Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для регенерации фильтра твердых частиц, присоединенного в выпускной системе двигателя транспортного средства.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Фильтры твердых частиц могут уменьшать количество выбросов твердых частиц (также именуемых «сажа») из двигателя путем улавливания этих частиц в выпускной системе двигателя. Как правило, фильтры твердых частиц регенерируют во время работы двигателя для уменьшения количества уловленных твердых частиц. Например, регенерацию можно выполнять путем повышения температуры фильтра до заранее заданной температуры и обеспечения определенного состава отработавших газов, поступающих в фильтр твердых частиц. Для этого можно осуществлять впрыск топлива в поток отработавших газов после события основного сгорания. Сгорание топлива, впрыскиваемого после основного сгорания, происходит на каталитических нейтрализаторах, расположенных вдоль пути потока отработавших газов. Тепло, выделившееся при сгорании топлива на каталитических нейтрализаторах, повышает температуру отработавших газов, за счет чего происходит сжигание уловленных в фильтре твердых частиц. Однако вышеуказанное решение повышает расход топлива и может привести к росту температуры в выпускной системе сверх необходимого, что может причинить вред компонентам выпускной системы, в том числе фильтру твердых частиц. Кроме того, поскольку данный рост температуры отработавших газов обычно превышает область эффективных режимов работы систем нейтрализации отработавших газов, в это время обычно возрастают выбросы оксидов азота (NOx) из-за неспособности системы нейтрализации к полному восстановлению оксидов азота, образовавшихся в цилиндрах. Таким образом, во время регенерации возрастают как выбросы, так и расход топлива по сравнению с теми, что имеют место при нормальной работе.
В число других попыток решения проблемы регенерации фильтра твердых частиц входит применение электронагревателя на фильтре твердых частиц вместо регулирования температуры за счет топлива. Один пример решения раскрыт Гонзе (Gonze) с соавторами в публикации заявки на патент США №2013/0291515. Согласно данному решению, на электронагреватель, расположенный выше по потоку от фильтра твердых частиц, выборочно подают энергию в режиме с выключенным двигателем для нагрева фильтра твердых частиц с целью регенерации. Также включают насос, расположенный в выпускной системе, для протягивания воздуха окружающей среды через фильтр твердых частиц во время регенерации.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. В качестве одного примера, поток воздуха через фильтр твердых частиц во время регенерации регулируют только за счет подачи насоса, при этом параметры фильтра твердых частиц во время регенерации не контролируют. Такая нерегулируемая регенерация может привести к перегреву в фильтре твердых частиц, что как минимум в некоторых примерах может привести к ухудшению характеристик фильтра. В других примерах при неконтролируемой регенерации возможны события регенерации, в которых тепло, подаваемое фильтру твердых частиц, недостаточно для эффективного выполнения регенерации. Кроме того, подача энергии нагревателю посредством аккумулятора или аккумуляторов транспортного средства может привести к уменьшению запаса энергии, необходимой для последующего запуска двигателя, и/или могут быть задействованы сложные схемы контроля и подачи энергии для обеспечения достаточного заряда в аккумуляторах до запуска регенерации.
В одном примере вышеуказанные недостатки может преодолеть способ, в котором: в режиме с неработающим двигателем регенерируют фильтр твердых частиц, присоединенный в выпускной системе ниже по потоку от двигателя, посредством включения электронагревателя фильтра твердых частиц и направления впускного воздуха через фильтр твердых частиц, при этом впускной воздух идет в обход двигателя, и регулируют электрическую нагрузку электронагревателя в зависимости от температуры отработавших газов и/или потока впускного воздуха.
Таким образом, поток воздуха, подаваемый в фильтр твердых частиц во время регенерации, может быть втянут через впускную систему двигателя в выпускную систему в обход двигателя. Это обеспечивает возможность протекания воздуха мимо различных датчиков, например датчика массового расхода воздуха, датчика температуры отработавших газов и/или других датчиков. Используя выходные сигналы этих датчиков можно регулировать электрическую нагрузку электронагревателя для поддержания целевой температуры фильтра твердых частиц во время регенерации. Кроме того, выходные сигналы этих датчиков также можно использовать для регулирования потока воздуха, подаваемого в фильтр твердых частиц, для поддержания температуры для заданной величины электрического тока нагревателя. Это позволяет использовать электронагреватель для выполнения регенерации, при этом также используя различные датчики двигателя для регулирования регенерации и, тем самым, снижая расход топлива и предотвращая неуправляемую регенерацию фильтра твердых частиц. Кроме того, как минимум в некоторых примерах энергия в электронагреватель может поступать из внешнего источника энергии, например энергосети, а не из аккумулятора транспортного средства, в связи с чем регенерация может происходить без учета состояния заряда аккумулятора транспортного средства.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый объект изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежей
ФИГ. 1 иллюстрирует пример силовой установки транспортного средства.
ФИГ. 2 иллюстрирует пример двигателя, который может входить в состав силовой установки транспортного средства на ФИГ. 1.
ФИГ. 3 представляет собой высокоуровневую блок-схему примера способа для определения алгоритма регенерации.
ФИГ. 4 представляет собой блок-схему примера способа для выполнения алгоритма регенерации при работающем двигателе.
ФИГ. 5 представляет собой блок-схему примера способа для выполнения алгоритма регенерации при неработающем двигателе.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для регенерации фильтра твердых частиц, присоединенного в выпускной системе двигателя. Фильтр твердых частиц можно регенерировать в соответствии с алгоритмом регенерации при выключенном двигателе с возможностью его выполнения, когда двигатель выключен, и транспортное средство не движется. Во время выполнения алгоритма регенерации при выключенном двигателе фильтр твердых частиц можно регенерировать путем включения электронагревателя для нагрева фильтра твердых частиц до целевой температуры, при этом во время регенерации впускной воздух (например, свежий воздух, втянутый через впускную систему транспортного средства) можно направить в фильтр путем включения устройства создания потока воздуха, например насоса, и регулирования положения различных клапанов системы двигателя для пропуска потока воздуха во впускной системе в фильтр твердых частиц без прохождения через двигатель. Кроме того, выходные сигналы различных датчиков системы двигателя, например датчика массового расхода впускного воздуха и датчика температуры отработавших газов, могут быть использованы для определения целевой температуры фильтра твердых частиц и регулирования электрической нагрузки электронагревателя для поддержания целевой температуры.
В отличие от вышеуказанного алгоритма, во время выполнения алгоритма регенерации при включенном двигателе, которую можно осуществлять только тогда, когда скопление твердых частиц на фильтре твердых частиц превышает пороговое, и двигатель работает, фильтр твердых частиц можно регенерировать путем подачи богатых отработавших газов и/или избыточного тепла отработавших газов в выпускную систему, где происходит сгорание топлива в отработавших газах для выработки тепла для осуществления регенерации. Наличие богатых отработавших газов и дополнительного тепла отработавших газов можно обеспечить путем регулирования подачи смеси в двигатель и/или регулирования моментов впрыска топлива.
Фильтр твердых частиц можно регенерировать по алгоритму регенерации при выключенном двигателе во время практически любого режима, в котором двигатель выключен, а транспортное средство не движется. Например, фильтр твердых частиц можно регенерировать по алгоритму регенерации при выключенном двигателе даже тогда, когда отсутствует превышение порогового скопления на фильтре твердых частиц, которое, как правило, стало бы основанием для запуска регенерации в режимах с работающим двигателем. Выборочная регенерация фильтра твердых частиц с помощью электронагревателя (и регенерация фильтра твердых частиц только по алгоритму регенерации при включенном двигателе, когда алгоритм регенерации при выключенном двигателе не может быть выполнен, например когда двигатель работает) позволяет снизить расход топлива и поддерживать относительно низкое скопление твердых частиц на фильтре твердых частиц во время работы двигателя. Кроме того, регулирование клапанов системы двигателя таким образом, чтобы источником подачи воздуха в фильтр во время регенерации была впускная система (а не просто втягивание воздуха окружающей среды посредством насоса, например), позволяет измерять различные параметры регенерации, например массовый расход воздуха через фильтр, температуру фильтра и т.п., с возможностью регулирования регенерации на основании измеренных параметров. Таким образом, регенерацию можно выполнять при наличии достаточного тепла для эффективного выжигания накопленных твердых частиц с одновременным поддержанием температуры фильтра твердых частиц ниже верхнего предела, при котором может произойти ухудшение характеристик фильтра твердых частиц.
В одном примере энергия на электронагреватель, используемый для нагрева фильтра твердых частиц во время регенерации, может поступать из внешнего источника энергии, например энергосети (например, путем подключения нагревателя к соответствующей точке отбора электроэнергии). Отсутствие необходимости питания нагревателя от системы аккумулятора транспортного средства позволяет выполнять регенерацию в любое время, когда транспортное средство припарковано и подключено к сети, при этом можно устранить необходимость контроля состояния заряда аккумулятора и/или избежать непреднамеренной разрядки аккумулятора транспортного средства. Кроме того, если фильтр твердых частиц установлен в гибридно-электрическом транспортном средстве с возможностью подключения к энергосети, подача энергии на нагреватель может происходить совместно с подачей энергии в аккумулятор транспортного средства, что создает удобство для пользователя за счет возможности использования преимущества, состоящего в том, что транспортное средство уже подключено к сети во время зарядки аккумулятора с возможностью включения нагревателя и выполнения регенерации в это время.
