известным под названием OBD-компьютер (сокращение от английского выражения "on board diagnostics" - бортовая диагностика).

Осуществление предложенного способа этим же встроенным компьютером не влечет необходимости дополнительного датчика, в отличие от других известных решений, таких, как диагностика DOC 40 по экзотермическому эффекту DOC 40 или по изменению расхода кислорода катализатором DOC 40. Таким образом, не требуя дополнительного датчика, выпускная линия 20, для которой применяется предложенный способ диагностики, является более простой.

В итоге, предложенный способ диагностики катализатора окисления может применяться на более простой выпускной линии.

Пороговый уровень NO_x, предопределенный как отказ DOC 40, может соответствовать пороговой величине, хранящейся в памяти компьютера OBD. Этот предустановленный пороговый уровень является частью нормативно устанавливаемых уровней различных загрязнителей HC, CO или NO_x.

Фиг. 5 показывает график, иллюстрирующий суммарную эмиссию загрязнителей HC, CO или NO_x в зависимости от разных предустановленных пороговых величин отказа DOC 40. Пороговая величина 94 соответствует пороговому уровню CO, предопределенному как отказ DOC 40. Пороговая величина 96 соответствует пороговому уровню NO_x и неметановых HC (сокращенно NMHC), предопределенному как отказ DOC 40. Фиг. 5 показывает суммарную эмиссию загрязнителей HC, CO или NO_x, которые выходят из катализаторов окисления различных технологий: DOC 1, DOC 2, DOC 3, DOC 4 и DOC 5, и к которым применялась стандартная программа работы. Для каждого из этих DOC превышение предопределенной пороговой величины 96 для NO_x происходит раньше превышения предопределенной пороговой величины 94 для CO и неметановых HC. Таким образом, предложенный способ диагностики позволяет обнаружить отказ DOC 40 и предотвратить чрезмерное выделение других регламентируемых загрязнителей, таких как CO, для разных технологий DOC.

Кроме того, по соображениям надежности способа обнаружения, этот способ может дополнительно включать измерение уровня CO или уровня HC до устройства SCR 60 и за катализатором DOC 40. Результат этого измерения, когда он превышает пороговый уровень CO или HC, предопределенный как отказ DOC 40, позволяет дополнительное обнаружение отказа DOC 40, что выгодно. Согласно этому варианту осуществления, выпускная линия 20 может тогда быть снабжена дополнительным датчиком.

С этой же целью надежности предложенного способа диагностики, способ может включать, кроме того, измерение отношения NO₂/NO_x до устройства SCR 60 и за DOC 40. Результат этого измерения, когда он становится ниже порогового значения NO₂/NO_x, предопределенного как отказ DOC 40, позволяет лучшее определение отказа DOC 40, что выгодно. Согласно этому варианту осуществления, выпускная линия 20 может тогда быть снабжена дополнительным датчиком.

Опять же в целях надежности, способ может включать, кроме того, измерение или оценку степени конверсии NO_x в NO₂ на катализаторе DOC 40. Результат этого измерения или этой оценки, когда он становится ниже пороговой степени конверсии, характеризующей отказ DOC, позволяет лучше установить отказ DOC 40, что выгодно. Согласно этому варианту осуществления, выпускная линия 20 может тогда быть снабжена дополнительным датчиком.

Также в этих целях надежности способ может включать, кроме того, измерение расхода O₂ катализатором DOC 40. Результат этого измерения, когда он становится ниже пороговой величины расхода O₂, предопределенной как отказ DOC 40, позволяет лучше установить отказ DOC 40, что выгодно. Согласно этому варианту осуществления, выпускная линия 20 может тогда быть снабжена дополнительным датчиком.

