СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГЕНЕРАЦИИ ФИЛЬТРА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЧАСТИЦ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК F01N3/23 F01N9/00 F02D41/00 F02D41/02 

Область техники

Настоящая заявка относится главным образом к двигателю с выхлопной системой, содержащей сажевый фильтр.

Уровень техники и сущность изобретения

Бензиновые сажевые фильтры (БСФ) удерживают остаточную сажу и другие углеводороды для снижения выбросов двигателя во время работы автомобиля. Удержанные отложившиеся твердые частицы затем могут быть окислены для образования СO2 во время процесса регенерации, сокращая тем самым скопление сажи. Регенерацию БСФ можно проводить при высоких температурах (например, 600°С и выше) для быстрого сжигания твердых частиц и предотвращения выброса в атмосферу. Одним из способов улучшения процесса регенерации и более эффективного окисления сажи является обеднение отработавших газов, поступающих в сажевый фильтр, например, посредством регулирования работы двигателя для ввода воздуха, богатого кислородом, на впуске БСФ.

В патенте US 2011/0120090 А1 раскрыт процесс регенерации БСФ посредством деактивации цилиндра во время работы для ввода воздуха в поток отработавших газов. Рабочие регулировки, такие как запаздывание зажигания или впрыска, раскрытые далее, приводят к нагреву БСФ, тем самым улучшая процесс регенерации. В патенте US 8347612 В2 дополнительно раскрыта конфигурация автомобиля с встроенной системой навигации для регенерации фильтра, когда прогнозируемые рабочие условия автомобиля показывают, что имеется возможность для регенерации фильтра, например, когда нагрузка автомобиля и кинематическое рабочее состояние показывают, что автомобиль не работает на высоких оборотах и с высокой нагрузкой.

Авторы изобретения выявили проблемы, связанные с вышеуказанным подходом, и раскрывают в настоящей заявке систему и способы для регенерации фильтра, например, при низких оборотах/нагрузке. В частности, раскрыт способ для регулировки работы двигателя для регенерации сажевого фильтра в ответ на падение мощности двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения мощности, раскрыта регенерация, далее основанная на оценочном периоде, в течение которого мощность будет постоянно ниже нижнего порогового значения мощности.

В одном из примеров способ содержит обработку информации из облачной навигационной системы и оценку непрерывного периода, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности на основе информации из облачной навигационной системы. Кроме того, предусмотрен контроллер для регулирования работы двигателя для регенерации сажевого фильтра, в случае, если мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности. Например, способ может предусматривать регенерацию сажевого фильтра на основе оценочного периода времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности, и содержит обработку облачных данных для оценки периода времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения, сравнение оценочного периода времени с заранее установленным временным пороговым значением и регулировку работы двигателя в ответ на оценку периода времени для регенерации сажевого фильтра на основе мощности двигателя, падающей ниже нижнего порогового значения мощности. Преимуществом регенерации БСФ с использованием облачной навигационной системы является то, что полная регенерация БСФ может быть выполнена в ответ на оценочный период, превышающий заранее установленное временное пороговое значение, при этом частичная регенерация БСФ или серия частичных регенераций БСФ может быть выполнена в ответ на оценочный период времени, падающий ниже заранее установленного временного порогового значения. При такой конфигурации достигается технический результат с возможностью регенерации БСФ во время работы автомобиля при низкой силовой нагрузке, что обеспечивает преимущество, состоящее в регулировке работы в течение периодов, когда регулировка по существу не оказывает негативного воздействия на потребление мощности двигателем.

В одном из примеров автомобиль для доставки почты может изредка эксплуатироваться на повышенных оборотах при высоких температурах для регенерации фильтра. А именно, автомобиль для доставки почты может эксплуатироваться в условиях, при которых автомобиль находится в движении короткими интервалами, так как во время эксплуатации перемещается по переулкам или проселочным дорогам (т.е., не со скоростью движения по магистрали). Например, автомобиль для доставки почты может эксплуатироваться в условиях низкой нагрузки при более низкой температуре двигателя. Однако регулировка двигателя для быстрого достижения температуры регенерации фильтра БСФ при низкой нагрузке автомобиля, например, чрезмерное запаздывание зажигания в условиях работы на обедненной смеси, может также привести к нежелательной детонации двигателя. Поэтому система и способы согласно настоящему раскрытию предусматривают регенерацию БСФ на низких оборотах на основе оценочного периода времени работы двигателя на низких оборотах. Например, автомобиль, приведенный в примере, может выполнять регенерацию в состоянии с низкой нагрузкой, т.е. в состоянии холостого хода, в течение периода времени, достаточно длительного, чтобы обеспечить регулировку работы для достижения температур регенерации фильтра на основе периода времени, в течение которого двигатель работает в состоянии холостого хода.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и отличительные признаки настоящего описания будут легко очевидны из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения», при рассмотрении отдельно или во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами. Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

Раскрытые в настоящей заявке преимущества будут более полно понятны при прочтении варианта осуществления, именуемого в настоящей заявке как «Осуществление изобретения», отдельно или со ссылкой на чертежи, на которых:

На ФИГ. 1 показано схематическое изображение конфигурации автомобиля согласно настоящему изобретению;

На ФИГ. 2 показан частичный вид двигателя;

На ФИГ. 3 показан пример способа выполнения полной или частичной регенерации на основе периода работы двигателя на холостом ходу; и

На ФИГ. 4 показан первый пример рабочей последовательности двигателя, в которой производится полная регенерация в ответ на период работы двигателя на холостом ходу, превышающий заранее установленное временное пороговое значение; и

На ФИГ. 5 показан второй пример рабочей последовательности, в которой регенерация сажевого фильтра производится серией частичных регенераций, при которых период работы двигателя на холостом ходу падает ниже заранее установленного временного порогового значения с промежуточными периодами повышенной мощности двигателя.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам для оценки периода времени, в течение которого эксплуатация автомобиля осуществляется за пределами нижнего порогового значения мощности, и для регенерации сажевого фильтра на основе оценочного периода времени (например, периода работы на холостом ходу). Термин «холостой ход» используют для обозначения базовой мощности двигателя, предусматривающей работу двигателя в состоянии без нагрузки. Т. е. когда двигатель включен и работает но не приводит автомобиль в движение с повышенной нагрузкой двигателя. Однако термин «холостой ход», или более точно «период холостого хода», в некоторых случаях может также использоваться для описания периода, когда автомобиль эксплуатируется в условиях достаточно низкой нагрузки, например, нагрузки, падающей ниже нижнего порогового значения мощности, так, что повышенные температуры отработавших газов (например, 600°С) не достигаются для регенерации фильтра. Таким образом выбирают нижнее пороговое значение мощности для обозначения порогового значения мощности, при котором возможна регенерация сажевого фильтра при сохранении автомобилем нагрузки на двигатель. Как указано выше и для упрощения, система и способы раскрыты в контексте состояния холостого хода, при котором на двигатель подается мощность без нагрузки.

