Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам обнаружения утечки из сажевого фильтра, соединенного с двигателем внутреннего сгорания, например, с бензиновым двигателем.
Уровень техники
Частицы (например, сажа) могут образовываться в двигателях внутреннего сгорания в виде побочного продукта некоторых процессов горения. Например, частицы могут образовываться в отработавшем газе при высоких скоростях вращения двигателя или при высоких нагрузках на двигатель. Образование частиц может быть также связано с прямым впрыском топлива в цилиндры двигателя. Сажевые фильтры в линии выпуска отработавших газов можно использовать для удерживания частиц и снижения выбросов сажи в атмосферу. Со временем частицы скапливаются внутри фильтра, уменьшая расход отработавших газов через выпускную систему двигателя и создавая обратное давление в двигателе, что может привести к уменьшению КПД двигателя и снижению эффективности использования топлива. Для уменьшения обратного давления, фильтр можно время от времени подвергать регенерации для сжигания скопившейся сажи. Однако, даже при периодической регенерации качество работы сажевых фильтров может ухудшиться, в результате чего указанные фильтры начнут пропускать частицы в атмосферу через выхлопную трубу.
Один из способов определения того, существует ли утечка из сажевого фильтра, предусматривает использование датчиков давления, как раскрыто в документе ЕР 2690263 (Yamakawa et al.). Согласно указанному техническому решению значение давления на стороне выше по потоку от сажевого фильтра и значение давления на стороне ниже по потоку от сажевого фильтра подвергают преобразованию Фурье и сравнивают друг с другом, определяя, тем самым, количество частиц, отложившихся в сажевом фильтре. Затем, на основании результатов указанного сравнения определяют работоспособность фильтра. Другой способ определения того, имеется ли утечка из сажевого фильтра, раскрыт в документе US 2012/0125081 (Yadav и et al.). Согласно указанному техническому решению накопление твердых частиц определяют по показаниям датчика содержания частиц, соединенного с датчиком температуры и датчиком скорости потока, которые расположены в линии выпуска отработавших газов ниже по потоку от фильтра. По входному сигналу датчика содержания частиц и датчика температуры, контроллер определяет диагностическое значение сажевого фильтра. Если указанное диагностическое значение сажевого фильтра превышает конкретное значение в течение заданного периода времени, это означает, что из сажевого фильтра происходит утечка сажи в выпускную систему двигателя.
Однако, авторы настоящего изобретения обнаружили потенциальные проблемы в указанных известных способах. Например, при применении способа, предложенного Yamakawa, могут возникать дополнительные расходы, связанные с добавлением датчиков давления в выпускную систему двигателя. Кроме того, датчики давления могут оказаться ненадежными в агрессивных условиях выпускной системы двигателя, что потребует их частой замены. Кроме того, для индикации ухудшения качества работы сажевого фильтра может потребоваться, чтобы перепад давления между верхним по потоку датчиком давления и нижним по потоку датчиком давления был существенным. В качестве другого примера следует отметить, что при применении способа, предложенного Yadav, сажевые фильтры могут требовать частой регенерации. В этой связи, после каждой регенерации фильтра может понадобиться контроль изменения количества сажевых частиц с тем, чтобы избежать искажения результатов диагностического алгоритма. В результате, могут отсутствовать достаточные возможности для непрерывного контроля над сажевым фильтром. К другим проблемам относится необходимость в дополнительных датчиках, таких как датчики температуры, что увеличивает затраты на компоненты и повышает сложность управлению.
Раскрытие изобретения
Авторы настоящего изобретения приняли во внимание вышеуказанные проблемы и разработали способ обнаружения утечки из бензинового сажевого фильтра БСФ (Gasoline Particulate Filter, GPF) или ухудшения качества работы указанного фильтра, предусмотренного в выпускной системе двигателя. Согласно указанному способу, при выбранных условиях, согласуют выходной сигнал верхнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах и нижнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах с падением давления на сажевом фильтре, установленном в выпускной системе двигателя. Далее, указанное падение давления согласуют с утечкой из сажевого фильтра. К выбранным условиям могут относиться условия, при которых концентрация кислорода в отработавших газах на фильтре остается по существу постоянной. В данном случае, при выбранных условиях, имеющиеся датчики содержания кислорода в отработавших газах можно использовать в качестве датчиков давления, что позволит согласовать изменения парциального давления кислорода в отработавших газах на фильтре с работоспособностью фильтра БСФ.
Например, выпускная система двигателя может содержать первый датчик отработавших газов (например, первый датчик содержания кислорода), расположенный выше по потоку от фильтра БСФ, установленного в указанной выпускной системе двигателя, и второй датчик отработавших газов (например, второй датчик содержания кислорода), расположенный ниже по потоку от указанного фильтра БСФ. При таких условиях работы двигателя, как регенерация фильтра БСФ и поглощение кислорода в указанном фильтре БСФ, выходной сигнал первого, предфильтрового датчика содержания кислорода и выходной сигнал второго, постфильтрового датчика содержания могут быть использованы для того, чтобы сформулировать вывод об уровнях сажи в сажевом фильтре. В частности, можно согласовать изменение концентраций кислорода на фильтре с массой сажи, окисленной внутри сажевого фильтра. В данном случае, так как датчики отработавших газов измеряют парциальное давление кислорода в отработавших газах, при выбранных условиях работы двигателя, когда концентрация кислорода на сажевом фильтре остается по существу постоянной, например, в ходе холодного запуска двигателя и после регенерации фильтра, выходные сигналы датчиков могут различаться. В частности, верхний по потоку датчик содержания кислорода может обеспечивать более высокий выходной сигнал по сравнению с выходным сигналом нижнего по потоку датчика. При таких условиях, по меньшей мере на основании данных о расходе отработавших газов можно рассчитать поправочный коэффициент и применить его для корректировки выходных сигналов датчиков. Если после корректировки, разница между выходными сигналами датчиков, контролируемых в течение заданного интервала времени, будет ниже порогового значения (то есть, скорректированный выходной сигнал предфильтрового датчика отработавших газов меньше выходного сигнала постфильтрового датчика отработавших газов), то контроллер двигателя может сделать вывод о том, что изменение парциального давления на фильтре является результатом ухудшения качества работы фильтра. Например, может быть сделан вывод о том, что из фильтра БСФ происходит утечка, и может быть установлен диагностический код.
Таким образом, при выбранных условиях, имеющиеся датчики отработавших газов можно предпочтительно использовать для того, чтобы сформулировать вывод о наличии утечки из сажевого фильтра без использования других предназначенных для этого датчиков, например, датчиков давления или температуры. Контролируя выходные сигналы датчиков содержания кислорода в отработавших газах, которые являются чувствительными к парциальному давлению кислорода при рабочих условиях, когда концентрация кислорода в отработавших газах на фильтре БСФ не изменяется, датчики содержания кислорода можно выгодно использовать в качестве датчиков давления. Затем можно согласовать изменение давления на фильтре, оцененное на основании выходных сигналов датчиков отработавших газов, с работоспособностью фильтра. Например, выходные сигналы датчиков можно сравнить после регенерации фильтра, при установившемся режиме работы двигателя и/или после холодного запуска двигателя, для обнаружения факта ухудшения качества работы фильтра, основываясь на разности парциального давления кислорода на фильтре. За счет использования уже имеющихся в системе двигателя компонентов удается сократить количество компонентов без снижения надежности результатов диагностического алгоритма. За счет контроля работоспособности сажевого фильтра можно улучшить соответствие транспортного средства требованиям по выбросам в атмосферу.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Представленное выше описание не предназначено для того, чтобы обозначить ключевые или существенные признаки настоящего изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект настоящего изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, упомянутые выше или в любой другой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан двигатель с выпускной системой.
На фиг. 2 схематично показан один из вариантов осуществления указанной выпускной системы.
На фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий изменение манометрического давления на фильтре БСФ.
На фиг. 4А и 4В проиллюстрированы примеры реакций датчиков содержания кислорода, предусмотренных в выпускной системе двигателя и расположенных на противоположных концах фильтра БСФ, в ответ на изменение расхода отработавших газов.
На фиг. 5 проиллюстрирован пример способа избирательного запуска диагностического алгоритма для фильтра БСФ в зависимости от условий работы двигателя.
На фиг. 6 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей разнообразные начальные условия, которые могут быть выбраны для диагностического алгоритма, представленного на фиг. 5.
На фиг. 7 показан пример показаний датчика содержания кислорода для различных начальных условий диагностического алгоритма.
На фиг. 8 проиллюстрирован пример способа индикации ухудшения качества работы фильтра БСФ на основании показаний предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
На фиг. 9 показан еще один пример способа индикации ухудшения качества работы фильтра БСФ на основании показаний предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
На фиг. 10 показан пример обнаружения утечки из фильтра БСФ при выбранных условиях работы двигателя на основании изменения реакции предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода во времени.
На фиг. 11 показан пример способа регенерации фильтра БСФ на основании показаний предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к способам и системам для диагностирования утечки твердых частиц из фильтра БСФ, соединенного с выпускной системой двигателя, например, с выпускной системой, показанной на фиг. 1-2. При этом на фиг. 3-4 проиллюстрированы выходные сигналы датчиков содержания кислорода в отработавших газах, расположенных на противоположных концах фильтра БСФ, для различных расходов отработавших газов. При выбранных условиях, когда концентрация кислорода в отработавших газах на сажевом фильтре остается по существу постоянной, можно контролировать ухудшение качества работы фильтра БСФ на основании реакции датчиков содержания кислорода, расположенных выше и ниже по потоку относительно фильтра, как показано на фиг. 10. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью осуществления диагностических алгоритмов, например, тех, что проиллюстрированы на фиг. 5, фиг. 8 и фиг. 9, для оценки падения давления на сажевом фильтре на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах, расположенного выше по потоку от фильтра БСФ, и на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах, расположенного ниже по потоку от фильтра БСФ, при выбранных условиях, при которых не ожидается изменения концентрации кислорода на фильтре, как проиллюстрировано на фиг. 6 и фиг. 7. Затем указанный контроллер может согласовать падение давления с работоспособностью фильтра БСФ. Выходные сигналы датчиков можно использовать и при других условиях для определения нагрузки на фильтр и возможности регенерации фильтра БСФ, как показано на фиг. 11. На фиг. 4 и на фиг. 10 показаны примеры выходных сигналов датчиков содержания кислорода и проиллюстрирована возможность их использование для определения работоспособности фильтра БСФ. Таким образом, можно повысить качество диагностики фильтра и, тем самым, обеспечить соответствие двигателя требованиям по выбросам в атмосферу.
