СПОСОБ ЗАЩИТЫ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА Российский патент 1996 года по МПК F01N9/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых устанавливается каталитический нейтрализатор отработавших газов.

Известна схема для индикации или предупреждения ненормального нагружения каталитического устройства отработавших газов, содержащая в частности, сенсор для измеряемой величины, которая характеризует ненормальную работу устройства. Сенсор измеряет электрическую величину, подаваемую на звено устройства для снабжения топливом двигатель [1]
Известно устройство, содержащее расположенный в потоке отработавших газов датчик кислорода, сигнал от которого дешифруется через заданный интервал и в зависимости от результатов сравнения с заданными граничными значениями, в случае превышения граничного значения, включается сигнальный прибор [2]
Вышеупомянутые устройства имеют ряд недостатков. Общим недостатком является то, что состояние нейтрализатора определяется косвенным путем по результатам обработки сигналов с датчиков и может не отражать истинного состояния нейтрализатора.

Устройства по [1] и [2] являются исключительно контрольными и не регулируют температуру отработавших газов в выпускной системе. Использование таких систем приводит к появлению дополнительного контрольного параметра, что затрудняет контроль за состоянием двигателя со стороны оператора/водителя.

В качестве прототипа выбираем изобретение по заявке, включающее контроль за исправностью системы топливоподачи посредством сигналов от датчика концентрации кислорода, установленного в выпускном трубопроводе ДВС, предназначенное для предотвращения перегрева нейтрализатора [3]
В случае неисправности системы топливоподачи ДВС система управления переходит на аварийный режим работы при котором перекрывается подача топлива к неисправной форсунке, благодаря чему предотвращается повреждение нейтрализатора, вызываемое его перегревом.

Недостатком является то, что состояние каталитического устройства определяется по концентрации кислорода, т.е. косвенным путем, что может не отражать истинного состояния нейтрализатора. Кроме того обработка сигнала датчика концентрации кислорода для выявления неисправности требует сложного программного обеспечения для проведения анализа возможной неисправности.

Цель изобретения обеспечение работоспособности каталитического нейтрализатора в случае неисправностей в системах зажигания или топливоподачи, т. е. при аварийной ситуации.

Для достижения поставленной цели в известном способе защиты каталитического нейтрализатора в выпускной системе двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют измерение рабочего параметра выпускной системы двигателя, сравнивают измеренное значение с эталонным значением и по результатам сравнения измеренного и эталонного значений осуществляют регулирование топливоподачи в цилиндры двигателя, в качестве рабочего параметра используют температуру отработавших газов в нейтрализаторе, а регулирование топливоподачи осуществляют при превышении измеренного значения рабочего параметра над эталонным путем подачи в цилиндры переобогащенной топливовоздушной смеси.

Такой способ защиты каталитического нейтрализатора позволяет снизить температуру отработавших газов на период времени, необходимый для перемещения транспортного средства своим ходом до ближайшей станции ТО, за счет снижения реакции окисления в нейтрализаторе путем уменьшения содержания кислорода в отработавших газах. При этом температура отработавших газов, соответствующая переобогащенному составу смеси значительно ниже температуры при которой происходит разрушение блока-носителя каталитического нейтрализатора.

Температура отработавших газов после каталитического нейтрализатора повышается из-за реакции окисления при нормальной работе на 20-40^oC. При неисправностях систем зажигания или топливоподачи двигателя, приводящих к неполному сгоранию топливовоздушной смеси, ее догорание происходит в нейтрализаторе. Это догорание сопровождается резким повышением температуры отработавших газов, характерным только для аварийных режимов работы двигателя. Если в это время не будут проведены мероприятия по снижению температуры отработавших газов, то произойдет разрушение блока-носителя каталитического нейтрализатора.

Сущность предлагаемого способа поясняется на чертеже, где показана схема системы защиты каталитического нейтрализатора отработавших газов для двигателей внутреннего сгорания.