Таким образом, раскрытая регенерация сажевого фильтра основывается на определении продолжительного периода холостого хода во время работы автомобиля. В одном из примеров автомобиль выполнен с возможностью встроенного алгоритма, определяющего продолжительную работу автомобиля на холостом ходу на основе недавних рабочих условий или действий. В другом примере автомобиль выполнен с возможностью обработки облачных данных в дополнение к навигационной информации на основе GPS для планирования или мониторинга маршрута во время работы. Облачная навигационная система обеспечивает динамическую обратную связь на основе маршрута во время работы. Например, район с высокой плотностью потока автомобилей на маршруте означает предстоящий период медленной работы автомобиля, при котором мощность двигателя может постоянно падать ниже нижнего порогового значения мощности. Такая динамическая обратная связь имеет преимущество, состоящее в прогнозировании и/или подтверждении предстоящего состояния холостого хода, при котором во время навигации возможно проведение регенерации БСФ. Поэтому на ФИГ. 1 показана схема автомобиля с беспроводной связью с облачной навигационной системой. Соединение с облаком позволяет автомобилю получать облачные данные, обработанные для определения и/или оценки длительности или периода предстоящего состояния холостого хода во время работы. Затем на ФИГ. 2 представлен вид части двигателя автомобиля для иллюстрации различных элементов двигателя, которые можно регулировать во время работы. Согласно настоящему изобретению автомобиль выполнен с возможностью выполнения либо полной регенерации, если определен достаточно продолжительный период холостого хода (например, мощность двигателя ниже нижнего порогового значения мощности), либо частичной регенерации (или, соответственно, серии частичных регенераций) на основе оценочного периода работы на холостом ходу. На ФИГ. 3 показан пример способа выполнения полной или частичной регенерации на основе периода работы двигателя на холостом ходу. Для раскрытия способов на ФИГ. 4 показан первый пример рабочей последовательности двигателя, в которой оценочный период достаточно длительный для выполнения полной регенерации в ответ на оценочный период работы на холостом ходу, превышающий заранее установленное временное пороговое значение. В ином случае, на ФИГ. 5 показан второй пример рабочей последовательности, предусматривающий серию частичных регенераций на основе оценочного периода, падающего ниже заранее установленного временного порогового значения.

На ФИГ. 1 показана схема автомобиля 100. Согласно настоящему изобретению автомобиль 100 содержит систему 12 управления, выполненную с возможностью получения информации о положении автомобиля от встроенного навигационного процессора 14. В одном из примеров навигационный процессор 14 может содержать систему глобального позиционирования (GPS). GPS 14 - это космическая спутниковая навигационная система, предоставляющая информацию о положении и времени на или рядом с Землей на основе линии прямой видимости множеству спутников GPS. Информация, полученная от GPS, может содержать скорость автомобиля, высоту автомобиля, положение автомобиля и т.д. Эта информация может быть использована для вычисления рабочих параметров двигателя, таких как барометрическое давление. Система 12 управления дополнительно выполнена с возможностью получения информации по сети Интернет или другим коммуникационным сетям, таким как облачная навигационная система 16, являющаяся, например, компьютерной системой на основе облака. В одном из примеров облачная компьютерная система 16 выполнена с возможностью получения информации от больших групп удаленных серверов, объединенных в сеть, для обеспечения централизованного хранения данных и он-лайн доступа к компьютерным сервисам и ресурсам. Информация, полученная от GPS, может быть связана перекрестными ссылками с информацией, доступной в сети Интернет, для определения местных погодных условий, дорожной обстановки, правил дорожного движения и т.д. Система 12 управления может также использовать сеть Интернет для получения обновленных модулей программного обеспечения, которые могут храниться в долговременной памяти.

Автомобиль 100 дополнительно содержит бензиновый сажевый фильтр 70 для хранения твердых частиц или сажи во время работы. Согласно настоящему изобретению автомобиль выполнен с возможностью оценки количества твердых частиц или сажи в сажевом фильтре. Например, оценка количества сажи может быть основана на измеренном падении давления в сажевом фильтре или модели скопления сажи, например. Затем определение достаточно большого скопления сажи позволяет контроллеру 12 обработать рабочую информацию, например, при помощи параметров двигателя и/или полученных облачных данных, информации GPS и т.д., для определения периода времени, в течение которого нагрузка автомобиля низкая или падает ниже нижнего порогового значения мощности. Оценочный период времени работы автомобиля в условиях низкой нагрузки может затем быть использован для определения наличия достаточного количества времени в течение периода низкой мощности двигателя для выполнения полной регенерации. В ином случае, если в течение прогнозируемой рабочей последовательности определен один или более периодов или продолжительностей (например, ездовой цикл), ниже заранее установленного временного порогового значения, то способы могут предусматривать частичную регенерацию или серию частичных регенераций на основе периодов времени, оценочных для каждого периода низкой мощности. Таким образом, возможно выполнение рабочих регулировок для управления продолжительностью частичной регенерации БСФ на основе оценочного периода времени постоянного падения мощности двигателя ниже нижнего порогового значения мощности. В качестве альтернативы или дополнения, система выполнена с возможностью выполнения серии частичных регенераций БСФ на основе множества оценочных периодов времени, причем множество оценочных периодов означает период времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности, при этом каждый из множества оценочных периодов времени разделен промежуточным периодом, в течение которого мощность двигателя превышает нижний пороговое значение мощности. Таким образом, контроллер 12 может скоординированно регенерировать двигатель во время работы автомобиля на основе предстоящих или прогнозируемых рабочих условий. Продолжительность каждой частичной регенерации БСФ может быть дополнительно основана на каждом оценочном периоде времени, в некоторых случаях полная регенерация БСФ скоординированно выполняется серией частичных регенераций БСФ. Таким образом, автомобиль 100 имеет преимущество, состоящее в использовании периода низкой мощности двигателя для выполнения рабочих регулировок на основе оценочного периода времени для регенерации сажевого фильтра с сохранением состояния холостого хода двигателя.

На ФИГ. 2 представлена схема 200 одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 210, который может быть использован как часть движительной системы автомобиля. Двигатель 210 может быть представлен двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами и/или быть выполнен с возможностью выборочного отключения в ответ на отключение холостого хода. Двигателем 210 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 132 автомобиля через вводное устройство. В одном примере вводное устройство включает в себя педаль 130 акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала ПП, пропорционального положению педали.

Камера 30 сгорания двигателя 210 может включать в себя стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью возвратно-поступательного движения, передаваемого во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по крайней мере, с одним приводным колесом автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, электродвигатель стартера может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения возможности запуска двигателя 210.

В камеры 30 сгорания может поступать приточный воздух из впускного коллектора 144 через впускной канал 142, а отработавшие газы, выделяющиеся при горении, могут выходить через выпускной канал 148. Впускной коллектор 144 и выпускной канал 148 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. Распределительный вал 53 выпускных клапанов управляет выпускным клапаном 54 согласно профилю кулачка, расположенного на распределительном валу выпускных клапанов. Распределительный вал 51 впускных клапанов управляет впускным клапаном 52 согласно профилю кулачка, расположенного на распределительном валу. Датчик 57 положения выпускного кулачка и датчик 55 положения впускного кулачка ретранслируют соответствующие положения распределительного вала на контроллер 12.

Топливная форсунка 66 показана в прямом соединении с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска топлива пропорционально импульсу впрыска топлива ИВТ, полученному от контроллера 12, через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена с боковой стороны камеры сгорания или, например, с верхней стороны камеры сгорания. Топливо могут подавать на топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показано), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может в качестве альтернативы или дополнительно содержать топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 144, в конфигурации, которая обеспечивает то, что называется распределенным впрыском топлива во впускной канал выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Впускной канал 142 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или привод, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для регулирования подачи приточного воздуха в камеру 30 сгорания между другими цилиндрами двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя ПД. Впускной канал 142 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.

Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания 03 от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя компоненты системы зажигания изображены, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 210 могут работать в режиме компрессионного зажигания с искрой или без искры зажигания.

Двигатель 210 выполнен с возможностью выполнения рабочих регулировок в условиях отключения холостого хода. Например, согласно настоящему изобретению контроллер может деактивировать один или более цилиндров двигателя во время регенерации фильтра. В одном из примеров цилиндр двигателя может быть деактивирован в условиях отключения холостого хода, в то время как количество топлива, впрыскиваемого в оставшиеся такты, увеличивается во время регенерации. Таким образом, количество топлива, впрыскиваемого в один или более оставшихся цилиндров, увеличивается, в то время как предотвращается впрыск топлива в цилиндр для сохранения базовой мощности двигателя. Во время деактивации цилиндра контроллер может приводить в действие топливные форсунки, соединенные с каждым цилиндром.

Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от БСФ 70, представляющим пример устройства контроля токсичности. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчики оксидов азота (OA), углеводородов (НС) или монооксида углерода (СО). БСФ 70 показан установленным вдоль выпускного канала 148 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Несмотря на то, что не показано, выпускной канал 148 может дополнительно содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), накопитель оксидов азота (OA), катализатор ИКН и/или прочие устройства контроля токсичности или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 210 БСФ 70 может быть периодически подрегулирован, например, путем приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.

Контроллер 12 на Фиг. 2 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 210 датчиков, содержащие: показания массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показания температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; тормоз транспортного средства; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, ДВК, от датчика 122 давления в коллекторе. Сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД, может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК, поступающий от датчика давления в коллекторе, можно использовать для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных комбинациях, таких как датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. В одном примере датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее установленное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.

Постоянное запоминающее устройство 106 может быть запрограммировано посредством машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102, для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных отдельно.

Контроллер 12 также получает сигналы от и направляет сигналы управления на трансмиссию (не показана). Сигналы передачи могут содержать, но не ограничиваются входными и выходными сигналами скоростей трансмиссии, сигналами для регулирования линейного давления трансмиссии (например, давление жидкости, подаваемое на муфты трансмиссии) и сигналами для управления давлением, подаваемым на муфты для приведения в действие зубчатых передач трансмиссии.

Как раскрыто выше, ФИГ. 2 иллюстрирует один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может схожим образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.

На ФИГ. 3 показан примерный алгоритм 300 выполнения полной или частичной регенерации на основе периода работы двигателя на холостом ходу. В частности, контроллер двигателя, такой как контроллер 12 двигателя может обрабатывать информацию, полученную посредством облачного соединения, встроенного в автомобиль, по мере мониторинга скопления сажи в сажевом фильтре. Затем, когда будут достигнуты условия регенерации, и будет определен период регенерации фильтра, т.е. нагрузка двигателя упадет ниже нижнего порогового значения мощности на период регенерации фильтра, можно будет выполнить регулировки для регенерации фильтра на основе оценочного периода времени в сравнении с заранее установленным временным пороговым значением.

Например, в автомобиль, оснащенный бензиновым турбированным двигателем с системой непосредственным впрыском топлива (СНВТ) на 2 л, с нижним пороговым значением нагрузки 1750 об/мин может быть внедрен алгоритм 300 (например, при 15%-м открытии дросселя посредством отпускания педали 130 акселератора на приблизительно 15% от возможного диапазона). Затем, когда нагрузка на двигатель будет падать ниже 1750 об/мин в течение продолжительного периода времени, достаточно длительного для поддержки регенерации фильтра, возможно выполнение рабочих регулировок для регенерации фильтра. Примером регулировок двигателя служит отключение цилиндра посредством предотвращения впрыска в цилиндр в ответ на падение нагрузки двигателя ниже нижнего порогового значения мощности. Таким образом, регулирование работы двигателя для регенерации сажевого фильтра в ответ на падение мощности двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения содержит предотвращение впрыска в цилиндр двигателя, при котором количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр (или количество топлива, впрыск которого предотвращен), основано на оценочном или непрерывном периоде, в течение которого мощность двигателя находится ниже нижнего порогового значения мощности. Дополнительные регулировки содержат поддержание значения лямбда на уровне 0,84 (т.е., воздушно-топливного отношения) и регулировки запаздывания зажигания до 9,2 градусов после верхней мертвой точки (После ВМТ). Такие регулировки предусматривают направление большего количества кислорода (т.е. на 2-3% больше кислорода) в выпускной канал для увеличения в нем температуры (т.е. до температуры около 600°С) для регенерации фильтра. Дополнительно количество топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров, может быть увеличено в ответ на предотвращенный впрыск топлива в цилиндр так, чтобы мощность двигателя сохранялась во время регенерации сажевого фильтра. Таким образом, способы согласно настоящему изобретению содержат управление уровнем топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя для регулирования потока кислорода в сажевый фильтр, при этом поток кислорода в сажевый фильтр предусматривает регулировку степени регенерации.

Преимущество способов согласно настоящему изобретению состоит в том, что рабочие регулировки могут быть выполнены при низкой нагрузке на двигатель, позволяющей сохранять состояние холостого хода двигателя. Кроме того, так как способы содержат оценку периода времени, в течение которого двигатель работает с низкой нагрузкой (например, на холостом ходу), способы также обеспечивают планирование регенерации на основе оценочного периода так, чтобы регенерация происходила на основе оценочного периода времени во время работы автомобиля. Затем, после того как работа автомобиля фактически падает ниже нижнего порогового значения нагрузки, установленная регенерация сажевого фильтра может быть синхронно выполнена в течение одного или более периодов низкой мощности двигателя, при этом сохраняя нагрузку автомобиля. Другими словами, контроллер 12 может контролировать впрыск топлива в цилиндр, сохраняя мощность двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения мощности так, чтобы регулировка впрыска топлива была синхронизирована с регенерацией сажевого фильтра, в то время как мощность двигателя постоянно падает ниже нижнего порогового значения мощности. При такой регулировке могут быть сокращены регенерации фильтра на основе событий отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ), что приводит к замедлению впрыска топлива в цилиндры в течение периодов замедления после периодов более высокой мощности автомобиля (например, более высоких оборотов/нагрузок). Дополнительная координация позволяет синхронизировать события обеднения с периодами низкой нагрузки для сокращения количества использованного топлива в отличие от стехиометрического режима работы, что может повысить экономию топлива.

Что касается алгоритма 300, для полной или частичной регенерации на основе периода холостого хода двигателя, на шаге 302 способ 300 содержит мониторинг количества сажи, отложившейся в сажевом фильтре за время работы автомобиля. Как раскрыто в настоящей заявке, количество твердых частиц или сажи в сажевом фильтре может быть оценочо, например, посредством измерения падения давления в сажевом фильтре или применения модели скопления сажи.

На шаге 310 способ 300 содержит сравнение скопления сажи или количества сажи, отложившейся в сажевом фильтре, с пороговым значением скопления сажи. Пороговое значение скопления сажи может быть выбрано для обозначения количества удержанных твердых частиц, при превышении которого выбросы в отработавших газах более не удерживаются, а выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу. Таким образом, при достаточно большом скоплении сажи в сажевом фильтре можно провести измерения для регенерации фильтра. В ответ на это в блоке 312 способ 300 содержит начало проверок регенерации для определения рабочих условий, обеспечивающих регенерацию сажевого фильтра, таких как области низкой мощности двигателя. В ином случае, когда скопление сажи падает ниже порогового значения скопления сажи, контроллер 12 может продолжать мониторинг количества сажи, удержанной в сажевом фильтре, или скопления сажи, за время работы автомобиля, как указано в блоке 314. В некоторых случаях может быть предусмотрен сажевый датчик, установленный ниже по потоку от БСФ 70 для оценки уровня сажи, выпущенной из БСФ 70.

