СПОСОБ И СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСА ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ РАБОТЕ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F01N3/35 F01N3/20 F01N13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

В целом настоящее изобретение относится к способу управления выбросами оксидов азота (NO_x) двигателя, и, более конкретно, к способу контроля выбросов NO_x и управления этими выбросами при холодном старте на дизельных транспортных средствах.

Предшествующий уровень техники

Оксиды азота, например NO и NO₂, обозначаемые в целом как NO_x, являются обычными компонентами выбросов, содержащимися в выхлопных газах дизельных двигателей. Уровнями этих загрязняющих веществ управляют с целью обеспечения соответствия стандартам на выбросы, которое достигается путем восстановления этих веществ до газообразного азота с использованием катализатора избирательного каталитического восстановления (катализатора ИКВ), в котором в качестве восстановителя применяется впрыскиваемая мочевина или аммиак. Однако из-за того, что для разогрева устройств очистки выхлопных газов и активации катализатора, например, при холодном старте, небольшом разгоне и движении с небольшой скоростью при небольших нагрузках, требуется значительное время, выбросы NO_x из двигателя при холодном старте могут давать существенный вклад в общие выбросы NO_x.

Существует несколько подходов к устранению этого недостатка. Один подход, приведенный в качестве примера и представленный в патенте US 8407987 Андерсоном, раскрывает способ управления для системы очистки выхлопных газов двигателя, в котором поток компонентов выхлопных газов окисляется в катализаторе окисления, а затем восстанавливается в катализаторе ИКВ. Поток выхлопа через катализатор окисления регулируют в зависимости от требуемого соотношения между компонентами выхлопа, которое зависит от температуры катализатора ИКВ, при которой имеют наибольшую интенсивность определенные химические реакции.

Однако авторы настоящего изобретения выявили в этом подходе потенциальные проблемы. Например, несмотря на то что способ Андерсона дает возможность регулировать соотношение компонентов NO_x с использованием катализатора окисления, этот катализатор окисления не хранит NO_x. Поэтому для управления количеством NO_x, находящимся у катализатора окисления в любое заданное время, Андерсон использует регулирование потока выхлопа в стороне от окислительного материала или над ним с помощью клапанов. Однако данная конфигурация при относительно низких рабочих температурах может быть неэффективной для оптимального содействия преобразованию NO_x. Причина этого в том, что катализатор восстановления не может достичь температуры своей активации до того, как окисленные выхлопные газы войдут в соприкосновение с восстановительным агентом. Как следствие, может иметь место утечка NO_x через катализатор ИКВ без химического преобразования в N₂ и N₂O.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения обнаружили вышеуказанный недостаток и нашли подход по меньшей мере к частичному его устранению. В одном примерном подходе предлагается способ управления уровнями NO_x в исходном газе двигателя, имеющего пассивный поглотитель оксидов азота (ППОА) и катализатор ИКВ в выхлопном канале. Способ содержит корректировку момента впрыска топлива или степени рециркуляции выхлопных газов (РВГ) на основании сохранения и высвобождения NO_x из пассивного поглотителя (ППОА) с целью поддержания соотношения компонентов NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ в устройстве очистки выхлопных газов. Таким образом, осуществляется содействие преобразованию NO_x в незагрязняющие формы, например в N₂, чем снижаются выбросы транспортных средств.

В одном примере выхлопная система может содержать ППОА, расположенный в выхлопном канале выше по потоку от катализатора ИКВ. При холодном старте двигателя NO_x, выбрасываемые из двигателя в форме NO, сохраняются в ППОА до тех пор, пока ППОА не достигнет заданной температуры выше температуры активации катализатора ИКВ. Более конкретно, после поглощения NO ППОА может окислять эти NO таким образом, что основным компонентом будет NO₂, сохраняемый в виде нитратов, а эти нитраты разлагаются при температуре выше температуры активации катализатора ИКВ с высвобождением NO₂ в выхлоп. В зависимости от количества NO, выбрасываемого из двигателя, а также в зависимости от того, сохраняет ли ППОА NO_x или высвобождает NO₂, соотношение компонентов NO_x ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ может меняться. В частности, в зависимости от поглощения и высвобождения NO_x в ППОА и из него некоторое количество NO из двигателя может проходить через ППОА без преобразования в NO₂. Как здесь конкретизируется со ссылкой на фиг. 3, при условиях, когда NO₂ высвобождается из ППОА, может снижаться или увеличиваться степень РВГ и/или момент впрыска топлива может задаваться с опережением или с задержкой, чтобы тем самым увеличивать или уменьшать концентрацию NO ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ. Как следствие, корректировкой степени РВГ и/или момента впрыска топлива можно поддерживать заданное соотношение компонентов NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ. Это заданное соотношение может соответствовать определенному соотношению компонентов NO_x (например, конкретному отношению NO к NO₂), при котором становится возможным наиболее полное преобразование NO_x в N₂ восстановителем и катализатором ИКВ. Степень коррекции РВГ и момента впрыска топлива может определяться на основании оценки количества NO_x, сохраняемого и высвобождаемого поглотителем ППОА, которая выполняется на основании рабочего состояния и измерения выходных сигналов находящихся до и после ППОА датчиков содержания NOx в выхлопных газах. В некоторых вариантах осуществления изобретения с одним датчиком содержания NO_x после ППОА (т.е. без датчика NO_x до ППОА) концентрация NO_x до ППОА оценивается, исходя из условий работы двигателя, в число которых входят скорость, нагрузка, параметры РВГ, момент впрыска топлива и т.д.

Таким образом, путем корректировки степени РВГ и момента впрыска топлива можно получить заданное отношение NO к NO₂ выше по потоку от инжектора восстановителя и катализатора ИКВ и ниже по потоку от ППОА. Это дает возможность повысить качество преобразования NO_x при холодном старте двигателя. Путем сохранения NO в ППОА и последующего высвобождения NO₂ из ППОА при заданной температуре выше температуры активации катализатора ИКВ, расположенного ниже по потоку, становится возможным управление выбросами NO_x. В частности, чтобы сократить неэффективное каталитическое преобразование NO_x в N₂, выделение NO_x из ППОА допускают только при достижении оптимальных условий. Это дает возможность значительно снизить содержание компонентов NO_x в выбросах транспортных средств.

Вышеуказанные и другие преимущества и особенности настоящего изобретения должны стать очевидными из нижеследующего подробного описания, как самого по себе, так и вместе с сопровождающими его чертежами.

Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее подробно рассмотрены в описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, объем которого изложен в пунктах формулы изобретения. Более того, заявленное изобретение не ограничено вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых выше или в любом другом разделе данного описания.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема двигателя.

На Фиг. 2 представлена система очистки выхлопных газов с ППОА и катализатором ИКВ в выхлопном канале.

На Фиг. 3 представлена блок-схема высокоуровнего способа управления уровнями NO_x.

На Фиг. 4 представлена блок-схема высокоуровнего способа диагностики эффективности сохранения NO_x в ППОА выхлопных газов.

На Фиг. 5 представлен график примера коррекции уровней NO_x при холодном старте в соответствии с настоящим изобретением.

Раскрытие изобретения

Следующее описание относится к способам и системам для управления уровнями NO_x в выхлопной системе двигателя, например, такого, как показан на фиг. 1, путем использования пассивного поглотителя NO_x, расположенного выше по потоку от катализатора ИКВ в выхлопе, как показано на фиг. 2. Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, например, программы, показанной на фиг. 3, с целью корректировки степени РВГ или момента впрыска при холодном старте на основании по меньшей мере одного показателя поглощения NO_x и высвобождения NO_x пассивным поглотителем NO_x (ППОА). Контроллер также может исполнять программу для оценки поглотительной емкости ППОА и, тем самым, для диагностики функционирования ППОА, например, программу, показанную на фиг. 4. Пример коррекции для управления NO_x представлен со ссылкой на фиг. 5.

