СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ДИЗЕЛЬНОГО САЖЕВОГО ФИЛЬТРА (ДСФ) В СИСТЕМЕ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/23 F01N9/00 F02D41/02 F02B9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к восстановлению дизельного сажевого фильтра (ДСФ или DPF, от английского - Diesel Particulate Filter) в системе дизельного двигателя.

Предпосылки создания изобретения

Дизельные двигатели обычно оснащают дизельным сажевым фильтром (ДСФ) с целью соблюдения жестких законодательных требований ограничения выбросов. ДСФ является устройством доочистки, расположенным на линии вывода и способным улавливать твердые частицы, такие как частицы сажи, образующиеся при сгорании топлива.

Возможны ДСФ с различными расположениями в зависимости от архитектуры линии вывода/системы, а именно ДСФ с близким расположением (CC) или ДСФ с расположением под полом (UF).

Системы управления двигателем (ECU) обычно предусматривают особые стратегии управления ДСФ для выполнения следующих задач:

определения уровня наполнения ДСФ,

осуществления автоматической процедуры опорожнения ДСФ, если установлено, что достигнут определенный уровень наполнения, при этом упомянутая процедура представляет собой так называемый процесс восстановления ДСФ.

Уровень наполнения ДСФ может определяться на основании количества сажи, образующей при работе двигателя, и вычисляться в зависимости от количества впрыскиваемого топлива и объемного расхода всасываемого воздуха. Один из примеров этого описан в патентной заявке Японии JP 2006316733.

Процесс восстановления ДСФ осуществляют во время нормальной езды, и для этого не требуется вмешательство с целью технического обслуживания.

Процесс восстановления ДСФ представляет собой управляемое сгорание сажи внутри ДСФ, которую воспламеняют путем повышения температуры выхлопных газов, проходящих через ДСФ.

Например, повышенная температура, достигающая 630°C, должна поддерживаться в течение определенного времени (обычно 10 минут) во всех возможных режимах езды, а именно езды по городу, езды по автомагистрали и т.п.

Повышение температуры выхлопных газов достигается с помощью специального режима сгорания с использованием в основном средств управления топливной системой и воздушной системой в ходе процесса восстановления, в результате чего происходит первое повышение температуры в системе вследствие сгорания топлива внутри камеры сгорания и второе повышение температуры вследствие окисления топлива внутри каталитического нейтрализатора, находящего на линии вывода.

При использовании специального режима сгорания для процесса восстановления ДСФ изменяется типичная схема впрыска топлива (топливная система) и регулирование приводов воздушной системы (рециркуляции отработавших газов (EGR), дросселя, турбокомпрессора) с целью обеспечения самого процесса восстановления.

Для достижения первого повышения температуры в специальном режиме сгорания предусмотрен так называемый подвпрыск, который представляет собой поздний впрыск топлива, а именно впрыск, который происходит после достижения верхней мертвой точки (ВМТ); это дополнительно впрыскиваемое топливо сгорает внутри камеры сгорания.

Для достижения второго повышения температуры в специальном режиме сгорания предусмотрен так называемый вторичный впрыск (обычно осуществляемый несколько раз), который также представляет собой поздний впрыск топлива и происходит, в частности, позднее, чем подвпрыск. Это дополнительно впрыскиваемое топливо не сгорает внутри камеры сгорания, а достигает окислительного нейтрализатора дизельного двигателя (ОНД или DOC, от английского - diesel oxidation catalyst), расположенного на линии вывода перед ДСФ и окисляющего выделяющееся тепло.

Наряду со специальным управлением впрыском топлива важную роль также играет специальное управление всасываемым воздухом; так, различными параметрами, такими как рециркуляция отработавших газов (EGR), положение дроссельного клапана, управление турбиной, управление завихрителем и т.д., управляют в зависимости от состояния двигателя; чтобы обеспечить необходимый заряд воздуха с целью поддержания особого режима сгорания для восстановления ДСФ (RGN). В частности, обеспечивается необходимое содержание кислорода как внутри камеры сгорания, так и на выхлопном патрубке.

Существующие стратегии процесса восстановления способны обеспечивать достижение необходимой целевой температуры выхлопных газов для восстановления ДСФ в большинстве режимов езды, обычно различаемых с точки зрения снабжения двигателя топливом или среднего эффективного тормозного давления (ВМЕР), частоты вращения двигателя и скорости транспортного средства.