В данной ситуации определение рабочих условий, обеспечивающих регенерацию сажевого фильтра, предполагает определение периодов работы двигателя с низкой мощностью двигателя. Регулировка двигателя в течение периодов низкой мощности двигателя обеспечивает преимущество, состоящее в регенерации сажевого фильтра с сохранением мощности двигателя с момента перехода двигателя в состояние низкой мощности. Другими словами, можно сохранять состояние работы двигателя при одновременном выполнении процедуры. По этой причине в блоке 320 алгоритм 300 содержит сравнение мощности двигателя с пороговым значением мощности, выбранным для обозначения условий, обеспечивающих регенерацию сажевого фильтра. Затем, когда определяют период работы с низкой мощностью, контроллер 12 может регулировать работу двигателя для регенерации сажевого фильтра в ответ на падение мощности двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения мощности, регенерацию, далее основанную на оценочном периоде, в течение которого мощность будет постоянно падать ниже нижнего порогового значения мощности, для регенерации сажевого фильтра. В некоторых примерах может быть определено множество периодов, в которых ожидается постоянное падение мощности ниже нижнего порогового значения мощности, но периоды низкой мощности отделены друг от друга промежуточными периодами, при которых мощность двигателя поднимается выше нижнего порогового значения мощности (например, автомобиль для доставки почты или перевозки мелких партий грузов, делающий частые остановки в течение известного маршрута). В случае, если период низкой мощности двигателя не определен, в то время как количество скопившейся сажи превышает пороговое значение скопления сажи, автомобиль 100 может выполнить регенерацию в условиях не холостого хода, на основе рабочих регулировок, выполненных в течение ездового цикла, как указано в блоке 324, в то время как автомобиль эксплуатируется на высоких оборотах, обеспечивающая тем самым высокие температуры для регенерации сажевого фильтра. Однако рабочие регулировки, выполненные для регенерации в условиях не холостого хода, на основе мощности двигателя, превышающей пороговое значение мощности, могут содержать событие ОТРЗ или рабочие регулировки, негативно влияющие на состояние режима езды (например, посредством сокращения силовой нагрузки автомобиля во время регенерации). Способы в настоящей заявке наоборот выполняют регенерацию при низкой силовой нагрузке автомобиля.

После определения одного или более периодов низкой нагрузки на автомобиль или ее падения ниже нижнего порогового значения мощности период времени работы автомобиля в условиях сокращенной нагрузки может быть оценен в блоке 322. Оценка периода времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже порогового значения силовой нагрузки позволяет выполнить как минимум частичную регенерацию на основе оценочного периода в течение периода низкой мощности двигателя. Несмотря на то, что способ 300 раскрыт в контексте определения периода или периодов, в которых мощность двигателя падает ниже порогового значения силовой нагрузки, способы могут быть основаны на обработке информации, например, облачных данных и/или информации GPS, полученной в дополнение к рабочей информации для определения периодов на навигационном маршруте, в которых мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения нагрузки. Таким образом, способ дополнительно содержит обработку информации, полученной из облачной навигационной системы, и оценку непрерывного периода, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности в некоторых случаях, на основе информации из облачной навигационной системы. В других примерах автомобиль в качестве дополнения или альтернативы выполнен с возможностью обнаружения продолжительной работы на холостом ходу с использованием, например, алгоритма, выполненного с возможностью мониторинга скорости автомобиля и/или профиля передачи автомобиля для определения периодов низкой мощности двигателя. Таким образом, способы могут дополнительно обеспечивать оценку периода времени, в течение которого двигатель работает в состоянии низкой мощности на основе выявленной динамики мощности автомобиля. Например, динамика мощности может быть сгенерирована посредством блока обнаружения продолжительной работы на холостом ходу, предусматривающего модель авторегрессии-скользящего среднего, хранящуюся в энергонезависимом запоминающем устройстве 110. Модель авторегрессии-скользящего среднего предполагает определение предстоящей продолжительной работы на холостом ходу и/или ее прогнозирование во время работы двигателя на основе недавней или периодической динамики мощности двигателя автомобиля. Некоторые автомобили, такие как автомобили для доставки почты, составляют маршруты ежедневно и поэтому предусматривают периодическое накопление данных, которые могут быть использованы для осуществления раскрытых способов, в частности, в сочетании с облачными данными, которые могут быть использованы для мониторинга продвижения по установленному маршруту. В ином случае другие автомобили, такие как автомобили для перевозки мелких партий грузов, могут регулировать маршрут движения каждый день, однако, маршрут может быть заранее запрограммирован в долговременную память для эффективной навигации по маршруту во время эксплуатации. Таким образом, способы предусматривают мониторинг условий работы двигателя, чтобы можно было спрогнозировать или подтвердить во время эксплуатации автомобиля предстоящие остановки и/или поток транспорта и т.д. для обеспечения регенерации фильтра. Таким образом, контроллер может рассчитать схему движения транспорта на навигационном маршруте для определения предстоящих периодов, в которых ожидается низкая мощность двигателя. Автомобиль, выполненный в соответствии с настоящим описанием, может таким образом быть выполнен с возможностью определения периодов работы двигателя с постоянным падением мощности ниже нижнего порогового значения мощности и, дополнительно, оценки непрерывного периода низкой мощности в ответ на скопление сажи, превышающее пороговое значение.

Способы, основанные на оценке периода времени низкой мощности двигателя, обеспечивают преимущество, состоящее в определении типа регенерации на основе периода времени, определяемого в сравнении с заранее установленным временным пороговым значением. Например, алгоритм 300 может дополнительно содержать выполнение полной регенерации в ответ на оценочный и непрерывный период, превышающий заранее установленное временное пороговое значение, при наличии достаточного количества времени для выполнения регулировок двигателя на основе выявленных условий, и дальнейшую регенерацию фильтра в ответ на регулировки двигателя. В ином случае, когда оценочный непрерывный период падает ниже заранее установленного временного порогового значения, алгоритм 300 выполняет только частичную регенерацию в ответ на оценочный непрерывный период падения ниже заранее определенного временного порогового значения.

Поэтому на шаге 330 алгоритм 300 содержит сравнение периода работы на холостом ходу с заранее установленным временным пороговым значением. Затем при наличии достаточного времени для выполнения полной регенерации, т.е. когда период будет превышать заранее установленное временное пороговое значение, контроллер 12 может регулировать работу двигателя для отключения цилиндра при выполнении полной регенерации БСФ. В ином случае, если оценочный период падает ниже заранее установленного временного порогового значения, возможно выполнение частичной регенерации для сокращения скопления сажи в БСФ на основе оценочного периода времени, в течение которого производятся регулировки для регенерации фильтра. Дополнительно, если определено более одного периода ниже заранее установленного временного порогового значения с промежуточным периодом более высокой мощности двигателя (например, мощность двигателя выше нижнего порогового значения мощности), контроллер 12 может успешно выполнять частичную регенерацию посредством серии частичных регенераций для скоординированной регенерации БСФ 70 во время эксплуатации. Несмотря на то, что способы раскрыты в контексте скоординированного выполнения частичных регенераций для достижения полной регенерации, это не является ограничением. В некоторых примерах автомобиль может выполнять частичную регенерацию для сокращения скопления сажи в сажевом фильтре, не выполняя при этом полную регенерацию. Другими словами, автомобиль обеспечивает преимущество, состоящее в использовании определенных периодов низкой мощности только для частичной регенерации БСФ для продления периода эффективной работы автомобиля со сниженными выбросами. В целях упрощения и в качестве примера применения способов схематическая рабочая последовательность, раскрытая ниже, выполняет либо полную регенерацию БСФ (например, ФИГ. 4), либо серию частичных регенераций БСФ (например, ФИГ. 5), обеспечивающих полную регенерацию.