На Фиг. 1 представлена схема с одним цилиндром многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав двигательно-движительной системы транспортного средства. По меньшей мере частично двигатель 10 может управляться системой управления, содержащей контроллер 12, путем ввода, выполняемого оператором 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство ввода 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали, выполненный с возможностью формирования сигнала РР, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры 32 сгорания и расположенный внутри них поршень 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним приводным шкивом транспортного средства через промежуточную систему передачи. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) может быть связан пусковой электродвигатель, предназначенный для запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания выполнена с возможностью приема приточного воздуха из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и с возможностью выброса выхлопных газов, образующихся при сгорании, через выхлопной канал 48. Впускной коллектор 44 и выхлопной канал 48 могут избирательно соединяться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выхлопной клапан 54, соответственно. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выхлопных клапана.

В примере, представленном на фиг. 1, впускной клапан 52 и выхлопной клапан 54 могут управляться кулачковым приводом через соответствующие системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может быть выполнена с возможностью использования одной или нескольких из следующих систем, которые могут применяться контроллером 12 для варьирования работы клапана: изменяющийся профиль кулачка (CPS, от англ. cam profile switching), регулируемая фаза кулачкового распределения (VCT, от англ. variable cam timing), регулируемая фаза клапанного распределения (VVT, от англ. variable valve timing) и/или регулируемый подъем клапана (VVL, от англ. variable valve lift). Положение впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54 может определяться, соответственно, датчиками 55 и 57 положения. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускной клапан 52 и/или выхлопной клапан 54 могут управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 30 может, как вариант, содержать впускной клапан, управляемый посредством электрического привода клапана, и выхлопной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего систему CPS и/или VCT.

В некоторых вариантах осуществления изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько топливных инжекторов для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан содержащим один топливный инжектор 66. Топливный инжектор 66 показан соединенным непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в цилиндр. Кроме того, топливный инжектор 66 выполнен с возможностью реагирования на сигналы задержки или опережения момента впрыска топлива из контроллера 12. Также должно быть понятно, что в одном цикле двигателя цилиндр 30 может получать топливо в нескольких циклах сгорания.

В одном примере двигателем 10 может быть дизельный двигатель, в котором воспламенение смеси дизельного топлива с воздухом происходит путем компрессионного зажигания. В других неограничивающих вариантах осуществления изобретения двигатель 10 может использовать другое топливо, например, бензин, биодизель или спиртосодержащую топливную смесь (к примеру, бензин и этанол или бензин и метанол) при компрессионном зажигании и/или искровом зажигании.

Впускной канал 42 может содержать заслонку 62 с дроссельной шайбой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной шайбы 64 может изменяться контроллером 12 с использованием сигнала, подаваемого на электрический двигатель или исполнительное устройство, связанные с заслонкой 62; такая конфигурация известна под называнием электронной системы управления дроссельной заслонкой (ETC, от англ. electronic throttle control). Таким образом, заслонкой 62 можно управлять для регулирования притока воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания и другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной шайбы 64 может сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала TP положения заслонки. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе, предназначенные для передачи в контроллер 12 соответствующих сигналов MAF и MAP.

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления изобретения система рециркуляции выхлопных газов (РВГ) может направлять заданную часть выхлопных газов из выхлопного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 РВГ. Количество рециркулируемых газов может изменяться контроллером 12 с использованием клапана 142 РВГ на основании условий работы двигателя.

Система РВГ может содержать датчик 144 РВГ, расположенный в канале 140 РВГ. Датчик РВГ может быть выполнен с возможностью предоставления данных об одном или нескольких параметрах: давлении, температуре, соотношении воздуха и топлива в рециркулируемых выхлопных газах. При некоторых условиях система РВГ может изменять степень РВГ с целью регулирования температуры смеси воздуха и топлива в камере сгорания, чем реализуется способ управления моментом зажигания при некоторых режимах воспламенения. Кроме того, при некоторых условиях часть газов, образующихся при сгорании, может удерживаться или захватываться в камере сгорания путем управления моментами времени срабатывания выхлопного клапана, например, путем управления механизмом регулирования фазы клапанного распределения.

В другом примере степень РВГ может корректироваться для увеличения или уменьшения количества NO_x, выделяемого при сгорании из цилиндра в выхлопной канал 48. Как конкретизируется со ссылкой на фиг. 3, путем корректировки степени РВГ могут поддерживаться требуемые концентрация и соотношение компонентов NO_x в выхлопном канале выше по потоку от катализатора ИКВ выхлопных газов. Выхлопная система 128 может содержать датчик 126 выхлопных газов, связанный с выхлопным каналом 48 выше по потоку от системы 150 очистки выхлопных газов. Датчиком 126 выхлопных газов может быть любой пригодный датчик, выполненный с возможностью предоставления данных об отношении воздух/топливо в выхлопных газах, например, линейный датчик кислорода, или универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах (датчик UEGO, от англ. universal or wide-range exhaust gas oxygen), датчик кислорода с двумя состояниями, или датчик EGO, датчик HEGO (подогреваемый датчик EGO), датчик NO_x, НС или СО. Система 150 очистки выхлопных газов показана расположенной вдоль выхлопного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 выхлопных газов.

В примере, представленном на фиг. 1, системой 150 очистки выхлопных газов является система избирательного каталитического восстановления (ИКВ). Эта система ИКВ содержит по меньшей мере катализатор 152 ИКВ, резервуар 154 хранения восстановительного агента, например, мочевины или аммиака, и инжектор 156 восстановительного агента. Система 150 очистки выхлопных газов может дополнительно содержать пассивный поглотитель 162 NO_x (ППОА), который может содержать один или более драгоценных металлов, например, платину. В других вариантах осуществления изобретения система 150 очистки выхлопных газов может дополнительно или альтернативно содержать другие компоненты, например, катализатор окисления дизельного топлива (DOC) перед ППОА, фильтр частиц ниже по потоку от катализатора ИКВ или выше по потоку от ППОА, ловушку для NO_x малых концентраций, трехходовой катализатор, другие различные устройства для управления выбросами или их комбинации. В показанном примере инжектор 156 восстановительного агента обеспечивает подачу, например, мочевины или аммиака из резервуара 154 хранения. Однако могут использоваться разнообразные альтернативные подходы, например, использование твердых гранул мочевины, выделяющих пары аммиака, которые затем подаются или подводятся с определенной скоростью к катализатору 152 ИКВ.

Система 150 очистки выхлопных газов дополнительно содержит датчик 158 выхлопных газов выхлопной трубы, расположенный ниже по потоку от катализатора 152 ИКВ. В показанном варианте осуществления датчик 158 выхлопных газов может быть датчиком содержания NO_x, например, предназначенным для измерения количества NO_x после ИКВ. Система 150 очистки выхлопных газов может дополнительно содержать входной датчик 160 выхлопных газов, расположенный выше по потоку от инжектора 156 и катализатора 152 ИКВ и ниже по потоку от ППОА 162. Кроме того, еще один входной датчик 164 выхлопных газов может быть размещен выше по потоку от ППОА 162 ближе к коллектору выхлопных газов с целью измерения NO_x, выходящих из выхлопной системы 128. В показанных вариантах осуществления входным датчиком 164 выхлопных газов может быть датчик содержания NO_x, предназначенный, например, для измерения количества NO_x перед ППОА, а датчиком 160 выхлопных газов может быть датчик содержания NO_x для измерения количества NO_x после ППОА, поступивших в выхлопной канал для обработки в катализаторе 152 ИКВ.

