СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМЫ СЕЛЕКТИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу автоматической диагностики системы селективного каталитического восстановления (СКВ) транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, и система СКВ, расположенная ниже двигателя по потоку отработавших газов, содержит по меньшей мере один газовый датчик, измеряющий содержание оксидов азота (NO_x) в потоке отработавших газов.

Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей средства программного кода для осуществления способа, предлагаемого в изобретении, к программному продукту, содержащему средства программного кода для хранения на машиночитаемом носителе, для осуществления способа и к компьютерной системе, обеспечивающей осуществление способа.

Способ по настоящему изобретению особенно подходит для применения в диагностике системы СКВ больших двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, которые работают на дизельном или аналогичном топливе. Такие двигатели часто используются, например, на тяжелых грузовиках, автобусах, автопогрузчиках, шарнирно-сочлененных грузовых транспортных средствах, морских транспортных средствах и т.п. Однако изобретение может также применяться и на транспортных средствах малой и средней грузоподъемности.

Уровень техники

В настоящее время законодательные положения, действующие в автомобильной отрасли, привели к росту требований в части экономии топлива и снижения уровня выбросов вредных веществ в современных автомобилях. Производителям приходится искать баланс между соблюдением этих законодательных положений и запросами потребителей, которые хотят иметь мощный автомобиль, обеспечивающий динамичный стиль вождения.

Дизельный двигатель имеет высокий КПД и является одним из лучших устройств по преобразованию энергии ископаемого топлива. Концентрация выбрасываемых оксидов NO_x зависит от текущей концентрации атомов кислорода и текущей температуры. Высокий КПД дизельного двигателя возможен только при повышенных температурах сгорания топлива, при которых неизбежны высокие уровни оксидов NO_x. Следует отметить, что подавление образования оксидов NO_x внутренними средствами (такими, как изменение соотношения воздуха и топлива) обычно приводит к увеличению содержания твердых частиц.

Снижение уровней оксидов азота (NO и NO₂, указываемых здесь как NO_x) и твердых частиц в отработавших газах, выходящих из дизельного двигателя, стало очень важной проблемой в связи с требованиями по охране окружающей среды и экономии ограниченных запасов ископаемого топлива.

Достоинством транспортных средств, на которых установлен дизельный двигатель или иной двигатель, работающий на обедненной смеси, является экономия горючего, однако в связи с высоким содержанием кислорода в отработавших газах для таких двигателей затруднительно использование традиционных средств каталитического восстановления выбрасываемых оксидов NO_x. В этой области хорошо известны устройства СКВ, которые обеспечивают непрерывное удаление оксидов NO_x путем активной подачи восстановителя в смесь отработавших газов, поступающих в устройство, и такие устройства отличаются высокой эффективностью преобразования (нейтрализации) оксидов NO_x. В таких устройствах СКВ в качестве активного средства восстановления оксидов NO_x используется газообразный аммиак. Обычно на транспортном средстве имеется запас водного раствора мочевины, и для подачи ее в поток отработавших газов, поступающих в устройство СКВ, используется система впрыска, причем мочевина разлагается на цианистоводородную кислоту (NHCO) и газообразный аммиак (NH₃), который используется для преобразования оксидов NO_x.

Однако в таких системах необходимо очень точно регулировать количество впрыскиваемой мочевины. Недостаточная подача мочевины может приводить к недостаточному преобразованию NO_x, а подача избыточного количества мочевины может приводить к выходу аммиака в выпускную трубу глушителя. В типичной системе СКВ, использующей мочевину, количество впрыскиваемой мочевины находится в определенном соотношении с концентрацией оксидов NO_x в отработавших газах, которое представляет собой баланс между максимальным преобразованием NO_x и минимальным выходом аммиака в выпускную трубу глушителя.

Эффективность преобразования оксидов NO_x системы СКВ обычно может быть непрерывно отслеживаться в процессе работы транспортного средства, например, с помощью по меньшей мере одного датчика NO_x, установленного ниже устройства СКВ по потоку отработавших газов. Система управления двигателем может устанавливать различные диагностические коды неисправностей, если измеряемые величины находятся за пределами допустимых значений, такие как низкий уровень восстановления оксидов NO_x, индикация ошибки датчика NO_x, низкие показатели системы нагрева отработавших газов, высокий уровень выбросов NO_x и т.п. Когда осуществляется ремонт транспортного средства с одним или несколькими такими основными диагностическими кодами неисправностей, может оказаться трудно определить коренную причину возникновения кода неисправности или нелогичных величин концентраций NO_x, поскольку возможны многие различные причины, вызывающие один и тот же диагностический код.

Кроме того, после замены частей системы СКВ тестирование и проверка правильности работы этой системы отнимает достаточно времени и не является достаточно надежным процессом. Например, в документе US 2011061372А описывается бортовой диагностический комплекс системы выпуска отработавших газов, предусматривающий проверку эффективности работы системы СКВ, причем эта проверка выполняется в процессе движения транспортного средства. В этой связи тестирование и проверка правильности работы иногда совершенно пропускается, в результате чего возникает возможность передачи заказчику отремонтированного транспортного средства, которое не будет работать надлежащим образом.

Таким образом, существует потребность в улучшенном способе диагностики системы СКВ, в котором устранены вышеуказанные недостатки.

Раскрытие изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание способа автоматической диагностики системы СКВ транспортного средства, который позволяет по меньшей мере частично решить вышеуказанную проблему. Указанная цель изобретения достигается с использованием признаков п. 1 формулы изобретения.