На ФИГ. 4 показано несколько графиков 400, иллюстрирующих пример работы автомобиля согласно настоящему раскрытию. В частности, набор графиков 400 отражает работу автомобиля, при которой автомобиль содержит контроллер, выполненный с возможностью осуществления способов, раскрытых выше, с учетом ФИГ. 3 на основе оценки периода времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения нагрузки или мощности, и выполнения регенерации сажевого фильтра на основе оценочного периода времени. Набор графиков 400 содержит график 402 нагрузки двигателя с течением времени, график 410 состояния активации цилиндров двигателя с течением времени, график 420 воздушно-топливного отношения (ВТО) и график 430 скопления сажи с течением времени. На каждом из графиков время увеличивается вдоль абсциссы слева направо. Несмотря на схематическое изображение, один или несколько наборов графиков 400 могут быть смоделированы на основе информации, полученной в ходе эксплуатации автомобиля. Например, навигационная система 14 может обрабатывать обратную связь от облачной навигационной системы 16 для мониторинга потока движения транспорта вдоль ожидаемого маршрута, генерируя и обрабатывая информацию на основе показанного профиля, который может приблизительно отображать условия, возникшие во время эксплуатации в некоторых случаях.

В момент времени t₀ эксплуатация автомобиля начинается, например, с запуска двигателя посредством поворота ключа зажигания. Зажигание двигателя в состоянии без нагрузки затем обеспечивает базовую мощность для работы автомобиля. Поэтому с момента времени t₀ по t₁ автомобиль работает на холостом ходу в состоянии без нагрузки, сохраняя базовую мощность двигателя. В течение периода раннего зажигания двигателя график 410 показывает, что состояние работы двигателя не соответствует режиму ОЦД (т.е. используются все цилиндры), при этом график 420 показывает стехиометрический режим, в котором ВТО сохраняется на уровне, близком к стехиометрическому пороговому значению 422, а график 430 схематически показывает график 430, на котором скопление сажи в сажевом фильтре находится в состоянии низкого скопления сажи.

В момент времени t₁ потребление мощности увеличивается по мере того, как водитель автомобиля увеличивает скорость для начала управления автомобилем по требуемому маршруту. Как показано, нагрузка на автомобиль увеличивается по мере того, как автомобиль увеличивает скорость до средней скорости на маршруте до одного или нескольких мест назначения. В течение начальной части этого периода автомобиль 100 работает с мощностью ниже нижнего порогового значения 404 мощности, а оставшуюся часть периода - с мощностью, превышающей нижнее пороговое значение мощности. На графике 410 показано состояние работы двигателя, не соответствующее режиму ОЦД, в котором все цилиндры находятся в работе и функционируют для приведения автомобиля в движение по требуемому маршруту на основе потребления мощности, запрошенного водителем автомобиля. На графике 420 дополнительно показано, что двигатель работает в стехиометрическом режиме, в котором ВТО сохраняется на уровне, близком к пороговому значению 422. На графике 430 скопления сажи показано увеличивающееся скопление сажи в сажевом фильтре по мере удержания твердых частиц во время эксплуатации. В целях упрощения скопление сажи показано увеличивающимся на основе увеличивающейся скорости и мощности двигателя.

В момент времени t₂ автомобиль достигает средней скорости, превышающей нижнее пороговое значение 404 мощности. В течение периода от момента времени t₂ до t₃ работа двигателя может продолжаться в режиме без ОЦД на основе стехиометрического ВТО с использованием всех имеющихся цилиндров. Так как двигатель работает с более высокой мощностью, скопление сажи также может увеличиться за этот период, что показывает увеличенное скопление сажи, достигшее и в результате превысившее пороговое значение 432 скопления сажи. Впоследствии автомобиль 100 может начать проверку для регенерации, как раскрыто с учетом ФИГ. 3, и/или обработку информации (например, полученной из облачной навигационной системы 16) для определения периода во время ездового цикла, способствующего регенерации сажевого фильтра. Как показывает проиллюстрированный пример, контроллер 12 может прогнозировать предстоящий период d1, в котором мощность двигателя постоянно падает ниже нижнего порогового значения 404 мощности, с непрерывной продолжительностью или длительностью, показанной в период с t₄ по t₅. В одном из примеров период может быть определен на основе схемы движения транспорта по маршруту следования. Схема движения транспорта по маршруту может быть получена и определена с использованием облачного соединения, определяющего, например, период высокой плотности движения транспорта на основе полученных облачных данных, которые могут обозначить, что предстоящий период пониженной скорости автомобиля произойдет во время эксплуатации. Таким образом, оценочный период, в течение которого мощность двигателя падает ниже заранее установленного временного порогового значения, может быть определен на основе информации из облачной навигационной системы так, чтобы регенерация сажевого фильтра была основана на оценочном периоде времени, но отложена до фактического падения мощности двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения 404 мощности, обозначающего низкую нагрузку двигателя.

В момент времени t₃ автомобиль начинает снижать скорость по мере приближения к определенному периоду низкой нагрузки двигателя (например, часть пути медленного движения транспорта с высокой плотностью) на маршруте к месту назначения. Несмотря на то, что никакие рабочие регулировки не могут выполняться во время снижения скорости автомобиля, в некоторых случаях автомобиль 100 может продолжать мониторинг работы для подготовки к предстоящему периоду низкой мощности двигателя, что позволяет выполнить синхронную регенерацию БСФ на основе определенного оценочного периода времени (например, d1).

В момент времени t₄ мощность автомобиля падает ниже нижнего порогового значения 404 мощности, при котором мощность двигателя постоянно находится ниже нижнего порогового значения мощности в течение периода времени d1. В целях упрощения период времени d1 достаточно длительный для проведения полной регенерации сажевого фильтра. Другими словами, оценочный период d1 превышает заранее установленное временное пороговое значение, обозначающее полную регенерацию (не показано). Для увеличения температуры бензинового сажевого фильтра количество кислорода на впуске БСФ может быть увеличено посредством отработавших газов. Одним из способов увеличения количества кислорода в отработавших газах является отключение впрыска топлива в цилиндр двигателя во время работы. Таким образом, могут быть выполнены рабочие регулировки для увеличения количества кислорода в отработавших газах в ответ на мощность двигателя, падающую ниже нижнего порогового значения 404 мощности, как показано на ФИГ. 4.

Согласно раскрытому примеру, можно выполнить регулировки для предотвращения впрыска топлива в цилиндр, далее контролируя уровень предотвращенного впрыска топлива для регулирования потока или количества кислорода, поступающего в сажевый фильтр. Поток кислорода в фильтр БСФ может определять температуру сажевого фильтра, при этом поток кислорода и температура сажевого фильтра обеспечивают регенерацию. В настоящей заявке оценочный период используется для регулировки работы автомобиля для выполнения регенерации на основе оценочного периода, например, выполнения регенерации БСФ в течение периода времени, когда мощность двигателя падает ниже заранее установленного порогового значения. Однако в некоторых случаях поток кислорода может быть более точно отрегулирован для контроля объема регенерации посредством контроля скорости, при которой сажевый фильтр становится нагревателем. Повышенная скорость нагрева фильтра до температуры регенерации обеспечивает преимущество, состоящее в более быстрой регенерации фильтра во время работы. Более быстрое увеличение температуры дополнительно обеспечивает преимущество, состоящее в регулировке по времени скорости регенерации на основе оценочного периода. Например, в некоторых случаях полная регенерация БСФ может быть выполнена на основе более короткого оценочного периода посредством увеличения количества кислорода в отработавших газах. В ином случае более длительный оценочный период предусматривает большую скорость тепловых изменений БСФ для достижения температуры регенерации, чтобы полная регенерация была выполнена за оценочный период времени. Как раскрыто в настоящей заявке, способы предусматривают оптимальную регенерацию фильтра на основе определенных рабочих условий.

