РАСПРЕДЕЛЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F01N3/20 F01N9/00 

Область техники

Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам распределенного управления катализатором избирательного каталитического восстановления (ИКВ), расположенным в системе контроля токсичности выбросов автомобиля.

Уровень техники/Сущность изобретения

Системы контроля токсичности выбросов автомобилей, таких как автомобили, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, могут содержать один или несколько катализаторов, выполненных с возможностью снижения уровня выбросов, образующихся во время сгорания топлива. Например, система контроля токсичности выбросов может содержать в себе катализатор ИКВ для сокращения уровня оксидов азота (NO_x), выброшенных двигателем после сгорания топлива. Восстановитель, введенный в выпускной канал выше по потоку от катализатора ИКВ, адсорбируется на подложке внутри катализатора ИКВ, и по мере того как отработавшие газы проходят через катализатор ИКВ, восстановитель в катализаторе ИКВ реагирует с оксидами азота в отработавших газах. Восстановителем может быть мочевина, преобразующаяся в аммиак (NH₃) перед адсорбцией на поверхностях внутри катализатора ИКВ. В результате реакции NH₃ в катализаторе ИКВ с оксидами азота в отработавших газах образуются побочные продукты, такие как N₂ и H₂O.

Количество восстановителя, вводимого выше по потоку от катализатора ИКВ, а также емкость для хранения восстановителя катализатора ИКВ влияет на коэффициент нейтрализации оксидов азота катализатора ИКВ. Емкость для хранения катализатора ИКВ изменяется в зависимости от температуры катализатора ИКВ. Например, при вводе большого количества восстановителя выше по потоку от катализатора ИКВ и хранении в катализаторе ИКВ может быть достигнут высокий коэффициент нейтрализации оксидов азота. Однако если большое количество восстановителя вводится выше по потоку от катализатора ИКВ, и катализатор ИКВ не имеет достаточной емкости для хранения, часть восстановителя может «выйти» из катализатора ИКВ, а затем - из выхлопной трубы, что приведет к нежелательному выбросу отработавших газов (например, избыточным выбросам NH₃). Наоборот, при вводе небольшого количества восстановителя коэффициент нейтрализации оксидов азота может снизиться, так как в катализаторе ИКВ может храниться недостаточное количество восстановителя для реакции и снижения содержания оксидов азота в отработавших газах, проходящих через катализатор ИКВ. Это может привести к вредным выбросам оксидов азота из выхлопной трубы автомобиля.

В некоторых примерах контроллер автомобиля запрограммирован на максимизацию коэффициента нейтрализации оксидов азота и минимизацию выхода восстановителя посредством регулирования массового расхода восстановителя при вводе на основе взаимодействия между смоделированным уровнем хранения восстановителя и заданным значением хранения восстановителя. Например, так как непосредственно измерить уровень восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ, может быть трудно во время работы автомобиля, для оценки уровня восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ в заданный момент времени, может быть использована модель, ориентированная на управление. Кроме того, так как коэффициент нейтрализации оксидов азота и выход восстановителя в значительной степени зависят от температуры катализатора ИКВ, температура также должна быть учтена в стратегии управления. В некоторых моделях, ориентированных на управление, используют нульмерную структуру с сосредоточенными параметрами в целях упрощения и эффективности вычислений. В таких моделях один узел определяет все динамические свойства катализатора ИКВ, осевое распределение хранения восстановителя и осевые/радиальные изменения температуры игнорируются. Таким образом, такие модели могут быть ограничены в части способности улавливания эффекта от температурного градиента и/или распределения хранения восстановителя на динамические свойства катализатора.

Другие примеры моделей, ориентированных на управление, содержат распределенные модели, дискретизирующие систему ИКВ на несколько элементов или частей, каждая из которых имеет соответствующие входные, выходные данные и внутренние состояния, такие как уровень хранения восстановителя и температура подложки. Например, в патенте U.S. 2014/0032189 раскрыт способ определения на основе модели распределения температуры внутри блока доочистки отработавших газов, который модель виртуально делит на сегменты по оси и радиально. В устойчивом режиме работы учитывается радиальное распределение температуры от блока в окружающую среду, при этом в неустойчивых режимах работы учитывается перенос тепла от отработавших газов по оси через блок к блоку.

Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные недостатки моделей, ориентированных на управление, раскрытых выше. В одном из примеров модели, сфокусированные только на распределении температуры, не могут учитывать распределение хранения восстановителя в катализаторе ИКВ надлежащим образом. В другом примере радиальные элементы, смоделированные в вышеуказанных подходах, имеют фиксированные размеры и поэтому не могут точно отображать изменения радиальных динамических свойств катализатора ИКВ, происходящих в режиме реального времени. Эти и другие недостатки предыдущих подходов, выявленные авторами настоящего изобретения, могут быть устранены способом для системы контроля токсичности выбросов двигателя автомобиля, в котором регулируются различные рабочие параметры автомобиля для максимизации эффективности катализатора ИКВ, при этом регулирование основано на сравнении планируемого пространственного распределения восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ, с требуемым распределением восстановителя, хранящегося в катализаторе. Например, если требуется радиальное регулирование пространственного распределения, регулируется давление, с которым восстановитель впрыскивается в катализатор ИКВ. Кроме того, если требуется осевое регулирование пространственного распределения, регулируется температура отработавших газов и/или концентрация оксидов азота. Например, профили неравномерного радиального и осевого хранения и температуры восстановителя могут моделировать фактические динамические параметры катализатора таким образом, что контроль ИКВ быстрее предоставляет состояние катализатора и автомобиля в режиме реального времени. Робастное управление ИКВ в результате может успешно увеличить коэффициент нейтрализации оксидов азота и снизить выход аммиака для соответствия все более строгим нормам контроля выбросов.

Только Заявитель определил стратегии для регулирования рабочих параметров автомобиля на основе радиальных и осевых моделей катализатора ИКВ для достижения требуемой эффективности катализатора ИКВ. Например, Заявитель признал, что радиальное распределение восстановителя на передней поверхности катализатора ИКВ можно активно регулировать посредством регулирования давления дозирования восстановителя выше по потоку от катализатора ИКВ, причем время регулирования назначают по желанию для соответствия требуемому расходу отработавших газов. При этом Заявитель признал, что одна регулировка впрыска восстановителя может не обеспечить достаточный контроль для достижения требуемых заданных значений хранения восстановителя в катализаторе ИКВ, например, так как регулирование только впрыска восстановителя не может влиять на место осевого хранения восстановителя. Для преодоления этого ограничения Заявитель признал, что активные колебания температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, могут привести к перемещению восстановителя, хранящегося в передней части катализатора ИКВ (например, ближе к входу в катализатор относительно потока отработавших газов через катализатор), в сторону задней части катализатора ИКВ (например, ближе к выходу из катализатора), тем самым успешно увеличивая коэффициент нейтрализации оксидов азота, особенно при высоком расходе отработавших газов через катализатор. Кроме того, Заявитель признал, что активные колебания концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ, могут успешно снизить обратное отклонение хранящегося восстановителя (например, тенденцию хранения восстановителя в задней части катализатора), тем самым успешно снижая выход восстановителя и увеличивая экономию топлива.

Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». 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 ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример системы двигателя.

На ФИГ. 2А-2С представлены различные виды модели катализатора ИКВ, в которых катализатор ИКВ разделен на осевые и радиальные зоны.

На ФИГ. 3А-3В представлены другие примеры моделей катализатора ИКВ.

На ФИГ. 1, 2А-2С и 3А-3В представлены приблизительные схемы в масштабе.

На ФИГ. 4 представлен график соотношения отношения внутреннего радиуса модели катализатора ИКВ к скорости автомобиля и разницы между температурой отработавших газов двигателя и температуры окружающей среды.

На ФИГ. 5А-5В показаны блок-схемы способов регулирования радиального распределения восстановителя в катализаторе ИКВ.

На ФИГ. 6 показаны блок-схемы способов регулирования осевого распределения восстановителя в катализаторе ИКВ.

На ФИГ. 7 представлены графики экспериментальных осевых и радиальных градиентов температуры катализатора ИКВ с течением времени.

На ФИГ. 8 представлен график эффективности катализатора ИКВ, достигнутой посредством моделирования, содержащего различные методики контроля пространственного распределения хранящегося восстановителя.

Осуществление изобретения

Приведенное ниже описание относится к способам и системам моделирования радиального и осевого распределения восстановителя в катализаторе ИКВ, таком как катализатор в системе двигателя на ФИГ. 1. Например, способ позволяет моделировать множество осевых и радиальных зон, как показано на ФИГ. 2А-2С и 3А-3В. Радиальные элементы или зоны могут иметь объемные доли, изменяющиеся по времени, которые можно регулировать на основе температуры отработавших газов, температуры окружающей среды и скорости автомобиля, как показано на. ФИГ. 4. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющих алгоритмов, таких как способы на ФИГ. 5А-5В, для регулирования радиального места хранения восстановителя посредством приведения в работу форсунки для регулирования ее формы распыла в катализатор ИКВ. Контроллер может затем регулировать управление дозированием восстановителя посредством регулирования места осевого хранения восстановителя в катализаторе ИКВ, как показано на ФИГ. 6. Воздействие температурных градиентов показано на ФИГ. 7. Учитывая осевые и радиальные температурные градиенты, а также распределение осевого хранения и динамического радиального хранения, модель может обеспечивать более робастный контроль системы ИКВ, как показано на ФИГ. 8. Таким образом, можно постоянно корректировать оценку системы ИКВ выхода восстановителя и концентрации оксидов азота в зависимости от рабочих условий автомобиля, что снизит выход восстановителя и улучшит выбросы отработавших газов.

