СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ФИЛЬТРА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2019 года по МПК F01N11/00 F01N3/21 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и, в частности, к управлению теми компонентами, которые участвуют в борьбе с вредными выбросами. Более конкретно, изобретение относится к способу и системе управления регенерацией фильтра твердых частиц.

Уровень техники

Фильтры твердых частиц DPF (Diesel Particulate Filter) давно применяются для задерживания частиц, образующихся в процессе горения в двигателях внутреннего сгорания, особенно в дизельных двигателях.

Такие фильтры называют закрытыми фильтрами, по форме образованных в них каналов.

Эти многочисленные каналы, сделанные из пористого керамического материала, удерживают твердые частицы, содержащиеся в проходящем через них газе.

Засорение фильтра определяется путем измерения давления перед фильтром (противодавления) или путем измерения разности давлений выше и ниже по потоку относительно фильтра.

В зависимости от условий использования транспортного средства, фильтр твердых частиц может подвергаться более или менее частым циклам регенерации для выжигания накопленных в нем частиц и, тем самым, очистки фильтра.

Такие циклы регенерации реализуются путем впрыска топлива в камеры сгорания во время фазы выпуска, чтобы вводить несгоревшее топливо непосредственно в систему очистки отработавших газов (ОГ), включающую фильтр твердых частиц (DPF-фильтр). Эта стратегия называется стратегией дополнительного впрыска топлива. С одной стороны, такие дополнительные впрыски создают высокие температуры в системе очистки ОГ, но с другой стороны, они приводят к преждевременному старению смазочного масла в двигателе внутреннего сгорания.

В частности, топливо, впрыскиваемое в больших количествах, выдавливается посредством смешивания с моторным маслом. Такое смешивание влияет на двигатель внутреннего сгорания, который может быть поврежден, а также влияет на расход топлива.

Для простоты реализации, длительность процесса регенерации фиксируется и предопределяется с учетом возможных условий окружающей среды, что может неблагоприятно влиять на полноту регенерации.

Раскрытие изобретения

Первой задачей настоящего изобретения является ограничение отрицательных эффектов от циклов регенерации.

Основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы ограничить циклы регенерации не затрагивая их частоту, а затрагивая продолжительность каждой процедуры регенерации.

В частности, основная идея настоящего изобретения заключается в выполнении двух или более параллельных процессов, оценивающих когда цикл регенерации может быть прерван; и когда по меньшей мере один из таких процессов дает благоприятствующий исход, тогда процесс регенерации фильтра твердых частиц принудительно прерывается.

Ясно, что процесс регенерации фильтра твердых частиц может быть прерван только тогда, когда он является принудительным, поскольку процессы естественной регенерации происходят непрерывно, и они всегда поощряются, поскольку позволяют избегать принудительных регенераций.

Стратегии принудительной регенерации обычно включают в себя впрыск несгоревшего топлива в линию выпуска отработавших газов, так что оно горит в фильтре, вызывая выгорание золы, накопившейся в нем.

Прерывание регенерации задается в соответствии с первым из процессов, основанном на контроле разности давлений на входе и на выходе фильтра DPF. В частности, разность давлений между входом и выходом фильтра DPF контролируется во времени, и когда абсолютное значение производной от разности давлений по времени оказывается ниже третьего заданного порогового значения, процесс регенерации прерывается. Параллельно с этим, прерывание регенерации задается в соответствие со вторым процессом, основанным на контроле температуры отработавших газов на выходе из фильтра DPF.

Предпочтительно, когда разность между температурой на выходе фильтра DPF и рассчитанным теоретическим значением температуры оказывается ниже первого порогового значения, процесс регенерации прерывается. Для удобства это сравнение называется «сравнительной стратегией».

Рассчитанную теоретическую температуру на выходе DPF-фильтра предпочтительно вычисляют с помощью алгоритма, основывающегося на геометрических характеристиках DPF-фильтра, температуре окружающей среды, температуре на входе в DPF-фильтр, оборотах/нагрузке двигателя и количестве дополнительно впрыснутого топлива, преднамеренно игнорируя экзотермические эффекты выгорания частиц. Во время процесса регенерации окисление частиц способствует повышению температуры на выходе DPF-фильтра. Поэтому, когда температура на выходе фильтра близка к расчетному теоретическому значению, это означает, что больше нет частиц для выжигания, или в любом случае, их остаток незначителен.

Альтернативно, когда абсолютная величина производной от температуры на выходе DPF-фильтра ниже, чем второе расчетное пороговое значение, процесс регенерации прерывается. Для удобства эта стратегия называется «дифференциальной».