Возвращаясь к описанию ФИГ. 4, график 410 показывает отключение цилиндра, при котором режим работы двигателя регулируется для работы в режиме ВТО в момент времени t₄. Дополнительно производятся регулировки двигателя для работы 424 на богатой смеси оставшихся цилиндров для сохранения мощности двигателя во время регенерации фильтра. Как показано на графике 430, оценочный период d1 длиннее, чем необходимо для полной регенерации, показанной линией 434 на графике 430. Линия 434 схематически показывает скорость регенерации сажевого фильтра. Так как оценочный период d1 превышает нижнее пороговое значение 404 мощности, полная регенерация фильтра выполняется в пределах указанного периода d1 на основе регулировок, раскрытых выше и показанных на ФИГ. 4. Хотя это и не показано на ФИГ. 4, линией 434, обозначающей скорость регенерации, можно управлять на основе рабочих регулировок, выполненных в ответ на оценочный период времени, в течение которого мощность двигателя постоянно падает ниже нижнего порогового значения 404 мощности. Таким образом, способ дополнительно содержит управление количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндр для регулировки скорости регенерации БСФ, продолжительностью впрыска топлива, позволяющей регулировать скорость регенерации БСФ посредством регулирования потока кислорода в отработавшие газы на основе оценочного периода, что предусматривает дальнейшую регулировку полной регенерации 434 в некоторых случаях. Например, уровень отключения впрыска топлива (например, в диапазоне фактически от 0% до 100%) можно контролировать для достижения целевой концентрации кислорода и температуры БСФ, сохраняя состояние работы двигателя на холостом ходу (например, посредством минимизации отклонений состояния работы на холостом ходу от оптимального). Таким образом, работа двигателя может быть отрегулирована для обеспечения выполнения полной регенерации в течение определенного периода.

Несмотря на то, что раскрытие представлено в контексте полной регенерации в течение оценочного периода d1, в некоторых случаях водителю автомобиля может потребоваться повышенная мощность в течение периода низкой мощности двигателя, например, для возобновления работы автомобиля. Таким образом, может быть также предусмотрен переход на ручное управление на основе полного и быстрого нажатия педали 132 акселератора во время регенерации фильтра, что переводит регенерацию на ручное управление. В ответ на это контроллер 12 может переключить режим работы двигателя обратно на режим без ОЦД, при котором все цилиндры используются для перемещения автомобиля. Другими словами, в некоторых случаях раскрытые способы могут дополнительно содержать прерывание события регенерации и повторную регулировку работы двигателя для обеспечения мощности двигателя, превышающей заранее установленное пороговое значение на основе запроса водителя. В этом случае контроллер 12 выполнен с возможностью продолжения мониторинга скопления сажи во время определения периодов работы с низкой мощностью для регенерации фильтра согласно настоящему раскрытию.

В момент времени t₅ снова может произойти увеличение скорости автомобиля выше нижнего порогового значения мощности, так как движение автомобиля продолжается. В ответ на это режим работы автомобиля может быть повторно отрегулирован до рабочего режима без ОЦД во время работы двигателя со стехиометрическим ВТО по мере перемещения автомобиля по требуемому маршруту. Затем сажа в отработавших газах снова может удерживаться в регенерированном фильтре для увеличения скопления сажи на основе мощности двигателя.

На ФИГ. 5 показан набор графиков 500, представляющих пример работы двигателя с регенерацией сажевого фильтра за серию событий на основе оценочных периодов для каждого определенного периода низкой мощности. Как раскрыто, способы в настоящей заявке дополнительно содержат выполнение только частичной регенерации в ответ на оценочный непрерывный период, ниже заранее установленного временного порогового значения, при этом каждый непрерывный период относится к периоду низкой мощности с поддержкой как минимум частичной регенерации БСФ. Пример рабочей последовательности на ФИГ. 5 содержит определение множества периодов времени, в которых мощность двигателя постоянно падает ниже нижнего порогового значения нагрузки или мощности (например, состояние холостого хода). Другими словами, каждый период содержит непрерывный период работы двигателя ниже нижнего порогового значения 404 мощности, обеспечивающего регенерацию сажевого фильтра в течение двух или более периодов времени. Таким образом, способы предусматривают скоординированное выполнение регенерации сажевого фильтра в течение двух или более периодов, определенных таким образом, чтобы регенерации были основаны на каждом определенном периоде низкой мощности. Представленные серии частичных регенераций БСФ основаны на автомобиле 100, являющемся автомобилем для доставки почты, следующим по повторяющемуся маршруту с частыми остановками во время работы. Как указано выше, маршрут движения автомобиля может быть заранее запрограммирован в контроллер автомобиля. Таким образом, в некоторых случаях известный маршрут автомобиля доставки почты может храниться во встроенной долговременной памяти автомобиля и использоваться совместно с облачными данными для планирования регенерации во время серии остановок или периодов холостого хода во время работы. Набор графиков 500 иллюстрирует один такой пример посредством графика 502 нагрузки двигателя с течением времени, графика 510 состояния активации цилиндров с течением времени, графика 520 воздушно-топливного отношения (ВТО) и графика 530 скопления сажи с течением времени. На каждом из графиков время увеличивается вдоль абсциссы слева направо.

В момент времени t₀ двигатель задействован в событии зажигания, обеспечивающем базовую мощность без нагрузки на двигатель. В момент времени t₁ автомобиль доставки почты из примера перемещается с базовой станции к началу выполняемого маршрута, который может храниться и быть сохранен в памяти как маршрут на этот день. В течение этого периода двигатель может работать с нагрузкой, превышающей нижнее пороговое значение 404 мощности. С момента времени t₁ по t₂ с скопление сажи в двигателе может увеличиваться на основе увеличившейся мощности двигателя, по мере того как выбросы из двигателя удерживаются в сажевом фильтре. Как показано, выбросы увеличиваются до уровня, выше порогового значения 432 скопления сажи, показывающего точку, выше которой событие регенерации сажевого фильтра может восстановить эффективность бензинового сажевого фильтра и таким образом сократить выбросы во время работы. Так как маршрут в некоторых случаях может быть известен, и способы могут быть основаны на облачной навигационной системе, перемещение к каждой остановке и по маршруту можно отслеживать во время работы и синхронно обновлять для увеличения точности оценочных периодов времени низкой мощности двигателя, показанных в диапазоне t₃-t₄, t₅-t₆ и t₇-t₈.

В момент времени t₂ начинается снижение скорости двигателя по мере приближения автомобиля к первой остановке на маршруте, которая начинается в момент времени t₃. В течение этого периода автомобиль может начать подготовку к регулировкам, которые должны быть выполнены в течение предстоящего периода низкой мощности на основе оценочного периода времени. С учетом оценочных периодов, в которых автомобиль выполняет повторяющиеся операции, например, в связи с регулярным повторением маршрута, предыдущие данные могут содержать частоту, места и продолжительность остановок, выполняемых во время работы. Таким образом, раскрытые система и способы могут содержать алгоритм обнаружения продолжительной работы на холостом ходу, рассчитывающий продолжительность остановки на основе схем использования и/или маршрутов, хранящихся в блоке памяти возможно совместно с информацией, полученной из облачной навигационной системы. С момента времени t₃ по t₄ автомобиль 100 делает первую остановку на маршруте, двигатель работает в режиме холостого хода в течение короткого периода d2 с постоянным падением мощности ниже заранее установленного временного порогового значения, обозначающего полную регенерацию. Несмотря на то, что период d2 не поддерживает полную регенерацию сажевого фильтра, d2 достаточно длительный для частичной регенерации сажевого фильтра на основе выполненных регулировок двигателя, которые могут быть также выполнены более точно для регулировки скорости частичной регенерации. Поэтому в момент времени t₃ контроллер 12 регулирует режим двигателя до режима ОЦД посредством предотвращения (как минимум частичного) впрыска топлива в первый цилиндр, в то время как остальные цилиндры работают на богатой смеси на шаге 524 для увеличения количества топлива, подаваемого для сохранения базовой мощности. В течение этого периода происходит первая частичная регенерация 532, изображенная схематически для отображения скопления сажи в сажевом фильтре, сокращающееся на основе регулировок двигателя.

