УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ ЗАЩИТЫ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N11/00 F01N3/20 F02D41/02 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение касается устройства для защиты каталитического нейтрализатора и способа защиты каталитического нейтрализатора для двигателя внутреннего сгорания.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Некоторые двигатели внутреннего сгорания (двигатели) имеют в своем составе каталитический нейтрализатор очистки отработавших газов (именуемый далее просто катализатором, где применимо) для очистки отработавших газов. Вместе с тем, при избыточном нагреве каталитического нейтрализатора отработавшими газами, имеющими высокую температуру, или тому подобным, очищающая способность катализатора может снижаться. Для поддержания высокой очищающей способности катализатора можно использовать технологию охлаждения катализатора за счет снижения температуры отработавших газов с использованием тепла испарения топлива посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива. Увеличение количества впрыскиваемого топлива в этом случае именуется приращением (повышением расхода топлива) для защиты от превышения температуры (защита от перегрева) (ЗП). Количество впрыскиваемого топлива, увеличиваемое при приращении для ЗП, именуется величиной приращения для ЗП.

[0003] В описании японской патентной заявки №10-205375 (JP 10-205375 А) рассмотрена система управления подачей топлива, в которой при определении рабочего состояния, характеризующегося высокой нагрузкой на двигатель внутреннего сгорания, при расчетной температуре в устройстве управления отработавшими газами большей или равной предварительно заданной температуре количество топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, увеличивается.

[0004] К тому же распределение температур в каталитическом нейтрализаторе, включенном в устройство управления отработавшими газами, варьируется вдоль потока отработавших газов. Дополнительно предполагается, что температурное состояние на впуске в катализатор вдоль потока отработавших газов распространяется в сторону выпуска катализатора. Однако в японской патентной заявке JP 10-205375 А такое распределение температур вдоль потока отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе не учитывается. В результате устройство управления отработавшими газами (катализатор) может частично находиться в состоянии перегрева.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В настоящем изобретении предлагается устройство для защиты катализатора и способ защиты катализатора, которые выполняют приращение для защиты от перегрева (ЗП) должным образом в соответствии с фактическим распределением температур в каталитическом нейтрализаторе.

[0006] Первый объект изобретения касается устройства для защиты катализатора для двигателя внутреннего сгорания. Устройство для защиты катализатора включает в себя: каталитический нейтрализатор, выполняющий очистку отработавших газов; блок сбора данных о температуре слоя катализатора, сконфигурированный для получения информации о текущей температуре слоя катализатора для каждой из множества областей катализатора вдоль потока отработавших газов; а также блок впрыска топлива, сконфигурированный для впрыска топлива в случае определения необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива для каждой из областей катализатора, исходя из соответствующих температур слоев катализатора, включая сумму значений приращений, требующихся для соответствующих областей.

[0007] Температура области на выходе катализатора может быть выше температуры области на входе из-за распространения тепла или по аналогичным причинам. Первый объект изобретения увеличивает количество впрыскиваемого топлива исходя из температурного состояния, полученного для каждой из множества областей. Таким образом, первый объект изобретения способен осуществлять защиту катализатора посредством соответствующего охлаждения катализатора в соответствии с фактическим распределением температур в каталитическом нейтрализаторе.

[0008] В устройстве для защиты катализатора в соответствии с первым объектом изобретения, исходя из определения необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива для предварительно заданной контрольной области и определения необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов из числа множества областей, блок впрыска топлива можно сконфигурировать для добавления некоторой величины приращения для контрольной области к величине приращения для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов.

[0009] В устройстве для защиты катализатора в соответствии с первым объектом изобретения, при определении необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива как для контрольной области, так и для смежной области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, блок впрыска топлива можно сконфигурировать для добавления величины приращения для контрольной области к величине приращения для смежной области выше по потоку относительно контрольной области.

[0010] Например, если двигатель внутреннего сгорания находится в режиме ускорения или вырабатывается тепло в результате реакции окисления реагента в режиме накопления кислорода (РНК), на входе катализатора вдоль потока отработавших газов, температура на выходе катализатора вдоль потока отработавших газов (предварительно заданной контрольной области) увеличивается. Напротив, если область на входе катализатора вдоль потока отработавших газов не находится в состоянии перегрева, предполагается, что двигатель внутреннего сгорания работает в диапазоне стехиометрического состава топливовоздушной смеси или на установившемся режиме. Таким образом, существует низкая вероятность того, что область на выходе катализатора (контрольная область) окажется в состоянии перегрева. В таком случае при определении необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива как для контрольной области, так и для смежной области выше по потоку относительно контрольной области выполняется впрыск топлива в количестве, включающем сумму количества впрыскиваемого топлива, необходимого для смежной области, и величины приращения количества топлива, необходимого для контрольной области. То есть предупреждается увеличение количества впрыскиваемого топлива в случае, когда не требуется охлаждение катализатора, поэтому подавляется состояние чрезмерного обогащения топливом в области на входе катализатора и подавляется отклонение от диапазона, в котором коэффициент избытка воздуха λ=1 при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси. Кроме того, подавляется чрезмерное снижение температуры слоя для области на входе катализатора вдоль потока отработавших газов.

