ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 F01N9/00 F04B13/00 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способу подачи восстановителя в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания для удаления регулируемых веществ, содержащихся в отработавших газах, а именно, к устройству и способу с использованием гидравлического насоса с пневматическим приводом для подачи жидких восстанавливающих веществ в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Экологически вредные вещества, содержащиеся в отработавших газах, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, такие как углеводороды (НС), окись углерода (СО), твердые частицы (ТЧ) и окислы азота (NOx), представляют собой регулируемые вещества, которые должны быть удалены из отработавшего газа. В двигателях с системой сгорания обедненной смеси, из-за существования большого избытка кислорода пассивные средства без дополнительных дозированных агентов, например, использующие тройной катализатор, как правило, не в состоянии эффективно удалить окислительное вещество NOx, выбрасываемое большинством двигателей с искровым зажиганием. С целью уменьшения выбросов NOx, для двигателей с системой сгорания обедненной смеси разрабатываются различные активные средства с восстановительными веществами (восстановителями), которые добавляются к отработавшим газам. Эти технологии характеризуются тем, что, как правило, восстановитель дозируется и впрыскивается в отработавший газ, и полученная смесь поступает в систему ИКВ (избирательное каталитическое восстановление), где восстановитель выборочно реагирует с NOx, образовывая неядовитые вещества, например, азот, углекислый газ и воду.

Различные восстановители, такие как аммиак (NH3), НС и водород (Н2), могут быть использованы в системах ИКВ. Чаще всего используется ИКВ на аммиаке из-за высокого коэффициента нейтрализации отработавших газов и широкого температурного интервала. Аммиак можно вводить непосредственно. Тем не менее, из соображений безопасности и трудности в обращении с чистым аммиаком, в системах ИКВ на основе аммиака, как правило, используется раствор мочевины. Мочевина может быть термализована и расщеплена до аммиака в отработавшем газе.

Как правило, в системе управления ИКВ, требуемая скорость дозирования аммиака рассчитывается в БУД (блок управления двигателем). После, в соответствии с отношением мочевины к аммиаку вычисляется необходимая скорость потока мочевины, и системе дозирования подается команда относительно скорости дозирования, где раствор мочевины дозируется и впрыскивается в отработавший газ. Существует два основных способа дозирования восстановителя, схожих с регулированием подачи топлива. Первый метод заключается в использовании дозирующего насоса, с помощью которого расход восстановителя точно регулируется путем регулирования скорости накачки. Второй метод похож, скорее, на метод, используемый в системе управления системой впрыска топлива с общей топливной рампой. В этом методе давление создается и поддерживается на одном уровне в рампе или накопителе с восстановителем, а расход восстановителя регулируется путем изменения времени открытия инжектора, который имеет жидкостное сообщение с накопителем, в повторяющемся цикле управления.

Распыление восстановителя важно для высокого коэффициента нейтрализации отработавших газов ИКВ, особенно в системе ИКВ на мочевине, где дозированная мочевина должна быть термализована и расщеплена до аммиака, а тепловая энергия, полученная благодаря отработавшему газу, ограничена. Не смотря на простое управление дозированием восстановителя в первом способе, давление восстановителя не контролируется. Таким образом, чтобы получить хорошее распыление, в дополнение к хорошо спроектированному соплу, обеспечивающему распыление, как правило, необходимо, чтобы наряду с дозатором восстановителя также использовался компрессор, обеспечивающий непрерывную подачу воздуха. Необходимость непрерывной подачи воздуха и точного контроля дозирующего насоса ограничивает применение этого метода. Второй способ дозирования восстановителя не требует дополнительного потока воздуха для облегчения распыления, так как под высоким давлением, восстановитель вводится через хорошо спроектированное сопло, и имеет хорошее распыление. Тем не менее, в этом методе, из-за необходимости контроля давления, требуется жидкостный насос, например, диафрагменный, приводимый в действие двигателем, для создания и поддержания давления в рампе, а также сложная система управления двигателем.

Кроме того, чтобы избежать замерзания восстановителя при низкой температуре окружающей среды, необходимо очистить систему дозирования от остатков восстановителя до выключения системы. В системах, использующих первый метод дозирования восстановителя, можно использовать компрессор для возвращения остатков восстановителя в бак, а для систем, использующих второй метод, потребуется дополнительный регулятор расхода восстановителя для его возвращения в бак. Для очистки питающих линий систем дозирования от остатков восстановителя потребуются средства нагрева. В отличие от регулятора нагрева бака для восстановителя, нагрев линий представляет собой децентрализованный нагрев, а использование замкнутой системы управления сложное и дорогостоящее. За исключением случаев использования специальных нагревателей с ПТК (положительный температурный коэффициент), необходимо, чтобы прочность линий соответствовала тепловой мощности во избежание повреждений, вызванных локальным перегревом.

Чтобы упростить систему дозирования восстановителя и при этом сохранить высокую производительность, основной задачей настоящего изобретения является создание устройства для дозирования восстановителя, использующего насос с пневматическим приводом с простым регулятором давления для установления и поддержания высокого давления в рампе. Насос с пневматическим приводом внутри не имеет двигателя и поэтому не требует электричества или сложной системы управления двигателем. Точно так же насос с пневматическим приводом не требует непрерывной подачи воздуха.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа контроля скорости дозирования, нечувствительной к изменениям давления восстановителя, чтобы можно было добиться точной скорости дозирования при любом давлении восстановителя.

Другой целью настоящего изобретения является создание дозирующего устройства с насосом с пневматическим приводом, использующим сжатый воздух, полученный из двигателя с турбонаддувом, чтобы не требовались никакие дополнительные источники воздуха.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание средства управления, которое использует сжатый воздух для слива остатков восстановителя обратно в бак по завершении процесса дозирования.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание дозирующего устройства с насосом с пневматическим приводом, установленным внутри бака для восстановителя. Таким образом, исчезает необходимость в дополнительном нагреве, кроме нагрева бака, необходимого для насоса.

Краткое описание изобретения

В настоящем изобретении предложено устройство и способ подачи восстановителя в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Точнее говоря, данное устройство включает в себя блок подачи восстановителя с гидравлическим насосом с пневматическим приводом и гидравлическим накопителем, датчик давления, бак для восстановителя, устройство управления дозированием (УУД) и инжектор. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения датчик давления расположен в гидравлическом накопителе для измерения давления восстановителя, поставляемого насосом с пневматическим приводом, который имеет впускной канал, гидравлически соединенный с источником сжатого воздуха через электромагнитный клапан и выпускной канал, имеющее жидкостное сообщение с пневматическим источником через электромагнитный клапан, и выпускной канал, имеющий жидкостное сообщение с окружающей средой через еще один электромагнитный клапан и дополнительный глушитель. Насос с пневматическим приводом имеет ход сжатия и ход всасывания. Ходы и давление в насосе с пневматическим приводом регулируются УУД посредством управления электромагнитными клапанами для подачи и выпуска воздуха. Во время хода сжатия давление восстановителя в гидравлическом накопителе регулируется регулятором с обратной связью в УУД с использованием значений датчика давления, а во время хода всасывания регулятор давления с обратной связью отключен, и давление восстановителя поддерживается гидравлическим накопителем. Гидравлический накопитель имеет жидкостное сообщение с инжектором для дозирования восстановителя, а также на входе инжектора соединен с баком для восстановителя через запорный клапан. После дозирования открывается запорный клапан. Остатки восстановителя в насосе с пневматическим приводом и в гидравлическом накопителе сливаются под давлением в насос, а инжектор продувается. Скорость дозирования восстановителя регулируется ШИМ-контроллером, который генерирует ШИМ-сигнал для приведения в действие инжектора в соответствии с командами на дозирование. ШИМ-контроллер - это двухступенчатый контроллер. Контроллер первой ступени создает ШИМ-сигнал первой ступени, периодически устанавливая параметры управления для контроллера второй ступени, генерирующего ШИМ-сигнал второй ступени. Значения параметров управления рассчитываются контроллером первой ступени в соответствии со значениями датчика давления, расположенного внутри гидравлического накопителя. Таким образом, изменения в давлении компенсируются с помощью ШИМ-контроллера, а точность скорости дозирования не чувствительна к колебаниям давления. Для осуществления дозирования при низкой температуре окружающей среды, температуру восстановителя в системе дозирования необходимо поддерживать выше точки замерзания. В варианте выполнения настоящего изобретения после продувки остатков восстановителя сжатым воздухом по окончании дозирования, насос с пневматическим приводом может быть расположен внутри бака для восстановителя с целью сохранения средств нагрева для насоса.