Соответственно, в одном примере регенерацию фильтра твердых частиц, речь о которой шла выше, можно выполнять, если фильтр твердых частиц установлен в подходящей силовой установке транспортного средства, например силовой установке гибридно-электрического транспортного средства, выполненного с возможностью подключения к энергосети, например представленного на ФИГ. 1. При этом в других примерах фильтр твердых частиц может быть установлен в гибридном транспортном средстве или в стандартном транспортном средстве с приводом только от двигателя. В одном примере двигатель в составе силовой установки транспортного средства может представлять собой дизельный двигатель, или бензиновый двигатель, или многотопливный двигатель. Пример двигателя с выпускной системой, содержащей фильтр твердых частиц, представлен на ФИГ. 2. Силовой установкой транспортного средства и двигателем на ФИГ. 1-2 может управлять блок управления. Блок управления может содержать сохраненные инструкции с возможностью их исполнения для выполнения различных алгоритмов регенерации фильтра твердых частиц на ФИГ. 3, в том числе алгоритма с включенным двигателем на ФИГ. 4 и алгоритма с выключенным двигателем на ФИГ. 5.
ФИГ. 1 иллюстрирует пример силовой установки 100 транспортного средства. Силовая установка 100 транспортного средства содержит двигатель 110 сгорания топлива и мотор 120. В качестве неограничивающего примера, двигатель 110 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, а мотор 120 представляет собой электромотор. Мотор 120 может быть выполнен с возможностью использования или потребления энергии из источника, не являющегося двигателем 110. Например, двигатель 110 может потреблять жидкое топливо (например, бензин) для выработки выходной мощности двигателя, а мотор 120 может потреблять электроэнергию для выработки выходной мощности мотора. Следовательно, транспортное средство с силовой установкой 100 может именоваться «гибридно-электрическое транспортное средство» (ГЭТС) или просто «гибридное транспортное средство».
Силовая установка 100 транспортного средства выполнена с возможностью функционирования в различных режимах в зависимости от условий, в которых ей приходится работать. В некоторых из этих режимов двигатель 110 может оставаться в выключенном (например, отключенном) состоянии, в котором сжигание топлива в двигателе прекращено. Например, в отдельных рабочих режимах, когда двигатель 110 отключен, мотор 120 может приводить транспортное средство в движение посредством ведущего колеса 130, как показано стрелкой 123. В данном случае двигатель может находиться в заглушенном состоянии, а мотор в это время приводит транспортное средство в движение.
В других рабочих режимах двигатель 110 может находиться в выключенном состоянии (как раскрыто выше), а мотор 120 может работать для зарядки устройства 150 аккумулирования энергии. Например, мотор 120 выполнен с возможностью приема крутящего момента от ведущего колеса 130, как показано стрелкой 123, и преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию для аккумулирования в устройстве 150 аккумулирования энергии, как показано стрелкой 124. Данная операция может носить название «рекуперативное торможение транспортного средства». Таким образом, в некоторых вариантах осуществления мотор 120 может функционировать как генератор. При этом в других вариантах крутящий момент от ведущего колеса 130 вместо него может принимать генератор 160, при этом генератор может преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства в электроэнергию для аккумулирования в устройстве 150 аккумулирования энергии, как показано стрелкой 162.
В других рабочих режимах двигатель 110 может функционировать за счет сжигания топлива, полученного из топливной системы 140, как показано стрелкой 142. Например, двигатель 110 может функционировать для приведения транспортного средства в движение посредством ведущего колеса 130, как показано стрелкой 113, в то время как мотор 120 выключен. В других рабочих режимах для приведения транспортного средства в движение посредством ведущего колеса 130 могут работать и двигатель 110, и мотор 120, как показано стрелками 113 и 123, соответственно. Схема, в которой двигатель и мотор могут выборочно приводить транспортное средство в движение, может обозначаться термином «параллельная схема силовой установки транспортного средства». Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления мотор 120 может приводить транспортное средство в движение через первую группу ведущих колес, а двигатель 110 - через вторую группу ведущих колес.
В других вариантах осуществления схема силовой установки 100 транспортного средства может быть последовательной, в которой двигатель не приводит ведущие колеса в движение непосредственно. Вместо этого двигатель 110 может работать для подачи питания на мотор 120, который, в свою очередь, может приводить транспортное средство в движение посредством ведущего колеса 130, как показано стрелкой 123. Например, в отдельных рабочих режимах двигатель 110 может приводить в действие генератор 160, который, в свою очередь, может подавать электроэнергию на мотор 120, как показано стрелкой 115, и/или в устройство 150 аккумулирования энергии, как показано стрелкой 162. В качестве другого примера, двигатель 110 может работать для приведения в действие мотора 120, который, в свою очередь, может функционировать как генератор для преобразования выходной мощности двигателя в электроэнергию с возможностью ее аккумулирования в устройстве 150 аккумулирования энергии для последующего потребления мотором.
Топливная система 140 может содержать один или несколько топливных баков 144 для хранения топлива в транспортном средстве. Например, в топливном баке 144 можно хранить одно или несколько жидких топлив, в том числе, среди прочих, бензин, дизельное топливо и спиртосодержащие топлива. В некоторых примерах топливо можно хранить в транспортном средстве в виде смеси двух или более разных топлив. Например, топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью содержать смесь бензина и этанола (например, Е10, Е85 и т.п.) или смесь бензина и метанола (например, М10, М85 и т.п.), причем эти топлива или топливные смеси можно подавать в двигатель 110, как показано стрелкой 142. Таким образом, жидкое топливо может поступать из топливного бака 144 в двигатель 110 автотранспортного средства на ФИГ. 1. В двигатель 110 также можно подавать и другие подходящие топлива или топливные смеси для их сжигания в двигателе для выработки выходной мощности двигателя. За счет выходной мощности двигателя можно приводить транспортное средство в движение, как показано стрелкой 113, или подзаряжать устройство 150 аккумулирования энергии с помощью мотора 120 или генератора 160.
В некоторых вариантах осуществления устройство 150 аккумулирования энергии может быть выполнено с возможностью аккумулирования электроэнергии для питания других потребителей электроэнергии в составе транспортного средства (помимо мотора), в том числе системы обогрева и кондиционирования воздуха в салоне, системы запуска двигателя, фар, аудио- и видеосистем салона и т.п. В качестве неограничивающего примера, устройство 150 аккумулирования энергии может включать в себя один или несколько аккумуляторов и/или конденсаторов.
Система 14 управления выполнена с возможностью связи с одним или несколькими из следующих устройств: двигатель 110, мотор 120, топливная система 140, устройство 150 аккумулирования энергии и генератор 160. Система 14 управления также выполнена с возможностью обратной связи по сигналам от датчиков одного или нескольких из следующих устройств: двигателя 110, мотора 120, топливной системы 140, устройства 150 аккумулирования энергии и генератора 160. Система 14 управления также может направлять сигналы управления двигателю 110, и/или мотору 120, и/или топливной системе 140, и/или устройству 150 аккумулирования энергии, и/или генератору 160 в ответ на указанные сигналы обратной связи от датчиков. Система 14 управления выполнена с возможностью приема от водителя 190 транспортного средства сигнала запроса водителя на получение мощности со стороны силовой установки транспортного средства. Например, система 14 управления выполнена с возможностью получения сигнала обратной связи от датчика 194 положения педали, связанного с педалью 192. Под педалью 192 может схематически пониматься педаль тормоза и/или педаль акселератора.
Устройство 150 аккумулирования энергии может периодически получать электроэнергию от источника 180 питания, расположенного за пределами транспортного средства (например, не входящего в состав транспортного средства) как показано стрелкой 184. В качестве неограничивающего примера, силовая установка 100 транспортного средства может быть выполнена в виде установки гибридного электрического транспортного средства с возможностью подключения к энергосети (ГЭТСПЭС), в которой электроэнергия может поступать в устройство 150 аккумулирования энергии из источника 180 питания (например, энергосети) по кабелю 182 электропередачи. Во время операции подзарядки устройства 150 аккумулирования энергии от источника 180 питания, кабель 182 электропередачи может создавать электрическое соединение между устройством 150 аккумулирования энергии и источником 180 питания. Когда силовая установка транспортного средства работает для приведения транспортного средства в движение, кабель 182 электропередачи между источником 180 питания и устройством 150 аккумулирования энергии может быть отсоединен. Система 14 управления может определять и/или регулировать количество электроэнергии, хранящейся в устройстве аккумулирования энергии, которое может обозначаться термином «состояние заряда» (СЗ).
В других вариантах осуществления кабель 182 электропередачи может отсутствовать, при этом устройство 150 аккумулирования энергии может получать электроэнергию от источника 180 питания беспроводным образом. Например, устройство 150 аккумулирования энергии может быть выполнено с возможностью получения электроэнергии от источника 180 питания посредством электромагнитной индукции, и/или радиоволн, и/или электромагнитного резонанса. В связи с этим, следует понимать, что для подзарядки устройства 150 аккумулирования энергии от источника питания, не входящего в состав транспортного средства, можно использовать любое подходящее решение. Таким образом, мотор 120 может приводить транспортное средство в движение, используя источник энергии, отличный от топлива, потребляемого двигателем 110.