В некоторых примерах поглощение в ППОА может определяться на основании выходного сигнала одного или нескольких датчиков из числа датчика 164 выхлопных газов, расположенного выше по потоку от ППОА 162 вблизи него, и датчика 160 выхлопных газов, расположенного ниже по потоку от ППОА 162 вблизи него. Например, эффективность поглощения NO_x или эффективность хранения NO_x поглотителем ППОА может определяться путем сравнения уровней содержания NO_{x выше по потоку от ППОА с уровнями содержания NOx ниже по потоку от ППОА с использованием датчиков содержания NOx, расположенных по обеим сторонам от ППОА. В других вариантах осуществления изобретения, где не предусмотрен специальный датчик содержания NOx выше по потоку от ППОА 162, эффективность хранения поглотителем ППОА может определяться на основании оценок уровня содержания NOx в исходном газе, выполняемых на основании, помимо прочих параметров, скорости двигателя, нагрузки, уровня РГВ и момента впрыска. В еще одном варианте осуществления для оценки сохранения в ППОА могут использоваться как специальный датчик содержания NOx выше по потоку от ППОА 162, так и оценки уровней содержания NOx во входном газе, сделанные на основании рабочих условий.}

Система 150 очистки выхлопных газов дополнительно содержит по меньшей мере один датчик температуры, расположенный выше по потоку от катализатора 152 ИКВ в непосредственной близости от него и предназначенный для измерения температуры выхлопных газов, поступающих в катализатор. В еще одном варианте осуществления по меньшей мере один датчик температуры, например, датчик 166 температуры, может быть размещен выше по потоку от ППОА 162 в непосредственной близости от него. Контроллер 12 может, таким образом, получать данные о температуре катализатора 152 ИКВ и/или ППОА 162 из одного или нескольких датчиков температуры.

Контроллер 12, показанный на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержит микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и значений параметров калибровки, показанный в этом конкретном примере как микросхема 106 постоянного запоминающего устройства, память 108 с произвольным доступом, оперативную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может иметь связь с датчиками, соединенными с двигателем 10, и может принимать из них различные сигналы в дополнение к сигналам, которые уже обсуждались выше, в том числе индуцированный сигнал массового расхода воздуха (MAF, от англ. mass air flow) из датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ, от англ. engine coolant temperature) из датчика температуры 112, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал съема профиля зажигания (PIP, от англ. profile ignition pickup) из датчика 118 на эффекте Холла (или датчика другого типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения заслонки (TP) из датчика положения заслонки; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) из датчика 122; и сигнал концентрации компонентов выхлопа из датчиков 126 и 158 выхлопных газов. Сигнал RPM скорости двигателя может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Кроме того, контроллер 12, среди прочего, выполняет вычисления для оценки поглощения NO_x в ППОА 162 на основании выходных сигналов вышеназванных датчиков, и сохраняет результаты этих вычислений для последующего использования.

В энергонезависимый носитель информации постоянного запоминающего устройства 106 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие команды, которые могут быть выполнены процессором 102 для реализации описываемых далее способов, а также других вариантов, которые предполагаются, но не излагаются конкретно. Примерные способы описываются здесь со ссылкой на фиг. 3-4.

Как указано выше, фиг. 1 представляет только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных/выхлопных клапанов, топливный инжектор, пусковую свечу и т.д..

На Фиг. 2 подробно представлен вариант осуществления системы 200 очистки выхлопных газов. В одном примере система 200 очистки выхлопных газов может быть размещена в системе двигателя, как, например вышеупомянутая система 150 очистки выхлопных газов на фиг. 1. Как показано, система 200 очистки выхлопных газов содержит первый выхлопной катализатор, например, пассивный поглотитель NO_x (ППОА) 162, и второй выхлопной катализатор, например, катализатор 152 ИКВ. Кроме того, выше по потоку от поглотителя ППОА может быть расположен катализатор окисления дизельного топлива (DOC, от англ. diesel oxidation catalyst). Первый выхлопной катализатор может представлять собой катализатор окисления, а второй выхлопной катализатор может представлять собой катализатор восстановления. Система 200 очистки выхлопных газов дополнительно содержит фильтр 226 твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (ФТЧД), расположенный ниже по потоку от ППОА 162 и катализатора 152 ИКВ, на дальнем конце выхлопного канала 206. В примере на фиг. 2 второй катализатор (катализатор восстановления, которым здесь в качестве примера является катализатор 152 ИКВ) расположен ниже по потоку от первого катализатора (катализатора окисления, которым здесь в качестве примера является ППОА 162) и выше по потоку от фильтра 226 ФТЧД. В другом варианте осуществления фильтр ФТЧД и/или катализатор DOC могут быть расположены выше по потоку от ППОА 162.

Инжектор 208 восстановителя выхлопа впрыскивает восстановительный агент (или восстановитель), например, мочевину или аммиак, в выхлопной поток в ответ на сигналы, принятые из контроллера 12. Впрыснутый восстановитель затем реагирует с компонентами NO_x выхлопных газов в катализаторе 152 ИКВ.

В примере, показанном на фиг. 2, восстановитель подается в инжектор 208 восстановителя выхлопа из резервуара 212 хранения восстановителя. Резервуаром 212 хранения восстановителя может быть, например, резервуар, пригодный для хранения восстановителя в некотором диапазоне температур. Восстановитель подается из резервуара 212 хранения восстановителя посредством насоса 214. Насос 214 отбирает восстановитель из резервуара 212 хранения восстановителя и подает его в выхлопной канал 206 при более высоком давлении. Как показано, насос 214 и инжектор 208 восстановителя соединены каналом 216 подачи восстановителя, по которому возможна подача жидкости.

Система 200 очистки выхлопных газов дополнительно содержит множество датчиков содержания NO_x выхлопных газов для оценки количества NO_x на различных участках вдоль выхлопного канала. Например, система 200 очистки выхлопных газов может содержать первый датчик 218 содержания NO_x в исходных газах выше по потоку от ППОА 162 (называемый здесь датчиком содержания NO_x до ППОА) и второй датчик 220 содержания NO_x в исходных газах, расположенный ниже по потоку от ППОА 162 и выше по потоку от инжектора 208 восстановителя и катализатора 152 ИКВ (называемый здесь датчиком содержания NO_x после ППОА). Известно, что датчики содержания NO_x обладают чувствительностью как к NO, так и к NO₂, а также к NH₃. Поэтому специальное размещение датчика NO_x после ППОА выше по потоку от точки впрыскивания восстановителя снижает паразитный сигнал от аммиака из восстановителя. Выходной сигнал выхлопных датчиков 218 и 220 содержания NO_x дает возможность получить оценку уровней содержания NO_x в выхлопных газах до поглощения в ППОА и после высвобождения из ППОА выше по потоку от катализатора ИКВ при различных условиях, например, при холодном старте двигателя. Например, чтобы сделать вывод о том, имеет ли место поглощение в ППОА или высвобождение из ППОА, выходной сигнал датчика 220 содержания NO_x после ППОА может сравниваться с выходным сигналом датчика 218 содержания NO_x до ППОА. В одном варианте осуществления, если контроллером 12 из датчика содержания NO_x после ППОА принято одно или несколько показаний, которые больше соответствующих одного или нескольких показаний из датчика содержания NO_x до ППОА, то контроллер может корректировать влияющие на содержание оксидов азота параметры двигателя (например, степень РВГ и/или момент впрыска топлива) таким образом, чтобы отношение показаний датчика содержания NO_x до ППОА и датчика содержания NO_x после ППОА имело выбранное значение.

Система 200 очистки выхлопных газов может дополнительно содержать третий датчик 224 содержания NO_x на выхлопной трубе, расположенный ниже по потоку от катализатора 152 ИКВ и предназначенный для предоставления данных об уровнях содержания NO_x в выхлопных газах, выходящих из катализатора ИКВ. Управление дозированием восстановителя может осуществляться, по меньшей мере частично, на основании количества NO_x в выхлопном канале 206, которое оценивается выше по потоку от катализатора ИКВ одним или несколькими датчиками 218, 220 содержания NO_x. С целью снижения выбросов NO_x при холодном старте может варьировать степень РВГ. В частности, путем корректировки степени РВГ часть NO_x двигателя может попадать в выхлопной канал без окисления в ППОА, чем обеспечивается заданное соотношение компонентов NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ. Например, для увеличения выбросов NO из двигателя степень РВГ может уменьшаться. Часть завышенного содержания NO может окисляться до NO₂, а оставшаяся часть может проходить без обработки. Результирующая смесь, высвобождающаяся из ППОА, может иметь заданное отношение NO к NO₂ в NO_x ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ. Это заданное соотношение компонентов NO_x дает возможность оптимально проводить химические реакции и преобразование в N₂O и N₂ у катализатора ИКВ.

