СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F01N3/10 F02D21/08 F02M26/05 F02M26/06 

Область техники

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к способам эксплуатации двигателей с турбонаддувом.

Уровень техники

Двигатель с турбонаддувом может содержать систему рециркуляции выхлопных газов (EGR) высокого давления и систему EGR низкого давления. Система EGR высокого давления может быть реализована в двигателе за счет прохождения выхлопных газов из выпускной системы в месте выше по потоку относительно турбины турбонагнетателя во впускную систему двигателя в месте ниже по потоку относительно компрессора турбонагнетателя. Система EGR низкого давления может быть реализована в двигателе за счет прохождения выхлопных газов из выпускной системы двигателя в месте ниже по потоку относительно турбины турбонагнетателя во впускную систему двигателя в месте выше по потоку относительно компрессора турбонагнетателя. Система EGR низкого давления может иметь преимущество, заключающееся в том, что она имеет меньшую температуру по сравнению с системой EGR высокого давления, и таким образом температура заряда двигателя может быть снижена. С другой стороны, при использовании системы EGR высокого давления система управления двигателем может снизить массовую долю газов EGR, поступающих в цилиндр, на более высокой скорости в зависимости от изменения нагрузки двигателя по сравнению с использованием в двигателе системы EGR низкого давления. Таким образом, существуют преимущества и недостатки при использовании системы EGR высокого давления и системы EGR низкого давления.

Раскрытие изобретения

Изобретатели в данном изобретения установили, что система EGR высокого давления и система EGR низкого давления могут содержать одинаковые или различные компоненты. Следовательно, выхлопы двигателя могут в большой степени зависеть от того, какая система, EGR высокого давления или EGR низкого давления, подает газы в двигатель. Изобретатели устранили различия между подачей газов системой EGR высокого давления и системой EGR низкого давления в двигатель путем разработки способа эксплуатации двигателя, в котором: регулируют исполнительный механизм в зависимости от массовой скорости потока NOx при их прохождении по каналу системы EGR низкого давления от выпускной системы двигателя к системе впуска воздуха двигателя.

Путем регулировки исполнительного механизма в зависимости от массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления возможно обеспечить технический результат, заключающийся в регулировании выхлопов NOx двигателя до требуемого уровня. Например, если газы EGR поступают в двигатель с низкой массовой скоростью потока NOx, то исполнительной механизм двигателя может быть отрегулирован таким образом, чтобы увеличить массовую скорость потока NOx на выходе из двигателя и снизить расход топлива таким образом, что массовая скорость потока NOx на выходе из двигателя остается ниже порогового уровня NOx. По варианту, если газы EGR поступают в двигатель с высокой массовой скоростью потока NOx, то исполнительной механизм двигателя может быть отрегулирован таким образом, чтобы уменьшить массовую скорость потока NOx на выходе из двигателя. NOx, подаваемые в двигатель через систему EGR, проходят через двигатель, и их количество не может быть уменьшено при сгорании с помощью регулирования работы двигателя. Однако количество NOx, образующееся во время сгорания топливно-воздушной смеси, может быть скорректировано обратно пропорционально относительно количества NOx, подаваемых в двигатель с помощью системы EGR, таким образом, чтобы достичь требуемого уровня NOx в двигателе. Таким образом, если требуемая массовая скорость потока NOx через двигатель постоянен и если расход NOx в выхлопных газах, находящихся ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы селективного каталитического восстановления (SCR), падает из-за высокого коэффициента нейтрализации системы SCR, то количество NOx, образующееся в двигателе в результате сгорания, может быть увеличено без повышения массовой скорости потока NOx через двигатель, поскольку поток NOx, поступающий в двигатель с помощью системы EGR, падает.

Настоящее изобретение может содержать несколько преимуществ. Например, данный способ может обеспечить поддержание выхлопов двигателя на требуемом уровне при снижении расхода топлива. Кроме того, способ может быть предпочтительным с точки зрения улучшения обмена использования мочевины для снижения расхода топлива. Кроме того, способ может быть предпочтительным для снижения выхлопов двигателя при работе в переходном процессе.

Вышеуказанные и другие преимущества, а также отличительные признаки данного изобретения явно указаны в следующем подробном описании, которое может быть рассмотрено как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Следует понимать, что краткое описание приводится выше с целью представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании. Оно не предназначено для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано схематическое изображение двигателя;

На Фиг. 2 изображен график зависимости коэффициента нейтрализации каталитического нейтрализатора системы селективного каталитического восстановления (SCR) от температуры газов на впуске каталитического нейтрализатора SCR;

На Фиг. 3 изображен пример блок - схемы способа управления двигателем, содержащим систему EGR высокого давления и систему EGR низкого давления;

На Фиг. 4 изображен пример блок - схемы способа регулирования EGR между контурами системы EGR низкого давления и системы EGR высокого давления.

Осуществление изобретения

Изобретение относится к повышению эффективности работы двигателя, который содержит систему EGR высокого давления и систему EGR низкого давления. Эффективность работы двигателя может быть повышена с помощью компенсации изменений уровня NOx, которое может возникать в системах EGR низкого давления в связи с рабочими условиями после обработки. На Фиг. 1 изображен пример дизельного двигателя с наддувом, в котором способ по фиг.3 может регулировать работу двигателя для корректирования содержания NOx в газах EGR. На фиг. 2 показаны значения коэффициента нейтрализации NOx каталитического нейтрализатора системы SCR, и также фиг. 2 дает представление о диапазоне коэффициента нейтрализации NOx для системы SCR.

На фиг. 1 двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, причем один из цилиндров управляется с помощью электронного контроллера 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндров с поршнем 36, расположенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана соединенной с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 с помощью соответствующих впускного клапана 52 и выпускного клапана 54. Впускной клапан и выпускной клапан могут управляться с помощью впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено с помощью датчика 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено с помощью датчика 57 выпускного кулачка.

Топливная форсунка 66 показана расположенной с возможностью осуществлять впрыск топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как прямой впрыск. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12. Топливо поступает в топливную форсунку 66 по топливной системе, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан), регулятор топливного насоса (не показан) и топливную рампу (не показана). Кроме того, на топливной рампе или рядом с ней может быть расположен дозирующий клапан, позволяющий регулировать поток топлива в замкнутом контуре. Дозирующий клапан насоса может также регулировать поток топлива в топливный насос, тем самым уменьшая количество топлива, нагнетаемого в топливный насос высокого давления.