На фиг. 1 представлена схема, на которой показана впускная система 23 и выпускная система 25 двигателя 10, который может быть использован в транспортном средстве, например, в транспортном средстве, выполненном с возможностью передвижения по дорогам. Указанный двигатель 10 содержит несколько цилиндров 30. Каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов (не показаны). Например, указанные клапаны могут представлять собой тюльпанообразные клапаны, расположенные в верхней области цилиндра. Цилиндры 30 могут получать топливо из топливной форсунки 66. Указанная топливная форсунка 66 выполнена с возможностью впрыска любого подходящего топлива, к которому относится бензин, спирт или, например, их смесь. Указанная топливная форсунка 66 может быть выполнена с возможностью доставки топлива прямым впрыском или впрыском во впускные каналы. Кроме того, каждый из цилиндров 30 может содержать несколько топливных форсунок, например, одну форсунку прямого впрыска и одну форсунку впрыска во впускные каналы. Несколько топливных форсунок могут впрыскивать одно и то же топливо или топлива разных типов, например, топлива с различным содержанием спирта.
Система 14 управления может содержать датчики 16, посылающие сигналы в контроллер 12. Кроме того, контроллер 12 может представлять собой компьютер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися на энергонезависимом запоминающем устройстве. На основе входных данных от датчиков 16 указанный контроллер 12 может посылать сигналы на исполнительные механизмы 18 для управления работой двигателя 10, а также компонентов указанной впускной системы и указанной выпускной системы двигателя, в том числе вышеописанных клапанов. В настоящем документе со ссылкой на фиг. 6-9 и фиг. 11 описаны примеры алгоритмов управления, которые могут храниться в запоминающем устройстве контроллера в виде инструкций.
Впускная система 23 двигателя может содержать впускной канал 42, через который свежий воздух поступает к двигателю 10. Указанный впускной канал 42 может содержать дроссельную заслонку 62 с дроссельной шайбой. В одном из примеров положение дроссельной шайбы в дроссельной заслонке 62 можно менять посредством контроллера 12 через сигнал, подаваемый на электромотор или исполнительный механизм, относящийся к указанной дроссельной заслонке 62, причем такая конфигурация, как правило, называется «электронное управление дроссельной заслонкой» (Electronic Throttle Control, ETC). Таким образом, дроссельной заслонкой 62 можно управлять для изменения впускного воздуха, подаваемого в камеры сгорания цилиндров 30 двигателя. Кроме того, вдоль впускного коллектора 44 может быть установлено устройство сжатия, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель, в том числе, по меньшей мере компрессор 162. В случае использования турбонагнетателя компрессор 162 может быть по меньшей мере частично приведен в движение турбиной 164, например, через вал 163, расположенный вдоль выпускного коллектора 48. В случае использования механического нагнетателя компрессор 162 может быть по меньше мере частично приведен в движение двигателем и/или электрической машиной, и может не содержать турбину.
Указанная выпускная система 25 двигателя может содержать выпускной канал 35, содержащий одно или несколько устройств 71 снижения токсичности отработавших газов, которые здесь также называются каталитическими нейтрализаторами отработавших газов, причем указанные устройства расположены выше по потоку от фильтра БСФ 72. Указанные устройства 71 снижения токсичности отработавших газов могут обрабатывать отработавшие газы двигателя, например, для окисления составляющих указанных отработавших газов. Устройство 71 снижения токсичности отработавших газов может содержать окислительный катализатор, трехкомпонентный катализатор, восстановительный катализатор (например, катализатор селективного восстановления (Selective Catalytic Reducer, SCR)) или их сочетания. Устройства 71 снижения токсичности отработавших газов, например, могут быть установлены в линии выпуска отработавших газов с непосредственным присоединением друг к другу. Кроме того, двигатель 10 может содержать систему рециркуляции отработавших газов РОГ (Exhaust Gas Recirculation, EGR) (не показана), способствующую снижению NOx и других выбросов в атмосферу. Указанная система РОГ может быть выполнена с возможностью повторного пропускания в замкнутом контуре части отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему двигателя. В одном из примеров, указанная система РОГ может представлять собой систему рециркуляции отработавших газов низкого давления, причем в указанной системе отработавшие газы забирают в месте, находящемся ниже по потоку от турбины (и выше по потоку или ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов и бензинового сажевого фильтра), и подают обратно во впускную систему двигателя, в месте, находящемся выше по потоку от компрессора. В другом примере, двигатель 10 может содержать систему рециркуляции отработавших газов высокого давления, в которой отработавшие газы забирают в месте, находящемся выше по потоку от турбины, и подают во впускной коллектор, ниже по потоку от компрессора.
Фильтр БСФ 72, также именуемый в настоящем документе сажевым фильтром или просто фильтром, расположен в выпускном канале 35 двигателя, ниже по потоку от указанного устройства 71 снижения токсичности отработавших газов, и выполнен с возможностью удержания остатков сажи и других углеводородов, выходящих из двигателя 10, что позволяет снижать выбросы частиц в атмосферу. Задержанные частицы могут подвергнуться окислению для получения двуокиси углерода в процессе регенерации, выполняемом при работающем двигателе, что снижает сажевую нагрузку на фильтр БСФ. В ходе регенерации, температуру фильтра БСФ и отработавших газов, входящих в фильтр БСФ, можно повысить для сжигания скопившейся сажи. То есть, регенерация фильтра БСФ может быть выполнена при высокой температуре отработавших газов (например, 600°C и выше) так, что задержанные частицы сгорают очень быстро и в атмосферу не попадают. Для ускорения процесса регенерации и эффективного окисления сажи, отработавшие газы, поступающие в сажевый фильтр, можно временно обеднить. Фильтр БСФ 72 может сообщаться с выпускным коллектором 48 в месте, находящемся ниже по потоку от устройства 71 снижения токсичности отработавших газов. В некоторых вариантах осуществления, фильтр БСФ 72 может содержать покрытие из гамма-оксида алюминия («washcoat») для дополнительного снижения выбросов в атмосферу. Например, указанное покрытие из гамма-оксида алюминия может содержать одно или несколько из следующих элементов: уловитель NOx для бедных смесей (Lean NOx trap, LNT), катализатор селективного восстановления (SCR) или каталитический окислитель (Catalytic Oxidizer, СО). Кроме того, нагрузка на указанное покрытие после его нанесения на фильтр может меняться.
Выпускная система двигателя может содержать по меньшей мере два датчика отработавших газов. В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения в выпускной системе 25 двигателя предусмотрено три датчика отработавших газов, а именно датчики 126, 216 и 218. В одном из примеров указанные датчики 126, 216 и 218 отработавших газов могут представлять собой датчики содержания кислорода, которые можно выбрать из широкого разнообразия пригодных датчиков, обеспечивающих указание на воздушно-топливное отношение в отработавших газах. Датчики содержания кислорода могут представлять собой линейные датчики содержания кислорода или переключаемые датчики содержания кислорода. Указанный датчик содержания кислорода может представлять собой, например, один из перечисленных датчиков: UEGO-датчик (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик содержания кислорода с двумя состояниями или EGO-датчик, или HEGO-датчик (то есть, EGO-датчик с подогревом). Датчики 126, 216 и 218 содержания кислорода в отработавших газах могут оценивать концентрацию кислорода, присутствующего в отработавших газах. Указанный датчик 126 отработавших газов может представлять собой датчик содержания кислорода в исходных газах, расположенный выше по потоку от устройства 71 снижения токсичности отработавших газов, причем указанный датчик может быть выполнен с возможностью измерения концентраций кислорода в исходных отработавших газах. Указанный датчик 216 отработавших газов может быть первым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, установленным выше по потоку от сажевого фильтра 72, а указанный датчик 218 отработавших газов может быть вторым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, расположенным ниже по потоку от указанного фильтра 72. Указанные датчики 216 и 218 отработавших газов могут измерять концентрации кислорода в отработавших газах в выхлопной трубе вокруг фильтра БСФ. Первый, верхний по потоку датчик 216 содержания кислорода в отработавших газах может называться здесь также предфильтровым датчиком содержания кислорода, в то время как второй, нижний по потоку датчик 218 содержания кислорода в отработавших газах также может называться здесь постфильтровым датчиком кислорода. В одном из примеров, каждый из указанных датчиков содержания кислорода, то есть, первый датчик 216 содержания кислорода и второй датчик 218 содержания кислорода, может представлять собой HEGO-датчик, а датчик 126 содержания кислорода в исходных отработавших газах может представлять собой UEGO-датчик. В другом примере, каждый из указанных датчиков 216, 218 может быть датчиком UEGO-типа. Еще в одном примере, первый датчик 216 содержания кислорода может быть UEGO-датчиком, второй датчик 126 содержания кислорода может быть HEGO-датчиком, а датчик 126 содержания кислорода в исходных отработавших газах также может быть HEGO-датчиком.
Воздушно-топливное отношение в отработавших газах, выпускаемых из цилиндров 30, может быть определено посредством одного или нескольких датчиков содержания кислорода, расположенных в потоке отработавших газов двигателя. По расчетному значению воздушно-топливного отношения в отработавших газах можно отрегулировать впрыск топлива в цилиндры двигателя, тем самым, обеспечивая управление воздушно-топливным отношением сжигаемой в цилиндрах смеси. Например, количество впрыскиваемого в цилиндры топлива можно регулировать в зависимости от отклонения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, рассчитанного на основании выходного сигнала одного или нескольких датчиков 126, 216, 218 отработавших газов, и от желаемого воздушно-топливного отношения (например, в зависимости от отклонения от стехиометрического отношения).