[0011] В устройстве для защиты катализатора в соответствии с первым объектом изобретения, в котором блок сбора данных о температуре слоя задает значение для определения для каждой из множества областей и затем рассчитывает величину приращения для контрольной области и величину приращения для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, используя значения для определения, заданные соответственно для этих областей, блок сбора данных о температуре слоя можно сконфигурировать для получения информации о температуре слоя в контрольной области исходя из значения для определения (порогового значения для определения температуры катализатора), заданного для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов.

[0012] Каждое значение для определения задают с целью определения, находится ли соответствующая область в состоянии перегрева. При увеличении количества впрыскиваемого топлива для области на входе катализатора вдоль потока отработавших газов происходит снижение температуры катализатора в ответ на увеличение количества впрыскиваемого топлива. Однако сложно точно измерить скорость снижения температуры. В таком случае применяют значение для определения, заданное для области на входе катализатора вдоль потока отработавших газов, в качестве наиболее строгого условия для высокотемпературной части, и получают информацию о температурном состоянии в контрольной области. Тем самым можно предупредить повреждение катализатора в ситуации, когда контрольная область оказывается в состоянии перегрева.

[0013] В устройстве для защиты катализатора в соответствии с первым объектом изобретения блок впрыска топлива может задавать значение, в качестве значения для определения для контрольной области из числа множества областей, меньше значения для определения, заданного для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, и может определять для каждой из областей, требуется ли увеличение количества впрыскиваемого топлива, сравнивая текущее значение температуры слоя для каждой из областей со значением для определения, заданным для каждой из областей.

[0014] Температура области на выходе катализатора вдоль потока отработавших газов может возрастать дополнительно, например, из-за распространения тепла со стороны впуска вдоль потока отработавших газов. В таком случае значение меньше значения для определения, заданного для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, задают в качестве значения для определения для контрольной области. Тем самым можно должным образом определить состояние перегрева в контрольной области и увеличить количество впрыскиваемого топлива.

[0015] Второй объект изобретения касается способа защиты катализатора для двигателя внутреннего сгорания. Способ защиты катализатора включает в себя: получение информации о температуре слоя катализатора, очищающего отработавшие газы, для каждой из множества областей катализатора вдоль потока отработавших газов; после получения информации о температуре слоя для каждой из областей определение для каждой из множества областей необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива, исходя из соответствующей температуры слоя; и после определения при определении необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива для каждой из областей впрыск топлива в количестве, включающем в себя сумму величин приращений, необходимых для соответствующих областей.

[0016] С помощью устройства для защиты катализатора и способа защиты катализатора в соответствии с объектами изобретения, можно выполнять соответствующее приращение (увеличение количества впрыскиваемого топлива) для защиты от перегрева в соответствии с фактическим распределением температур в каталитическом нейтрализаторе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примеров осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые позиции означают одинаковые элементы, и при этом:

На фиг. 1 показана схема двигателя, на котором применено устройство защиты катализатора в соответствии с примером осуществления изобретения.

На фиг. 2 показана функциональная блок-схема устройства защиты катализатора в соответствии с примером осуществления изобретения.

На фиг. 3 показана схема катализатора с обозначением передней и центральной его частей.

На фиг. 4А и 4В показаны блок-схемы управления устройством защиты катализатора, в соответствии с примером осуществления изобретения.

На фиг. 5 представлено изображение, на котором показан пример карты (графика), по которой рассчитывают базовое значение приращения исходя из частоты вращения и нагрузки двигателя.

На фиг. 6 показана временная диаграмма, представляющая изменения во времени значений параметров в устройстве для защиты катализатора в соответствии с примером осуществления изобретения.

На фиг. 7 показана диаграмма, иллюстрирующая зависимость между температурой совпадения и величиной приращения для ЗП в примере осуществления изобретения вместе с примером осуществления для сравнения.

На фиг. 8 показаны диаграммы, иллюстрирующие зависимость между величиной приращения для ЗП и изменением температуры слоя в примере осуществления изобретения вместе с примером осуществления для сравнения.

На фиг. 9 показаны диаграммы, иллюстрирующие зависимость между величиной приращения для ЗП, изменением температуры слоя передней части и изменением температуры слоя центральной части катализатора.

На фиг. 10 показана диаграмма расчета поправочного коэффициента для центральной части каталитического нейтрализатора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0018] Пример осуществления изобретения описан со ссылкой на сопровождающие чертежи.

[0019] Сначала описана конфигурация устройства для защиты катализатора двигателя внутреннего сгорания (именуемая далее просто устройством защиты катализатора). На фиг. 1 показана схема двигателя внутреннего сгорания, на котором применено устройство защиты катализатора в соответствии с примером осуществления.

[0020] Как показано на фиг. 1, двигатель включает в себя блок 2 управления двигателем (БУ или ECU - engine control unit), блок 4 двигателя, коленчатый вал 6, датчик 7 угла поворота коленчатого вала, форсунку 8 впрыска топлива, датчик 9 впускаемого воздуха, каталитический нейтрализатор 10 для очистки отработавших газов (именуемый далее просто катализатором, где применимо), впускной трубопровод 12, выпускной трубопровод 14 и свечу 16 зажигания.

