СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, СИСТЕМА ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И ЕЕ КОНТРОЛЛЕР Российский патент 2016 года по МПК F01N3/21 F01N3/20 F01N11/00 

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 NO_x. 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/NO_x ниже системы SCR по потоку для обеспечения оптимального коэффициента преобразования оксидов NO_x. 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NO_x, 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 NO_x в N₂ в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NOX первым и вторым датчиками содержания NO_x; 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 NO_x 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 NO_x, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NO_x, 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 NO_x в N₂ в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NO_x первым и вторым датчиками содержания NO_x; 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 NO_x 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 NO_x, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик 41 содержания оксидов NO_x, 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 NO_x 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 NO_x, получаемых из первого 39 и второго 41 датчиков уровней оксидов NO_x. 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 NO_x 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 (v_veh), температура (T_amb) окружающей среды, температура (T_exh) отработавших газов, а также массовый расход отработавших газов. То есть, .

Контроллер 51 в общем случае определяет количество QDOC тепла за время впрыска углеводородов системой AHI в соответствии с уравнением (3):

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; - массовый расход отработавших газов; C_p.exh - удельная теплоемкость отработавших газов; m_DOC = масса блока DOC; C_cor = 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):

где: QEATS - тепло, выделившееся на блоке DOC и на фильтре DPF;

Т₃ - температура, измеренная датчиком третьей температуры;

m_DPF - масса фильтра DPF;

C_cor = 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):

где: - номинальный массовый расход топлива, подаваемого через форсунку системы AHI, определяемый в соответствии с давлением топлива и процессом подачи углеводородов;

h_diesel ^_ минимальная теплотворная способность дизельного топлива.

Контроллер 51 определяет коэффициент (ηSCR) преобразования оксидов NO_x системой SCR 35 только после того, как двигатель проработал достаточное время, чтобы датчик 41 концентрации оксидов NO_x 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 отработавших газов (обычно примерно 0,35-0,45 кг/сек), где коэффициент преобразования оксидов NO_x больше определяется составом поступающих газов. Коэффициент преобразования оксидов NO_x обычно определяется по следующему уравнению:

(6) ηSCR=[1-(NO_x1-NO_x2)/NO_x1]×100

где: ηSCR - коэффициент преобразования оксидов NO_x;

NO_x1 - концентрация оксидов NO_x, измеренная первым датчиком;

NO_x2 - концентрация оксидов NO_x, 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):

и для фильтра DPF используется уравнение (11):

Решая уравнение (10), получаем для ε21 уравнение (12):

и, решая уравнение (11) для ε32, получаем уравнение (13):

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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x.

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 NO_x (ηSCR) в N₂ в системе SCR 35 определяется в некоторый момент времени, когда система AHI не используется, обычно путем измерения уровней оксидов NO_x датчиками 39 и 41, расположенными, соответственно, выше и ниже системы SCR по потоку, и вычисления коэффициента преобразования оксидов NO_x 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 NO_x 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 NO_x, 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 NO_x. Если на стадии 700 определяется, что величина коэффициента преобразования оксидов NO_x превышает диапазон требуемых значений, на стадии 800 делается вывод о неисправности форсунки 25.

Если на стадии 700 определяется, что величина коэффициента преобразования оксидов NO_x 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 NO_x, 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x, 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.

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 NO_x 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 NO_x 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.

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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x находится ниже диапазона требуемых значений.

11. Способ по п. 10, включающий после определения того, что коэффициент преобразования оксидов NO_x находится ниже диапазона требуемых значений, автоматическое инициирование цикла впрыска углеводородов системой AHI.

12. Способ по п. 1, включающий измерение коэффициента преобразования оксидов NO_x, 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 NO_x, расположенный выше системы SCR по потоку;
второй датчик содержания оксидов NO_x, 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 NO_x в N₂ в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов, на основе сигналов измерения содержания NO_x первым и вторым датчиками содержания NO_x;
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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x 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 NO_x, расположенный выше системы SCR по потоку; и второй датчик содержания оксидов NO_x, 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 NO_x в N₂ в системе SCR, когда не осуществляется впрыск углеводородов системой AHI, на основе сигналов измерения содержания NO_x первым и вторым датчиками содержания NO_x;
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 NO_x с заданными величинами.