Впускной коллектор 44 соединен с дополнительным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления расходом воздуха, поступающего из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 всасывает воздух из впускного канала 42 для подачи его в камеру 46 наддува. Турбина 164, работающая на выхлопных газах, соединена с компрессором 162 с помощью вала 161. В некоторых примерах может быть установлен охладитель наддувочного воздуха. Скорость компрессора может быть отрегулирована путем изменения положения устройства 72 управления поворотной лопатки или перепускного клапана 158 компрессора. Устройство 72 управления поворотной лопатки регулирует положение лопаток турбины с изменяемой геометрией. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164, передавая меньшее количество энергии для вращения турбины 164, если лопатки турбины находятся в открытом положении. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164, сообщая турбине 164 увеличенную силу, если лопатки турбины находятся в закрытом положении. Перепускной клапан 158 компрессора обеспечивает возврат сжатого воздуха с выпуска компрессора 162 на впуск компрессора 162. Таким образом, эффективность компрессора 162 может быть уменьшена для того, чтобы повлиять на расход через компрессор 162 и уменьшить давление во впускном коллекторе.

Сгорание происходит в камере 30 сгорания при воспламенении топлива с помощью воспламенения от сжатия, когда поршень 36 приближается к такту сжатия в верхней мертвой точке (TDC). В некоторых вариантах универсальный датчик 126 концентрации кислорода в выхлопных газах (UEGO) может быть соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. По варианту устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов представляет собой каталитический нейтрализатор системы селективного каталитического восстановления (SCR). По другому варианту устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой уловитель для обедненных NOx. Кроме того, в некоторых вариантах датчик 126 UEGO может представлять собой датчик NOx, который имеет чувствительные элементы для определения содержания NOx и кислорода. Выходной сигнал датчика 129 NOx представляет собой напряжение, пропорциональное концентрации NOx выше по потоку относительно турбины 164. По варианту датчик 126 может быть расположен ниже по потоку относительно турбины 164 и выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 127 NOx измеряет содержание NOx в выхлопной трубе ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов.

Концентрация и массовый расход NOx могут быть определены в позициях 141-147. Позиция 141 представляет собой выпускной коллектор 48 двигателя выше по потоку относительно канала 76 системы EGR высокого давления. Позиция 142 расположена ниже по потоку относительно турбины 164 и выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Позиция 143 расположена на выпуске из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и выше по потоку относительно канала 81 системы EGR низкого давления. Позиция 145 представляет собой канал 81 системы EGR низкого давления. Позиция 144 представляет собой точку, расположенную ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и ниже по потоку относительно клапана 80 EGR в направлении потока выхлопных газов к выхлопной трубе 150. Позиция 146 представляет собой канал 76 системы EGR высокого давления.

При низких температурах двигателя запальная свеча 68 может преобразовывать электрическую энергию в тепловую, повышая таким образом температуру в камере 30 сгорания. При повышении температуры в камере 30 сгорания воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре с помощью сжатия происходит легче.

Как указано выше, по варианту устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может содержать блоки с катализатором SCR или улавливатель обедненных NOx. По другому варианту может быть использовано несколько устройств снижения токсичности выхлопных газов, каждое из которых имеет множество блоков. По варианту устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может содержать катализатор окисления. Устройство снижения токсичности выхлопных газов может содержать улавливатель для обедненных NOx, установленный после системы селективного каталитического восстановления (SCR), и (или) дизельный сажевый фильтр (DPF). Впрыск мочевины может быть выполнен выше по потоку относительно катализатора 70 SCR с помощью форсунки 90 для мочевины. Мочевина может быть подана в форсунку 90 из бака 91 мочевины. Датчик 93 уровня измеряет количество мочевины в баке 91 мочевины.

Газы из системы низкого давления для рециркуляции выхлопных газов (EGR) могут быть поданы в двигатель с помощью клапана 80 EGR. Клапан 80 EGR представляет собой двухходовой клапан, который перекрывает или создает поток выхлопных газов из точки ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов в точку в системе впуска воздуха двигателя выше по потоку относительно компрессора 162. Канал системы EGR низкого давления может содержать дроссель между впускным каналом 42 и клапаном 80 системы EGR низкого давления или в выхлопной трубе 150 для создания перепада давления.

Система EGR высокого давления может подавать газы в двигатель с помощью клапана 75 системы EGR высокого давления и канала 76 системы EGR высокого давления. Газы в системе EGR высокого давления могут проходить от выпускного коллектора 48 в точку ниже по потоку относительно дроссельной заслонки 62 при открытом клапане 75 системы EGR высокого давления, если давление в выпускном коллекторе 48 превышает давление во впускном коллекторе 44. Канал 76 системы EGR высокого давления и канал 81 системы EGR низкого давления могут содержать охладитель EGR.

Контроллер 12 по фиг. 1 представляет собой микрокомпьютер, содержащий: блок микропроцессора 102, порты ввода/вывода 104, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство ПО и стандартную шину данных. Помимо вышеописанных сигналов, контроллер 12 принимает различные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе: значение температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, соединенного с охлаждающим рукавом 114; положение педали газа, регулируемой ногой 132, от датчика положения 134, соединенного с педалью газа 130; давление в коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 121, соединенного с впускным коллектором 44; давление выхлопных газов выше по потоку от датчика давления 151; давление выхлопных газов ниже по потоку от датчика давления 152; давление наддува от датчика давления 122; концентрация кислорода в выхлопных газов из датчика кислорода 126; положение двигателя от датчика Холла 118, определяющего положение коленчатого вала 40; массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120 (например, от термоанемометра); положение дросселя от датчика 58. Для измерения атмосферного давления может быть также использован датчик (не показан) с целью последующей обработки контроллером 12. В предпочтительном варианте изобретения при каждом повороте коленчатого вала датчик 118 положения двигателя генерирует предварительно установленное количество импульсов через равные промежутки времени, с помощью которых можно определить частоту вращения двигателя (об/мин).

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В общем случае во время такта впуска выпускной клапан 54 закрыт, а впускной клапан 52 открыт. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, при этом поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра таким образом, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра в конце своего хода (например, при наибольшем объеме камеры 30 сгорания), как правило, известен специалистам в данной области техники как нижняя мертвая точка (BDC). При такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра с возможностью сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего такта и наиболее близок к головке цилиндра (например, при наименьшем объеме камеры 30 сгорания), как правило, известен специалистам в данной области техники как верхняя мертвая точка (TDC). Во время процесса, называемого в данном описании впрыском, топливо поступает в камеру сгорания. Впрыск топлива в цилиндр может быть выполнен несколько раз во время одного цикла цилиндра. Во время процесса, называемого в данном описании зажиганием, впрыснутое топливо зажигают с помощью воспламенения сжатием, что приводит к горению. При такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к TDC. При такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад в BDC. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, при такте выпуска выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, поршень возвращается в TDC.

Следует заметить, что все вышеописанное приведено исключительно для примера и моменты открытия и (или) закрытия впускного или выпускного клапанов могут быть изменены для того, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапана, позднее закрытие впускного клапана или различные другие примеры. Кроме того, в некоторых вариантах двухтактный цикл может быть применен вместо четырехтактного цикла.

