JP6006869B2 - 排気後処理システムの部品を監視する方法、排気後処理システム、及び排気後処理システムの制御装置 - Google Patents
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Description
AHI流れ損失係数を計算するように構成されている。
制御装置51は、計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したAHI流れ損失ファクター及び測定したNOx転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないAHIノズル25、ディーゼル酸化触媒27、DPF31あるいはSCR35を特定するように構成されている。それらの望ましい値は、テスト及び/又はモデリングによって特定の排気ガス後処理装置毎に決定され、かつシステムによって異なり得る。
制御装置51は典型的に、AHI噴射事象におけるQDOCを以下の式にしたがって決定する。
ここで:QDOC=ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱
T1=第1の温度センサによって測定した温度
T2=第2の温度センサによって測定した温度
t1=AHI噴射事象の開始時刻
t2=AHI噴射事象の終了時刻
mexh=排気の質量流量
cp,exh=排気ガスの比熱
mDOC=ディーゼル酸化触媒の質量
ccorコージェライト材料の比熱(ここでは、ディーゼル酸化触媒に使用される)
制御装置51は典型的に、AHI噴射事象におけるQEATSを以下の式に従って決定する:
ここで:
QEATS=ディーゼル酸化触媒及びDPFの全体から放出される熱
T3=第3の温度センサによって測定した温度
mDPF=DPFの質量
ccor=コージェライト材料の比熱(ここでは、DPF及びディーゼル酸化触媒に使用される)
制御装置51は、典型的に、AHIノズルが適切に機能している場合にAHI噴射事象の間に供給される燃料のエネルギー量を決定することにより、以下の式にしたがってAHI噴射事象におけるQAHIを決定する。
ここで:
mAHI=AHI燃圧及びAHI噴射事象に基づく、AHIノズルによる燃料の公称質量流量
hdiesel=ディーゼルの低い発熱量
ここで:
ηSCR=NOx転換効率
NOX1=第1のNOxセンサのNOx測定値
NOX2=第2のNOxセンサのNOx測定値
ここで:
ε21=第1及び第2の温度間の偏差因子
ε32=第2及び第3の温度間の偏差因子
これらの偏差因子ε21及びε32は、例えば200℃〜400℃の範囲といったディーゼルエンジンの典型的な温度範囲では、定数として近似することができる。これらの偏差因子は、第2の温度センサ及び第3の温度センサの生の読みを第1の温度センサの読みに対して補償するようになっており、排気ガス後処理装置部品のロバスト性のある監視のためにエネルギー保存式をよりよく維持できるようにしている。2つの偏差因子は、3つの温度センサの生の読みをそれらの実際の温度のそれぞれに対して補償するようにはなっていない。AHI噴射が実行されていないときに、エネルギー保存則に基づいて2つの偏差因子の値を推定することができる。温度センサは一般的にそれほど早く劣化しないので、不正確なセンサの補償は、例えば1ヵ月につき1回といった、ほとんど希な事象である。
であり、かつ以下の式がディーゼル酸化触媒に当てはまり:
かつ以下の式がDPFに当てはまる:
ε21のために式10を解くと:
となり、かつε32のために式11を解くと
となる。
ここで理解されることは、本願明細書におけるT2及びT3の参照が、例えば温度センサの変動や排気ガス後処理装置21から周囲環境への熱損失といったファクターを補償するために修正された実際の測定温度を参照できることである。
・ AHI流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている>R2、及び
・ NOx転換効率が望ましい範囲内にあるR3
制御装置51は、以下を判定することにより、正しく作動していないディーゼル酸化触媒27を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っている>R1
・ AHI流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている>R2、及び
・ NOx転換効率が所望の範囲を下回っている<R3。
制御装置51は、以下を決定することによって、正しく作動していないDPF31を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っている<R1、
・ AHI流れ損失ファクターが所望の範囲を上回っている>R2、及び
・ NOx転換効率が所望の範囲を下回っている<R3
制御装置51は、以下を判定することにより、正しく作動していないディーゼル酸化触媒及び正しく作動していないDPFの両方を特定するように構成されている。
・ ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあるR1
・ AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っている>R2
・ NOx転換効率が所望の範囲を下回っている<R3
制御装置51は、以下を判定することにより、正しく作動していない可能性があるSCR35を特定するように構成されている。
・ AHI流れ損失ファクターが所望の範囲内にあるR2、及び
・ NOx転換効率が所望の範囲を下回っている<R3
図3は、前述した症状が前述した診断にどのように対応するかを示す表である。この図3は、上に概説した4つのシナリオの下での、ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、AHI流れ損失ファクター、及びNOx転換効率の実例となる値を(括弧内に)示している。「末期」という表現及び「限界」という表現は業界用語であり、本発明にとっては、それぞれ「耐用期間の末期において普通に劣化して適切に機能している」及び「監視法定限界を超えて正しく作動していない」を意味することは理解できるところである。