[0021] Форсунка 8 впрыска топлива, впускной трубопровод 12, выпускной трубопровод 14 и свеча 16 зажигания расположены в блоке 4 двигателя. Датчик 7 угла поворота коленчатого вала расположен в картере блока 4 двигателя и определяет угол поворота коленчатого вала 6. Форсунка 8 и датчик 9 впускаемого воздуха размещены на впускном трубопроводе 12. Форсунка 8 выполняет впрыск топлива. Датчик 9 впускаемого воздуха определяет количество воздуха, который поступает в цилиндр блока 4 двигателя через впускной трубопровод 12. Катализатор 10 расположен в системе выпуска отработавших газов. Более конкретн каталитический нейтрализатор 10 расположен в выпускном трубопроводе 14 и выполняет очистку отработавших газов, выходящих из цилиндра блока 4 двигателя. Блок 2 ECU получает данные об угле поворота коленчатого вала и количестве поступающего воздуха. Угол поворота коленчатого вала определяют датчиком 7 угла поворота коленчатого вала. Количество поступающего воздуха определяют датчиком 9 впускаемого воздуха. Блок 2 ECU управляет подачей топлива через форсунку 8 впрыска топлива и зажиганием, осуществляемым свечой 16 зажигания.

[0022] На фиг. 2 показана функциональная блок-схема устройства защиты катализатора в соответствии с примером осуществления. Как показано на фиг. 2, блок 2 ECU функционирует как блок 18 определения частоты вращения, блок 20 сбора данных о температуре слоя и блок 27 впрыска топлива. Блок 27 впрыска топлива включает блок 22 расчета базовой величины приращения, компаратор 23, компенсатор 24 и блок 26 увеличения количества впрыскиваемого топлива. Блок 2 ECU поддерживает заданное значение для определения (пороговое значение для определения температуры катализатора), то есть блок 2 ECU поддерживает температуру для определения защиты от перегрева. Блок 2 ECU сравнивает текущую температуру слоя с температурой для определения защиты от перегрева и определяет, требуется ли приращение для ЗП. Блок 2 ECU поддерживает также целевую температуру слоя. Целевая температура слоя подробно описывается далее.

[0023] Как показано на фиг. 3, катализатор 10 располагается вдоль потока отработавших газов. То есть катализатор 10 располагается вдоль потока отработавших газов как множество зон. Более конкретно катализатор 10 подразделяется на переднюю часть и центральную часть. В настоящем примере осуществления центральная часть соответствует предварительно заданной контрольной области (контрольной области). Передняя часть соответствует области, расположенной выше центральной части по потоку отработавших газов. Катализатор 10 может распределяться по большему числу областей. В этом случае центральная часть и передняя часть не обязательно являются смежными друг с другом. В настоящем примере осуществления центральная часть и передняя часть являются смежными друг с другом. Кроме того, не требуется четкое разделение передней части и центральной части перегородкой или иным подобным способом. Необходимо лишь различать переднюю часть и центральную часть в качестве распределенных областей. Блок 26 увеличивает количество впрыскиваемого топлива с учетом величины приращения для ЗП. Величина приращения для ЗП рассчитывается для каждой области катализатора 10 вдоль потока отработавших газов.

[0024] Блок 18 определения частоты вращения получает информацию о величине угла поворота коленчатого вала и определяет частоту вращения исходя из угла поворота коленчатого вала. Угол поворота коленчатого вала определяют датчиком 7 угла поворота коленчатого вала. Блок 20 сбора данных о температуре слоя получает информацию об установившейся температуре слоя катализатора 10 и текущей температуре слоя катализатора 10 исходя из количества поступающего воздуха и частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания. Количество поступающего воздуха определяется датчиком 9 впускаемого воздуха. Частота вращения определяется блоком 18 определения частоты вращения. Установившейся температурой слоя является температура, к которой сводится температура слоя катализатора 10 (температура конвергенции) в случае, когда двигатель внутреннего сгорания работает при некотором количестве поступающего воздуха и некоторой частоте вращения. То есть установившейся температурой слоя является температура, к которой сводится (приходит) температура слоя катализатора 10 в случае, когда рабочим состоянием является установившийся режим. Текущей температурой слоя является, например, получаемая сглаживанием результатов измерений исходя из температуры конвергенции (установившаяся температура слоя). Текущую температуру слоя рассчитывают для каждой из множества областей в катализаторе 10, то есть как для центральной части, так и для передней части. Текущая температура каждого слоя является фактором для получения информации о температурном состоянии соответствующей области.

[0025] Блок 22 расчета базовой величины приращения рассчитывает базовое значение приращения исходя из количества поступающего воздуха и частоты вращения. Базовое значение приращения является базовым количеством топлива, которое должна подать форсунка 8 впрыска топлива. Информацию о базовом значении приращения получают, например, соответственно карте, представленной на фиг. 5. То есть информацию о базовом значении приращения получают исходя частоты вращения вала двигателя и нагрузки. Информацию о базовом значении приращения можно получить как для передней части, так и для центральной части катализатора 10, представленной на фиг. 3. Компаратор 23 сравнивает между собой установившуюся температуру слоя, текущую температуру слоя и температуру для определения защиты от перегрева и определяет соотношение значений этих температур. Кроме того, компаратор 23 определяет соотношения этих значений на этапах, которые включены в блок-схему, представленную на фиг. 4.