Далее на фиг. 3 представлен пример программы 300 для управления уровнями NO_x в системе очистки выхлопных газов с ППОА и катализатором ИКВ в условиях холодного старта. Конкретно, исходя из температуры основания ППОА, программа определяет режим работы ППОА (к примеру, режим поглощения или режим высвобождения) и на основании этого режима и рабочих условий оценивает количество NO_x, поглощенного в ППОА. С использованием данных, выдаваемых дополнительными датчиками содержания NO_x, установленными на различных участках вдоль выхлопного канала, можно точно оценить общее количество NO_x, поглощенное в ППОА. Путем корректировки уровня содержания NO, выделяемого из двигателя, при том, что NO_x высвобождается из ППОА в виде NO₂, может быть достигнуто требуемое соотношение компонентов NO_x ниже по потоку от ППОА. Более конкретно, в зависимости от одного или более параметров, соотношение NO₂ и NO, отклоняющееся от требуемого отношения 1:1, может быть неоптимальным для каталитического преобразования, выполняемого восстановительным агентом над катализатором ИКВ. Например, входной газ NO_x, принятый из выхлопной системы в выхлопной канал, выше по потоку от ППОА в основном содержит NO. Однако в контакте с ППОА NO может быть окислен до NO₂ и сохранен в виде нитратов, в результате чего основным компонентом NO_x, высвобождаемого из ППОА, может быть NO₂. Для получения соотношения NO:NO₂, равного 1:1, могут выполняться корректировки степени РВГ и/или момента впрыска. Путем корректировки соотношения компонентов NO_x ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ повышается эффективность преобразования NO_x катализатором ИКВ, что снижает выбросы в выхлопе транспортного средства.

В шаге 302 программа 300 оценивает и/или измеряет рабочие условия двигателя. В число оцениваемых рабочих условий могут входить окружающие условия, например температура, влажность и барометрическое давление, а также рабочие условия транспортного средства, например, скорость и нагрузка двигателя, обеднение в двигателе, температура двигателя, температура выхлопного катализатора, давление подкачки, уровень топлива, давление в топливном баке, состояние заполнения поглотительной коробки парами топлива и т.д. В шаге 304 на основании одного или более выходных сигналов датчика температуры, расположенного в транспортном средстве, может подтверждаться достижение пороговой температуры. Как вариант, таймером, установленным при первоначальном запуске, может измеряться и подтверждаться время. При этом при требуемых условиях для снижения утечки NO_x через катализатор ИКВ в выхлопе может избирательно выполняться программа коррекции содержания NO_x с фиг. 3. В шаге 304 определяется, произошел ли первоначальный запуск моторизованного транспортного средства и находится ли это транспортное средство при заданных условиях. В одном варианте осуществления заданные условия могут подтверждаться тем, что один или более выходных сигналов по меньшей мере одного датчика температуры соответствует температуре ниже пороговой температуры, представляющей собой температуру холодного старта (температуру окружающей среды). В другом варианте осуществления пороговой температурой может быть температура выше температуры окружающей среды, но ниже температуры, при которой ППОА начинает высвобождать сохраненный NO_x. В других примерах заданные условия могут подтверждаться тем, что температура выхлопного катализатора стала ниже пороговой температуры, выше которой катализатор становится активным (также называемой здесь температурой активации катализатора). В еще одном варианте осуществления по таймеру, запущенному при первоначальном запуске, может измеряться время и сравниваться с заданным пороговым временем. При этом если измеренные температура и/или время больше заданных пороговых значений, то управление соотношением компонентов NO_x не осуществляется (306) и программа 300 завершается.

При выполнении заданных условий программа переходит к шагу 308, в котором накопленная масса NO_x у датчика до ППОА и у датчика после ППОА, вычисленная интегрированием произведения скорости потока на измеренную концентрацию NO_x от момента запуска способа, сбрасывается в 0. Путем сброса рассчитанных интегрированием масс NO_x предыдущие данные, полученные на основании данных из одного или более этих датчиков содержания NO_x, могут быть стерты, чтобы последующие измерения отражали текущие условия. Это гарантирует, что последующее управление содержанием NO_x осуществляется на основании текущих концентраций NO_x и скоростей потока в выхлопе, а не концентраций NO_x и скоростей потока в выхлопе, имевших место ранее.

В шаге 310 может подтверждаться, что достигнута первая необходимая пороговая температура для продолжения работы. Конкретно, для определения температуры основания ППОА, которая затем сравнивается с пороговой температурой, может использоваться выходной сигнал датчика температуры, соединенный с ППОА или находящийся вблизи него. Например, заданной пороговой температурой может быть температура, достаточно высокая для того, чтобы происходило как поглощение, так и высвобождение NO_x. В одном примере эта температура может иметь значение 260°С. Если показание датчика 222 температуры больше, чем пороговая температура, то программа 300 завершается. Таким образом, могут быть приняты во внимание ситуации с различными скоростями прогрева.

В шаге 312 запускается другой зависящий от температуры шаг, в котором температура основания ППОА может оцениваться и сравниваться со второй пороговой температурой. Конкретно, для определения температуры основания ППОА, которая затем сравнивается с пороговой температурой, может использоваться выходной сигнал датчика температуры, соединенный с ППОА или находящийся вблизи него. Этой пороговой температурой может быть температура, ниже которой ППОА может активно и эффективно поглощать NO_x (к примеру, ниже 200°С). Кроме того, ниже пороговой температуры количество NO_x, высвобождаемого из ППОА, может быть меньше наименьшего заданного количества. На основании оцененной температуры основания ППОА контроллер может определять, способен ли ППОА должным образом поглощать NO_x и не допускать выхода входного газа в выхлопной канал. В частности, если температура основания ниже пороговой температуры, может быть установлено, что ППОА находится в режиме хранения, при котором ППОА хранит (но пока не высвобождает) NO_x. Например, со ссылкой на фиг. 2, если температура основания ППОА 162, по данным датчика 222 температуры, меньше 200°С, то условие сохранения NO_x в ППОА 162 может быть выполнено. Однако если температура больше, чем, например, 200°С, то программа переходит к шагу 320.

После подтверждения в шаге 314 того, что ППОА находится в режиме сохранения или хранения, программа может инициировать измерения и оценки количества NO_x перед ППОА и NO_x после ППОА на основании выходных сигналов соответствующих датчиков содержания NO_x. В частности, датчиками содержания NO_x до и после ППОА, соответственно, может выполняться одно или более измерений, в число которых входит измерение концентрации (в миллионных долях, или м.д.) компонентов NO_x в выхлопных газах выше по потоку и ниже по потоку от ППОА. В другом примере может также использоваться датчик содержания NO_x во входном газе и/или датчик содержания NO_x выхлопной трубы. Масса NO_x в выхлопе в выхлопном коллекторе и в местах до ППОА и после ППОА может быть вычислена путем интегрирования произведения выходного сигнала NOx соответствующего датчика содержания NO_x на скорость потока выхлопных газов, причем эти значения могут измеряться или оцениваться и вычисляться непрерывно.

Кроме того, в шаге 316 концентрация NO_x двигателя из выхлопной системы 128 может быть оценена на основании рабочих условий, например, скорости потока выхлопных газов, отношения воздух/топливо в выхлопных газах, температуры выхлопных газов, нагрузки и скорости двигателя и т.д. Например, измерения скорости потока выхлопных газов дадут возможность вычисления суммарного содержания NO_x до и после ППОА. В другом примере во время холодного старта дизельный двигатель может работать при отношении воздух/топливо, соответствующем обеднению, что может увеличивать образование NO_x. Это, в свою очередь, может влиять на доступную емкость и скорость поглощения ППОА, а также на требуемое соотношение компонентов NO_x и скорость преобразования NO_x катализатором ИКВ. В шаге 318 данные о выбросе NO_x в выхлоп, оцененные на основании одного или более рабочих условий двигателя, могут записываться и храниться в памяти контроллера 12 для точной оценки количества NO_x, которое должно поглощаться и высвобождаться поглотителем ППОА. После сохранения этих данных измерения программа может возвращаться к шагу 312. Контроллер может продолжать оценку и обновление значений масс NO_x вблизи ППОА (выше по потоку и ниже по потоку от ППОА) до тех пор, пока температура основания ППОА не станет выше пороговой температуры.