Таким образом, указанные датчики 126, 216 и 218 содержания кислорода в отработавших газах могут быть чувствительны к парциальному давлению кислорода в отработавших газах. В частности, каждый датчик содержания кислорода выдает напряжение, зависящее от разности концентраций кислорода в отработавших газах и в окружающем воздухе. В режиме работы двигателя на богатой воздушно-топливной смеси, концентрация кислорода в отработавших газах недостаточна, что приводит к повышению выходного напряжения датчика. В режиме работы двигателя на бедной воздушно-топливной смеси концентрация кислорода в отработавших газах чрезмерна, что приводит к понижению выходного напряжения датчика. Выходное напряжение датчика содержания кислорода может быть согласовано с парциальным давлением кислорода в смеси отработавших газов. В результате, даже в таких условиях, когда концентрации кислорода на фильтре по существу постоянна, например, при холодном запуске, после регенерации фильтра и/или в установившемся режиме работы двигателя, выходные напряжения первого и второго датчиков содержания кислорода, расположенных на противоположных концах фильтра БСФ 72, могут отличаться из-за разности парциального давления кислорода ниже и выше по потоку от фильтра БСФ. В частности, выходное напряжение предфильтрового датчика 216 содержания кислорода может быть меньше, чем выходное напряжение постфильтрового датчика 218 содержания кислорода. Выходное напряжение предфильтрового датчика 216 содержания кислорода указывает на первое парциальное давление кислорода, а выходное напряжение постфильтрового датчика 218 содержания кислорода указывает на второе парциальное давление кислорода, причем в условиях с постоянной концентрацией кислорода, первое парциальное давление кислорода превышает второе парциальное давление кислорода за счет того, что постфильтровый датчик 218 содержания кислорода находится ниже по потоку от предфильтрового датчика 216 кислорода. Выходной сигнал предфильтрового датчика 216 кислорода может быть скорректирован посредством поправочного коэффициента, зависящего по меньшей мере от расхода отработавших газов. При этом можно ожидать, что скорректированный выходной сигнал верхнего по потоку предфильтрового датчика 216 содержания кислорода будут лучше соответствовать выходному сигналу нижнего по потоку постфильтрового датчика 218 содержания кислорода.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанное свойство датчиков содержания кислорода может быть выгодно использовано при выбранных условиях для оценки изменения давления отработавших газов посредством датчиков содержания кислорода. В частности, в условиях, когда концентрация кислорода в отработавших газах на фильтре по существу постоянна (то есть, когда разность концентраций кислорода в отработавших газах на фильтре меньше порогового значения), выходное напряжение предфильтрового датчика 216 содержания кислорода и выходное напряжение постфильтрового датчика 218 содержания кислорода могут быть использованы для определения падения давления на фильтре. Для работоспособного фильтра БСФ (то есть, без ухудшения качества работы) в условиях, когда концентрация кислорода на фильтре по существу постоянна, после применения поправочного коэффициента к выходному сигналу первого, предфильтрового датчика 216 содержания кислорода, скорректированный выходной сигнал предфильтрового датчика 216 содержания кислорода может иметь значение, по существу равное (или немного превышающее) значению выходного сигнала постфильтрового датчика 218 содержания кислорода. И наоборот, когда качество работы фильтра БСФ ухудшается (например, из фильтра происходит утечка частиц), в условиях, когда концентрация кислорода на фильтре по существу постоянна, скорректированный выходной сигнал предфильтрового датчика 216 содержания кислорода может иметь значение, меньшее значения выходного сигнала постфильтрового датчика 218 содержания кислорода. На фиг. 4 и фиг. 10 представлены примеры парциального давления кислорода на выходе предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода при разных условиях работы двигателя (в том числе в условиях постоянной концентрации кислорода в отработавших газах и в условиях изменяющейся концентрации кислорода в отработавших газах).
Таким образом, в зависимости от условий работы двигателя, контроллер 12 может управлять выпускной системой двигателя, обеспечивая ее эксплуатацию в различных режимах. Например, выпускная система может эксплуатироваться в первом режиме, в котором выходное напряжение первого, расположенного выше по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах относительно выходного напряжения второго, расположенного ниже по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах, может быть согласовано только с изменением концентрации кислорода в отработавших газах на сажевом фильтре. Выпускную систему можно также эксплуатировать во втором режиме, в котором выходное напряжение первого датчика относительно выходного напряжения второго датчика может быть согласовано только с изменением давления отработавших газов на фильтре. Например, контроллер может работать в первом режиме при первом условии, когда расход отработавших газов меньше порогового значения, а также работать во втором режиме при втором условии, когда расход отработавших газов превышает пороговое значение.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, во впускной системе и в выпускной системе двигателя можно установить один или несколько дополнительных датчиков. К таким датчикам относятся, например, дополнительные датчики температуры, содержания кислорода и твердых частиц. Следует понимать, что двигатель 10 показан исключительно для примера, при этом описанные здесь системы и способы могут быть осуществлены или применены для любого другого подходящего двигателя, имеющего подходящие компоненты и/или компоновку компонентов.
На фиг. 2 показан вариант 200 осуществления выпускной системы двигателя. В одном из примеров, указанный вариант 200 осуществления может включать в себя выпускную систему 25, представленную на фиг. 1. Следует понимать, что компоненты, присутствующие на фиг. 1 и введенные выше в описание настоящего документа, могут иметь те же номера позиций и на фиг. 2. Проиллюстрированный вариант осуществление относится к варианту с использованием двух датчиков отработавших газов, в частности, датчиков содержания кислорода в отработавших газах, расположенных на противоположных концах сажевого фильтра. Указанные два датчика содержат первый, верхний по потоку датчик 216 отработавших газов и второй, нижний по потоку датчик 218 отработавших газов, причем они расположены на противоположных концах фильтра БСФ 72, встроенного в выпускной канал 35. Указанный выпускной канал 35 также содержит устройство 71 снижения токсичности отработавших газов, показанное здесь как трехкомпонентный катализатор (Three-way catalyst, TWC) 71. Выше по потоку от указанного трехкомпонентного катализатора 71 расположен дополнительный линейный датчик 126 содержания кислорода. Указанный линейный датчик 126 содержания кислорода измеряет концентрацию кислорода в исходных отработавших газах. Трехкомпонентный катализатор 71 расположен ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов и выше по потоку от фильтра БСФ 72 и предназначен для снижения токсичности отработавших газов. Трехкомпонентный катализатор является каталитическим конвертером, снижающим содержание в отработавших газах таких компонентов, как углеводороды, монооксид углерода и оксид азота. Фильтр БСФ 72 расположен ниже по потоку от указанного трехкомпонентного катализатора и в данном примере показан без указанного покрытия из гамма-оксида алюминия. Однако в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, фильтр БСФ 72 может содержать покрытие из гамма-оксида алюминия. Датчик 216 отработавших газов (здесь также называемый предфильтровым датчиком содержания кислорода) и датчик 218 отработавших газов (здесь также называемый постфильтровым датчиком содержания кислорода) показаны в виде HEGO-датчиков. В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый из указанных датчиков, то есть предфильтровый датчик и постфильтровый датчик, может быть EGO-типа, UEGO-типа или HEGO-типа. Предфильтровый и постфильтровый датчики содержания кислорода измеряют выходное напряжение, которое указывает на парциальное давление кислорода в отработавших газах перед и после фильтра. Если двигатель работает в режиме, когда концентрация кислорода в отработавших газах является по существу постоянной, выходной сигнал первого датчика может быть скорректирован посредством поправочного коэффициента, зависящего от оценочных данных о давлении неповрежденного (то есть, работоспособного) фильтра БСФ, которые, в свою очередь, зависят от расхода отработавших газов. Далее, выходные сигналы предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода могут быть использованы для определения ухудшения качества работы фильтра БСФ, что будет описано со ссылкой на фиг. 3-10. В других режимах работы, когда концентрация кислорода в отработавших газах изменяется, выходные сигналы первого и второго датчиков могут быть использованы для определения уровней нагрузки на сажевый фильтр (например, нагрузки или разгрузки), а также для определения того, когда следует выполнить регенерацию сажевого фильтра, что будет описано со ссылкой на фиг. 11. Выходные сигналы датчиков можно также использовать для формулирования вывода о воздушно-топливном отношении и регулирования подачи топлива в двигатель, что раскрыто со ссылкой на фиг. 1.
На фиг. 3 приведен примерный график 300, иллюстрирующий реакцию манометрического давления на предфильтровом датчике содержания кислорода на изменение расхода отработавших газов двигателя, проходящих через фильтр БСФ без покрытия из гамма-оксида алюминия. В данном примере, реакция манометрического давления включает в себя реакцию предфильтрового датчика содержания кислорода и указывает на давление отработавших газов относительно давления окружающего воздуха в месте выше по потоку от фильтра БСФ. Таким образом, по реакции манометрического давления, контроллер способен определить поправочное значение для внесения в показания предфильтрового датчика содержания кислорода при выполнении способа, проиллюстрированного на фиг. 8 и фиг. 9. Реакция манометрического давления и соответствующий поправочный коэффициент для данного фильтра БСФ можно сохранить в запоминающем устройстве компьютера в виде справочной таблицы как функцию от расхода отработавших газов.
Кривые 302 и 304 графика 300 показывают ожидаемые границы реакции манометрического давления работоспособного фильтра БСФ на изменение расхода отработавших газов. При низком расходе отработавших газов кривые 302 и 304 выходят из общей зоны. Кривая 302 демонстрирует верхнюю пороговую границу реакции работоспособного фильтра БСФ. Кривая 304 демонстрирует нижнюю пороговую границу реакции работоспособного фильтра БСФ. В настоящем документе, работоспособным, неповрежденным фильтром БСФ называют фильтр, в котором уровень сажи ниже пороговой нагрузки и из которого не происходит утечки. По мере увеличения расхода отработавших газов, кривые 302 и 304 расходятся друг от друга, показывая изменение манометрического давления работоспособного фильтра БСФ при увеличении расхода отработавших газов. Таким образом, при заданном расходе отработавших газов, реакция манометрического давления фильтра между кривыми 302 и 304 означает работоспособность фильтра БСФ. Таким образом, для заданного расхода отработавших газов, значение манометрического давления работоспособного фильтра БСФ может быть определено по графику, например, по графику 300, а поправочный коэффициент, согласованный с оценочными данными о давлении неповрежденного фильтра БСФ, которые, в свою очередь, зависят от расхода отработавших газов, может быть найден в справочной таблице, хранящейся в бортовом компьютере. Поправочный коэффициент может быть применен к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода так, чтобы скорректированное значение выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода могло быть по существу равным значению выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода. Пример поправочного коэффициента далее рассматривается со ссылкой на фиг. 4.
Экспериментальные точки, отмеченные на графике 300 как точки 1-5, показывают различные реакции манометрического давления для заданного фильтра БСФ. Первый набор экспериментальных точек с 1 по 3 получен в результате увеличения расхода отработавших газов через работоспособный фильтр БСФ, а второй набор экспериментальных точек с 4 по 5 получен при постоянном расходе отработавших газов через фильтр БСФ. В частности, точка 4 указывает на то, что из фильтра происходит утечка, что может отразиться падением манометрического давления ниже кривой 304, а точка 5 указывает на то, что в фильтре находится слишком много сажи, что может отразиться повышением манометрического давления выше кривой 302. Точки с 1 по 3 демонстрируют реакцию работоспособного фильтра БСФ в условиях работы двигателя, когда концентрация кислорода в отработавших газах остается по существу постоянной. Экспериментальная точка 4 демонстрирует возможную реакцию, когда концентрация кислорода на фильтре БСФ остается по существу постоянной, но при этом фильтр БСФ может быть неработоспособным. Экспериментальная точка 5 демонстрирует возможную реакцию в случае, когда концентрация кислорода на фильтре БСФ меняется. Экспериментальные точки 4-5 показаны для того же расхода отработавших газов, что и для экспериментальной точки 2. Реакция предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода в экспериментальных точках 1-5 также рассмотрена на фиг. 4А и фиг. 4В.
