СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ УЛОВИТЕЛЯ ОКСИДОВ АЗОТА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2019 года по МПК F01N3/08 F01N11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу диагностики рабочего состояния уловителя оксидов азота. В частности, оно относится к устройству диагностики, выполненному с возможностью осуществления такого способа. Изобретение находит свое предпочтительное применение в виде бортовой диагностики автотранспортного средства, оснащенного дизельным двигателем, связанным с уловителем оксидов азота.

Уровень техники

Многие современные двигатели внутреннего сгорания, в частности, дизельные двигатели, оснащены уловителем оксидов азота (NO_x), чтобы соблюдать законодательные нормы, ограничивающие загрязняющие выбросы в выхлопных газах этих транспортных средств.

Как правило, уловитель оксидов азота расположен в выхлопной системе транспортного средства и работает периодически в двух разных режимах.

Во время обычной работы двигателя на бедной смеси уловитель задерживает часть молекул NO_x, выделяемых двигателем, в разных каталитических отсеках накопления, при этом остальная часть выбрасывается в атмосферу после прохождения через уловитель. Количество молекул NO_x двигателя в процентах, которое задерживается уловителем, называется эффективностью накопления.

Когда масса NO_x, накопленная в уловителе, достигает заранее заданного предела, зависящего от максимальной емкости накопления, управляемое переключение работы двигателя на богатую смесь, то есть на работу с недостатком кислорода относительно стехиометрии, позволяет регенерировать уловитель.

Фаза регенерации состоит в очистке уловителя от NO_x, задержанных во время рабочей фазы накопления. В ходе этой фазы работы на богатой смеси поступающие из двигателя восстановители (несгоревшие углеводороды НС и оксид углерода СО) проходят в уловитель и восстанавливают молекулы NO_x в молекулы азота N₂ и диоксида углерода СО₂.

Во время этой фазы регенерации степень обогащения устанавливают на среднее значение, которое обычно составляет от 1,03 до 1,10, как правило, 1,04 или 1,05. Такое значение степени обогащения представляет собой хороший компромисс между продолжительностью регенерации и количеством расходуемого топлива.

Чтобы выбросы в атмосферу выхлопных газов автотранспортного средства постоянно соответствовали законодательным нормам, обычно отслеживают рабочее состояние уловителя оксидов азота, то есть проверяют его эффективность накопления, при помощи бортовой диагностики.

Известны многие способы, предназначенные для отслеживания рабочего состояния уловителя оксидов азота.

В частности, в публикации FR 2 940 356-В1 раскрыт способ диагностики, согласно которому определяют критерий диагностики, равный массе восстановителей, используемых во время регенерации в режиме богатой смеси уловителя оксидов азота, и это соотношение сравнивают с порогом.

Расходуемая масса восстановителей равна интегралу по времени разности между массовым расходом восстановителей, поступающих в уловитель, и массовым расходом восстановителей, выходящих из уловителя. Входящий расход восстановителей можно вычислить как произведение расхода выхлопных газов на значение степени обогащения газов, поступающих в уловитель, измеряемое, например, при помощи кислородного зонда, установленного на входе уловителя. Точно так же, выходящий расход восстановителей можно вычислить как произведение расхода выхлопных газов на значение степени обогащения газов, выходящих из уловителя, измеряемое, например, при помощи другого кислородного зонда, установленного на выходе уловителя.

Заявитель установил, что из-за недостаточной повторяемости измерений разбросы, связанные с допусками изготовления различных деталей двигателя и с условиями движения, в которых происходит регенерация, такой способ не является достаточно точным, чтобы однозначно отличать уловитель в хорошем состоянии от уловителя, имеющего пониженную, но пока еще не нулевую эффективность. Такой способ характеризуется рисками отсутствия обнаружения и ложного обнаружения.

В связи с этим, в своей патентной заявке FR1360334 заявитель предложил усовершенствованный способ диагностики уловителя оксидов азота, в котором массу восстановителей определяют в ходе этапа специальной регенерации уловителя, осуществляемой с целью диагностики, при втором значении степени обогащения при работе двигателя, которое превышает первое значение степени обогащения, при котором обычно производят продувку. Например, предусмотрено, чтобы второе значение степени обогащения было по существу равно 1,10, при этом первое значение степени обогащения по существу равно 1,04.

Как показано на прилагаемых фиг. 1 и 2, такой усовершенствованный способ позволяет правильно отслеживать уловители, то есть всю их эффективность накопления, и однозначно отличать уловитель в хорошем состоянии от уловителя, который начинает ухудшаться.