Что касается ФИГ. 1, она иллюстрирует схему двигателя 10 внутреннего сгорания с одним или несколькими цилиндрами, который может быть включен в движительную систему 100 двигателя автомобиля, как проиллюстрировано. Двигателем 10 можно управлять, по крайней мере, частично с помощью контроллера 12 и с помощью входных данных от водителя 132 автомобиля, передаваемых через устройство 130 ввода. В этом примере вводное устройство 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по меньшей мере, с одним приводным колесом автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может получать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать отработавшие газы сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

В примере, показанном на ФИГ. 1, впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять с помощью кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива в цилиндры. В качестве не имеющего ограничительного характера примера цилиндр 30 изображен с одной топливной форсункой 66. Топливная форсунка 66 изображена в непосредственном соединении с цилиндром 30 для непосредственного впрыска топлива пропорционально ширине импульса впрыска топлива ШИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно, как непосредственный впрыск (НВ) топлива в цилиндр 30 сгорания.

Следует понимать, что в другом варианте осуществления форсунка 66 может являться топливной форсункой распределительного впрыска, подающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует помнить о том, что топливо может поступать на цилиндр 30 из множества форсунок, например, форсунок распределенного впрыска, непосредственного впрыска или их комбинации.

В одном примере двигатель 10 - это дизельный двигатель, сжигающий воздух и дизельное топливо посредством воспламенения от сжатия. В других вариантах осуществления изобретения, не имеющих ограничительного характера, двигатель 10 может сжигать другое топливо, включая бензин, биодизельное топливо или спирт, содержащий смешанное топливо, посредством воспламенения от сжатия и/или искрового зажигания.

Впускной канал 42 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 изменения подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя ПД. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.

Дополнительно, в соответствии с раскрываемыми вариантами осуществления изобретения система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 РОГ. Количество РОГ, подаваемых во впускной коллектор 44, может быть изменено контроллером 12 посредством клапана 142 РОГ. При подаче отработавших газов в двигатель 10 количество кислорода, доступного для сгорания, снижено, что снижает температуры пламени горения и снижает образование оксидов азота, например. Как показано, система РОГ дополнительно содержит датчик 144 РОГ, который может быть установлен в канале 140 РОГ и показывать один или несколько из следующих параметров: давление, температура и концентрация отработавших газов. В некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, что представляет собой способ регулирования момента зажигания для некоторых режимов сгорания. Далее, при некоторых условиях часть газов сгорания может быть сохранена или удержана в камере сгорания путем управления фазами газораспределения выпускного клапана, например, путем управления механизмом изменения фаз газораспределения.

Выпускная система 128 содержит датчик 126 воздушно-топливного отношения отработавших газов, соединенный с выпускным каналом 48 системы 150 обработки отработавших газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода. Система 150 обработки отработавших газов показана установленной вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 воздушно-топливного отношения отработавших газов. Здесь отработавшие газы, входящие в систему обработки отработавших газов после выхода из двигателя, могут также называться подаваемым газом.

В примере, показанном на ФИГ. 1, система 150 обработки отработавших газов содержит систему ИКВ на основе мочевины. Показанная система ИКВ содержит как минимум один восстановительный катализатор (например, катализатор 152 ИКВ, показанный на ФИГ. 1), бак для хранения восстановителя (например, резервуар 154 для хранения мочевины, показанный на ФИГ. 1) и систему дозировки восстановителя (которая может содержать, например, форсунку 156 мочевины, см. ФИГ. 1). В других вариантах осуществления изобретения система 150 обработки отработавших газов может в качестве дополнения или альтернативы содержать другие компоненты, например, сажевый фильтр, накопитель оксидов азота, трехкомпонентный каталитический анализатор, различные другие устройства контроля токсичности или их комбинации. Например, форсунка 156 мочевины может быть размещена выше по потоку от катализатора 152 ИКВ и ниже по потоку от окислительного катализатора.

В изображенном примере форсунка 156 мочевины впрыскивает мочевину из резервуара 154 хранения мочевины в выпускной канал 48 выше по потоку от катализатора 152 ИКВ. Однако могут быть применены различные альтернативные подходы для ввода восстановителя выше по потоку от катализатора 152 ИКВ, например, впрыск или дозирование твердых гранул мочевины, генерирующих пары аммиака в катализатор 152 ИКВ. В другом примере накопитель оксидов азота может быть расположен выше по потоку от катализатора 152 ИКВ для генерирования NH₃ для катализатора 152 ИКВ в зависимости от степени или насыщенности воздушно-топливного отношения, подаваемого в накопитель оксидов азота.

В показанном варианте осуществления изобретения система 150 обработки отработавших газов также содержит датчик 158 отработавших газов на выходе выхлопной трубы, установленный ниже по потоку от катализатора 152 ИКВ. В одном примере датчик 158 отработавших газов на выходе выхлопной трубы может быть датчиком оксидов азота, выполненным с возможностью измерения количества оксидов азота после катализатора ИКВ перед выпуском в атмосферу через выпускной канал 48 выхлопной трубы. Как показано, система 150 обработки отработавших газов также содержит датчик 160 подаваемого газа, установленный выше по потоку от катализатора 152 ИКВ и ниже по потоку от форсунки 156 мочевины в варианте осуществления изобретения на ФИГ. 1. В одном примере датчик 160 подаваемого газа может также быть датчиком оксидов азота, выполненным с возможностью измерения количества оксидов азота в отработавших газах, проходящих через выпускной канал выше по потоку от катализатора ИКВ.

Уровень коэффициента нейтрализации оксидов азота системы ИКВ может быть определен на основе вывода (ов) одного или нескольких датчиков 158 отработавших газов на выходе выхлопной трубы и датчика 160 подаваемых газов. Например, уровень коэффициента нейтрализации оксидов азота системы ИКВ может быть определен путем сравнения уровня оксидов азота выше по потоку от катализатора ИКВ (например, уровень оксидов азота, измеренный датчиком 160) с уровнем оксидов азота ниже по потоку от катализатора ИКВ (например, уровень оксидов азота, измеренный датчиком 158). Определение уровня коэффициента нейтрализации оксидов азота катализатора ИКВ может быть также основано на выводе датчика 126 воздушно-топливного отношения отработавших газов. В других примерах датчики 158 и 160 отработавших газов могут быть любыми датчиками, подходящими для определения концентрации составных компонентов отработавших газов, например, датчиками УДКОГ, ДКОГ, НДКОГ, углеводорода, углерода и т.д. В качестве дополнения или альтернативы модель оксидов азота в подаваемом газе может быть использована для оценки концентрации оксидов азота выше по потоку от катализатора ИКВ.

Контроллер 12, показанный на ФИГ. 1, представляет собой микрокомпьютер, содержащий блок микропроцессора 102, порты 104 ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 106, в данном варианте осуществления, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 способен сообщаться и поэтому принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая: данные массового расхода всосанного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; данные температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118, использующего эффект Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; данные положения дроссельной заслонки (ПД) от датчика положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122; данные воздушно-топливного отношения отработавших газов от датчика 126; данные о концентрации составных компонентов отработавших газов от датчиков 160 и 158. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД.

Постоянное запоминающее устройство 106 среды хранения данных может быть запрограммировано с помощью непереходящих, машиночитаемых данных, представляющих собой долговременные инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде. Примерные способы раскрыты в настоящей заявке со ссылкой на ФИГ. 5А-5В и 6.

В соответствии с вышеуказанным описанием, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Описание цилиндра на ФИГ. 1 одинаково применимо к другим цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может подобным же образом иметь собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и тому подобное.

Что касается ФИГ. 2А, на ней представлен вид в перспективе примера радиальной и осевой модели 200 катализатора ИКВ, например, катализатора 152 ИКВ на ФИГ. 1. Модель 200 может генерироваться контроллером, таким как контроллер 12 на ФИГ. 1, на основе встроенной модели катализатора ИКВ, хранящейся в долговременной памяти контроллера. Например, контроллер может содержать инструкции, хранящиеся в долговременной памяти для генерирования виртуальной модели катализатора ИКВ путем сегментирования встроенной модели катализатора ИКВ на множество радиальных зон и/или осевых зон.

Стрелки 212 иллюстрируют направление потока отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, представленный моделью 200. Дополнительно стрелки 212 могут также соответствовать направлению восстановителя, распыляемого форсункой восстановителя, предусмотренной выше по потоку от катализатора ИКВ, например, форсункой 156 мочевины на ФИГ. 1.

В варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 2А, модель 200 разделена на две радиальные зоны. Две радиальные зоны содержат внешнюю радиальную зону N_r1 и внутреннюю радиальную зону N_r2. Внешняя радиальная зона N_r1 окружает внутреннюю радиальную зону N_r2 таким образом, что внутренняя радиальная зона N_r2 представлена в виде цилиндрического стержня смоделированного катализатора ИКВ, а внешняя радиальная зона N_r1 представлена в виде полого цилиндра. Окружность внутренней радиальной зоны N_r2 одинакова по протяженности и равна внутренней окружности внешней радиальной зоны N_r1, и формирует границу между внутренней и внешней радиальными зонами. Как показано, внешняя окружность внешней радиальной зоны концентрична с окружностью внутренней радиальной зоны и внутренней окружностью внешней радиальной зоны. Внешняя окружность внешней радиальной зоны может быть одинаковой по протяженности и равной окружности самого смоделированного катализатора ИКВ. Во время работы двигателя температура внешней радиальной зоны может быть меньше температуры внутренней радиальной зоны. В то время как вариант осуществления изобретения на ФИГ. 2А содержит строго две радиальные зоны, предполагается, что модель может содержать более двух радиальных зон. Например, модель может содержать три радиальных зоны (например, N_r1, N_r2, N_r3), четыре радиальных зоны (например, N_r1, Nr2, N_r3, N_r4), пять радиальных зон (например, N_r1, N_r2, N_r3, N_r4, N_r5), шесть радиальных зон (например, N_r1, N_r2, N_r3, N_r4, N_r5, N_r6) или любое другое число радиальных зон больше двух. В некоторых примерах сумма объемов всех радиальных зон может быть равной общему объему смоделированного катализатора ИКВ. Однако в других примерах может использоваться только часть радиальной модели, чтобы сумма объемов всех радиальных зон была меньше общего объема смоделированного катализатора ИКВ.

Как далее показано на ФИГ. 2А, модель 200 разделена на две осевые зоны. Две осевые зоны содержат переднюю осевую зону N_a1 и заднюю осевую зону N_a2. Передняя осевая зона N_a1 ограничена с первой осевой стороны передней поверхностью 214 смоделированного катализатора ИКВ, а со второй осевой стороны - первой осевой стороной задней радиальной зоны N_a2. Передняя поверхность 214 смоделированного катализатора ИКВ - это поверхность выше по потоку смоделированного катализатора ИКВ относительно потока отработавших газов через катализатор ИКВ, представленный на модели; смоделированный катализатор ИКВ также содержит торцевую поверхность 216, являющуюся поверхностью ниже по потоку от смоделированного катализатора ИКВ относительно потока отработавших газов через катализатор ИКВ, представленный моделью. После обработки катализатором ИКВ, смоделированным моделью 200, отработавшие газы могут проходить через торцевую поверхность 216 при выходе из катализатора ИКВ. Как показано, передняя поверхность 214 и торцевая поверхность 216 ориентированы в плоскостях, перпендикулярных направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе непосредственно выше по потоку от катализатора ИКВ, представленного моделью 200.

Вариант осуществления изобретения на ФИГ. 2А содержит строго две осевые зоны, предполагается, что модель может содержать более двух осевых зон. Например, модель может содержать три осевых зоны (например, N_a1, N_a2, N_a3), четыре осевых зоны (например, N_a1, N_a2, N_a3, N_a4), пять осевых зон (например, N_a1, N_a2, N_a3, N_a4, N_a5), шесть осевых зон (например, N_a1, N_a2, N_a3, N_a4, N_a5, N_a6) или любое другое количество осевых зон больше двух. В некоторых примерах сумма объемов всех осевых зон может быть равной общему объему смоделированного катализатора ИКВ. Однако в других примерах может быть использована только часть осевой модели так, чтобы сумма объемов всех осевых зон могла быть меньше общего объема смоделированного катализатора ИКВ.

Температура в каждой осевой и радиальной зоне может быть оценена контроллером на основе тепловой модели катализатора ИКВ, хранящейся в долговременной памяти контроллера. В некоторых примерах тепловая модель может быть динамической моделью, в которой расчетные температуры подложки катализатора в различных местах катализатора ИКВ изменяются в зависимости от рабочих условий автомобиля, влияния окружающей среды и ограничения потока устройствами доочистки в системе доочистки. Тепловая модель может оценивать температуру подложки или стенки катализатора ИКВ в различных местах катализатора ИКВ посредством моделирования различных форм передачи тепла в систему. Сюда входит передача тепла между отработавшими газами и подложкой, отток тепла в атмосферу, проводимость между прилегающими осевыми или радиальными элементами катализатора и, потенциально, тепло, полученное от экзотермических химических реакций ИКВ. Скорость передачи тепла может быть определена геометрией системы, свойствами материала и состоянием системы, например, текущей температурой отработавших газов и массовым расходом, температурой подложки и температурой окружающей среды. Например, тепловая модель может содержать расчетные тепловые градиенты в радиальном и осевом направлениях катализатора ИКВ. Тепловая модель может служить в качестве основы для разделения катализатора ИКВ на осевые и радиальные зоны в модели 200 так, чтобы номер / объем / размер / относительное положение каждой зоны и, по выбору, количество зон могло быть основано на смоделированных тепловых градиентах. Например, в варианте осуществления изобретения с двумя радиальными зонами и двумя осевыми зонами, такими как в варианте осуществления изобретения на ФИГ. 2А-2С, радиус R_in внутренней радиальной зоны и радиальная толщина внешней зоны (например, равная разнице между радиусом самого катализатора ИКВ и радиусом внутренней радиальной зоны) могут быть определены на основе тепловой модели катализатора ИКВ, а также на основе температуры окружающей среды и предполагаемой потери тепла катализатора ИКВ в окружающую среду. В некоторых примерах температура окружающей среды, предполагаемая потеря тепла и другие параметры, влияющие на температуры внутри катализатора ИКВ, могут входить в тепловую модель, причем в других примерах эти параметры могут влиять на определение размеров зоны.

На ФИГ. 2 В представлена часть вида в разрезе модели 200, взятая вдоль линии В-В на ФИГ. 2А, на которой показаны радиус R_in внутренней радиальной зоны N_r2, радиус R_out смоделированного катализатора ИКВ и радиальная толщина R_th внешней радиальной зоны N_r1. В показанном примере радиальная толщина R_th равна разнице между радиусом R_out и радиусом R_in. В отличие от радиуса R_in и радиальной толщины R_th, радиус R_out - это радиус катализатора ИКВ, смоделированного моделью 200, и таким образом имеет фиксированную длину, равную радиусу катализатора ИКВ в примерах, где катализатор ИКВ имеет цилиндрическую форму, например, разница между центральной продольной осью 218 катализатора ИКВ и точкой на окружности катализатора ИКВ. И наоборот, длина внутреннего радиуса R_in, согласно определенному моделью, изменяется на основе тепловой модели и других рабочих параметров автомобиля. Например, внутренний радиус может изменяться в функциональной зависимости от смоделированного радиального температурного градиента катализатора ИКВ, температуры окружающей среды, температуры входящего потока отработавших газов, скорости автомобиля и предполагаемой потери тепла среди прочих факторов. Поэтому внутренний радиус R_in является динамическим и может измениться (например, увеличиться или уменьшиться) во время работы автомобиля на основе смоделированного градиента температуры, что подробно описано ниже относительно ФИГ. 4.

Изменения внутреннего радиуса R_in во время работы автомобиля приводят к изменениям относительных размеров радиальных зон модели 200, и, таким образом, соотношения объемов радиальных зон изменяются со временем во время работы автомобиля. Например, объем смоделированной внешней радиальной зоны N_r1 может расширяться и уменьшаться при более низких и высоких температурах соответственно. Объем может постоянно регулироваться со временем по мере того, как изменяются параметры автомобиля, или, в качестве альтернативы, объем может регулироваться только при пересечении рабочими параметрами автомобиля заранее установленных порогов. Например, соотношение объемов внутренней и внешней радиальных зон в модели 200 может изменяться, когда температура окружающей среды пересекает пороговые значения (например, пороговые значения, определяющие диапазоны холодных, средних и горячих температур). Такое расширение и сужение относится к изменениям температуры, происходящим на катализаторе ИКВ в реальном времени.

На ФИГ. 2С представлен вид в разрезе модели 200, взятый по линии С-С на ФИГ. 2А. Как показано на ФИГ. 2С, внешняя радиальная зона N_r1 в поперечном сечении является кольцевым зазором, концентрическим к внутренней радиальной зоне N_r2. Как описано выше, радиальная толщина R_th внешней радиальной зоны N_r1 может изменяться на основе тепловой модели катализатора ИКВ и/или на основе рабочих параметров автомобиля.