Современные производственные системы (в основном системы стандарта Евро 4) допускают восстановление ДСФ только при отсутствии отказов в системе, чтобы процесс всегда осуществлялся в оптимальных условиях.

Этот подход в сочетании с обязательным оснащением транспортных средств ДСФ с учетом будущих законодательных ограничений выбросов приводит к ряду необязательных вмешательств с целью проведения обслуживания для принудительного восстановления ДСФ и многочисленным жалобам клиентов на "отказы, не позволяющие продолжать движение".

Одной из основных причин этого является то, что запрет на восстановление ДСФ в случае какого-либо неисправного состояния двигателя приводит к забиванию ДСФ при несвоевременном вмешательстве для проведения обслуживания; забивание ДСФ также способно приводить даже к ухудшению характеристик двигателя.

Одной из задач изобретения является создание соответствующих условий для обеспечения безопасного процесса восстановления ДСФ. Другой задачей является создание способа восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя без использования сложных устройств и с использованием преимуществ вычислительных возможностей электронного блока управления (ECU) транспортного средства.

Еще одной из задач настоящего изобретения является создание простого, рационального и недорогого решения названных задач.

Эти задачи решены с помощью способа, двигателя, компьютерной программы, компьютерного программного продукта и электромагнитного сигнала, признаки которых охарактеризованы в независимых пунктах.

В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные и/или особо выгодные особенности изобретения.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, который имеет линию всасывания и линию вывода и рассчитан на подвпрыск или вторичный впрыск определенных количеств топлива в камеру сгорания для повышения температуры выхлопных газов двигателя, при этом на упомянутой линии вывода двигателя расположен дизельный сажевый фильтр (ДСФ), включающий стадии, на которых:

выявляют неисправное состояние системы двигателя и, если такое неисправное состояние не является опасным,

измеряют заряд всасываемого воздуха и, если такой заряд всасываемого воздуха является приемлемым,

осуществляют процесс восстановление упомянутого дизельного сажевого фильтра (ДСФ).

Преимуществом такого варианта осуществления является то, что процесс восстановления ДСФ осуществляют также в случае неопасных неисправных состояний системы двигателя.

В одном из дополнительных вариантов осуществления предложен способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, в котором упомянутое измерение заряда всасываемого воздуха осуществляют путем измерения объемного расхода всасываемого воздуха и давления всасываемого воздуха, чтобы определить, находятся ли эти параметры в приемлемом диапазоне для инициации упомянутого процесса восстановления.

Преимуществом этого варианта осуществления является то, что процесс восстановления ДСФ осуществляют в случае неопасных неисправных состояний и только при условии приемлемых характеристик работы система двигателя.

В еще одном из дополнительных вариантов осуществления предложен способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, в котором упомянутый приемлемый диапазон заряда всасываемого воздуха определяют в зависимости от рабочей точки двигателя.

Преимуществом этого варианта осуществления является то, что процесс восстановления ДСФ осуществляют в случае неопасных неисправных состояний и только при условии приемлемых характеристик работы система двигателя в зависимости от рабочей точки двигателя.

В еще одном варианте осуществления предложен способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, в котором упомянутый процесс восстановления осуществляют в безопасном режиме.

Преимуществом такого варианта осуществления является то, что процесс восстановления ДСФ осуществляют даже в случае неопасных неисправных состояний с использованием стратегии безопасного восстановления.

В еще одном варианте осуществления предложен способ, в котором упомянутый процесс восстановления в безопасном режиме осуществляют с использованием более низкой установленной температуры и более длительного процесса по сравнению с установленной температурой и длительностью обычного процесса восстановления ДСФ.

Преимуществом этого варианта осуществления является то, что процесс восстановления является более безопасным даже в случае неопасных неисправных состояний системы двигателя.

Способ согласно одной из особенностей изобретения может быть реализован в форме компьютерной программы, содержащей программный код для осуществления всех стадий способа по изобретению и в форме компьютерного программного продукта, представляющего собой средство для выполнения компьютерной программы.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения компьютерный программный продукт представляет собой устройство управления двигателем внутреннего сгорания, например электронный блок управления двигателем, в котором хранится программа, и, следовательно, устройство управления характеризует изобретение таким же образом, как и способ. В этом случае при выполнении устройством управления компьютерной программы осуществляются все стадии способа по изобретению.