На каждой из этих фигур на оси абсцисс показано время t, в течение которого происходит регенерация уловителя оксидов азота, и на оси ординат - степень обогащения выхлопных газов на входе или на выходе уловителя. Сплошная кривая 1 отображает значение степени обогащения, измеренное кислородным зондом, установленным на входе уловителя, а пунктирная кривая 3 отображает значение степени обогащения, измеренное кислородным зондом, установленным на выходе уловителя.

При постоянном расходе выхлопных газов масса восстановителей, расходуемая во время диагностики, осуществляемой в ходе продувки при повышенной степени обогащения, что является объектом патентной заявки FR1360334, показана в виде заштрихованной зоны 3, расположенной между двумя предыдущими кривыми степени обогащения, между моментом, соответствующим началу диагностики, и моментом, соответствующим концу диагностики.

Что касается начала диагностики, то в данном случае расходуемую массу восстановителей установили на ноль граммов в момент, когда степень обогащения газов достигла по меньшей мере значения 1,04.

Что касается конца диагностики, то в данном случае вычисление расходуемой массы восстановителей прекратили в момент, когда степень обогащения газов на выходе уловителя, в свою очередь, достигла по меньшей мере значения 1,04. Переход сигнала обогащения, выдаваемого выходным зондом, на богатую смесь, отображает расходование запаса оксидов азота или по меньшей мере его частичное расходование, после чего уменьшение запаса остаточных оксидов азота становится более медленным.

При этом возможны различные варианты. Например, можно также остановить вычисление расходуемой массы восстановителей, когда степень обогащения, измеряемая выходным зондом, достигает степени обогащения, измеряемой в тот же момент входным зондом.

На фиг. 1 показано поведение уловителя в хорошем состоянии, например, уловителя, эффективность которого имеет значение, равное 70%. В данном случае регенерация при степени обогащения 1,10 происходит по существу между моментами t=2540,5с и t=2547,5с. Фаза вычисления массы восстановителей завершается в момент t = 2546 с, то есть ее продолжительность составляет от 5 до 6 секунд. Заштрихованная зона 3 отображает массу восстановителей M_red, расходуемую во время фазы частичной регенерации.

На фиг. 2 показано поведение уловителя в ухудшенном состоянии, но с не равной нулю эффективностью, например, уловителя, эффективность которого имеет значение, равное 12%. В данном случае фаза вычисления происходит между моментами t=2944c и t=2945c, то есть она длится менее 1 секунды. В данном случае отмечается, что заштрихованная зона 3, отображающая массу восстановителей M_red, расходуемую во время фазы частичной регенерации, намного меньше, чем на фиг. 1.

Действительно, когда осуществляют специальную регенерацию уловителя при относительно высоком значении степени обогащения порядка 1,10, в уловитель резко добавляют большое количество восстановителей. Уловитель в хорошем рабочем состоянии может задерживать внутри себя такое количество восстановителей для восстановления оксидов азота, что означает, что степень обогащения выхлопных газов на выходе уловителя относительно медленно переходит на богатую смесь.

В случае уловителя в менее хорошем рабочем состоянии приток восстановителей является слишком быстрым. Большая часть восстановителей проходит через уловитель, не задерживаясь в нем, что приводит к переходу степени обогащения выхлопных газов на выходе уловителя на богатую смесь почти мгновенно. Толька часть поступающих в уловитель восстановителей действительно восстанавливает накопившиеся в нем оксиды азота.

Таким образом, в отличие от диагностики в соответствии с публикацией FR 2 940 356-В1, диагностика, осуществляемая во время специальной регенерации при повышенной степени обогащения порядка 1,10, как предусмотрено в патентной заявке FR1360334, позволяет эффективно отличать уловитель в хорошем состоянии от уловителя, который начинает ухудшаться.

С другой стороны, известно, что при любом конкретном значении степени обогащения, выбранном для регенерации уловителя оксидов азота, требуется предварительная оптимизация двигателя для обеспечения надлежащего переключения с обычного режима работы двигателя на бедной смеси на режим регенерации с богатой смесью.

Такая оптимизация является сложной. Установочные значения двигателя, в частности, установочные значения расхода воздуха и впрыска топлива, а также, в случае необходимости, установочные значения расхода выхлопных газов, рециркулируемых на впуск (EGR), определяют заранее на стенде для очень широкого диапазона рабочих точек скорости/нагрузки двигателя, в котором возможна регенерация.