Предпочтительно, когда контроль температуры на выходе из DPF-фильтра определяет необходимость прерывания процесса регенерации, вместе с этим также определяется необходимость прерывания на основе контроля производной от разности давлений, и наоборот.

Согласно настоящему описанию вход DPF-фильтра и его выход определяются направлением потока выхлопных газов, а температуры на входе и выходе DPF-фильтра неявно относятся к циркулирующему потоку выхлопных газов.

Преимущественно настоящее изобретение позволяет ограничить разбавление масла, обусловленное регенерацией, тем самым продлить интервал замены моторного масла и уменьшить влияние регенерации на расход топлива.

Другой целью настоящего изобретения является система управления регенерацией фильтра твердых частиц и двигателем внутреннего сгорания, содержащим эту систему.

Формула изобретения описывает предпочтительные варианты осуществления изобретения, являющиеся неотъемлемой частью настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие цели и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего подробного описания варианта осуществления (и его вариантов) и из прилагаемых чертежей, приведенных только для иллюстративных и не ограничивающих целей, на которых:

На фиг. 1 показана блок-схема, представляющая базовую концепцию настоящего изобретения,

На фиг. 2 показана блок-схема, в которой в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения подробно описывается первая часть блок-схемы с фиг.1,

На фиг. 3 показана блок-схема, в которой в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения подробно описывается вторая часть блок-схемы с фиг.1,

На фиг. 4 показан схематический пример двигателя внутреннего сгорания, оборудованного фильтром твердых частиц, датчиками и вычислительными средствами для выполнения блок-схем предыдущих фигур.

Одинаковые позиции и одинаковые ссылочные обозначения на рисунках соответствуют одним и тем же элементам или компонентам.

В настоящем описании термин «второй» компонент не означает наличия «первого» компонента. Эти термины фактически используются только для ясности и не предназначены для создания ограничений.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Настоящим описывается способ изобретения, который автоматически активируется (1 НАЧАЛО), когда начинается регенерация DPF-фильтра на транспортном средстве. После его активации метод работает непрерывно и останавливается, когда регенерация прерывается методом.

На фиг. 1 показаны два параллельных запущенных процесса, один из которых основан на расчетной температуре на выходе из фильтра твердых частиц (Процесс 2), а другой (Процесс 1) -основан на разности давлений, вычисленной между входом и выходом фильтра твердых частиц.

Первый процесс, показывающий, что регенерацию фильтра можно считать завершенной, принудительно прерывает регенерацию.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, если один из двух процессов обнаруживает ошибку на датчиках, на которых он основан, этот процесс останавливается, не оказывая влияние на работу другого процесса. Это способно позволить не только достичь цели изобретения, а именно ограничить разбавление моторного масла, но также получить высокую избыточность в системе мониторинга.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, для первого процесса контролируется перепад давления, рассчитанный как разность между давлением на входе и выходе фильтра твердых частиц. Когда абсолютное значение производной от этого перепада давления падает ниже третьего расчетного порога Th3, процесс регенерации прерывается.

На фиг. 2:

Этап 1: обнаружение начала процесса регенерации DPF-фильтра,

Этап 32: ожидание времени t1,

Этап 33: получение сигнала сопротивления фильтра DPF потоку ОГ (FlowRes), а именно упомянутого значения перепада давления между входом и выходом DPF-фильтра,

Этап 34: вычисление абсолютного значения (DFlowRes) производной по времени от сигнала сопротивления потока отработавших газов на DPF-фильтре (DResflow),

Этап 35: проверка, является ли указанное абсолютное значение производной ниже третьего заданного порога (DFlowRes <Th3?); если нет (N), вернитесь к этапу 33, а если да (Y), перейдите к

Этап 12: ожидание временного интервала t2, затем

Этап 13: получение статуса ошибки датчиков давления,

Этап 14: проверка наличия ошибок на датчиках давления, если ошибок нет, тогда

Этап 15: прерывание регенерации и прерывание данного способа, но если на датчиках давления имеются ошибки, то

Этап 16: прерывание текущего процесса без вмешательства в другой параллельный процесс.

Если на датчиках обнаружена какая-либо ошибка, это не означает, что регенерация продолжается вечно, а скорее означает, что она остается под контролем других процессов. В связи с этим ясно также, что концепция прерывания является абсолютной по сравнению с любым последующим параллельным процессом.