На транспортном средстве, на котором применяется предложенный способ, установлен двигатель внутреннего сгорания, и система СКВ расположена ниже двигателя по потоку отработавших газов. Система СКВ содержит по меньшей мере один газовый датчик, который может измерять концентрацию оксидов азота (NO_x) в потоке отработавших газов. В способе используется первая последовательность, включающая:

- обеспечение неподвижного состояния транспортного средства;

- управление двигателем для обеспечения его работы в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x;

- фиксацию (регистрацию) величин выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика, когда двигатель работает в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO; и

- оценку (диагностирование) характеристик измерения концентрации оксидов NO_x указанного по меньшей мере одного газового датчика на основе зафиксированных величин выходного сигнала датчика.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ автоматической диагностики включает по меньшей мере одну заранее определенную последовательность диагностики. Таким образом, технический специалист не должен разрабатывать и осуществлять последовательности диагностики двигателя и/или системы СКВ и делать выводы на основе их результатов, которые могут содержать ошибки. Предлагаемый способ также снижает вероятность того, что отремонтированные транспортные средства будут возвращены заказчикам без тестирования, в результате чего снижается вероятность необходимости повторных ремонтов и недовольства заказчиков. Предлагаемый способ автоматической диагностики выполняется по команде технического специалиста в соответствии с заранее определенной программой. Способ автоматической диагностики также включает заданные пороговые значения для оценки характеристик работы системы СКВ, таких как, например, характеристики работы одного или нескольких газовых датчиков. Такие заданные пороговые значения может быть заранее определенными численными величинами, или же они вычисляются по заданным математическим формулам. Предлагаемый способ обеспечивает гораздо более объективные и надежные результаты диагностики, причем с меньшими затратами времени. Указанная по меньшей мере одна последовательность способа автоматической диагностики может определяться инженерами, которые являются специалистами в области систем СКВ и систем последующей обработки отработавших газов, так что в результате тестирования может быть получена точная и представительная оценка системы СКВ.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществляется управление двигателем для обеспечения его работы в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x. Чередование этих режимов (по меньшей мере один переход) обеспечивает возможность оценки характеристик измерения концентрации оксидов NO_x газового датчика на основе зафиксированных величин выходного сигнала датчика. Оценка характеристик измерения в предлагаемом способе заключается в оценке способности датчиков точно измерять высокие и низкие концентрации оксидов NO_x. Если, например, двигатель работает в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x, то разницу измеренных концентраций оксидов NO_x, обеспечиваемых газовым датчиком, можно сравнить с заданным значением, и в зависимости от результатов сравнения можно сделать вывод в отношении работоспособности газового датчика.

Поскольку при осуществлении способа транспортное средство находится в неподвижном состоянии, могут быть получены более точные результаты, и на тестирование тратится меньше времени. Кроме того, отпадает необходимость проведения тестов на полностью загруженном транспортном средстве, и, соответственно, исключается возможность несогласованных действий водителя и системы диагностики, которые будут приводить к снижению качества и надежности результатов тестирования. Необходимая температура отработавших газов может быть получена путем обеспечения нагрузки двигателя транспортного средства, например путем торможения отработавших газов, впрыска углеводородов в систему последующей обработки отработавших газов, высокого числа оборотов двигателя и т.п.

Другие положительные результаты предложенного способа обеспечиваются одним или несколькими признаками зависимых пунктов.

Первая последовательность диагностики может также включать: управление двигателем для обеспечения его перехода из режима выброса больших количеств оксидов NO_x в режим выброса малых количеств оксидов NO_x и обратно; и фиксацию величин выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика по меньшей мере перед каждым таким переходом и после него. При использовании по меньшей мере двух переходов, из режима выброса больших количеств NO_x в режим выброса малых количеств NO_x и обратно, могут быть сделаны дополнительные выводы о работоспособности и качестве измерений газового датчика, в результате чего улучшается эффективность диагностики.

В предлагаемом способе может также использоваться вторая последовательность диагностики, включающая:

- повышение числа оборотов двигателя до высокого уровня;

- прекращение подачи топлива в двигатель при указанном высоком уровне числа оборотов и фиксацию величины выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика по меньшей мере через некоторый промежуток времени после момента прекращения подачи топлива; и

- оценку характеристик измерения концентрации оксидов NO_x указанного по меньшей мере одного газового датчика на основе зафиксированной величины выходного сигнала датчика.

Во второй последовательности диагностики используется момент инерции двигателя, работавшего на высоких оборотах, для закачивания воздуха в систему выпуска отработавших газов поршнями цилиндров. В результате закачивания воздуха в месте нахождения газового датчика в системе выпуска отработавших газов будет очень низкая концентрация оксидов NO_x, то есть, создаются благоприятные условия для оценки характеристик измерения газовым датчиком очень низких концентраций оксидов NO_x.

В предпочтительных вариантах первая последовательность диагностики выполняется перед второй последовательностью диагностики. Достоинство такого порядка тестирования, когда подача топлива прекращается, так что двигатель автоматически остановится в конце второй последовательности диагностики, заключается в естественном и эффективном окончании способа автоматической диагностики.

Система СКВ может содержать устройство СКВ и инжектор восстановителя, причем указанный по меньшей мере один газовый датчик установлен ниже устройства СКВ по потоку отработавших газов. В предлагаемом способе может также использоваться третья последовательность диагностики, включающая:

- управление инжектором восстановителя для обеспечения работы в режиме без подачи восстановителя и в режиме с подачей восстановителя;

- фиксацию величин выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика в каждом из двух режимов работы без подачи и с подачей восстановителя; и

- оценку коэффициента преобразования оксидов NO_x устройства СКВ на основе зафиксированных величин выходного сигнала датчика.