Таким образом, система по фиг. 1 представляет собой систему двигателя, содержащую: двигатель, имеющий турбонагнетатель, канал системы EGR высокого давления, канал системы EGR низкого давления, воздухозаборник, выпускной коллектор; выпускную систему, соединенную с выпускным коллектором и содержащую каталитический нейтрализатор системы избирательной каталитической нейтрализации; и контроллер, содержащий исполняемые команды, сохраненные в постоянной памяти, причем исполняемые команды регулируют исполнительный механизм в зависимости от концентрации NOx в массе газов EGR, проходящих через канал системы содержит канал системы EGR низкого давления, обеспечивающий соединение между каналом для впуска воздуха и выпускной системой в месте ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы избирательной каталитической нейтрализации.

Система двигателя содержит исполнительный механизм, представляющий собой топливную форсунку, и дополнительные команды для поддержания требуемого расхода газов EGR при изменении концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления, и регулировку начала момента впрыска топлива для топливной форсунки в зависимости от значения концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления. Система двигателя дополнительно содержит датчик NOx, расположенный ниже по потоку относительно катализатора избирательной каталитической нейтрализации. Система двигателя, в которой выходной сигнал от датчика NOx представляет собой данные о концентрации NOx в массе газов EGR, проходящих в канале системы EGR низкого давления. Система двигателя, в которой контроллер дополнительно содержит команды для выборочной подачи газов EGR в двигатель с помощью канала системы EGR высокого давления, двигателя и канала системы EGR низкого давления.

На фиг. 2 показан график коэффициента нейтрализации каталитического нейтрализатора системы SCR в зависимости от температуры газов на впуске в каталитический нейтрализатор системы SCR. На графике 200 представлены примерные значения коэффициента нейтрализации NOx для устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, показанного на фиг. 1. Ось Y представляет собой коэффициент нейтрализации NOx в процентах. Ось X представляет собой температуру газов на впуске в каталитический нейтрализатора системы SCR в градусах по Цельсию.

Кривая 202 коэффициента нейтрализации системы SCR показывает, что устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов имеет низкий коэффициент нейтрализации NOx при температурах ниже 150°C. Например, коэффициент нейтрализации NOx при 150°C равен приблизительно 40 процентам и менее при низких температурах газов на впуске. Можно наблюдать, что коэффициент нейтрализации NOx резко возрастает и достигает приблизительно 90 процентов примерно при 185°C. Далее коэффициент нейтрализации NOx устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов медленно возрастает при температурах выше 185°C и достигает 100 процентов. При температуре около 390°C коэффициент нейтрализации NOx снова снижен до 90 процентов. Значение коэффициента нейтрализации NOx продолжает падать при повышении температуры на впуске системы SCR.

Таким образом видно, что концентрация NOx в газах системы EGR низкого давления может быть различной, даже если содержание NOx на выпуске из двигателя постоянное, поскольку коэффициент нейтрализации системы SCR может быть различным. Кроме того, как более подробно описано со ссылкой на способ, показанный на фиг. 3, на содержание NOx на выпуске из двигателя (например, NOx, образуемый при сгорании, и NOx, подаваемый назад в двигателя вместе с выхлопными газами) может повлиять количество NOx, подаваемое в двигатель с помощью канала системы EGR низкого давления. Следовательно, предпочтительно учитывать концентрацию NOx на выпуске из двигателя или массовый расход NOx и коэффициент нейтрализации системы SCR при расчете количества NOx, производимого двигателем при подаче в него газов системы EGR низкого давления.

На фиг. 3 показан способ управления двигателем, имеющим каналы систем EGR низкого и высокого давления. По варианту управление системой, показанной на фиг. 1, может быть воплощено в соответствии со способом, представленным на фиг. 3. Кроме того, способ, представленный на фиг. 3, может быть встроен в контроллер 12, показанный на фиг. 1, с помощью исполняемых команд, сохраненных в постоянной памяти.

На этапе 302 способа 300 определяют коэффициент нейтрализации системы SCR и концентрацию NOx в выхлопных газах ниже по потоку относительно системы SCR. Система SCR может быть расположена в выпускной системе, как показано на фиг. 1. По варианту коэффициент нейтрализации системы SCR может быть определен с помощью вычитания значения концентрации NOx в точке ниже по потоку относительно системы SCR из значения концентрации NOx выше по потоку относительно системы SCR и деления полученного результата на значение концентрации NOx в точке выше по потоку относительно системы SCR. По варианту коэффициент нейтрализации системы SCR может быть рассчитан на основании температуры системы, срока службы системы SCR, сохраненном аммиаке (NH₃) и объемной скорости системы SCR. Способ 300 переходит на этап 304 после того, как был определен коэффициент нейтрализации системы SCR.

На этапе 304 способа 300 оценивают, превышает ли период времени с момента остановки двигателя (например, период работы двигателя) пороговый период времени, либо превышает ли коэффициент нейтрализации системы SCR пороговый коэффициент нейтрализации системы SCR, либо находится ли концентрация NOx ниже по потоку относительно системы SCR ниже порогового значения концентрации NOx. Если временной период с момента остановки двигателя превышает пороговой временной период, или если коэффициент нейтрализации системы SCR превышает пороговый коэффициент нейтрализации системы SCR, или если концентрация NOx ниже по потоку относительно системы SCR ниже порогового значения концентрации NOx, то получают положительный ответ, и способ 300 переходит на этап 308. В ином случае получают отрицательный ответ, и способ 300 переходит на этап 306.

На этапе 306 способа 300 задействуют контур системы EGR высокого давления в зависимости от рабочих условий. По варианту задействование контура системы EGR высокого давления происходит в зависимости от скорости вращения и нагрузки двигателя. Кроме того, задействование контура системы EGR высокого давления может происходить в зависимости от температуры двигателя. Если скорость вращения и нагрузка двигателя достигают условий, при которых происходит регулирование системы EGR высокого давления, клапан системы EGR высокого давления может быть открыт и газы системы EGR высокого давления могут быть поданы от точки в выпускной системе выше по потоку относительно турбины к впускному коллектору двигателя. После выборочного задействования контура системы EGR высокого давления способ 300 закончен.

На этапе 308 способа 300 оценивают, задействован ли контур системы EGR низкого давления. Контур системы EGR низкого давления задействован в случае, когда газы EGR проходят по каналу системы EGR низкого давления к воздухозаборнику двигателя. Контур системы EGR низкого давления может содержать двигатель, канал системы EGR низкого давления, впуск двигателя и выпускную систему. Если контур системы EGR низкого давления задействован, то получают положительный ответ, и способ 300 переходит на этап 310. В ином случае получают отрицательный ответ, и способ 300 переходит на этап 306.