Что касается ФИГ. 3А, на ней показана взаимосвязь модели 200 на ФИГ. 2А-2С с примером четырехквадрантной осевой и радиальной модели 300. На модели 300 каждая радиальная и осевая зона модели 200 представлена одним из элементов 1-4. Элемент 1 может представлять собой пересечение (например, общий объем) внутренней радиальной зоны N_r2 модели 200 и передней осевой зоны N_a1 модели 200; элемент 2 может представлять собой пересечение внутренней радиальной зоны N_r2 и задней осевой зоны N_a2; элемент 3 может представлять собой пересечение внешней радиальной зоны N_r1 и передней осевой зоны N_a1; и элемент 4 может представлять собой пересечение внешней радиальной зоны N_r1 и задней осевой зоны N_a2. Каждый из элементов 1-4 имеет одинаковую кинетику химических реакций, описанную четырьмя основными реакциями ИКВ катализатора ИКВ (адсорбция, десорбция, восстановление и окисление), но смоделированную независимыми уровнями и температурами хранения NH₃. Первичными вводными данными модели являются концентрация оксидов азота подаваемого газа, концентрация NH₃ на входе, температура отработавших газов, и массовый расход отработавших газов, . В данном примере все входные данные могут быть приняты как равномерно распределенные по передней поверхности катализатора ИКВ. В данном примере концентрации оксидов азота и NH₃ на входе и температура отработавших газов одинаковы для элементов 1 и 3, причем массовый расход отработавших газов на входе для каждого из элементов 1 и 3 определяется относительным расширением внутреннего и внешнего элемента:

,

В некоторых примерах предположение о равномерном распределении NH₃ можно снять, если распределение NH₃ априори отображается в экспериментальных данных или при моделировании методами вычислительной гидродинамики с использованием известных параметров автомобиля в реальном времени. Такая схематизация обычно предоставляется в качестве фактора распределения для определенной конструкции смесительной камеры системы автомобиля и изменяется в функциональной зависимости от потока отработавших газов, давления впрыска мочевины, впрыскиваемого количества и температуры окружающей среды.

Выводом модели 300 может быть один сигнал, представляющий концентрации оксида азота и NH₃ в отработавших газах, выходящих из катализатора ИКВ, что можно сравнить с выводом датчика, измеряющего состав отработавших газов в одном месте ниже по потоку от катализатора ИКВ. Выводы элементов могут считаться смешивающимися в этом месте. Измеренная концентрация может быть описана с точки зрения относительного расширения следующим образом:

,

При моделировании системы с одним блоком-носителем (например, системы с единым монолитным катализатором ИКВ) выводы элементов 1 и 3 указаны как вводы элементов 2 и 4 ниже по потоку соответственно. В качестве альтернативы, при моделировании катализатора ИКВ, разделенного на несколько устройств, разделенных трубой, отработавшие газы ниже по потоку от элементов выше по потоку (например, элементы 1 и 3) могут смешиваться до входа в элементы ниже по потоку (например, элементы 2 и 4). В таком примере вводы элементов ниже по потоку могут считаться равномерно распределенными и могут быть рассчитаны при помощи вышеуказанных равенств.

На ФИГ. 3В представлен другой пример варианта осуществления смоделированного осевого и радиального распределения восстановителя в катализаторе ИКВ с множеством смоделированных осевых и радиальных зон. Модель 302 на ФИГ. 3В аналогична модели 200 за исключением того, что она включает конкретно три радиальных зоны (N_r1, N_r2, N_r3) и конкретно три осевые зоны (N_a1, N_a2, N_a3). В то время как большее количество зон может более точно определить резкий градиент температуры или хранения восстановителя, они могут увеличить вычислительную нагрузку микропроцессорного устройства.

Следует понимать, что на ФИГ. 1, 2А-2С и 3А-3В представлены примеры конфигураций с относительным позиционированием различных компонентов. Если элементы показаны как непосредственно контактирующие или непосредственно связанные друг с другом, то они могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно связанными соответственно, как минимум в одном примере. Аналогично, элементы, показанные как смежные или прилежащие друг к другу, могут быть смежными или прилежащими друг к другу соответственно, как минимум в одном примере. В качестве примера, компоненты с торцевым контактом могут называться компонентами с торцевым контактом. В качестве другого примера, элементы, размещенные отдельно друг от друга, только с пространством между ними и без других компонентов, могут так называться, как минимум в одном примере.

На ФИГ. 4 представлен график 400, показывающий, как скорость автомобиля, температура отработавших газов и температура окружающей среды могут влиять на соотношение радиуса внутренней радиальной зоны смоделированного катализатора ИКВ (например, радиуса R_in) с радиусом смоделированного катализатора ИКВ (например, радиуса R_out). На графике 400 соотношение радиусов показано по оси Y, скорость автомобиля в километрах в час показана по оси Z, и разница между температурой отработавших газов и температурой окружающей среды в градусах Цельсия показана по оси X.

Как показано на графике 400, если принять, что значения всех прочих параметров остаются постоянными, отношение радиуса смоделированной внутренней радиальной зоны с радиусом смоделированного катализатора ИКВ может уменьшаться с увеличением разницы между температурой отработавших газов (T_gas,in) и температурой окружающей среды (T_amb) (например, предполагаемые потери тепла катализатора ИКВ в окружающую среду). Например, соотношение может быть обратно пропорциональным разнице между T_gas,in и T_amb. Соотношение может дальше уменьшаться с увеличением скорости автомобиля (V_ss) (например, так, что соотношение обратно пропорционально скорости автомобиля). В одном примере отношение R_in к R_out может быть определено следующим уравнением:

В модели соотношение между R_in, R_out и заранее установленным минимальным значением R_in,_min может быть представлено следующим образом:

На ФИГ. 5А представлена технологическая схема способа 500 для регулирования впрыска восстановителя на основе модели ожидаемого распределения хранящегося восстановителя среди множества радиальных зон катализатора ИКВ, предусмотренного в выпускном канале двигателя, например, катализатор 152 ИКВ на ФИГ. 1. Инструкции по осуществлению способа 500 и остальных способов, предусмотренных в данном раскрытии, могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 12 на ФИГ. 1) на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы автомобиля, таких как датчики, раскрытые выше, и как показано на ФИГ. 1. Контроллер может использовать приводы системы автомобиля для регулирования работы системы автомобиля в соответствии со способами, раскрытыми ниже.

На шаге 502 способ 500 содержит измерение и/или оценку рабочих параметров автомобиля. В одном примере, не имеющем ограничительного характера, рабочие параметры могут включать температуру окружающей среды, температуру отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, температуру отработавших газов, выходящих из катализатора ИКВ, скорость автомобиля и расход отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ.

На шаге 504 способ 500 содержит прогнозирование радиального градиента температуры катализатора ИКВ на основе тепловой модели. Например, рабочие параметры, измеренные и/или оцененные на шаге 502, могут быть использованы в качестве вводных данных для тепловой модели местных температур в катализаторе ИКВ, причем тепловая модель содержит градиент радиальной температуры, представляющий изменения температуры в катализаторе ИКВ в функциональной зависимости от радиального расстояния от центральной продольной оси катализатора ИКВ. В качестве дополнения или альтернативы, градиент радиальной температуры может быть определен на основе температуры окружающей среды и/или предполагаемой потери тепла катализатора ИКВ в окружающую среду.

На шаге 506 способ 500 содержит определение множества радиальных зон смоделированного катализатора ИКВ на основе правила дискретизации объема ИКВ. Например, правило дискретизации объема может быть правилом дискретизации теплового объема, определяющим соотношение объемов смоделированных внутренней и внешней радиальных зон катализатора ИКВ. Например, более холодная внешняя область может расширяться и уменьшаться при более низких и высоких температурах, и, таким образом, радиус внутренней радиальной зоны, например, радиус R_in внутренней радиальной зоны N_r2, может быть смоделирован как уменьшающийся и расширяющийся в реальном времени, например, в функциональной зависимости от температуры окружающей среды, скорости автомобиля и температуры подаваемого газа. Таким образом, относительные объемы смоделированных радиальных зон могут постоянно регулироваться со временем. Однако в альтернативном примере объемы смоделированных радиальных зон могут быть отрегулированы, когда температура окружающей среды выходит за пороговые значения дискретной температуры. Посредством определения радиальных внутренних и радиальных внешних зон в модели катализатора ИКВ и последующего регулирования радиусов, определяющих зоны достижения требуемого соотношения между зонами, значения рабочих параметров автомобиля в режиме реального времени могут влиять на моделирование местных температур в катализаторе ИКВ, что может обеспечивать преимущество, состоящее в увеличении точности модели.

На шаге 508 способ 500 содержит перераспределение (например, регулирование) встроенной модели катализатора ИКВ для охвата радиальных зон, определенных на шаге 506. Сюда может входить перераспределение хранения на различные радиальные дискретизированные элементы хранения. Как описано в данном раскрытии, контроллер автомобиля может содержать встроенную модель катализатора ИКВ системы автомобиля, например, хранящуюся в памяти контроллера во время производства автомобиля. Встроенная модель может быть основана на данных относительно характеристик определенного катализатора ИКВ, входящего в систему автомобиля (например, физическая структура/размеры катализатора ИКВ и различные материалы и покрытия из пористого оксида, образующие катализатор ИКВ). Встроенная модель может быть изменена на шаге 508 для отражения определенных радиальных зон на основе тепловой модели. Однако в других примерах отдельная модель может храниться в памяти, куда входят радиальные зоны, определенные на этапе 506, и контроллер может генерировать отдельную модель на основе данных из встроенной модели.