Насос с пневматическим приводом способен работать с пневматическим источником, давление которого ниже, чем давление восстановителя в гидравлическом накопителе. В другом варианте выполнения настоящего изобретения насос с пневматическим приводом внутри содержит поршень. Поршень имеет две поверхности и разделяет внутреннее пространство насоса на воздушную камеру и нижнюю камеру для восстановителя. Поверхность, обращенная к верхней воздушной камере, имеет большую площадь, чем поверхность, обращенная к нижней камере для восстановителя, таким образом, достигается более высокое давление восстановителя. Благодаря гидравлическому каналу верхняя воздушная камера имеет жидкостное сообщение с нижней камерой для восстановителя, когда поршень переходит в положение для слива восстановителя после дозирования.

Во избежание возможного падения давления во время хода впуска в другом варианте выполнения настоящего изобретения используются два насоса с гидравлическим приводом для обеспечения непрерывного регулирования давления с обратной связью. Два насоса контролируются поочередно, т.е. когда первый насос выполняет ход сжатия с регулированием давления с обратной связью, второй насос начинает выполнение хода впуска и переходит в ход сжатия, когда первому насосу необходимо повторное заполнение во время хода впуска. Таким образом, одним из насосов всегда выполняется ход впуска при регулировании давления с обратной связью, благодаря чему давление восстановителя в гидравлическом накопителе остается неизменным.

Регулирование давления с обратной связью и двухступенчатый ШИМ-контроллер позволяют сохранять давление восстановителя нечувствительным к колебаниям давления в системе подачи сжатого воздуха, а насос с пневматическим приводом будет работать, даже если давление сжатого воздуха ниже, чем давление восстановителя. Кроме того, из-за характера насоса с пневматическим приводом, расход воздуха такой же, как и объем дозирования восстановителя, и не требуется непрерывный поток воздуха. Эти новые особенности данного варианта выполнения настоящего изобретения позволяют системе дозирования использовать множество пневматических источников, включая двигатель с турбонаддувом.

Краткое описание чертежей

РИС. 1 - это схематическое представление двигателя внутреннего сгорания с системой обработки отработавших газов;

На РИС. 2a изображена система насосов с пневматическим приводом, гидравлическим накопителем и регулирующими электромагнитными клапанами;

РИС. 2b - это блок-схема алгоритма регулирования хода для управления системой насосов с пневматическим приводом, изображенной на РИС. 2a;

РИС. 2c - это блок-схема алгоритма регулирования давления, который используется для управления системой насосов с пневматическим приводом, изображенной на РИС. 2a;

РИС. 3a представляет собой схематическое изображение и изображение в поперечном сечении работы системы насосов с пневматическим приводом, содержащих поршень, во время нормального дозирования;

РИС. 3b представляет собой схематическое изображение и изображение в поперечном сечении работы системы насосов с пневматическим приводом, содержащих поршень, во время продувки восстановителя;

На РИС. 4 изображен насос с пневматическим приводом, установленный в баке для восстановителя;

РИС. 5a - это блок-схема со схемой передачи сигнала ШИМ-контроллера для управления скоростью дозирования восстановителя;

РИС.5b - это блок-схема со схемой передачи сигнала блока управления ШИМ в ШИМ-контроллере, изображенном на РИС. 5a;

РИС. 5c - это блок-схема со схемой передачи сигналов со схемы генерации сигнала ШИМ;

РИС. 5d - это блок-схема программы обработки прерываний, используемой для управления расчетом времени прохождения сигнала и интервалов для РИС. 5b;

РИС. 5e представляет собой временную диаграмму сигналов во время генерации сигналов ШИМ с использованием программы обработки прерываний РИС. 5d;

На РИС. 6 изображена система нагнетания восстановителя с двумя насосами с пневматическим приводом;

РИС. 7a представляет собой блок-схему состояния управления подачей восстановителя;

РИС. 7b - это блок-схема программы обработки прерываний для управления заливкой;

РИС. 7c - это блок-схема программы обработки прерываний для управления продувкой;

На РИС. 8 изображен насос с пневматическим приводом, который использует сжатый воздух, обеспечиваемый двигателем с турбонаддувом.

Подробное описание изобретения

Система подачи восстановителя

Как показано на РИС. 1, в двигателе возле системы обработки отработавших газов, отработавший газ, произведенный двигателем 100, попадает в патрубок 166 через коллектор 101. Инжектор восстановителя 130 устанавливается на патрубке 166. Электромагнитный клапан инжектора 130 регулируется устройством управления дозированием (УУД) 140 посредством сигнальной линии 145, соединенной с каналом 136. Восстановитель подается соответствующим блоком подачи 110 по напорной линии 131, имеющей жидкостное сообщение с каналом 133. Во избежание возникновения повреждений, вызванных воздействием высокотемпературных отработавших газов, охлаждающая жидкость циркулирует от впускного канала 134 до выпускного канала 135. Восстановитель, введенный инжектором 130, смешивается с отработавшим газом, и через смесительную камеру 161 полученный газ поступает в катализатор 163, где посредством реакций ИКВ из отработавшего газа устраняется NOx.

Блок подачи восстановителя 110 имеет канал 115, имеющий жидкостное сообщение с каналом 133 инжектора 130 с линией 131 для подачи восстановителя под давлением в инжектор. Датчик давления (не отображен на РИС. 1) сообщает значение давления внутри блока подачи восстановителя УУД по линии 143, соединенной с каналом 114. Блок подачи восстановителя перекачивает восстановитель из соответствующего бака 120 через канал 117 по линии снабжения 123 и через канал 122 бака для восстановителя. Сжатый воздух попадает в блок подачи восстановителя через впускной канал 111 для повышения давления восстановителя внутри, а давление восстановителя регулируется УУД посредством линий 146, присоединенных к каналу 116. Сжатый воздух выходит через выпускной канал 112.

Датчик уровня в баке и датчик температуры сообщают уровень восстановителя и температуру внутри бака для восстановителя 120 УУД посредством линий 141 и 142, которые подключены к каналу 126. Бак для восстановителя нагревается охлаждающей жидкостью двигателя, циркулирующей через впускной канал 127 и выпускной канал 128. Расход охлаждающей жидкости двигателя регулируется электромагнитным запорным клапаном 171, которым управляет УУД по линии 147. Во избежание замерзания остатков восстановителя в напорной линии 131 под воздействием низких температур, когда двигатель отключен, обратная линия 125 и канал 121 используются в качестве патрубка для восстановителя для его слива в бак после продувки. Расход восстановителя на обратной линии 125 регулируется запорным клапаном 137, которым управляет УУД посредством линии 148. Электронагреватели 132, 129, 124 и 113, управляемые УУД по линии 144, используются для разморозки замерзшего восстановителя в напорной линии 131, обратной линии 125, линии снабжения 123 и в блоке подачи восстановителя 110, а также для поддержания температуры восстановителя выше точки его замерзания.

Команды относительно скорости дозирования восстановителя для УУД генерируются в БУД в соответствии с температурой отработавшего газа на входе в катализатор, сообщенной датчиком 162 по линии 155, а также температурой на выходе, сообщенной датчиком 164 по линии 154, в соответствии с показателями концентрации NOx на выходе из катализатора, сообщенными датчиком 165 по линии связи 153, а также информацией о двигателе, например, состояние двигателя, температура охлаждающей жидкости и масла, полученная с датчиков двигателя 100 по линии 152, или рассчитанные с помощью значений, полученных с датчиков.

