СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ САЖЕВОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2019 года по МПК F01N11/00 F01N3/21 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области техники двигателей внутреннего сгорания и, в частности, к управлению теми компонентами, которые вовлечены в устранение загрязняющих веществ. Конкретнее, изобретение касается способа и системы для управления восстановлением сажевого фильтра.

Уровень техники

Дизельные сажевые фильтры (фильтры DPF) в течение долгого времени применялись, чтобы задерживать твердые частицы, вырабатываемые сгоранием в двигателях внутреннего сгорания, в особенности, дизельных двигателях.

Такие фильтры называются замкнутыми фильтрами, имея в виду форму каналов, сформированных в них.

Эти многие каналы сделаны из пористого керамического материала, задерживающего твердые частицы, содержащиеся в газе, проходящем через них.

Забивание фильтра выявляется посредством измерения давления выше по потоку от фильтра (противодавления) или посредством измерения перепада давления выше по потоку и ниже по потоку от фильтра.

Что касается условий использования транспортного средства, сажевый фильтр может подвергаться более или менее частым циклам восстановления для сжигания накопленных твердых частиц, таким образом, очищающим фильтр.

Такие циклы восстановления выполняются посредством впрыскивания топлива в камеры сгорания во время фазы выпуска, для того чтобы вводить несгоревшее топливо прямо в устройство для доочистки отработавших газов (ATS), в том числе, сажевый фильтр. Эта стратегия называется стратегией дожигающего впрыска. С одной стороны, такие дожигающие впрыски вызывают высокие температуры в ATS, но, с другой стороны, они имеют тенденцию портить смазочное масло двигателя внутреннего сгорания.

В частности, топливо, впрыснутое в больших количествах, выгоняется, смешиваясь с моторным маслом. Такое смешивание оказывает влияние на двигатель внутреннего сгорания, который может повреждаться, а также оказывает влияние на расход топлива.

Ради легкости реализации, продолжительность процесса восстановления неизменна и предопределена с учетом возможных условий окружающей среды, что может оказывать неблагоприятное влияние на идеальное восстановление.

FR2876737 раскрывает способ управления восстановлением сажевого фильтра, признаки которого указаны в доотличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Сущность изобретения

Первым предметом настоящего изобретения является ограничение отрицательных последствий циклов восстановления.

Основной идеей настоящего изобретения является ограничение циклов восстановления посредством вмешательства не в их частоту, но в длительность каждой процедуры восстановления.

Конкретнее, основной идеей настоящего изобретения является принуждение к прерыванию процесса восстановления, как только выявлены предопределенные рабочие условия DPF во время процесса восстановления.

Прерывание процесса восстановления основано на контроле температуры газов на выходе DPF.

Предпочтительно, когда разность между температурой на выходе DPF и расчетной теоретической температурой находится ниже, чем первое пороговое значение, процесс восстановления прерывается. Ради удобства, это сравнение названо «сравнительной стратегией».

Расчетная теоретическая температура на выходе DPF предпочтительно оценивается посредством алгоритма, основанного на геометрических характеристиках DPF, температуре окружающего пространства, температуре на входе DPF, связанном с числом оборотов/нагрузкой двигателя состоянии и количестве впрыскиваемого дожигающим впрыском топлива, преднамеренно пренебрегая экзотермическими эффектами сгорания твердых частиц. Во время процесса восстановления, окисление твердых частиц вносит вклад в подъем температуры на выходе DPF. Поэтому, когда температура на выходе DPF близка к упомянутому расчетному теоретическому значению, это означает, что твердых частиц для сгорания больше нет, или, в любом случае, что остаток твердых частиц ничтожно мал.

В качестве альтернативы, когда абсолютное значение производной температуры на выходе DPF находится ниже, чем второе расчетное пороговое значение, процесс восстановления прерывается. Ради удобства, эта стратегия названа «дифференциальной».

Согласно предпочтительному варианту изобретения, параллельно с контролем температуры на выходе DPF во время процесса восстановления, контроль перепада давления между входом DPF и выходом DPF выполняется со временем, и когда абсолютное значение производной по времени упомянутого перепада давления находится ниже, чем третье заданное пороговое значение, процесс восстановления прерывается, и контроль температуры также прерывается.

