(57)【要約】  保持される排気処理流体をタンクから排気ストリームへ投与する排気後処理システムを監視する方法。方法は、温度センサを使用してタンク内の排気処理流体の第１温度を測定することを含む。排気処理流体の第１温度が所定温度未満の場合、加熱器が起動されて排気処理流体の第１温度を上げる。次に上昇する第１温度が所定温度に対して監視される。次に、排気処理流体の相変化が起きるとき第２温度が検出される。次に検出された第２温度が所定温度と比較され、排気処理流体が十分な品質のものであるかどうかを判定し、または温度センサが合理的であるかどうかを判定する。
2016514235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持される排気処理流体をタンクから排気ストリーム中へ投与する排気後処理システムを監視する方法であって、
温度センサを使用して前記タンク内の前記排気処理流体の第１温度を測定することと、
前記排気処理流体の前記第１温度が所定温度未満の場合、加熱器を起動して前記排気処理流体の前記第１温度を上げることと、
前記排気処理流体の前記上昇する第１温度を前記所定温度に対して監視することと、
前記排気処理流体の相変化が起きるとき第２温度を検出することと、
前記検出された第２温度を前記所定温度と比較することと
を含む方法。
【請求項２】
前記検出された第２温度に基づいて前記温度センサが合理的であるかどうかを判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出された第２温度が前記所定温度を超える場合、前記温度センサは非合理的である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記検出された第２温度が前記所定温度未満の場合、前記温度センサは非合理的である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記検出された第２温度に基づいて前記排気処理流体が十分な品質のものかどうかを判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記検出された第２温度が前記所定温度を超える場合、前記排気処理流体は十分な品質のものでない、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記検出された第２温度が前記所定温度未満の場合、前記排気処理流体は十分な品質のものでない、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記排気処理流体が尿素排気処理流体である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記所定温度が前記排気処理流体の相変化温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第２温度が検出されない場合、前記温度センサが非合理的であると判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
エンジンによって生成された排気を処理するための排気後処理システムであって、
排気処理構成要素と、
排気処理流体を前記排気中に投与するために前記排気処理構成要素の上流に配置された投与モジュールと、
前記排気処理流体を貯蔵し前記投与モジュールに提供する排気処理流体タンクと、
前記排気処理流体の温度を検出するために前記タンクに配置された温度センサと、
前記排気処理流体の温度を上げるために前記タンクに配置された流体加熱器と、
前記投与モジュール、温度センサおよび流体加熱器のそれぞれを制御するための制御器とを含み、
前記温度センサが前記タンク内の前記排気処理流体の第１温度を測定し、前記第１温度を前記制御器に伝え、前記排気処理流体の前記第１温度が所定温度未満の場合、前記制御器が前記加熱器を起動して前記排気処理流体の前記第１温度を上げ、
前記制御器が、前記温度センサによって検出された排気処理流体の前記上昇する第１温度を前記所定温度に対して監視し、前記排気処理流体の相変化が起きるとき第２温度を検出し、
前記制御器が前記検出された第２温度を前記所定温度と比較する、
排気後処理システム。
【請求項１２】
前記制御器が、前記検出された第２温度に基づいて、前記温度センサが合理的かどうかを判定する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記検出された第２温度が前記所定温度を超える場合、前記制御器は前記温度センサが非合理的であると判定する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記検出された第２温度が前記所定温度未満の場合、前記制御器は前記温度センサが非合理的であると判定する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御器が、前記検出された第２温度に基づいて、前記排気処理流体が十分な品質のものであるかどうかを