В альтернативных примерах, когда фильтр БСФ содержит покрытие из гамма-оксида алюминия с уловителем NOx для бедных смесей (LNT), катализатором селективного восстановления (SCR) или с каталитическим окислителем (СО), которое нанесено на поверхность фильтра, реакция фильтра может быть различной. Например, различными могут быть верхняя и нижняя пороговые границы. При этом реакция манометрического давления на изменение расхода отработавших газов через фильтр БСФ может изменяться в зависимости от того, нанесено ли на фильтр БСФ указанное покрытие из гамма-оксида алюминия. То есть, для работоспособного фильтра БСФ (с указанным покрытием или без него) реакция манометрического давления может быть задана, например, изготовителем.
Представленный на фиг. 4А и 4В график 400 демонстрирует реакцию парциального давления кислорода предфильтрового датчика содержания кислорода и постфильтрового датчика содержания кислорода для первого набора экспериментальных точек (1-3), и для второго набора экспериментальных точек (4-5), показанных выше на графике 300 с фиг. 3. В частности, на графике 400 показана реакция парциального давления кислорода предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода, причем концентрация кислорода в отработавших газах может быть по существу постоянной на фильтре БСФ в зависимости от выбранных рабочих условий. Для работоспособного фильтра БСФ, при заданном расходе отработавших газов, выходное напряжение датчиков содержания кислорода может быть согласовано с парциальным давлением кислорода в отработавших газах. Таким образом, по существу постоянная концентрация кислорода в отработавших газах может показать более высокое парциальное давление кислорода на предфильтровом датчике содержания кислорода, чем на постфильтровом датчике содержания кислорода.
Первый набор экспериментальных точек (1-3) демонстрирует реакцию парциального давления кислорода датчика содержания кислорода в течение заданного интервала времени, на увеличение расхода отработавших газов для работоспособного фильтра БСФ. Экспериментальная точка 1 демонстрирует низкий расход отработавших газов, что видно на фиг. 3. Кривая 402 демонстрирует реакцию предфильтрового датчика содержания кислорода, а кривая 404 демонстрирует реакцию постфильтрового датчика содержания кислорода при заданном расходе отработавших газов. Для постоянной концентрации кислорода кривая 402 показывает более высокое парциального давления, чем кривая 404. Например, применение поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода для заданного расхода отработавших газов вызовет смещение кривой 402 примерно к уровню кривой 404 выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода.
Экспериментальная точка 2 демонстрирует средний расход отработавших газов, что показано на фиг. 3. Кривая 406 демонстрирует реакцию предфильтрового датчика содержания кислорода, а кривая 408 демонстрирует реакцию постфильтрового датчика содержания кислорода при заданном расходе отработавших газов для работоспособного фильтра БСФ. Предфильтровый датчик содержания кислорода показывает парциальное давление кислорода, превышающее парциональное давление, показываемое постфильтровым датчиком содержания кислорода. Применение поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода может обеспечить примерно такую же величину парциального давления кислорода, показываемого постфильтровым датчиком содержания кислорода. В одном из примеров, в условиях постоянной концентрации кислорода в отработавших газах на рассматриваемом фильтре, при расходе отработавших газов в 800 м3/час, манометрическое давление перед фильтром составляет 200 гПа, что соответствует абсолютному давлению 1200 гПа и поправочному коэффициенту 0,9 или - 10%. В нормальных условиях работы после применения поправочного коэффициента - 10% к парциальному давлению кислорода, полученному от предфильтрового датчика содержания кислорода, ожидаются по существу одинаковые показания парциального давления кислорода от предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
Экспериментальная точка 3 демонстрирует высокий расход отработавших газов, что видно на фиг. 3. Кривая 410 показывает реакцию предфильтрового датчика содержания кислорода, а кривая 412 показывает реакцию постфильтрового датчика содержания кислорода при заданном расходе отработавших газов для работоспособного фильтра БСФ. Экспериментальная точка 3 показывает характеристики, аналогичные характеристикам экспериментальных точек 1 и 2.
Таким образом, после применения поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода, выходной сигнал предфильтрового датчика содержания кислорода и выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода на противоположных концах работоспособного фильтра БСФ обеспечат примерно одно и то же парциальное давление кислорода.
Однако фильтр может оказаться неработоспособным, а реакции могут отличаться от тех, что показаны в экспериментальных точках 1-3. Второй набор экспериментальных точек 4-5, взятых при том же расходе отработавших газов, что и в экспериментальной точке 2, демонстрирует парциальное давление кислорода на предфильтровом и постфильтровом датчиках содержания кислорода при постоянном расходе отработавших газов для фильтра БСФ с наличием утечки (точка 4), и для фильтра БСФ с высоким содержанием сажи (точка 5).
Экспериментальная точка 4 демонстрирует парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода для фильтра БСФ, из которого происходит утечка. Кривая 414 иллюстрирует парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода, а кривая 416 иллюстрирует парциальное давление на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. Парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода аналогично парциальному давлению кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. Применение поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода может привести к тому, что парциальное давление кислорода перед фильтром окажется меньше парциального давления кислорода после фильтра. В предыдущем примере, в условиях постоянной концентрации кислорода в отработавших газах на рассматриваемом фильтре, при расходе отработавших газов в 800 м3/час, манометрическое давление перед фильтром составило 200 гПа, что соответствует абсолютному давлению 1200 гПа и поправочному коэффициенту 0,9 или - 10%. В нормальных рабочих условиях, как показано в экспериментальной точке 2, после применения поправочного коэффициента - 10% для предфильтрового датчика содержания кислорода ожидаются примерно одинаковые показания парциального давления кислорода от предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода. Однако в условиях неработоспособности фильтра БСФ, поправочный коэффициент приведет к избыточной коррекции выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода. То есть, такой эффект может быть использован для проверки фильтра БСФ на наличие утечки. В качестве альтернативного варианта, возможно использование нескорректированных выходных сигналов, и если показания предфильтрового датчика содержания кислорода не будут существенно выше показаний постфильтрового датчика содержания кислорода, тогда можно диагностировать утечку из фильтра БСФ.
Экспериментальная точка 5 демонстрирует парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода для фильтра БСФ с высоким уровнем сажи. Высокие уровни сажи в фильтре могут поглощать кислород из потока отработавших газов и приводить к появлению разности концентраций кислорода между предфильтровым датчиком содержания кислорода и постфильтровым датчиком содержания кислорода. Например, если не была выполнена регенерация фильтра, уровень сажи, находящейся в фильтре БСФ, может превысить пороговую нагрузку. Кривая 418 демонстрирует реакцию парциального давления предфильтрового датчика содержания кислорода, а кривая 420 демонстрирует реакцию парциального давления кислорода постфильтрового датчика содержания кислорода. Парциальное давление на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода значительно превышает парциальное давление на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. Применение поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода может привести к тому, что значение парциального давления на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода значительно превысит значение парциального давления на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. В предыдущем примере, в условиях постоянной концентрации кислорода в отработавших газах на рассматриваемом фильтре, при расходе отработавших газов в 800 м3/час, манометрическое давление перед фильтром составило 200 гПа, что соответствует абсолютному давлению 1200 гПа и поправочному коэффициенту 0,9 или - 10%. В нормальных рабочих условиях, как показано в экспериментальной точке 2, после применения поправочного коэффициента - 10% для предфильтрового датчика содержания кислорода ожидаются примерно одинаковые показания парциального давления от предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода. Однако в условиях высокого содержания сажи в фильтре БСФ, поправочный коэффициент приведет к преуменьшению значения поправки выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода, при этом парциальное давление кислорода перед фильтром может превысить парциальное давление кислорода после фильтра. Такой эффект может быть использован для контроля уровня сажи в фильтре БСФ.
На фиг. 5 в качестве примера проиллюстрирован способ 500 оценки работоспособности фильтра БСФ. Посредством указанного способа 500 определяют, удовлетворяются ли выбранные начальные условия для по существу постоянной концентрации кислорода на сажевом фильтре, что позволит выполнить диагностический алгоритм.
На этапе 502 способа определяют рабочие параметры двигателя. Например, согласно указанному способу можно определить условия скорость вращения/нагрузка двигателя, температуру двигателя, температуру отработавших газов, расход отработавших газов, уровень наддува и т.д.
На этапе 504 определяют уровень сажевых частиц или сажевую нагрузку на фильтр БСФ. Это можно выполнить путем измерения или формулирования вывода об уровне сажи в фильтре БСФ. Например, в качестве основы для оценки уровня сажи в фильтре БСФ может быть взята модель накопления сажи, например, модель без обратной связи, которая оценивает количество сажи, вырабатываемой двигателем. В другом примере, можно контролировать выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода на предмет постоянного падения парциального давления кислорода, что может быть связано с поглощением сажей кислорода, то есть с сажевой нагрузкой на фильтр. Кроме того, если фильтр БСФ имеет покрытие из гамма-оксида алюминия, то согласно предлагаемому способу можно определить нагрузку и/или реакцию кислорода в указанном конкретном покрытии путем контроля выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода на предмет постоянного снижения или путем определения того, являются ли рабочие параметры двигателя таковыми, что обеспечивают возможность реакции кислорода в отработавшем газе с указанным покрытием.
На этапе 506 определяют расход отработавших газов. Расход отработавших газов можно оценить по условиям работы двигателя или по выходному сигналу датчика впускного или выпускного расхода.
На этапе 508 определяют абсолютную производную расхода отработавших газов. При этом абсолютную производную расхода отработавших газов используют для индикации того, работает ли двигатель в установившемся или в переходном режиме.
На этапе 510 определяют, удовлетворяются ли начальные условия для выполнения диагностики работоспособности фильтра БСФ. Указанные начальные условия могут включать в себя выбранные условия, способствующие постоянству концентрации кислорода в отработавших газах. Соответственно, как показано на фиг. 6, для запуска диагностического алгоритма необходимо, чтобы было удовлетворено каждое из множества начальных условий. Например, фильтр БСФ без покрытия из гамма-оксида алюминия может иметь выбранные начальные условия, включающие в себя каждое из следующих условий: нагрузка на сажевый фильтр ниже пороговой нагрузки, расход отработавших газов превышает пороговое значение, двигатель работает в установившемся режиме. Если на этапе 510 определяют, что выбранные начальные условия не удовлетворены, то способ 500 переходит на этап 516 и обеспечивает работу в первом режиме. Если на этапе 510 определяют, что выбранные начальные условия удовлетворены, то способ 500 переходит на этап 512 и обеспечивает работу во втором режиме.