На шаге 510 способ может устанавливать долю покрытия каждой из определенных радиальных зон и рассчитывать отклонения местного хранения от требуемых заданных значений хранения. В контексте данного документа доля покрытия - это соотношение фактического хранения с общим хранением, возможное в рассматриваемой зоне катализатора при заданных рабочих условиях. Доли покрытия могут быть установлены посредством моделирования хранения восстановителя в катализаторе ИКВ при помощи кинетической модели (например, модель, предусматривающая адсорбцию, десорбцию, окисление и восстановление оксидов азота восстановителем) с использованием температур подложки катализатора ИКВ, оцениваемых на месте (например, на основе тепловой модели катализатора ИКВ). Например, кинетическая модель может содержать скорости реакции восстановления оксидов азота восстановителем (например, аммиака) и скорость реакции параллельного окисления восстановителя. Другие вводные данные кинетической модели могут содержать концентрации оксидов азота и NH₃ отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, местный массовый расход отработавших газов в катализаторе ИКВ и т.д. Смоделированные на местном уровне уровни хранения восстановителя можно сравнить с соответствующими требуемыми заданными значениями местного хранения для определения местных отклонений хранения. Например, местное отклонение хранения может быть равным разнице между смоделированным уровнем хранения восстановителя в определенной радиальной зоне и заданным значением хранения восстановителя в этой зоне. Здесь доля покрытия внутренней радиальной зоны в модели, имеющей строго две радиальные зоны, обозначается как m_inner, причем доля покрытия внешней радиальной зоны в модели, имеющей строго две радиальные зоны, обозначается как m_outer. Кроме того, здесь заданное значение местного хранения восстановителя для внутренней радиальной зоны в модели, имеющей строго две радиальные зоны, обозначается как SP_inner, причем заданное значение местного хранения восстановителя для внешней радиальной зоны в модели, имеющей строго две радиальные зоны, обозначается как SP_outer.

На шаге 512 способ 500 содержит регулирование впрыска восстановителя для максимального использования областей хранения с возможностью хранения и освобождения перенасыщенных областей, например, способом, указанным в способе 514 на ФИГ. 5В в примерах, где модель разделена строго на две радиальные зоны. Как указано ниже в соответствии с ФИГ. 5В, регулирование впрыска восстановителя может содержать регулирование давления впрыска, впрыскиваемое количество и/или момент впрыска. Регулирование может быть основано на сравнениях смоделированного количества восстановителя, хранящегося в заданной радиальной зоне (например, внутренняя радиальная зона или внешняя радиальная зона в модели, имеющие строго две радиальные зоны) с соответствующим заданным значением хранения для этой зоны. В таблице ниже показаны различные примеры регулировок впрыска восстановителя, соответствующие результатам таких сравнений.

После шага 512 способ 500 завершается.

Что касается ФИГ. 5В, на ней представлена технологическая схема способа 514 для регулирования впрыска восстановителя для максимального использования областей хранения с возможностью хранения и освобождения перенасыщенных областей катализатора ИКВ, что соответствует стратегии контроля впрыска восстановителя, указанной в таблице ниже. Как указано выше, способ 514 может быть выполнен во взаимосвязи со способом 500 на шаге 512, и, в частности, создан с учетом примера, в котором модель содержит строго две радиальных зоны. Однако следует понимать, что аналогичные методы могут быть выполнены для моделей с большим количеством радиальных зон, основываясь на аналогичных принципах.

На шаге 516 способ 514 содержит определение того, не является ли зона покрытия внешней радиальной зоны в модели, имеющей строго две радиальных зоны (m_outer), больше или равной заданному значению местного хранения восстановителя (SP_outer) для внешней радиальной зоны. В одном примере определение может быть выполнено на контроллере посредством сравнения двух количеств.

Если ответ на шаге 516 - «ДА», способ 514 переходит на шаг 518 для определения того, является ли зона покрытия внутренней радиальной зоны в модели со строго двумя радиальными зонами (m_inner) меньше заданного значения местного хранения восстановителя (SP_inner) для внутренней радиальной зоны. В одном примере определение может быть выполнено на контроллере автомобиля посредством сравнения двух количеств. Если на шаге 518 ответ - «ДА», то способ 514 может перейти к шагу 520.

На шаге 520 способ содержит снижение давления, при котором восстановитель (например, мочевина) впрыскивают в катализатор ИКВ. Например, контроллер может направлять сигнал приводу системы дозирования восстановителя, влияющий на снижение давления впрыска форсунки восстановителя. После шага 520 способ либо завершается, либо по желанию переходит на шаг 522.

На шаге 522 способ содержит регулирование момента впрыска восстановителя для впрыска восстановителя во время периодов большого расхода отработавших газов. Например, контроллер может получать сигналы от датчиков выхлопной системы, отражающих текущий расход отработавших газов, и может направлять сигналы на привод форсунки восстановителя для начала впрыска восстановителя, когда расход отработавших газов больше порогового значения, и чтобы остановить впрыск восстановителя, когда расход отработавших газов падает ниже порогового значения. После шага 522 способ 514 либо завершается, либо по желанию переходит на шаг 524.

На шаге 524 способ 514 содержит увеличение количества восстановителя, впрыскиваемого, если необходима большая эффективность. Например, контроллер может определять текущую эффективность восстановления оксидов азота катализатора ИКВ, например, на основе сигналов от различных датчиков системы автомобиля. Если определено, что текущая эффективность восстановления оксидов азота ниже требуемого уровня, контроллер может направить сигнал на привод форсунки восстановителя для увеличения количества впрыскиваемого восстановителя выше по потоку от катализатора ИКВ. После шага 524 способ 514 завершается.

При возврате к шагу 518, если ответ - «НЕТ», способ переходит к шагу 526 для впрыска восстановителя при номинальном давлении распыления и снижения количества впрыскиваемого восстановителя. Номинальное давление распыления может быть стандартным давлением, применяемым для впрыска восстановителя в систему автомобиля, которое определяют для оптимального распределения распыления, обеспечивая максимально равномерное радиальное распределение восстановителя. После шага 526 способ 514 завершается.

Возвращаясь к шагу 516, если ответ - «НЕТ», способ переходит к шагу 528 для определения того, является ли m_inner меньше, чем SP_inner, например, способом, описанным выше для шага 518. В противном случае, если ответ на шаге 528 - «НЕТ», способ 514 переходит к шагу 530.

На шаге 530 способ 514 содержит увеличение давления, при котором восстановитель впрыскивают выше по потоку от катализатора ИКВ. Например, контроллер может направлять сигнал приводу системы дозирования восстановителя, влияющий на увеличение давления впрыска форсунки восстановителя.

После шага 530 способ 514 или завершается, или, по желанию, переходит к шагу 532 для регулирования момента впрыска восстановителя для впрыска восстановителя в течение периодов низкого расхода отработавших газов. Например, контроллер может получать сигналы от датчиков выхлопной системы, отражающих текущий расход отработавших газов, и может направлять сигналы на привод форсунки восстановителя для начала впрыска восстановителя, когда расход отработавших газов ниже порогового значения, и чтобы остановить впрыск восстановителя, когда расход отработавших газов превышает пороговое значение. После шага 532 способ 514 завершается.

При возврате к шагу 528, если ответ - «ДА», способ содержит впрыск восстановителя при номинальном давлении распыления и увеличение количества впрыскиваемого восстановителя. Как указано выше, номинальное давление распыления может быть стандартным давлением, применяемым для впрыска восстановителя в систему автомобиля, которое определяется для оптимального распределения распыления, обеспечивая максимально равномерное радиальное распределение восстановителя. После шага 534 способ 514 завершается.

Согласно способу 514, для достижения требуемых результатов могут быть применены различные стратегии впрыска. Технический результат регулирования впрыска восстановителя таким образом - это то, что распределение восстановителя на передней поверхности катализатора ИКВ является функцией давления дозирования восстановителя и расхода отработавших газов и является специальным для данной конструкции смесительной камеры и расположения форсунки. Таким образом, можно активно управлять давлением дозирования восстановителя, и время дозирования может быть назначено в соответствии с высоким или низким расходом отработавших газов для изменения радиального распределения восстановителя, входящего в катализатор.

Поэтому способ для системы контроля токсичности выбросов автомобиля, согласно настоящему раскрытию, может содержать снижение давления впрыска восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны. Снижение давления впрыска может обеспечивать преимущество, состоящее в более высокой концентрации восстановителя, хранящегося в центральной части катализатора ИКВ, что увеличивает m_inner. Таким образом, регулирование давления впрыска восстановителя может обеспечить управление радиальным распределением восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ.