Второй способ может оценивать время окисления частиц в зависимости от температуры на входе в DPF-фильтра, состояния двигателя, дополнительно впрыснутого топлива и температуры окружающей среды, и может поддерживать регенерацию независимо от температуры на выходе DPF-фильтра. В противном случае таймер останавливает регенерацию после ее активации независимо от условий эксплуатации.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, также ведется контроль температуры на выходе из DPF-фильтра, осуществляемый другим процессом, параллельным предыдущему, основанному на контроле температуры на входе и выходе DPF-фильтра.

Когда процесс мониторинга, основанный на температуре DPF-фильтра, определяет прерывание регенерации фильтра, процесс, основанный на контроле перепада давления, прерывается; и наоборот.

В соответствии с предпочтительным вариантом процесса контроля температуры на выходе из DPF-фильтра, измеренная температура сравнивается с расчетным теоретическим значением, таким образом, давая разность температур, и когда эта разность температур ниже, чем первый заданный порог, регенерация прерывается.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом процесса контроля температуры на выходе DPF-фильтра, абсолютная величина производной от температуры на выходе фильтра сравнивается со вторым заданным пороговым значением, и когда абсолютная величина указанной производной ниже упомянутого второго заданного порога, то предполагается, что остаточное содержание частиц в фильтре твердых частиц незначительно.

На фиг. 3 показана предпочтительная реализация первого варианта изобретения посредством блок-схемы, содержащей следующие этапы последовательно.

Этапы 1-7 выполняются всегда, а правые или левые ветви выполняются в зависимости от флага, который может быть установлен во время калибровки электронного блока управления (ЭБУ) двигателем, который обычно контролирует процессы, связанные с двигателем внутреннего сгорания, и связанные с системой очистки ОГ, включая процесс регенерации DPF-фильтра.

На фиг. 3:

Этап 1: обнаружение начала процесса регенерации DPF-фильтра,

Этап 2: измерение температуры на входе в DPF-фильтр (TinDPF),

Этап 3: если температура на входе DPF-фильтра выше, чем четвертый заданный порог (TinDPF> Th4?), то

Этап 4: ожидание временного интервала t1; в противном случае, если температура на входе DPF-фильтра НЕ выше указанного четвертого заданного порога, вернитесь назад к этапу 2, затем

Этап 5: оценка температуры на выходе DPF-фильтра в отсутствие частиц, с получением таким образом расчетного теоретического значения температуры (ToutDPFcalc),

Этап 6: измерение температуры на выходе DPF-фильтра (ToutDPFmis), с получением таким образом значения для сравнения,

Этап 7: проверка стратегии, которая будет реализована -«сравнительная» или «дифференциальная»: если «сравнительная», переходят к этапу 8, в противном случае переходят к этапу 10:

Этап 8: вычисление разности между расчетной теоретической температурой и температурой на выходе DPF-фильтра (ToutDPFmis - ToutDPFcalc),

Этап 9: проверка, находится ли указанная разность ниже первого порога (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Th1?); если она не находится ниже указанного первого порога, вернитесь к этапу 6, если она ниже указанного первого порога, перейдите к этапу 12;

если, однако, стратегия «дифференциальная», то Этап 10: вычисление производной по времени от температуры на выпуске DPF-фильтра (DToutDPFmis) и

Этап 11: проверка, является ли абсолютная величина производной от температуры на выходе DPF-фильтра ниже упомянутого второго заданного порога (DToutDPFmis <Th2?), затем

Этап 12: ожидание времени t2, затем

Этап 13: получение статуса ошибки температурных датчиков,

Этап 14: проверка наличия ошибок на датчиках температуры, если ошибок нет, тогда

Этап 15: прерывание регенерации и прерывание данного метода, но если есть ошибки датчиков температуры, то

Этап 16: прерывание настоящего способа без вмешательства в процесс регенерации.

Представляется очевидным, что этапы 1 и 12-16 пронумерованы и соответствуют таким же номерам на фиг. 2, именно с учетом того факта, что два способа выполняются параллельно, и имеют некоторые общие этапы.

Совершенно очевидно, что алгоритм оценки теоретического значения температуры, независимый от оценки накопления частиц и соответствующего окислительного вклада, представляется более стабильным и надежным, чем те процессы, которые вместо этого основаны на оценке накопления частиц.

Далее должно быть ясно, что две правые (этапы 10 и 11) и левые (этапы 8 и 9) ветви также могут выполняться параллельно, каждая из которых независимо способна выполнять этап 15.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, помимо вышеупомянутого способа, разность давлений, создаваемая частицами, накопленными в DPF-фильтре, контролируется параллельно.

Чтобы стабилизировать процесс регенерации, предпочтительно, чтобы контроль перепада давления и температуры на выходе из DPF-фильтра проводился после заданного временного интервала, начиная с начала процесса регенерации.