На этапе 310 способа 300 задействуют контуры систем EGR низкого и высокого давления, причем задействование контура системы EGR высокого давления и контура системы EGR низкого давления в зависимости от рабочих условий необязательно. По варианту контур системы EGR высокого давления задействован путем открытия клапана системы EGR высокого давления, что позволяет газам системы EGR высокого давления проходить от точки в выпускной системе выше по потоку относительно турбины ко впускному коллектору двигателя. Контур системы EGR низкого давления задействован путем открытия клапана системы EGR низкого давления, что позволяет газам системы EGR низкого давления проходить от точки в выпускной системе ниже по потоку относительно турбины ко впускной системе двигателя выше по потоку относительно компрессора. Системы EGR низкого и высокого давления могут быть выборочно отрегулированы после их задействования в зависимости от рабочих условий двигателя и транспортного средства. После задействования контуров систем EGR низкого и высокого давления способ 300 переходит на этап 312.

На этапе 312 способа 300 вычисляют концентрацию NOx в нескольких точках в выпускной системе, показанной на фиг. 1. Кроме того, при способе 300 определяют общий массовый расход, концентрацию NOx и массовую скорость потока NOx в выбранных точках в выпускной системе, показанной на фиг. 1.

Массовая скорость потока NOx в точке 141 имеет вид:

(общий массовый расход в точке 141)

(массовый расход NOx в точке 141)

где - общий массовый расход воздуха в точке 141 на фиг. 1, - массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, который может быть определен с помощью датчика расхода воздуха, - масса топлива, поступающего в двигатель, которая может быть определена длительностью импульса топливной форсунки, - общий массовый расход в точке 145 на фиг. 1, и где - общий массовый расход в точке 146 на фиг. 1. [NOx]₁₄₁ представляет собой концентрацию NOx в точке 141 и С₀ представляет собой коэффициент согласования размерности. Массовая скорость потока NOx в точке 141 (на выходе двигателя) имеет вид и представляет собой сумму массовой скорости потока NOx, образованного в двигателе , массовой скорости потока NOx в канале высокого давления массовой скорости потока NOx в канале низкого давления .

Массовая скорость потока NOx в точке 142 имеет вид:

(общий массовый расход в точке 142)

(массовый расход NOx в точке 142)

где - общий массовый расход в точке 142, [NOx]₁₄₂ представляет собой концентрацию NOx в точке 142, и С₀ представляет собой коэффициент согласования размерности. Остальные параметры описаны выше.

Массовая скорость потока NOx в точке 143 имеет вид:

(общий массовый расход в точке 143)

(массовый расход NOx в точке 143)

где - общий массовый расход в точке 143, представляет собой концентрацию NOx в точке 143, и η_NOx представляет собой коэффициент нейтрализации системы SCR (например, позиция 70 на фиг. 1). Остальные параметры описаны выше.

Массовая скорость потока NOx в точке 144 имеет вид:

где - общий массовый расход в точке 144, представляет собой массовая скорость потока NOx в точке 144. Остальные параметры описаны выше.

Массовый расход NOx в точке 145 имеет вид:

где - массовая скорость потока NOx в точке 145, [NOx]₁₄₂ - концентрация NOx в точке 142, и где другие параметры описаны выше. Массовый расход NOx в точке 145 имеет вид

Изобретатели описывают один способ вычисления массового расхода NOx в каталитическом нейтрализаторе системы SCR.

Случай 1: после обработки с коэффициентом нейтрализации 100%.

где - массовая скорость потока NOx в точке 145, где - массовый расход NOx в точке 147, где - массовая скорость потока NOx в точке 141 или выход из двигателя, - массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, где - масса топлива, поступающего в двигатель, где - общий массовый расход в точке 145 на фиг.1, где С₀ - коэффициент согласования размерности, и где [NOx]_FG1 - концентрация NOx на выходе двигателя для случая 1. Случай 1 представляет собой один предельный случай, когда система SCR нейтрализует все содержание NOx, поступающих в систему SCR в N₂ и Н₂О, и когда количество NOx, поступающее в систему SCR, равно количеству NOx, производимому двигателем.

Случай 2: после обработки с коэффициентом нейтрализации 0%.

где параметры случая 2 аналогичны параметрам случая 1, и где [NOx]_FG2 - концентрация NOx на выходе двигателя для случая 2. Случай 2 представляет собой другой предельный случай, когда система SCR не нейтрализует NOx, поступающие в систему SCR, и количество NOx, поступающее в систему SCR, равно количеству NOx, производимому двигателем, плюс количество NOx, рециркулирующее через канал системы EGR низкого давления.

Количество NOx, образующееся в двигателе, одинаково в случае 1 и в случае 2, поскольку предельные условия для горения в данных двух случаях одинаковы. Следовательно, верно следующее уравнение:

В результате расчет концентрации NOx на выходе двигателя при задействованной системе SCR может быть выполнен из концентрации NOx на выходе двигателя, когда система SCR не задействована. В частности, значение [NOx]_FG2 определено эмпирически и сохранено в памяти в виде таблицы или функции. Таблица или функция может быть проиндексирована на основании значений скорости и нагрузки, а также других параметров. Переменные и известны из момента впрыска топлива и измерений приточного воздуха. Кроме того, может быть определено на основании перепада давления на клапане 80 системы EGR низкого давления и положения клапана системы EGR низкого давления. Неизвестная переменная [NOx]_FG1 может быть вычислена из известных переменных. После того, как [NOx]_FG1 была вычислена, это значение может стать основой для регулирования впрыска мочевины, EGR, давления топлива, давления наддува и других исполнительных механизмов. Таким образом, концентрация NOx в канале системы EGR высокого давления может быть основана на вычисленном коэффициенте нейтрализации системы SCR, либо на известной концентрации NOx, если коэффициент нейтрализации работающей системы SCR не превышает пороговое значение. Кроме того, концентрация NOx, поступающего в систему SCR, может быть вычислена без помощи датчика NOx, расположенного выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов в системе, показанной на фиг. 1.