Кроме того, как подробнее раскрыто ниже, электроэнергия из источника 180 питания также может поступать в нагреватель 73 фильтра твердых частиц. Электроэнергия из источника 180 питания может поступать в нагреватель 73 фильтра твердых частиц по кабелю 182 электропередачи, как показано стрелкой 186. В других примерах электроэнергия из источника 180 питания может поступать в нагреватель 73 фильтра твердых частиц по другому кабелю передачи или беспроводным образом. В дополнительном примере электроэнергия может поступать в нагреватель 73 фильтра твердых частиц из устройства 150 аккумулирования энергии.
Топливная система 140 выполнена с возможностью периодической заправки топливом из источника за пределами транспортного средства. В качестве неограничивающего примера, силовую установку 100 транспортного средства можно заправлять топливом через топливораздаточное устройство 170, как показано стрелкой 172. В некоторых вариантах осуществления топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью содержать топливо, полученное из топливораздаточного устройства 170, до подачи в двигатель 110 для сжигания. В некоторых вариантах осуществления система 14 управления выполнена с возможностью получения сигнала уровня топлива в топливном баке 144 от датчика уровня топлива. Значение уровня топлива в топливном баке 144 (например, определенное датчиком уровня топлива) можно сообщить водителю транспортного средства, например, с помощью топливомера или указателя уровня топлива на приборной панели 196.
Силовая установка 100 транспортного средства может также содержать датчик 198 температуры/влажности окружающей среды и датчик системы курсовой устойчивости, например: датчик (датчики) 199 поперечной скорости и/или продольной скорости и/или скорости рыскания. Приборная панель 196 транспортного средства может содержать сигнальную лампочку (лампочки) и/или текстовый дисплей с возможностью вывода сообщений для водителя. Приборная панель 196 транспортного средства также может содержать различные вводные компоненты для приема входных сигналов от водителя, например кнопки, сенсорные экраны, устройства речевого ввода/распознавания и т.п. Например, приборная панель 196 транспортного средства может содержать дозаправочную кнопку 197 с возможностью ручного приведения в действие или нажатия водителем транспортного средства для запуска дозаправки. Например, как подробнее раскрыто ниже, при приведении водителем транспортного средства в действие дозаправочной кнопки 197, из топливного бака транспортного средства может быть сброшено давление для обеспечения возможности дозаправки.
В другом варианте осуществления приборная панель 196 транспортного средства выполнена с возможностью передачи аудиосообщений водителю без помощи дисплея. В число датчиков 199 может входить датчик вертикального ускорения для указания неровности дороги. Данные устройства могут быть связаны с системой 14 управления. В одном примере система управления выполнена с возможностью регулирования выходной мощности двигателя и/или колесных тормозов для повышения устойчивости транспортного средства в зависимости от показаний датчика (датчиков) 199.
На ФИГ. 2 схематически изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя 110 в системе 200 двигателя, которая может входить в состав силовой установки автомобиля, например силовой установки 100 на ФИГ. 1. Двигателем 110 можно как минимум частично управлять с помощью системы 14 управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 190 транспортного средства через устройство ввода. В данном примере устройство ввода содержит педаль 192 акселератора и датчик 194 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали. Камера 30 сгорания двигателя 110 представляет собой цилиндр, образованный стенками 32 цилиндра с расположенным между ними поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен как минимум с одним ведущим колесом (например, колесом 130) транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. С коленчатым валом 40 также может быть соединен стартер через маховик для запуска двигателя 110.
Впускной воздух может поступать в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а отработавшие газы могут выходить через выпускной канал (например, выпускную трубу) 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. В некоторых примерах камера 30 сгорания может содержать два и более впускных клапана и/или два и более выпускных клапана.
В данном примере впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 могут управлять соответствующие системы 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков и могут быть выполнены с возможностью выполнения одной или нескольких из следующих функций: переключение профиля кулачков (ППК), изменение фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменение фаз газораспределения (ИФГ), и/или изменение высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять с помощью соответствующих датчиков 55 и 57 положения. В других примерах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться электроприводом. Например, в другом варианте цилиндр 30 может содержать впускной клапан с электроприводом и выпускной клапан с кулачковым приводом, в том числе системы ППК и/или ИФКР.
Топливная форсунка 69 показана соединенной непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Так топливная форсунка 69 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена, например, на боковой стороне (как показано) или сверху от камеры сгорания. Топливо может поступать в топливную форсунку 69 по топливной системе (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах камера 30 сгорания, вместо указанной форсунки или в дополнение к ней, может содержать топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 44 с возможностью известного из уровня техники распределенного впрыска топлива во впускной порт выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Искру зажигания подают в камеру 30 сгорания с помощью свечи 66 зажигания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не показана) для увеличения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В других примерах, например в дизельном двигателе, свеча 66 зажигания может отсутствовать.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменять контроллер 12, направляя сигнал на электромотор или привод в составе дросселя 62; данную конфигурацию обычно называют «электронное управление дросселем» (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 выполнен с возможностью регулирования подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания среди прочих цилиндров двигателя. Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельной заслонки 64 в виде сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 121 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для определения количества воздуха, поступающего в двигатель 110.
Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от системы 240 рециркуляции отработавших газов и от устройства 70 снижения токсичности выбросов по направлению потока отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик для указания воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. В одном примере расположенный выше по потоку датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ, выполненный с возможностью выдачи выходного сигнала, например сигнала напряжения, пропорционального количеству кислорода в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал датчика кислорода в значение воздушно-топливного отношения, используя функцию преобразования сигнала датчика кислорода.
Система 240 рециркуляции отработавших газов РОГ может направлять необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 по каналу 152 РОГ. Количество газов РОГ, направляемых во впускной коллектор 44, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 244 РОГ. В некоторых режимах с помощью системы 240 РОГ можно регулировать температуру топливовоздушной смеси в камере сгорания, обеспечивая таким образом способ регулирования момента зажигания в некоторых режимах сгорания.
Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН, ловушку оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию. В некоторых примерах, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности выбросов можно периодически регенерировать, подавая в один из цилиндров двигателя смесь с определенным воздушно-топливным отношением.
Фильтр 72 твердых частиц показан установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Отработавшие газы после очистки в устройстве 70 снижения токсичности выбросов и фильтре 72 твердых частиц выпускают в атмосферу через выхлопную трубу 86. Фильтр 72 твердых частиц может представлять собой фильтр твердых частиц дизельного двигателя или фильтр твердых частиц бензинового двигателя. Основа фильтра 72 твердых частиц может быть выполнена из керамики, кремния, металла, бумаги или их комбинаций. Во время работы двигателя 10 фильтр 72 твердых частиц может улавливать твердые частицы (ТЧ) из отработавших газов, такие как зола и сажа (например, от не полностью сгоревших углеводородов), для снижения их содержания в выбросах транспортного средства. Сажа может засорять поверхности фильтра твердых частиц, создавая противодавление отработавших газов. Противодавление отработавших газов может отрицательно влиять на эксплуатационные характеристики двигателя. При достижении полной загрязненности фильтра 72 твердых частиц сажей (например, когда скопление сажи на фильтре твердых частиц превысит пороговое), противодавление может стать слишком высоким для надлежащего удаления отработавших газов. Работа, затрачиваемая на удаление отработавших газов из двигателя 10, увеличивается в связи с необходимостью преодоления вышеуказанного противодавления. Для предотвращения высокого противодавления, двигатель 110 может периодически регенерировать фильтр, как подробнее раскрыто ниже.
Пассивная регенерация может происходить, когда нагрузка двигателя превышает пороговую, в связи с чем растет температура отработавших газов. Когда температура отработавших газов превысит пороговую (например, 450°С), сажа на фильтре 72 твердых частиц может сгореть. Поэтому пассивная регенерация может происходить без изменений в работе двигателя. В отличие от нее, активную регенерацию при работающем двигателе осуществляют путем направления контроллером 12 сигналов для изменения параметров работы двигателя с целью повышения температуры отработавших газов (например, за счет позднего впрыска, подвпрыска, регулирования подачи смеси, рециркуляции отработавших газов, запаздывания момента зажигания и/или снижения воздушно-топливного отношения) независимо от нагрузки двигателя. Например, контроллер может направлять сигналы на топливную форсунку для увеличения длительности импульса впрыска топлива и обогащения воздушно-топливного отношения сжигаемой смеси (относительно стехиометрического). В качестве другого примера, контроллер может направлять сигналы на электромеханический привод, соединенный с впускным дросселем, для перемещения дроссельной заслонки в более открытое положение и, тем самым, увеличения потока воздуха в двигатель. В других примерах можно отрегулировать фазы газораспределения клапанов (например, путем изменения фаз кулачкового распределения) для увеличения положительного перекрытия клапанов.