Вышеуказанный перепад давления предпочтительно измеряется уже тарированным датчиком.

Ошибки на датчиках температуры, как и на датчиках давления, обычно обнаруживаются процессами, обычно реализуемыми в блоках управления двигателем. Следовательно, этап сохранения в базе данных электронного блока управления двигателем тарировочных поправок для датчиков уже произведен.

Двигатель Е внутреннего сгорания, предпочтительно дизель, содержит систему очистки отработавших газов ОГ, содержащую фильтр DPF. Она включает в себя датчик температуры на входе ST1 и датчик температуры на выходе ST2. Она также включает в себя датчик дифференциального давления ДДД. Указанные датчики соединены с вычислительным модулем ЭБУ, который контролирует работу двигателя внутреннего сгорания и системы очистки ОГ. Настоящее изобретение может быть предпочтительно реализовано компьютерной программой, которая содержит средство кодирования для выполнения одного или нескольких этапов способа, когда эта программа запускается на компьютере. Следовательно, предполагается, что объем защиты распространяется на упомянутую компьютерную программу и, более того, на машиночитаемые носители, которые содержат записанное сообщение, причем указанный машиночитаемый носитель содержит программное средство кодирования для осуществления одного или более этапов способа, когда такая программа запускается на компьютере.

Различные варианты осуществления описанного неограничивающего примера возможны без отхода от объема защиты настоящего изобретения, включая все варианты осуществления, являющиеся эквивалентными для специалиста в данной области техники.

Из вышеприведенного описания специалист в данной области техники может реализовать сущность изобретения без предоставления каких-либо дополнительных конструктивных подробностей. Элементы и признаки, показанные в различных предпочтительных вариантах осуществления, могут быть скомбинированы не выходя за рамки защиты по настоящей заявке. Все признаки, описанные в описании уровня техники, если они не были специфически ограничены или исключены в подробном описании, могут рассматриваться в комбинации с характерными признаками вариантов, описанных в последующем подробном описании, образуя, таким образом, неотъемлемую часть настоящего изобретения. Индивидуальные отличительные особенности каждого предпочтительного варианта или чертежа, если они не представлены в независимых пунктах формулы изобретения, являются не затрагивающими сущность и, следовательно, могут быть индивидуально объединены с другими описанными вариантами.

Способ управления регенерацией фильтра твердых частиц (DPF-фильтра), содержащего впуск и выпуск, включающий первый процесс проверки первого состояния в зависимости от разности давлений, вычисленную между входом и выходом фильтра твердых частиц, и второй процесс проверки второго условия в зависимости от измерения температуры на выходе из фильтра твердых частиц, причем способ имеет возможность прерывать регенерацию, когда один из упомянутых первого и/или второго процесса проверки дает положительный исход.3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления регенерацией фильтра твердых частиц (DPF-фильтра), содержащего вход и выход, включающий в себя этапы, на которых выполняют первый процесс проверки первого состояния, определяющего прерывание процесса регенерации, в зависимости от перепада давления, вычисленного между входом и выходом фильтра твердых частиц, и одновременно выполняют второй процесс проверки второго состояния, определяющего прерывание процесса регенерации, в зависимости от температуры, измеренной на выходе фильтра твердых частиц, при этом способ включает в себя этап, на котором прерывают процесс регенерации, когда по меньшей мере один из указанных первого и/или второго процесса проверки возвращает положительный результат.

2. Способ по п. 1, в котором:

предварительно получают перепад давления (FlowRes) между входом и выходом фильтра твердых частиц, и вычисляют производную по времени (DFlowRes) от указанного перепада давления, и

проверяют, является ли абсолютное значение производной по времени (DFlowRes) от указанного перепада давления ниже третьего порога (DFlowRes <Th3).

3. Способ по п. 1, в котором первый процесс проверки первого условия включает в себя следующие этапы, на которых:

(Этап 1) определяют начало процесса регенерации фильтра твердых частиц,

(Этап 32) ожидают первый заданный временной интервал (t1), затем

(Этап 33) получают сигнал о сопротивлении потоку отработавших газов, создаваемому фильтром твердых частиц (FlowRes), затем

(Этап 34) вычисляют абсолютное значение (DFlowRes) производной по времени от указанного сигнала сопротивления потока отработавших газов (DResflow), затем

(Этап 35) проверяют, является ли указанное абсолютное значение производной сигнала сопротивления ниже третьего заданного порога (DFlowRes <Th3?), если нет (N), возвращаются к этапу 33, а если да (Y) переходят к

(Этап 12) ожидают второй заданный временной интервал (t2), затем

(Этап 13) получают статус ошибки датчиков давления, используемых для получения значений сопротивления потока отработавших газов,

(Этап 14) проверяют наличие ошибок на датчиках давления; если ошибок нет, то

(Этап 15) прерывают регенерацию и прерывают настоящий способ, но если на датчиках температуры имеются ошибки, то

(Этап 16) прерывают проверку данного первого условия, не вмешиваясь в процесс регенерации.