С другой стороны, эти установочные значения отвечают многим требованиям. В частности, переходные установочные значения между работой двигателя на бедной смеси и работой двигателя на богатой смеси являются такими, что выдаваемый крутящий момент оставался по существу одинаковым, так чтобы водителю не нужно было повторно адаптировать запрос крутящего момента во время перехода и чтобы он не ощущал перебоев. Они могут ограничивать шум, связанный со сгоранием топлива, производящим крутящий момент. Они позволяют также двигателю работать надежно, в частности, ограничивая разбавление в смазочном масле двигателя части топлива, впрыскиваемого в двигатель для восстановления оксидов азота в уловителе, и контролируя температуру.

Из всего вышеизложенного понятно, что в случае, когда продувку необходимо осуществлять при увеличенной степени обогащения по сравнению с степенью обогащения при обычной продувке для диагностики уловителя как в случае ситуации согласно патентной заявке FR1360334, оптимизация переходных установочных значений двигателя между режимом работы на бедной смеси и режимом работы на богатой смеси с повышенной степенью обогащения предполагает двойную работу по предварительной оптимизации, то есть является исключительно трудоемкой.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является преодоление недостатков способов диагностики уловителя оксидов азота, в которых критерий диагностики определяют на основании массы восстановителей, расходуемой во время фазы регенерации уловителя.

В частности, изобретением предложен способ диагностики, который является надежным и точным и в то же время простым в применении и лишь с незначительной дополнительной доводкой по сравнению с уже существующими регулировками двигателя, в частности, по сравнению с переходными регулировками, обязательно производимыми для обычной продувки уловителя.

В связи с этим, изобретением предложен способ диагностики уловителя оксидов азота, связанного с двигателем внутреннего сгорания, при этом указанный уловитель выполнен с возможностью восстанавливать накапливающиеся в нем оксиды азота посредством реакции с топливом двигателя во время фазы регенерации уловителя, при этом указанный этап регенерации происходит при переходе регулировки двигателя на богатую смесь, при которой крутящий момент двигателя получают при впрыске по меньшей мере основного количества топлива, и топливо для восстановления оксидов азота получают при впрыске вспомогательного количества, при этом указанный способ содержит:

- этап определения массы восстановителей M_red, расходуемой во время этапа регенерации;

- этап сравнения указанной массы M_red с порогом отказа, ниже которого определяют, что уловитель на работает; и

- этап передачи сигнала, указывающего на нерабочее состояние уловителя.

Главным отличительным признаком способа является то, что определяют массу восстановителей M_red в ходе этапа специальной регенерации уловителя, осуществляемого с целью диагностики при значении степени обогащения работы двигателя, которое:

- сначала равно первому значению степени обогащения работы на этапе обычной регенерации уловителя в течение заранее определенного времени ΔТ стабилизации;

- и затем равно второму значению степени обогащения работы двигателя, превышающему первое значение степени обогащения,

при этом регулировку двигателя по второму значению степени обогащения работы получают на основании регулировки двигателя по первому значению степени обогащения работы путем простого продления впрыска вспомогательного количества топлива.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 и 2 (уже описаны) иллюстрируют критерий диагностики согласно известному способу.

Фиг. 3 - силовая установка, выполненная с возможностью осуществления заявленного способа.

Фиг. 4 - блок-схема способа диагностики уловителя оксидов азота в соответствии с изобретением.

Фиг. 5 и 6 показывают соответственно расходы топлива, впрыскиваемого в двигатель во время классической регенерации и во время второй фазы регенерации в соответствии с изобретением в не ограничительном варианте осуществления способа.

Фиг. 7 и 8 иллюстрируют критерий диагностики в соответствии с изобретением соответственно для уловителя, эффективность которого равна 70%, и для уловителя, эффективность которого равна 12%.

Осуществление изобретения

На фиг. 3 показан двигатель 4 внутреннего сгорания, например, дизельный двигатель автотранспортного средства, оснащенный устройством диагностики в соответствии с изобретением. Двигатель 4 получает питание воздухом через впускной коллектор 5 и питание топливом, например, газойлем, через множество инжекторов 6, установленных на общей топливной рампе 7.

Двигатель оснащен выхлопной системой удаления газообразных продуктов сгорания, включающей в себя выхлопной коллектор 8, выхлопную трубу 9, устройство 10 обработки загрязняющих выбросов двигателя 4 и глушитель 11, на котором установлен расходомер 12, через который выхлопные газы удаляются в атмосферу.

Разумеется, двигатель может быть выполнен с наддувом, и в этом случае он может быть связан по меньшей мере с контуром частичной рециркуляции выхлопных газов на впуск, называемым контуром EGR, что не выходит за рамки изобретения.