Как сказано выше, схемы регенерации за счет использования топлива, например пассивная и активная регенерации, речь о которых шла выше, могут снизить топливную экономичность. Кроме того, поскольку для пассивной регенерации нужно относительно сильное тепло отработавших газов, образование которого происходит без резких отклонений от режимных параметров, в связи с чем оно может приводить к меньшему повышению расхода топлива, пассивные регенерации могут происходить нечасто в зависимости от конфигурации двигателя (например, дизельные двигатели могут не образовывать отработавшие газы с достаточно высокими температурами для выполнения пассивных регенераций) и цикла езды транспортного средства (например, нечастая эксплуатация транспортного средства с высокой нагрузкой может не обеспечивать возможность достаточной пассивной регенерации фильтра твердых частиц). Поэтому фильтр 72 твердых частиц может быть соединен с нагревателем 73 фильтра твердых частиц или быть установлен вблизи него. Например, нагреватель 73 фильтра твердых частиц может быть расположен у передней поверхности фильтра 72 твердых частиц, быть встроен в фильтр 72 твердых частиц или иметь другое подходящее расположение. Нагреватель 73 фильтра твердых частиц можно включать для регенерации фильтра 72 твердых частиц во время режимов с неработающим двигателем (например, когда двигатель выключен, а транспортное средство не движется).
Нагревателем 73 фильтра твердых частиц (в настоящем описании также именуемым «нагреватель 73») может управлять контроллер 74 нагревателя. Контроллер 74 нагревателя может быть функционально (например, с возможностью связи) соединен с контроллером 12 транспортного средства/двигателя и может содержать электронный носитель информации для исполняемых программ, а также в него могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции в долговременной памяти, исполняемые контроллером нагревателя для выборочного соединения нагревателя 73 с источником питания (например, источником 180 питания на ФИГ. 1) для подачи питания/включения нагревателя в ответ на команду контроллера 12 для запуска регенерации фильтра твердых частиц, например. Контроллер 74 нагревателя выполнен с возможностью приема информации от контроллера 12, используемой для регулирования электрической нагрузки нагревателя 73, как будет подробнее раскрыто ниже. Например, контроллер 74 нагревателя может определять целевую температуру фильтра твердых частиц в зависимости от информации от контроллера 12 (например, массового расхода впускного воздуха, скопления твердых частиц, температуры отработавших газов) и регулировать электрическую нагрузку для поддержания целевой температуры фильтра твердых частиц.
Выпускная система также содержит устройство 76 создания потока воздуха, например насос, вентилятор или иное устройство с возможностью протягивания воздуха через фильтр 72 твердых частиц. В одном примере устройство 76, выполненное с возможностью включения в ответ на команду контроллера 12, может быть расположено с возможностью вытягивания воздуха из выпускной системы, через фильтр 72 твердых частиц и наружу через выхлопную трубу. В некоторых примерах устройство может быть расположено в самой выпускной трубе (как показано), а в других примерах устройство может быть расположено в перепускном или вспомогательном канале, соединенном с выпускной трубой. Когда клапан 244 РОГ системы 240 рециркуляции отработавших газов (РОГ) открыт, устройство может втягивать воздух из впускной системы, через систему РОГ, в фильтр твердых частиц. В других примерах устройство может быть расположено во впускной системе (например, во впускном канале 42), при этом устройство может быть выполнено с возможностью проталкивания воздуха через систему. В дополнительных примерах устройство может быть соединено с возможностью удаления с системой транспортного средства и с возможностью установки водителем в выхлопной трубе перед выполнением регенерации фильтра твердых частиц.
В некоторых примерах система двигателя может содержать нагнетательное устройство с вспомогательным электроприводом. Нагнетательное устройство с вспомогательным электроприводом может представлять собой турбонагнетатель с вспомогательным электроприводом (например, турбину, расположенную в выпускной системе и соединенную с компрессором, расположенным во впускной системе, посредством вала, с электромотором для вращения вала в определенных условиях), компрессор с вспомогательным электроприводом или иное подходящее устройство с возможностью приведения в действие для прокачки воздуха через систему двигателя в ответ на указание регенерировать фильтр твердых частиц.
Например, нагнетательное устройство с вспомогательным электроприводом можно включать для вращения компрессора во впускной системе и, тем самым, втягивания свежего воздуха во впускную систему, в обход двигателя, и в выпускную систему и фильтр твердых частиц.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 2 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства (например, долговременной памяти), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 111 и шину данных. Помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе: массового расхода впускного воздуха (МРВ) от датчика 121 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; расположенного выше по потоку датчика 75 параметров фильтра (выполненного с возможностью измерения температуры, и/или давления отработавших газов, и/или концентрации кислорода в них); расположенного ниже по потоку датчика 77 параметров фильтра (выполненного с возможностью измерения температуры, и/или давления отработавших газов, и/или концентрации кислорода в них); положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), определяющего положение коленчатого вала 40; положения дросселя от датчика 65 положения дросселя; и абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сформирован контроллером 12 из сигнала датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также может служить для указания разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Следует учесть, что возможны различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. Во время работы двигателя значение крутящего момента двигателя можно вывести из выходного сигнала датчика 122 ДВК и частоты вращения двигателя. Кроме того, этот датчик, помимо замера частоты вращения двигателя, можно использовать для оценки заряда (в том числе воздуха), поданного в цилиндр. В одном примере датчик 118 положения коленчатого вала, также используемый как датчик частоты вращения двигателя, может генерировать заданное количество импульсов с равными промежутками при каждом обороте коленчатого вала.
В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции в долговременной памяти, исполняемые процессорным устройством 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и 2 и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 и 2 для регулирования работы двигателя на основании полученных сигналов и в соответствии с инструкциями в памяти контроллера 12. В одном примере контроллер 12 может получить сигнал, отражающий массовый расход впускного воздуха, от датчика 121 МРВ. Во время работы двигателя контроллер 12 может отрегулировать количество топлива, впрыскиваемого форсункой 69, в зависимости от результата измерения массового расхода впускного воздуха. Во время регенерации фильтра 72 твердых частиц при неработающем двигателе контроллер 12 может направлять данные, отражающие массовый расход впускного воздуха, определяемый датчиком 121 МРВ, контроллеру 74 нагревателя, а контроллер 74 нагревателя может регулировать электрическую нагрузку нагревателя 73 в зависимости от полученных данных о массовом расходе воздуха. Контроллер 12 также может получить сигнал, отражающий температуру отработавших газов (от расположенного выше по потоку датчика 75 и/или расположенного ниже по потоку датчика 77), и отрегулировать скорость насоса/вентилятора устройства 76 создания потока воздуха в зависимости от результата измерения температуры отработавших газов.
Таким образом, системы, раскрытые на ФИГ. 1 и 2, обеспечивают создание фильтра твердых частиц с нагревательным элементом, встроенным в систему фильтра - либо в основу, либо на входе фильтра. Нагревательный элемент может содержать место доступа, которое может быть выполнено с возможностью подключения к электролинии для подачи электроэнергии на нагревательный элемент, когда транспортное средство припарковано. Место доступа может быть расположено на фильтре или где-либо еще на транспортном средстве с постоянным электрическим соединением между фильтром и этим местом. Кроме того, в некоторых примерах несколько компонентов системы двигателя, например контроллер 12, также могут быть выполнены с возможностью соединения с этой электролинией для подачи энергии контроллеру, датчикам и исполнительным устройствам, речь о которых идет в настоящем описании, во время регенерации фильтра твердых частиц. Система также содержит контроллер для нагревательного элемента и вытяжного устройства, который может вытягивать воздух из выхлопной трубы для создания непрерывного потока воздуха через фильтр во время регенерации фильтра. Устройство может либо входить в состав выпускной системы, либо быть соединенным с выпускной системой извне. Отработавший воздух, выходящий из выхлопной трубы или вытяжного устройства, можно сбрасывать непосредственно из выхлопной трубы или выводить по каналам за пределы здания. Вытяжное устройство, контроллер двигателя и контроллер нагревательного элемента могут быть соединены друг с другом с возможностью ввода/вывода данных для координации действий каждого из этих элементов во время регенерации фильтра в отсутствие подключения к электролинии.
Посредством соединения ввода/вывода можно направить команду контроллеру двигателя открыть впускной дроссель, клапан РОГ и, при его наличии, перепускной клапан охладителя РОГ для пропуска потока воздуха через воздушный тракт двигателя в обход самого двигателя. Свежий воздух окружающей среды будет протянут вытяжным устройством через воздушный фильтр, измерен датчиком МРВ, а затем проследует через компрессор (если двигатель содержит турбонагнетатель), через систему РОГ, мимо турбины (при наличии) и через выпускную систему с прохождением через фильтр твердых частиц.
В некоторых конфигурациях двигатель содержит и систему РОГ высокого давления (РОГВД), в которой канал РОГ присоединен между двигателем и турбиной на стороне выпуска и между компрессором и двигателем на стороне впуска, и систему РОГ низкого давления (РОГНД), в которой канал РОГ присоединен между турбиной и атмосферой на стороне выпуска и между атмосферой и компрессором на стороне впуска. В таких примерах клапан РОГВД будет открыт, а клапан РОГНД будет закрыт во избежание перетока воздуха. Или же клапан РОГНД можно регулировать для создания некоторого потока горячих газов для уменьшения потребности в нагреве воздуха.