23 ディーゼルエンジン
25 AHIノズル
27 ディーゼル酸化触媒(DOC)
29 第1の温度センサ29
31 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
33 第2の温度センサ
35 選択触媒還元システム(SCR)
37 第3の温度センサ
39 第1のNOxセンサ
41 第2のNOxセンサ
43 管路
45 タービン
47 装置
49 ノズル
51 制御装置
Claims (21)
- ディーゼルエンジンの排気後処理システム(EATS)の部品を監視する方法であって、
前記EATSが、上流から下流への順に、AHIノズル、ディーゼル酸化触媒(DOC)、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)、及び選択触媒還元システム(SCR)を含んでおり、
AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱(QDOC)を測定すること、
前記AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記DPFの全体にAHI燃料から入る熱(QEATS)を測定すること、
AHIを使用していないときに前記SCR全体のNOxからN2へのNOx転換効率(ηSCR)を測定すること、
完全に機能しているAHIノズルで前記AHI噴射事象を実行する間にAHI燃料から入る熱(QAHI)を計算すること、
ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数1−(QDOC/QEATS)を計算すること、
AHI流れ損失係数1−(QEATS/QAHI)を計算すること、及び
計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したAHI流れ損失係数、及び測定したNOx転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないAHIノズル、ディーゼル酸化触媒、DPFあるいはSCRを特定すること、
を含む方法。 - QDOCを測定することが、前記ディーゼル酸化触媒の上流で第1の温度を測定すること及び前記ディーゼル酸化触媒の下流かつ前記DPFの上流で第2の温度を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- QEATSを測定することが、前記ディーゼル酸化触媒の上流の第1の温度を測定すること、前記ディーゼル酸化触媒の下流かつ前記DPFの上流で第2の温度を測定すること、及び前記DPFの下流で第3の温度を測定することを含む、請求項2に記載の方法。
- QDOC及びQEATSを測定することが、ディーゼル酸化触媒及びDPFから周囲環境への熱損失を補償するために、前記測定した第2の温度及び前記測定した第3の温度を調整することを含む、請求項3に記載の方法。
- QAHIを計算することは、前記AHIノズルが適切に機能している場合に前記AHI噴射事象の間にもたらされる燃料のエネルギー量を決定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲内にある、
と判定することにより正しく作動していない部品がAHIノズルであると特定される、請求項1に記載の方法。 - 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っており、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒であると特定される、請求項1に記載の方法。 - 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っており、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がDPFであると特定される、請求項1に記載の方法。 - 前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあり、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒及びDPFの組み合わせであると特定される、請求項1に記載の方法。 - 前記AHI流れ損失係数が所望の範囲内にあり、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がSCRであると特定される、請求項1に記載の方法。 - 前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っていると判定した後にAHI噴射事象を自動的に開始することを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記SCRの温度及びディーゼルエンジンの排気流量が予め定められた範囲内にあるときに前記NOx転換効率を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- ディーゼルエンジンの排気後処理システム(EATS)であって、前記EATSが、
AHIノズル、
前記AHIノズルの下流のディーゼル酸化触媒(DOC)、
前記ディーゼル酸化触媒の上流の第1の温度センサ、
前記ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)、
前記ディーゼル酸化触媒の上流で前記DPFの上流の第2の温度センサ、
前記DPFの下流の選択触媒還元システム(SCR)、
前記DPFの下流で前記SCRの上流の第3の温度センサ、
前記SCRの上流の第1のNOxセンサ、
前記SCRの下流の第2のNOxセンサ、及び
制御装置であって、
前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサからの第1の温度測定信号及び第2の温度測定信号のそれぞれに基づいて、AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱(QDOC)を決定し、