В этих же целях надежности способ может включать, кроме того, измерение или оценку экзотермического эффекта DOC 40. Результат этого измерения или этой оценки, когда он не соответствует пороговой величине, предопределенной как отказ DOC 40, позволяет лучшее установление отказа DOC 40, что выгодно. Несоответствие экзотермического эффекта пороговой величине, предопределенной как отказ, может означать снижение экзотермического эффекта катализатора DOC 40 из-за его старения. Таким образом, возможно лучшее установление отказа DOC 40, когда измеренный или рассчитанный экзотермический эффект DOC 40 становится ниже пороговой температуры, предопределенной как отказ DOC 40. Несоответствие экзотермического эффекта пороговой величине, предопределенной как отказ, может также означать уменьшению роста температуры DOC 40 при работе выпускной линии 20. Таким образом, лучшее установление отказа DOC 40 возможно, когда скорость повышения температуры DOC 40 становится ниже пороговой величины повышения температуры, предопределенной как отказ DOC 40. Сообразно тому, измерен ли экзотермический эффект или оценен, выпускная линия 20 может быть снабжена дополнительным датчиком.

Согласно фиг. 1 и 2, выпускная линия 20 может содержать инжектор 62 мочевины до устройства SCR 60. Таким образом, предложенный способ может также включать введение мочевины до устройства SCR 60. Мочевина соответствует восстановителю в реакции SCR, известному также под названием AUS32 (водный раствор мочевины 32,5%).

Изобретение относится также к автомобилю. Автомобиль содержит двигатель внутреннего сгорания 80, линию выпуска 20 газов из двигателя внутреннего сгорания 80 и компьютер диагностики вышеописанной выпускной линии 20. Согласно фиг. 1 и 2, выпускная линия 20 содержит также датчик 64 уровня NO_x. Компьютер предпочтительно осуществляет вышеописанный способ диагностики. Реализация вышеописанного способа диагностики для выпускной линии 20 возможна, хотя выпускная линия 20 может не содержать датчиков между DOC 40 и устройством SCR 60.

Предложенный способ предпочтительно включает сигнализацию об отказе DOC 40. Эта сигнализация предназначена в таком случае для водителя автомобиля, содержащего линию выпуска 20, или для лица, пользующегося двигателем внутреннего сгорания 80.

Ниже с учетом фиг. 1, 3, 4, 6 и 7 описывается другой вариант осуществления способа согласно изобретению, при этом характеристики, общие для двух вариантов, для краткости не повторяются. Предлагается способ диагностики отказа устройства в выпускной линии. Предусмотрено, что диагностика проводится в линии выпуска газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания предпочтительно является дизельным двигателем. Для иллюстрации размещения DOC 40 и устройства селективного каталитического восстановления 60 в выпускной линии 20 следует обратиться к вышеописанной фиг. 1.

Способ включает измерение уровня оксидов азота за устройством SCR 60. Эти измерения уровня NO_x проводятся при первой температуре T1 и при второй температуре T2. T2 выше, чем T1. Действительно, T1 может соответствовать низкой или средней температуре работы выпускной линии 20, тогда как T2 может соответствовать повышенной температуре работы выпускной линии 20. Тогда T1 предпочтительно соответствует температуре, составляющей от 150°C до 300°C, а T2 предпочтительно соответствует температуре, больше или равной 300°C.

Способ включает, кроме того, определение отказа DOC 40.

Так, по снижению эффективности SCR из-за уменьшения отношения NO₂/NO_x при низкой и средней температуре можно установить отказ в выпускной линии путем измерения уровня NO_x за устройством SCR 60 при температуре T1.

Однако может быть полезным различать, какое устройство отказало, DOC 40 или устройство SCR 60.

В случае, когда отказывает DOC 40, тогда как выпускная линия 20 испытывает повышенную температуру, уменьшение отношения NO₂/NO_x за DOC 40 вследствие отказа не влечет существенного снижения эффективности обработки NO_x устройством SCR 60. Действительно, согласно фиг. 3, снижение эффективности обработки NO_x устройством SCR 60 намного меньше при повышенной температуре устройства SCR 60, чем при низких и средних температурах в устройстве SCR 60. Фиг. 6 показывает гистограмму эффективности обработки NO_x в зависимости от отношения NO₂/NO_x при T1 и T2. Эта гистограмма также обнаруживает, что снижение эффективности обработки NO_x в зависимости от отношения NO₂/NO_x не является существенным ни при температуре T1, ни при температуре T2. Таким образом, при обычных температурах (T1) эффективность обработки NO_x в устройстве SCR 60 зависит от отношения NO₂/NO_x, а при повышенных температурах (T2) это больше не имеет места.