Управление инжектором восстановителя для по меньшей мере однократного перехода между режимами работы без подачи восстановителя и с подачей восстановителя обеспечивает возможность точной оценки коэффициента преобразования оксидов NO_x на основе зафиксированных величин выходного сигнала датчика. Если инжектор восстановителя находится, например, в режиме работы без подачи восстановителя и затем начинает его подачу в соответствии с моделью впрыска, например, инжектор начинает работать в режиме подачи восстановителя, то разницу концентраций оксидов NO_x, измеренных газовым датчиком, можно сравнить со значением, задаваемым в способе диагностики, и на основе этого сравнения может сделать оценку работоспособности устройства СКВ и коэффициента преобразования оксидов NO_x.

Третья последовательность диагностики включает один или несколько повторяющихся переходов между режимами работы без подачи восстановителя и с подачей восстановителя и фиксацию величин выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика по меньшей мере перед каждым таким переходом и после него. Повторение переходов между указанными режимами может обеспечивать более точную оценку коэффициента преобразования оксидов NO_x.

Первая последовательность диагностики предпочтительно выполняется перед третьей последовательностью диагностики, поскольку при этом могут быть исключены ошибочные результаты оценки коэффициента преобразования оксидов NO_x из-за ошибок измерений газовых датчиков. Соответственно, если коэффициент преобразования оксидов NO_x не достигает ожидаемой величины, то источник неудовлетворительной работы может быть локализован: неисправность устройства СКВ, неисправность инжектора восстановителя, низкое качество восстановителя и т.п. Соответственно, предлагаемый способ обеспечивает возможность различения между отказом газового датчика и неисправностью устройства СКВ.

В предпочтительных вариантах третья последовательность диагностики может быть выполнена перед второй последовательностью диагностики. Достоинство такого порядка тестирования, когда подача топлива прекращается, так что двигатель автоматически остановится в конце второй последовательности диагностики, заключается в естественном и эффективном окончании способа автоматической диагностики.

В предпочтительных вариантах газовый датчик может быть также чувствителен к кислороду, так что он может измерять концентрацию кислорода в потоке отработавших газов для определения величины λ горючей (топливно-воздушной) смеси, поступающей в цилиндры, причем способ включает также оценку характеристик измерения концентрации кислорода газового датчика на основе зафиксированной величины выходного сигнала датчика. Таким образом, оценка характеристик измерения концентрации оксидов NO_x и концентрации кислорода может осуществляться одновременно, в результате чего повышается эффективность способа автоматической диагностики. Характеристики измерения концентрации кислорода очень важны для обеспечения работы двигателя с точным соотношением компонентов горючей смеси, которая обеспечивает низкий уровень выброса оксидов NO_x.

Система СКВ может также содержать устройство СКВ и по меньшей мере два газовых датчика, причем первый газовый датчик из этих двух газовых датчиков установлен ниже устройства СКВ по потоку отработавших газов, а второй газовый датчик из этих двух газовых датчиков установлен выше устройства СКВ по потоку отработавших газов, причем первый и второй газовые датчики могут измерять концентрацию оксидов NO_x в потоке отработавших газов. Первая последовательность диагностики включает:

- фиксацию величин выходного сигнала каждого из указанных по меньшей мере двух газовых датчиков, когда двигатель работает в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x; и

- оценку характеристик измерения концентрации оксидов NO_x первого и второго газовых датчиков на основе зафиксированных величин выходных сигналов этих датчиков.

С помощью двух газовых датчиков, расположенных с обеих сторон устройства СКВ, могут быть обеспечены очень точные измерения концентрации оксидов NO_x в потоке отработавших газов, входящем и выходящем из устройства СКВ, в результате чего может быть получена точная оценка коэффициента преобразования оксидов NO_x. Если выше устройства СКВ по потоку отработавшего газа газовый датчик отсутствует, то в этом случае необходимо осуществлять оценку концентрации оксидов NO_x в потоке отработавших газов, входящем в устройство СКВ, в результате чего снижается надежность и точность способа автоматической диагностики.

Способ может также включать начальную стадию управления, когда температура отработавших газов в системе СКВ превышает заданный уровень. В результате могут быть исключены какие-либо флуктуации концентрации оксидов NO_x, выбрасываемых двигателем, и/или характеристик измерений газовых датчиков, и/или коэффициента преобразования устройства СКВ. Кроме того, для работы устройства СКВ требуется, чтобы температура была выше примерно 200°С для полноценного выполнения третьей последовательности диагностики.

Система СКВ может содержать устройство СКВ и инжектор восстановителя, причем указанный по меньшей мере один газовый датчик установлен ниже устройства СКВ по потоку отработавших газов, и способ включает также начальную стадию управления, когда прекращается подача восстановителя и количество аммиака, накопленного в устройстве СКВ, существенно меньше текущего максимально возможного для накопления аммиака в устройстве СКВ. В предпочтительном варианте следует израсходовать аммиак, накопленный в устройстве СКВ, особенно перед запуском третьей последовательности диагностики, поскольку в противном случае аммиак в устройстве СКВ будет поддерживать сравнительно высокий коэффициент преобразования оксидов NO_x также и после прекращения впрыска восстановителя, в результате чего могут быть сделаны неправильные выводы относительно коэффициента преобразования оксидов NO_x системы СКВ, и/или системы подачи восстановителя, и/или концентрации выбрасываемых оксидов NO_x.