Предпочтительно, когда контроль температуры на выходе DPF определяет прерывание процесса восстановления, он также определяет прерывание контроля производной перепада давления.

Согласно настоящему описанию, вход DPF и выход DPF помечены направлением потока отработавших газов, а температуры на входе DPF и выходе DPF неявно относятся к циркулирующему потоку отработавших газов.

Преимущественно, настоящее изобретение предоставляет возможность ограничения разжижения масла, вызванного восстановлением, таким образом, расширяя интервал замены моторного масла и уменьшая влияние восстановления на расход топлива.

Еще одним предметом настоящего изобретения является система для управления восстановлением сажевого фильтра и двигатель внутреннего сгорания, содержащий вышеупомянутую систему управления.

Формула изобретения описывает предпочтительные варианты изобретения, формируя неотъемлемую часть настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания его варианта осуществления (и его вариантов) и из прилагаемых чертежей, приведенных лишь в иллюстративных, а не ограничивающих целях, на которых:

фиг.1 показывает структурную схему, определяющую предпочтительную реализацию первого предпочтительного варианта предмета настоящего изобретения, относящегося к способу,

фиг.2 показывает структурную схему, определяющую предпочтительную реализацию процесса согласно второму предпочтительному варианту, при этом, этот процесс выполняется параллельно структурной схеме по фиг.1,

фиг.3 показывает схематический пример двигателя внутреннего сгорания, оборудованного сажевым фильтром, датчиками и средством обработки для выполнения одной из структурных схем по предыдущим фигурам.

Одинаковые номера и одинаковые символы ссылок на фигурах идентифицируют идентичные элементы или компоненты.

В настоящем описании, термин «второй» компонент не предполагает наличия «первого» компонента. Эти термины фактически используются только для ясности и не подразумеваются в качестве ограничивающих.

Подробное описание вариантов осуществления

Далее описан способ согласно изобретению, который автоматически вводится в действие, когда начинается процесс для восстановления DPF транспортного средства. После своего ввода в действие, способ выполняется непрерывно и останавливается, когда процесс восстановления прерывается этим способом.

Согласно способу по настоящему изобретению, температура измеряется на выходе DPF и сравнивается с расчетным теоретическим значением, таким образом, получая разность температур. Когда эта разность температур находится ниже, чем первое заданное пороговое значение, процесс восстановления прерывается.

Для того чтобы предоставлять возможность стабилизации процесса восстановления, предпочтительно, чтобы контроль температуры выполнялся через предопределенный временной интервал, начиная от начала процесса восстановления.

Фиг.1 показывает предпочтительную реализацию первого варианта изобретения посредством схемы последовательности операций, содержащей в себе подряд нижеследующие этапы.

Этапы 1-7 выполняются всегда, тогда как правая или левая ветви выполняются в связи с флажковым признаком, который может устанавливаться во время калибровки блока управления двигателем, ECU, который обычно управляет процессами, связанными с двигателем внутреннего сгорания и с соответствующим ATS, в том числе, процессом восстановления DPF.

Со ссылкой на фиг.1, в таком случае:

этап 1: выявление начала процесса восстановления DPF,

этап 2: измерение температуры на входе DPF (TinDPF),

этап 3: если температура на входе DPF находится выше, чем четвертое заданное пороговое значение (TinDPF > Th4?), то

этап 4: ожидание в течение временного интервала t1; иначе, если температура на входе DPF не находится выше, чем упомянутое четвертое заданное пороговое значение, вернуться на этап 2, затем

этап 5: оценка температуры на выходе DPF в отсутствие твердых частиц, таким образом, получение упомянутого расчетного теоретического значения температуры (ToutDPFcalc),

этап 6: измерение температуры на выходе DPF (ToutDPFmis), таким образом, получение относительного значения,

этап 7: проверка стратегии, которая должна быть реализована, сравнительная или дифференциальная: если она сравнительная, перейти на этап 8, иначе перейти на этап 10:

этап 8: расчет разности между упомянутой расчетной теоретической температурой и упомянутой температурой на выходе DPF (ToutDPFmis - ToutDPFcalc),

этап 9: проверка, находится ли упомянутая разность ниже первого порогового значения (ToutDPFmis - ToutDPFcalc<Th1?); если она не находится ниже упомянутого второго порогового значения, вернуться на этап 6, если она находится ниже упомянутого первого порогового значения, перейти на этап 12;