Способ согласно одной из особенностей изобретения также может быть реализован в форме электромагнитного сигнала, который модулируют для передачи последовательности битов данных, которые представляют компьютерную программу для осуществления всех стадий способа по изобретению.

Согласно еще одной из особенностей изобретения дополнительно предложен двигатель внутреннего сгорания, специально рассчитанный на осуществление способа по изобретению.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет в порядке примера описано со ссылкой на сопровождающие его чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана блок-схема, иллюстрирующая стадии способа.

Подробное описание

Далее со ссылкой на фиг. 1 будет описан один из предпочтительных вариантов осуществления способа.

При осуществлении способа управления восстановлением дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя сначала выявляют наличие какого-либо неисправного состояния системы двигателя на проиллюстрированной на фиг. 1 стадии "поиска неисправностей".

Чаще всего часть таких выявленных неисправных состояний не являются серьезными или опасными для двигателя и, в частности, воздушной системы неисправными состояниями; разумеется, что они требуют вмешательства для осуществления обслуживания, но процесс восстановления ДСФ может быть в любом случае осуществлен (предпочтительно в сочетании с безопасными настройками, как пояснено далее). Тем самым можно предотвратить забивание ДСФ и, следовательно, избежать дополнительного вмешательства для проведения обслуживания, и это значит, что не требуется принудительный процесс восстановления ДСФ при проведении обслуживания.

В описанном варианте осуществления проводят диагностическую проверку, чтобы надлежащим образом определить, повлечет ли неисправность в воздушной системе запрет на процесс восстановления ДСФ, или возможен безопасный процесс восстановления ДСФ.

Упомянутый безопасный процесс восстановления ДСФ также может именоваться процессом восстановления со специальными безопасными настройками.

В целях безопасности упомянутый процесс восстановления предпочтительно осуществляют с использованием более низкой установленной температуры и более длительного процесса по сравнению с установленной температурой и длительностью обычного процесса восстановления ДСФ.

Если установлено, что выявленное неисправное состояние не является опасным, на второй стадии способа измеряют заряд всасываемого воздуха и, если заряд всасываемого воздуха является приемлемым, осуществляют процесс восстановления упомянутого дизельного сажевого фильтра (ДСФ).

В частности, измерение заряда всасываемого воздуха производят путем измерения объемного расхода всасываемого воздуха (MAF) и давления всасываемого воздуха (р), чтобы определить, находятся ли эти параметры в приемлемом диапазоне для инициации упомянутого процесса восстановления.

Если неисправное состояние является опасным, восстановление ДСФ не осуществляется.

В действительности, в некоторых случаях избыток приточного воздуха может приводить к снижению температуры восстановления ДСФ (недостаточному высвобождению тепла), а в других случаях он может создавать слишком высокое содержание кислорода в выхлопе, приводящее к неуправляемому сгоранию сажи и термическому напряжению ДСФ.

Объемный расход всасываемого воздуха (MAF) предпочтительно определяют посредством датчика массового расхода воздуха на линии всасывания двигателя, а давление всасываемого воздуха (р) определяют посредством датчика давления на впускном трубопроводе двигателя.

Тем самым можно определить приемлемый заряд всасываемого воздуха с точки зрения объемного расхода всасываемого воздуха или давления всасываемого воздуха. Если заряд всасываемого воздуха является приемлемым, восстановление ДСФ может быть осуществлено, предпочтительно в безопасном режиме.

Приемлемый диапазон заряда всасываемого воздуха предпочтительно не является постоянным, а определяется в зависимости от рабочей точки двигателя.

Это значит, что в зависимости от рабочей точки двигателя, выраженной через нагрузку на двигатель (т.е. крутящий момент, снабжение топливом, среднее эффективное тормозное давление (ВМЕР)) и частоту вращения двигателя, заряд всасываемого воздуха регулируют таким образом, чтобы надлежащим образом поддерживать режим сгорания для восстановления ДСФ согласно описанному варианту осуществления.

То, какие неисправные состояния и каким образом используется в способе множество неисправных состояний, зависит от архитектуры системы и от конкретной стратегии действий ECU для надлежащего поддержания режима сгорания для восстановления ДСФ.

Под неисправным состоянием подразумеваются неисправные состояния, которые могут касаться всей системы двигателя и, в частности, воздушной системы двигателя.

Состояние считается опасным, если оно вызывает чрезмерный нагрев ДСФ и тем самым термическое напряжение во время процесса восстановления. Более точно, неисправное состояние считается опасным, если оно приводит к тому, что температура ДСФ превышает пороговое значение.