[0026] Компенсатор 24 корректирует базовое значение приращения исходя из установившейся температуры слоя и текущей температуры слоя. Установившаяся температура слоя и текущая температура слоя поступают в блок 20 сбора данных о температуре слоя. Базовое значение приращения рассчитывается блоком 22 расчета базового значения приращения. Более конкретно компенсатор 24 корректирует базовое значение приращения, используя поправочный коэффициент, и получает скорректированное значение приращения. Целевая температура слоя имеет значение ниже температуры для определения защиты от перегрева (значение для определения). Поправочный коэффициент рассчитывают с учетом целевой температуры слоя.

[0027] Блок 26 увеличения количества впрыскиваемого топлива избирает какое-либо одно из значений - базовое значение приращения или скорректированное значение приращения в качестве окончательной величины приращения для ЗП. Количество топлива, увеличенное на величину приращением для защиты от перегрева, определенную блоком 26 увеличения количества впрыскиваемого топлива, подается форсункой впрыска топлива. То есть форсункой впрыскивается количество топлива, равное сумме величины приращением для защиты от перегрева и количеству до приращения для защиты от перегрева. Подробное описание приведено далее.

[0028] Как описано выше, блок 27 впрыска топлива включает в себя блок 22 расчета базовой величины приращения, компаратор 23, компенсатор 24 и блок 26 увеличения количества впрыскиваемого топлива. Блок 27 впрыска топлива определяет для каждой части - передней части и центральной части, требуется ли увеличение количества впрыскиваемого топлива исходя из информации о температурном состоянии. Информацию о температурном состоянии получает блок сбора данных о температуре слоя. Информация о температурном состоянии включает текущую температуру слоя и установившуюся температуру слоя. Кроме того, блок 27 впрыска топлива рассчитывает величину приращения количества впрыскиваемого топлива как для передней части, так и для центральной части. Блок 27 впрыска топлива выполняет впрыск топлива в количестве, соответствующем сумме рассчитанных величин приращений. Подробности описаны далее.

[0029] Далее описан пример управления устройством для защиты катализатора в соответствии с примером осуществления со ссылкой на блок-схему, представленную на фиг. 4А. Управление устройством для защиты катализатора осуществляет в основном блок 2 ECU. Блок 2 ECU хранит значение для определения для передней части и значение для определения для центральной части. То есть блок 2 ECU хранит значение температуры для определения защиты от перегрева для передней части и значение температуры для определения защиты от перегрева для центральной части. Температура для определения защиты от перегрева для центральной части ниже температуры для определения защиты от перегрева для передней части. Необходимость в увеличении количества впрыскиваемого топлива для передней части определяют с использованием температуры для определения защиты от перегрева для передней части. Необходимость в увеличении количества впрыскиваемого топлива для центральной части определяют с использованием температуры для определения защиты от перегрева для центральной части.

[0030] Температура центральной части может дополнительно увеличиваться, например, из-за распространения тепла из передней части. Значение температуры для определения защиты от перегрева для центральной части задают таким образом, чтобы оно было меньше температуры определения защиты от перегрева для передней части. Более конкретно температуру для определения защиты от перегрева для центральной части задают значением, меньшим целевой температуры слоя на теплоту окисления α°С материала катализатора. В центральной части катализатора 10, например, температура слоя увеличивается при выполнении отсечки топлива (F/C). Для центральной части катализатора 10 температуру определения защиты от перегрева задают в ожидании увеличения температуры слоя в момент выполнения отсечки топлива F/C.

[0031] Сначала, на этапе S1 определяют, превышает ли температура совпадения температуру для определения защиты от перегрева. Более конкретно определяют, превышает ли температура конвергенции температуру для определения защиты от перегрева для передней части. Это обусловлено тем, что состояние, в котором не выполняется вышеуказанное требование, является состоянием, в котором не требуется управление приращением для ЗП. Процесс этапа S1 повторяют до тех пор, пока не будет выполнено положительное определение. Температура конвергенции (установившаяся температура слоя) возрастает в ответ на увеличение угла открытия акселератора в момент t1, как показано на фиг. 6. Текущая температура слоя приближается к установившейся температуре слоя с задержкой по времени.

[0032] Если на этапе S1 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S2. На этапе S2 получают информацию о базовом значении приращения. Информацию о базовом значении приращения получают по карте, представленной на фиг. 5. То есть информацию о первом базовом значении приращения получают исходя из частоты вращения и нагрузки двигателя. Здесь первое базовое значение приращения является базовым значением приращения, которое учитывает состояние передней части катализатора 10, показанной на фиг. 3.