Гидравлический насос с пневматическим приводом

Один вариантов выполнения блока подачи восстановителя, изображенного на РИС. 1 под номером 110, представляет собой систему нагнетания с пневматическим приводом, изображенную на РИС. 2a. В этой системе корпус насоса 200 содержит восстановитель, который подается из соответствующего бака 120 по каналу 117 и через обратный клапан 205, который препятствует стеканию восстановителя обратно в бак. Сверху корпуса насоса 200 канал 202, соединенный с Т-образным зажимом 220, используется для впуска и выпуска сжатого воздуха. С помощью линии 209 одна сторона Т-образного зажима 220 соединена с выпуском нормально открытого электромагнитного клапана 201, впуск которого является каналом 111 (РИС. 1), соединенным с пневматическим источником. Другая сторона Т-образного зажима присоединена к впуску нормально закрытого электромагнитного клапана 203 по линии 211, и, с целью уменьшения шума от выпуска воздуха, на выпуске электромагнитного клапана 203 установлен глушитель 204. Выпуском глушителя является канал 112 (РИС. 1). Под давлением внутри корпуса насоса восстановитель подается в корпус насоса 210 по каналу 208, линии 207, по каналу 218 и через обратный клапан 217, который препятствует стеканию восстановителя обратно в корпус насоса. Крышка 212 привинчена к корпусу гидравлического накопителя 210, а пружина 213 установлена между канавкой 221 в крышке и канавкой 222 в поршне 214, нижнее расположение которого ограничено фиксатором 216. Благодаря поршню 214 и корпусу гидравлического накопителя 210 в камере 230 сохранятся высокое давление, а уплотнительное кольцо 215 в канавке 223 поршня 214 препятствует вытеканию восстановителя из камеры высокого давления 230. После включения инжектора 130 восстановитель начинает вытекать из камеры 230 по каналу 115, а давление в камере 230 контролируется датчиком давления 219, и полученные данные отправляются на УУД по каналу 114.

Периодически следует пополнять количество восстановителя в корпусе насоса 200 и постоянно следить за давлением насоса после пополнения. Обычно, процесс заправки системы нагнетания называется «ход впуска», а процесс нагнетания - «ход сжатия». Управление процессами впуска и сжатия в нагнетательной системе осуществляется путем использования нескольких управляющих устройств электромагнитных клапанов 201 и 203. Управляющие устройства клапанов могут использоваться в четырех режимах, указанных в нижеприведенной таблице.

В Режиме 0 оба электромагнитных клапана 201 и 203 не включены, и насос выпускает воздух наружу. В Режиме 1 электромагнитный клапан 201 включен, и насос не связан с окружающей средой. В то же время электромагнитный клапан 203 не включен, поэтому в этом режиме воздух остается в насосе. Режим 2 - это особенный режим, так как в этом режиме сжатый воздух выпускается наружу. Режим 2 может использоваться с Т-образным зажимом Вентури 220 для создания низкого давления в корпусе насоса, что упростит процесс пополнения во время хода впуска, но не следует использовать Режим 2 во время хода сжатия. Режим 3 - это режим всасывания. В этом режиме электромагнитный клапан 201 перекрывает сообщение насоса с окружающей средой, в то время как электромагнитный клапан 203 соединяет насос с пневматическим источником.

Ход впуска и ход сжатия производятся поочередно в устройстве управления насосом, которое может быть осуществлено путем периодического запуска программы обработки прерываний для таймерных прерываний. Как показано на РИС. 2b, в примерной программе управления насосом в первую очередь изучается состояние запуска хода впуска. Если запущен ход впуска, устройство управления насосом переходит в Режим 0, в котором насос выпускает воздух наружу, и после понижения давления в корпусе насоса под действием гравитации или разницы давлений в баке для восстановителя и корпусе насоса жидкость направляется в насос. о время хода впуска жидкость не вытекает из насоса, а давление вытеснения восстановителя поддерживает гидравлический накопитель. После установления устройства управления насосом в Режим 0, на шаге 236 проверяется текущее состояние хода впуска. По завершении хода впуска, но до окончания работы программы, сбрасывает пусковой механизм устройства управления насосом и запускает ход сжатия следующим циклом. В остальных случаях продолжительность хода впуска измеряется на шаге 231 и, если ход продолжается слишком долго, на шаге 232 сообщается об ошибке, и выполнение программы завершается. Возвращаясь к рассмотрению состояния запуска, если ход впуска не запущен, проверяется состояние запуска хода сжатия. Если ход сжатия не запущен, значит, устанавливается запуск хода впуска, и устройство регулирования давления отключается до завершения программы, в ином случае, на шаге 235 устройство регулирования давления включается для поддержки давления в гидравлическом накопителе на одном уровне под управлением УУД. После шага 235 проверяется текущее состояние хода сжатия на шаге 237. Если ход сжатия не окончен, программа завершается. В иных случаях сбрасывается пусковой механизм хода сжатия, и запускается ход впуска. После чего выключается устройство регулирования давления, и изучается продолжительность Режима 1 в устройстве управления насосом на шаге 233. На шаге 234 приходит сообщение об ошибке, если продолжительность Режима 1 слишком короткая.

В соответствии с уравнением состояния идеального газа давление гидравлического накопителя определяется количеством сжатого захваченного воздуха в корпусе насоса при соответствующей температуре и в соответствующем объеме, поэтому регулирование этого давления возможно при помощи регулирования количества сжатого захваченного воздуха электромагнитными клапанами 201 и 203. Вариант выполнения регулирования давления, о котором идет речь при выполнении шага 235, изображенного на РИС. 2b, представляет собой периодический запуск программы обработки прерываний для таймерных прерываний, как показано на РИС. 2с. В данной программе сначала осуществляется проверка состояния регулирования давления. В случае отсутствия возможности для активации процесса регулирования давления значения всех трех таймеров режима Таймер_Режима0, Таймер_Режима1 и Таймер_Режима3 обнуляются, и работа программы завершается. В противном случае осуществляется проверка значения давления, замеренного датчиком 219 (РИС. 2а). Если значение давления выше порогового значения Th2 и ниже другого порогового значения Th2, регулятор переходит в Режим 1, в котором сжатый воздух удерживается в корпусе насоса, и таймер Таймер_Режима1 инкрементируется. Если давление выше порогового значения Th2, регулятор переходит в Режим 0 для выпуска воздуха и инкрементирует таймер Таймер_Режима0, но если давление ниже порогового значения Th1, регулятор переходит в Режим 3 для заполнения насоса воздухом и повышения его давления и инкрементирует таймер Режима 3 (Таймер_Режима3). Как было указано выше, использование Режима 2 для регулирования давления не допускается. Для моментального перехода устройства управления насосом в Режим 2 при переходе из Режима 3 в Режим 0 контроллер сначала должен отключить электромагнитный клапан 201, а при переходе из Режима 0 обратно в Режим 3 контроллер должен вначале включить электромагнитный клапан 203.

В процессе управления насосом, который представлен на РИС. 2b, могут использоваться события по повторному заполнению и поддержанию максимального уровня восстановителя в насосе соответственно при начале хода впуска и хода сжатия во время выполнения шагов 236 и 237. Событие по повторному заполнению начинается с определения уровня восстановителя в корпусе насоса или расчета уровня восстановителя, определив время впрыска. Чтобы определить уровень восстановителя в насосе, внутри насоса необходимо установить датчик уровня (не показан на РИС. 2a), а величина накопленного расхода жидкости, которая рассчитывается с использованием значения времени впрыска и давления или массового расхода, может использоваться для определения уровня восстановителя в корпусе насоса. Аналогично событию по повторному заполнению, событие по поддержанию максимального уровня восстановителя в насосе, которое свидетельствует об уровне восстановителя в баке, начинается либо с определения уровня восстановителя, либо с расчета времени повторного заполнения, и инициируется разностью давлений восстановителя в корпусе насоса и в баке. Поскольку при ходе впуска давление вытеснения восстановителя обеспечивается только гидравлическим накопителем и не регулируется, время хода впуска должно ограничиваться во избежание значительного падения давления. В случае использования датчика уровня для начала событий по повторному заполнению и поддержанию максимального уровня восстановителя в насосе, если бак для восстановителя пуст, выполнение события по поддержанию максимального уровня восстановителя в насосе не начинается на протяжении долгого времени, что приводит к увеличению времени хода впуска. Поэтому путем определения неудавшегося события по поддержанию максимального уровня восстановителя в насосе можно обнаружить опустошение бака для жидкости. На РИС. 2b показаны шаги 231 и 232, выполняемые для данного обнаружения. Если после начала хода сжатия возникла проблема с определением давления вытеснения, причиной ее возникновения может быть неисправность насоса, например, утечка или проблема при сжатии воздуха. Таким образом, слишком долгое время пребывания в Режиме 1 при ходе сжатия может использоваться для обнаружения данных неисправностей. На РИС. 2b показаны шаги 233 и 234, выполняемые для данного обнаружения.