На этапе 512 происходит работа во втором режиме, в котором, при выбранных условиях по этапу 510, расход отработавших газов превышает второе пороговое значение. Во время работы во втором режиме, выбранные начальные условия могут включать в себя условие, согласно которому сажевая нагрузка на фильтр должна быть меньше порогового значения. В указанных условиях концентрация кислорода может быть по существу постоянной.
С этапа 512 способ переходит на этап 514, на котором выполняют диагностический алгоритм для оценки работоспособности фильтра БСФ. На этапе 514, выполняют диагностический алгоритм, например, проиллюстрированный на фиг. 8 и фиг. 9. Диагностический алгоритм может использовать выходные сигналы предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода для того, чтобы определить, работоспособен ли фильтр БСФ или из него происходит утечка, и, при выбранных условиях, согласовать выходной сигнал верхнего по потоку датчика содержания кислорода и нижнего по потоку датчика содержания кислорода с падением давления на сажевом фильтре. На утечку может указывать то, что падение давления меньше порогового значения. На этом выполнение способа завершают.
Если выбранные начальные условия не удовлетворяются, то с этапа 510 способ переходит на этап 516 и происходит работа в первом режиме. В указанном первом режиме, выбранные условия могут включать в себя следующие условия: сажевая нагрузка на фильтр больше порогового значения, а расход отработавших газов ниже порогового расхода. При указанных условиях концентрация на фильтре может, например, изменяться. После этого, выполнение способа завершают.
На фиг. 6 в качестве примере показана блок-схема 600, иллюстрирующая начальные условия, которые можно использовать на этапе 510 способа 500. Выбранные начальные условия изменяются в зависимости от конкретной системы, но могут представлять собой условия, при которых концентрация кислорода в отработавших газах по существу постоянна. Для конкретной системы, может потребоваться, чтобы выбранные начальные условия удовлетворялись для заданного диагностического интервала фильтра БСФ. Например, диагностический интервал может иметь место в течение заданного периода времени после холодного запуска. В процессе холодного запуска температура отработавших газов низкая, фильтр БСФ не может накапливать кислород или обеспечивать реакцию с кислородом, содержащимся в отработавших газах, что лучшим образом способствует постоянству концентрации кислорода в отработавших газах. Если не будет удовлетворено по меньшей мере одно начальное условие, то диагностический интервал фильтра БСФ может не быть сгенерирован и диагностический алгоритм не будет выполнен.
На этапе 602 способа определяют, не является ли уровень сажи ниже пороговой нагрузки. Уровень сажи можно измерить или оценить. При этом скапливание сажи в фильтре БСФ может привести к поглощению кислорода, в результате чего постфильтровый датчик содержания кислорода будет показывать существенно более низкие значения парциального давления кислорода, чем предфильтровый датчик содержания кислорода. Кроме того, на поглощение кислорода фильтром БСФ может указывать непрерывное снижение показаний постфильтрового датчика содержания кислорода. Если уровень сажи меньше пороговой нагрузки, например, если фильтр подвергли достаточной регенерации, то начальное условие по сажевой нагрузке считается удовлетворенным на этапе 604 и алгоритм продолжает проверку удовлетворения других начальных условий. Если уровень сажи не ниже пороговой нагрузки, то начальное условие не будет удовлетворено на этапе 606, а диагностический алгоритм для фильтра БСФ на этапе 638 не будет выполнен.
На этапе 608 способа определяют, не превышает ли расход отработавших газов порогового значения. Расход отработавших газов выше порогового значения обеспечивает достаточно высокий расход, позволяющий достичь номинального давления на датчиках содержания кислорода. Если расход отработавших газов выше порогового значения, то начальное условие по расходу отработавших газов считают удовлетворенным на этапе 610, а алгоритм продолжает проверку удовлетворения остальных начальных условий. Если расход отработавших газов не превышает порогового значения, то начальное условие считается неудовлетворенным на этапе 612, а алгоритм диагностики работоспособности фильтра БСФ на этапе 638 не выполняют.
На этапе 614 способа определяют, находится ли ниже порогового значения абсолютная производная расхода отработавших газов. Если абсолютная производная расхода отработавших газов ниже порогового значения, это означает, что двигатель работает в установившемся режиме. Если абсолютная производная расхода отработавших газов двигателя меньше порогового значения, то начальное условие по абсолютной производной расхода отработавших газов двигателя считается удовлетворенным на этапе 616, а алгоритм продолжает проверку удовлетворения остальных начальных условий. Если абсолютная производная расхода отработавших газов не ниже порогового значения, то начальное условие считается неудовлетворенным на этапе 618, а алгоритм диагностики работоспособности фильтра БСФ на этапе 638 не выполняют.
На этапе 620 способа определяют, находятся ли выходные сигналы постфильтрового датчика содержания кислорода в диапазоне пороговых значений, причем указанный диапазон пороговых значений учитывает нормальные флюктуации датчика содержания кислорода. В одном из примеров выходные сигналы постфильтрового датчика содержания кислорода могут демонстрировать флюктуации парциального давления кислорода в результате побочных реакций в фильтре БСФ. Например, если нанесено покрытие из гамма-оксида алюминия с каталитическое окислителем (СО), то кислород может вступать в реакцию с углеводородами, что может снижать выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода. В другом примере, в случае высокого уровня сажи она может поглощать кислород, что может привести к уменьшению показаний парциального давления кислорода постфильтрового датчика содержания кислорода. Если изменение выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода находится в диапазоне пороговых значений, то начальное условие считается удовлетворенным на этапе 622, а алгоритм продолжает проверку удовлетворения других начальных условий. Если изменение показаний постфильтрового датчика содержания кислорода выходит за диапазон пороговых значений, то начальное условие считается неудовлетворенным на этапе 624, а алгоритм диагностики работоспособности фильтра БСФ на этапе 638 не выполняют. Кроме того, возможен контроль выходных сигналов предфильтрового датчика содержания кислорода на предмет их нахождения в пределах диапазона пороговых значений.
На этапе 626, начальные условия могут определять добавление восстановителя для использования в фильтре БСФ. Например, фильтру БСФ, содержащему покрытие из гамма-оксида алюминия с катализатором селективного восстановления (SCR), для вступления в реакцию с NOx может потребоваться восстановитель. В реакции NOx с восстановителем также участвует кислород, что приводит к снижению концентрации кислорода на постфильтровом датчике содержания кислорода. В одном из примеров, в качестве восстановителя может использоваться мочевина для обеспечения аммиаком катализатора селективного восстановления (SCR). Если для использования в фильтре БСФ не добавляют какого-либо восстановителя, то начальное условие считается удовлетворенным на этапе 628 и алгоритм продолжает проверку удовлетворения остальных условий. Если же для использования в фильтре БСФ добавляют восстановитель, то начальное условие на этапе 630 считается неудовлетворенным, а алгоритм диагностики работоспособности фильтра БСФ на этапе 638 не выполняют.
На этапе 632 способа определяют, выполняется ли регенерация фильтра БСФ. В процессе регенерации фильтра БСФ, скопившаяся сажа вступает в реакцию с присутствующим в отработавших газах кислородом, снижая концентрацию кислорода после фильтра. Если регенерации фильтра БСФ не выполняется, то начальное условие считается удовлетворенным на этапе 634 и алгоритм продолжает проверку удовлетворения остальных условий. Если регенерация фильтра БСФ выполняется, то начальное условие считается неудовлетворенным на этапе 636 и алгоритм диагностики работоспособности фильтра БСФ на этапе 638 не выполняют.
На этапе 510 способа 500 можно проверить выбранные начальные условия для конкретной системы и выйти, если по меньшей мере одно условие не будет удовлетворено. Приведенные на фиг. 6 примеры могут быть применены для конкретных систем, при этом для других конкретных систем могут быть добавлены другие начальные условия или исключены уже имеющиеся начальные условия для того, чтобы лучшим образом обеспечить постоянную концентрацию кислорода.
На фиг. 7 на графике 700 в качестве примеров показана реакция предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода в случае, когда концентрация кислорода в отработавших газах на фильтре БСФ не является постоянной.
Примером начального условия, когда тестирование фильтра БСФ на ухудшение качества работы может не выполняться, является случай перехода двигателя с работы на бедной смеси на работу на богатой смеси. Реакция датчиков кислорода на переход с бедной на богатую смесь показывает, что как парциальное давление 702 кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода, так и парциальное давление 704 кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода снижаются с более высокого значения до более низкого значения. Кроме того, выходной сигнал 704 постфильтрового датчика содержания кислорода может отставать от выходного сигнала 702 предфильтрового датчика содержания кислорода. Диапазон парциальных давлений при переходе с бедной на богатую смесь может выходить за пределы нормальных флюктуаций выходного сигнала датчика содержания кислорода и давать ложную индикацию утечки из фильтра БСФ, если будет выполняться диагностика на обнаружение утечки из фильтра БСФ.
Еще одним примером начального условия, когда тестирование фильтра БСФ на обнаружение утечки может не выполняться, является случай поглощения кислорода сажей, скопившейся в фильтре БСФ. По мере увеличения уровня сажи в фильтре БСФ, будет увеличиваться разность между парциальным давлением 706 кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода и парциальным давлением 708 кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. В другом примере, покрытие из гамма-оксида алюминия, имеющееся на фильтре, может также вступать в реакцию с кислородом, содержащимся в отработавших газах, что приведет к снижению концентрации кислорода на постфильтровом датчике содержания кислорода, то есть к снижению парциального давления кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода.
Еще одним примером начального условия, когда тестирование фильтра БСФ на ухудшение качества работы может не выполняться, является случай регенерации фильтра БСФ. В процессе регенерации фильтра БСФ, кислород вступает в реакцию с сажей, содержащейся в фильтре БСФ, что приводит к снижению концентрации кислорода по показаниям 712 постфильтрового датчика содержания кислорода. После значительного снижения уровня сажи и завершения регенерации фильтра БСФ, концентрация кислорода, больше не вступающего в реакцию в фильтре БСФ, повысится на постфильтровом датчике содержания кислорода, что может привести к повышению парциального давления 712 кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. В процессе регенерации парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика 710 содержания кислорода остается постоянным.
Таким образом, при наличии любых из проиллюстрированных на фиг. 7 условий, можно не выполнять проверку утечки из фильтра БСФ на основании выходных сигналов предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода, так как при любом из указанных условий может быть получен как ложный положительный результат, так и ложный отрицательный результат. Отказываясь от диагностики при наличии таких условий, можно повысить надежность результатов тестирования.