Напротив, в случае, когда отказывает устройство SCR, эффективность обработки NO_x снижается за устройством SCR 60 независимо от температуры в устройстве SCR 60.

Другими словами, отказ DOC можно установить, когда:

- при первой температуре T1 измеренный уровень NO_x соответствует функциональной недостаточности устройства SCR 60, и когда

- при второй температуре T2 измеренный уровень NO_x не соответствует функциональной недостаточности устройства SCR 60.

Когда измеренный уровень NO_x не соответствует функциональной недостаточности устройства SCR 60, это означает, что измеренный уровень NO_x соответствует удовлетворительной работе устройства SCR 60, то есть нормальной работе устройства SCR 60.

Определить, соответствует или нет уровень NO_x, измеренный за устройством SCR 60, функциональной недостаточности устройства SCR 60, можно согласно по меньшей мере одному из двух следующих вариантов.

При заданной температуре, T1 или T2, функциональная недостаточность устройства SCR 60 может, например, соответствовать случаю, когда измеренный уровень оксидов азота превышает пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ. Пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ, предпочтительно зависит от температуры (T1 или T2) измерения уровня NO_x, с которым сравнивается пороговый уровень.

При заданной температуре, T1 или T2, функциональную недостаточность устройства SCR 60 можно также идентифицировать через расчет степени конверсии NO_x в устройстве SCR 60. Расчет степени конверсии NO_x в устройстве SCR 60 осуществляется, исходя из измеренного уровня NO_x и уровня NO_x до устройства SCR 60. Уровень NO_x до устройства SCR 60 можно определить с помощью специального датчика или с помощью модели уровня NO_x до устройства SCR 60. Уровень NO_x до устройства SCR 60, таким образом, измерен или оценен и позволяет, вместе с уровнем NO_x, измеренным за устройством SCR 60, рассчитать степень конверсии NO_x в устройстве SCR 60. Таким образом, функциональная недостаточность может соответствовать снижению рассчитанной степени конверсии NO_x ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ. Пороговая степень конверсии при отказе предпочтительно зависит от температуры (T1 или T2) измерения уровня NO_x, из которого рассчитывается степень конверсии.

Оба описанных выше варианта соответствия между измеренным уровнем NO_x и функциональной недостаточностью устройства SCR 60 могут применяться одновременно в предложенном способе. Так, при заданной температуре, измеренный уровень NO_x может не соответствовать функциональной недостаточности устройства SCR 60, когда:

- пороговый уровень NO_x, предопределенный как отказ, остается выше измеренного уровня NO_x, и/или

- пороговая степень конверсии, предопределенная как отказ, остается ниже степени конверсии, рассчитанной из измеренного уровня NO_x.

Другими словами, предложенный способ позволяет диагностировать отказ DOC 40 не напрямую, через снижение эффективности обработки HC и CO, но опосредованно через эмиссии NO_x за устройством SCR 60.

Между тем, согласно фиг. 1, датчик NO_x 64 за SCR снабжен бортовым компьютером диагностики уменьшения уровня NO_x (не показан). Бортовой компьютер диагностики уменьшения уровня NO_x является встроенным компьютером, более известным под названием OBD-компьютер (сокращение от английского выражения “on board diagnostics” - бортовая диагностика).

Осуществление предложенного способа этим же бортовым компьютером не влечет необходимость дополнительного датчика, в отличие от известных решений. Таким образом, не требуя дополнительного датчика, выпускная линия 20, для которой применяется предложенный способ диагностики, является более простой.

Кроме того, проведение измерения NO_x за устройством SCR позволяет достичь большей надежности предложенного способа по сравнению со способом диагностики, базирующимся на оценочной модели уровня NO_x за устройством SCR.

В итоге, изобретение позволяет получить надежный способ диагностики отказа очистного устройства в выпускной линии, при котором выпускная линия сохраняет простую конструкцию.

Изобретение относится также к автомобилю. Автомобиль содержит двигатель внутреннего сгорания 80, линию выпуска 20 газов из двигателя внутреннего сгорания 80 и компьютер диагностики выпускной линии 20, описанные выше. Согласно фигуре 1, выпускная линия 20 содержит также датчик 64 уровня NO_x. Компьютер предпочтительно осуществляет описанный выше способ диагностики. Осуществление вышеописанного способа диагностики выпускной линии 20 возможно и тогда, когда выпускная линия 20 не содержит датчика, в частности, датчика NO_x, между DOC 40 и устройством SCR 60.