判定する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記検出された第２温度が前記所定温度を超える場合、前記制御器は前記排気処理流体が十分な品質のものでないと判定する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出された第２温度が前記所定温度未満の場合、前記制御器は前記排気処理流体が十分な品質のものでないと判定する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記排気処理流体が尿素排気処理流体である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記所定温度が前記排気処理流体の相変化温度であり、前記所定温度が前記制御器に記憶される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
第２温度が検出されない場合、前記制御器は前記排気処理流体が十分な品質のものでないと判定する、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、尿素温度合理性診断を備えた排気処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本開示に関連する背景情報を提供するが、それは必ずしも従来技術ではない。
【０００３】
粒子および／またはＮＯＸの形態の排気ガス排出物質を低減するために内燃機関によって生成される排気ガスを処理するためのシステムが、一般的に知られている。そのような排気ガス「後処理」システムは、排気ガスのＮＯＸレベルを規定レベル未満に低減するために、選択的触媒還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムを含み得る。
【０００４】
ＳＣＲシステムは一般的に、排気処理流体の形態の触媒還元剤、または試薬を含み、触媒還元剤、または試薬は、ＳＣＲ触媒に入る前に、エンジンによって生成された排気ガスストリームに投与される。ＳＣＲ触媒は、周知の方法でエンジン排気ガスおよび試薬液の組合せと反応し、排気ガスストリームのＮＯＸ含量を低減する。
【０００５】
試薬は一般的に貯蔵タンクに保持される。タンクは流体レベルセンサ、温度センサ、および、試薬を投与モジュールに流通させることを補助する他の構成要素を含み得る。投与モジュールは、試薬を排気ガスストリームへ投与し、未使用の試薬をタンクに戻す。これら構成要素のそれぞれは、車載診断（ＯＢＤ：ｏｎ−ｂｏａｒｄ  ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ）システムによって監視する必要があり、その結果、構成要素の１つに問題が生じた場合、エラーをＯＢＤシステムによって伝えることができる。
【発明の概要】
【０００６】
この節は本開示の概要を提供し、その完全な範囲およびその特徴の全ての包括的な開示ではない。
【０００７】
本開示は、エンジンによって生成された排気を処理するための排気後処理システムを提供する。システムは、排気処理構成要素と、排気処理流体を排気中に投与するために排気処理構成要素の上流に配置された投与モジュールと、排気処理流体を貯蔵し投与モジュールに提供する排気処理流体タンクと、排気処理流体の温度を検出するためにタンクに配置された温度センサと、排気処理流体の温度を上げるためにタンクに配置された流体加熱器と、投与モジュール、温度センサおよび流体加熱器のそれぞれを制御するための制御器とを含む。
【０００８】
温度センサは、タンク内の排気処理流体の第１温度を測定し、第１温度を制御器に伝える。排気処理流体の第１温度が所定温度未満の場合、制御器は加熱器を起動して排気処理流体の第１温度を上げる。次に制御器は温度センサによって検出された排気処理流体の上昇する第１温度を所定温度に対して監視し、排気処理流体の相変化が起きる第２温度を検出する。次に制御器は検出された第２温度を所定温度と比較する。検出された第２温度が所定温度から逸脱した場合、温度センサは非合理的であり得、または排気処理流体は十分な品質の流体でない可能性がある。
【０００９】
さらなる適用分野は、本明細書に提供された記載から明らかになる。この概要の記載および特定例は単なる例として意図されており、本開示の範囲を限定することを意図されていない。
【００１０】
本明細書に記載される図面は、選択された実施形態の単に例証を目的とし、全ての可能な実装形態ではなく、本開示の範囲を限定することを意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の原理に従う排気システムを概略的に示す。
【図２】本開示の原理に従い使用され得る例示的な試薬タンクの断面図である。
【図３】本開示の原理に従う温度センサ合理性診断方法を示すフローチャートである。
【図４】温度センサが合理的であるかどうかの判断を補助する温度曲線を示すグラフである。
【図５】本開示の原理に従う試薬品質診断方法を示すフローチャートである。