Система защиты содержит двигатель внутреннего сгорания 1, выпускной коллектор которого соединен с каталитическим нейтрализатором 2, содержащем датчик 3 температуры, предназначенный для измерения температуры отработавших газов двигателя. Датчик 3 температуры соединен с электронным блоком 4 регулирования устройством дозирования топливовоздушной смеси, а последний соединен с устройством 5 дозирования топливовоздушной смеси.

Способ осуществляется следующим образом. Контроль за состоянием каталитического нейтрализатора 2 осуществляется установленным в нем датчиком 3 температуры. При появлении неисправностей в работе систем зажигания или топливоподачи двигателя 1, приводящих к резкому росту температуры отработавших газов, электронный блок 4 регулирования устройством дозирования, после получения сигнала от датчика 3, переводит устройство 5 дозирования топливовоздушной смеси в аварийный режим работы, который характеризуется подачей в двигатель 1 обогащенной смеси и включает сигнальный прибор. Обогащение топливовоздушной смеси приводит к снижению содержания кислорода в отработавших газах и, как следствие, к снижению температуры в нейтрализаторе.

Важным моментом в предлагаемом способе является то, что для перехода системы на аварийный режим работы имеется два граничных условия:
1. предельная температура отработавших газов;
2. скорость нарастания температуры отработавших газов, характерная для работы двигателя с неисправными системами зажигания или топливоподачи.

Граничное условие по предельной температуре отработавших газов задается с учетом типа нейтрализатора и его материалов. Срабатывание электронного блока 4 происходит при повышении уровня электрического сигнала с датчика 3 температуры, величина которого соответствует предельной температуре отработавших газов.

Граничное условие по скорости нарастания температуры отработавших газов задается по результатам испытаний. Скорость нарастания температуры является первой производной от температуры отработавших газов и вычисляется как прирост температуры между двумя замерами по электрическому сигналу с датчика температуры.

Если использовать только одно граничное условие на срабатывание системы защиты предельную температуру отработавших газов, то из-за большой инерционности цепочки связей двигатель-нейтрализатор-контрольная термопара-блок управления и из-за высокой скорости нарастания температуры отработавших газов, после включения системы защиты нейтрализатора продолжается рост температуры, которая может превысить значение граничного условия. Так как отвод тепла от блока-носителя затруднен и температура отработавших газов достаточно высока, происходит медленное остывание блока-носителя до температуры отработавших газов переобогащенного состава топливовоздушной смеси.

Для того чтобы исключить последующий разогрев блока-носителя до температуры превышающей значение граничного условия, используется граничное условие по скорости нарастания температуры отработавших газов. Так как скорость нарастания температуры при нормальной работе двигателя значительно отличается от скорости нарастания температуры отработавших газов неисправного двигателя, то неисправность, приводящая к выходу нейтрализатора из строя, определяется до того как температура отработавших газов вырастет до предельного значения.

Использование: в двигателестроении, а именно в системах выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в качестве рабочего параметра используют температуру отработавших газов в нейтрализаторе, а регулирование топливоподачи осуществляют при превышении измеренного значения рабочего параметра над эталонным путем подачи в цилиндры переобогащенной топливовоздушной смеси. Дополнительно сравнивают скорости нарастания эталонного и измеренного значений температуры отработавших газов и регулирование теплоотдачи осуществляют при превышении скорости нарастания измеренного значения температуры отработавших газов над эталонным. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты каталитического нейтрализатора в выпускной системе двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют измерение рабочего параметра выпускной системы двигателя, сравнивают измеренное значение с эталонным и по результатам сравнения измеренного и эталонного значений осуществляют регулирование топливоподачи в цилиндры двигателя, отличающийся тем, что в качестве рабочего параметра используют температуру отработавших газов в нейтрализаторе, а регулирование топливоподачи осуществляют при превышении измеренного значения рабочего параметра над эталонным путем подачи в цилиндры переобогащенной топливовоздушной смеси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают скорости нарастания эталонного и измеренного значений температуры отработавших газов и регулирование топливоподачи осуществляют при превышении скорости нарастания измеренного значения температуры отработавших газов над эталонным.