Контроллер нагревателя выполнен с возможностью регулирования электрической нагрузки нагревательного элемента для регулирования температуры воздуха в фильтре твердых частиц, при этом температуру измеряют посредством имеющихся датчиков температуры. Электрическую нагрузку можно отрегулировать заранее на основании температуры и давления воздуха окружающей среды, результата измерения расхода воздуха датчиком МРВ и исходного скопления сажи на фильтре (значение которого может быть сохранено в контроллере двигателя). Нагревательный элемент может продолжить нагрев фильтра твердых частиц (ФТЧ), а вытяжное устройство может продолжить вытягивать поток воздуха до тех пор, пока перепад давления на ФТЧ (с поправкой на поток воздуха) или нормированное «сопротивление» не достигнет целевого значения, или операция не будет прекращена водителем (например, транспортное средство будет отключено от сети для использования пользователем). Или же нагрев может происходить в течение заранее заданного количества времени в зависимости от параметров окружающей среды. В еще одном варианте осуществления нагрев может происходить до тех пор, пока количество углерода в ФТЧ для выгорания, определяемое по росту температуры над фильтром, перестанет быть достаточным. После того, как критерии продолжительности нагрева будут соблюдены, нагревательный элемент может быть выключен. После того, как температура системы упадет ниже целевого уровня, произойдет выключение вытяжного устройства, и возврат в нормальное состояние исполнительных устройств двигателя, параметры которых были изменены.
Расположенные выше и ниже по потоку датчики O2 в отработавших газах и датчики температуры могут служить для проверки того, что воздух течет в правильном направлении и с правильными параметрами. При слишком низком показании O2 или слишком высокой температуре ниже по потоку процесс регенерации ФТЧ будет остановлен с возможностью отображения уведомления на пользовательском интерфейсе. В еще одном примере расположенные выше и ниже по потоку датчики O2 в отработавших газах могут служить для определения того, завершена ли регенерация фильтра твердых частиц. Например, если выходной сигнал расположенного ниже по потоку датчика O2 лежит в пределах порогового диапазона выходного сигнала расположенного выше по потоку датчика O2 (например, если результаты измерения концентрации кислорода каждым из датчиков одинаковы или приблизительно одинаковы), это может указывать на то, что в фильтре твердых частиц больше не происходит сгорание сажи, то есть регенерация завершена.
ФИГ. 3 представляет собой высокоуровневую блок-схему способа 300 для определения того, следует ли выполнить алгоритм регенерации при работающем двигателе или алгоритм регенерации при неработающем двигателе. Инструкции для реализации способа 300 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может осуществлять контроллер (например, контроллер 12) в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например датчиков, раскрытых выше со ссылкой на ФИГ. 1 и 2. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам. Кроме того, как минимум часть раскрытых в настоящем описании способов (например, способ 500 на ФИГ. 5) может частично реализовывать контроллер 74 нагревателя на основании инструкций в памяти контроллера нагревателя.
На шаге 302 способ 300 предусматривает определение условий работы двигателя. В качестве неограничивающих примеров, в число определяемых условий входят: рабочее состояние транспортного средства (например, находится ли ключ или иное устройство включения зажигания во включенном положении), рабочее состояние двигателя (например, происходит ли сгорание в двигателе), состояние силовой передачи транспортного средства (например, передача в трансмиссии, скорость транспортного средства, тяговый механизм транспортного средства), скопление сажи на фильтре твердых частиц и другие условия.
На шаге 304 способа 300 определяют, работает ли двигатель. То, что двигатель работает, можно определить, если происходит сгорание как минимум в некоторых цилиндрах, если ключ или иное устройство включения зажигания находится во включенном положении, и/или в трансмиссии не включена парковочная передача. Кроме того, даже если двигатель находится в состоянии отсечки топлива в режиме замедления, в котором впрыск топлива прекращен во время события замедления, или когда транспортное средство движется по инерции, можно считать, что двигатель работает, так как операция ОТРЗ является кратковременной и не предусматривает формальной команды или указания заглушить двигатель. Аналогичным образом, в транспортных средствах с глушением двигателя при остановке (также именуемых «транспортные средства с автоматической системой старт-стоп»), выполненных с возможностью глушения при временной остановке транспортного средства, во время остановки с автоматическим глушением двигатель может считаться работающим, поскольку ряд действий со стороны водителя приведут к автоматическому перезапуску двигателя, при этом такое действие не предусматривает формальной команды или указания заглушить двигатель. Определить, что двигатель не работает, можно по тому, что не происходит сгорание ни в одном из цилиндров, что ключ или иное устройство включения зажигания находится в выключенном положении, что в трансмиссии включена парковочная передача, и/или контроллер заглушил двигатель для приведения транспортного средства в движение за счет мотора, а не двигателя.
Если будет определено, что двигатель работает, способ 300 следует на шаг 306 для выполнения алгоритма регенерации при включенном двигателе, который будет подробнее раскрыт на примере ФИГ. 4. Вкратце, алгоритм регенерации при включенном двигателе (также именуемый «алгоритм регенерации при работающем двигателе») предусматривает определение того, нужна ли регенерация фильтра твердых частиц, на основании результата измерения или оценки скопления сажи на фильтре твердых частиц, и, если регенерация фильтра нужна, регулирование параметров работы двигателя, например количества впрыскиваемого топлива и/или момента впрыска, а также положения впускного дросселя, для осуществления регенерации. Затем способ 300 совершает возврат.
Если двигатель не работает, способ 300 следует на шаг 308 для выполнения алгоритма регенерации при выключенном двигателе, который будет подробнее раскрыт ниже на примере ФИГ. 5. Во время выполнения алгоритма регенерации при выключенном двигателе (также именуемого «алгоритм регенерации при неработающем двигателе»), включают нагреватель фильтра твердых частиц для нагрева фильтра твердых частиц за счет него, а не за счет тепла отработавших газов, образующихся в двигателе. Для втягивания воздуха для поддержания сгорания в фильтре твердых частиц можно включить устройство создания потока воздуха и отрегулировать впускной дроссель, клапан РОГ и/или другие клапаны системы двигателя таким образом, чтобы воздух, втягиваемый устройством создания потока воздуха, представлял собой впускной воздух из впускной системы. Затем способ 300 совершает возврат.
ФИГ. 4 представляет собой блок-схему способа 400 для выполнения алгоритма регенерации при включенном двигателе. Способ 400 можно выполнять как часть раскрытого выше способа 300, например, если будет определено, что двигатель работает, или способ 400 можно выполнять независимо от способа 300. На шаге 402 способ 400 предусматривает определение параметров работы. В число определяемых параметров работы могут входить: скопление на фильтре твердых частиц, частота вращения двигателя, скорость транспортного средства, нагрузка двигателя, положения клапанов двигателя, количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска, и другие параметры. На шаге 404 способа 400 определяют, есть ли указание регенерировать фильтр твердых частиц. Указание регенерировать фильтр твердых частиц может быть, если скопление на фильтре твердых частиц превышает пороговое скопление. Скопление можно измерять посредством одного или нескольких датчиков, например одного или нескольких датчиков сажи, расположенных в выпускной системе. В других примерах скопление можно оценивать на основании перепада давления на фильтре твердых частиц, количества времени с осуществления предыдущей регенерации, параметров работы двигателя в период работы двигателя после осуществления предыдущей регенерации и/или иным параметрам. Кроме того, в некоторых примерах, если будет определено, что с большой долей вероятности двигатель будет заглушен через относительно короткое время (например, в транспортном средстве включена парковочная передача, транспортное средство прибыло в заранее заданный пункт назначения и т.п.), даже если скопление сажи выше порога, регенерацию можно отсрочить до тех пор, пока не станет возможным выполнение алгоритма регенерации при выключенном двигателе.
Если будет определено, что указание регенерации отсутствует, способ 400 следует на шаг 406 для сохранения текущих параметров работы. В число текущих параметров работы может входить подача топлива и впускного воздуха в двигатель в количествах, необходимых для создания запрошенного водителем крутящего момента. Сохранение текущих параметров работы может включать в себя регулирование параметров впрыска топлива, например количества впрыскиваемого топлива и/или момента впрыска, на основании запрошенного водителем крутящего момента и МРВ, как указано на шаге 408. Например, водитель может направить сигнал для эксплуатации транспортного средства на необходимой скорости путем нажатия педали акселератора, а контроллер может преобразовать положение педали в запрос крутящего момента и осуществить впрыск топлива в количестве, необходимом для удовлетворения запроса крутящего момента. Количество топлива для впрыска в двигатель можно также определять в зависимости от массового расхода впускного воздуха, который может измерять датчик МРВ, например датчик 121, для обеспечения целевого воздушно-топливного отношения, например. Количество впрыскиваемого топлива также можно определять на основании воздушно-топливного отношения в отработавших газах, определяемого датчиком кислорода в отработавших газах, например датчиком 126. Сохранение текущих параметров работы может включать в себя регулирование положения впускного дросселя (например, впускного дросселя 62 на ФИГ. 2) на основании количества впрыскиваемого топлива, запрошенного водителем крутящего момента и/или МРВ, как указано на шаге 410. В некоторых примерах положение впускного дросселя можно регулировать в зависимости от заданного водителем положения педали, а не от количества впрыскиваемого топлива, при этом топливо можно впрыскивать в количестве, необходимом для создания заданного воздушно-топливного отношения. Затем способ 400 совершает возврат.