Различные измерения уровня NO_x при T1 и T2 могут быть проведены на разных фазах работы в выпускной линии 20 и двигателя 80. Так, в одной рабочей фазе при низкой или средней температуре первое измерение уровня NO_x при T1 может быть записано в память компьютера. Второе измерение уровня NO_x при T2 осуществляется, когда выпускная линия 20 и двигатель 80 находятся в фазе работы при повышенной температуре.

Когда выпускная линия 20 содержит по меньшей мере один датчик температуры (не показан), определение рабочих фаз при низкой или средней температуре и при повышенной температуре может быть осуществлено путем измерения. По меньшей мере одна из температур T1 и T2 соответствует тогда температуре, измеренной датчиком температуры. Предпочтительно, чтобы датчик температуры находился в выпускной линии 20 для осуществления и других функций, а не только диагностики отказа, что снижает тем самым расходы на разработку выпускной линии.

Когда в выпускной линии 20 не имеется датчиков температуры на уровне устройства SCR 60, по меньшей мере одну из температур, при которых проводятся измерения уровня NO_x, можно не измерять, а оценивать. В таком случае T1 и/или T2 соответствуют температурам, рассчитанным в момент проведения измерения уровня NO_x за устройством SCR 60. Оценка в таком случае проводится по модели температуры в выпускной линии 20. Применяемая температурная модель предпочтительно основана на по меньшей мере одном из параметров группы параметров, состоящей из:

- режима работы двигателя 80,

- крутящего момента двигателя 80,

- расхода топлива двигателем 80,

- фазировки впрыска топлива в двигатель 80,

- расхода воздуха двигателем 80,

- степени возврата в двигатель 80 отработавшего газа 90 из выпускной линии 20,

- клапанной системы на входе двигателя 80,

- скорости автомобиля, содержащего двигатель 80 и линию выпуска 20, и

- положения турбокомпрессора на впуске двигателя 80, отбирающего кинетическую энергию газа 90, выбрасываемого в линию выпуска 20.

Таким образом, такая температурная модель базируется на параметрах на уровне двигателя 80, которые классически используются для других функций, а не для диагностики отказа выпускной линии 20. Это позволяет достичь синергии, уменьшающей стоимость разработки и сложность двигателя 80, выпускной линии 20, а также автомобиля, который их содержит. Кроме того, эта модель температуры позволяет обойтись без специального датчика температуры, предусматриваемого для измерения температуры в устройстве SCR 60.

Предложенный способ может также позволить обнаружить отказ устройства SCR 60, когда уровни оксидов азота, измеренные при T1 и T2, оба соответствуют функциональной недостаточности устройства SCR. Действительно, в случае отказа именно устройства SCR 60 снижение эффективности обработки NO_x устройством SCR 60 значительное, какой бы ни была температура в устройстве SCR 60.

Иными словами, проведение измерения уровня NO_x при повышенных температурах (T2), когда реакция SCR не зависит от отношения NO₂/NO_x, а кроме того, соответствие или нет результата этого измерения функциональной недостаточности устройства SCR 60, могут вызвать вопросы. Если функциональная недостаточность устройства SCR 60 больше не устанавливается при повышенных температурах (T2), то устройство SCR 60 работает правильно, и, таким образом, под угрозой находится DOC 40. Если функциональная недостаточность устройства SCR 60 всегда определяется при повышенных температурах (T2), то под угрозой стоит устройство SCR 60. Таким образом, отказ устройства SCR 60 может быть установлен, когда измеренный уровень оксидов азота при T1 и при T2 превышает каждый соответствующий пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ при T1 или T2. Отказ устройства SCR 60 может также быть установлен, когда степень конверсии NO_x, рассчитанная, исходя из содержаний NO_x, измеренных при T1 и при T2, становится, каждая, ниже соответствующих пороговых величин степени конверсии, предопределенных для отказа при T1 или T2.

Различение между отказом, вызванным DOC 40 или вызванным устройством SCR 60, позволяет не менять в обязательном порядке оба устройства при сервисном обслуживании.