【図６】試薬が十分な品質のものであるかどうかの判断を補助する温度曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面のいくつかの図全体を通して、対応する参照番号は対応する部品を示す。
【００１３】
次に添付図面を参照して、例の実施形態をより詳細に記載する。
【００１４】
図１は、本開示による排気システム１０を概略的に示す。排気システム１０は、燃料源（不図示）と連通する少なくともエンジン１２を含むことができ、それは、一旦消費されると、排気後処理システム１６を有する排気通路１４に放出される排気ガスを生成する。エンジン１２の下流に排気処理構成要素１８を配置可能であり、排気処理構成要素１８はＤＯＣ、ＤＰＦ構成要素または、示されるようなＳＣＲ構成要素２０であることができる。本開示に必要でないが、排気後処理システム１６はさらに、排気通路１４を通過する排気ガスの温度を上昇させるために、熱増強装置またはバーナ１７などの構成要素を含むことができる。排気ガスの温度を上げることは、寒冷条件においておよびエンジン１２の始動時、排気処理構成要素１８の触媒の点火を実現するのに好ましく、ならびに、排気処理構成要素１８がＤＰＦのとき、排気処理構成要素１８の再生を開始するのに好ましい。
【００１５】
エンジン１２によって生成された排出物質の低減を補助するために、排気後処理システム１６は、排気処理流体を排気ストリームに周期的に投与する投与モジュール２２を含むことができる。図１に示されるように、投与モジュール２２は、排気処理構成要素１８の上流に配置可能であり、排気処理流体を排気ストリームに注入するように動作可能である。これに関して、投与モジュール２２は試薬タンク２４およびポンプ２６と入口ライン２８によって流体連通し、ディーゼル燃料または尿素などの排気処理流体を、排気処理構成要素２０の上流で排気通路２４に投与する。投与モジュール２２はまた、戻りライン３０を介して試薬タンク２４と連通した状態にあることができる。戻りライン３０は、排気ストリームに投与されない排気処理流体を試薬タンク２４に戻すことを可能にする。入口ライン２８、投与モジュール２２、および戻りライン３０を通る排気処理流体の流れはまた、投与モジュール２２が過熱しないように投与モジュール２２を冷却する一助となる。後で記載されるように、投与モジュール２２は、投与モジュール２２を冷却すべく投与モジュール２２の周囲に冷却液を流す冷却ジャケット（図６）を含むように構成可能である。
【００１６】
排気ストリームを効果的に処理するのに必要な排気処理流体の量はまた、エンジン１２のサイズに依存し得る。これに関して、機関車で使用される、海洋用途、および固定用途の大型ディーゼルエンジンは、１つの投与モジュール２２の処理能力を超える排気流量を有する場合がある。従って、１つだけの投与モジュール２２が尿素投与用に示されているが、尿素注入用の複数の投与モジュール２２が本開示によって検討されることを理解すべきである。
【００１７】
排気ストリームを効果的に処理するのに必要な排気処理流体の量はまた、負荷、エンジン速度、排気ガス温度、排気ガス流、エンジン燃料噴射タイミング、所望のＮＯＸ低減、大気圧、相対湿度、ＥＧＲ率およびエンジン冷却液温度によって変化し得る。ＮＯＸセンサまたはメータ３２をＳＣＲ２０の下流に配置可能である。ＮＯＸセンサ３２は、排気ＮＯＸ含有量を示す信号を、エンジン制御ユニット３４に出力するように動作可能である。エンジン動作パラメータの全てまたはいくつかは、エンジン制御ユニット３４から、エンジン／ビークルデータバスを介して、排気後処理システム制御器３６へ供給可能である。制御器３６はまた、エンジン制御ユニット３４の一部として含まれることができる。排気ガス温度、排気ガス流れ、および排気背圧ならびに他のビークル動作パラメータは、図１に示されるような各センサによって測定可能である。
【００１８】
排気処理流体の温度はまた、排気後処理システム制御器３６によって監視されるパラメータであり得る。排気処理流体の温度を監視するために、試薬タンク２４は温度センサ４０を内部に配置する。図２に最良に示されるように試薬タンク２４はタンクハウジング４２を含むことができる。タンクハウジング４２は、ポリエチレン、ポリスチレン、アルミニウム、鋼などの材料、または尿素などの試薬排気処理流体４４を貯蔵するのに適した他のいずれかの種類の材料から形成可能である。タンク２４を排気処理流体で再充填するために、タンク２４は、ねじ付きネック部４８によって画成された入口４６を含んでもよく、ネック部４８は、当該技術分野で知られるように、ネック部４８のねじ山に対応するねじ山を有する着脱式キャップ５０を受け取り得る。
【００１９】
タンクハウジング４２内に吸引管５２および放出管５４の対があることができる。吸引管５２はポンプ２６が起動されると尿素排気処理流体４４がタンク２４から入口ライン２８へ引かれるように、下流でポンプ２６と連通する。上で記載したように、入口ライン２８は排気処理流体を排気ストリームに提供するために投与モジュール２２と連通する。尿素排気処理流体４４が排気ストリームに投与されない場合、尿素排気処理流体４４は戻りライン３０を通ってタンク２４に戻るように移動し得る。戻りライン３０は放出管５４と連通する。