Примерами неопасных неисправностей являются неисправности, связанные с неустойчивой работой турбины, будь то заедание дроссельного клапана в промежуточном положении, неустойчивая фиксация привода завихрителя в закрытом положении, неустойчивая фиксация привода завихрителя в промежуточном положении или любая неисправность турбокомпрессора.

Примерами опасных неисправностей являются фиксация клапана EGR в открытом положении или фиксация клапана EGR в промежуточном положении.

То, какие настройки восстановления ДСФ изменяют для осуществления процесса восстановления в безопасном режиме, зависит от конкретной стратегии действий ECU для осуществления процесса восстановления: т.е. установленной температуры восстановления и длительности процесса.

Процесс восстановления в безопасном режиме ДСФ предпочтительно осуществляют с использованием более низкой установленной температуры и более длительного процесса по сравнению с установленной температурой и длительностью обычного процесса восстановления ДСФ.

Повышение температуры при восстановлении ДСФ в безопасном режиме осуществляется обычным способом, а именно путем подвпрыска или одного или нескольких вторичных впрысков топлива, которое достигает окислительного нейтрализатора дизельного двигателя (ОНД), расположенного на линии вывода перед ДСФ и окисляющего выделяющееся тепло.

Описанные варианты осуществления имеют несколько важных преимуществ и выгод.

Во-первых, снижается вероятность забивания ДСФ. Кроме того, уменьшается число "отказов, не позволяющих продолжать движение".

Помимо этого, снижается потребность во вмешательстве для проведения обслуживания с целью принудительного восстановления ДСФ вследствие его забивания.

Наконец, снижается частота замены ДСФ вследствие его чрезмерного забивания.

Хотя в изложенном выше кратком изложении и подробном описании рассмотрен по меньшей мере один пример осуществления, следует учесть, что существует огромное число их разновидностей. Также следует учесть, что пример или примеры осуществления служат лишь примерами и не имеют целью каким-либо образом ограничить объем, применимость или конфигурацию изобретения. Вернее, изложенное выше краткое изложение и подробное описание служит для специалиста в данной области техники удобным планом действий по реализации по меньшей мере одного примера осуществления, при этом подразумевается, что в функции и расположение элементов, описанных в примере осуществления, могут быть внесены различные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения и ее допустимыми законом эквивалентами.

Предложен способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, который имеет линию всасывания и линию вывода и рассчитан на подвпрыск или вторичный впрыск определенных количеств топлива в камеру сгорания для повышения температуры выхлопных газов двигателя, при этом на упомянутой линии вывода двигателя расположен дизельный сажевый фильтр (ДСФ), включающий стадии, на которых выявляют неисправное состояние системы двигателя и, если такое неисправное состояние не является опасным, измеряют заряд всасываемого воздуха и, если такой заряд всасываемого воздуха является приемлемым, осуществляют процесс восстановление упомянутого дизельного сажевого фильтра (ДСФ). Техническим результатом является уменьшение числа отказов, частоты замены фильтра. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ) в системе дизельного двигателя, который имеет линию всасывания и линию вывода и рассчитан на подвпрыск или вторичный впрыск определенных количеств топлива в камеру сгорания для повышения температуры выхлопных газов двигателя, при этом на упомянутой линии вывода двигателя расположен дизельный сажевый фильтр (ДСФ), включающий стадии, на которых:
выявляют неисправное состояние системы дизельного двигателя и, если таким неисправным состоянием является состояние, при котором температура ДСФ не превышает определенного порога,
измеряют объемный расход или давление всасываемого воздуха и, если такой измеренный параметр находится в диапазоне, приемлемом для инициации процесса восстановления ДСФ,
осуществляют процесс восстановления упомянутого дизельного сажевого фильтра (ДСФ).

2. Способ по п. 1, в котором упомянутый диапазон определяют в зависимости от рабочей точки двигателя.

3. Способ по п. 1, в котором упомянутый процесс восстановления осуществляют с использованием более низкой установленной температуры и более длительного процесса по сравнению с установленной температурой и длительностью обычного процесса восстановления ДСФ.

4. Двигатель внутреннего сгорания, в частности дизельный двигатель, имеющий соответствующие датчики для измерения рабочих параметров, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет электронный блок управления, рассчитанный на осуществление способа по любому из предшествующих пунктов.