В момент времени t₄ нагрузка двигателя временно поднимается выше нижнего порогового значения 404 мощности, по мере того как автомобиль следует по маршруту ко второй остановке. В целях упрощения этот период времени содержит периоды увеличения и снижения скорости двигателя во время работы. В течение периода от t₄ до t₅ режим работы регулируется, как показано, до режима без ОЦД, в то время как все цилиндры используются для перемещения автомобиля по маршруту следования. Так как мощность двигателя увеличивается относительно низкой нагрузки, скопление сажи, удержанное сажевым фильтром, может также увеличиться на основе увеличенной мощности двигателя в течение этого периода. Поэтому скопление сажи в сажевом фильтре показано слегка увеличивающимся перед вторым событием регенерации.

В момент времени t₅ автомобиль снова останавливается на короткий период d3, который может быть длиннее или короче d2, описанного выше. В течение периода d3 выполняется вторая частичная регенерация 534 на основе ряда рабочих регулировок, аналогичных раскрытым для первой частичной регенерации 532. Во время второй частичной регенерации 534 скопление сажи может быть уменьшено до уровня еще более основанного на регенерации, чем показано выше с учетом события 532 регенерации во время периода d2. Рабочие регулировки для выполнения второй частичной регенерации 534 могут отличаться или быть аналогичными регулировкам для первой частичной регенерации 532 на основе рабочих условий и определенных оценочных условий. Эффектом от других рабочих условий является другая скорость регенерации, при этом эффектом от аналогичных рабочих условий может быть аналогичная скорость регенерации. Таким образом, скорость регенерации в течение периодов d2 и d3 может в некоторых случаях по существу отличаться, несмотря на то, что показанные скорости аналогичны схематически. Несмотря на то, что показанные периоды низкой мощности обозначены d2 и d3, соответственно, в некоторых случаях периоды также могут быть одинаковыми (например, d2). Аналогично впоследствии шаги могут быть выполнены аналогичным образом, как раскрыто, с учетом первого события регенерации, но на основе оценочного периода второго события. Поэтому в момент времени t₅ контроллер 12 регулирует режим двигателя до режима ОЦД посредством предотвращения (как минимум частичного) впрыска топлива в первый цилиндр, в то время как остальные цилиндры работают на богатой смеси на шаге 526 для увеличения количества топлива, подаваемого для сохранения базовой мощности. Как указано, после второй частичной регенерации фильтр еще не полностью регенерирован.

В момент времени t₆ нагрузка двигателя снова временно поднимается выше нижнего порогового значения 404 мощности, по мере того как автомобиль следует по маршруту к следующей остановке. Этот период содержит периоды увеличения и уменьшения скорости двигателя во время работы аналогичным образом, как раскрыто выше, однако нагрузка двигателя показана более высокой, так как маршрут и местность до следующей остановки могут отличаться от маршрута до второй остановки. В течение периода от t₆ до t₇ режим работы регулируется, как показано, до режима без ОЦД, в то время как все цилиндры используются для перемещения автомобиля по маршруту следования. Так как мощность двигателя увеличивается относительно низкой нагрузки, скопление сажи, удержанное сажевым фильтром, может также увеличиться на основе увеличенной мощности двигателя в течение этого периода, что показано увеличенным скопления сажи в сажевом фильтре относительно конца второго события 534 регенерации.

В момент времени t₇ автомобиль останавливается на короткий период времени, обозначенный как период d4, который может быть длиннее, короче или по существу таким же, как d2 или d3, раскрытые выше. В течение периода d4 третья частичная регенерация 536 выполняется на основе ряда рабочих регулировок, обозначенных для завершения регенерации БСФ во время работы автомобиля. В течение третьей частичной регенерации 536 скопление сажи может быть уменьшено до базового уровня, используемого для обозначения полностью регенерированного бензинового сажевого фильтра. Примененные рабочие регулировки могут отличаться или быть аналогичными раскрытым выше, но основаны на рабочих условиях и обозначенном оценочном периоде d4. Скорость регенерации можно контролировать на основе регулировок, определенных для оценочного периода, например, для обеспечения завершения полной регенерации в течение третьего события регенерации. В качестве дополнения или альтернативы могут применяться разные скорости регенерации совместно с таблицами эффективности для оптимизации серии событий регенерации на основе определенных дорожных условий, таких как движение транспорта и условия на маршруте (например, местность с большим уклоном), для регенерации БСФ с использованием меньшего количества топлива во время регенерации, что увеличивает экономию топлива и затрат на основе эксплуатации. Аналогично впоследствии шаги могут быть выполнены аналогичным образом, как раскрыто, с учетом первого события регенерации, но на основе оценочного периода d4 третьего события. Поэтому в момент времени t₇ контроллер 12 регулирует режим двигателя до режима ОЦД посредством предотвращения (как минимум частичного) впрыска топлива в первый цилиндр, в то время как остальные цилиндры работают на богатой смеси на шаге 528 для увеличения количества топлива, подаваемого для сохранения базовой мощности. Как показано, после третьего события регенерации бензиновый сажевый фильтр регенерирован на основе оценочного периода каждого обозначенного периода, что было скоординированно выполнено системой и способами согласно настоящему раскрытию.

В момент времени t8 снова происходит увеличение скорости автомобиля, так как продолжается движение автомобиля по маршруту. В ответ на это режим работы автомобиля может быть повторно отрегулирован до рабочего режима без ОЦД во время работы двигателя со стехиометрическим ВТО. Затем сажа в отработавших газах снова может удерживаться в регенерированном фильтре для увеличения скопления сажи на основе мощности двигателя.

Несмотря на раскрытие в контексте способов, данное описание также относится к системе, выполненной с возможностью осуществления способов. Таким образом, предусмотрена система двигателя, содержащая: как минимум два цилиндра с топливной форсункой на каждом цилиндре; бензиновый сажевый фильтр; контроллер, выполненный с возможностью обработки облачных данных и динамики мощности двигателя для оценки периода, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности; контроллер, выполненный с возможностью регулирования работы двигателя для регенерации сажевого фильтра в ответ на оценочный период времени на основе мощности двигателя, постоянно падающей ниже нижнего порогового значения мощности. Система двигателя дополнительно содержит заранее установленное временное пороговое значение для обозначения продолжительности регенерации на основе оценочного периода времени, при этом система выполнена с возможностью выполнения полной регенерации БСФ в ответ на оценочный период, превышающий временное пороговое значение, и выполнения только частичной регенерации БСФ, при которой оценочный период падает ниже заранее установленного временного порогового значения.

Система двигателя выполнена с возможностью выполнения полной регенерации БСФ на основе постоянно непрерывного оценочного периода, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности, как раскрыто с учетом ФИГ. 3. Однако, когда оценочный период короче заранее установленного временного порогового значения, система может выполнить только событие частичной регенерации, при этом продолжительность частичной регенерации БСФ основана на оценочном периоде, в течение которого мощность двигателя постоянно падает ниже нижнего порогового значения мощности. Таким образом, система выполнена с возможностью скоординированного выполнения серии частичных регенераций БСФ на основе множества оценочных периодов времени, при этом множество оценочных периодов времени означает период времени, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности, при этом каждый из множества периодов разделен промежуточным периодом, в течение которого мощность двигателя превышает нижнее пороговое значение мощности. Дополнительно продолжительность каждой частичной регенерации БСФ может быть далее основана на каждом оценочном периоде времени, полная регенерация БСФ скоординированно выполняется серией частичных регенераций БСФ в течение периодов низкой мощности двигателя.