Таким образом, представлен способ эксплуатации двигателя, в котором: регулируют исполнительный механизм в зависимости от значения массовой скорости потока NOx в каталитическом нейтрализаторе NOx (например, улавливатель для обедненных NOx или систему SCR) при работе каталитического нейтрализатора NOx с коэффициентом нейтрализации, превышающим первый пороговый коэффициент нейтрализации во время первого условия, значение массовой скорости потока NOx в каталитическом нейтрализаторе NOx на основании массовой скорости потока NOx в выхлопной трубе при работе каталитического нейтрализатора NOx с коэффициентом нейтрализации, не превышающим второй пороговый коэффициент нейтрализации. Способ предусматривает, что каталитический нейтрализатор NOx представляет собой систему SCR или улавливатель для обедненных NOx. Исполнительной механизм представляет собой форсунку мочевины или клапан EGR. Исполнительной механизм может представлять собой топливный насос. Способ предусматривает, что первый пороговый коэффициент нейтрализации превышает 50%, и второй пороговый коэффициент нейтрализации не превышает 25%. В способе дополнительно предусматривают регулировку исполнительного механизма в зависимости от вычисления массовой скорости потока NOx в каталитическом нейтрализаторе NOx при втором условии, причем вычисление скорости потока NOx в каталитическом нейтрализаторе NOx основано на она одном из следующих значений: коэффициент нейтрализации каталитического нейтрализатора NOx, массовая скорость потока NOx через контур системы EGR низкого давления или концентрация NOx в контуре системы EGR низкого давления. Первое и второе условия могут представлять собой различные рабочие условия системы SCR или улавливателя для обедненных NOx. Такой режим работы может быть применен совместно с регулировкой исполнительного механизма в зависимости от концентрации NOx в канале системы низкого и (или) EGR высокого давления.

На фиг. 3 после определения общего массового расхода, скорости потока NOx и концентрации NOx в каждой точке способ 300 переходит на этап 314.

На этапе 314 оценивают необходимость регулировки массового расхода газов EGR в зависимости от значения концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления. Например, способ 300 может отрегулировать массовый расход газов EGR на основании концентрации NOx таким образом, чтобы в контуре системы EGR низкого давления мог быть установлена требуемая скорость потока NOx, подаваемых в двигатель. С другой стороны, общий массовый расход газов EGR может быть отрегулирован для установления требуемого массового расхода газов EGR таким образом, чтобы требуемый массовый расход газов EGR был получен вне зависимости от концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления. Таким образом, в данном варианте допускаются колебания в значении скорости потока NOx. По варианту по способу 300 производят регулировку массового расхода газов EGR в канале системы EGR низкого давления в зависимости от значения концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления при коэффициенте нейтрализации системы SCR, не превышающем пороговый коэффициент нейтрализации SCR, таким образом, осуществляют контроль содержания NOx в выхлопной трубе. Если коэффициент нейтрализации системы SCR превышает пороговый коэффициент нейтрализации, то регулируют массовый расход газов EGR для установления требуемого расхода газов EGR, и происходит регулировка исполнительного механизма для контроля содержания NOx в выхлопной трубе Если способ 300 определяет, что массу газов EGR необходимо отрегулировать в зависимости от значения концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления, то получают положительный ответ, и способ 300 переходит на этап 330. В ином случае получают отрицательный ответ, и способ 300 переходит на этап 320.

На этапе 330 способа 300 регулируют общий массовый расход газов EGR на основании значения концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления. Общий массовый расход газов EGR может содержать расход в контурах систем высокого и низкого давления. Таким образом, газы EGR в контуре системы высокого давления могут быть отрегулированы на основании концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления. Например, если концентрация NOx в контуре системы EGR низкого давления низкая по причине высокого коэффициента нейтрализации системы SCR, то массовый расход воздуха газов системы низкого и (или) EGR высокого давления может быть уменьшен. В противном случае, если концентрация NOx в контуре системы EGR низкого давления высокая по причине высокого коэффициента нейтрализации системы SCR, то массовый расход воздуха газов системы низкого и (или) EGR высокого давления может быть увеличен. При повышении или высоком уровне концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления масса газов EGR, проходящих по каналу или контуру системы EGR низкого давления, может быть уменьшена для поддержания значения расхода NOx в канале системы EGR низкого давления. При понижении концентрации NOx в контуре системы EGR низкого давления масса газов EGR, проходящих по каналу системы EGR низкого давления, может быть увеличена для поддержания значения скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR низкого давления может быть повышен путем увеличения степени открытия клапана системы EGR низкого давления. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR низкого давления может быть снижен путем уменьшения степени открытия клапана системы EGR низкого давления. После регулировки массового расхода газов EGR способ 300 переходит на этап 332.

На этапе 332 способа 300 выполняют регулировку исполнительного механизма на основании значения концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx в контуре системы EGR низкого давления. По варианту исполнительной механизм может представлять собой топливную форсунку. Открытие топливной форсунки может быть выполнено с опережением в случае, если концентрация NOx падает и (или) массовая скорость потока NOx снижена. Путем опережения открытия топливной форсунки при снижении концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx, количество NOx, образующееся при сгорании, может быть незначительно увеличено для компенсации снижения концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx в контуре системы EGR низкого давления. Кроме того, опережение открытия топливной форсунки позволяет снизить расход топлива путем увеличения крутящего момента двигателя. Таким образом, при эффективной работе системы SCR меньшее количество газов EGR поступает в двигатель с помощью канала системы EGR низкого давления таким образом, что работа двигателя может быть отрегулирована для улучшения характеристик двигателя. В противном случае при повышении концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx может иметь место задержка открытия форсунки таким образом, что количество NOx, образующееся в двигателе при сгорании, может быть снижено. Таким образом, моменты открытия форсунки могут быть отрегулированы для компенсации изменений концентрации NOx и (или) скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления.

По другому варианту исполнительный механизм может представлять собой форсунку мочевины. Если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления превышает требуемое значение, то форсунка мочевины может быть открыта в течение дополнительного времени для подачи дополнительного количества мочевины в систему SCR. Аналогичным образом если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления меньше требуемого значения, то форсунка мочевины может быть закрыта в течение дополнительного времени для подачи меньшего количества мочевины в систему SCR.

В другом варианте исполнительный механизм может представлять собой топливный насос. Если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления превышает требуемое значение, то выходное давление топливного насоса может быть увеличено по мере увеличения расход газов EGR в двигатель с целью снижения количества NOx, образующегося при сгорании, и снижения выброса твердых частиц. Аналогичным образом если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления меньше требуемого значения, то давление топливного насоса может быть снижено по мере уменьшения расхода газов EGR в двигатель с целью снижения расхода топлива.

По другому варианту исполнительный механизм может представлять собой клапан системы EGR низкого давления. Если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления превышает требуемое значение, то степень открытия клапана системы EGR низкого давления может быть уменьшена для снижения количества NOx, поступающего обратно в двигатель. Аналогичным образом если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления меньше требуемого значения, то степень открытия клапана системы EGR низкого давления может быть увеличена для повышения количества NOx, поступающего обратно в двигатель. После регулировки исполнительного механизма способ 300 переходит на этап 334.

На этапе 334 способа 300 выполняют регулировку исполнительного механизма на основании значения массовой скорости потока NOx в систему SCR. По варианту исполнительный механизм может представлять собой форсунку мочевины, и количество впрыскиваемой мочевины может быть увеличено в зависимости от повышения количества NOx, поступающего в систему SCR. После регулировки исполнительного механизма способ 300 закончен.