[0033] На этапе S3 за этапом S2 определяют, удовлетворяется ли условие расчета первого поправочного коэффициента. Здесь получают первый поправочный коэффициент исходя из текущей температуры слоя и целевой температуры слоя. Более конкретно первый поправочный коэффициент рассчитывают по следующему математическому выражению 1 для получения отношения разности между текущей температурой слоя и целевой температурой слоя к разности между установившейся температурой слоя и целевой температурой слоя. Первый поправочный коэффициент является коэффициентом для уменьшения первого базового значения приращения.

Выражение 1: Первый поправочный коэффициент=((Текущая температура слоя) - (Целевая температура слоя)) / ((Установившаяся температура слоя) - (Целевая температура слоя))

Целевая температура слоя имеет значение ниже температуры для определения защиты от перегрева и означает температуру слоя, к которой температура слоя приближается в момент, когда выполняется увеличение количества впрыскиваемого топлива на первое базовое значение приращения. Таким образом, первый поправочный коэффициент является коэффициентом, полученным с учетом влияния ввода первого базового значения приращения. Тем самым подавляется чрезмерное уменьшение базового значения приращения и предупреждается состояние избыточной температуры.

[0034] На этапе S3 определяют, удовлетворяется ли условие расчета первого поправочного коэффициента. Более конкретно определяют, удовлетворяется ли условие разрешения расчета ((Текущая температура слоя) - (Целевая температура))≥0 и ((Установившаяся температура слоя) - (Целевая температура))>0. Это обусловлено тем, что если условие расчета не удовлетворяется, рассчитанное значение является неприемлемым для уменьшения базового значения приращения. Если на этапе S3 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S4. На этапе S4 метка разрешения расчета первого поправочного коэффициента имеет значение включено. Затем процесс переходит к этапу S5. Напротив, если на этапе S3 формируется отрицательное определение, процесс пропускает этап S4 и переходит к этапу S5.

[0035] На этапе S5 определяют, находится ли метка определения защиты от перегрева передней части в состоянии включено. То есть определяют, увеличилась ли текущая температура слоя, показанная на фиг. 6, и превысила ли она температуру для определения защиты от перегрева. Как показано на фиг. 6, в момент t2 текущая температура слоя превышает температуру для определения защиты от перегрева. Следовательно, метку определения защиты от перегрева переводят в состояние включено в момент t2. Если на этапе S5 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S6. Если на этапе S5 формируется отрицательное определение, процесс переходит к этапу S8. Этап S8 описан далее.

[0036] На этапе S6 определяют, находится ли метка разрешения расчета первого поправочного коэффициента в состоянии включено. Если процесс проходит через этап S4,значит, формируется положительное определение. Если на этапе S6 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S7. На этапе S7 рассчитывают первый поправочный коэффициент по выражению 1.

[0037] Напротив, если на этапе S5 или этапе S6 формируется отрицательное определение, процесс переходит к этапу S8. На этапе S8 значение «1» применяют в качестве первого поправочного коэффициента. Это величина, которую применяют в целях предупреждения ошибки для эффективного значения приращения. Например, если первый поправочный коэффициент больше «1» в силу разных факторов, базовое значение приращения увеличивается дополнительно и происходит избыточное увеличение. Чтобы избежать этой ситуации, в качестве первого поправочного коэффициента применяют «1». При применении «1» в качестве первого поправочного коэффициента базовое значение приращения выводится напрямую. Тем самым катализатор охлаждается и обеспечивается защита катализатора.

[0038] На этапе S9 после этапа S7 и этапа S8 определяют, удовлетворяется ли условие (0≤первый поправочный коэффициент≤1). Если на этапе S9 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S10, приведенному на блок-схеме, показанной на фиг. 4В. На этапе S10 рассчитывают первую величину приращения для ЗП по выражению 2. Первая величина приращения для ЗП соответствует скорректированному значению приращения.

Выражение 2: (Первая величина приращения для ЗП)=(Первый поправочный коэффициент)×(Первое базовое значение приращения)

[0039] Напротив, если первый поправочный коэффициент оказывается вне диапазона (0≤первый поправочный коэффициент≤1) и формируется отрицательное определение на этапе S9, процесс переходит к этапу S11. На этапе S11 значение «1» задают в качестве первого поправочного коэффициента. В результате первое базовое значение приращения рассчитывается как первая величина приращения для ЗП. Например, даже если не рассчитывают точное значение, обусловленное работой системы управления устройства, обеспечивается количество впрыскиваемого топлива в соответствии с базовым значением приращения. Тем самым обеспечивается защита катализатора.

[0040] Посредством процесса до этапа S11 выполнен расчет величины приращения для ЗП для передней части катализатора 10.

[0041] Здесь описано поведение температуры в случае впрыска топлива с использованием первой величины приращения для ЗП, рассчитанной на этапе S10 в качестве конечной величины приращения для ЗП со ссылкой на фигуры с фиг. 6 по фиг. 8 вместе с примерами осуществления для сравнения.

[0042] На фиг. 6, в первом примере осуществления для сравнения впрыск топлива выполняют постоянно с использованием базового значения приращения. То есть не принимается мер по уменьшению базового значения приращения. Во втором примере осуществления для сравнения рассчитывают поправочный коэффициент, используя выражение 3.