При выключении двигателя необходимо слить восстановитель, содержащийся в корпусе насоса, гидравлическом накопителе и линиях во избежание утечки или замерзания. В системе дозирования, показанной на РИС. 1 и РИС. 2a, слив восстановителя производится при помощи запорного клапана 137 в Режиме 1 устройства регулирования давления, т.е. при открытии запорного клапана 137 восстановитель из корпуса насоса, гидравлического накопителя и линий поступает обратно в бак для восстановителя при помощи сжатого воздуха внутри корпуса насоса по линиям 131 и 125. После продувки сжатый воздух, захваченный внутри корпуса насоса, в Режиме 1 выпускается в бак для восстановителя. После продувки в инжекторе 130 могут остаться остатки восстановителя. Для дальнейшей очистки инжектора запускается Режим 3 при закрытом запорном клапане 137, и на сопло инжектора подается питание для удаления остатков восстановителя из инжектора 130.

Регулирование давления вытеснения в пневматической гидравлической системе нагнетания, показанной на РИС. 2a, возможно только в том случае, если давление вытеснения системы подачи сжатого воздуха меньше давления вытеснения в пневматической гидравлической системе нагнетания. Тем не менее, в системе подачи восстановителя высокое давление вытеснения необходимо для соответствующего распыления, что важно для получения высокого коэффициента нейтрализации отработавших газов и избежания накопления и отложения мелких частиц. Для повышения давления вытеснения, с целью обеспечения возможности использования системы подачи сжатого воздуха с низким давлением, можно использовать насос с поршнем внутри, как показано на РИС. 3a. В соответствии с РИС. 3a поршень 302 внутри корпуса насоса 300 имеет поверхность большого диаметра 303, контактирующую со сжатым воздухом.

Другая сторона поршня 302 имеет поверхность малого диаметра 304, контактирующую с восстановителем. Поршень 302 разделяет корпус насоса 300 на три полости: полость сжатого воздуха 340, среднюю полость 310, образующую воздушную камеру, и камеру для восстановителя 330. Полость сжатого воздуха 340 герметически закрыта от средней полости 310 при помощи уплотнительного кольца 301 на поршне 302, а камера для восстановителя 330 герметически отделена от средней полости 310 с помощью уплотнения 321 в просверленном отверстии 320. Пружина 305 используется для поддержки поршня 302. Когда давление Pc, образуемое при помощи силы, производимой поршнем 302, действует в полости сжатого воздуха 340, в камере для восстановителя 330 образуется давление вытеснения Pl, и

где А303 - площадь поверхности большого диаметра 303, ks - коэффициент жесткости пружины 305, x - расстояние от крайнего верхнего положения поршня 302 до текущего положения, f0 - сила трения плюс статическая сила сжатия пружины и А304 - площадь поверхности малого диаметра 304. В соответствии с уравнением (1), если коэффициент жесткости пружины ks и сила сжатия пружины малы, то соотношение площадей 303 и 304, А303/А304 определяет давление вытеснения.

При ходе сжатия, когда сжатый воздух образует давление в полости 340, поршень двигается вниз под давлением, сжимая пружину и образуя давление вытеснения в камере для восстановителя 330. При ходе впуска, когда происходит выпуск сжатого воздуха, поршень двигается вверх под действием силы, производимой пружиной 305. Таким образом, восстановитель поступает в камеру 330 из бака. В сравнении с насосом, изображенным на РИС. 2a, в насосе, показанном на РИС. 3a, при ходе впуска процесс впуска осуществляется под действием силы.

Управляющие устройства насоса, изображенного на РИС. 3a, идентичны управляющим устройствам насоса, приведенного на РИС. 2a. Тем не менее, диапазон регулирования давления вытеснения отличается. Для насоса, изображенного на РИС. 2a, диапазон регулирования давления вытеснения начинается от давления открытия обратного клапана 205, Pb205, до давления сжатого воздуха Рс, а для насоса, изображенного на РИС. 3a, в соответствии с уравнением (1) диапазон регулирования давления вытеснения начинается от Pb205 до Pl(0), и

Помимо перекачки восстановителя, насос, изображенный на РИС. 3a, может также осуществлять продувку остатков восстановителя по окончании процесса дозирования. В соответствии с РИС. 3a, в насосе в воздушной камере есть канал 311, имеющий жидкостное сообщение с каналом 313 в камере для восстановителя по линии 312, а обратный клапан 314 предотвращает попадание восстановителя обратно в воздушную камеру. В воздушной камере также имеется другой канал 315 для выпуска захваченного сжатого воздуха в окружающую среду. Каналы 311 и 315 имеют жидкостное сообщение с областью 310, за исключением случаев, когда поршень 302 двигается в свое крайнее нижнее положение, как показано на РИС. 3b. В крайнем нижнем положении канал 311 имеет жидкостное сообщение с областью 340. При нормальном режиме эксплуатации давление внутри камеры для восстановителя 330 всегда выше, чем давление в области 310. Поэтому в линию 312, перекрытую обратным клапаном 314, жидкость не поступает. По завершении процесса дозирования открывается запорный клапан 137 (РИС. 1), и УУД останавливает ход впуска для повторного заполнения насоса. Как только восстановитель в насосе заканчивается, поршень 302 двигается в крайнее нижнее положение, подводя сжатый воздух к каналу 313 через канал 311 и линию 312. Если в гидравлическом накопителе закончится восстановитель, под действием давления сжатого воздуха будет осуществляться перекачка остатков восстановителя из насоса и гидравлического накопителя обратно в бак по линии 125 (РИС. 1). После продувки при закрытом запорном клапане 137 (РИС. 1) запускается Режим 3, и на сопло инжектора подается питание для удаления остатков из инжектора 130 (РИС. 1).

Бак для восстановителя

После слива сжатый воздух из насоса и гидравлического накопителя выходит, в результате чего гидравлический накопитель опорожняется. Тем не менее, восстановитель из корпуса насоса под действием гравитации и разности давлений будет поступать в корпус насоса, несмотря на то, что гидравлический накопитель и линии подачи восстановителя все еще не заполнены. Следовательно, в соответствии с РИС. 1 насосу необходим нагреватель (113) для подогрева восстановителя и поддержания его температуры выше температуры замерзания в условиях низких температур воздуха. Нагреватель можно предохранить, установив насос в бак для восстановителя, как показано на РИС. 4. В соответствии с РИС. 4 корпус бака 200 помещен в бак для восстановителя 400 с линией выпуска восстановителя 207, соединенной с гидравлическим накопителем через канал 401 и канал для прохода сжатого воздуха 202, соединенного с Т-образным зажимом 220 через канал 402. Нагреватель охлаждающей жидкости 405 с впускным 127 и выпускным отверстием 128 используется для подогрева восстановителя в условиях низких температур воздуха. Наряду с нагревателем охлаждающей жидкости для определения объема восстановителя в баке используется датчик уровня 403, а датчик температуры 404 используется для контроля и регулировки температуры восстановителя. Датчик уровня восстановителя 403 и датчик температуры 404 соединены с УУД 140 посредством линий 141 и 142 соответственно.

Как указано выше, в системе нагнетания, изображенной на РИС. 2a и РИС. 3a, после продувки остатки восстановителя из насоса, гидравлического накопителя и линий попадают обратно в бак, и происходит выдувание остатков из инжектора, управление разморозкой замерзшего восстановителя в линии 131 не обязательно, и нагреватель 129 (РИС. 1) не требуется. Поскольку в системе, изображенной на РИС. 4, насос установлен внутрь бака, линия 123, нагреватель 124 и нагреватель 113 сохраняются. В результате в системе единственными устройствами регулирования нагрева является регулятор нагрева бака для восстановителя и регулятор нагрева линии для проведения технического обслуживания, которое также используется для предотвращения замерзания линии 131 во время дозирования. Таким образом, процесс регулирования нагрева значительно упрощается.

Двухступенчатое ШИМ-регулирование дозирования

Скорость дозирования восстановителя в системе, изображенной на РИС. 1, может регулироваться при помощи ШИМ-сигнала для регулирования времени открытия инжектора 130 в ШИМ-цикле. При ШИМ-регулировании массовый расход восстановителя определяется с помощью следующего уравнения:

где to - время прохождения ШИМ-сигнала, Pr - давление в гидравлическом накопителе, Pc - давление в выпускном патрубке 166, So - временной интервал ШИМ-сигнала, CD - коэффициент расхода, An - минимальная площадь сопла и ρ - плотность рабочей жидкости. Давление Pc - функция объемного расхода выпуска и давления окружающей среды. Тем не менее, благодаря требованию к обратному давлению двигателя, давление Pc ограничено малым значением в сравнении с давлением Pr, которое зачастую выше 4 бар. В результате с учетом сигнала ШИМ-регулирования на массовый расход восстановителя главным образом влияет давление Pr в гидравлическом накопителе, которое измеряется датчиком давления 219 (РИС. 2a). Поэтому для обеспечения точного дозирования восстановителя необходимо либо компенсировать колебание давления в гидравлическом накопителе при ШИМ-регулировании, либо устранить колебание давления.