На фиг. 8 в качестве примера показан способ 800 определения ухудшения качества работы фильтра БСФ на основании выходных сигналов датчиков содержания кислорода в отработавших газах, установленных на противоположных концах фильтра. Как было рассмотрено выше, выходные сигналы датчиков содержания кислорода в отработавших газах можно использовать для формулирования вывода о падении давления на фильтре при выбранных условиях, когда концентрация кислорода в отработавших газах на фильтре по существу постоянна. Выполнение способа 800 можно начинать на этапе 514 способа 500.
На этапе 802 способа генерируют интервал Δt тестирования фильтра БСФ. При этом интервал тестирования представляет собой период времени, в течение которого выходные сигналы датчиков контролируют при выбранных начальных условиях. В одном из примеров указанный интервал тестирования может быть предварительно заданным фиксированным интервалом. Кроме того, интервал тестирования может соответствовать периоду времени, который позволяет собрать предварительно заданное количество экспериментальных точек из выходных сигналов предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
На этапе 804 способа определяют парциальное давление кислорода в потоке отработавших газов в течение заданного интервала Δt тестирования на предфильтровом и постфильтровом датчиках содержания кислорода. То есть, контроллер может получать выходные сигналы от каждого из предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода в течение указанного интервала тестирования.
На этапе 806 способа определяют усредненный выходной сигнал каждого из предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода за интервал Δt времени. Указанный способ предусматривает усреднение значений выходных сигналов предфильтрового датчика содержания кислорода, полученных в течение указанного интервала тестирования, и усреднение значений выходных сигналов постфильтрового датчика содержания кислорода, полученных в течение указанного интервала тестирования. Следует понимать, что усредненное значение может быть статистическим средним, модальным, медианным, средневзвешенным или другим статистически подходящим значением.
На этапе 808 способа определяют то, находятся ли выходные сигналы датчика содержания кислорода, полученные за период Δt времени, в пределах диапазона пороговых значений. Указанный диапазон пороговых значений может учитывать нормальные флюктуации датчиков содержания кислорода. Кроме того, согласно указанному способу можно определить, не превышает ли пороговое значение количество экспериментальных точек, которые оказались за пределами указанного диапазона пороговых значений. Если количество выбросов меньше порогового количества, то есть, большинство собранных экспериментальных точек находится в пределах диапазона пороговых значений, то способ переходит на этап 812. Если количество выбросов превышает пороговое значение, то способ переходит на этап 810 и прекращает выполнение диагностического алгоритма из-за того, что флуктуации выходных сигналов датчиков превышают ожидаемое значение. В одном из примеров, частые флуктуации выходных сигналов датчика за пределы диапазона пороговых значений может указывать на переходный режим работы двигателя, выходящего из установившегося режима, требуемого для входа в алгоритм. Например, если система выходит из условий установившегося режима в течение сгенерированного интервала тестирования, выходные сигналы датчиков содержания кислорода перед и после фильтра могут изменяться и выходить за пределы диапазона пороговых значений. Таким образом, результатам датчиков нельзя доверять при проверке на наличие утечки, и, соответственно, при таких условиях осуществляется выход из алгоритма.
На этапе 812 способа определяют поправочный коэффициент, применяемый к усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода. Поправочный коэффициент может зависеть от расхода отработавших газов и может быть применен к усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода для корректировки относительно усредненного выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода. В одном из примеров, поправочный коэффициент может быть взят из справочной таблицы, хранящейся в запоминающем устройстве компьютера как функция от расхода отработавших газов.
На этапе 814 способа применяют найденный поправочный коэффициент к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода. Датчики содержания кислорода измеряют парциальное давление кислорода, в результате чего при одинаковой концентрации кислорода выходной сигнал датчика будет выше перед фильтром БСФ, чем после фильтра БСФ. За счет применения поправочного коэффициента к усредненному выходному сигналу первого предфильтрового датчика содержания кислорода, можно компенсировать указанные вариации в выходном сигнале первого датчика.
На этапе 816 способа определяют отношение скорректированного усредненного выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода к усредненному выходному сигналу постфильтрового датчика содержания кислорода. Например, в вариантах осуществления настоящего изобретения, где фильтр БСФ не имеет покрытие из гамма-оксида алюминия, можно определить отношение скорректированного усредненного выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода к усредненному выходному сигналу постфильтрового датчика содержания кислорода.
При этом после корректировки, скорректированный усредненный выходной сигнал предфильтрового датчика содержания кислорода должен быть по существу равным (например, в пределах допустимого расхождения) выходному сигналу постфильтрового датчика содержания кислорода. То есть, например, отношение скорректированного усредненного парциального давления кислорода на выходе предфильтрового датчика к усредненному парциальному давлению кислорода на выходе постфильтрового датчика может составлять примерно 1. Если качество работы фильтра БСФ ухудшилось, например, если он был существенно поврежден или удален, скорректированное усредненное парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода будет чрезмерно скорректировано и окажется меньше усредненного парциального давления кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода, что приведет к тому, что отношение может оказаться меньше 1. Таким образом, по вышеуказанному отношению можно оценить работоспособность фильтра БСФ. В другом примере, можно определить утечку через фильтр, если отношение выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода и выходного напряжения постфильтрового датчика содержания кислорода окажется меньше порогового значения, причем выходное напряжение предфильтрового датчика содержания кислорода может быть скорректировано.
Соответственно, на этапе 818 способа сравнивают найденное отношение с пороговым значением и определяют, не меньше ли указанное отношение порогового значения. В одном из примеров, согласно которому фильтр БСФ не содержит покрытие из гамма-оксида алюминия, а скорректированное усредненное парциальное давление кислорода на предфильтровом датчике содержания кислорода превышает усредненное парциальное давление кислорода на постфильтровом датчике содержания кислорода, пороговое отношение может быть принято за 1.
Если найденное отношение скорректированного усредненного значения на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода к усредненному значению на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода меньше порогового значения, то способ переходит на этап 820, при этом выдают индикацию об ухудшении качества работы фильтра БСФ. Например, может быть выдана индикация об утечке из фильтра БСФ. Выдача индикации об ухудшении качества работы фильтра может включать в себя установку диагностического кода. Например, контроллер может выдать оператору транспортного средства индикацию о том, что фильтр БСФ требует ремонта или замены. Если на этапе 818, найденное отношение не будет меньше порогового значения, то способ переходит на этап 822, а контроллер выдает индикацию об отсутствии утечки из фильтра БСФ и прекращает тестирование.
Таким образом, способ 800 предусматривает усреднение выходного напряжения как верхнего по потоку датчика, так и нижнего по потоку датчика за заданный интервал времени, корректировку усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика, и оценку падения давления на фильтре на основании отношения скорректированного усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика к выходному напряжению нижнего по потоку датчика. Корректировка усредненного выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода может предусматривать применение поправочного коэффициента, зависящего от оценочных данных о давлении в неповрежденном фильтре БСФ, которые, в свою очередь, зависят от расхода отработавших газов, протекающих через фильтр. Способ также предусматривает выдачу индикации об ухудшении качества работы сажевого фильтра на основании данных о падении давления. В частности, способ выдает индикацию об утечке из фильтра на основании того, что падение давления меньше порогового значения.
На фиг. 9 проиллюстрирован альтернативный способ 900 определения ухудшения качества работы фильтра БСФ, причем выходной сигнал предфильтрового датчика содержания кислорода не корректируют. В данном случае, нескорректированный выходной сигнал предфильтрового датчика содержания кислорода может быть использован в вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых фильтр БСФ не имеет покрытие из гамма-оксида алюминия из-за увеличенного количества реакций в фильтре БСФ. Таким образом, может быть определено отношение нескорректированного усредненного выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода к усредненному выходному сигналу постфильтрового датчика содержания кислорода.
На этапе 902 способа генерируют интервал Δt тестирования фильтра БСФ. При этом указанный интервал тестирования представляет собой период времени, в течение которого выходные сигналы датчиков контролируют при выбранных начальных условиях. В одном из примеров указанный интервал тестирования представляет собой предварительно заданный фиксированный интервал. Кроме того, указанный интервал тестирования может соответствовать периоду времени, который позволяет собрать заранее заданное количество экспериментальных точек от предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
На этапе 904 способа определяют парциальное давление кислорода в потоке отработавших газов за заданный интервал Δt времени для предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
На этапе 906 способа определяют усредненный выходной сигнал каждого из предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода за интервал Δt времени. Указанный способ предусматривает усреднение выходных сигналов предфильтрового датчика содержания кислорода за интервал тестирования и усреднение выходных сигналов постфильтрового датчика содержания кислорода за интервал тестирования. Следует понимать, что усредненное значение может быть статистическим средним, модальным, медианным, средневзвешенным или другим статистически подходящим значением.
На этапе 908 способа определяют, находятся ли выходные сигналы предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода, полученные в течение интервала Δt, в пределах диапазона пороговых значений. Указанный диапазон пороговых значений может учитывать нормальные флюктуации датчиков содержания кислорода. Кроме того, согласно указанному способу можно определить, не превышает ли пороговое значение количество экспериментальных точек, которые оказались за пределами указанного диапазона пороговых значений. Если количество выбросов меньше порогового количества, то есть, большинство собранных экспериментальных точек находится в пределах диапазона пороговых значений, то способ переходит на этап 912. Если количество выбросов превышает пороговое значение, то способ переходит на этап 910 и прекращает выполнение диагностического алгоритма из-за того, что флуктуации выходных сигналов датчиков превышают ожидаемое значение. В одном из примеров, частые флуктуации выходных сигналов датчика за пределы диапазона пороговых значений может указывать на переходный режим работы двигателя, выходящего из установившегося режима, требуемого для входа в алгоритм. Например, если система выходит из условий установившегося режима в течение сгенерированного интервала тестирования, выходные сигналы датчиков содержания кислорода перед и после фильтра могут изменяться и выходить за пределы диапазона пороговых значений. Таким образом, результатам датчиков нельзя доверять при проверке на наличие утечки, и, соответственно, при таких условиях осуществляется выход из алгоритма.
На этапе 912 способа определяют разность между усредненным выходным сигналом предфильтрового датчика содержания кислорода и усредненным выходным сигналом постфильтрового датчика содержания кислорода.