【００２０】
タンク２４内の尿素排気処理流体４４の量を監視するために、流体レベル指示装置５６を入口管５２に結合可能である。示される実施形態では、流体レベル指示装置５６は、尿素排気処理流体４４の密度未満の密度を有する浮遊部材５８を含み得る。尿素排気処理流体４４のレベルを制御器３６に伝えるために、浮遊部材５８は、浮遊部材５８に埋設または固定された永久磁石（不図示）を含み得る。次に吸引管５２が、制御器３６と連通する複数の磁気抵抗センサ（不図示）を、その長さに沿って含み得る。
【００２１】
浮遊部材５８が特定の磁気抵抗センサと整列すると、センサは尿素排気処理流体４４のレベルを制御器３６に伝えることができる。当業者であれば、上記の流体レベル感知が実際は単に例証的なものであり、流体レベルを測定するために他の様々な方法および装置を利用してもよいことを認識および理解するであろう。従って本開示は上記の構成に限定すべきでない。例えば、浮遊部材５８は放出管５４に結合可能であること、および放出管５４は本開示の範囲から逸脱することなく磁気抵抗センサ（不図示）を含むことができることを理解すべきである。
【００２２】
また排気処理流体加熱器６０をタンク２４に配置可能である。流体加熱器６０は、排気処理流体４４の温度を、特に排気処理流体４４が凍ることもある寒冷条件において、上昇させるように設計される。流体加熱器６０は抵抗加熱器であってもよく、または限定なしに、エンジン冷却液がそれを流れることを可能にするように構成されてもよい。流体加熱器６０はエンジン１２の作動中必ずしも連続的に作動しない。むしろ、流体加熱器６０は、必要に応じて流体加熱器６０を起動できるように制御器３６と連通する。これに関して、排気処理流体４４の温度を温度センサ４０から制御器３６に伝達することができる。感知された温度が低すぎる場合、制御器３６は、排気処理流体４４を加熱または解凍するべく流体加熱器６０に起動するように命令することができる。
【００２３】
温度センサ４０は放出管５４に取付け可能である。しかしながら温度センサ４０は、排気処理流体４４の温度を適切に測定することを満たすタンク２４内のどこに配置してもよい。例えば、温度センサ４０はハウジング４２の内壁６２に取付け可能であり、または吸引管５２に取り付けてもよい。それにもかかわらず、温度センサ４０は、排気処理流体４４の温度をより正確に測定するために、タンク２４の中心近くに配置されることが好ましい。
【００２４】
尿素排気処理流体は尿素と水の混合物であり得る。３２．５％の尿素を含有する溶液は、−１１℃である、尿素排気処理流体の最も低い凍結点をもたらす。そのような尿素排気処理流体は、排気後処理システムで共通に使用され、それにより排気処理流体がほとんどの気候条件で液体状態を維持することを保証し、それは極めて寒い温度の間でさえ排気処理流体の投与を可能にする。
【００２５】
本開示は、温度センサ４０が合理的かどうかを決定する診断方法を提供する。図３は、温度センサ４０の合理性を決定するための例示的な制御アルゴリズムを示す。ステップ１００において、温度センサ４０は、尿素排気処理流体４４の温度を測定するように制御器３６によって指示される。温度センサ４０によって検出された温度が所定の温度を超えていると制御器３６によって判断される場合、流体加熱器６０は起動されない（ステップ２００）。流体加熱器６０がすでに起動されている場合、制御器３６は流体加熱器６０を停止する（ステップ２００）。所定の温度は好ましくは相変化（例えば固体から液体へ、または液体から気体へ）が起きる温度である。
【００２６】
温度センサ４０で検出された温度が所定の温度未満であると制御器３６によって判断された場合、流体加熱器６０は制御器３６によって起動される（ステップ３００）。流体加熱器６０がいったん起動されると、制御器３６は、温度変化率を観察するために尿素排気処理流体４４の温度を連続的に監視するように温度センサ４０に指示する（ステップ４００）。尿素排気処理流体を加熱する間、尿素排気処理流体４４は相変化が起こり得る温度に最終的に到達する。相変化が起きるとき、尿素排気処理流体の温度は、一定の時間（例えば５〜１０分）停滞するはずである。この停滞が起きる温度を、制御器３６は、温度センサ４０が合理的かどうかを決定するために使用することができる。
【００２７】
より具体的には、相変化が起きる温度が所定の温度から逸脱した場合、温度センサ４０は合理的でない、すなわち故障していると推測することができる（ステップ５００）。温度センサ４０が所定の温度で相変化を適切に検出する場合、温度センサ４０は合理性診断に合格する（ステップ６００）。例えば、温度センサによって検出された初期温度（ステップ１００）が−１５℃の場合、尿素排気処理流体は−１１℃で相変化するはずであり、そこで固体の尿素排気処理流体は溶解し液体に転換し始める。しかしながら、温度センサ４０が−５℃または−１５℃で温度の停滞を検出する場合（図４）、温度センサ４０は未較正か故障のどちらかであると制御器３６が推測することができる。従って温度センサ４０は合理性診断に合格せず（ステップ７００）、制御器３６は、排気処理システム１８が修理を必要としているというエラーフラグをエンジン１２のＥＣＵ３４に送ることができる、またはエンジン１２の作動を停止するようにＥＣＵ３４に信号を送ることができる。あるいは、排気処理流体４４を加熱する間停滞が検出されない場合、制御器３６は温度センサ４０に欠陥があると推測することができる。従って温度センサ４０は合理性診断に合格せず（ステップ７００）、制御器３６はエンジン１２のＥＣＵ３４にエラーフラグを送ることができる。