Способ может дополнительно содержать регулирование момента впрыска, чтобы он происходил в то время, когда расход отработавших газов, входящих в поток катализатора ИКВ, выше порогового значения, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны. Таким образом, регулирование момента впрыска восстановителя может обеспечить управление формой распыла восстановителя так, что достигается требуемое радиальное распределение хранящегося восстановителя (в этом случае большая концентрация восстановителя, хранящегося в центральном сердечнике катализатора ИКВ).

Кроме того, способ может содержать увеличение количества впрыскиваемого восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны. Увеличение количества восстановителя, впрыскиваемого при таких условиях, обеспечивает преимущество, состоящее в увеличении эффективности восстановления оксидов азота.

Наоборот, способ может поддерживать давление впрыска на номинальном уровне и снижать количество восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внутренней радиальной зоны. Таким образом, обеспечивается преимущество, состоящее в равномерном радиальном распределении восстановителя при управлении выходом восстановителя (например, NH₃), который может произойти в ином случае, при условиях, когда в катализаторе ИКВ хранится больше восстановителя, чем требуется.

Согласно способу 514 способ для системы контроля выбросов автомобиля может дополнительно содержать поддержание давления впрыска восстановителя на номинальном уровне и увеличение количества впрыскиваемого восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны. Таким образом, обеспечивается преимущество, состоящее в равномерном радиальном распределении восстановителя при увеличении эффективности восстановления оксидов азота.

Наоборот, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя во внутренней радиальной зоне, способ может содержать увеличение давления впрыска восстановителя, и, по желанию, регулирование момента впрыска восстановителя, чтобы он происходил при расходе отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, ниже порогового значения. Такая операция может обеспечить более высокую концентрацию восстановителя, хранящегося на периферии (например, во внешней радиальной зоне) катализатора ИКВ.

Что касается ФИГ. 6, на ней представлена технологическая схема способа 600 для регулирования осевого места хранения восстановителя в катализаторе ИКВ на основе спрогнозированного осевого градиента температуры. Контроллер автомобиля, например, контроллер 12 на ФИГ. 1, может содержать процессор и долговременный машиночитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые процессором для взаимодействия с различными приводами системы автомобиля для выполнения способа 600. Кроме того, способ 600 может быть выполнен в комбинации со способом 500, например, одновременно или последовательно.

Способ 600 содержит на шаге 602 измерение и/или оценку рабочих параметров автомобиля, например, способом, описанным для шага 502 способа 500.

На шаге 604 способ может прогнозировать осевой градиент температуры катализатора ИКВ на основе тепловой модели катализатора ИКВ. Например, рабочие параметры, измеренные и/или оцененные на шаге 602, могут быть использованы в качестве вводных данных для тепловой модели местных температур в катализаторе ИКВ, причем тепловая модель содержит осевой градиент температуры, представляющий изменения температуры в катализаторе ИКВ по осевой длине катализатора ИКВ. В качестве дополнения или альтернативы, осевой градиент температуры может быть определен на основе температуры окружающей среды и/или предполагаемой потери тепла катализатора ИКВ в окружающую среду.

На шаге 605 способ 600 содержит определение осевых зон катализатора ИКВ, например, аналогично действиям, описанным выше для шага 506 способа 500.

На шаге 606 способ может устанавливать долю покрытия каждой из определенных радиальных зон и рассчитывать отклонения местного хранения от требуемых заданных значений хранения. Например, способ может сравнивать распределение в каждой осевой зоне на основе осевого градиента температуры, спрогнозированного на шаге 604, с заданным значением хранения восстановителя в каждой зоне, таким образом, рассчитывая отклонение местного хранения. Кроме того, может быть использована кинетическая модель для установления местного хранения восстановителя, например, модель осевого распределения температуры в катализаторе ИКВ может быть использована в качестве входных данных для кинетической модели, устанавливая таким образом модель осевого распределения хранения восстановителя, которую можно сравнить с заданными значениями местного хранения восстановителя для определения отклонений местного хранения.

На шаге 608 способ 600 содержит определение того, не отклоняется ли распределение хранящегося восстановителя вперед или назад за пределы катализатора ИКВ. Например, определение может быть выполнено контроллером автомобиля на основе местного отклонения хранения, рассчитанного на шаге 606. Пределами отклонения хранящегося восстановителя вперед и назад могут быть заранее установленные пределы, хранящиеся в памяти контроллера. Например, распределение хранящегося восстановителя может отклониться вперед за предел, если отклонение местного хранения для передней осевой зоны катализатора ИКВ больше порогового значения, в то время как отклонение местного хранения для задней осевой зоны катализатора ИКВ не больше порогового значения. В качестве другого примера, распределение хранящегося восстановителя может отклониться назад за предел, если отклонение местного хранения для задней осевой зоны катализатора ИКВ больше порогового значения, в то время как отклонение местного хранения для передней осевой зоны катализатора ИКВ не больше порогового значения. Однако другие методы определения могут быть выполнены без отклонения от объема данного раскрытия.

Если ответ на шаге 608 - «НЕТ», способ 600 завершается. В противном случае, если ответ на шаге 608 - «НЕТ», способ 600 переходит к шагу 609. Если распределение отклоняется вперед, способ 600 переходит от шага 609 к шагу 610.

На шаге 610 способ включает в себя определение того, присутствует ли входное условие колебания температуры. Например, входное условие колебания температуры может присутствовать, если текущие условия работы автомобиля позволяют регулировать температуру отработавших газов без негативного влияния на работу автомобиля, что может быть определено на основе рабочих параметров автомобиля, таких как измеренные и/или оцененные на шаге 602.

Если на шаге 610 определено, что входное условие колебания температуры отсутствует, способ 600 завершается. В ином случае способ переходит на шаг 612 для временного увеличения температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ (например, температура подаваемого газа), для снижения количества восстановителя, хранящегося выше по потоку от катализатора ИКВ, путем вывода восстановителя к середине или ниже потоку от катализатора ИКВ. Например, способ может регулировать осевое положение хранения восстановителя спереди к задней части катализатора посредством регулирования температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ. В одном примере регулирование температуры отработавших газов может содержать активное увеличение температуры посредством регулирования рабочих условий/параметров двигателя и/или активации запальной свечи или горелки, предусмотренной в системе контроля токсичности выбросов выше по потоку от катализатора ИКВ. После шага 612 способ 600 завершается.

Возвращаясь к шагу 609, если распределение хранения восстановителя отклоняется назад, способ переходит к шагу 614 для определения присутствия входного условия колебания оксидов азота подаваемого газа. Например, входное условие колебания температуры может присутствовать, если текущие условия работы автомобиля позволяют регулировать концентрацию оксидов азота отработавших газов без негативного влияния на работу автомобиля, что может быть определено на основе рабочих параметров автомобиля, таких как измеренные и/или оцененные на шаге 602. Если ответ на шаге 614 - «НЕТ», способ 600 завершается.

В ином случае, если ответ на шаге 614 - «ДА», способ 600 переходит на шаг 616 для временного увеличения концентрации оксидов азота в подаваемом газе, для ускорения истощения запасов восстановителя, хранящегося ниже по потоку от катализатора ИКВ (например, в задней осевой зоне катализатора ИКВ). В одном примере способ может содержать активное увеличение концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ, посредством задержки момента зажигания, уменьшения воздушно-топливного отношения и/или уменьшения расхода РОГ. Однако альтернативные средства активного увеличения концентрации оксидов азота в поступающем газе также рассматриваются.

После шага 616 способ 600 переходит к шагу 618. На шаге 618 способ содержит увеличение дозирования восстановителя для восстановления израсходованного восстановителя выше по потоку от катализатора ИКВ. Например, контроллер может направлять сигнал приводу форсунки восстановителя для увеличения количества восстановителя, впрыснутого в катализатор ИКВ. После шага 618 способ завершается.

Когда способы 500, 514 и 600 применяют совместно, ожидаемое распределение хранящегося восстановителя может быть смоделировано среди множества осевых зон и радиальных зон катализатора ИКВ, предусмотренного в выпускном канале двигателя. Контроллер автомобиля может затем сравнить ожидаемое распределение с заданным значением хранения восстановителя каждой зоны, и на основе сравнения отрегулировать радиальное место хранения восстановителя посредством регулирования формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ, и далее регулировать осевое место хранения восстановителя посредством регулирования температуры и концентрации оксидов азота отработавшего газа, входящего в катализатор ИКВ. В одном примере, не имеющем ограничительного характера, модель распределения восстановителя, хранящегося среди зон, может быть основана на одном или нескольких из следующего: тепловая модель катализатора ИКВ, хранящаяся в долговременной памяти контроллера, температура окружающей среды и спрогнозированная потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду. Кроме того, регулирование формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ, может содержать регулирование одного или нескольких из следующего: давление впрыска, впрыскиваемое количество и момент впрыска.