Двигатель может содержать средства регулировки расхода воздуха на впуске (например, клапан или дроссельную заслонку) и/или средства регулировки расхода выхлопных газов, рециркулируемых на впуск (например, клапан на выхлопе или клапан, установленный на выходе контура EGR).

Устройство 10 обработки загрязняющих выбросов представляет собой металлический кожух (или “canning”) по существу цилиндрической формы, заканчивающийся на концах двумя конусами соединения соответственно с выхлопной трубой 9 и с глушителем 11.

Этот металлический кожух содержит уловитель 13 оксидов азота. Не ограничительно он может также содержать другое устройство 14 обработки выхлопных газов, например, фильтр-уловитель 14 частиц или катализатор 14 окисления, который в этом случае расположен на выходе уловителя 13 (в направлении циркуляции выхлопных газов, показанном стрелками на фиг. 4).

Уловитель 13 оксидов азота накапливает часть выбросов NO_x двигателя 1, когда он работает на бедной смеси. Периодически, когда запускают фазу работы двигателя 4 на богатой смеси (называемую фазой регенерации или фазой продувки), уловитель 13 восстанавливает NO_x в молекулы азота N₂ и диоксида углерода СО₂ под действием восстановителей, то есть молекул оксида углерода и несгоревших углеводородов, выделяемых двигателем 4.

Уловитель 13 оксидов азота связан со средствами определения степени обогащения выхлопных газов двигателя 4 соответственно на выходе и на выходе уловителя 13, например, соответственно с входным кислородным зондом 15, расположенным на выхлопной трубе 9 на входе уловителя 13, и с выходным кислородным зондом 16, расположенным на глушителе 11 на выходе уловителя 13.

Электронное вычислительное устройство 17 связано по меньшей мере с двигателем 4, с входным кислородным зондом 15 и с выходным кислородным зондом 16. Вычислительное устройство содержит устройство бортовой диагностики и средство управления двигателем, что позволяет, в частности:

- когда масса оксидов азота, накопившаяся в уловителе 13, достигает порога, но при этом диагностика уловителя не является необходимой: запустить обычную регенерацию уловителя 13 оксидов азота посредством переключения режима работы двигателя 4 на богатую смесь с относительно низким значением степени обогащения R1;

- когда масса оксидов азота, накопившаяся в уловителе 13, достигает порога, и при этом необходимо произвести диагностику уловителя: запустить специальную регенерацию уловителя 13 с целью диагностики посредством переключения режима работы двигателя 4 на богатую смесь с указанным первым значением степени обогащения R1 во время первой фазы с продолжительностью стабилизации ΔТ, затем со вторым значением степени обогащения R2 во время второй фазы; и

- запустить работу двигателя 4 в нормальном режиме, который является режимом накопления оксидов азота, посредством переключения работы двигателя 4 на бедную смесь.

Второе значение степени обогащения R2 превышает первое значение степени обогащения R1. Предпочтительно первое значение степени обогащения R1 по существу равно 1,05, и второе значение степени обогащения R2 по существу равно 1,10.

Чтобы определить необходимость диагностики, то есть при каком значении степени обогащения, R1 или R1, а затем R2, необходимо начать регенерацию, вычислительное устройство 17 может, например, определить расстояние в километрах, пройденное транспортным средством после предыдущей диагностики, и сравнить его с порогом. Если указанное расстояние превышает порог, вычислительное устройство 17 запускает регенерацию уловителя 13 во втором режиме.

Устройство диагностики содержит:

- средство определения массового расхода Q_am восстановителей (оксида углерода и несгоревших углеводородов), содержащихся в выхлопных газах, на входе уловителя 13;

- средство определения массового расхода Q_av восстановителей, содержащихся в выхлопных газах, на выходе уловителя 13;

- средство оценки времени Δt частичной регенерации уловителя, которое представляет собой время, после которого степень обогащения, измеряемая выходным зондом 16, достигает третьего значения степени обогащения R3, меньшего второго значения степени обогащения R2;

- средство оценки массы восстановителей M_red, расходуемых во время указанной частичной регенерации;

- средство определения неисправного состояния уловителя 13 оксидов азота.

Согласно изобретению, средство управления выполнено с возможностью подавать команду на специальную регенерацию уловителя 13 с целью диагностики, когда масса оксидов азота достигает порога и когда необходимо произвести диагностику. В частности, оно подает команду на переключение режима работы двигателя на богатую смесь с первым значением степени обогащения R1 в течение заранее определенного времени стабилизации ΔТ, затем со вторым значением степени обогащения R2, например, 1,10, при этом переход начинается от степени обогащения, меньшей стехиометрии, например, от степени обогащения менее 0,9.