Двухступенчатое ШИМ-регулирование, показанное на РИС. 5a, может использоваться для компенсации колебания давления. При таком регулировании сигнал, полученный от датчика давления (например, датчик 219 на РИС. 2), по линии 143 передается на устройство обработки сигналов датчика 502 в УУД 140, в котором аналоговый сигнал датчика давления фильтруется и преобразуется в цифровой сигнал. Полученный в итоге сигнал вместе с командой о массовом расходе восстановителя передается на модуль ШИМ-управления 510 в контроллере ШИМ-сигнала 501. Затем модуль ШИМ-управления рассчитывает значения для параметров управления генератора ШИМ-сигнала 520. ШИМ-сигнал генерируется генератором ШИМ-сигнала 520 и передается в цепь выключателя питания 503, где ШИМ-сигнал преобразуется в сигнал переключения, который приводит в действие электромагнитный клапан инжектора 130 (РИС. 1), проходя по линии управления 145.

Образование ШИМ-сигнала в контроллере ШИМ-сигнала 501 включает две ступени. На первой ступени параметры регулирования для генератора ШИМ-сигнала 520 устанавливаются для генерирования ШИМ-сигнала первой ступени, который состоит из ШИМ-сигналов второй ступени, созданных генератором ШИМ-сигнала 520 на второй ступени генерирования сигналов. Скорость генерирования ШИМ-сигнала первой ступени соответствует скорости реакции датчика давления, а частота ШИМ-сигнала второй ступени не зависит от частоты ШИМ-сигнала первой ступени, поэтому ее задаваемое значение может быть высоким для повышения точности регулирования.

Вариант выполнения модуля ШИМ-управления 510 показан на РИС. 5b. В данном модуле при получении команды на массовый расход в блоках 511 и 512 рассчитывается коэффициент заполнения и интервал образования ШИМ-сигнала первой ступени и передается в блок 514, в котором определяется контрольное значение. Затем контрольное значение вместе с текущим значением, рассчитанным в блоке 513, сравнивается со значением обратной связи по давлению, рассчитанным устройством обработки сигналов датчика 502 (РИС. 5a). Полученное значение погрешности используется блоком 515 для расчета уставки времени прохождения сигнала, а в блоке 516 определяется уставка временного интервала ШИМ-сигнала второй ступени с командой на массовый расход.

Для генерирования ШИМ-сигнала могут использоваться различные цепи генератора ШИМ-сигнала 520. На РИС. 5 с показана блок-схема и схема прохождения сигнала по типовой цепи. В данной цепи значение временного интервала и значение времени прохождения ШИМ-сигнала устанавливаются в регистре временных интервалов 521 и регистре времени прохождения сигнала 522 соответственно. По достижении спадающего фронта сигнала линейной диахронии (ЛД) значения регистра временных интервалов 521 и регистра времени прохождения сигнала 522 загружаются в счетчик-измеритель временных интервалов 523 и счетчик-измеритель времени прохождения сигнала 524 соответственно. Как счетчик-измеритель временных интервалов 523, так и счетчик-измеритель времени прохождения сигнала 524 осуществляет счет в обратном направлении, и синхронизирующий сигнал синхронизирует их действия. Когда счетчик-измеритель временных интервалов 523 производит счет до 0 в алгоритме управления загрузкой 525 при помощи синхронизирующего сигнала генерируется импульс ЛД, и после снятия импульса ЛД начинается новый цикл. Значение счетчика-измерителя временных интервалов DA, сигнал ЛД, значение регистра временных интервалов DB, синхронизирующий сигнал, значение регистра времени прохождения сигнала DC и значение счетчика-измерителя времени прохождения сигнала DD используются в алгоритме управления сигналом 526 для генерирования ШИМ-сигнала. Если в алгоритме управления сигналом 526 значение DC больше или равно значению DB, т.е. уставка счетчика-измерителя времени прохождения сигнала больше или равна уставке счетчика-измерителя временных интервалов, то высокоуровневый сигнал или ШИМ-сигнал со 100% коэффициентом заполнения генерируется по достижении спадающего фронта сигнала ЛД. Если значение DC установлено на 0, то низкоуровневый сигнал, т.е. ШИМ-сигнал с 0% коэффициентом заполнения, генерируется по достижении спадающего фронта сигнала ЛД. Если значение DC находится в пределах 0 и DB, то при нарастающем фронте синхронизирующего сигнала ШИМ-сигнал определяется значениями счетчика-измерителя временных интервалов и счетчика-измерителя времени прохождения сигнала DA и DB: высокоуровневый ШИМ-сигнал генерируется только в том случае, когда значение DA и DB больше 0.

Работа блока ШИМ-управления 510 осуществляется путем периодического запуска программы обработки прерываний для таймерных прерываний. Блок-схема данной программы обработки прерываний показана на РИС. 5d. На блок-схеме tv и Thd - постоянные значения; Р1 - значение временного интервала ШИМ-сигнала первой ступени и Р3 - значение временного интервала прерывания. Состояние - индикатор состояния ШИМ-импульса. Когда постоянное значение времени_прохождения сигнала tv присваивается ШИМ-сигналу второй ступени, Значение состояния находится в режиме ВКЛ, в противном случае - в режиме ВЫКЛ. Переменное контрольное_значение ограничивает контрольное значение времени_прохождения сигнала для ШИМ-сигнала первой ступени, а переменное текущее значение сохраняет рассчитанное значение времени_прохождения ШИМ-сигнала первой ступени в текущий момент. Р2 и Время_прохождения_сигнала2 - регистр интервала времени и регистр времени прохождения сигнала соответственно в процессе генерирования ШИМ-сигнала второй ступени, а переменный Таймер прерывания сохраняет текущее время в ШИМ-цикле первой ступени.

После запуска программы обработки прерываний значение Таймера сравнивается со значением временного интервала Р1 ШИМ-сигнала первой ступени. Если текущий цикл заканчивается, т.е. Таймер >=Р1, осуществляется проверка значения временипрохождения сигнала ШИМ-сигнала второй ступени. Если значение времени прохождения сигнала ниже tv, рассчитывается суммарная погрешность ШИМ-цикла, т.е. предыдущая_погрешность. После того, как значению Таймера после обнуления присваивается значение P3, и на шаге 532 текущему_значению присваивается исходное значение, значение регистра Р2 и переменное контрольное значение обновляются для прохождения нового цикла, который начинается с расчета погрешности, которая будет исправлена в текущем цикле путем сложения текущей погрешности и погрешности предыдущего цикла. Если погрешность, подлежащая исправлению, выше tv, в таком случае значению временипрохождения ШИМ-сигнала второй ступени, Времени_прохождения_сигнала2 присваивается значение tv, и устанавливается Индикатор состояния, в противном случае Времени_прохождения_сигнала2 присваивается значение погрешности, и заново устанавливается Индикатор состояния. После чего работа программы завершается. Возвращаясь к сравнению значения Времени_прохождения_сигнала2 и tv, если значение Времени_прохождения_сигнала2 меньше tv, это значит, что в данном ШИМ-цикле погрешность нельзя исправить. В таком случае рассчитывается погрешность предыдущего цикла, после чего Таймеру присваивается значение P3, текущее значение обнуляется, и устанавливается Индикатор состояния. Поскольку погрешности не исправляются, они накапливаются. Когда накопленная погрешность выше порогового значения Thd, приходит сообщение об ошибке, и работа программы завершается. Возвращаясь к сравнению значения Таймера и P1, если значение Таймера ниже P1, т.е. в текущем ШИМ-цикле, Таймера инкрементируется до P3, и осуществляется проверка Индикатора состояния. Если Индикатор состояния находится в режиме ВЫКЛ., Время_прохождения_сигнала2 обнуляется, и работа программы завершается, в противном случае на шаге 531 вычисляется текущее_значение, после чего происходит корректировка погрешности. Перед окончанием работы программы значение погрешности сравнивается с tv. Если значение погрешности больше или равно tv, Времени_прохождения_сигнала2 присваивается значение tv. В противном случае значению погрешности присваивается значение Времени_прохождения_сигнала2, и Индикатор состояния переходит в режим ВЫКЛ. После чего работа программы завершается.