Следует заметить, что любое сочетание исполнительных механизмов, указанных на этапе 332, может быть отрегулировано в зависимости от значения концентрации NOx и (или) скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления.

На этапе 320 способа 300 выполняют регулировку расхода газов системы EGR низкого давления на основании требуемого значения расхода газов системы EGR низкого давления. Кроме того, исполнительный механизм отрегулирован на основании значения концентрации NOx и (или) скорости потока NOx в контуре системы EGR низкого давления. Например, если требуемый расход газов EGR в канале системы EGR низкого давления представляет собой постоянный расход, то может быть выполнена регулировка исполнительного механизма для компенсации значения концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. В частности, если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx возрастает в канале системы EGR низкого давления, то происходит задержка впрыска, выполняемого топливной форсункой, для снижения количества NOx, образующегося в двигателе при сгорании. В результате, когда NOx проходит по каналу системы EGR низкого давления и смешивается с NOx, образующимся при сгорании, общее количество NOx будет снижено по сравнению со случаем, когда регулировка исполнительного механизма не была выполнена. И наоборот, если концентрация NOx и (или) скорость потока NOx падает в канале системы EGR низкого давления, то имеет место опережение впрыска, выполняемого топливной форсункой, для увеличения количества NOx, образующегося в двигателе при сгорании, и крутящего момента двигателя и снижения расхода топлива. Следовательно, когда меньшее количество NOx проходит по каналу системы EGR низкого давления и смешивается с NOx, образующимся при сгорании, общее количество NOx может быть поддержано на необходимом уровне при низком расходе топлива.

В других вариантах исполнительный механизм может представлять собой топливный насос. Выходное давление топливного насоса может быть снижено в зависимости от увеличения концентрации и (или) массового расхода NOx в канале системы EGR низкого давления с целью уменьшения количества NOx, образующегося при сгорании таким образом, чтобы общее количество NOx, проходящего через двигатель, могло быть поддержано на требуемом уровне. Аналогичным образом выходное давление топливного насоса может быть увеличено в ответ на падение концентрации и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы сократить образование сажи в двигателе.

В другом варианте исполнительный механизм может представлять собой клапан системы EGR низкого давления. Степень открытия клапана системы EGR низкого давления может быть увеличена в ответ на повышение концентрации и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы сократить количество NOx, образующегося при сгорании. Аналогичным образом степень открытия клапана системы EGR низкого давления может быть уменьшена в ответ на снижение концентрации NOx и (или) массового расхода NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы снизить расход топлива в двигателе, одновременно поддерживая расход NOx в каталитическом нейтрализаторе системы SCR.

В другом варианте исполнительный механизм может представлять собой перепускной клапан или исполнительный механизм турбины с изменяемой геометрией (VGT) для регулирования давления наддува (например, давления впускного коллектора). Степень открытия перепускного клапана может быть уменьшена в ответ на падение расхода газов EGR или концентрации и (или) массового расхода NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы снизить потребление топлива в двигателе. Аналогичным образом степень открытия перепускного клапана может быть увеличена в ответ на увеличение концентрации и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления с целью поддержания топливно-воздушной смеси в двигателе, если более высокий массовый расход газов EGR применен для уменьшения количества NOx, образующегося в двигателе при сгорании.

По еще одному варианту исполнительный механизм может представлять собой форсунку мочевины, регулирующую подачу мочевины в систему SCR. Время открытия форсунки мочевины может быть увеличено в зависимости от увеличения концентрации и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы повысить коэффициент нейтрализации системы SCR и уменьшить количество NOx, выходящего из системы SCR. Аналогичным образом время открытия форсунки мочевины может быть уменьшено в зависимости от падения концентрации NOx и (или) массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления таким образом, чтобы увеличить расход мочевины. После регулировки расхода газов EGR и исполнительного механизма способ 300 закончен.

Таким образом, способ, представленный на фиг. 3, представляет собой способ эксплуатации двигателя, в котором: регулируют исполнительный механизм в зависимости от массового расхода окислов азота (NOx) при их прохождении по каналу системы EGR низкого давления от выпускной системы двигателя к системе впуска воздуха двигателя. Способ предусматривает исполнительный механизм, представляющий собой форсунку мочевины, и уменьшение количества мочевины, впрыскиваемой в выпускную систему двигателя при понижении массовой скорости потока NOx.

По варианту способ предусматривает исполнительный механизм, представляющий собой топливную форсунку, и опережение впрыска топлива в зависимости от снижения массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. Способ, в котором предусмотрен исполнительный механизм, представляющий собой клапан EGR, и уменьшение количества газов EGR, подаваемых в двигатель, в зависимости от снижения массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. Способ, в котором предусмотрен исполнительный механизм, представляющий собой топливный насос, и уменьшение выходного давления топливного насоса в зависимости от снижения массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. Способ, в котором предусмотрен исполнительный механизм, представляющий собой перепускной клапан турбонагнетателя или VGT, и уменьшение давления наддува в зависимости от снижения массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления. Способ, в котором вычисляют массовую скорость потока NOx на основании концентрации NOx ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы SCR и массовый расход в канале системы EGR низкого давления.

Способ по фиг. 3 также представляет способ эксплуатации двигателя, в котором: выбирают между подачей газов EGR в двигатель с помощью канала системы EGR высокого давления и канала системы EGR низкого давления в зависимости от значения концентрации NOx в точке в выпускном канале ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы SCR. Способ предусматривает выбор канала системы EGR высокого давления в зависимости от того, что значение концентрации NOx в точке в выпускном канале ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы SCR превышает пороговое значение концентрации NOx, и выбирают канал системы EGR низкого давления в зависимости от того, что значение концентрации NOx в точке в выпускном канале ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора системы SCR меньше порогового значения концентрации NOx. Способ также предусматривает регулировку исполнительного механизма на основании значения массовой скорости потока NOx в канале системы EGR низкого давления.

По варианту способ предусматривает исполнительный механизм, представляющий собой форсунку мочевины. Способ предусматривает, что исполнительный механизм представляет собой топливную форсунку, а также опережение впрыска из топливной форсунки во время цикла цилиндра в зависимости от снижения концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления. В соответствии со способом впрыскивают мочевину в каталитический нейтрализатор системы SCR в зависимости от значения концентрации NOx в выхлопных газах, поступающих в каталитический нейтрализатор системы SCR. Также в соответствии со способом регулируют массовый расход газов EGR в зависимости от значения концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления.