Способ может также включать начальную стадию включения указанного по меньшей мере одного газового датчика сразу же после того, как температура отработавших газов, относящаяся к указанному по меньшей мере одному газовому датчику, превысит заданный уровень температуры. Автоматическое включение датчика исключает возможность его включения при слишком низкой температуре, в результате чего датчик может быть поврежден.

В настоящем изобретении также предлагается компьютерная программа, содержащая средства программного кода для выполнения всех шагов способа, по меньшей мере по п. 1, когда эта программа выполняется компьютером.

Также предлагается компьютерный программный продукт, содержащий средства программного кода, записанные на машиночитаемом носителе, для выполнения всех шагов способа, по меньшей мере по п. 1, когда этот программный продукт выполняется компьютером.

Также предлагается компьютерная система для осуществления способа диагностики системы СКВ транспортного средства. Транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания, и система СКВ расположена ниже двигателя по потоку отработавших газов, причем система СКВ содержит по меньшей мере один газовый датчик, измеряющий концентрацию оксидов NO_x в потоке отработавших газов, и компьютерная система содержит устройство обработки информации для:

- обеспечения неподвижного состояния транспортного средства;

- управления двигателем для обеспечения его работы в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x;

- фиксации величины выходного сигнала указанного по меньшей мере одного газового датчика, когда двигатель работает в режиме выброса больших количеств оксидов NO_x и в режиме выброса малых количеств оксидов NO_x; и

- оценки характеристик измерения концентрации оксидов NO_x указанного по меньшей мере одного газового датчика на основе зафиксированных величин выходного сигнала датчика.

Краткое описание чертежей

В нижеприведенном описании изобретения делаются ссылки на следующие фигуры, на которых показано:

на фиг. 1 - упрощенная схема системы последующей обработки отработавших газов;

на фиг. 2 - схема режимов, используемых в способе, и их взаимосвязи;

на фиг. 3 - временная диаграмма изменения величин нескольких выбранных характеристик двигателя и системы СКВ;

на фиг. 4 - часть диаграммы фиг. 3, показанная более подробно;

на фиг. 5 - часть диаграммы фиг. 3, показанная более подробно;

на фиг. 6 - временная диаграмма изменения величин нескольких выбранных характеристик двигателя и системы СКВ;

на фиг. 7 - часть диаграммы фиг. 6, показанная более подробно.

Осуществление изобретения

Различные варианты осуществления изобретения будут описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, которые предназначены для иллюстрации изобретения и никоим образом не ограничивают его объем, причем на разных чертежах одинаковые обозначения указывают одинаковые элементы, и варианты осуществления изобретения не ограничиваются лишь вариантами, рассмотренными ниже в описании.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема системы 1 последующей обработки отработавших газов дизельного двигателя 2, установленного, например, на тяжелом грузовике или на автобусе. В состав конкретной системы 1 последующей обработки отработавших газов входит сажевый фильтр 4 для снижения уровня выбрасываемых твердых частиц. Также могут быть снижены выбросы оксидов NO_x из двигателя 2 для соблюдения требований к выбросам вредных веществ, и для этой цели в трубопроводе выпуска отработавших газов устанавливают устройство 5 СКВ. Для преобразования оксидов NO_x в азот (N₂) и в воду (Н₂О) используется процесс селективного каталитического восстановления с помощью катализатора. В поток отработавших газов перед устройством 5 СКВ с помощью инжектора 9 вводят восстановитель, обычно мочевину, который в результате гидролиза преобразуется в аммиак, который может поглощаться устройством 5 СКВ. В устройстве 5 СКВ могут использоваться цеолиты, содержащие железо или медь, или ванадий. Регулирование расхода восстановителя, подаваемого через инжектор 9, может осуществляться с использованием модели дозирования восстановителя, причем в качестве входных сигналов могут использоваться различные параметры, такие как, например, температура отработавших газов, поступающих в устройство 5 СКВ, которая измеряется датчиком 10 температуры. Ниже устройства 5 СКВ по потоку отработавших газов расположен первый газовый датчик 11, и выше устройства 5 СКВ по потоку отработавших газов установлен второй газовый датчик 12, так можно точно определить коэффициент преобразования оксидов NO_x. Если второй газовый датчик 12 отсутствует, то концентрацию оксидов NO_x выше по потоку устройства 5 СКВ можно оценить на основе характеристик двигателя и/или системы последующей обработки отработавших газов, таких как установки системы впрыска топлива, нагрузка двигателя, число оборотов двигателя и т.п.

Коэффициент преобразования оксидов NO_x устройством СКВ может быть определен независимо от действия других возможно существенных факторов. В этом случае коэффициент η_SCR преобразования устройства СКВ (SCR, от англ. "selective catalytic reduction") может быть вычислен по формуле:

η_SCR=(Q_{upstream_nox}-Q_{downstream_nox})/Q_{upstream_nox}

В другом варианте коэффициент преобразования устройства СКВ может быть определен с учетом других внешних существенных факторов, таких как, например, расход впрыскиваемого восстановителя. Достоинством учета расхода впрыскиваемого восстановителя при определении коэффициента преобразования оксидов NO_x устройством СКВ является обеспечение эффективного средства завершения процедуры ограничения работы двигателя. Такая процедура, которая может приводить к снижению максимально допустимой скорости или к снижению вращающего момента двигателя, обычно включается при повышенных уровнях выбросов оксидов NO_x. Если повышенный уровень выбросов NO_x стал результатом манипуляций водителя с системой СКВ, например, разбавления восстановителя водой, то автоматическое тестирование по настоящему изобретению может приводить к выходу из процедуры ограничения работы двигателя путем установления того, что коэффициент преобразования оксидов NO_x устройством СКВ, полученный с учетом расхода впрыскиваемого восстановителя, превышает предписанную величину. Коэффициент преобразования устройства СКВ, получаемый с учетом расхода впрыскиваемого восстановителя (HSCR-reductant), также указываемый как эффективность восстановителя, может быть вычислен по формуле:

η_{SCR-reductant}=(Q_{upstream_nox}-Q_{downstream_nox})/(Q_reductant/K_{NOxToReductant}),

где, Q_{upstream_nox} - уровень оксидов NO_x в г/сек на входе устройства СКВ;

Q_{downstream_nox} - уровень оксидов NO_x в г/сек на выходе устройства СКВ;

Q_reductant - расход восстановителя в г/сек; и

K_{NOxToReductant} - максимальный коэффициент преобразования оксидов NO_x для заданного расхода восстановителя, и может быть обеспечено системой управления двигателя. Q - расход в г/сек.

При выполнении технического обслуживания и ремонта систем СКВ транспортных средств специалист станции техобслуживания может увидеть в системе управления двигателем активные и неактивные сообщения об ошибках или диагностические коды неисправностей, которые могут указывать на различные типы ошибок в системе СКВ, например, низкий коэффициент преобразования оксидов NO_x, и т.п. В существующих системах нахождение коренной причины сообщений об ошибках представляет для специалиста станции техобслуживания трудную задачу, отнимающую много времени, и уровни NO_x, показываемые датчиками, могут казаться нелогичными. Кроме того, проверка после ремонта требует выполнения ходовых испытаний на полностью загруженном транспортном средстве для установления правильности работы системы при высоких температурах. В связи с ограничениями по времени такие испытания часто перекладывают на клиента, в результате чего повышается вероятность возврата для повторного ремонта и соответствующего недовольства клиента.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет решить эту проблему за счет использования автоматической проверки датчиков NO_x и проверки коэффициента преобразования устройства СКВ. Способ автоматической диагностики осуществляет управление заданным уровнем выбросов оксидов NO_x, нагревом отработавших газов, числом оборотов двигателя и дозированием мочевины в одной или нескольких последовательностях S₁, S₂, S₃ диагностики для получения результата автоматической диагностики в отношении функциональных характеристик системы СКВ. Способ сконфигурирован для оценки, путем выполнения ряда определенных шагов, по меньшей мере способности датчиков NO_x измерять высокие и низкие концентрации оксидов NO_x и точности таких измерений. Способ может быть дополнительно сконфигурирован также для оценки того, что достаточно высокий коэффициент преобразования достигается устройством СКВ при дозированной подаче восстановителя, такого как мочевина. Способ автоматической диагностики также сконфигурирован для непрерывного и понятного представления специалистам процедуры, состояния системы, причин и следствий, а также результатов тестирования с использованием внешнего средства отображения информации в режиме реального времени на протяжении всего процесса выполнения способа автоматической диагностики.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ обеспечивает возможность эффективного, быстрого и точного отыскания неисправностей датчиков NO_x, проверки датчиков NO_x и работоспособности устройства СКВ на припаркованном транспортном средстве, например, после замены компонентов системы СКВ. Применение предлагаемого способа позволяет исключить ходовые испытания полностью нагруженного транспортного средства, и проверка может быть выполнена до его передачи клиенту, так что вероятность возврата для повторного ремонта снижается. Более того, предлагаемый способ обеспечивает возможность обучения специалистов и пользователей основам работы системы СКВ и датчиков NO_x с использованием средства отображения информации. Наконец, способ по настоящему изобретению обеспечивает эффективный инструмент для запуска процедуры ограничения работы двигателя, вызываемой ненадлежащей эксплуатацией системы СКВ.

Различные режимы способа автоматической диагностики схематически показаны на фиг. 2, и первый вариант способа по настоящему изобретению будет раскрыт ниже со ссылками на фиг. 3, 4 и 5. В начале процесса автоматической диагностики, в момент времени Т₀, способ автоматической диагностики находится в первом режиме St1, который включает проверку выполнения заданных условий готовности, таких как задействованный стояночный тормоз, включение двигателя, коробка передач в нейтральном положении, достаточный уровень восстановителя и т.п. Если все заданные условия готовности выполнены, способ автоматической диагностики переходит во второй режим St2, который включает нагрев системы СКВ. Нагрев может быть выполнен, например, с использованием устройства нагрева системы последующей обработки отработавших газов двигателя, то есть, путем впрыска несгоревших углеводородов в поток отработавших газов выше сажевого фильтра 4, увеличения нагрузки двигателя, например, торможение двигателем, повышения числа 20 оборотов двигателя до примерно 1200 об/мин и выше, и т.п. Температура 21 системы СКВ быстро повышается, как показано на фиг. 3. В предпочтительном варианте нагрев продолжают до тех пор, пока количество аммиака, накопленного в устройстве 5 СКВ, не будет существенно ниже текущего максимально возможного количества, и при этом обычно используются существующие модели оценки количества аммиака в устройстве СКВ. Понятно, что впрыск восстановителя на стадии нагрева предпочтительно полностью прекращают, чтобы быстрее израсходовать аммиак, накопленный в устройстве СКВ. Газовые датчики 11, 12 активируют только после того, как температура отработавших газов, превысит заданный уровень, чтобы исключить возможность повреждения датчиков в случае их активировании при низкой температуре. Когда температура отработавших газов в системе СКВ, измеренная, например, датчиком 10 температуры, превысит заданный уровень, такой как примерно 400°С, следует переход в третий режим St3.