Выражение 3: Поправочный коэффициент=((Текущая температура слоя) -(Температура для определения защиты от перегрева)) / ((Установившаяся температура слоя) - (Температура для определения защиты от перегрева)) [0043] В первом примере осуществления для сравнения впрыск топлива выполняют постоянно с использованием базового значения приращения, поэтому количество впрыскиваемого топлива может оказаться избыточным. В результате фактическая температура может понизиться больше необходимого и количество выбросов СО может увеличиться.

[0044] Во втором примере осуществления для сравнения величина уменьшения базового значения приращения может оказаться избыточной, увеличение количества впрыскиваемого топлива может быть недостаточным, и температура слоя может подняться выше температуры защиты от перегрева. Это явление будет описано со ссылкой на фиг. 7 и фиг. 8. Во втором примере осуществления для сравнения применяют поправочный коэффициент, рассчитанный по математическому выражению 3. В математическое выражение 3 включена температура для определения ЗП. Соответственно, как показано на фиг. 7, охлаждение является недостаточным, особенно на начальной стадии регулирования, на которой температура катализатора является низкой. Как показано на фиг. 8, в примере осуществления сразу после достижения температурой слоя температуры для определения защиты от перегрева величина приращения для ЗП увеличивается практически вертикально. Наоборот, во втором примере осуществления для сравнения величина приращения для ЗП увеличивается постепенно, так что температура слоя может возрасти выше температуры для определения защиты от перегрева.

[0045] Таким образом, в устройстве для защиты катализатора в соответствии с примером осуществления используется целевая температура слоя ниже температуры для определения защиты от перегрева в момент расчета поправочного коэффициента, поэтому можно рассчитать соответствующую величину приращения для ЗП.

[0046] Далее описан процесс с этапа S12 со ссылкой на блок-схему, представленную на фиг. 4В. Посредством процесса с этапа S12 по этап S20 рассчитывают величину приращения для ЗП для центральной части катализатора 10. Также при расчете величины приращения для ЗП для центральной части используют первое базовое значение приращения, как в случае, когда рассчитывают величину приращения для ЗП для передней части. Как показано на фиг. 9, величину приращения для центральной части катализатора 10 (вторая величина приращения для ЗП) прибавляют в результате к первой величине приращения для ЗП (этап S30). Вторую величину приращения для ЗП рассчитывают, например, как значение для случая резкого роста температуры при осуществлении управления отсечкой топлива (F/C) и генерирования теплоты реакции окисления реагента в режиме накопления кислорода (РНК) в вышерасположенной области катализатора вдоль потока отработавших газов.

[0047] На этапе S12 определяют, выполняется ли условие расчета второго поправочного коэффициента. Здесь рассчитывают второй поправочный коэффициент по выражению 4. Второй поправочный коэффициент является коэффициентом для уменьшения первого базового значения приращения.

Выражение 4: Второй поправочный коэффициент=((Текущая температура слоя центральной части) - (Температура для определения защиты от перегрева для центральной части)) / ((Установившаяся температура слоя) - (Целевая температура слоя))

Целевая температура слоя является значением, аналогичным значению при расчете первого поправочного коэффициента, и задаваемым значением ниже температуры для определения защиты от перегрева. Целевая температура слоя означает температуру слоя, к которой приближается температура слоя в момент выполнения увеличения количества впрыскиваемого топлива на первое базовое значение приращения. Таким образом, второй поправочный коэффициент является коэффициентом, полученным с учетом влияния ввода первого базового значения приращения. Тем самым блокируется чрезмерное уменьшение базового значения приращения. Следовательно, предупреждается состояние перегрева катализатора.

[0048] Для получения текущей температуры слоя центральной части рассчитывают эталонное значение для расчета текущей температуры слоя центральной части, показанное на фиг. 10. То есть рассчитывают эталонное значение для расчета текущей температуры слоя в центральной части. В настоящем примере осуществления используются температура определения защиты от перегрева для передней части и температура для определения защиты от перегрева для центральной части, заданные для соответствующих областей, то есть передней части и центральной части, и рассчитывают величину приращения для каждой из областей. Эталонное значение для расчета текущей температуры слоя центральной части получают преобразованием текущей температуры слоя в передней части. Более конкретно эталонное значение для расчета текущей температуры слоя центральной части получают ограничением текущей температуры слоя температурой для определения защиты от перегрева для передней части после достижения текущей температурой слоя в передней части температуры для определения защиты от перегрева. То есть эталонное значение для расчета текущей температуры слоя центральной части получают ограничением текущей температуры слоя температурой для определения защиты от перегрева после достижения текущей температурой слоя температуры для определения защиты от перегрева для передней части. Текущую температуру слоя центральной части получают сглаживанием эталонного значения для расчета текущей температуры слоя центральной части. Таким образом, температуру слоя в центральной части получают исходя из температуры для определения защиты от перегрева для передней части, то ест, значения для определения, заданного для передней части. То есть текущую температуру слоя в центральной части определяют исходя из температуры для определения защиты от перегрева для передней части, то есть, значения для определения, заданного для передней части. Причина, почему текущую температуру слоя центральной части определяют таким образом, является следующей. Другими словами, при выполнении определения защиты от перегрева в передней части и выполнении затем приращения для ЗП для передней части текущая температура слоя передней части уменьшается от температуры для определения защиты от перегрева до целевой температуры слоя. Однако сложно измерить, с какой скоростью фактическая температура слоя приближается к целевой температуре слоя после выполнения приращения для ЗП. Затем во время выполнения увеличения количества впрыскиваемого топлива определяют текущую температуру слоя центральной части посредством использования значения, сглаженного до температуры для определения защиты от перегрева, которая является предельным высокотемпературным условием, превышать которое не разрешается. Тем самым можно предупредить повреждение катализатора 10 из-за ситуации, в которой контрольная область оказывается в состоянии перегрева.