Как конкретизируется ниже и со ссылкой на фиг. 4, количество NO_x в выхлопе у ППОА, оцененное при температуре ППОА меньше 200°С, может использоваться для того, чтобы в диагностической программе 400 делать выводы об эффективности поглощения NO_x поглотителем ППОА.

С другой стороны, если температура основания ППОА, измеренная датчиком температуры ППОА, больше второй пороговой температуры в шаге 312, то программа 300 переходит к шагу 320. В шаге 320 может определяться, впервые ли температура основания ППОА превысила пороговую температуру в данном ездовом цикле транспортного средства. В одном примере контроллер всякий раз, когда температура основания ППОА превосходит пороговую температуру, может устанавливать флаг, и на основании количества флагов, установленных в данном ездовом цикле транспортного средства, может определять, впервые ли температура основания ППОА превысила пороговую температуру. Если температура ППОА, измеренная как температура основания ППОА, превысила пороговую температуру впервые, то в шаге 338 может запускаться диагностическая программа ППОА, подробно представленная на фиг. 4. Завершив диагностическую программу, представленную на фиг. 4, программа может переходить к шагу 322.

Если температура основания ППОА превысила пороговую температуру не впервые, то диагностическая программа (фиг. 4) пропускается и программа может переходить к шагу 322.

В шаге 322 могут оцениваться концентрации NO_x до ППОА и сравниваться с концентрациями NO_x после ППОА. Конкретно, чтобы определить, происходит ли активное высвобождение NO_x, могут оцениваться и сравниваться выходные сигналы датчика NO_x после ППОА и датчика NO_x до ППОА. При этом, когда температура основания ППОА превысила пороговую температуру, ППОА мог перейти из режима хранения в режим высвобождения. Конкретно, при этом условии ППОА может высвобождать компоненты NO_x. В концентрацию NO_x в м.д. у датчика NO_x после ППОА может быть введена поправка (сделана корректировка), чтобы обеспечить уверенность в том, что результат измерения превышает наименьший порог. При введении поправки задается наименьший прирост количества NOx, при котором может разрешаться корректировка степени РВГ и/или момента впрыска. Иными словами, при разности, меньшей указанного наименьшего прироста, коррекция РВГ и/или момента впрыска топлива не могут быть надежно использованы для управления содержанием NO_x. Например, если выходной сигнал датчика содержания NO_x после ППОА меньше выходного сигнала датчика содержания NO_x до ППОА, умноженного на коэффициент 1,05 (где 5% - это наименьшее изменение, выше которого имеется значимая разность, которая дает возможность использования корректировок РВГ или момента впрыска), то считается, что NO_x не высвобождаются из ППОА. Если выходной сигнал из датчика содержания NO_x после ППОА больше выходного сигнала датчика содержания NO_x до ППОА, умноженного на коэффициент 1,05, то ППОА в шаге 324 считается высвобождающим NO_x.

Для дальнейшего повышения точности определения уровней содержания NO_x, высвобождаемых из ППОА, в шаге 326 может подтверждаться, что концентрация NO_x после ППОА больше, чем концентрация перед ППОА, причем концентрация NO_x после ППОА корректируется, чтобы учесть один или более искажающих факторов. Например, современные датчики содержания NO_x, как правило, регистрируют около 80% NO₂. Поэтому отличие в чувствительности к NO и NO₂ может быть учтено путем включения в вычисления, выполняемые контроллером 12, доли NO₂, которую может регистрировать по меньшей мере один датчик NO_x; эта доля обозначается здесь символом Δ и в этом конкретном примере принимается равной 0,8.

Кроме того, при высвобождении NO₂ из ППОА для достижения непосредственно выше по потоку от катализатора ИКВ соотношения NO:NO₂, равного 1:1, из-за того, что датчик после ППОА может регистрировать лишь приблизительно 80% NO₂, необходимое отношение уровня содержания NO_x, измеренного после ППОА, к уровню содержания NO_x, измеренному до ППОА, может быть равно 1,8. Например, при измеренной концентрации NO_x перед ППОА 200 м.д. количество NO_x после ППОА, необходимое для достижения соотношения NO:NO₂, равного 1:1, должно бы составлять 400 м.д., или 200 м.д. NO и 200 м.д. NO₂, как обсуждалось выше. Однако поскольку датчик после ППОА регистрирует только 80% NO_x, концентрация, измеренная датчиком содержания NO_x после ППОА, должна быть равна 200+0,8*200, или 360 м.д. При концентрации NO_x более 360 м.д. может иметь место избыток NO₂, высвобождаемых из ППОА, и может требоваться увеличение уровня NO во входном газе. Если концентрация NO_x, измеренная датчиком после ППОА, меньше 360 м.д., то из ППОА высвобождается недостаточно NO₂, и, возможно, следует снизить уровень NO во входном газе.

Чтобы избежать постоянных и неустойчивых коррекций степени РВГ и/или момента впрыска топлива, может быть добавлен еще один заданный коэффициент, называемый здесь допустимым отклонением ε отношения. Таким образом, корректировки параметров (к примеру, степени РВГ и момента впрыска), влияющих на уровни содержания NO_x, могут происходить только при выходе отношения показаний датчиков содержания NO_x за пределы выбранного интервала вокруг заданного значения. Поэтому в шаге 326 может проверяться, превышает ли концентрация после ППОА, измеренная датчиком 220 после ППОА, концентрацию NO_x перед ППОА в м.д., умноженную на (1,0+Δ+ε); такое превышение свидетельствует о том, что содержание NO недостаточно, и вызывает переход к шагу 330. Один или более аспектов управления двигателем (в частности, степень РВГ и/или момент впрыска топлива) может корректироваться для увеличения выхода NO из выхлопной системы в выхлопной канал с учетом выхода NO_x из двигателя, оцененного на основании различных рабочих условий (шаг 316) и/или измерений, выполненных датчиком содержания NO_x до ППОА. Корректировка степени РВГ и/или момента впрыска топлива для увеличения выхода NO из выхлопной системы в шаге 330 может содержать уменьшение степени РВГ и/или опережение момента впрыска топлива.

Если же масса после ППОА, измеренная датчиком 220 после ППОА, не больше концентрации NO_x перед ППОА в м.д., умноженной на (1.0+Δ+ε), то программа переходит к шагу 328. Дополнительно может подтверждаться, что показание датчика 220 после ППОА меньше концентрации NO_x перед ППОА в м.д., умноженной на (1.0+Δ-ε), что свидетельствует о возможном избытке NO. Если подтверждено, что эти условия выполняются, то программа переходит к шагу 332. В шаге 332 может корректироваться один или более аспектов управления двигателем (в частности, степень РВГ и/или момент впрыска топлива) с целью уменьшения выхода NO из выхлопной системы в выхлопной канал с учетом выхода NO_x из двигателя, оцененного на основании различных рабочих условий (шаг 312) и/или измерения датчиком содержания NO_x до ППОА. Корректировка степени РВГ и/или момента впрыска топлива для уменьшения выхода NO из выхлопной системы в шаге 332 может содержать увеличение степени РВГ и/или задержки момента впрыска топлива. Если вышеупомянутый параметр не подтвержден, то корректировки степени РВГ и момента впрыска не выполняются и программа 300 в шаге 334 завершается.

Должно быть понятно, что в шагах 330 и 332 могут выполняться тщательные корректировки степени РВГ, момента впрыска топлива и любых их комбинаций, чтобы с высокой точностью управлять содержанием NO_x в выхлопном канале выше по потоку от катализатора ИКВ. Кроме того, контроллер с целью увеличения или уменьшения уровня содержания NO может при выбранных условиях избирательно корректировать только степень РВГ, а при других условиях только момент впрыска топлива. Также при некоторых условиях контроллер может использовать как коррекцию степени РВГ, так и коррекцию момента впрыска топлива, варьируя долю каждого вида коррекции на основании условий ППОА. Эти корректировки выполняются, а степень каждой коррекции задается, как функция разности между заданным отношением и измеренным отношением показания датчика содержания NO_x после ППОА к показанию датчика содержания NO_x до ППОА (к примеру, как множитель, значение которого для определенного условия может быть найдено калибровкой). В одном варианте осуществления заданное отношение концентрации NO_x после ППОА к концентрации NO_x перед ППОА равно 1,8. Таким образом, контроллер для увеличения или уменьшения уровня содержания NO при выбранных условиях может использовать более высокую коррекцию степени РВГ и меньшую коррекцию момента впрыска топлива (в шагах 330, 332), а при других условиях меньшую коррекцию степени РВГ и более высокую коррекцию момента впрыска топлива (в шагах 330, 332).