Предложенный способ предпочтительно включает сигнализацию об отказе DOC 40 и/или устройства SCR 60. В таком случае эта сигнализация предназначена для водителя автомобиля, содержащего линию выпуска 20, или для лица, пользующегося двигателем внутреннего сгорания 80. Поскольку отличить отказ, вызванный DOC 40 или вызванный устройством SCR 60, можно на работающем двигателе, сигнализация об источнике отказа может быть указана напрямую пользователю непосредственно перед прохождением сервисного обслуживания.

После установления снижения эффективности обработки NO_x по измерению уровня NO_x при обычных температурах (T1), можно предусмотреть улучшение дискриминации между DOC 40 и устройством SCR 60.

Так, в случае, когда в выпускной линии 20 имеются два датчика температуры, до и за DOC 40, способ может возложить вину за отказ на DOC 40 на основании создаваемого им экзотермического эффекта. Действительно, при старении DOC 40 создаваемый им экзотермический эффект снижается. Это снижение экзотермического эффекта можно видеть на фиг. 7, которая показывает график, сравнивающий изменение перепада температуры между точками, находящимися до и за DOC 40, для нового DOC (54) и для старого DOC (56). Кривые 54 и 56 перепада температур получены, когда двигатель 80 подвергается стандартной программе работы, показанной кривой 58, соответствующей скорости автомобиля, содержащего двигатель 80. Возложение ответственности на DOC 40 на основании создаваемого им экзотермического эффекта возможно также путем сравнения скорости повышения температуры DOC 40 с заданной реперной скоростью повышения температуры. Скорость повышения температуры DOC 40 снижается со старением DOC 40.

Возложение ответственности на DOC 40 на основании экзотермического эффекта можно также предусмотреть в случае, когда в выпускной линии 20 имеется единственный датчик температуры. В этом случае выгодно поместить его в известную рабочую точку для определения снижения экзотермического эффекта DOC 40.

В случае, когда в выпускной линии 20 имеются, кроме того, датчики температуры, способ может также включать возложение ответственности на DOC 40 при помощи моделей старения DOC 40. Такая модель состоит в записи температурного профиля в устройстве SCR 60 и в DOC 40 в ходе эксплуатации автомобиля. Таким образом, отказ может быть возложен на устройство, старение которого, согласно модели, будет наибольшим.

Этот способ может также включать возложение ответственности на DOC 40 на основании расхода O₂ катализатором DOC 40. Действительно, при старении DOC 40 он расходует меньше кислорода, используемого для обработки загрязнителей. Такое возложение ответственности возможно, когда в выпускной линии 20 до DOC 40 установлен датчик O₂. Однако датчик NO_x 64 также может позволить узнать концентрацию кислорода, в частности, если поместить его в известную рабочую точку.

Изобретение относится к способу диагностики катализатора окисления в линии выпуска газа. Способ диагностики катализатора окисления (40) в линии (20) выпуска газов (90), выходящих из двигателя внутреннего сгорания (80), причем выпускная линия (20) содержит устройство селективного каталитического восстановления (60), находящееся за катализатором окисления (40), относительно направления выпуска газов. Способ включает: измерение уровня оксидов азота за устройством селективного каталитического восстановления (60) относительно направления выпуска газов (90), которое осуществляют единственным датчиком NOx, расположенным за устройством селективного каталитического восстановления; установление отказа катализатора окисления (40) в зависимости от измеренного уровня оксидов азота, причем отказ катализатора окисления (40) устанавливается, когда измеренный уровень оксидов азота превышает пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ катализатора окисления (40); сигнализацию об отказе катализатора окисления (40). Техническим результатом изобретения является повышение эффективности диагностики отказа очистного механизма. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ диагностики катализатора окисления (40) в линии (20) выпуска газов (90), выходящих из двигателя внутреннего сгорания (80), причем выпускная линия (20) содержит устройство селективного каталитического восстановления (60), находящееся за катализатором окисления (40), относительно направления выпуска газов, отличающийся тем, что он включает:
- измерение уровня оксидов азота за устройством селективного каталитического восстановления (60) относительно направления выпуска газов (90), которое осуществляют единственным датчиком NO_x, расположенным за устройством селективного каталитического восстановления,
- установление отказа катализатора окисления (40) в зависимости от измеренного уровня оксидов азота, причем отказ катализатора окисления (40) устанавливается, когда измеренный уровень оксидов азота превышает пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ катализатора окисления (40),
- сигнализацию об отказе катализатора окисления (40).