Кроме того, когда способы 500, 514 и 600 используют совместно, расчетное пространственное распределение восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ, можно сравнить с требуемым пространственным распределением восстановителя, хранящегося в катализаторе. На основе сравнения, если требуется радиальное регулирование пространственного распределения, можно отрегулировать давление, с которым восстановитель впрыскивается в катализатор ИКВ, причем, если требуется осевое регулирование пространственного распределения, можно отрегулировать температуру отработавших газов и/или концентрацию оксидов азота. Дополнительно, если требуется осевое регулирование пространственного распределения, можно определить (например, на контроллере), существует ли отклонение пространственного распределения вверх по потоку или вниз по потоку от катализатора ИКВ относительно направления потока отработавших газов. Если пространственное распределение отклоняется вверх по потоку от катализатора ИКВ, температуру отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, можно активно увеличивать, причем, если пространственное распределение отклоняется вниз по потоку от катализатора ИКВ, можно активно увеличивать концентрацию оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ. В некоторых примерах активное увеличение температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, может содержать регулирование рабочих условий двигателя и/или активации запальной свечи или горелки, предусмотренной в системе контроля токсичности выбросов выше по потоку от катализатора ИКВ. Кроме того, в некоторых примерах активное увеличение концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ, может содержать одно или несколько из следующего: задержка момента зажигания, уменьшение воздушно-топливного отношения и уменьшение скорости рециркуляции отработавших газов. Кроме того, количество восстановителя, впрыснутого в катализатор ИКВ, может быть увеличено на период времени после регулирования концентрации оксида азота, что обеспечивает преимущество, состоящее в увеличении эффективности катализатора ИКВ.

В одном раскрытом варианте осуществления изобретения система автомобиля, например, система автомобиля, показанная на ФИГ. 1, может содержать катализатор ИКВ, расположенный в выпускном канале двигателя ниже по потоку от форсунки восстановителя. Система автомобиля может также содержать контроллер, содержащий процессор и долговременный машиночитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые процессором для разделения встроенной виртуальной модели катализатора ИКВ, хранящейся в долговременной памяти контроллера, на множество радиальных зон и определения заданного значения хранения восстановителя для каждой зоны на основе объема и расчетной температуры зоны. Контроллер может также содержать инструкции, хранящиеся на носителе и выполняемые процессором для регулирования радиального распределения восстановителя в катализаторе ИКВ на основе сравнения текущего уровня восстановителя, хранящегося в каждой зоне, с заданным значением хранения восстановителя для этой зоны, посредством регулирования формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ. В одном примере, не имеющем ограничительного характера, регулирование формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ, содержит регулирование одного или нескольких из следующего: давление впрыска, впрыскиваемое количество восстановителя и момент впрыска восстановителя. Контроллер может также содержать инструкции, хранящиеся на носителе и выполняемые процессором для дальнейшего разделения встроенной виртуальной модели катализатора ИКВ на множество осевых зон, определения заданного значения хранения восстановителя для каждой осевой зоны на основе объема и расчетной температуры зоны и регулирования осевого распределения восстановителя в катализаторе ИКВ на основе сравнения текущего уровня восстановителя, хранящегося в каждой осевой зоне, с заданным значением хранения восстановителя для этой зоны посредством регулирования температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, и/или регулирования концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ. Расчетная температура каждой радиальной и осевой зоны может быть определена на основе одного или нескольких из следующего: тепловая модель, хранящаяся в памяти, температура окружающей среды и предполагаемая потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду. Кроме того, разделение виртуальной модели катализатора ИКВ на множество радиальных зон может содержать разделение виртуальной модели катализатора ИКВ на внутреннюю радиальную зону и как минимум одну внешнюю радиальную зону. В некоторых примерах радиус поперечного сечения внутренней радиальной зоны и радиальную толщину каждой внешней радиальной зоны определяют на основе одного или нескольких из следующего: тепловая модель катализатора ИКВ, хранящаяся на машиночитаемом носителе, температура окружающей среды и предполагаемая потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду. Кроме того, в виртуальной модели катализатора ИКВ может быть строго одна внешняя радиальная зона, в которой внутренняя радиальная зона смоделирована в виде цилиндра, а внешняя радиальная зона смоделирована в виде полого цилиндра, а внутренняя окружность внешней радиальной зоны имеет одинаковую протяженность с окружностью внутренней радиальной зоны и формирует границу между внутренней и внешней радиальной зонами модели.

Что касается ФИГ. 7, на ней показаны графические данные измеренных температур подложки катализатора ИКВ (в градусах Цельсия) в осевых и радиальных величинах со временем (в секундах). Данные, представленные на ФИГ. 7, являются экспериментальными данными от катализатора 9.89L с термопарой за время комплектов 1 и 2 испытательного цикла FTP-75, при этом термопары размещены рядом с передней и задней поверхностями катализатора, а также в центре и в различных радиальных местах.

На графике 720 на ФИГ. 7 показаны измеренные температурные градиенты катализатора ИКВ со временем в различных осевых позициях катализатора ИКВ. На графике 720 характеристика 702 показывает температуру спереди катализатора ИКВ, например, на передней поверхности 214, характеристика 704 показывает температуру в середине длины катализатора ИКВ, и характеристика 706 показывает температуру сзади катализатора ИКВ, например, на торцевой поверхности 216.

На графике 722 на ФИГ. 7 показаны измеренные температурные градиенты в различных радиальных позициях на передней поверхности катализатора ИКВ со временем. Например, характеристика 708 показывает температуру в центре передней поверхности, характеристика 710 показывает температуру на 1 дюйм радиально внутрь от периферии катализатора ИКВ на передней поверхности, а характеристика 712 показывает температуру на 1/8 дюйма радиально внутрь от периферии катализатора ИКВ на передней поверхности. Как показано на графике 722, характеристики 708 и 710 по существу остаются теми же в течение показанного периода времени и таким образом перекрывают друг друга так, что на графике всего видно только две характеристики.

На графике 724 на ФИГ. 7 показаны измеренные температурные градиенты в различных радиальных позициях на задней поверхности катализатора ИКВ со временем. Например, характеристика 714 показывает температуру в центре задней поверхности, характеристика 716 показывает температуру на 1 дюйм внутрь от периферии катализатора ИКВ на задней поверхности, а характеристика 716 показывает температуру на 1/8 дюйма радиально внутрь от периферии катализатора ИКВ на задней поверхности катализатора ИКВ. Как показано на графике 724, характеристики 714 и 716 по существу остаются теми же в течение показанного периода времени и таким образом перекрывают друг друга так, что на графике всего видно только две характеристики.

Как видно на графиках 720, 722 и 724, несмотря на то, что радиальный градиент температуры незначителен по всему катализатору, температура значительно падает на границе. В то время как радиальное расстояние части катализатора ИКВ с большим радиальным градиентом температуры (например, падением температуры) относительно небольшое, эта более холодная область, например, внешняя радиальная область N_r1, составляет более 25% объема катализатора ИКВ. Кроме того, так как радиальный градиент остается постоянным в течение испытательного цикла, средний радиальный градиент больше осевого градиента. Кроме того, так как восстановитель обычно хранится в катализаторе ИКВ рядом с передней частью (например, у передней поверхности катализатора ИКВ), осевой градиент на коротком расстоянии небольшой, но радиальный градиент спереди все еще значительный. В таблице ниже представлены экспериментальные измерения средней и максимальной разницы температуры в катализаторе ИКВ.

Измеренный градиент температуры

Авторы настоящего изобретения выявили, что распределенная модель может определять динамические характеристики автомобиля, вызванные неравномерным радиальным или радиальным и осевым хранением восстановителя и профилями температуры. Удерживание постоянных низких температур хранения восстановителя на границе катализатора снижает местную эффективность оксидов азота и выход восстановителя. Это в свою очередь увеличивает хранение восстановителя во внешней области по сравнению со внутренней областью. Разница в хранении восстановителя может увеличиться со временем и управлять динамическими характеристиками всей системы, которые не могут быть восстановлены без моделирования двух разных радиальных областей. Место хранения восстановителя в катализаторе и местный профиль температуры крепко взаимосвязаны.

На ФИГ. 8 представлено графическое изображение экспериментальных результатов, сравнивающих прогнозы по хранению NH₃, концентрации оксидов азота в выхлопной трубе и выходу NH₃ радиальной и осевой распределенной модели с только осевой моделью. Температура подложки только осевой модели в каждом осевом месте определена как взвешенное среднее внутренней и внешней температуры подложки из четырехквадрантной модели.

На графике 820, отражающем хранение NH₃ в граммах на литр с течением времени в секундах, показано, что внешние элементы имеют намного большую плотность хранения, которая практически в два раза больше, чем у внутренних элементов в осевой и радиальной модели. Характеристика 802 представляет внешнюю зону радиальной и осевой модели катализатора ИКВ, характеристика 804 представляет весь катализатор ИКВ в соответствии с осевой и радиальной моделью, характеристика 806 представляет весь катализатор ИКВ в соответствии с только осевой моделью, характеристика 808 представляет внутреннюю зону радиальной и осевой модели катализатора ИКВ. Как показано, плотность хранения всего катализатора ИКВ относительно близка к плотности хранения внутренней зоны, так как определено, что внутренние зоны охватывают 75% всего объема катализатора. В этом примере разница между двумя моделями может иметь небольшое влияние на выход оксидов азота, как показано на графике 822, который сфокусирован на последнем цикле моделирования.