На этапе 914 способа определяют, является ли величина, равная усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода минус усредненный выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода, меньше пороговой разности. Согласно указанному способу можно сравнить выходное напряжение предфильтрового датчика содержания кислорода, усредненное по заданному интервалу, с выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода, усредненным по указанному интервалу. Пороговая разность между выходными сигналами предфильтрового датчика содержания кислорода и постфильтрового датчика содержания кислорода может зависеть от расхода отработавших газов через работоспособную систему фильтра БСФ. Например, в фильтре БСФ без покрытия из гамма-оксида алюминия, при одинаковой концентрации кислорода парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода будет выше парциального давления кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. При этом, указанный способ предусматривает выдачу индикации об ухудшении качества работы фильтра в том случае, когда парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода существенно не превышает парциальное давление на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода. Если на этапе 914 величина, равная усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода минус усредненный выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода, меньше пороговой разности, то способ переходит на этап 918, при этом выдают индикацию об ухудшении качества работы фильтра БСФ. Если на этапе 914 указанная величина не меньше пороговой разности, то способ переходит на этап 916 для выдачи индикации об отсутствии утечки из фильтра БСФ и для завершения диагностического алгоритма.
В одном из примеров указанный способ 900 может являться частью алгоритма, представленного на фиг. 5, например, запущен на этапе 514 способа 500. В данном случае, при выбранных условиях, когда разность концентрации кислорода на сажевом фильтре меньше порогового значения, посредством контроллера сравнивают выходное напряжение предфильтрового датчика содержания кислорода с выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода для того, чтобы оценить падение давления на фильтре. Контроллер может также выдать индикацию о наличии утечки из фильтра на основании указанного сравнения, если разность между выходным напряжением предфильтрового датчика содержания кислорода и выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода окажется меньше пороговой разности. Значения на выходе предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода могут быть усреднены по заданному интервалу времени. При этом, контроллер не выполняет корректировку усредненного выходного сигнала предфильтрового датчика содержания кислорода и, тем самым, требует меньше вычислительных ресурсов. Однако пороговая разность между усредненным выходным сигналом предфильтрового датчика содержания кислорода и усредненным выходным сигналом постфильтрового датчика содержания кислорода при различных расходах отработавших газов может быть по существу разной, так что каждый расход отработавших газов может быть согласован с пороговой разностью, хранящейся в запоминающем устройстве бортового контроллера.
На фиг. 10 в качестве примера показана схема 1000, иллюстрирующая примерные начальные условия, подлежащие контролю для генерирования интервала тестирования и обнаружения ухудшения качества работы фильтра БСФ на основании значений парциального давления кислорода на выходе предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода. Например, выбранные условия могут включать в себя каждое из следующих условий: регенерация сажевого фильтра завершена, расход отработавших газов превышает пороговое значение, абсолютная производная расхода отработавших газов меньше порогового значения. Начальные условия, проиллюстрированные на схеме 1000, показывают уровень сажи на графике 1002, расход отработавших газов на графике 1004, производную расхода отработавших газов на графике 1006, значения парциального давления кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода на графике 1008 (сплошная линия), а значения парциального давления кислорода на выходе постфильтрового датчика содержания кислорода на графике 1010 (пунктирная линия).
Видно, что в интервале времени от t0 до t1, уровень сажи (график 1002) повышается до величины выше первой пороговой нагрузки (график 1012). Первая пороговая нагрузка (график 1012) соответствует уровню сажи, свыше которого фильтр БСФ считается заполненным и требует регенерации. По мере повышения уровня сажи, кислород из отработавших газов будет поглощаться, что приведет к снижению парциального давления кислорода на выходе постфильтрового датчика кислорода (график 1010), как показано. Это может происходить, например, из-за ускорения транспортного средства. Производная расхода отработавших газов (график 1006) иллюстрирует переходные рабочие условия (неустановившийся режим). Видно, что парциальное давление кислорода на выходе предфильтрового датчика содержания кислорода (график 1008) немного повышается за счет увеличения расхода отработавших газов. В течение указанного периода времени, даже если удовлетворяется условие по расходу отработавших газов, и указанный расход достаточно высок для создания номинального давления на предфильтровом и постфильтровом датчиках содержания кислорода, начальные условия считаются неудовлетворенными за счет того, что сажевая нагрузка превышает пороговое значение и производная расхода отработавших газов также превышает пороговое значение. Таким образом, фильтр БСФ нельзя тестировать на предмет ухудшения качества работы на основании выходных сигналов предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода.
В интервале времени от t1 до t2 уровень сажи (график 1002) высок, и разность между выходными сигналами предфильтрового датчика содержания кислорода (график 1008) и постфильтрового датчика содержания кислорода (график 1010) находится выше верхней пороговой кривой. При этом в момент t1 запускают регенерацию фильтра БСФ. В процессе регенерации фильтра БСФ, кислород, содержащийся в отработавших газах, используют для того, чтобы от вступал в реакцию с частицами сажи, находящимися в фильтре БСФ. Видно, что в ходе регенерации, между моментами t1 и t2 уровень сажи (график 1002) снижается. Регенерацию можно выполнять в течение установленного периода времени или до тех пор, пока уровень сажи не упадет ниже второй пороговой нагрузки (график 1014). В период времени от t1 до t2 расход отработавших газов (график 1004) и производная расхода отработавших газов (график 1006) показывают, что двигатель работает в установившемся режиме. Парциальное давление кислорода по показаниям предфильтрового датчика содержания кислорода (график 1008) стабильно, при этом его флюктуации не выходят за допустимые пределы. Парциальное давление по показаниям постфильтрового датчика содержания кислорода (график 1010) снижается в процессе регенерации фильтра БСФ. Регенерацию фильтра БСФ завершают, когда уровень сажи в фильтре БСФ падает ниже второй пороговой нагрузки (график 1014) в точке 1016. Видно, что в точке 1018 после завершения регенерации фильтра БСФ парциальное давление на постфильтровом датчике содержания кислорода начинает повышаться. В течение указанного периода времени, не удовлетворяется одно начальное условие (то есть, происходит регенерация фильтра БСФ), в результате чего фильтр БСФ нельзя тестировать на предмет ухудшения качества работы.
В интервале времени от t2 до t3, уровень сажи (график 1002) низок, а расход отработавших газов (график 1004) и производная расхода отработавших газов (график 1006) указывают на работу двигателя в установившемся режиме, что означает постоянство концентрации кислорода в отработавших газах. Парциальное давление кислорода по показаниям предфильтрового датчика содержания кислорода (график 1008) и парциальное давление по показаниям постфильтрового датчика содержания кислорода (график 1010) стабильны, при этом их флюктуации не выходят за допустимые пределы. Парциальное давление по показаниям предфильтрового датчика содержания кислорода значительно превышает парциальное давление по показаниям постфильтрового датчика содержания кислорода. Применение поправочного коэффициента для данного расхода отработавших газов к усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода может обеспечить примерно такое же или немного большее значение по сравнению с усредненным выходным сигналом постфильтрового датчика содержания кислорода, что означает работоспособность фильтра.
В интервале времени от t3 до t4, уровень сажи (график 1002) низок, а расход отработавших газов (график 1004) и производная расхода отработавших газов (график 1006) указывают на работу двигателя в установившемся режиме, что означает постоянство концентрации кислорода в отработавших газах. Парциальное давление кислорода по показаниям предфильтрового датчика содержания кислорода (график 1008) и парциальное давление по показаниям постфильтрового датчика содержания кислорода (график 1010) стабильны и демонстрируют нормальные флуктуации. Парциальное давление по показаниям предфильтрового датчика содержания кислорода не существенно превышает парциальное давление по показаниям постфильтрового датчика содержания кислорода. В одном из примеров, применение поправочного коэффициента при данном расходе отработавших газов к усредненному выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода может дать значение, которое будет меньше усредненного выходного сигнала постфильтрового датчика содержания кислорода, а усредненное соотношение может быть меньше порогового значения, что будет указывать на ухудшение качества работы фильтра БСФ. Например, при выбранных условиях, когда на фильтре БСФ концентрация кислорода по существу постоянна, ожидается, что парциальное давление кислорода на предфильтровом датчике содержания кислорода будет существенно выше парциального давления на постфильтровом датчике содержания кислорода. Таким образом, ожидается, что применение поправочного коэффициента к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода обеспечит значение, примерно равное выходному сигналу постфильтрового датчика содержания кислорода. Однако, при наличии утечки из фильтра БСФ, изменения в парциальном давлении кислорода между предфильтровым датчиком и постфильтровым датчиком содержания кислорода не существенны. В другом примере, на основании того, что разность выходных сигналов предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода меньше порогового значения, возможна выдача индикации об утечке из фильтра БСФ.
Следует понимать, что, несмотря на то, что в описанном примере показаны три начальных условия для определения того, что можно генерировать интервал тестирования фильтра БСФ и диагностировать ухудшение качества работы фильтра БСФ, в альтернативных примерах можно использовать меньше или больше начальных условий. Кроме того, начальными условиями могут быть рабочие параметры двигателя, более способствующие постоянству концентрации кислорода на фильтре БСФ.
На фиг. 11 в качестве примера проиллюстрирован способ 1100 регенерации фильтра БСФ. Как показано на фиг. 3 в экспериментальной точке 5 манометрическое давление на предфильтровом датчике содержания кислорода превышает верхнюю пороговую кривую, что означает, что фильтр БСФ неработоспособен из-за высокой сажевой нагрузки и что можно запустить регенерацию. Например, указанный способ предусматривает регенерацию фильтра БСФ, когда выходной сигнал предфильтрового датчика содержания кислорода намного превышает выходной сигнал постфильтрового датчика содержания кислорода.
На этапе 1102 способа определяют расход отработавших газов.
На этапе 1104 способа определяют изменение между выходными сигналами предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода. Согласно указанному способу также может применить поправочный коэффициент к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода, исходя из найденного на этапе 1102 расхода отработавших газов.
На этапе 1106 способа сравнивают изменение, найденное на этапе 1104, с пороговым значением изменения, определенным по справочной таблице в зависимости от расхода отработавших газов, найденного на этапе 1102. Если изменение между датчиками содержания кислорода, найденное на этапе 1104, не превышает пороговое значение, то способ переходит на этап 1108 и регенерация фильтра БСФ не выполняется. При этом выполнение способа может быть завершено. Если отношение, полученное на этапе 1104, превышает второе пороговое значение, то способ переходит на этап 1110, на котором начинают выполнять способ регенерации фильтра БСФ. Из уровня техники известны разнообразные способы регенерации фильтра БСФ, которые выбирают зависимости от специфики системы. В одном из примеров фильтра БСФ предусматривает повышение температуры отработавших газов и концентрации кислорода в отработавших газах в течение заданного периода время для того, чтобы сжечь сажу, скопившуюся в фильтре БСФ.
С этапа 1110 способ переходит на этап 1112, на котором определяют расход отработавших газов.