Третий режим St3 характеризуется работой двигателя 2 с высоким содержанием оксидов NO_x в отработавших газах. В третьем режиме St3 восстановитель также не впрыскивается в отработавшие газы. Высокое содержание оксидов NO_x в отработавших газах двигателя может быть получено, например, за счет задания соответствующего момента впрыска топлива, высокого числа оборотов двигателя, а также путем создания высокой нагрузки двигателя.

Далее описываются три различные последовательности S₁, S₂, S₃ способа автоматической диагностики по настоящему изобретению. Первая последовательность S₁ диагностики включает работу двигателя в третьем St3 и четвертом St4 режимах. Четвертый режим St4 характеризуется работой двигателя с низким содержанием оксидов NO_x в отработавших газах, причем восстановитель в отработавшие газы не впрыскивается. Управление работой двигателя осуществляется таким образом, чтобы он попеременно работал в третьем режиме St3, то есть, с высоким содержанием оксидов NO_x в отработавших газах, и в четвертом режиме St4, то есть, с низким содержанием оксидов NO_x. При этом двигатель переключают между этими двумя режимами St3, St4 по меньшей мере один раз, и величины выходных сигналов газовых датчиков 11, 12 фиксируют, когда двигатель работает с высоким и низким содержанием оксидов NO_x в отработавших газах.

Отметка Т₁ на фиг. 3 указывает момент времени, в который выполняются все условия готовности, после чего способ автоматической диагностики осуществляет переход во второй режим St2. В момент Т₂ времени, когда температура отработавших газов достигает заданного уровня, активируют газовые датчики. Затем в способе автоматической диагностики в момент Т₃ времени осуществляется переход в третий режим St3 работы двигателя с высоким содержанием оксидов NO_x в отработавших газах, и в момент Т₄ времени осуществляется переход в третье состояние St3 работы двигателя с низким содержанием оксидов NO_x. Как это хорошо иллюстрируется на фиг. 3, величины выходных сигналов 23, 22, содержащих измеренную концентрацию оксидов NO_x, первого 11 и второго 12 газовых датчиков будут снижаться после перехода в четвертый режим St4 работы двигателя, причем величина выходного сигнала 22 второго газового датчика 12, установленного выше устройства 5 СКВ по потоку отработавших газов, будет снижаться в результате снижения выбросов оксидов NO_x немного раньше снижения величины выходного сигнала 23 первого газового датчика 11, который установлен ниже по потоку отработавших газов устройства 5 СКВ, то есть, возникает временная задержка D. В момент Т₅ времени число 20 оборотов двигателя стабилизируется на новом пониженном уровне, и величины выходных сигналов 23, 22, содержащих измеренную концентрацию оксидов NO_x, первого 11 и второго 12 газовых датчиков сближаются как признак устойчивого состояния отработавших газов.

В предпочтительных вариантах используются газовые датчики 11, 12, способные измерять также и концентрацию кислорода в отработавших газах. На фиг. 3 показаны выходные сигналы 24, 25, содержащие измеренную концентрацию кислорода, газовых датчиков 11, 12. Получаемые величины концентрации кислорода в отработавших газах позволяют системе управления двигателем более эффективно регулировать горючую смесь, поскольку содержание кислорода - это величина λ горючей смеси, поступающей в цилиндры.

Как видно на фиг. 3, концентрация кислорода в отработавших газах повышается при переходе из третьего режима St3 в четвертый режим St4. Переход из третьего режима St3 в четвертый режим St4 и затем обратно в третий режим St3 показан более подробно на фиг. 4, на которой иллюстрируются выходные сигналы 23, 22, содержащие измеренные концентрации NO_x, и выходные сигналы 24, 25, содержащие измеренные концентрации кислорода, газовых датчиков 11, 12, включая внутреннюю временную задержку D в переходных режимах работы двигателя. Чтобы оценить характеристики работы газовых датчиков 11, 12 по измерению концентрации оксидов NO_x, величины выходных сигналов 23, 22, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, газовых датчиков 11, 12, фиксируются, когда двигатель 2 работает с высоким уровнем оксидов NO_x в отработавших газах, и когда двигатель 2 работает с низким уровнем оксидов NO_x, затем вычисляется разница 26 указанных величин выходных сигналов и сравнивается с заданным пороговым значением. Кроме того, проверяется, что выходные сигналы 22, 23, содержащие измеренные концентрации оксидов NO_x, для установившегося состояния отработавших газов находятся в пределах, задаваемых нижним 27 и верхним 28 пороговыми значениями. Аналогично, чтобы оценить характеристики работы газовых датчиков 11, 12 по измерению концентрации кислорода, величины выходных сигналов 24, 25, содержащих измеренные концентрации кислорода, газовых датчиков 11, 12, фиксируются, когда двигатель 2 работает с высоким уровнем оксидов NO_x в отработавших газах, и когда двигатель 2 работает с низким уровнем оксидов NO_x, затем вычисляется разница 39 указанных величин выходных сигналов и сравнивается с заданным пороговым значением. Также проверяется, что выходные сигналы 24, 25, содержащие измеренные концентрации кислорода, для установившегося состояния отработавших газов находятся в пределах, задаваемых нижним 29 и верхним 30 пороговыми значениями. Аналогичные оценки выходных сигналов 22, 23, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, и выходных сигналов 24, 25, содержащих концентрации кислорода, выполняется после обратного перехода в третий режим St3. Затем для повышения надежности результатов диагностики переход между третьим St3 и четвертым St4 режимами может быть повторен заданное число раз. На фиг. 3 показаны четыре перехода.