Степень обогащения Q_av, измеряемая выходным зондом 16 степени обогащения, начинает при этом также увеличиваться, начиная от этой степени обогащения, меньшей стехиометрии, и после времени Δt, в течение которого уловитель 13 был частично регенерирован, указанная степень обогащения R_av достигает третьего значения степени обогащения R3, меньшего второго значения степени обогащения R2 и отображающего переход степени обогащения выхлопных газов на выходе уловителя 13 на богатую смесь. Предпочтительно третье значение степени обогащения по существу равно 1,04.

В начале регенерации вычислительное устройство 17 выдает сигнал, позволяющий запустить вычисление массовых расходов восстановителей Q_am, Q_av на входе и на выходе уловителя 13 во время частичной регенерации уловителя. Эти расходы вычисляют соответственно при помощи следующих формул:

Q_am = Q_ech ⋅ R_am (Уравнение 1)

Q_av = Q_ech ⋅ R_av (Уравнение 2)

в которых:

- Q_ech обозначает расход выхлопных газов, измеряемый расходомером 12;

- R_am обозначает степень обогащения выхлопных газов на входе уловителя 13, измеряемую входным кислородным зондом 15; и

- R_av обозначает степень обогащения выхлопных газов на выходе уловителя 13, измеряемую выходным кислородным зондом 16.

Этот сигнал служит также для запуска временного интегрирования массовых расходов Q_am, Q_av восстановителей в средстве 26 оценки. Массу восстановителей M_red, расходуемую в уловителе 13, получают при помощи следующей формулы:

M_red = ∫_Δt (Q_am - Q_av) ⋅ dt (Уравнение)

в которой Δt обозначает продолжительность частичной регенерации, в течение которой производится вычисление интеграла.

Когда степень обогащения R_av, измеряемая выходным зондом 16, достигает третьего значения степени обогащения R3, средство управления останавливает передачу сигнала временного интегрирования в средство оценки массы восстановителей.

Затем происходит специальная регенерация уловителя 13 до опорожнения запаса накопленных оксидов азота, то есть до момента, когда степень обогащения R_av, измеряемая выходным зондом 16, достигает степени обогащения R_am, измеряемой входным зондом 15, или до истечения заранее определенного фиксированного времени.

На фиг. 5 представлена блок-схема этапов заявленного способа диагностики уловителя 13 оксидов азота.

Во время работы двигателя 4 на бедной смеси в ходе способа 100 управления двигателем отслеживают накопление NO_x в уловителе 13 оксидов азота. Когда уловитель 13 достигает заранее определенного значения накопления, которое может быть близким к его максимальной емкости накопления, способ 100 управления запускает первый этап 110 теста уловителя 13, на котором проверяют, следует ли запустить диагностику уловителя 13.

Например, вычислительное устройство 17 может определить расстояние, пройденное транспортным средством после предыдущей диагностики, и сравнить его с порогом. Если указанное расстояние меньше порога, вычислительное устройство 17 определяет, что нет необходимости в диагностике, и способ переходит на этап обычной регенерации 120 уловителя 13 оксидов азота посредством переключения режима работы двигателя 4 на богатую смесь с относительно низким первым значением степени обогащения R1, например, 1,05.

В противном случае способ переходит на этап специальной регенерации 130 уловителя для диагностики посредством переключения работы двигателя 4 на богатую смесь, сначала с первым значением степени обогащения R1, затем со вторым относительно высоким значением степени обогащения R2, например по существу равным 1,10.

Этот этап специальной регенерации 130 включает в себя фазу частичной регенерации уловителя 13 в течение времени Δt, представляющего переход степени обогащения газов на выходе уловителя 13 на богатую смесь. Предпочтительно этот переход соответствует моменту, когда степень обогащения, измеряемая выходным зондом 16, достигает третьего значения степени обогащения R3, по существу равного 1,04.

Собственно способ диагностики 200 уловителя 13 оксидов азота запускают в начале этапа специальной регенерации и затем осуществляют его итеративно. Этот способ 200 начинается с этапа определения 210 массового расхода восстановителей Q_am на входе уловителя 13, получаемого при помощи уравнения 1, одновременно с этапом определения 220 массового расхода восстановителей Q_av на выходе уловителя 13, получаемого при помощи уравнения 2.