4. Способ по п. 1, в котором второй процесс проверки второго условия является сравнительным и включает следующие предварительные этапы, на которых:

измеряют температуру на входе DPF-датчика,

оценивают теоретическое значение температуры на выходе DPF-датчика на основе, по меньшей мере,

параметров окружающей среды,

рабочих параметров соответствующего двигателя внутреннего сгорания,

температуры на входе в DPF-датчик,

при этом на указанном этапе оценки игнорируют любой окислительный вклад для любых частиц, накопленных в фильтре твердых частиц, причем указанная зависимость включает в себя вычисление разности (ToutDPFmis-ToutDPFcalc) между теоретическим значением температуры и температурой, измеренной на выходе DPF-фильтра, при этом этап прерывания регенерации осуществляют, когда разность ниже первого заданного порога (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Th1).

5. Способ по п. 1, в котором второй процесс проверки второго условия является дифференциальным и включает в себя этапы, на которых:

предварительно контролируют температуру на выходе DPF-фильтра и вычисляют производную по времени (DToutDPFmis) от этой температуры на выходе DPF-фильтра,

проверяют, было ли второе условие, при котором абсолютное значение указанной производной по времени от измеренной температуры ниже второго заданного порога (DToutDPFmis <Th2).

6. Способ по п. 5, в котором второй процесс проверки второго рабочего состояния включает следующие этапы, на которых:

(Этап 1) определяют начало процесса регенерации фильтра твердых частиц (DPF-фильтра),

(Этап 2) измеряют температуру на входе DPF-фильтра (TinDPF),

(Этап 3) если температура на входе DPF-фильтра выше, чем четвертый заданный порог (TinDPF> Th4?), тогда

(Этап 4) ожидают первый заданный временной интервал (t1), в противном случае, если температура на входе DPF-фильтра НЕ выше четвертого заданного порога, возвращаются к этапу 2, затем

(Этап 5) оценивают температуру на выходе DPF-фильтра, игнорируя любой вклад любых частиц, получая таким образом расчетное теоретическое значение температуры (ToutDPFcalc),

(Этап 6) измеряют температуру на выходе DPF-фильтра (ToutDPFmis), получая таким образом значение для сравнения,

(Этап 7) проверяют условие устанавливаемого параметра, указывающего, включает ли второе условие сравнительную или дифференциальную проверку: если оно является сравнительным, то:

(Этап 8) вычисляют разность между расчетным теоретическим значением температуры и температурой на выходе DPF-фильтра (ToutDPFmis - ToutDPFcalc),

(Этап 9) проверяют, находится ли разность ниже первого порога (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Th1?); если она не находится ниже первого порога, возвращаются к этапу 6, если она находится ниже первого порога, переходят к этапу 12;

если, с другой стороны, стратегия дифференциальная, то:

(Этап 10) рассчитывают производную от температуры по времени на выходе DPF-фильтра (DToutDPFmis), и

(Этап 11) проверяют, находится ли абсолютное значение производной от температуры на выходе DPF-фильтра ниже второго заданного порога (DToutDPFmis <Th2?), затем

(Этап 12) ожидают второй заданный временной интервал (t2), затем

(Этап 13) получают статус ошибки датчиков температуры,

(Этап 14) проверяют наличие ошибок на датчиках температуры, если ошибок нет, тогда

(Этап 15) прерывают процесс регенерации и прерывают настоящий способ; если, с другой стороны, на датчиках температуры имеются ошибки,

(Этап 16) прерывают данный второй процесс проверки второго условия без вмешательства в процесс регенерации.

7. Система для управления регенерацией фильтра твердых частиц, содержащая средства для получения разности давлений (FlowRes) между входом DPF-фильтра и его выходом, и средства обработки для выполнения всех этапов по п. 1.

8. Система по п. 7, в которой средство обработки состоит из блока управления двигателем внутреннего сгорания.

9. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему очистки отработавших газов (ОГ), содержащую фильтр твердых частиц (DPF-фильтр) и отличающийся тем, что он содержит систему для управления регенерацией фильтра твердых частиц по п. 7.