[0049] Как описано выше, температуру для определения защиты от перегрева для центральной части задают значением меньшим целевой температуры слоя на теплоту окисления α°С материала катализатора. Тем самым можно справиться с резким повышением температуры в момент выполнения отсечки топлива (F/C).

[0050] На этапе S12 определяют, удовлетворяется ли вышеуказанное условие расчета второго поправочного коэффициента. Более конкретно определяют, удовлетворяется ли условие расчета ((Текущая температура слоя центральной части) - (Температура для определения защиты от перегрева для центральной части))≥0 и ((Установившаяся температура слоя) - (Целевая температура слоя))>0. Это обусловлено тем, что если условие расчета не удовлетворяется, рассчитанное значение является неприемлемым в качестве значения для уменьшения базового значения приращения. Если на этапе S12 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S13, и на этапе S13 метку разрешения расчета второго поправочного коэффициента переводят в состояние включено. Затем процесс переходит к этапу S14. Напротив, если на этапе S12 формируется отрицательное определение, процесс пропускает этап S13 и переходит к этапу S14.

[0051] На этапе S14 определяют, находится ли метка определения ЗП для центральной части в состоянии включено. То есть определяют, превысила ли текущая температура слоя центральной части, показанная на фиг. 10, температуру для определения защиты от перегрева. Если на этапе S14 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S15. Если на этапе S14 формируется отрицательное определение, процесс переходит к этапу S17. Этап S17 описан далее.

[0052] На этапе S15 определяют, находится ли метка разрешения расчета второго поправочного коэффициента в состоянии включено. Если процесс проходит через этап S13, значит, формируется положительное определение. Если на этапе S15 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S16. На этапе S16 рассчитывают второй поправочный коэффициент по выражению 4.

[0053] Напротив, если на этапе S14 или этапе S15 формируется отрицательное определение, процесс переходит к этапу S17. Это величина, которую применяют в целях предупреждения ошибки для эффективного значения приращения. Например, если второй поправочный коэффициент больше «1» вследствие различных факторов, базовое значение приращения увеличивается дополнительно и выполняется избыточное увеличение. Для предупреждения такого избыточного приращения используют «1» в качестве второго поправочного коэффициента. При использовании «1» в качестве второго поправочного коэффициента базовое значение приращения выводят напрямую. Тем самым каталитический нейтрализатор охлаждается и обеспечивается защита катализатора.

[0054] На этапе S18 после этапа S16 и этапа S17 определяют, удовлетворяется ли условие (0≤второй поправочный коэффициент≤1). Если на этапе S18 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S19. На этапе S19 рассчитывают вторую величину приращения для ЗП по выражению 5. Вторая величина приращения для ЗП соответствует скорректированному значению приращения.

Выражение 5: Вторая величина приращения для ЗП=(Второй поправочный коэффициент)×(Первое базовое значение приращения)

[0055] Напротив, если второй поправочный коэффициент выходит за пределы диапазона (0≤второй поправочный коэффициент≤1) и если на этапе S18 формируется отрицательное определение, процесс переходит к этапу S20. На этапе S20 задают «1» в качестве второго поправочного коэффициента. В результате первое базовое значение приращения рассчитывают как вторую величину приращения для ЗП. Например, даже если не рассчитывают точное значение, обусловленное работой системы управления устройства, обеспечивается количество впрыскиваемого топлива в соответствии с базовым значением приращения. Тем самым обеспечивается защита катализатора.

[0056] В процессе, начиная с этапа S12 по этап S20, выполнен расчет величины приращения для ЗП для центральной части катализатора 10.

[0057] На этапе S21 определяют, находится ли метка определения ЗП для центральной части в состоянии включено и находится метка определения ЗП для передней части в состоянии включено. Если на этапе S21 формируется положительное определение, процесс переходит к этапу S22. На этапе S22 получают окончательную величину приращения для ЗП прибавлением второй величины приращения для ЗП, рассчитанной на этапе S19, к первой величине приращения для ЗП, рассчитанной на этапе S10. Напротив, если на этапе S21 формируется отрицательное определение, процесс возвращается. То есть величину приращения для центральной части катализатора 10 прибавляют к эффективной величине приращения для ЗП только в случае, когда обе метки - метка определения ЗП для центральной части и метка определения ЗП для передней части - находятся в состоянии включено.