При работе программы обработки прерываний зачастую выбирается такое значение tv, которое больше значения погрешности, подлежащей исправлению (например, tv равно значению P2). И значение временного интервала прерывания (P3) может быть равно значению временного интервала ШИМ-сигнала второй ступени (P2). Вместе с блок-схемой программы обработки прерываний, показанной на РИС. 5d, на РИС. 5е показана временная диаграмма сигналов, где tv равно Р3 и P2. Прерывание начинается в момент 546. Поскольку погрешность, рассчитанная путем сравнения текущего_значения и контрольного значения 547, выше tv, Времени_прохождения_сигнала2 присваивается значение tv. По достижении спадающего фронта сигнала ЛД, в момент 541 значение Времени_прохождения_сигнала2 загружается в счетчик-измеритель времени прохождения сигнала (например, 524 на РИС. 5с), и образуется ШИМ-импульс. Текущее_значение накапливается со временем. В момент 542, когда рассчитанная погрешность ниже tv, значение погрешности присваивается Времени_прохождения_сигнала2. При последующем прерывании, которое начинается в момент 543, Время_прохождения_сигнала2 устанавливается на 0, и переменное текущее_значение останавливается на значении 548. После чего происходит обновление значения счетчика-измерителя времени прохождения сигнала при спадающем фронте сигнала ЛД в момент 544, и образование ШИМ-импульса завершается. В момент 545 завершается текущий цикл ШИМ, а предыдущая_погрешность (РИС. 5d) корректируется для следующего цикла путем включения погрешности между текущим значением 548 и контрольным значением 547.

В случае программы обработки прерываний, принцип работы которой приведен на РИС. 5d, контрольное_значение можно рассчитать с помощью команды на массовый расход восстановителя, по следующей формуле:

где Кмд_на_массовый_расход_восстановителя - команда на массовый расход восстановителя, передаваемая ШИМ-управлению, и S0 - значение временного интервала ШИМ-сигнала первой ступени. Можно составить формулу для расчета текущего_значения на шаге 531:

где sqrt - вычисление квадратного корня, Pr(i) - значение измерения давления для расчета в i-количестве циклов прерывания, Pc - давление в выпускном патрубке 166; К - член уравнения (2) и i - количество прерываний после обнуления значения Таймера:

; текущее_значение (0) устанавливается на 0 на шаге 532.

Давление гидравлического накопителя в системе нагнетания постоянно регулируется во время хода сжатия. Тем не менее, при ходе впуска давление меняется, поскольку необходимо прекратить регулирование давления с обратной связью. Двухступенчатое ШИМ-регулирование - метод точного регулирования расхода восстановителя при изменении давления. Другой метод, подразумевающий использование системы спаренного насоса, как показано на РИС. 6. В соответствии с РИС. 6 два насоса 610 и 620 и гидравлический накопитель 630 работают сообща для обеспечения потока жидкости при регулируемом давлении. Нормально закрытый всасывающий воздушный электромагнитный клапан 601 через выпуск имеет жидкостное сообщение с насосом 610, впускное отверстие которого имеет жидкостное сообщение с боковым отверстием Т-образного зажима 603 по воздушному каналу 602. Другое боковое отверстие Т-образного зажима 603 имеет жидкостное сообщение с впуском другого нормально закрытого всасывающего воздушного электромагнитного клапана 606, выпуск которого имеет жидкостное сообщение с насосом 620. Отверстие по центру Т-образного зажима 603 имеет жидкостное сообщение с системой подачи сжатого воздуха. Таким же образом нормально открытые электромагнитные клапаны для выпуска воздуха 605 и 611 насосов 610 и 620 имеют между собой жидкостное сообщение посредством Т-образного зажима 608, его отверстие, расположенное по центру, может иметь жидкостное сообщение с глушителем 609 для уменьшения уровня шума при выпуске воздуха. В канале нагнетания восстановителя патрубок 613 обеспечивает жидкостное сообщение впускного отверстия восстановителя насоса 610 и бокового отверстия Т-образного зажима 614, другое отверстие которого имеет жидкостное сообщение с впускным отверстием восстановителя насоса 620 через патрубок 615. Отверстие по центру Т-образного зажима 614 имеет жидкостное сообщение с впускным отверстием восстановителя по каналу 117. Таким же образом выпускные отверстия восстановителя насоса 610 и 620 имеют отдельное жидкостное сообщение с двумя боковыми отверстиями Т-образного зажима 618 через патрубки 616 и 617. Отверстие по центру Т-образного зажима 618 имеет жидкостное сообщение с впускным отверстием восстановителя гидравлического накопителя 630. Датчик давления 619, установленный внутри гидравлического накопителя 630, электрически соединен с УУД 140 по каналу 114 и линии 143, а УУД 140 также осуществляет электрическое управление электромагнитными клапанами 601, 605, 606 и 611 по линиям управления 146. Два насоса 610 и 620 могут работать поочередно для обеспечения непрерывного регулирования давления с обратной связью.

Управление дозированием

Управление дозированием необходимо для обеспечения перекачки восстановителя в систему обработки отработавших газов. В соответствии с РИС. 7a в случае использования системы нагнетания, изображенной на РИС. 1, весь процесс управления дозирования включает пять основных состояний: Выключенное состояние 701, Состояние простоя 702, Состояние заливки 710, Состояние дозирования 720 и Состояние продувки 730. В Закрытом состоянии 701 устройство управления насосом находится в Режиме 0, а на инжектор 130 и запорный клапан обратной линии 137 питание не подается. В состоянии простоя 702 инжектор 130 и запорный клапан 137 все еще отключены от источника питания, регулирование давления переходит в Режим 1, в котором отсутствует возможность выхода воздуха внутри корпуса насоса наружу.

Состояние заливки характеризуется двумя подсостояниями: состоянием PR1, в котором устанавливается давление восстановителя, и состоянием PR2, предназначенным для выхода воздуха, находящегося в линиях восстановителя и инжекторе. Вариантом выполнения процесса управления заливкой является программа обработки прерываний, блок-схема выполнения которой показана на РИС. 7b. Данная программа запускается периодически для обработки таймерных прерываний. При запуске программы обработки прерываний, сразу же после начала процесса управления заливкой осуществляется проверка СостояниеДозатора. В случае если не используется ни подсостояние PR1, ни PR2, сначала отключается запорный клапан и инжектор, а затем устройство управления насосом переходит в Режим 3, при котором сжатый воздух поступает в корпус насоса. Затем СостояниеДозатора переводится в подсостояние PR1, после чего происходит окончание работы программы. При следующем обращении к программе СостояниеДозатора будет находиться в подсостоянии PR1, затем программа проведет проверку давления в гидравлическом накопителе. Если давление больше или равно пороговому значению Pr_Thd, работа программы заканчивается. В противном случае СостояниеДозатора переводится в подсостояние PR2, и начинается процесс регулирования давления, как показано на РИС. 2с, для поддержания давления в насосе на постоянном уровне. До окончания работы программы включается запорный клапан 137 для выпуска захваченного воздуха обратно в бак. В случае обращения к программе, когда СостояниеДозатора находится в подсостоянии PR2, для регулирования времени открытия запорного клапана 137 используется таймер Таймер_PR2. Если значение таймера выше порогового значения PR_Thd2, при обнулении значения таймера запорный клапан 137 отключается, и СостояниеДозатора переходит в состояние ЗАЛИВКА_ЗАВЕРШЕНА. После чего работа программы завершается.

В соответствии с РИС. 7a, в состоянии дозирования 720, наряду с устройством управления насосом, которое имеет два состояния: состояние хода впуска 721 и состояние хода сжатия 722, существует другой вид устройств управления - устройство управления скоростью дозирования 703, которые работаю параллельно. Эти виды регулирования выполняются параллельно. Программа обработки прерываний для регулирования хода, показанная на РИС. 2b вместе с программой регулирования давления, изображенной на РИС. 2 с, может использоваться для регулирования насоса. Программа двухступенчатого ШИМ-регулирования дозирования, изображенная на РИС. 5d, может использоваться для регулирования скорости дозирования.