В первом варианте способа по настоящему изобретению после первой последовательности S₁ диагностики выполняется вторая последовательность S₂, которой заканчивается способ автоматической диагностики. Это соответствует переходу из третьего режима St3 в пятый режим St5. Во второй последовательности S₂ диагностики, которая включает пятый режим St5, число оборотов двигателя повышается до высокого уровня. После этого подача топлива в двигатель 2 прекращается, и выходные сигналы газовых датчиков 11, 12 фиксируются по меньшей мере после некоторой задержки 31. После прекращения подачи топлива момент инерции двигателя на больших оборотах будет обеспечивать закачивание воздуха в систему выпуска отработавших газов поршнями цилиндров. Закачивание воздуха приводит к очень низкой концентрации оксидов NO_x и к очень высокой концентрации кислорода в системе выпуска отработавших газов возле газовых датчиков 11, 12, в результате чего они должны измерять очень низкий уровень выбросов NO_x и очень высокую концентрацию кислорода. Как показано на фиг. 3, число оборотов двигателя повышается с момента T₆ времени, подача топлива прекращается в момент Т₇ времени, после чего число оборотов двигателя падает, пока он не останавливается в момент Т₈ времени, и на этом выполнение способа автоматической диагностики заканчивается. Величины выходных сигналов 22, 23, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, снижаются до нуля после остановки двигателя, и одновременно повышаются до максимума величины выходных сигналов 24, 25, содержащих измеренные концентрации кислорода.

Вторая последовательность S₂ диагностики направлена прежде всего на проверку работоспособности газовых датчиков 11, 12 в части измерения очень низких концентраций выбросов NO_x и очень высоких концентраций кислорода. Например, как показано на фиг. 5, величины выходных сигналов 22, 23, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, и величины выходных сигналов 24, 25, содержащих измеренные концентрации кислорода, могут быть зафиксированы через некоторый промежуток 31 времени после момента T₇ времени прекращения подачи топлива, и может быть проверено, что оба выходных сигнала 22, 23 ниже порогового значения 32, и что оба выходных сигнала 24, 25 превышают пороговое значение 33. Как показано на фиг. 5, величины выходных сигналов 24, 25, содержащих измеренные концентрации кислорода, в момент проверки достигают максимального уровня. Затем оцениваются характеристики газовых датчиков 11, 12 по измерению концентраций оксидов NO_x и концентраций кислорода на основании зафиксированных величин выходных сигналов датчиков.

Первая последовательность S₁ предпочтительно выполняется перед второй последовательностью S₂ диагностики. Достоинство такого порядка тестирования, когда подача топлива прекращается, так что двигатель автоматически остановится в конце второй последовательности диагностики, заключается в естественном и эффективном окончании способа автоматической диагностики.

Ниже будет описан второй вариант способа по настоящему изобретению со ссылками на фиг. 2, 6 и 7. В этом случае в дополнение к тесту газовых датчиков по первому варианту выполняется тест для определения коэффициента преобразования оксидов NO_x устройством СКВ. В соответствии со вторым вариантом задается первый St1 и второй St2 режимы, как и в первом варианте. После этого начинается выполнение первой последовательности S₁, которая включает работу двигателя в третьем St3 и четвертом St4 режимах. Затем в момент Т₉ времени начинается третья последовательность S₃ диагностики, которая включает работу в шестом режиме St6. Шестой режим St6 характеризуется поддержанием работы двигателя с высоким уровнем выбросов оксидов NO_x и поддержанием высокой температуры системы СКВ, однако в этом случае начинается подача восстановителя. В результате впрыска восстановителя выше устройства 5 СКВ по потоку отработавших газов существенно снижается концентрация оксидов NO_x ниже устройства 5 СКВ по потоку, и величины выходных сигналов первого 11 и второго 12 газовых датчиков, содержащих измеренные концентрации NO_x, постепенно начинают расходиться. Коэффициент 34 преобразования оксидов NO_x может быть вычислен на основе расхождения величин выходных сигналов 22, 23, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, и, возможно, также текущего расхода впрыскиваемого восстановителя. После фиксации величин сигналов 22, 23, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, перед началом подачи восстановителя и в процессе его подачи в условиях установившегося состояния отработавших газов, и последующей проверки величины выходного сигнала 23 первого газового датчика 11, а также вычисления коэффициента 34 преобразования оксидов NO_x в момент Т₁₀ времени следует переход в режим St3 работы. Переход между третьим St3 и шестым St6 режимами может быть затем повторен заданное число раз для повышения надежности результатов диагностики. На фиг. 6 показаны четыре перехода.

Переход из третьего режима St3 в шестой режим St6 и затем обратно в третий режим St3 иллюстрируется более подробно на фиг. 7, на котором показана величина выходного сигнала 23, содержащего измеренную концентрацию оксидов NO_x, первого газового датчика 11, расход 39 впрыскиваемого восстановителя и коэффициент 34 преобразования оксидов NO_x Для определения коэффициента преобразования оксидов NO_x устройства СКВ величины выходных сигналов 23, 22, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, первого 11 и второго 12 газовых датчиков фиксируются как в режиме подачи восстановителя, так и в режиме прекращения подачи восстановителя. Понятно, что подача восстановителя не влияет на величину выходного сигнала 22, содержащего измеренную концентрацию оксидов NO_x, второго газового датчика 12, поскольку он расположен по потоку выше устройства 5 СКВ и инжектора 9 восстановителя. Коэффициент 34 преобразования оксидов NO_x вычисляется на основе измеренной разницы величин выходных сигналов 23, 22, содержащих измеренные концентрации оксидов NO_x, первого 11 и второго 12 газовых датчиков. В других вариантах, как уже указывалось, коэффициент 34 преобразования оксидов NO_x может быть определен с учетом расхода подаваемого восстановителя, так что может быть вычислен суммарный коэффициент 34, в котором учитываются концентрации оксидов NO_x выше и ниже устройства СКВ по потоку отработавших газов, а также расход подаваемого восстановителя.