Определение этих расходов осуществляют в течение всей фазы частичной регенерации 130. Способ диагностики 200 продолжается этапом 230 определения массы восстановителей M_red, используемой во время фазы частичной регенерации. Эту массу получают путем временного интегрирования разности расходов восстановителей Q_am, Q_av на входе и на выходе уловителя 13 между моментом получения сигнала запуска фазы регенерации 130 и моментом прекращения получения этого сигнала (согласно уравнению 3).

Затем способ 200 продолжается этапом 240 определения массы восстановителей M_red, используемой во время второй фазы частичной регенерации с порогом неисправности S, ниже которого определяют, что уловитель 13 оксидов азота неисправен. Порог неисправности S можно определить на стенде при помощи статистических испытаний.

Способ 200 завершается этапом 250, на котором в способ 100 управления двигателем 1 направляют сигнал состояния. Этот сигнал может указывать на два состояния: либо неисправное состояние, либо исправное состояние. Когда состояние является неисправным, водителю может быть передан тревожный сигнал, например, при помощи светового индикатора.

На фиг. 5 и 6 соответственно показаны расходы топлива, впрыскиваемого в двигатель во время классической регенерации и во время второй фазы регенерации в соответствии с изобретением в не ограничительном варианте осуществления заявленного способа.

На фиг. 5 показаны расходы топлива, впрыскиваемого в двигатель 4 во время обычной регенерации уловителя 13, в результате оптимизации переходной работы двигателя между его обычным режимом работы на бедной смеси и его режимом работы при первом значении степени обогащения R1.

Как известно, эти установочные значения должны отвечать многим требованиям. В частности, переходные установочные значения являются такими, чтобы выдаваемый крутящий момент оставался по существу одинаковым, чтобы водителю не приходилось повторно адаптировать запрос крутящего момента во время перехода и чтобы он не ощущал перебоев. Они могут ограничивать шум, связанный со сгоранием топлива, производящим крутящий момент. Они позволяют также двигателю работать надежно, в частности, ограничивая разбавление в смазочном масле двигателя части топлива, впрыскиваемого в двигатель для восстановления оксидов азота в уловителе, и контролируя температуру.

Не ограничительно можно применять установочные значения, предусмотренные в публикации FR-В1-2856432, основные положения которой приведены в настоящем описании.

Во время режима регенерации определяют заданное значение расхода воздуха в зависимости от рабочей точки двигателя, подают команду на средства регулирования расхода воздуха, близкого к заданному значению, впрыскивают основное количество Q1 топлива, предназначенное для получения крутящего момента, и впрыскивают дополнительное количество Q’2 топлива или вспомогательное количество Q’2, начало впрыска которого наступает позже в цикле сгорания. В частности, вспомогательное количество Q’2 впрыскивают во время фазы расширения цикла сгорания таким образом, чтобы оно не участвовало в сгорании. Таким образом, топливо удаляется на выхлоп двигателя и поддерживает выхлопные газы в состоянии восстановления. Впрыск вспомогательного количества Q’2 топлива можно, например, объединить или совместить с впрыском основного количества Q1, как показано на фиг. 5, или можно осуществлять раздельно.

Для одной и той же рабочей точки скорости/нагрузки двигателя начало впрыска основного количества Q1 задерживают относительно начала впрыска основного количества Q1 топлива, используемого, когда двигатель работает на бедной смеси. Например, как показано на фиг. 5, оно смещено по меньшей мере на 15° угла вращения коленчатого вала (°V на фиг. 5) двигателя после верхней мертвой точки (РМН на фиг. 5). Основное количество Q1 топлива является также более значительным. Регулируя задержку впрыска и увеличение основного количества Q1, понижают КПД сгорания двигателя, одновременно поддерживая крутящий момент, и таким образом контролируют температуру двигателя и связанных с ним механических компонентов.

Кроме того, можно впрыскивать заранее определенное количество Q3 топлива, называемое контрольным количеством, до впрыска основного количества Q1. Это контрольное количество Q3 служит для снижения шума, связанного со сгоранием. В этом случае переходные установочные значения двигателя во время режима обычной регенерации являются еще более сложными. Крутящий момент получают не за счет только основного количества Q1, а за счет суммы основного количества Q1 и контрольного количества Q3. Следовательно, посредством испытаний на стенде необходимо калибровать распределение между основным количеством Q1 и контрольным количество, а также согласование в цикле сгорания начала впрыска основного количества Q1 и контрольного количества Q3.

Разумеется, известны различные версии осуществления. Например, основное количество Q1 топлива. используемое во время нормальной работы двигателя на бедной смеси для производства крутящего момента, часто тоже распределено на несколько отдельных впрысков, включающих в себя предварительный впрыск и/или последующий впрыск. В этом случае контрольное количество Q3 можно объединить с указанным предварительным впрыском, и/или вспомогательное количество Q’2 можно объединить с указанным последующим впрыском.