【００２８】
上記の診断アルゴリズムは試薬品質の診断ツールとして使用することもできることを理解すべきである。上に記載したように、水性尿素排気処理流体は、溶液に対して最も低い凍結点（すなわち−１１℃）を保証するために、３２．５％の尿素濃度を有すると好ましい。尿素排気処理流体以外の流体がタンク２４に添加される場合、またはより低い尿素濃度を有する尿素排気処理流体がタンク２４に添加される場合、相変化が起きる温度は、正しい流体がタンク２４に添加されたかどうかを決定するために使用することができる。
【００２９】
次に図５を参照すると、試薬品質診断アルゴリズムが示されている。ステップ１０００において、制御器３６は、尿素排気処理流体４４の温度を測定するように温度センサ４０に指示する。検出された温度が所定温度を超えていると判断される場合、流体加熱器６０は起動されない（ステップ１１００）。流体加熱器６０がすでに起動されている場合、制御器３６は流体加熱器６０を停止する（ステップ１１００）。所定の温度は好ましくは相変化（すなわち固体から液体へ、または液体から気体へ）が起きる温度である。
【００３０】
検出された温度が所定の温度未満であると判断された場合、制御器３６は流体加熱器６０を起動する（ステップ１２００）。流体加熱器６０がいったん起動されると、制御器３６は、温度変化率を観察するために尿素排気処理流体４４の温度を連続的に監視するように温度センサ４０に指示する（ステップ１３００）。尿素排気処理流体を加熱する間、尿素排気処理流体４４は相変化が起こり得る温度に最終的に到達する。相変化が起きるとき、尿素排気処理流体の温度は、一定の時間停滞するはずである。この停滞が起きる温度を使用して、温度センサ４０が合理的かどうかを決定することができる。
【００３１】
より具体的には、相変化が起きる温度が所定の温度から逸脱した場合（ステップ１４００）、試薬の品質は満たされていないと推測することができる（ステップ１５００）。制御器３６が所定の温度で相変化を検出する場合、試薬品質は診断に合格する（ステップ１６００）。例えば、温度センサによって検出された初期温度（ステップ１０００）が−１５℃の場合、尿素排気処理流体は−１１℃で相変化するはずであり、そこで固体の尿素排気処理流体は溶解し液体に転換し始める。しかしながら、制御器３６が−５℃で温度の停滞を検出する場合（図６）、制御器３６は正しくない排気処理流体が使用されていると、または排気処理に適切でない可能性がある流体（例えば水）がタンクに添加されたと、推測することができる。従って尿素排気処理流体４４は試薬品質診断に合格せず（ステップ１６００）、制御器３６は、排気処理システム１８が整備を必要としているというエラーフラグをエンジン１２のＥＣＵ３４に送ることができる、またはエンジン１２の作動を停止するようにＥＣＵ３４に信号を送ることができる。あるいは、排気処理流体４４を加熱する間停滞が検出されない場合、制御器３６は、正しくない排気処理流体（例えば炭化水素）がタンクに添加されたと推測することができる。従って尿素排気処理流体４４は試薬品質診断に合格せず（ステップ１６００）、制御器３６は、排気処理システム１８が整備を必要としているというエラーフラグをエンジン１２のＥＣＵ３４に送ることができる、またはエンジン１２の作動を停止するようにＥＣＵ３４に信号を送ることができる。
【００３２】
実施形態の前述の記載は例および説明として提供されている。それは、包括的であることも本開示を限定することも意図されていない。特定の実施形態の個々の要素および特徴は、ほとんどの場合その特定の実施形態に限定されず、適切な場合、交換可能であり、また、特に示されなくとも、または記載されなくとも、選択された実施形態で使用可能である。同じものが多くの方法で変更されてもよい。そのような変更形態は本開示からの逸脱とみなされるべきでなく、全てのそのような修正形態は本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【図１】
2016514235.tif 000003
【図２】
2016514235.tif 000004
【図３】
2016514235.tif 000005
【図４】
2016514235.tif 000006
【図５】
2016514235.tif 000007
【図６】
2016514235.tif 000008
【国際調査報告】
2016514235.tif 000009
2016514235.tif 000010