2. Способ диагностики по п. 1, отличающийся тем, что он включает, исходя из измеренного уровня оксидов азота, расчет степени конверсии оксидов азота в устройстве селективного каталитического восстановления (60), причем отказ катализатора окисления (40) устанавливается, когда степень конверсии в устройстве селективного каталитического восстановления (60) становится ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ катализатора окисления (40).

3. Способ диагностики по п. 1, отличающийся тем, что он включает:
- измерение уровня моноксида углерода или уровня углеводородов до устройства селективного каталитического восстановления (60) и за катализатором окисления (40), относительно направления выпуска газов (90), и
- установление отказа катализатора окисления (40), когда измеренный уровень моноксида углерода или углеводородов превысит пороговый уровень моноксида углерода или углеводородов, предопределенный как отказ катализатора окисления (40).

4. Способ диагностики по п. 1, отличающийся тем, что он включает:
- измерение расхода молекулярного кислорода катализатором окисления (40), и
- установление отказа катализатора окисления (40), когда измеренный расход становится ниже пороговой величины расхода молекулярного кислорода, предопределенной как отказ катализатора окисления (40).

5. Способ диагностики по п. 1, отличающийся тем, что он включает:
- измерение или оценку экзотермического эффекта, создаваемого катализатором окисления (40), и
- установление отказа катализатора окисления (40) в зависимости от измеренного или рассчитанного экзотермического эффекта.

6. Способ диагностики по п. 1, отличающийся тем, что он включает измерение при первой температуре (T1) и при второй температуре (T2) уровня оксидов азота за устройством селективного каталитического восстановления (60) в направлении выпуска газов (90), причем вторая температура (T2) выше первой температуры (T1), и установление отказа катализатора окисления (40), когда:
- при первой температуре (T1) измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления (60), и когда
- при второй температуре (T2) измеренный уровень оксидов азота не соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления (60).

7. Способ диагностики по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй температур (T1, T2) является температурой, измеренной на уровне устройства селективного каталитического восстановления (60).

8. Способ диагностики по п. 6 или 7, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй температур (T1, T2) является рассчитанной температурой в устройстве селективного каталитического восстановления (60), причем оценка осуществляется по модели температуры в выпускной линии (20).

9. Способ диагностики по п. 8, отличающийся тем, что модель температуры основана на по меньшей мере одном из параметров из группы параметров, состоящей из: режима работы двигателя (80), крутящего момента двигателя (80), расхода топлива двигателем (80), фазировки впрыска топлива в двигатель (80), расхода воздуха двигателем (80), степени возврата в двигатель (80) отработавшего газа (90) из выпускной линии (20), клапанной системы на входе двигателя (80), скорости автомобиля, содержащего двигатель (80) и линию выпуска (20), и положения турбокомпрессора на впуске двигателя (80), отбирающего кинетическую энергию газа (90), выбрасываемого в выпускную линию (20).

10. Способ диагностики по п. 6, отличающийся тем, что он включает установление отказа устройства селективного каталитического восстановления (60), когда при первой температуре (T1) и при второй температуре (T2) измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления (60).

11. Способ диагностики по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере при одной из первой и второй температур (T1, T2) измеренный уровень оксидов азота соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления (60), когда измеренный уровень оксидов азота превышает пороговый уровень оксидов азота, предопределенный как отказ.

12. Способ диагностики по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере при одной из первой и второй температур (T1, T2) способ включает расчет степени конверсии оксидов азота в устройстве селективного каталитического восстановления (60), исходя из измеренного уровня оксидов азота, причем уровень оксидов азота, измеренный при по меньшей мере одной из первой и второй температур (T1, T2), соответствует функциональной недостаточности устройства селективного каталитического восстановления (60), когда рассчитанная степень конверсии оксидов азота становится ниже пороговой степени конверсии, предопределенной как отказ.