前記第1の温度センサ及び前記第3の温度センサからの第1の温度測定信号及び第3の温度測定信号のそれぞれに基づいて、前記AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記DPFの全体から放出される熱(QEATS)を決定し、
前記第1の及び第2のNOxセンサからのNOx測定信号に基づいて、AHIを使用していない間の前記SCR全体のNOxからN2へのNOx転換効率(ηSCR)を決定し、
完全に機能しているAHIノズルで前記AHI噴射事象を実行する間にAHI燃料から入る熱(QAHI)を計算し、
ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数1−(QDOC/QEATS)を計算し、
AHI流れ損失係数1−(QEATS/QAHI)を計算し、
計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したAHI流れ損失係数、及び測定したNOx転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないAHIノズル、ディーゼル酸化触媒、DPFあるいはSCRを特定するように構成された制御装置と、
を備える排気ガス後処理システム。 - 前記制御装置は、QDOC及びQEATSを決定するときに、測定した第2の温度信号及び測定した第3の温度信号を調整してセンサ変動を除外するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。
- 前記制御装置は、前記AHIノズルが適切に機能している場合に前記AHI噴射事象の間に供給される燃料のエネルギー量を決定することによってQAHIを計算するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。
- 前記制御装置は、
前記ディーゼル酸化触媒の炭化水素スリップ係数が所望の範囲内にあり、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲内にある、
と判定することにより正しく作動していない部品がAHIノズルであると特定するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。 - 前記制御装置は、
前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を上回っており、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がディーゼル酸化触媒であると特定するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。 - 前記制御装置は、
前記ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数が所望の範囲を下回っており、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲を上回っており、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより、正しく作動していない部品がDPFであると特定するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。 - 前記制御装置は、
前記AHI流れ損失係数が所望の範囲内にあり、かつ
前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っている、
と判定することにより正しく作動していない部品がSCRである特定するように構成されている、請求項13に記載の排気ガス後処理システム。 - 前記制御装置は、前記NOx転換効率が所望の範囲を下回っていると判定した後に、AHI噴射事象を自動的に開始するように構成されている、請求項19に記載の排気ガス後処理システム。
- ディーゼルエンジン用排気後処理システム(EATS)の制御装置であって、前記EATSが、AHIノズル、前記AHIノズルの下流のディーゼル酸化触媒(DOC)、
前記ディーゼル酸化触媒の上流の第1の温度センサ、前記ディーゼル酸化触媒の下流のディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)、前記ディーゼル酸化触媒の上流で前記DPFの上流の第2の温度センサ、前記DPFの下流の選択触媒還元システム(SCR)、
前記DPFの下流で前記SCRの上流の第3の温度センサ、前記SCRの上流の第1のNOxセンサ、及び前記SCRの下流の第2のNOxセンサ、を備え、
前記制御装置は、
前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサからの第1の温度測定信号及び第2の温度測定信号のそれぞれに基づいて、AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒の全体から放出される熱(QDOC)を決定し、
前記第1の温度センサ及び前記第3の温度センサからの第1の温度測定信号及び第3の温度測定信号のそれぞれに基づいて、前記AHI噴射事象の間に前記ディーゼル酸化触媒及び前記DPFの全体から放出される熱(QEATS)を決定し、
前記第1の及び第2のNOxセンサからのNOx測定信号に基づいて、AHIを使用していない間の前記SCR全体のNOxからN2へのNOx転換効率(ηSCR)を決定し、
完全に機能しているAHIノズルで前記AHI噴射事象を実行する間にAHI燃料から入る熱(QAHI)を計算し、
ディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数1−(QDOC/QEATS)を計算し、
AHI流れ損失係数1−(QEATS/QAHI)を計算し、
計算したディーゼル酸化触媒炭化水素スリップ係数、計算したAHI流れ損失係数、及び測定したNOx転換効率のそれぞれを望ましい値と比較することにより、正しく作動していないAHIノズル、ディーゼル酸化触媒、DPFあるいはSCRを特定する、ように構成された制御装置。
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