С учетом регенерации БСФ, которая может быть выполнена во время работы, система двигателя может дополнительно содержать уменьшение количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр для регенерации сажевого фильтра, при увеличении количества топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров для сохранения мощности двигателя во время регенерации, и дополнительно содержать управление количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндр для регулирования скорости регенерации БСФ, при этом продолжительность впрыска топлива предусматривает регулировку скорости регенерации БСФ посредством регенерации потока кислорода в отработавшие газы на основе оценочного периода времени. Таким образом, система двигателя выполнена с возможностью управления количеством топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров для сохранения мощности двигателя на основе оценочного периода, в течение которого мощность двигателя находится ниже нижнего порогового значения мощности.

Таким образом, раскрытые системы и способы могут быть применены для регенерации фильтра в течение периодов низкой активности автомобиля, когда регулировки двигателя предусматривают оптимальную регенерацию на основе оценочного периода, сохраняя состояние мощности двигателя (или работы на холостом ходу). В частности, раскрыты система и способы, выполненные с возможностью оценки периода, в течение которого мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения мощности. Затем раскрыты рабочие регулировки двигателя для регенерации сажевого фильтра, в то время как мощность двигателя падает ниже нижнего порогового значения нагрузки. При такой конфигурации полная регенерация может быть выполнена в ответ на состояние холостого хода с превышением заранее установленного временного порогового значения, при этом частичная регенерация или серия частичных регенераций могут быть выполнены в ответ на период состояния холостого хода, ниже заранее установленного временного порогового значения.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться посредством системы управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые здесь, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных 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 ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение относится к двигателю с выхлопной системой, содержащей сажевый фильтр. Раскрыты система и способы для координации регенерации бензинового сажевого фильтра с периодом, в течение которого мощность двигателя падает ниже заранее установленного порогового значения нагрузки для обозначения состояния низкой мощности двигателя. В одном конкретном примере двигатель выполнен с возможностью регулировки работы двигателя для регенерации сажевого фильтра в ответ на падение мощности двигателя ниже заранее установленного нижнего порогового значения мощности, регенерацию, далее основанную на оценочном периоде, в течение которого мощность постоянно падает ниже нижнего порогового значения мощности. Раскрытые система и способы обеспечивают преимущество, состоящее в возможности выполнения событий полной или частичной регенерации на основе оценочного периода, в течение которого мощность двигателя ниже нижнего порогового значения мощности. Технический результат – улучшение регенерации сажевого фильтра. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регенерации сажевого фильтра, содержащий этапы, на которых:

прогнозируют серию предстоящих периодов в работе двигателя, в каждом из которых мощность двигателя будет непрерывно ниже заданного нижнего порогового значения мощности, причем указанные предстоящие периоды разделены промежуточными периодами, в течение которых мощность двигателя превышает указанное нижнее пороговое значение мощности, и оценочная продолжительность каждого из этих предстоящих периодов меньше временного порогового значения, требующегося для полной непрерывной регенерации фильтра;

регулируют работу двигателя для выполнения серии частичных регенераций сажевого фильтра, включающих частичную регенерацию сажевого фильтра в течение каждого предстоящего периода, причем продолжительность каждой частичной регенерации определяют на основе оценочной продолжительности соответствующего предстоящего периода.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий обработку информации из облачной навигационной системы, причем указанные этапы прогнозирования серии предстоящих периодов и определения продолжительности этих предстоящих периодов осуществляют также с учетом информации из облачной навигационной системы.

3. Способ по п. 2, в котором указанный этап прогнозирования серии предстоящих периодов осуществляют в ответ на скопление сажи в сажевом фильтре, превышающее пороговое значение.

4. Способ по п. 1, в котором этап регулирования работы двигателя содержит уменьшение количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя.

5. Способ по п. 4, в котором этап указанного регулирования работы двигателя также содержит увеличение количество топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров двигателя в ответ на уменьшение количества топлива,

впрыскиваемого в цилиндр, при этом мощность двигателя поддерживают неизменной во время регенерации сажевого фильтра.

6. Способ по п. 5, в котором этап указанного регулирования работы двигателя также содержит регулировку скорости регенерации, осуществляемую путем управления уровнем топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя для регулирования потока кислорода в сажевый фильтр.

7. Способ по п. 1, в котором указанные оценочные значения предстоящих периодов определяют с учетом динамики мощности двигателя.

8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий приостановку регенерации сажевого фильтра в ответ на то, что мощность двигателя поднимается выше нижнего порогового значения мощности во время регенерации, причем приостановка регенерации содержит повторную регулировку работы двигателя для обеспечения мощности двигателя на основе потребления мощности.

9. Система двигателя, содержащая:

как минимум два цилиндра, к каждому из которых присоединена сообщающаяся с ним топливная форсунка;

сажевый фильтр; и

контроллер, содержащий хранящиеся в долговременной памяти инструкции, предназначенные для обработки по меньшей мере одного из следующего: облачных данных и динамики мощности двигателя, и приводящие при их выполнении к прогнозированию серии предстоящих периодов в работе двигателя, в каждом из которых мощность двигателя будет непрерывно ниже заданного нижнего порогового значения мощности, причем указанные предстоящие периоды разделены промежуточными периодами, в течение которых мощность двигателя превышает указанное нижнее пороговое значение мощности, и оценочная продолжительность каждого из этих предстоящих периодов меньше временного порогового значения, требующегося для полной непрерывной регенерации фильтра;

при этом указанные инструкции приводят также к регулировке работы двигателя для выполнения серии частичных регенераций сажевого фильтра, включающих частичную регенерацию сажевого фильтра в течение каждого предстоящего периода, причем продолжительность каждой частичной регенерации основана на оценочной продолжительности соответствующего предстоящего периода, при этом указанная серия частичных регенераций сажевого фильтра обеспечивает полную регенерацию сажевого фильтра.

10. Система двигателя по п. 9, в которой указанные инструкции обеспечивают также уменьшение количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр для регенерации сажевого фильтра, при увеличении количества топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров для поддержания неизменной мощности двигателя во время регенерации.

11. Система двигателя по п. 10, в которой указанные инструкции обеспечивают также управление, во время каждого предстоящего периода, количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндр для регулировки скорости регенерации сажевого фильтра, причем степень впрыска топлива позволяет регулировать скорость регенерации сажевого фильтра посредством регулирования потока кислорода в отработавшие газы двигателя на основе оценочного периода времени, соответствующего предстоящему периоду.

12. Система двигателя по п. 11, в которой указанные инструкции обеспечивают также управление количеством топлива, впрыскиваемого в один или несколько оставшихся цилиндров, для поддержания неизменной мощности двигателя во время каждого предстоящего периода на основе оценочного периода, соответствующего предстоящему периоду.

13. Способ регенерации сажевого фильтра, содержащий этапы, на которых:

обрабатывают облачные данные для прогнозирования серии предстоящих периодов в работе двигателя, в каждом из которых мощность двигателя будет непрерывно ниже заданного нижнего порогового значения мощности, причем указанные предстоящие периоды разделены промежуточными периодами, в течение которых мощность двигателя превышает указанное нижнее пороговое значение мощности, и оценочная продолжительность каждого из этих предстоящих периодов меньше временного порогового значения, требующегося для полной непрерывной регенерации фильтра;

регулируют работу двигателя для выполнения серии частичных регенераций сажевого фильтра, включающих частичную регенерацию сажевого фильтра в течение каждого предстоящего периода, причем продолжительность каждой частичной регенерации определяют на основе оценочной продолжительности соответствующего предстоящего периода.