На фиг. 3 представлен способ регулирования EGR между контурами систем EGR низкого и высокого давления. По варианту управление системой, показанной на фиг. 1, может быть воплощено в соответствии со способом, представленным на фиг. 4. Кроме того, способ, представленный на фиг. 4, может быть встроен в контроллер 12, показанный на фиг. 1, с помощью исполняемых команд, сохраненных в постоянной памяти.

На этапе 402 способ 400 определяет требуемое количество газов EGR или расход газов EGR для двигателя. По варианту требуемое количество газов EGR может быть определено эмпирически и сохранено в ячейках памяти, которые могут быть проиндексированы на основании текущей скорости вращения и нагрузки двигателя (например, крутящего момента). После определения требуемого количества газов EGR способ 400 переходит на этап 404.

На этапе 404 способа 400 определяют относительное количество газов EGR, которое должно быть подано с помощью контура системы EGR низкого давления и контура системы EGR высокого давления. По варианту контур системы EGR низкого давления и контур системы EGR высокого давления переносят часть требуемого количества газов EGR. Сумма газов EGR, поступающих по контуру системы EGR низкого давления и контуру системы EGR высокого давления, равна требуемому количеству газов EGR. Общее количество газов EGR может быть поделено на две части, поступающие по контуру системы EGR низкого давления и контуру системы EGR высокого давления, на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. Например, при скорости двигателя 2000 об/мин и нагрузке, равной 0,3, с помощью контура системы EGR высокого давления может быть подано 60% от общего требуемого массового расхода газов EGR, а 40% от общего требуемого массового расхода газов EGR может быть подано с помощью контура системы EGR низкого давления. Кроме того, данное соотношение может быть скорректировано на основании данных о температуре двигателя, температуре системы SCR и других рабочих условий. После определения относительного количества газов в системах EGR низкого и высокого давления способ 400 переходит на этап 406.

На этапе 406 способа 400 вычисляют концентрацию NOx и (или) скорость потока NOx в выхлопных газах в контурах систем EGR низкого и высокого давления. По варианту концентрация NOx в контуре системы EGR высокого давления может быть вычислена с помощью датчика NOx, например, датчиков 126 или 127 NOx, показанных на фиг. 1. Например, концентрация NOx, измеряемая датчиком 126 NOx, представляет собой концентрацию NOx в канале 76 системы EGR высокого давления, и концентрация NOx, измеряемая датчиком 127, представляет собой концентрацию NOx в канале 81 системы EGR низкого давления. По варианту массовый расход NOx в канале 76 системы EGR высокого давления вычислен в виде перепада давления между выпускным коллектором 48 и впускным коллектором 44, измеренного с помощью датчиков 121 и 129 давления. Перепад давления является основанием для индексирования эмпирически определенной функции, которая описывает поток, проходящий через клапан 75 системы EGR высокого давления. Массовый расход через канал 76 системы EGR высокого давления умножают на концентрацию NOx в канале 76 системы EGR высокого давления для получения массового расхода NOx в канале 76 системы EGR высокого давления. Аналогичным образом массовый расход NOx в канале 81 системы низкого давления вычислен в виде перепада давления между впускным каналом 42 и выхлопной трубой 150, определенного датчиком атмосферного давления и датчиком 152 давления. Перепад давления является основанием для индексирования эмпирически определенной функции, которая описывает поток, проходящий через клапан 80 системы EGR низкого давления. Массовый расход через канал 81 системы EGR низкого давления умножают на концентрацию NOx для получения массового расхода NOx в канале 81 системы EGR низкого давления. Концентрация NOx в контуре системы EGR низкого давления может быть вычислена с помощью датчика 127 NOx, показанного на фиг. 1. Массовый расход NOx в каждом соответственном контуре EGR может быть вычислен путем умножения концентрации NOx в канале EGR на расход газов EGR через канал EGR. Способ 400 переходит на этап 408 после того, как были определены концентрация NOx и значения расхода NOx.

На этапе 408 оценивают, превышает ли концентрация NOx и (или) массовый расход NOx в контуре системы EGR высокого давления пороговую концентрацию NOx или пороговая массовая скорость потока NOx. Пороговая концентрация NOx и (или) пороговая массовая скорость потока NOx могут быть различными в зависимости от рабочих условий. Если концентрация NOx или массовая скорость потока NOx в канале системы EGR высокого давления превышает пороговое значение, то массовый расход EGR в канале системы EGR высокого давления может быть увеличен для снижения температуры сгорания в цилиндре. Если концентрация NOx или массовая скорость потока NOx в канале системы EGR высокого давления меньше порогового значения, то массовый расход EGR в канале системы EGR высокого давления может быть уменьшен для снижения расхода топлива в двигателе. Если определяют, что концентрация NOx и (или) массовая скорость потока NOx в контуре системы EGR высокого давления превышает требуемое значение, то способ 400 переходит на этап 410. В противном случае способ 400 переходит на этап 412.

На этапе 410 способа 400 увеличивают массовый расход в канале системы EGR высокого давления для подачи дополнительного количества газов EGR в двигатель. Тем не менее, массовый расход в канале системы высокого давления может быть также ограничен пороговым значением. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR высокого давления может быть повышен с определенным шагом таким образом, что массовый расход в системе высокого давления газов EGR будет постепенно возрастать. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR низкого давления может быть уменьшен для компенсации увеличения массового расхода газов EGR в контуре системы EGR высокого давления. После повышения массового расхода в канале системы EGR высокого давления способ 400 переходит на этап 412.

На этапе 412 оценивают, превышает ли концентрация NOx и (или) массовый расход NOx в контуре системы EGR низкого давления пороговую концентрацию NOx или пороговый массовый расход NOx. Пороговая концентрация NOx и (или) пороговая массовая скорость потока NOx могут быть различными в зависимости от условий работы. Если концентрация NOx или массовый расход NOx в канале системы EGR низкого давления превышает пороговое значение, то массовый расход EGR в канале системы EGR высокого давления может быть увеличен для снижения температуры сгорания в цилиндре. Если концентрация NOx или массовая скорость потока NOx в канале системы EGR низкого давления меньше порогового значения, то массовый расход EGR в канале системы EGR высокого давления может быть уменьшен для снижения расхода топлива в двигателе. Если определяют, что концентрация NOx и (или) массовая скорость потока NOx в контуре системы EGR низкого давления превышает требуемое значение, то способ 400 переходит на этап 414. В противном случае способ 400 окончен. Если способ 400 окончен, то он может также уменьшить массовый расход газов EGR в контуре системы EGR высокого давления для снижения расхода топлива в двигателе.

На этапе 414 способа 400 регулируют массовый расход газов EGR в контуре системы EGR высокого давления в зависимости от значения концентрации NOx или массовой скорости потока NOx в контуре системы EGR низкого давления. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR высокого давления может быть повышен путем увеличения степени открытия клапана системы EGR высокого давления. Массовый расход газов EGR в контуре системы EGR низкого давления может быть уменьшен для компенсации увеличения массового расхода газов EGR в контуре системы EGR высокого давления. После регулировки массового расхода в системе EGR высокого давления способ 400 окончен.