В одном примере, если указанная функция разности для измеренного отношения незначительно больше 1,8, то степень РВГ и/или момент впрыска могут изменяться только на короткий период. В другом примере, если разность измеренного отношения значительно больше 1,8, то, чтобы оказать значительное влияние на количество NO выше по потоку от катализатора ИКВ, степень РВГ и/или момент впрыска могут изменяться на более продолжительный период. В некоторых примерах степень корректировок может быть функцией степени отклонения от заданного отношения, в которой чем сильнее измеренное отношение отклоняется от заданного отношения, тем больше коррекция РВГ или момента впрыска.

В еще одном примере, когда оцененное поглощение NO_x поглотителем ППОА высоко, а функция разности измеренного отношения концентрации NO_x после ППОА к концентрации NO_x перед ППОА выше заданного порога, контроллер для увеличения выхода NO может в большей степени делать более ранним момент впрыска топлива и в меньшей степени снижать степень РВГ. Аналогично, в тех же условиях для уменьшения выхода NO контроллер может в большей степени задерживать момент впрыска топлива, а степень РВГ увеличивать в меньшей степени. В одном примере для управления уровнями содержания NO в выхлопе, в большей степени корректировка момента впрыска топлива, и в меньшей степени корректировка степени РВГ, содержит только использование корректировки момента впрыска топлива.

В еще одном примере, когда оцененное поглощение NO_x поглотителем ППОА невелико, а функция разности измеренного отношения концентрации NO_x после ППОА к концентрации NO_x перед ППОА выше заданного порога, контроллер для увеличения выхода NO может в большей степени снижать степень РВГ и в меньшей степени делать более ранним момент впрыска. Аналогично, в тех же условиях для уменьшения выхода NO контроллер может в большей степени увеличивать степень РВГ, а момент впрыска задерживать в меньшей степени. В одном примере для управления уровнями содержания NO в выхлопе, в большей степени корректировка степени РВГ, и в меньшей степени корректировка момента впрыска содержит только использование корректировки степени РВГ.

В других примерах на основании условий ППОА, уровней содержания NO_x и функции разности измеренного отношения концентрации NO_x после ППОА к концентрации NO_x перед ППОА контроллер может использовать первую коррекцию для увеличения/снижения концентрации NO до первого уровня, а затем может использовать дополнительную коррекцию для дополнительного увеличения/снижения концентрации NO до требуемого уровня. Например, при первом условии, когда температура основания ППОА высокая, заполнение ППОА высокое и/или концентрация NO_x после ППОА высокая, контроллер может использовать корректировки РВГ для увеличения уровней содержания NO выше по потоку от катализатора ИКВ до первого уровня, а затем может использовать коррекцию момента впрыска топлива для дальнейшего увеличения уровней содержания NO выше по потоку от катализатора ИКВ с первого уровня до требуемого уровня, при котором отношение NO₂:NO приводится к выбранному значению, например, к значению 1:1. В другом примере, при втором условии, когда температура основания ППОА низкая, заполнение ППОА низкое и/или концентрация NO₂ после ППОА низкая, контроллер может использовать корректировки момента впрыска топлива для снижения уровней содержания NO выше по потоку от катализатора ИКВ до первого уровня, а затем может использовать коррекцию степени РВГ для дальнейшего снижения уровней содержания NO выше по потоку от катализатора ИКВ с первого уровня до требуемого уровня, при котором отношение NO₂:NO приводится к выбранному значению, например, к значению 1:1.

Кроме того, в число примеров могут входить дополнительные разновидности корректировок, управляющих содержанием NO_x. Например, при первом условии, когда температура основания ППОА больше, чем пороговая температура, а концентрация NO_x, оцененная у датчика после ППОА, больше, чем концентрация NO_x, оцененная у датчика до ППОА, умноженная на 1,8, контроллер для увеличения выделения NO из двигателя может уменьшать степень РВГ и/или делать более ранним момент впрыска топлива. При этом контроллер может, предпочтительно, делать момент впрыска топлива более ранним, если датчиком после ППОА зафиксирован более высокий уровень содержания NO_x. С другой стороны, при обнаружении датчиком после ППОА более низкого уровня содержания NO_x степень РВГ может, предпочтительно, уменьшаться.

При втором условии, когда температура основания ППОА выхлопа больше пороговой температуры, а концентрация NO_x у датчика после ППОА меньше концентрации NO_x у датчика до ППОА, умноженной на 1,8, контроллер может, предпочтительно, увеличивать степень РВГ и/или задерживать момент впрыска топлива в зависимости от условий, в число которых входят, без ограничения, различные рабочие условия, показания датчиков до и после ППОА, температура основания ППОА.

При всех вышеуказанных условиях соотношение NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ и ниже по потоку от ППОА поддерживается на выбранном уровне, например, на уровне 1:1.

Такое управление может приводить к тому, что NO₂ в NO_x после ППОА (NO₂, высвобожденный из ППОА) дополняется и смешивается с NO из выхлопа двигателя. В этом конкретном примере для получения соотношения NO:NO₂, равного 1:1, необходимого для повышения качества преобразования NO_x катализатором ИКВ во время холодного старта, отношение концентрации NO_x после ППОА к концентрации NO_x до ППОА может быть равно 2 (NO₂+NO (после ППОА):NO (до ППОА)). В одном примере, если датчик регистрирует 80% NO₂ (т.е. Δ=0,8) а коэффициент ε задан равным 5% или 0,05, то уровень РВГ и/или момент впрыска могут корректироваться только тогда, когда указанное отношение выше 1,85 или ниже 1,75. В другом примере величина корректировок момента впрыска и/или степени РВГ может определяться по оцененным уровням содержания NO_x, выброшенного в выхлопную систему 128, при этом уровни содержания NO_x могут быть оценены по рабочим условиям, как описано в шаге 316.

Следует понимать, что значения коррекции и требуемые соотношения, указанные в вышеприведенных примерах, могут быть специфичными для определенной конфигурации выхлопной системы двигателя, определенных рабочих условий и/или определенного варианта осуществления настоящего изобретения. Поэтому для других конфигураций выхлопной системы двигателя и других вариантов осуществления настоящего изобретения могут существовать разновидности и модификации этих значений.

На фиг. 4 представлена диагностическая программа 400, которая может выполняться для оценки эффективности поглощения в ППОА. В одном примере программа на фиг. 4 может выполняться как часть программы, показанной на фиг. 3, например, в шаге 338. В этом случае программа диагностики ППОА может вызываться, когда температура основания ППОА в первый раз стала выше пороговой температуры. Получив подтверждение того, что эксплуатационные характеристики ППОА не снизились, программа на фиг. 3 может возвращаться к использованию коррекции РВГ и момента впрыска топлива для управления содержанием NOx и поддержания выбранного отношения компонентов NO_x (к примеру, NO:NO₂) на участке ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ выхлопных газов.

В шаге 402 может подтверждаться, что условия запуска диагностической программы выполнены. В одном примере программа 400 может запускаться, когда измеренная температура основания ППОА выхлопа в первый раз в данном ездовом цикле транспортного средства превысила заданную пороговую температуру, как описано ранее в шаге 320 программы 300. Если это условие не выполняется, то программа может завершаться.