однако, если стратегия дифференциальная, то

этап 10: расчет абсолютного значения производной температуры на выходе DPF по времени (DToutDPFmis), и

этап 11: проверка, находится ли упомянутое абсолютное значение производной температуры на выходе DPF ниже упомянутого второго заданного порогового значения (DToutDPFmis<Th3?), затем

этап 12: ожидание в течение временного интервала t2, затем

этап 13: получение состояние ошибки датчиков температуры,

этап 14: проверка, имеются ли ошибки на датчиках температуры, если ошибок нет, то

этап 15: прерывание восстановления и прерывание настоящего способа, но, если имеются ошибки датчиков температуры, то

этап 16: прерывание настоящего способа, не вмешиваясь в процесс восстановления.

Если какая-нибудь ошибка выявлена на датчиках, это не означает, что восстановление продолжается постоянно, но скорее, что оно остается под управлением других процессов. В этом отношении, также ясно, что концепция прерывания является безусловной, если сопоставляется с каким-нибудь дополнительным параллельным процессом.

Например, алгоритм может оценивать время окисления твердых частиц на основании температуры на входе DPF, состояния двигателя, впрыснутого дожигающим впрыском топлива и температуры окружающего пространства, и может поддерживать процесс восстановления независимо от температуры на выходе DPF. Иначе, таймер останавливает процесс восстановления после его ввода в действие независимо от рабочих условий.

Сразу ясно, что алгоритм для оценки теоретического значения температуры независимо от оцененного накопления твердых частиц и относительного окислительного вклада кажется более стабильным и надежным, чем те процессы, которые взамен основаны на этом оцененном накоплении твердых частиц.

Кроме того, должно быть ясно, что две, правая (этапы 10 и 11) и левая (этапы 8 и 9), ветви также могут выполняться параллельно, каждая из них фактически независимо способна выполнять этап 15.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, кроме вышеупомянутого способа, перепад давления, порожденный частицами, накопленными в DPF, контролируется параллельно. Когда абсолютное значение производной этого перепада давления находится ниже, чем третье расчетное пороговое значение Th3, процесс восстановления прерывается, и также прерывается процесс, основанный на контроле температуры на выходе DPF согласно этапам 1-16.

Наоборот, когда процесс контроля, основанный на температуре на выходе DPF, определяет прерывание процесса восстановления DPF, процесс, основанный на контроле перепада давления, также прерывается.

Для того чтобы стабилизировать процесс восстановления, предпочтительно, чтобы контроль перепада давления выполнялся через предопределенный временной интервал, начиная от начала процесса восстановления.

Со ссылкой на фиг.2:

этап 1: выявление начала процесса восстановления DPF,

этап 32: ожидание в течение времени t1,

этап 33: получение сигнала сопротивления потоку на выпуске DPF (FlowRes), а именно, упомянутого значения перепада давления между входом DPF и выходом DPF,

этап 34: расчет абсолютного значения (DFlowRes) производной по времени упомянутого сигнала сопротивления потоку на выпуске DPF (DResflow),

этап 35: проверка, находится ли абсолютное значение упомянутого значения производной ниже упомянутого третьего заданного порогового значения (DFlowRes < Th3?), если нет (Нет, N), вернуться на этап 33, в то время как, если да (Да, Y), перейти на

этап 12: ожидание в течение временного интервала t2, затем

этап 13: получение состояния ошибки датчиков температуры,

этап 14: проверка, имеются ли ошибки на датчиках температуры, если ошибок нет, то

этап 15: прерывание восстановления и прерывание этого способа, но если имеются ошибки на датчиках температуры, то

этап 16: прерывание этого способа, не вмешиваясь в процесс восстановления.

Сразу ясно, что этапы 1 и 12-16 пронумерованы и в точности соответствуют таковым по фиг.1 ввиду того обстоятельства, что два способа предпочтительно выполняются параллельно, совместно используя некоторые этапы.

Вышеизложенный перепад давления предпочтительно измеряется известным датчиком.

Ошибки на датчиках температуры, точно также как ошибки на датчиках давления, как правило выявляются процессами, обычно реализуемыми в блоках управления двигателя. Поэтому, этап сохранения в базе данных блока управления двигателя наличия ошибок на датчиках, уже известен.