Если на шаге 404 будет определено, что есть указание регенерировать фильтр твердых частиц, способ 400 следует на шаг 412 для повышения температуры фильтра твердых частиц для выполнения регенерации. Повышение температуры фильтра твердых частиц может включать в себя регулирование положения впускного дросселя, как указано на шаге 414. Например, впускной дроссель можно переместить в более закрытое положение, что позволяет повысить температуру впускного воздуха и, как следствие, отработавших газов, поступающих в фильтр твердых частиц. Повышение температуры фильтра твердых частиц также может включать в себя регулирование количеств впрыскиваемого топлива и/или моментов впрыска, как указано на шаге 416. Например, можно впрыснуть дополнительное топливо, момент впрыска топлива (или момент зажигания в некоторых примерах) можно изменить в сторону запаздывания, и/или осуществить дополнительный впрыск, при котором дополнительное топливо впрыскивают после основного впрыска топлива для создания богатых отработавших газов с возможностью их сжигания в присутствии катализаторов в выпускной системе для нагрева фильтра твердых частиц. Кроме того, повышение температуры фильтра твердых частиц включает в себя подачу отработавших газов в фильтр твердых частиц, как указано на шаге 418. Таким образом, в фильтр твердых частиц поступают горячие и/или богатые отработавшие газы, что приводит к сгоранию твердых частиц/сажи, скопившейся в фильтре.
На шаге 420 способа 400 определяют, завершена ли регенерация фильтра твердых частиц. То, что регенерация завершена можно определить на основании того, что регенерация происходила в течение заранее заданного количества времени. В других примерах определить, что регенерация завершена, можно на основании того, что перепад давления на фильтре твердых частиц ниже порога, либо иным способом, подходящим для определения того, что произошло выжигание сажи из фильтра. Если регенерация не завершена, на шаге 412 способа 400 продолжают поддерживать повышенную температуру фильтра твердых частиц. Если регенерация фильтра твердых частиц завершена, способ 400 следует на шаг 422 для восстановления предыдущих (имевших место до регенерации) параметров работы, в том числе степени открытия заслонки впускного дросселя, изменения момента впрыска топлива в сторону опережения для возврата к моменту по умолчанию или предыдущему моменту и поддержания воздушно-топливного отношения не ниже стехиометрического. Затем способ 400 совершает возврат.
ФИГ. 5 представляет собой блок-схему способа 500 для выполнения регенерации фильтра твердых частиц при выключенном двигателе. Способ 500 можно выполнять как часть способа 300, например, если будет определено, что двигатель не работает, либо способ 500 можно выполнять независимо от способа 300. На шаге 502 способа 500 определяют рабочие параметры. В число определяемых на шаге 502 рабочих параметров могут входить: состояние транспортного средства (например, передача в трансмиссии, скорость), состояние фильтра твердых частиц (например, скопление на фильтре твердых частиц, время с предыдущей регенерации и т.п.) и другие параметры. На шаге 504 способа 500 определяют, припарковано ли транспортное средство. То, что транспортное средство припарковано, можно определить, если скорость транспортного средства равна нулю, в трансмиссии включена парковочная или нейтральная передача, и двигатель выключен (как определено в способе 300).
Если транспортное средство не припарковано, например транспортное средство находится в действии, движется или находится на дороге (согласно данным ГСОМ (GPS), например), способ 500 следует на шаг 506 для указания того, что регенерация фильтра твердых частиц не подлежит выполнению, так как транспортное средство приводится в движение мотором. Поскольку двигатель не включен, регенерация с включенным двигателем не может быть выполнена, при этом транспортное средство движется (следовательно, не получает энергию из внешнего источника энергии), в связи с чем в транспортном средстве не может быть выполнена регенерация фильтра твердых частиц при выключенном двигателе. Затем способ 500 совершает возврат.
Если транспортное средство припарковано, способ 500 следует на шаг 508 для определения того, выполнены ли условия для регенерации фильтра твердых частиц. В число условий для регенерации фильтра может входить скопление сажи на фильтре выше порогового в одном примере. Пороговое скопление для выполнения регенерации фильтра твердых частиц, когда двигатель выключен, может быть ниже, чем пороговое скопление для проведения регенерации фильтра твердых частиц, когда двигатель включен. Таким образом, регенерации фильтра твердых частиц при выключенном двигателе можно выполнять чаще, чем регенерации фильтра твердых частиц с включенным двигателем, что позволяет уменьшать скопление сажи на фильтре твердых частиц без увеличения расхода топлива и выбросов. В еще одном примере в число условий для регенерации фильтра могут входить почти все режимы, когда двигатель выключен, транспортное средство припарковано, независимо от того, сколько сажи скопилось на фильтре. В число условий для регенерации фильтра также входит соединение нагревателя фильтра твердых частиц (например, нагревателя 73) с источником питания. Например, нагреватель может быть подключен к сети в точке отбора энергии в жилом здании, или к иной энергосети или источнику питания.
Если условия для регенерации фильтра твердых частиц не выполнены, способ 500 совершает возврат. Если условия выполнены, способ 500 следует на шаг 510 для регулирования одного или нескольких клапанов впускной системы и/или системы двигателя для направления впускного воздуха в обход двигателя в выпускную систему (и, следовательно, в фильтр твердых частиц). В число клапанов, которые можно отрегулировать, входит впускной дроссель, который можно открыть для втягивания свежего воздуха, проходящего через воздушный фильтр, во впускную систему. Дополнительно можно открыть один или несколько клапанов системы РОГ, например клапан 244 РОГ на ФИГ. 2. Открытие клапана РОГ позволяет направить свежий воздух во впускной системе в выпускную систему без прохождения через двигатель. Если система РОГ содержит охладитель РОГ с перепускным каналом, то можно открыть перепускной клапан, чтобы свежий воздух не должен был проходить через охладитель. Кроме того, при наличии возможности, можно закрыть впускные и/или выпускные клапаны двигателя для предотвращения потока свежего воздуха через двигатель.
На шаге 512 способ 500 предусматривает включение устройства создания потока воздуха, например устройства 76 на ФИГ. 2. Устройство создания потока воздуха может представлять собой насос или вентилятор с возможностью протягивания или проталкивания воздуха/газа из выпускной системы через фильтр твердых частиц и из выхлопной трубы в атмосферу. На шаге 514 способа 500 включают нагреватель фильтра твердых частиц (например, нагреватель 73). В одном примере нагреватель может быть включен автоматически при подключении к источнику питания. В других примерах контроллер нагревателя и/или контроллер двигателя могут включить нагреватель путем включения прерывателя цепи или иного действия, обеспечивающего возможность подачи напряжения из источника питания на нагреватель.
Включение устройства создания потока воздуха и открытие дросселя и клапана РОГ позволяет устройству всасывать свежий воздух через впускную систему и систему РОГ в выпускную систему и, следовательно, в фильтр твердых частиц. Данный свежий воздух может поддерживать сгорание частиц сажи на фильтре, возникшее под действием высокой температуры фильтра твердых частиц, созданной нагревателем.
На шаге 516 способа 500 регулируют электрическую нагрузку нагревателя и/или поток воздуха через фильтр твердых частиц для поддержания регенерации при целевой температуре и/или скорости сгорания сажи. Например, электрическая нагрузка может сначала быть относительно высокой для доведения фильтра до целевой температуры, при которой происходит запуск регенерации (например, 500°С). При этом после начала регенерации, поддержанию целевой температуры в фильтре твердых частиц может способствовать тепло от сгорания частиц сажи, поэтому электрическую нагрузку нагревателя можно уменьшить. Электрическую нагрузку может регулировать контроллер нагревателя, например, путем регулирования частоты переключения прерывателя цепи или иного подходящего механизма. Поток воздуха можно регулировать для регулирования скорости сгорания сажи и/или поддержания необходимой температуры нагревателя фильтра твердых частиц. В одном примере электрическую нагрузку нагревателя можно поддерживать постоянной, а регулирование температуры и скорости сгорания сажи в фильтре твердых частиц обеспечивать за счет регулирования массы и/или расхода потока воздуха через фильтр твердых частиц. В еще одном примере массу и/или расход потока воздуха через фильтр твердых частиц можно поддерживать постоянными, а температуру и скорость сгорания сажи в фильтре твердых частиц регулировать за счет регулирования электрической нагрузки нагревателя. В дополнительном примере можно регулировать и электрическую нагрузку нагревателя, и массу и/или расход потока воздуха через фильтр твердых частиц для поддержания необходимой температуры фильтра твердых частиц и скорости сгорания сажи.
Кроме того, в некоторых примерах электрическую нагрузку нагревателя можно регулировать на основании результатов измерения одного или нескольких параметров фильтра твердых частиц и потока свежего воздуха в фильтр твердых частиц. Как раскрыто выше, включение устройства создания потока воздуха и открытие дросселя и клапана РОГ позволяют подавать впускной воздух в выпускную систему для поддержания сгорания. При этом свежий воздух во впускной системе протекает мимо различных датчиков, в том числе, помимо прочих, датчика массового расхода воздуха (датчика 121 МРВ) и дополнительных датчиков отработавших газов, например датчиков температуры или давления, датчиков сажи и т.п. По выходным сигналам этих датчиков можно определять температуру фильтра твердых частиц, перепад давления на фильтре, скорость сгорания сажи и целевую температуру фильтра, помимо прочих параметров.