При подтверждении того, что условия запуска диагностической программы выполнены, в шаге 404 программа может извлекать из памяти контроллера данные измерений, относящихся к массе NO_x, поступивших из двигателя в ППОА. Эти данные могут служить показателем связывания или хранения NO_x в ППОА. В одном примере данные о заполнении ППОА могут вычисляться и сохраняться при выполнении шага 318 программы 300. При этом масса NO_x выше по потоку и ниже по потоку от ППОА могла быть измерена датчиками содержания NO_x до и после ППОА, соответственно, когда температура основания ППОА или вблизи него была меньше порогового значения. В шаге 404 с целью определения снижения эксплуатационных характеристик ППОА масса сохраненного NO_x после ППОА может делиться на массу NO_x перед ППОА, в результате чего получается значение частного, которое сравнивается с пороговым значением. В одном примере при таком сравнении показание датчика содержания NO_x после ППОА может корректироваться с целью учета величины наименьшей эффективности поглощения NO_x поглотителем ППОА, обозначаемой здесь как δ. Количество NO_x перед ППОА затем может умножаться на долю этой величины, например, на 1-δ, с целью получения более точного значения поглотительной емкости ППОА.

В одном примере, когда указанное частное выше порогового значения, к примеру, 0,5, может быть сделан вывод о том, что должного поглощения NO_x в ППОА не происходит, и, пока катализатор ИКВ не разогреется достаточно для преобразования NO_x, NO_x может выходить из ППОА и выхлопной системы двигателя. Соответственно, в шаге 406 программа содержит индикацию снижения эксплуатационных характеристик ППОА, например, включение подсветки индикатора MIL. Указанная индикация снижения эксплуатационных характеристик, может, как вариант, содержать демонстрацию оператору транспортного средства сообщения о том, что обнаружено снижение эксплуатационных характеристик двигателя, и может дополнительно содержать задание диагностического кода, сохраняемого в энергонезависимой памяти, соответствующего снижению эксплуатационных характеристик ППОА и конкретно указывающего на ППОА как на компонент, эксплуатационные характеристики которого снизились. Может быть предусмотрена возможность считывания указанного диагностического кода через интерфейсный порт на борту транспортного средства. В другом примере, когда значение вышеупомянутого частного ниже названного порогового значения, может быть сделан вывод о том, что NO_x должным образом скапливаются в ППОА и NO_x не выходит из ППОА. Соответственно, в шаге 408 может осуществляться индикация того, что ППОА исправен (его эксплуатационные характеристики не снижены). Программа затем может возвращаться к шагу 322 программы 300 и возобновлять использование корректировок РВГ и момента впрыска топлива для управления содержанием NO_x в выхлопе.

На фиг. 5 в виде графической диаграммы 500 представлен пример управления уровнями содержания NO_x в выхлопе в системе очистки выхлопных газов и соотношения компонентов NO_x в выхлопных газах ниже по потоку от ППОА выхлопа и выше по потоку от катализатора ИКВ выхлопа. Управление NO_x в выхлопе здесь осуществляется с использованием корректировки степени РВГ двигателя и/или момента впрыска топлива. Диаграмма 500 показывает температуру выхлопных газов на графике 502, концентрацию NO выше по потоку от катализатора ИКВ на графике 504, концентрацию NO₂ выше по потоку от катализатора ИКВ на графике 506, уровень хранения в ППОА на графике 508, активность катализатора ИКВ на графике 510, степень РВГ на графике 512 и момент впрыска топлива на графике 514. На всех графиках вдоль оси х отложено время.

В момент времени t₀ может быть инициирован перезапуск двигателя, при этом температура выхлопных газов ниже пороговой температуры Т1. При этом перезапуске в двигателе может образовываться NO, который может проходить через систему очистки выхлопных газов, поскольку температура катализатора ИКВ пока ниже температуры активации катализатора ИКВ. В первом периоде D1, начинающемся в момент времени t₀ и ограниченном моментом времени t₁, температура выхлопных газов ниже Т1 и ППОА может не сохранять NO_x. После того, как в момент времени t₁ достигнута температура Т1, ППОА может быть в режиме активного сохранения. В периоде D2, начинающемся в момент времени t₁ и ограниченном моментом времени t₃, в ППОА имеет место поглощение, в результате чего уровни выбросов NO_x ниже по потоку от ППОА могут снижаться. Это может обнаруживаться по меньшим показаниям датчика содержания NO_x после ППОА в сравнении с соответствующими показаниями датчика содержания NO_x до ППОА. В периоде D2 степень РВГ и/или момент впрыска могут не модифицироваться.

До момента времени t₂ температура Т2 (к примеру, температура активации катализатора ИКВ) может быть еще не достигнута, поэтому каталитическое преобразование входных выхлопных газов может быть неоптимальным. При достижении температуры Т2 в момент времени t₂ каталитическое преобразование катализатором ИКВ вместе со снижающейся активностью катализатора ИКВ может обеспечить более полное преобразование NO_x в N₂.

При достижении момента времени t₃ температура выхлопных газов может повыситься до пороговой температуры Т3, при которой ППОА может перейти в режим высвобождения. Во втором периоде D3 (выше Т3 в момент времени t₃ или позже) NOx, сохраненные в ППОА, могут активно выделяться и высвобождаться в выхлопной канал выше по потоку от инжектора восстановителя и катализатора ИКВ. В результате датчик содержания NO_x после ППОА может начать обнаруживать более высокие уровни по сравнению с величинами, обнаруживаемыми датчиком содержания NO_x до ППОА. Высвобожденные из ППОА компоненты NO_x (к примеру, NO₂) затем смешиваются с NO, выбрасываемым из двигателя, скорректированного путем увеличения или уменьшения степени РВГ и/или задержки или опережения момента впрыска топлива с целью обеспечения требуемого соотношения компонентов NO_x выше по потоку от восстановительного агента (к примеру, мочевины или аммиака) на катализаторе ИКВ. Поскольку температура Т3 выше Т2, при которой катализатор ИКВ уже разогрет, каталитическое преобразование NO_x в N₂ и N₂O может быть быстрым и эффективным, а количества NO и NO₂ будут быстро снижаться с аналогичными скоростями.

Техническим результатом корректировки степени РВГ или момента инжекции топлива является поддержание заданного отношения NO к NO₂ выше по потоку от инжектора восстановителя и катализатора ИКВ и ниже по потоку от ППОА. Степень одной или нескольких корректировок частично зависит от заполнения ППОА, которое определяется по рабочим условиям двигателя, в число которых входит один или несколько из следующих параметров: температура основания ППОА, соотношение воздух/топливо при сгорании, обеднение в двигателе и момент зажигания. Путем точной корректировки степени РВГ и/или момента впрыска на основании оцененных уровней NO_x, поглощенных и высвобожденных поглотителем ППОА, можно более точно управлять соотношением компонентов NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ и поддерживать это соотношение оптимальным для восстановления NO_x на катализаторе ИКВ. Это дает возможность повысить качество преобразования NO_x, особенно при холодном старте двигателя. Путем сохранения NO в ППОА и последующего высвобождения NO₂ из ППОА при заданной температуре выше температуры активации расположенного ниже по потоку катализатора ИКВ снижается утечка NO_x и становится возможным более управляемый выпуск компонентов NO_x. В целом выбросы в выхлоп при холодном старте транспортного средства меняются в лучшую сторону.

Следует учесть, что содержащиеся здесь примеры программ управления и оценки могут быть использованы с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Раскрытые здесь способы управления и программы могут быть сохранены в виде исполняемых команд в энергонезависимой памяти. Программы, конкретно раскрытые здесь, могут представлять один или несколько алгоритмов из неограниченного количества алгоритмов обработки, например, алгоритм на основе обработки событий, обработки прерываний, многозадачной обработки, многопотоковой обработки и т.п. При этом различные действия, операции и/или функции, которые представлены здесь, могут выполняться в показанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут опускаться. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно необходим для реализации всех раскрытых здесь особенностей и преимуществ примерных вариантов осуществления, но приведен для упрощения пояснения и описания. Одно или более из представленных действий, операций и/или функций может выполняться многократно в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, вводимый в энергонезависимую память машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.

Следует понимать, что рассмотренные в настоящем описании конструкции и алгоритмы по сути являются примерами и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена для оппозитных двигателей с 4 цилиндрами, а также для двигателей V-6, I-4, I-6, V-12 и в иных типах двигателя. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.

Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и субкомбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. В этих пунктах формулы может упоминаться элемент как представитель данного класса элементов, или «первый» элемент, или же эквивалентный ему элемент. Следует понимать, что такие пункты формулы содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и субкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новой формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такая формула изобретения также считается включенной в предмет настоящего изобретения независимо от того, является ли она более широкой, более узкой, тождественной или отличной в отношении границ объема первоначальной формулы изобретения.

Изобретение относится к области очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для снижения выбросов из двигателя при холодном старте. Выхлопная система, содержащая пассивный поглотитель оксидов азота (ППОА), может сохранять оксиды азота (NO_x) при холодном старте двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты оптимальные условия для высвобождения сохраненных NO_x в расположенный ниже по потоку катализатор ИКВ. Исходя из условий в ППОА, в число которых входят заполнение ППОА оксидами азота и температура основания ППОА, могут выполняться корректировки степени РВГ и/или момента впрыска с целью достижения оптимального для каталитической реакции соотношения компонентов NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ после того, как катализатор ИКВ достигнет своей температуры активации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для двигателя, содержащий этап, на котором посредством контроллера выполняют команды, сохраненные в энергонезависимой памяти, чтобы:

определить поглощение в пассивном поглотителе оксидов азота NO_x (ППОА), расположенном в выхлопном канале двигателя; и

скорректировать степень рециркуляции выхлопных газов (РВГ) двигателя в качестве реакции на заполнение ППОА с целью поддержания по существу выбранного значения отношения первого компонента NO_x ко второму компоненту NO_x выше по потоку от катализатора избирательного каталитического восстановления (ИКВ) и ниже по потоку от ППОА в выхлопном канале, причем указанная корректировка включает в себя следующие действия:

увеличивают степень РВГ в качестве реакции на превышение отношением первого компонента NO_x ко второму компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения; и

уменьшают степень РВГ в качестве реакции на превышение отношением второго компонента NO_x к первому компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения.

2. Способ по п. 1, в котором заполнение ППОА компонентами NO_x происходит в условиях холодного старта двигателя, когда температура катализатора ИКВ ниже температуры активации катализатора ИКВ.

3. Способ по п. 2, в котором заполнение ППОА определяют по рабочим условиям двигателя, в число которых входит один или несколько из следующих параметров: температура основания ППОА, соотношение воздух/топливо при сгорании, обеднение в двигателе и момент зажигания.

4. Способ по п. 3, в котором осуществляют корректировку, когда температура катализатора ИКВ выше указанной температуры активации, а температура основания ППОА выше пороговой температуры, при этом температуру основания ППОА оценивают датчиком температуры, соединенным с ППОА.

5. Способ по п. 4, в котором первым компонентом NO_x является NO, вторым компонентом NO_x является NO₂, а выбранным уровнем отношения NO:NO₂ является 1:1.

6. Способ по п. 5, в котором соотношение компонентов NO_x оценивают на основании выходных сигналов датчика содержания NO_x, расположенного до ППОА выше по потоку от поглотителя ППОА, и датчика NO_x, расположенного после ППОА ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ и от инжектора, доставляющего восстановительный агент в выхлопной канал выше по потоку от катализатора ИКВ.

7. Способ по п. 6, в котором доставляемый восстановительный агент содержит мочевину или аммиак.

8. Способ по п. 7, в котором корректировка дополнительно включает в себя следующие действия:

задерживают момент впрыска топлива в качестве реакции на превышение отношением

первого компонента NO_x ко второму компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения; и

опережают момент впрыска топлива в качестве реакции на превышение отношением второго компонента NO_x к первому компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения.

9. Способ по п. 6, в котором при корректировке дополнительно учитывают чувствительность регистрации NO_x датчиками содержания NO_x, расположенными до ППОА и после ППОА, и допустимое отклонение отношения.

10. Способ для двигателя, содержащий этапы, на которых посредством контроллера выполняют команды, сохраненные в энергонезависимой памяти, чтобы: уменьшить степень РВГ двигателя и опередить момент впрыска топлива в двигателе при первом условии, только когда температура основания пассивного поглотителя оксидов азота NO_x (ППОА), расположенного в выхлопном канале двигателя, больше, чем пороговая температура, а концентрация NO_x, оцененная у датчика после ППОА, расположенного ниже по потоку от ППОА в выхлопном канале, больше, чем пороговая концентрация, определяемая на основании концентрации NO_x, оцененной у датчика до ППОА, расположенного выше по потоку от ППОА в выхлопном канале;

увеличивают степень РВГ двигателя и задерживают момент впрыска топлива в двигателе при втором условии, только когда температура основания ППОА больше пороговой температуры, а концентрация NO_x у датчика после ППОА меньше, чем указанная пороговая концентрация; причем при обоих условиях соотношение NO_x ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ, расположенного в выхлопном канале ниже по потоку от ППОА, поддерживают на выбранном уровне.

11. Способ по п. 10, в котором сохраняют NO_x в ППОА, когда температура основания ППОА ниже, чем пороговая температура, и высвобождают NO_x, когда температура основания выше, чем пороговая температура.

12. Способ по п. 11, в котором соотношение NO_x выше по потоку от катализатора ИКВ и ниже по потоку от ППОА поддерживают на выбранном уровне, которым может быть, в числе прочих, соотношение 1:1.

13. Способ по п. 12, в котором выбранное соотношение NO_x представляет собой отношение NO к NO₂.

14. Способ по п. 13, в котором при первом условии степень РВГ двигателя дополнительно уменьшают и момент впрыска топлива устанавливают с дополнительным опережением на основании более высоких оценок заполнения ППОА, а при втором условии степень РВГ двигателя дополнительно увеличивают и момент впрыска топлива устанавливают с дополнительной задержкой на основании более низких оценок заполнения ППОА.

15. Способ по п. 14, в котором как при первом условии, так и при втором условии оценку заполнения поглотителя ППОА выполняют на основании рабочих условий, в число которых входит одно или несколько следующих условий: температура основания ППОА, показание расположенного до ППОА датчика содержания NO_x, отношение воздух/топливо при сгорании, обеднение в двигателе и момент зажигания.

16. Система двигателя, содержащая:

двигатель, содержащий топливный инжектор; выхлопной канал;

пассивный поглотитель оксидов азота NO_x (ППОА), соединенный с указанным выхлопным каналом;

датчик температуры, соединенный с ППОА для оценки температуры основания ППОА;

катализатор ИКВ, присоединенный к выхлопному каналу ниже по потоку от поглотителя ППОА;

инжектор восстановителя, соединенный с баком мочевины и выполненный с возможностью подачи мочевины в выхлопной канал выше по потоку от катализатора ИКВ;

первый датчик содержания NO_x, установленный до ППОА выше по потоку от поглотителя ППОА;

второй датчик содержания NO_x, установленный после ППОА ниже по потоку от ППОА и выше по потоку от катализатора ИКВ и от топливного инжектора;

канал РВГ, выполненный с возможностью рециркуляции выхлопных газов из выхлопа двигателя во впуск двигателя; и

контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в энергонезависимой памяти с целью, при условиях, в которых ППОА высвобождает поглощенные NO_x, корректировки скорости потока через канал РВГ на основании заполнения ППОА для поддержания выбранного значения отношения первого компонента NO_x, измеренного или оцениваемого выше по потоку от ППОА, ко второму компоненту NO_x, измеренному или оцениваемому ниже по потоку от ППОА, причем указанная корректировка включает:

увеличение скорости потока через канал РВГ в качестве реакции на превышение отношением первого компонента NO_x ко второму компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения; и

уменьшение скорости потока через канал РВГ в качестве реакции на превышение отношением второго компонента NO_x к первому компоненту NO_x выбранного значения указанного отношения.

17. Система по п. 16, в которой контроллер содержит дополнительные команды для дополнительной корректировки момента впрыска топлива на основании заполнения ППОА с целью поддержания выбранного значения отношения первого компонента NO_x ко второму компоненту NO_x, оцениваемого ниже по потоку от ППОА.

18. Система по п. 17, в которой заполнение ППОА определяют на основании показаний расположенного до ППОА датчика содержания NO_x.