Двигатель E внутреннего сгорания, предпочтительно дизельный, содержит устройство доочистки отработавших газов, ATS, содержащее фильтр DPF.

Оно включает в себя датчик температуры на входе ST1 и датчик температуры на выходе ST2. Оно также включает в себя датчик перепада давления, SPD. Упомянутые датчики соединены с блоком обработки, ECU, который контролирует работу двигателя внутреннего сгорания и ATS.

Настоящее изобретение преимущественно может быть реализовано компьютерной программой, которая содержит средство кодирования для выполнения одного или более этапов способа, когда эта программа выполняется на компьютере. Поэтому подразумевается, что объем охраны распространяется на упомянутую компьютерную программу и, кроме того, на машинно-читаемые носители, которые содержат записанное сообщение, упомянутые машинно-читаемые носители содержат средство кодирования программ для выполнения одного или более этапов способа, когда упомянутая программа выполняется на компьютере.

Различные варианты осуществления описанного неограничивающего примера возможны, не выходя из объема охраны настоящего изобретения, содержащего все эквивалентные варианты осуществления для специалиста в данной области техники.

Из вышеприведенного описания, специалист в данной области техники способен реализовать предмет изобретения, не привнося никакой дополнительной конструктивной детализации. Элементы и признаки, показанные в различных предпочтительных вариантах осуществления, могут комбинироваться, не покидая объем охраны настоящей заявки. Все признаки, описанные в описании предшествующего уровня техники, если специально не ограничены и не исключены в подробном описании, могут рассматриваться в комбинации с характеристиками вариантов, описанных в нижеследующем подробном описании, таким образом, формируя неотъемлемую часть настоящего изобретения. Отдельные характеристики каждого предпочтительного варианта или чертежей, если не присутствуют в независимых пунктах формулы изобретения, несущественны, а потому, могут комбинироваться по отдельности с другими описанными вариантами.

Изобретение относится к области очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Способ для управления восстановлением сажевого фильтра (DPF), сажевый фильтр содержит вход и выход, способ содержит этап контроля температуры на выходе DPF, измеренной во время процесса восстановления сажевого фильтра, и этап прерывания процесса восстановления на основании функции измеренной температуры. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления восстановлением сажевого фильтра (DPF), где сажевый фильтр содержит вход и выход, при этом способ содержит этап, на котором контролируют температуру, измеренную на выходе сажевого фильтра, во время процесса восстановления сажевого фильтра, и этап, на котором прерывают упомянутый процесс восстановления на основании функции упомянутой измеренной температуры,

причём способ отличается тем, что он содержит следующие предварительные этапы, на которых:

- измеряют температуру на входе DPF,

- оценивают теоретическое значение температуры на выходе DPF по меньшей мере на основании

⋅ параметров окружающей среды,

⋅ рабочих параметров соответствующего двигателя внутреннего сгорания,

⋅ упомянутой температуры на входе DPF,

при этом на упомянутом этапе оценки пренебрегают каким бы то ни было окислительным вкладом любых твердых частиц, накопленных в сажевом фильтре, причем упомянутая функция содержит расчет разности (ToutDPFmis - ToutDPFcalc) между упомянутым теоретическим значением температуры и упомянутой температурой, измеренной на выходе DPF, и при этом упомянутый этап прерывания упомянутого процесса восстановления реализуют, когда упомянутая разность находится ниже первого заданного порогового значения (ToutDPFmis - ToutDPFcalc < Th1).

2. Способ по п.1, в котором упомянутая функция дополнительно содержит расчет абсолютного значения производной по времени (DToutDPFmis) упомянутой температуры на выходе DPF, и при этом упомянутый этап прерывания упомянутого процесса восстановления реализуют, когда упомянутое абсолютное значение производной по времени находится ниже второго заданного порогового значения (DToutDPFmis < Th2).