На графике 822, изображающем выход оксидов азота в частицах на миллион с течением времени в секундах, характеристика 810 представляет концентрацию оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ, характеристика 812 представляет количество выхода оксидов азота в осевой и радиальной модели, характеристика 814 представляет количество выхода оксидов азота в только осевой модели.

На графике 824 показан выход NH₃ в частицах на миллион с течением времени в секундах. Как показано, существует большая разница в спрогнозированном выходе NH₃ для различных моделей. На графике 824 характеристика 816 представляет осевую и радиальную модель, а характеристика 818 представляет только осевую модель. Осевая и радиальная модель прогнозирует намного более раннее время начала выхода NH₃, так как внешние элементы имеют большие запасы в сравнении с только осевыми элементами. Раннее обнаружение выхода NH₃ может быть критичным для контроля ИКВ, так как ввод NH₃ должен быть уменьшен при первом признаке прорыва NH₃ для предотвращения значительного количества выхода NH₃.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут быть выполнены посредством контроллера, содержащего контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память среды хранения машиночитаемых данных компьютера в контроллере, в котором раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения 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 раскрытия 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 настоящей заявке.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения 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 и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения 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 помещенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с системой нейтрализации отработавших газов. Способ для системы контроля токсичности выбросов автомобиля. С помощью контроллера (12) моделируют ожидаемое распределение хранящегося восстановителя среди множества осевых зон и множества радиальных зон катализатора (152) избирательного каталитического восстановления (ИКВ). Катализатор ИКВ расположен в выпускном канале (48) двигателя (10). Сравнивают ожидаемое распределение с заданным значением хранения восстановителя каждой зоны. На основе сравнения регулируют место радиального хранения восстановителя посредством регулирования формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ. Регулируют место осевого хранения восстановителя посредством регулирования температуры и концентрации оксидов азота отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ. Раскрыты система контроля токсичности выбросов автомобиля и способ для системы контроля токсичности выбросов двигателя автомобиля. Технический результат заключается в увеличении коэффициента нейтрализации оксидов азота и снижении выхода аммиака для соответствия строгим нормам контроля выбросов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ для системы контроля токсичности выбросов автомобиля, содержащий этапы, на которых:

с помощью контроллера моделируют ожидаемое распределение хранящегося восстановителя среди множества осевых зон и множества радиальных зон катализатора избирательного каталитического восстановления (ИКВ), расположенного в выпускном канале двигателя, и сравнивают ожидаемое распределение с заданным значением хранения восстановителя каждой зоны;

на основе сравнения,

регулируют место радиального хранения восстановителя посредством регулирования формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ; и

регулируют место осевого хранения восстановителя посредством регулирования температуры и концентрации оксидов азота отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ.

2. Способ по п. 1, в котором модель распределения восстановителя, хранящегося среди зон, основана на одном или нескольких из следующего: тепловая модель катализатора ИКВ, хранящаяся в долговременной памяти контроллера, температура окружающей среды и предполагаемая потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду.

3. Способ по п. 1, в котором регулирование формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ, содержит регулирование одного или нескольких из следующих параметров: давление впрыска, впрыскиваемое количество и момент впрыска.

4. Способ по п. 3, в котором множество радиальных зон катализатора ИКВ содержит внутреннюю радиальную зону и внешнюю радиальную зону, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых:

снижают давление впрыска восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны; и

увеличивают давление впрыска восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внутренней радиальной зоны.

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

поддерживают давление впрыска восстановителя на номинальном уровне и снижают количество впрыскиваемого восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внутренней радиальной зоны; и

поддерживают давление впрыска восстановителя на номинальном уровне и увеличивают количество впрыскиваемого восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны.

6. Способ по п. 4, дополнительно содержащий этап, на котором регулируют момент впрыска восстановителя, чтобы он происходил в то время, когда расход отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, выше порогового значения, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны.

7. Способ по п. 6, дополнительно содержащий этап, на котором увеличивают количество впрыскиваемого восстановителя, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внутренней радиальной зоны.

8. Способ по п. 4, дополнительно содержащий этап, на котором регулируют момент впрыска восстановителя, чтобы он происходил в то время, когда расход отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, ниже порогового значения, если количество восстановителя, хранящегося во внешней радиальной зоне, меньше заданного значения хранения восстановителя внешней радиальной зоны, и количество восстановителя, хранящегося во внутренней радиальной зоне, больше или равно заданному значению хранения восстановителя внутренней радиальной зоны.

9. Система контроля токсичности выбросов автомобиля, содержащая:

катализатор ИКВ, расположенный в выпускном канале двигателя ниже по потоку от форсунки восстановителя;

контроллер, содержащий процессор и долговременный машиночитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые процессором, для:

разделения встроенной виртуальной модели катализатора ИКВ, хранящейся в долговременной памяти контроллера, на множество радиальных зон;

определения заданного значение хранения восстановителя для каждой зоны на основе объема и расчетной температуры зоны; и

регулирования радиального распределения восстановителя в катализаторе ИКВ на основе сравнения текущего уровня восстановителя, хранящегося в каждой зоне, с заданным значением хранения восстановителя для этой зоны, посредством регулирования формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ.

10. Система по п. 9, в которой регулирование формы распыла восстановителя, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора ИКВ, содержит регулирование одного или нескольких из следующих параметров: давление впрыска восстановителя, впрыскиваемое количество восстановителя и момент впрыска восстановителя.

11. Система по п. 9, дополнительно содержащая инструкции, хранящиеся на носителе и выполняемые процессором, для:

дополнительного разделения встроенной виртуальной модели катализатора ИКВ на множество осевых зон;

определения заданного значения хранения восстановителя для каждой осевой зоны на основе объема и расчетной температуры зоны; и

регулирования осевого распределения восстановителя в катализаторе ИКВ на основе сравнения текущего уровня восстановителя, хранящегося в каждой осевой зоне, с заданным значением хранения восстановителя для этой зоны, посредством регулирования температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ и/или регулирования концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ.

12. Система по п. 11, в которой расчетная температура каждой радиальной и осевой зоны определена на основе одного или нескольких из следующего: тепловая модель, хранящаяся в памяти, температура окружающей среды и предполагаемая потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду.

13. Система по п. 9, в которой разделение виртуальной модели катализатора ИКВ на множество радиальных зон содержит разделение виртуальной модели катализатора ИКВ на внутреннюю радиальную зону и как минимум одну внешнюю радиальную зону.

14. Система по п. 13, в которой радиус поперечного сечения внутренней радиальной зоны и радиальная толщина каждой внешней радиальной зоны определена на основе одного или нескольких из следующего: тепловая модель катализатора ИКВ, хранящаяся на машиночитаемом носителе, температура окружающей среды и предполагаемая потеря тепла катализатора ИКВ в окружающую среду.

15. Система по п. 13, в которой виртуальная модель катализатора ИКВ содержит строго одну внешнюю радиальную зону, при этом внутренняя радиальная зона смоделирована в виде цилиндра, а внешняя радиальная зона смоделирована в виде полого цилиндра, а внутренняя окружность внешней радиальной зоны имеет одинаковую протяженность с окружностью внутренней радиальной зоны и формирует границу между внутренней и внешней радиальными зонами модели.

16. Способ для системы контроля токсичности выбросов двигателя автомобиля, содержащий этапы, на которых:

сравнивают расчетное пространственное распределение восстановителя, хранящегося в катализаторе ИКВ с требуемым пространственным распределением восстановителя, хранящегося в катализаторе;

если необходимо радиальное регулирование пространственного распределения, регулируют давление, с которым восстановитель впрыскивают в катализатор ИКВ;

если необходимо осевое регулирование пространственного распределения, регулируют температуру отработавших газов и/или концентрацию оксидов азота.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этапы, на которых, если необходимо осевое регулирование пространственного распределения, определяют то, существует ли отклонение пространственного распределения вверх по потоку или вниз по потоку от катализатора ИКВ относительно направления потока отработавших газов;

если существует отклонение пространственного распределения вверх по потоку от катализатора ИКВ, активно увеличивают температуру отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ; и

если существует отклонение пространственного распределения вниз по потоку от катализатора ИКВ, активно увеличивают концентрацию оксидов азота в отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ.

18. Способ по п. 17, в котором активное увеличение температуры отработавших газов, входящих в катализатор ИКВ, содержит регулирование рабочих условий двигателя и/или активацию запальной свечи или горелки, расположенной в системе контроля токсичности выбросов выше по потоку от катализатора ИКВ.

19. Способ по п. 17, в котором активное увеличение концентрации оксидов азота в отработавших газах, входящих в катализатор ИКВ, содержит одно или несколько из следующего: задержку момента зажигания, уменьшение воздушно-топливного отношения двигателя и уменьшение расхода РОГ.

20. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этап, на котором увеличивают количество восстановителя, впрыскиваемого в катализатор ИКВ, в течение периода после регулирования концентрации оксида азота.