Из всего вышеизложенного понятно, что оптимизация двигателя в переходном режиме является трудоемкой, даже когда предусмотрен только один режим регенерации уловителя 13. Согласно изобретению, предложено значительно ограничить работу по дополнительной оптимизации, необходимой для диагностики. Для этого изобретением предложено выводить установочные значения двигателя во время регенерации при втором значении степени обогащения R2 из уже существующих установочных значений для регенерации при первом значении степени обогащения R1.

Для этого нет необходимости в каком-либо изменении заданного значения расхода воздуха или регулировки клапанов регулировки расхода воздуха и/или рециркулируемых выхлопных газов. При этом не происходит никакого изменения основного и контрольного количеств Q1, Q3 или их синхронизации. Не происходит также никакого изменения синхронизации вспомогательного количества Q’2, в частности, начала впрыска вспомогательного количества. Согласно изобретению, единственное изменение состоит в продлении времени впрыска дополнительного количества Q’2, чтобы увеличить степень обогащения смеси воздух/топливо с первого значения степени обогащения R1 до второго значения степени обогащения R2. Это увеличение Δ Q’2 происходит почти мгновенно и зависит только от времени реагирования инжекторов.

Аналогично фиг. 1 и 2, уже описанным выше, на фиг. 7 и 8 соответственно показано изменение во времени степени обогащения газов на входе и на выходе уловителя 13 оксидов азота во время описанной выше фазы управления 100, в частности, во время фазы специальной регенерации 130. Сплошные кривые 1 отображают степень обогащения, измеряемую входным кислородным зондом 15, и пунктирные кривые 2 показывают степень обогащения, измеряемую выходным кислородным зондом 16.

На фиг. 7 представлено поведение уловителя 13 в нормальном состоянии, например, уловителя, эффективность которого имеет значение 70%. В данном случае специальная регенерация 130 происходит по существу между моментами t = 2540,5 с и t = 2547,5 с, то есть менее чем за 10 секунд. Фаза частичной регенерации завершается в момент t = 2546c, то есть имеет продолжительность от 5 до 6 секунд. Первое значение степени обогащения R1 поддерживают в течение времени стабилизации ΔТ, составляющего от 2 до 3 секунд. Заштрихованная зона 3 отображает массу восстановителей M_red, расходуемую во время фазы частичной регенерации.

На фиг. 8 показано поведение ухудшенного уловителя, например, уловителя со значением эффективности, равным 12%. В данном случае фаза специальной регенерации является намного более длительной, чем при уловителе в хорошем состоянии, то есть около 50 секунд, что показано при помощи горизонтальной шкалы, отличающейся от шкалы на фиг. 7. В данном случае фаза частичной регенерации происходит по существу между моментами t = 2944 с и t = 2050 с, то есть в течение времени, по существу равного времени частичной регенерации на фиг. 7. Однако, абстрагируясь от различия в шкале между этими двумя фигурами, в данном случае отмечается, что заштрихованная зона 3, показывающая (с учетом деления шкалы) массу восстановителей M_red, расходуемую во время фазы частичной регенерации, меньше, чем на фиг. 7.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления, и специалист в данной области может предусмотреть любую его версию, позволяющую усовершенствовать изобретение. Например, чтобы сэкономить топливо во время фазы продувки, можно, в частности, предусмотреть, чтобы поддерживать второе значение степени обогащения R2 работы двигателя только в течение продолжительности Δt фазы частичной регенерации, во время которой определяют массу восстановителей M_red, после чего степень обогащения возвращается к своему первому значению степени обогащения R1 для завершения специальной регенерации.

Способ диагностики (200) уловителя оксидов азота, связанного с двигателем внутреннего сгорания, при этом указанный уловитель выполнен с возможностью снижения накопленных в нем оксидов азота посредством реакции с топливом двигателя во время фазы регенерации (120,130) уловителя, при этом указанный этап регенерации (120,130) происходит при переключении установок двигателя на богатую смесь, при котором крутящий момент двигателя получают исходя из впрыска по меньшей мере основного количества топлива, а топливо для восстановления оксидов азота получают из впрыска вспомогательного количества топлива, при этом указанный способ содержит этап (230) определения массы восстановителей (M_red), расходуемых во время этапа регенерации, этап (240) сравнения указанной массы (M_red) с порогом неисправности (S), ниже которого определяют, что уловитель неисправен. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ (200) диагностики уловителя (13) оксидов азота, связанного с двигателем (4) внутреннего сгорания, при этом указанный уловитель (13) выполнен с возможностью восстанавливать накапливающиеся в нем оксиды азота посредством реакции с топливом из двигателя во время фазы регенерации (120,130) уловителя (13), при этом указанный этап регенерации (120,130) происходит при переходе установок двигателя (4) на богатую смесь, при котором крутящий момент двигателя (4) получают от впрыска по меньшей мере основного количества топлива (Q1), а топливо для восстановления оксидов азота получают из впрыска вспомогательного количества (Q’2) топлива, при этом указанный способ содержит:

- этап (230) определения массы восстановителей (M_red), расходуемых во время этапа регенерации;

- этап (240) сравнения указанной массы (M_red) с порогом неисправности (S), ниже которого определяют, что уловитель неисправен; и

- этап (250) передачи сигнала, указывающего на неисправное состояние уловителя (13),

отличающийся тем, что определяют массу восстановителей (M_red) в ходе этапа (130) специальной регенерации уловителя (13), осуществляемого с целью диагностики при рабочем значении степени обогащения (R1, R2) двигателя (4), которое:

- сначала равно первому рабочему значению (R1) степени обогащения на этапе (120) обычной регенерации уловителя (13) в течение заранее определенного времени (ΔТ) стабилизации;

- и затем равно второму рабочему значению (R2) степени обогащения двигателя, превышающему первое значение (R1) степени обогащения,

при этом установочные значения двигателя для второго значения (R2) степени обогащения получают на основании установочных значений двигателя для первого рабочего значения (R1) степени обогащения путем простого продления впрыска вспомогательного количества (Q’2) топлива.

2. Способ (200) диагностики по п. 1, в котором второе значение (R2) степени обогащения по существу равно 1,10, а первое значение (R1) степени обогащения по существу равно 1,05.

3. Способ (200) диагностики по п. 1 или 2, в котором массу восстановителей вычисляют в течение времени (Δt) фазы частичной регенерации этапа (130) специальной регенерации уловителя (13).

4. Способ (200) диагностики по п. 3, в котором время (Δt) фазы частичной регенерации завершается, когда степень обогащения выхлопных газов двигателя (4) на выходе уловителя (13 достигает третьего значения (R3) степени обогащения.

5. Способ диагностики по п. 4, в котором третье значение (R3) степени обогащения меньше второго значения (R2) степени обогащения.

6. Способ диагностики по п. 5, в котором третье значение (R3) степени обогащения по существу равно 1,04.

7. Способ (200) диагностики по любому из пп. 3-6, в котором массу (M_red) восстановителей вычисляют как временной интеграл разности между массовым расходом (Q_am) восстановителей на входе уловителя (13) и массовым расходом (Q_av) восстановителей на выходе уловителя (13) за время (Δt) фазы частичной регенерации.

8. Устройство (17) диагностики уловителя (13) оксидов азота для обработки загрязняющих выбросов двигателя (4) для осуществления способа (200) по любому из пп. 1-7, содержащее:

- средство (23) определения массового расхода (Q_am) восстановителей, содержащихся в выхлопных газах двигателя (4) на входе уловителя (13), связанное с кислородным зондом (15), находящимся на входе уловителя (13), причем массовый расход измеряется во время этапа регенерации,

- средство (24) определения массового расхода (Q_av) восстановителей, содержащихся в выхлопных газах двигателя (4) на выходе уловителя (13), связанное с кислородным зондом (16), находящимся на выходе уловителя (13), причем массовый расход измеряется во время этапа регенерации;

- средство (26) определения массы (М_red) восстановителей, расходуемых во время фазы регенерации, причем указанное средство (26) связано со средством (23) определения массового расхода (Q_am) восстановителей на входе уловителя (13) и со средством (24) определения массового расхода (Q_am) восстановителей на выходе уловителя (13);

- средство (27) определения неисправного состояния уловителя (13) в зависимости от указанной массы (M_red) восстановителей,

отличающееся тем, что:

указанное устройство (17) диагностики дополнительно содержит средство (22) управления двигателем, выполненное с возможностью переключения режима работы двигателя (4) на богатую смесь с первым значением (R1) степени обогащения для обычной регенерации (12) уловителя (13) или с первым значением степени обогащения в течение заранее определенного времени стабилизации (ΔТ), а затем со вторым значением (R2) степени обогащения, которое превышает первое значение, для специальной регенерации (130) уловителя, запускаемой с целью диагностики (200).