Соответственно, регулирование электрической нагрузки нагревателя и/или потока воздуха в ФТЧ может включать в себя определение целевой температуры ФТЧ на основании массового расхода воздуха, параметров отработавших газов/свежего воздуха и скопления на фильтре твердых частиц, как указано на шаге 518. Например, скопление на ФТЧ может быть определено контроллером при запуске регенерации, а массовый расход воздуха может быть измерен датчиком МРВ в начале регенерации (например, как только будет включено устройство создания потока воздуха и открыты впускной дроссель и клапан РОГ). В число параметров отработавших газов/свежего воздуха могут входить давление окружающей среды и температура окружающей среды (определенные датчиками температуры и давления окружающей среды или по данным от внешней службы, например блока ГСОМ (GPS)), и/или температура и давление отработавших газов, измеряемые датчиками отработавших газов. В одном примере по массовому расходу воздуха и давлению окружающей среды или отработавших газов можно вычислять массу воздуха в фильтре твердых частиц и, следовательно, количество кислорода в фильтре твердых частиц. В одном примере целевую температуру фильтра твердых частиц можно сохранить в справочной таблице в виде зависимости от скопления сажи и массы воздуха, либо контроллер может выполнить логическое определение (например, относительно целевой температуры) на основании логических правил, представляющих собой зависимость от массового расхода воздуха/массы воздуха и скопления сажи. Кроме того, целевую температуру можно изменять на основании температуры окружающей среды, например, если температура окружающей среды высокая, целевую температуру можно снизить.
Регулирование электрической нагрузки также может включать в себя измерение температуры ФТЧ, как указано на шаге 520, с последующим регулированием электрической нагрузки на основании целевой температуры ФТЧ и результата измерения температуры ФТЧ, как указано на шаге 522. Например, нагрузку можно увеличить, если результат измерения температуры ниже целевого значения, или уменьшить, если результат измерения температуры выше целевого значения.
В некоторых примерах, дополнительно или в качестве альтернативы, поток воздуха через фильтр твердых частиц можно регулировать для содействия регулированию температуры ФТЧ и скоростью сгорания сажи. Регулирование потока воздуха в ФТЧ может включать в себя регулирование скорости устройства создания потока воздуха (например, скорости насоса), регулирование положения клапана РОГ и/или положения впускного дросселя. В системах двигателей, содержащих выпускной дроссель, его положение можно регулировать для регулирования потока воздуха в ФТЧ. Как и регулирование электрической нагрузки, речь о котором шла выше, регулирование потока воздуха в ФТЧ можно выполнять на основании разности целевой температуры ФТЧ и результата измерения температуры ФТЧ с возможностью увеличения потока воздуха, если результат измерения температуры ниже целевого значения, или уменьшения потока воздуха, если результат измерения температуры выше целевого значения. Так можно поддерживать температуру ФТЧ в пределах целевого диапазона температур, зависящего от исходного скопления сажи, массового расхода воздуха и давления воздуха.
На шаге 524 способа 500 определяют, завершена ли регенерация фильтра твердых частиц. То, что регенерация ФТЧ завершена, можно определить на основании того, что целевая температура сохранялась в течение заранее заданного количества времени. В еще одном примере то, что регенерация ФТЧ завершена, можно определить на основании достижения перепадом давления на фильтре порогового уровня, указывающего на то, что на фильтре практически не осталось сажи. В дополнительном примере то, что регенерация ФТЧ завершена, можно определить на основании падения температуры ниже по потоку от фильтра ниже пороговой (например, температуры отработавших газов выше по потоку), что указывает на завершение сгорания сажи. В дополнительном примере то, что регенерация ФТЧ завершена, можно определить на основании того, что концентрация кислорода ниже по потоку от фильтра твердых частиц равна концентрации кислорода выше по потоку от фильтра твердых частиц. В некоторых примерах для определения того, завершена ли регенерация ФТЧ, можно оценить несколько из вышеуказанных параметров, например, то, что регенерация ФТЧ завершена, можно определить на основании того, что и перепад давления на фильтре является низким, и температура или концентрация кислорода ниже по потоку равны, соответственно, температуре или концентрации кислорода выше по потоку. Если регенерация ФТЧ не завершена, способ 500 совершает возврат на шаг 510 и продолжает поддерживать нагреватель во включенном состоянии, эксплуатировать устройство создания потока воздуха, удерживать клапаны впускной системы открытыми и регулировать электрическую нагрузку нагревателя.
Если регенерация завершена, способ 500 следует на шаг 526 для выключения нагревателя ФТЧ. Фильтр начнет остывать; при этом устройство создания потока воздуха можно оставить включенным на некоторый период с открытыми клапанами впускной системы для продолжения подачи свежего воздуха через фильтр. Это обеспечивает возможность остывания фильтра до достаточной температуры во избежание ухудшения характеристик фильтра. Как только фильтр остынет, выключают устройство создания потока воздуха и возвращают клапаны в их положения по умолчанию. Затем способ 500 совершает возврат.
Таким образом, способ 500 обеспечивает регенерацию фильтра твердых частиц в режиме, когда двигатель выключен, а транспортное средство припарковано, путем включения нагревателя фильтра твердых частиц и подачи свежего воздуха в фильтр из впускной системы. Датчики в транспортном средстве можно эффективно использовать для контроля параметров регенерации ФТЧ для обеспечения поддержания целевой температуры фильтра и снижения вероятности возникновения перегрева. Например, как разъяснялось выше, массу воздуха в фильтре твердых частиц во время регенерации можно определять по массовому расходу впускного воздуха, измеряемому датчиком МРВ, например, а также по давлению окружающей среды или отработавших газов. Далее по массе воздуха в фильтре и исходному скоплению сажи можно определить целевую температуру, которую поддерживают в фильтре.
В некоторых примерах для контроля регенерации можно задействовать дополнительные датчики системы двигателя. В одном примере можно снимать выходной сигнал датчика (датчиков) кислорода в отработавших газах и анализировать его для определения направления потока воздуха через выпускную систему во время регенерации. Например, если воздух течет в правильном направлении (например, из впускной системы в фильтр), датчик отработавших газов, расположенный между двигателем и фильтром (также именуемый «расположенный выше по потоку датчик») выдаст сигнал, отражающий высокую концентрацию кислорода, а датчик отработавших газов ниже по потоку от фильтра - сигнал, отражающий пониженную концентрацию кислорода, обусловленную сгоранием кислорода в фильтре. Противоположные результаты (например, расположенный выше по потоку датчик фиксирует низкую концентрацию кислорода) могут указывать на ухудшение характеристик системы (например, ухудшение характеристик насоса, отсутствие открытия впускных клапанов и т.п.); в этом случае регенерацию можно прекратить и направить уведомление водителю.
Технический результат, обеспечиваемый выполнением регенерации фильтра твердых частиц при выключенном двигателе, состоит в снижении расхода топлива и улучшении показателей выбросов. Это обусловлено тем, что регенерации осуществляют, когда двигатель не работает и, следовательно, не расходует топливо во время регенерации. Кроме того, невыполнение регенераций в режимах с работающим двигателем (или их выполнение при работающем двигателе только тогда, когда противодавление отработавших газов достигает верхнего порогового предела, и в ближайшее время не ожидают глушения двигателя), позволяет предотвратить ухудшение показателей по восстановлению оксидов азота, обычно наблюдаемое во время регенерации.
Раскрытое выше решение может быть особенно полезным для парка транспортных средств, который можно эксплуатировать в более контролируемых и регулируемых условиях, чем стандартные отдельные автомобили. Например, этот парк транспортных средств можно парковать в одном и том же здании каждую ночь, при этом каждое транспортное средство в составе парка может содержать фильтр твердых частиц, как раскрыто в настоящем описании, с возможностью подключения к сети для выполнения регенерации. После парковки, водитель может подключить каждое транспортное средство в составе парка к сети и выполнять регенерацию после каждого дня эксплуатации транспортных средств. Это обеспечивает возможность достаточной регенерации и снижения противодавления отработавших газов в целом, что дополнительно повышает топливную экономичность. Кроме того, возможность выполнения регенераций в здании, где возможен контролируемый вывод горячих отработавших газов, позволяет избежать повреждений компонентов или вреда здоровью людей, которые могут возникнуть под действием горячих отработавших газов (что может происходить во время стандартной регенерации ФТЧ с включенным двигателем).