Состояние регулирования продувки также включает два подсостояния: состояние PU1 731, при котором восстановитель выводится из насоса, гидравлического накопителя и линий в бак, и состояние PU2 732, при котором остатки восстановителя внутри инжектора, не выведенные в состоянии PU1, выходят наружу. Периодический запуск программы обработки прерываний для таймерных прерываний, как показано на РИС. 7 с, может применяться для регулирования продувки. В данной программе, когда начинается процесс регулирования продувки, проводится проверка СостояниеДозатора. В случае если не используется ни подсостояние PU1, ни подсостояние PU2, гидравлическое давление сравнивается с пороговым значением PU Thdl. Если давление выше порогового значения, то СостояниеДозатора переводится в подсостояние PU1, регулирование насоса переходит в Режим 1, при котором воздух в корпусе насоса не попадает в систему подачи сжатого воздуха и в окружающую среду, и включается запорный клапан 137. В противном случае регулирование насоса переводится в Режим 3, и запорный клапан 137 отключается для нагнетания давления. Инжектор 130 отключается, после чего работа программы завершается. Если работа программы начинается при условии, что СостояниеДозатора в подсостоянии PU1, проводится проверка давления гидравлического накопителя. Если давление больше или равно пороговому значению PU_Thd2, работа программы оканчивается. В противном случае для регулирования времени открытия запорного клапана 137 используется таймер Таймер_PU1. Если время открытия превышает пороговое значение PU_Thd4, запорный клапан 137 отключается, и значение таймера обнуляется. После чего регулирование насоса переводится в Режим 3, на инжектор 130 подается питание, чтобы удалить остатки восстановителя. Работа программы завершается после переведения СостояниеДозатора в подсостояние PU2. При обращении к программе и переведении СостояниеДозатора переводится в подсостояние PU2, для регулирования времени открытия инжектора используется таймер Таймер_РU1. Если время открытия инжектора превышает пороговое значение PU_Thd3, от инжектора отключается питание, и регулирование насоса переводится в Режим 0, при котором воздух внутри корпуса насоса выводится наружу. После чего значение таймера обнуляется, и работа программы завершается после того, как СостояниеДозатора переходит в состояние ПРОДУВКА_ЗАВЕРШЕНА.

Ссылаясь на РИС. 7а, состояния управления дозированием изменяются либо при изменении состояния двигателя, либо при получении команд от контроллера верхнего уровня, что определяет стратегии управления дозированием. Управление дозированием переходит в Состояние простоя 702 из Выключенного состояния после поступления сигнала о включении. Если получена команда на заливку КМД-Заливка, в процессе управления дозированием начинается заливка. В противном случае при получении сигнала о выключении устройства управления дозированием возвращается в Выключенное состояние. По окончании заливки, при получении команды КМД-Нормальное дозирование, устройство управления дозированием переходит в состояние дозирования 720, при котором начинается процесс регулирования давления, хода и скорости дозирования. В состоянии заливки 710 и состоянии дозирования 720, каждый раз при получении сигнала о выключении или команды КМД-простой, регулирование насоса переходит в состояние продувки 730 для удаления остатков восстановителя из насоса, гидравлического накопителя, линий и инжектора. По завершении продувки, в случае получения команды КМД-простой, устройство управления дозированием переходит в состояние простоя. В противном случае при поступлении сигнала о выключении устройство управления дозированием переходит в Выключенное состояние.

Помимо устройства управления дозированием в системе дозирования также необходим подогрев восстановителя при низкой температуре окружающей среды, чтобы предотвратить его замерзание. Как было сказано выше, в системе дозирования, изображенной на РИС. 4, в которой насос установлен внутри бака, в системе необходимо обеспечить только регулирование температуры бака для восстановителя и линии патрубка (например, линия 131 на РИС. 1), чтобы она не опустилась ниже температуры замерзания восстановителя. При регулировании температуры в баке датчик температуры (например, датчик температуры 404 на РИС. 4) в баке, для нагрева восстановителя может использоваться простое регулирование с обратной связью, такое как релейное регулирование, а при регулировании нагрева линии патрубка, поскольку размораживание восстановителя не требуется, на нагреватель подается ток только низкого напряжения (например, линейный нагреватель 132 на РИС. 1) для поддержания температуры линии на уровне выше температуры замерзания во время дозирования. Если насос устанавливается внутри бака, помимо регулирования температуры бака и регулирования нагрева линии прохождения, необходимы дополнительные устройства регулирования нагрева для регулирования температуры насоса (например, регулирование температуры насоса при помощи нагревателя 113, изображенного на РИС. 1) и температуры питающей линии (например, обогрев питающей линии 123 при помощи нагревателя 124, изображенного на РИС. 1). Зачастую нагрев обратной линии (например, линия 125 на РИС. 1) не обязателен. Тем не менее, если обратная линия находится ниже бака с восстановителем, в ней могут оставаться остатки восстановителя, и для поддержания нормальной температуры обратной линии необходим дополнительный нагреватель (например, нагреватель 117 на РИС. 1).

Система подачи сжатого воздуха

Регулирование давления с обратной связью гидравлического накопителя и двухступенчатое ШИМ-регулирование позволяют сохранять скорость дозирования нечувствительной к колебаниям давления в системе подачи сжатого воздуха, а использование насоса для повышения давления, как показано на РИС. 3a и РИС. 3b, позволяет обеспечить низкое давление в системе подачи сжатого воздуха. Таким образом, в настоящем изобретении для системы дозирования могут использоваться различные пневматические источники. Подходящим пневматическим источником в дизельном двигателе является сжатый поступающий воздух, генерируемый турбиной. Как показано на РИС. 8, отработавший газ, образуемый при работе двигателя 100, поступает в турбину 840 из выпускного коллектора 101. В компрессоре турбины происходит сжатие свежего воздуха, и долученный поток воздуха производит обмен тепловой энергии с охлаждающей жидкостью в Охладителе всасываемого воздуха (ОВВ) для уменьшения его температуры. Сжатый свежий воздух поступает во впускной коллектор двигателя для случая применения без использования устройств Системы повторной рециркуляции отработавших газов (СПРОГ). В случае применения с использованием СПРОГ (СПРОГ высокого давления), отработавший газ поступает в устройство СПРОГ 830 перед тем, как поступить в турбину 840. Отработавший газ, прошедший через устройство СПРОГ 830, смешивается со сжатым свежим воздухом, и полученный в результате заряженный поток воздуха поступает во впускной коллектор 801. Сжатый воздух низкой температуры (зачастую температура ниже 50°C), поступающий из ОВВ, может использоваться как источник воздуха для системы дозирования. В соответствии с РИС. 8, воздушный баллон 810 применяется в качестве накопителя для подачи сжатого воздуха в систему дозирования по каналу 811. Впускной канал 812 соединяется со сжатым воздухом посредством обратного клапана 813 и электромагнитного клапана 814, управляемого УУД 140 (РИС. 1) по линиям управления 815. Электромагнитный клапан 814 используется для регулирования потока воздуха, поступающего в воздушный баллон. Если процесс управления двигателем позволяет отбирать свежий воздух из поступающего воздуха, УУД подает питание на электромагнитный клапан 814. Затем сжатый воздух поступает в воздушный баллон 810, если его давление выше значения, установленного обратным клапаном 813. Скорость потока сжатого воздуха можно регулировать УУД при помощи ШИМ-сигнала, поступающего к электромагнитному клапану 814.

Несмотря на то, что в настоящем изобретении сжатый воздух также можно использовать для смешения с восстановителем для лучшего распыления, как это происходит в случае использования пневматической системы дозирования, в этом нет надобности, поскольку осуществляется постоянное регулирование давления восстановителя. Из-за характера гидравлических насосов с пневматическим приводом, которые являются единственным компонентом, потребляющим сжатый воздух в системе дозирования настоящего изобретения, в сравнении с пневматической системой дозирования потребление воздуха низкое: его уровень равен уровню потребления восстановителя и зачастую он ниже 7 л/час (10 бар) в большинстве случаев применения. Низкое потребление воздуха также является фактором, дающим возможность использовать поступающий в двигатель сжатый свежий воздух в качестве источника воздуха, поскольку сжатый воздух, необходимый для системы дозирования, - это всего лишь малая доля поступающего в двигатель воздуха.

Поскольку настоящее изобретение представлено на рисунках и описано в соответствии с ограниченным количеством предпочтительных вариантов выполнения изобретения, понятных для специалистов, компетентных в данной области, в изобретение разрешается вносить изменения, осуществлять его модификации и предлагать эквиваленты, имеющие ту же конфигурацию и выполняющие те же функции, не отклоняясь от важных характеристик настоящего изобретения. Таким образом, изобретение ограничивается только сущностью и объемом в соответствии с прилагаемыми пунктами формулы изобретения с учетом всех особенностей эквивалентов.