[0058] Центральная часть катализатора 10 расположена ниже по потоку от передней части вдоль потока отработавших газов. Поэтому если температура слоя передней части не достигла температуры для определения защиты от перегрева, температура слоя центральной части не увеличивается мгновенно. Приращение для ЗП в таком случае приводит к бессмысленному впрыску топлива и может повлиять, например, на отклонение от диапазона, в котором коэффициент избытка воздуха λ=1 при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси. В таком случае значение приращения прибавляется только при нахождении обеих меток - определения ЗП для центральной части и определения ЗП для передней части - в состоянии включено.

[0059] Таким образом, величину приращения рассчитывают для каждой из множества областей в каталитическом нейтрализаторе, распределенных как множество зон вдоль потока отработавших газов, и выполняют впрыск топлива в количестве, соответствующем сумме величин приращений. В каталитическом нейтрализаторе, распределенном по множеству областей вдоль потока отработавших газов, величину приращения рассчитывают для каждой области, и выполняют впрыск топлива в количестве, соответствующем сумме рассчитанных значений. Тем самым можно выполнить должное приращение для ЗП в соответствии с фактическим распределением температур в катализаторе.

[0060] Пример осуществления изобретения подробно описан выше; однако изобретение не ограничивается вышеописанным примером осуществления. Применимы различные изменения или модификации в рамках объема изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.

[0061] Например, в вышеописанном примере осуществления величину приращения количества топлива можно корректировать; однако корректировка величины приращения не является обязательной. Величины приращений можно рассчитывать для множества областей катализатора, распределенных как множество зон вдоль потока отработавших газов, в результате чего выполняется соответствующий впрыск топлива в необходимом объеме.

[0062] Хотя объяснение сущности изобретения приведено в сочетании с конкретными примерами его осуществления, понятно, что для специалистов в данной области техники понятны многочисленные изменения, модификации и примеры. Соответственно, примеры осуществления раскрываемого изобретения, изложенные в настоящем документе, предполагаются иллюстративными, а не ограничительными. Существуют изменения, которые могут быть внесены в пределах объема изложенной сущности изобретения.

Изобретение относится к устройству для защиты каталитического нейтрализатора и к способу защиты каталитического нейтрализатора для двигателя внутреннего сгорания. Устройство для защиты катализатора двигателя внутреннего сгорания включает: каталитический нейтрализатор, очищающий отработавшие газы; блок сбора данных о температуре слоя, сконфигурированный для получения информации о температуре слоя катализатора для каждой из множества областей катализатора вдоль потока отработавших газов; и блок впрыска топлива, сконфигурированный для впрыска топлива при определении необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива для каждой из областей, исходя из соответствующих температур слоев катализатора, в количестве, включающем сумму величин приращений, требующихся для соответствующих областей. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективной защиты от перегрева в соответствии с фактическим распределением температуры в каталитическом нейтрализаторе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для защиты катализатора двигателя внутреннего сгорания, включающее:
каталитический нейтрализатор, очищающий отработавшие газы;
блок сбора данных о температуре слоя, сконфигурированный для получения информации о температуре слоя катализатора для каждой из множества областей катализатора вдоль потока отработавших газов; и
блок впрыска топлива, сконфигурированный для впрыска топлива при определении необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива для каждой из областей, исходя из соответствующих температур слоев катализатора, в количестве, включающем сумму величин приращений, требующихся для соответствующих областей.

2. Устройство для защиты катализатора по п. 1, отличающееся тем, что исходя из определения необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива для предварительно заданной контрольной области и определения необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов из числа множества областей блок впрыска топлива сконфигурирован для добавления величины приращения для контрольной области к величине приращения для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов.

3. Устройство для защиты катализатора по п. 1, отличающееся тем, что при определении необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива как для контрольной области, так и для смежной области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов блок впрыска топлива сконфигурирован для добавления величины приращения для контрольной области к величине приращения для смежной области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов.

4. Устройство для защиты катализатора по п. 1 или 2, отличающееся тем, что при задании блоком сбора данных о температуре слоя значения для определения для каждой из множества областей и последующем расчете величины приращения для контрольной области и величины приращения для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, используя значения для определения, заданные соответственно для этих областей, блок сбора данных о температуре слоя сконфигурирован для получения информации о температуре слоя в контрольной области исходя из значения для определения, заданного для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов.

5. Устройство для защиты катализатора по п. 1 или 2, отличающееся тем, что блок впрыска топлива задает значение в качестве значения для определения для контрольной области из числа множества областей меньше значения для определения, заданного для области выше по потоку относительно контрольной области вдоль потока отработавших газов, и определяет для каждой из областей необходимость в увеличении количества впрыскиваемого топлива, сравнивая текущее значение температуры слоя для каждой из областей со значением для определения, заданным для каждой из областей.

6. Способ защиты катализатора для двигателя внутреннего сгорания, включающий:
получение информации о температуре слоя катализатора, очищающего отработавшие газы, для каждой из множества областей катализатора вдоль потока отработавших газов;
после получения информации о температуре слоя для каждой из областей определение для каждой из множества областей необходимости увеличения количества впрыскиваемого топлива исходя из соответствующей температуры слоя; и
после определения необходимости в увеличении количества впрыскиваемого топлива для каждой из областей осуществление впрыска топлива в количестве, включающем сумму величин приращений, требующихся для соответствующих областей.