Кроме того, соотношение газов в системе EGR низкого давления и системе EGR высокого давления может быть скорректировано при поддержании общего количества газов EGR, подаваемого в двигатель, на одном уровне в ответ на значение концентрации NOx в каналах системы низкого и (или) EGR высокого давления. Если концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления в определенном температурном диапазоне системы SCR/улавливателя для обедненных NOx превышает требуемое значение, то массовая доля газов EGR, поступающих в двигатель из контура EGR высокого давления, может быть увеличена. Аналогичным образом если концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления в определенном температурном диапазоне системы SCR/улавливателя для обедненных NOx меньше требуемого значения, то массовая доля газов EGR, поступающих в двигатель из контура EGR высокого давления, может быть уменьшена.

Таким образом, способ по фиг. 4 представляет собой способ эксплуатации двигателя, в котором: регулируют количество газов в системе EGR высокого давления и количество газов в системе EGR низкого давления, подаваемых в двигатель, в зависимости от значения массовой скорости потока NOx либо в канале системы EGR высокого давления, либо в канале системы EGR низкого давления. В соответствии со способом расход газов EGR в канале системы EGR высокого давления превышает расход EGR в канале системы EGR низкого давления, если концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления превышает пороговую концентрацию NOx. Кроме того расход газов EGR в канале системы EGR высокого давления меньше расхода EGR в канале системы EGR низкого давления, если концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления меньше пороговой концентрации NOx. Способ предусматривает объединение в двигателе количества газов в системе EGR высокого давления и количества газов в системе EGR низкого давления для получения требуемого количества газов EGR. Способ предусматривает увеличение количества газов в системе EGR высокого давления в зависимости от увеличения концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления. Способ предусматривает уменьшение количества газов в системе EGR высокого давления в зависимости от уменьшения концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления.

Способы, описанные по фиг. 3 и 4, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и так далее. Также различные операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ варианта изобретения, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Хотя явно не указано, специалистам в данной области техники будет понятно, что одно или несколько представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии.

Специалистам в данной области техники будут очевидны различные возможные варианты и модификации без отступления от сущности и объема изобретения. Например, описанная технология может быть успешно реализована для двигателей типов I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или на альтернативном топливе.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя заключается в том, что изменяют количество газов системы рециркуляции выхлопных газов (EGR), подаваемых в двигатель (10) с помощью канала (76) системы EGR высокого давления и канала (81) системы EGR низкого давления, в зависимости от концентрации NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора (70) системы селективного каталитического восстановления (SCR). Регулируют массовую скорость потока NOx на выходе из двигателя на основе массовой скорости потока NOx газов EGR, подаваемых в двигатель. Раскрыт вариант способ эксплуатации двигателя. Технический результат заключается в обеспечении поддержания выхлопов двигателя на требуемом уровне при снижении расхода топлива. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ эксплуатации двигателя, при котором:

изменяют количество газов системы рециркуляции выхлопных газов (EGR), подаваемых в двигатель с помощью канала системы EGR высокого давления и канала системы EGR низкого давления, в зависимости от концентрации NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора системы селективного каталитического восстановления (SCR); и

регулируют массовую скорость потока NOx на выходе из двигателя на основе массовой скорости потока NOx газов EGR, подаваемых в двигатель.

2. Способ по п. 1, при котором только канал системы EGR высокого давления подает газы EGR в двигатель, если концентрация NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора системы SCR превышает пороговое значение концентрации NOx, и только канал системы EGR низкого давления подает газы EGR в двигатель, если концентрация NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора системы SCR меньше порогового значения концентрации NOx.

3. Способ по п. 1, при котором дополнительно впрыскивают мочевину в каталитический нейтрализатор системы SCR в зависимости от концентрации NOx в выхлопных газах, поступающих в каталитический нейтрализатор системы SCR.

4. Способ по п. 1, при котором дополнительно регулируют массовую скорость потока газов EGR в зависимости от концентрации NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора системы SCR.

5. Способ по п. 1, при котором при регулировке массовой скорости потока NOx на выходе из двигателя регулируют исполнительный механизм.

6. Способ по п. 5, при котором исполнительный механизм представляет собой топливный насос, причем при регулировке массовой скорости потока NOx на выходе из двигателя увеличивают выходное давление топливного насоса при увеличении количества газов EGR, подаваемых в двигатель, и уменьшают выходное давление топливного насоса при уменьшении количества газов EGR, подаваемых в двигатель.

7. Способ по п. 5, при котором исполнительный механизм представляет собой топливную форсунку, и при снижении концентрации NOx в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора системы SCR выполняют опережение впрыска из топливной форсунки во время цикла цилиндра.

8. Способ эксплуатации двигателя, при котором:

изменяют массовую скорость потока газов EGR, подаваемых в двигатель, на основе концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления, когда концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления превышает пороговое значение; и

изменяют массовую скорость потока газов EGR, подаваемых в двигатель, на основе желаемой массовой скорости потока газов EGR, когда концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления меньше порогового значения.

9. Способ по п. 8, при котором, когда концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления меньше порогового значения, дополнительно регулируют количество NOx на выходе из двигателя на основе желаемой массовой скорости потока NOx на выходе из двигателя.

10. Способ по п. 8, при котором дополнительно оценивают массовую скорость потока NOx, подаваемого в двигатель через систему EGR, и регулируют количество NOx на выходе из двигателя обратно пропорционально относительно массовой скорости потока NOx, подаваемого в двигатель через систему EGR.

11. Способ по п. 8, при котором дополнительно подают газы EGR в двигатель только через канал системы EGR высокого давления, если время после остановки двигателя не превысило пороговое значение.

12. Способ по п. 8, при котором при изменении массовой скорости потока газов EGR, подаваемых в двигатель, на основе концентрации NOx в канале системы EGR низкого давления изменяют массовую скорость потока газов EGR, подаваемых в двигатель, как в канале системы EGR низкого давления, так и в канале системы EGR высокого давления.

13. Способ по п. 12, при котором массовую скорость потока газов EGR в канале системы EGR высокого давления и массовую скорость потока газов EGR в канале системы EGR низкого давления регулируют таким образом, что массовая скорость потока газов EGR в канале системы EGR высокого давления превышает массовую скорость потока газов EGR в канале системы EGR низкого давления, когда концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления превышает пороговое значение, а также таким образом, что массовая скорость потока газов EGR в канале системы EGR высокого давления меньше массовой скорости потока газов EGR в канале системы EGR низкого давления, когда концентрация NOx в канале системы EGR низкого давления меньше порогового значения.