3. Способ по п.2, содержащий следующие этапы, на которых:

(этап 1) выявляют начало процесса восстановления сажевого фильтра (DPF),

(этап 2) измеряют температуру на входе DPF (TinDPF),

(этап 3) если температура на входе DPF находится выше, чем четвертое заданное пороговое значение (TinDPF > Th4?), то

(этап 4) ожидают в течение первого временного интервала (t1), и в противном случае, если температура на входе DPF не находится выше, чем упомянутое четвертое заданное пороговое значение, возвращаются к этапу 2, затем

(этап 5) оценивают температуру на выходе DPF, пренебрегая каким бы то ни было вкладом любых твердых частиц, таким образом, получая упомянутое расчетное теоретическое значение температуры (ToutDPFcalc),

(этап 6) измеряют температуру на выходе DPF (ToutDPFmis), таким образом, получая относительное значение,

(этап 7) проверяют стратегию, которая должна быть реализована - сравнительная или дифференциальная: если она является сравнительной, переходят к этапу 8, в противном случае переходят к этапу 10:

(этап 8) рассчитывают разность между упомянутым расчетным теоретическим значением температуры и упомянутой температурой на выходе DPF (ToutDPFmis - ToutDPFcalc),

(этап 9) проверяют, находится ли упомянутая разность ниже первого порогового значения (ToutDPFmis - ToutDPFcalc<Th1?); если она не находится ниже упомянутого второго порогового значения, возвращаются к этапу 6, если она находится ниже упомянутого первого порогового значения, переходят к этапу 12;

с другой стороны, если стратегия является дифференциальной, то

(этап 10) рассчитывают абсолютное значение производной температуры на выходе DPF по времени (DToutDPFmis) и

(этап 11) проверяют, находится ли абсолютное значение упомянутой производной температуры на выходе DPF ниже упомянутого второго заданного порогового значения (DToutDPFmis<Th3?), затем

(этап 12) ожидают в течение второго временного интервала (t2), затем

(этап 13) получают состояние ошибки датчиков температуры,

(этап 14) проверяют, имеются ли ошибки на датчиках температуры, и если ошибок нет, то

(этап 15) прерывают процесс восстановления и прерывают настоящий способ, если, с другой стороны, имеются ошибки на датчиках температуры,

(этап 16) прерывают настоящий способ, не вмешиваясь в процесс восстановления.

4. Способ по любому одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий следующие этапы, на которых:

- получают перепад давления (FlowRes) между входом DPF и выходом DPF,

- рассчитывают абсолютное значение производной по времени (DFlowRes) упомянутого перепада давления и

- прерывают упомянутый процесс восстановления, когда абсолютное значение упомянутой производной по времени (DFlowRes) упомянутого перепада давления находится ниже третьего порогового значения (DFlowRes < Th3).

5. Способ по п.4, содержащий следующие этапы, на которых:

(этап 1) выявляют начало процесса восстановления сажевого фильтра,

(этап 32) ожидают в течение первого временного интервала (t1), затем

(этап 33) получают сигнал сопротивления потоку на выпуске DPF (FlowRes), затем

(этап 34) рассчитывают абсолютное значение (DFlowRes) производной по времени упомянутого сигнала сопротивления потоку на выпуске (DResflow), затем

(этап 35) проверяют, находится ли абсолютное значение упомянутого значения производной ниже упомянутого третьего заданного порогового значения (DFlowRes < Th3?), и если нет (N), возвращаются к этапу 33, в то время как, если да (Y), то переходят к следующим этапам, на которых

(этап 12) ожидают в течение второго временного интервала (t2), затем

(этап 13) получают состояние ошибки датчиков температуры,

(этап 14) проверяют, имеются ли ошибки на датчиках температуры, и если ошибок нет, то

(этап 15) прерывают восстановление и прерывают настоящий способ, и если, с другой стороны, имеются ошибки на датчиках температуры, затем

(этап 16) прерывают настоящий способ, не вмешиваясь в процесс восстановления.

6. Система управления восстановлением сажевого фильтра, содержащая средство для контроля температуры, измеренной на выходе DPF, во время процесса восстановления DPF и средство для прерывания упомянутого процесса восстановления на основании функции упомянутой измеренной температуры, причём средство для прерывания выполнено с возможностью выполнения всех этапов по любому одному из пп.1-5.

7. Система по п.6, дополнительно содержащая средство для получения перепада давления между входом PDF и выходом PDF, и при этом упомянутое средство прерывания состоит из блока управления двигателя внутреннего сгорания.

8. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий устройство для очистки отработавших газов (ATS), содержащее сажевый фильтр (DPF), отличающийся тем, что он содержит систему для управления восстановлением сажевого фильтра по любому одному из пп.6-7.