Изобретение относится к подаче восстановителя в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство для подачи восстановителя в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания состоит из бака для восстановителя; пневматического источника; гидравлического насоса с пневматическим приводом, в котором первый впускной канал имеет жидкостное сообщение с баком для восстановителя через обратный клапан, а второй впускной канал имеет жидкостное сообщение с пневматическим источником, первый выпускной канал выпускает сжатый воздух из гидравлического насоса с пневматическим приводом, а второй выпускной канал обеспечивает вытекание восстановителя, находящегося внутри гидравлического насоса с пневматическим приводом; инжектора для регулирования расхода восстановителя, поступающего в систему обработки отработавших газов; контроллера, сконфигурированного для регулирования давления восстановителя путем регулирования потока воздуха, поступающего от указанного пневматического источника в гидравлический насос с пневматическим приводом по второму впускному каналу, и потока воздуха, поступающего по первому выпускному каналу, и сконфигурированного для регулирования объема дозирования восстановителя, поступающего в систему обработки отработавших газов, путем регулирования времени открытия инжектора. Также раскрыт способ управления системой подачи жидкости. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного распыления восстановителя и упрощение системы дозирования восстановителя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил., 1 табл.

1. Устройство для подачи восстановителя в систему обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, состоящее из:
бака для восстановителя;
пневматического источника;
гидравлического насоса с пневматическим приводом, в котором первый впускной канал имеет жидкостное сообщение с баком для восстановителя через обратный клапан, а второй впускной канал имеет жидкостное сообщение с пневматическим источником, первый выпускной канал выпускает сжатый воздух из гидравлического насоса с пневматическим приводом, а второй выпускной канал обеспечивает вытекание восстановителя, находящегося внутри гидравлического насоса с пневматическим приводом;
инжектора для регулирования расхода восстановителя, поступающего в систему обработки отработавших газов;
контроллера, сконфигурированного для регулирования давления восстановителя путем регулирования потока воздуха, поступающего от указанного пневматического источника в гидравлический насос с пневматическим приводом по второму впускному каналу, и потока воздуха, поступающего по первому выпускному каналу, и сконфигурированного для регулирования объема дозирования восстановителя, поступающего в систему обработки отработавших газов, путем регулирования времени открытия инжектора.

2. Устройство по п. 1, состоящее из
гидравлического накопителя, в котором впускной канал имеет жидкостное сообщение со вторым выпускным каналом гидравлического насоса с пневматическим приводом через обратный клапан, а выпускной канал имеет жидкостное сообщение с инжектором.

3. Устройство по п. 2, в котором средство для изменения объема помещено в гидравлический накопитель, и это средство для изменения объема изменяет объем с изменением давления восстановителя внутри гидравлического накопителя.

4. Устройство по п. 1, состоящее из
гидравлического канала, обеспечивающего жидкостное сообщение инжектора с баком для восстановителя, и запорного клапана, управляющего потоком жидкости в гидравлическом канале.

5. Устройство по п. 4, в котором контроллер сконфигурирован для отвода восстановителя из гидравлического насоса с пневматическим приводом путем открытия запорного клапана.

6. Устройство по п. 1, в котором гидравлический насос с пневматическим приводом размещен внутри бака для восстановителя.

7. Устройство по п. 1, в котором пневматический источник представляет собой турбину двигателя внутреннего сгорания.

8. Устройство по п. 1, в котором гидравлический насос с пневматическим приводом состоит из:
поршня, двигающегося вверх и вниз внутри гидравлического насоса с пневматическим приводом, разделяющего внутреннее пространство насоса на верхнюю полость, имеющую жидкостное сообщение с первым выпускным каналом и вторым впускным каналом, и нижнюю полость, имеющую жидкостное сообщение с первым впускным каналом и вторым выпускным каналом; и
гидравлического канала, обеспечивающего жидкостное сообщение верхней и нижней полостей через обратный клапан, когда поршень переходит в определенное положение.

9. Устройство по п. 8, в котором поршень образует среднюю полость внутреннего пространства гидравлического насоса с пневматическим приводом, которая имеет жидкостное сообщение с окружающей средой.

10. Устройство по п. 8, в котором поршень образует среднюю полость внутреннего пространства гидравлического насоса с пневматическим приводом, которая имеет жидкостное сообщение с окружающей средой, за исключением тех случаев, когда поршень находится в определенном положении.

11. Устройство по п. 1, состоящее из
дополнительного гидравлического насоса с пневматическим приводом, в котором первый впускной канал имеет жидкостное сообщение с баком для восстановителя через обратный клапан, второй впускной канал имеет жидкостное сообщение с пневматическим источником, первый выпускной канал предназначен для выпуска сжатого воздуха из гидравлического насоса с пневматическим приводом, а второй выпускной канал обеспечивает вытекание восстановителя, находящегося внутри гидравлического насоса с пневматическим приводом.

12. Устройство по п. 11, в котором контроллер сконфигурирован для управления поочередным переключением хода впуска и хода сжатия дополнительного гидравлического насоса с пневматическим приводом и гидравлического насоса с пневматическим приводом для обеспечения постоянного давления восстановителя.

13. Устройство по п. 1, состоящее из
расходомера Вентури, в котором впускное отверстие высокого давления имеет жидкостное сообщение с пневматическим источником, впускное отверстие низкого давления имеет жидкостное сообщение со вторым впускным отверстием и первым выпускным отверстием, а выпускное отверстие гидравлически соединено с окружающей средой.

14. Способ управления системой подачи жидкости, подразумевающий наличие бака для жидкости, насоса с ходом впуска и ходом сжатия, гидравлического накопителя, датчика давления, измеряющего значение давления жидкости в гидравлическом накопителе, и инжектора и предусматривающий:
нагнетание давления жидкости в гидравлическом накопителе при ходе сжатия насоса;
обеспечение регулирования с обратной связью для поддержания постоянного давления жидкости в гидравлическом накопителе при ходе сжатия насоса при минимальном значении, измеренном датчиком давления;
блокировку регулирования насоса с обратной связью при ходе впуска насоса; и
регулирование объема подаваемой жидкости путем регулирования времени открытия инжектора.

15. Способ по п. 14, подразумевающий:
слив остатков жидкости, содержащихся в гидравлическом накопителе, в бак для восстановителя; и продувку остатков жидкости, содержащихся в инжекторе.

16. Способ по п. 14, подразумевающий
регулирование скорости подачи жидкости с помощью метода широтно-импульсной модуляции для регулирования объема подаваемой жидкости при повторяющемся цикле управления в соответствии со значением, измеренным датчиком давления.

17. Способ, по п. 16, в котором метод широтно-импульсной модуляции предусматривает двухступенчатое регулирование, при котором в процессе регулирования первой ступени генерируется ШИМ-сигнал первой ступени и посылается команда на начало регулирования второй ступени для генерирования сигнала второй ступени в соответствии с минимальным значением, измеренным датчиком давления.

18. Способ по п. 14, в котором система подачи жидкости состоит из пневматического источника, имеющего жидкостное сообщение с насосом, подразумевающий:
подачу воздуха от пневматического источника в насос при ходе сжатия; и
выпуск воздуха из насоса при ходе впуска.

19. Способ по п. 18, в котором управление с обратной связью включает регулирование объема воздуха в насосе путем подачи воздуха от пневматического источника в насос, удержание воздуха в насосе и выведение воздуха из насоса в соответствии со значением, измеренным датчиком давления.

20. Способ управления системой дозирования жидкости, подразумевающий наличие бака для жидкости, первого насоса с ходом впуска первого насоса и ходом сжатия первого насоса, второго насоса с ходом впуска второго насоса и ходом сжатия второго насоса, гидравлического накопителя, датчика давления, обеспечивающего измерение значения давления жидкости в гидравлическом накопителе, и инжектора и предусматривающий:
нагнетание давления жидкости в гидравлическом накопителе при ходе сжатия первого насоса, который осуществляется первым насосом;
обеспечение регулирования с обратной связью для поддержания постоянного давления жидкости в гидравлическом накопителе при ходе сжатия первого насоса, который осуществляется первым насосом, при минимальном значении, получаемом от датчика давления, и начало хода впуска второго насоса, обеспечиваемого вторым насосом;
обеспечение регулирования с обратной связью для поддержания постоянного давления жидкости в гидравлическом накопителе при ходе сжатия второго насоса, который осуществляется вторым насосом, при минимальном значении, получаемом от датчика давления, и начало хода впуска первого насоса, обеспечиваемого первым насосом; и
регулирование объема подаваемой жидкости путем регулирования времени открытия инжектора.