На этапе 1114 способа определяют изменение между выходными сигналами предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода. Согласно указанному способу можно также применить поправочный коэффициент к выходному сигналу предфильтрового датчика содержания кислорода в зависимости от расхода отработавших газов, определенного на этапе 1110.
На этапе 1116 способа сравнивают изменение, найденное на этапе 1114, с пороговым значением изменения, определенным по справочной таблице в зависимости от расхода отработавших газов, найденного на этапе 1112. Если отношение, полученное на этапе 1114, превышает второе пороговое значение, то способ переходит на этап 1118, при этом выдают индикацию о неудавшейся регенерации фильтра БСФ. Если на этапе 1116 найденное изменение не превышает второе пороговое значение изменения, то способ переходит на этап 1120, на котором выдают индикацию о завершении регенерации фильтра БСФ. Затем выполнение способа завершают.
Таким образом, при выбранных условиях, когда концентрация кислорода по существу постоянна, выходное напряжение имеющихся датчиков содержания кислорода в отработавших газах можно согласовать с падением давления на сажевом фильтре системы выпуска отработавших газов. Кроме того, когда выбранные условия не удовлетворяются, выходное напряжение датчиков содержания кислорода в отработавших газах можно согласовать с изменением концентрации кислорода в отработавших газах на фильтре. Это позволяет использовать уже имеющиеся в системе датчики содержания кислорода как для измерения содержания кислорода в отработавших газах, так и для измерения давления, что устраняет необходимость в наличии дополнительных датчиков, например, предназначенных для этого датчиков давления или датчиков температуры, необходимых для выполнения диагностических алгоритмов. При выбранных условиях, когда концентрация кислорода в отработавших газах по существу постоянна, датчик содержания кислорода можно выгодно использовать в качестве датчика давления, а падение давления на фильтре оценивать по выходному сигналу датчика содержания кислорода. Падение давление, оцененное посредством датчиков содержания кислорода, затем можно использовать для определения работоспособности фильтра. В целом, упрощается диагностика фильтра и уменьшается выбросы отработавших газов в атмосферу.
Следует отметить, что включенные в настоящее описание примеры алгоритмов управления и оценки можно использовать с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящем документе, можно хранить в энергонезависимом запоминающем устройстве в виде исполняемых инструкций. Раскрытые в настоящем документе конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. При этом проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции можно выполнять в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - их можно опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно требуется для получения признаков и преимуществ предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, раскрытых в настоящем описании, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций можно выполнять повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут в графическом виде представлять программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройство машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании схемы и алгоритмы по существу являются лишь примерами, при этом указанные конкретные варианты осуществления настоящего изобретения не имеют ограничительного характера, поскольку возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на конкретных комбинациях и подкомбинциях, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя наличия и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема защиты начальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
Изобретение может быть использовано в системах очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Способ для выпускной системы двигателя. При выбранных условиях согласуют выходной сигнал верхнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах и нижнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах с падением давления на сажевом фильтре. Сажевый фильтр установлен в выпускной системе. При выбранных условиях концентрация кислорода в отработавших газах на сажевом фильтре по существу постоянна. Выбранные условия: нагрузка на сажевый фильтр меньше порогового значения, расход отработавших газов выше порогового значения и двигатель работает в установившемся режиме. Выходной сигнал представляет собой выходное напряжение. Процесс согласования предусматривает следующие этапы. Усреднение выходного напряжения верхнего по потоку и нижнего по потоку датчиков по заданному интервалу. Корректировку усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика в зависимости от оценочных данных о давлении работоспособного бензинового сажевого фильтра, которые зависят от расхода отработавших газов. Оценку падения давления на фильтре в зависимости от отношения согласованного усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика к выходному напряжению нижнего по потоку датчика. Выдачу индикации об ухудшении качества работы сажевого фильтра на основании данных о падении давления. Раскрыты способ для выпускной системы двигателя и выпускная система двигателя. Технический результат заключается в повышении точности и надежности индикации качества работы сажевого фильтра. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.
1. Способ для выпускной системы двигателя, при котором:
при выбранных условиях согласуют выходной сигнал верхнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах и нижнего по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах с падением давления на сажевом фильтре, установленном в выпускной системе двигателя,
при выбранных условиях концентрация кислорода в отработавших газах на сажевом фильтре по существу постоянна,
причем выбранные условия включают в себя каждое из следующих условий: нагрузка на сажевый фильтр меньше порогового значения, расход отработавших газов выше порогового значения и двигатель работает в установившемся режиме,
причем указанный выходной сигнал представляет собой выходное напряжение, причем указанный процесс согласования предусматривает:
усреднение выходного напряжения верхнего по потоку и нижнего по потоку датчиков по заданному интервалу;
корректировку усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика в зависимости от оценочных данных о давлении работоспособного бензинового сажевого фильтра, которые зависят от расхода отработавших газов; и
оценку падения давления на фильтре в зависимости от отношения согласованного усредненного выходного напряжения верхнего по потоку датчика к выходному напряжению нижнего по потоку датчика и выдачу индикации об ухудшении качества работы сажевого фильтра на основании данных о падении давления.
2. Способ по п. 1, при котором выдача индикации предусматривает выдачу индикации о наличии утечки из сажевого фильтра на основании того, что падение давления меньше порогового значения.
3. Способ для выпускной системы двигателя, при котором:
в ответ на определение, что выполняются выбранные условия, когда разность концентраций кислорода на сажевом фильтре выпускной системы двигателя меньше порогового значения, и только пока определено, что выбранные условия выполняются, выполняют диагностический алгоритм, согласно которому:
сравнивают выходное напряжение предфильтрового датчика содержания кислорода в отработавших газах и постфильтрового датчика содержания кислорода в отработавших газах,
оценивают падение давления на фильтре на основании сравнения выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода в отработавших газах и постфильтрового датчика содержания кислорода в отработавших газах; и
выдают индикацию о наличии утечки из фильтра на основании оцененного падения давления.
4. Способ по п. 3, при котором указанное сравнение предусматривает сравнение выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода, усредненного по заданному интервалу, с выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода, усредненным по указанному интервалу.
5. Способ по п. 4, при котором указанное сравнение также предусматривает корректировку усредненного выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода посредством поправочного коэффициента, зависящего от оценочных данных о падении давления на неповрежденном бензиновом сажевом фильтре, которые, в свою очередь, зависят от расхода отработавших газов, протекающих через фильтр.
6. Способ по п. 3, при котором выдача индикации о наличии утечки по результатам указанного оцененного падения давления предусматривает выдачу индикации о наличии утечки через фильтр на основании того, что разность между выходным напряжением предфильтрового датчика содержания кислорода и выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода меньше пороговой разности.
7. Способ по п. 3, при котором выдача индикации о наличии утечки по результатам указанного оцененного падения давления предусматривает выдачу индикации о наличии утечки через фильтр на основании того, что отношение выходного напряжения предфильтрового датчика содержания кислорода к выходному напряжению постфильтрового датчика содержания кислорода меньше порогового значения.
8. Способ по п. 3, при котором каждый из предфильтрового и постфильтрового датчиков содержания кислорода представляет собой датчик одного из следующих типов: EGO, UEGO и HEGO-типа.
9. Способ по п. 3, при котором выдача индикации предусматривает установку диагностического кода.
10. Способ по п. 3, при котором дополнительно, когда разность между выходным напряжением предфильтрового датчика содержания кислорода и выходным напряжением постфильтрового датчика содержания кислорода не меньше пороговой разности, выдают индикацию об отсутствии утечки из фильтра.
11. Способ по п. 3, при котором в ответ на определение, что выбранные условия, когда разность концентраций кислорода на сажевом фильтре выпускной системы двигателя меньше порогового значения, не выполняются, не выполняют диагностический алгоритм.
12. Выпускная система двигателя, содержащая:
бензиновый сажевый фильтр, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов;
первый датчик содержания кислорода в отработавших газах, расположенный выше по потоку от указанного фильтра;
второй датчик содержания кислорода в отработавших газах, расположенный ниже по потоку от указанного фильтра; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в энергонезависимом запоминающем устройстве, который предназначен для:
работы в первом режиме, при котором выходное напряжение указанного первого датчика относительно указанного второго датчика согласовано только с изменением концентраций кислорода на фильтре;
работы во втором режиме, при котором выходное напряжение указанного первого датчика относительно указанного второго датчика согласовано только с изменением давления отработавших газов на фильтре, и
выдачи индикации о наличии утечки твердых частиц из бензинового сажевого фильтра на основании изменения давления отработавших газов на фильтре,
причем указанный контроллер выполнен с возможностью работы в первом режиме при первом условии, когда расход отработавших газов меньше порогового значения, причем указанный контроллер выполнен с возможностью работы во втором режиме при втором условии, когда расход отработавших газов больше порогового значения.
13. Система по п. 12, в которой при указанном первом условии сажевая нагрузка на фильтр больше пороговой нагрузки, а при указанном втором условии сажевая нагрузка на фильтр меньше пороговой нагрузки, причем сажевая нагрузка определена посредством модели без обратной связи.
14. Система по п. 13, в которой выходное напряжение указанного первого датчика указывает на парциальное давление кислорода в отработавших газах перед фильтром, а выходное напряжение указанного второго датчика указывает на парциальное давление кислорода в отработавших газах после фильтра, причем в указанном втором режиме выходной сигнал первого датчика скорректирован посредством поправочного коэффициента, зависящего от расхода отработавших газов.
15. Система по п. 14, в которой в указанном первом режиме изменение концентраций кислорода в отработавших газах согласовано с разностью между парциальным давлением кислорода перед фильтром и парциальным давлением кислорода после фильтра, причем в указанном втором режиме изменение давления отработавших газов на фильтре согласовано с разностью между скорректированным парциальным давлением кислорода перед фильтром и парциальным давлением кислорода после фильтра.
16. Система по п. 12, в которой указанный контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы:
при работе в первом режиме выдать индикацию о скоплении твердых частиц в фильтре на основании того, что изменение концентраций кислорода в отработавших газах на фильтре выше порогового значения; и
выдать индикацию о наличии утечки твердых частиц из фильтра на основании того, что изменение давления отработавших газов на фильтре меньше порогового значения.
| US 20120216507 A1, 30.08.2012 | |||
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ СГОРАНИЯ В ФИЛЬТРЕ ЧАСТИЦ | 2009 |
|
RU2484266C2 |
| Манометр | 1928 |
|
SU11875A1 |
| DE 102011003740 A1, 09.08.2012 | |||
| WO 2013007355 A1, 17.01.2013. | |||