Величина выходного сигнала 23, содержащего измеренную концентрацию оксидов NO_x, первого газового датчика 11 фиксируется в процессе впрыска восстановителя при установившихся характеристиках отработавших газов, и при этом проверяется, что указанная величина выходного сигнала 23 находится ниже заданного порогового значения 35. Аналогично, проверяется, что вычисленный коэффициент 34 преобразования оксидов NO_x при установившихся характеристиках отработавших газов в процессе впрыска восстановителя превышает заданное пороговое значение 38. Кроме того, после обратного перехода в третий режим St3, в котором прекращается подача восстановителя, фиксируется величина выходного сигнала 23, содержащего измеренную концентрацию оксидов NO_x, первого газового датчика в условиях установившихся характеристик отработавших газов, и при этом проверяется, что измеренная величина находится в диапазоне, определяемого нижним 36 и верхним 37 заданными пороговыми значениями.

Первая последовательность S₁ диагностики предпочтительно выполняется перед третьей последовательностью S₃ диагностики, поскольку при этом могут быть исключены ошибочные результаты оценки коэффициента преобразования оксидов NO_x из-за ошибок измерений газовых датчиков. Соответственно, если коэффициент преобразования оксидов NO_x не достигает ожидаемой величины, то источник неудовлетворительной работы может быть локализован: неисправность устройства СКВ, неисправность инжектора восстановителя, низкое качество восстановителя и т.п. Третья последовательность S₃ диагностики предпочтительно может выполняться перед второй последовательностью S₂ диагностики, поскольку такой порядок тестирования обладает тем достоинством, что когда подача топлива прекращается, двигатель автоматически остановится в конце второй последовательности S₂ диагностики, то есть, обеспечивается естественное и эффективное окончание способа автоматической диагностики.

В предпочтительных вариантах результаты, полученные в способе автоматической диагностики, отображаются техническому специалисту и/или пользователю на экране средства отображения или с использованием другого подходящего средства. Для показа различных компонентов системы СКВ, таких как характеристики измерения концентраций оксидов NO_x и кислорода газовых датчиков 11, 12 и/или функциональные характеристики системы СКВ, такие как коэффициент преобразования оксидов NO_x, могут использоваться цветные индикаторы, например, красного или зеленого цвета. Величины выходных сигналов 23, 22 газовых датчиков 11, 12 могут фиксироваться в некоторые наиболее важные моменты времени, например, когда двигатель 2 работает с высоким и низким уровнем выбросов оксидов NO_x. В других вариантах величины выходных сигналов газовых датчиков могут фиксироваться непрерывно. Достоинство такого решения заключается в том, что обеспечивается возможность контроля характеристик работы двигателя и системы СКВ в режиме реального времени, так что специалист или пользователь будут лучше понимать работу системы СКВ и ее функциональные возможности.

Указание "режим работы двигателя с высоким уровнем выбросов оксидов NO_x" в настоящем описании относится к работе двигателя на относительно высоких оборотах, причем двигатель настроен таким образом, что уровень выбросов оксидов NO_x максимален, когда транспортное средство неподвижно. Указание "режим работы двигателя с низким уровнем выбросов оксидов NO_x" в настоящем описании относится к работе двигателя на относительно низких оборотах, причем двигатель настроен таким образом, что уровень выбросов оксидов NO_x минимален, когда транспортное средство неподвижно, а двигатель еще работает. Указания "концентрация оксидов NO_x выше по потоку отработавших газов" и "концентрация оксидов NO_x ниже по потоку отработавших газов" в настоящем описании относится к концентрациям оксидов NO_x выше и ниже, соответственно, устройства СКВ по потоку отработавших газов, то есть, на входе и на выходе, соответственно, устройства СКВ. Указания "выше по потоку" и "ниже по потоку" могут использоваться также и в других выражениях, и в этих случаях они имеют вышеуказанные значения.

Способ автоматической диагностики по настоящему изобретению, раскрытый в настоящем описании, включает три различные последовательности S₁, S₂, S₃ диагностики. Однако способ автоматической диагностики может включать только первую последовательность S₁ или две последовательности S₁, S₂, S₃, или все три последовательности S₁, S₂, S₃ диагностики. Более того, порядок выполнения последовательностей S₁, S₂, S₃ диагностики может варьироваться, в соответствии с конкретной необходимостью, и не ограничивается лишь порядком, раскрытым в описании. Одна или несколько последовательностей S₁, S₂, S₃ диагностики могут повторяться. Кроме того, вышеописанные режимы St1, St2 и другие режимы работы не являются обязательными для осуществления способа по настоящему изобретению, а представляют собой теоретическую модель для иллюстрации идеи изобретения.

Ссылочные номера, указанные в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничения объема охраны заявленных объектов изобретения, и их единственное назначение заключается в облегчении понимания формулы изобретения.

Как можно будет понять, возможны различные модификации изобретения без выхода за пределы его объема, определяемого прилагаемой формулой. Соответственно, чертежи и их описания должны рассматриваться лишь как иллюстрации изобретения, а не как ограничения.