Пример способа содержит шаги, на которых: в режиме с неработающим двигателем регенерируют фильтр твердых частиц, присоединенный в выпускной системе ниже по потоку от двигателя, посредством включения электронагревателя фильтра твердых частиц и направления впускного воздуха через фильтр твердых частиц, при этом впускной воздух идет в обход двигателя; и регулируют электрическую нагрузку электронагревателя в зависимости от температуры отработавших газов и/или потока впускного воздуха. В первом примере способа режим с неработающим двигателем включает в себя нахождение двигателя в заглушенном состоянии и отсутствие движения транспортного средства, в котором установлен этот двигатель. Во втором примере способа, опционально включающем в себя первый пример, включение электронагревателя включает в себя подачу тока на электронагреватель из источника напряжения, расположенного за пределами транспортного средства. В третьем примере способа, опционально включающем в себя первый и/или второй примеры, направление впускного воздуха через фильтр твердых частиц включает в себя открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха впускной системы, соединенной с двигателем, и включение устройства создания потока воздуха, расположенного в выпускной системе или во впускной системе, соединенной с двигателем. В четвертом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по третий, открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха впускной системы включает в себя открытие заслонки впускного дросселя, и/или клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ), и/или перепускного клапана охладителя РОГ. В пятом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по четвертый, в результате открытия одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха и включения устройства создания потока воздуха впускной воздух протекает мимо датчика массового расхода впускного воздуха, причем регулирование электрической нагрузки электронагревателя в зависимости от температуры отработавших газов и/или потока впускного воздуха включает в себя: определение целевой температуры фильтра твердых частиц на основании выходного сигнала датчика массового расхода впускного воздуха, а также на основании скопления на фильтре твердых частиц, и/или температуры воздуха окружающей среды, и/или давления воздуха окружающей среды; и регулирование электрической нагрузки электронагревателя на основании целевой температуры фильтра твердых частиц и температуры отработавших газов. В шестом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по пятый, в способе дополнительно регулируют величину потока воздуха через фильтр твердых частиц на основании целевой температуры фильтра твердых частиц и температуры отработавших газов.
Пример системы содержит: фильтр твердых частиц, выполненный с возможностью размещения в выпускной системе двигателя; электронагреватель, соединенный с фильтром твердых частиц; электрическое соединительное устройство, выполненное с возможностью электрического соединения электронагревателя с внешним источником энергии; и контроллер нагревателя, выполненный с возможностью функционального соединения с контроллером двигателя, при этом контроллер нагревателя содержит инструкции в долговременной памяти, исполняемые для: в ответ на указание регенерировать фильтр твердых частиц подачи тока на электронагреватель путем электрического соединения электронагревателя с внешним источником энергии посредством электрического соединительного устройства; направления команды открыть один или несколько клапанов потока впускного воздуха и включить электрический насос, выполненный с возможностью присоединения в выпускной системе; и регулирования величины тока, подаваемого на электронагреватель, в зависимости от полученного показания потока впускного воздуха и температуры фильтра твердых частиц. В первом примере системы, указание регенерировать фильтр твердых частиц, показание потока впускного воздуха и показание температуры фильтра твердых частиц поступают от контроллера двигателя. Во втором примере системы, опционально включающем в себя первый пример, команду открыть один или несколько клапанов потока впускного воздуха направляют контроллеру двигателя. В третьем примере системы, опционально включающем в себя первый и/или второй примеры, электрическое соединительное устройство также выполнено с возможностью соединения внешнего источника энергии с аккумулятором транспортного средства. В четвертом примере системы, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по третий, аккумулятор транспортного средства соединен с мотором, при этом мотор соединен с трансмиссией транспортного средства.
Еще один пример способа содержит шаги, на которых: в первом режиме, в котором двигатель работает, регулируют количество впрыскиваемого в двигатель топлива на основании результата определения параметра, при этом результат определения параметра определен датчиком системы двигателя; и во втором режиме, в котором двигатель не работает, регулируют поток воздуха через фильтр твердых частиц и/или электрическую нагрузку электронагревателя, соединенного с фильтром твердых частиц, на основании указанного результата определения параметра. В первом примере способа регулирование количества впрыскиваемого в двигатель топлива и регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц и/или электрической нагрузки электронагревателя на основании указанного результата определения параметра включает в себя регулирование количества впрыскиваемого в двигатель топлива и регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц и/или электрической нагрузки электронагревателя на основании результата определения массового расхода впускного воздуха, при этом результат определения массового расхода впускного воздуха определен датчиком массового расхода впускного воздуха двигателя. Во втором примере способа, опционально включающем в себя первый пример, второй режим дополнительно включает в себя выдачу команды выполнить регенерацию фильтра твердых частиц в ответ на скопление на фильтре твердых частиц, превышающее пороговое скопление, при этом в способе дополнительно: во втором режиме приводят в действие один или несколько клапанов потока впускного воздуха впускной системы, соединенной с двигателем, включают устройство создания потока воздуха, расположенное во впускной или выпускной системе, для протягивания воздуха мимо датчика массового расхода впускного воздуха двигателя и в фильтр твердых частиц, и включают электронагреватель для выполнения регенерации фильтра твердых частиц. В третьем примере способа, опционально включающем в себя первый и/или второй примеры, регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц и/или электрической нагрузки электронагревателя на основании результата определения массового расхода впускного воздуха включает в себя определение целевой температуры фильтра твердых частиц в виде зависимости от результата определения массового расхода впускного воздуха и регулирование электрической нагрузки для достижения целевой температуры фильтра твердых частиц. В четвертом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по третий, регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц и/или электрической нагрузки электронагревателя на основании результата определения массового расхода впускного воздуха включает в себя определение целевой температуры фильтра твердых частиц в виде зависимости от результата определения массового расхода впускного воздуха и регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц для достижения целевой температуры фильтра твердых частиц. В пятом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по четвертый, регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц включает в себя регулирование положения одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха и/или регулирование скорости устройства создания потока воздуха, расположенного во впускной или выпускной системе. В шестом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по пятый, в способе дополнительно: выключают электронагреватель в ответ на результат измерения температуры отработавших газов или результат измерения концентрации кислорода в отработавших газах ниже по потоку от фильтра твердых частиц, равные результату измерения температуры отработавших газов или результату измерения концентрации кислорода в отработавших газах выше по потоку от фильтра твердых частиц. В седьмом примере способа, опционально включающем в себя один, несколько или любой из примеров с первого по шестой, регулирование количества впрыскиваемого в двигатель топлива на основании результата определения массового расхода впускного воздуха включает в себя увеличение количества впрыскиваемого в двигатель топлива при увеличении результата определения массового расхода впускного воздуха.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно, в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РЕГЕНЕРАЦИЯ УСТРОЙСТВА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ | 2015 |
|
RU2709398C2 |
| СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2702073C2 |
| ВЫПУСКНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2686532C2 |
| СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ). | 2017 |
|
RU2705714C2 |
| УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ТОПЛИВНОГО ФИЛЬТРА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ | 2016 |
|
RU2704376C2 |
| СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ | 2016 |
|
RU2727120C2 |
| ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА | 2017 |
|
RU2678866C2 |
| СПОСОБЫ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ И ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ И СИСТЕМА ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2016 |
|
RU2719675C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2695236C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ | 2017 |
|
RU2689225C2 |
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ регенерации фильтра твердых частиц выпускной системы двигателя заключается в том, что в режиме с неработающим двигателем (110) регенерируют фильтр (72) твердых частиц, присоединенный в выпускной системе ниже по потоку от двигателя (110), посредством включения электронагревателя (73) фильтра твердых частиц и направления впускного воздуха из впускной системы двигателя через фильтр (72) твердых частиц посредством контроллера (12). Впускной воздух направляют в обход двигателя (110). Определяют целевую температуру фильтра (72) твердых частиц во время регенерирования на основании выходного сигнала датчика (121) массового расхода впускного воздуха посредством контроллера (12). Регулируют электрическую нагрузку электронагревателя (73) во время регенерирования на основании выходного сигнала датчика (121) массового расхода впускного воздуха посредством контроллера (74). Раскрыты варианты способа регенерации фильтра твердых частиц выпускной системы двигателя. Технический результат заключается в предотвращении перегрева фильтра твердых частиц и в предотвращении ухудшения характеристик фильтра. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ регенерации фильтра твердых частиц выпускной системы двигателя, в котором:
в режиме с неработающим двигателем регенерируют фильтр твердых частиц, присоединенный в выпускной системе ниже по потоку от двигателя, посредством включения электронагревателя фильтра твердых частиц и
направления впускного воздуха из впускной системы двигателя через фильтр твердых частиц посредством контроллера, при этом впускной воздух идет в обход двигателя;
определяют целевую температуру фильтра твердых частиц во время регенерирования на основании выходного сигнала датчика массового расхода впускного воздуха посредством контроллера; и
регулируют электрическую нагрузку электронагревателя во время регенерирования на основании выходного сигнала датчика массового расхода впускного воздуха посредством контроллера.
2. Способ по п. 1, в котором режим с неработающим двигателем включает в себя нахождение двигателя в заглушенном состоянии и отсутствие движения транспортного средства, в котором установлен этот двигатель.
3. Способ по п. 2, в котором включение электронагревателя включает в себя подачу тока на электронагреватель из источника напряжения, расположенного за пределами транспортного средства.
4. Способ по п. 1, в котором направление впускного воздуха через фильтр твердых частиц включает в себя открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха впускной системы, соединенной с двигателем, и включение устройства создания потока воздуха, расположенного в выпускной системе или во впускной системе, соединенной с двигателем.
5. Способ по п. 4, в котором открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха впускной системы включает в себя открытие одного или более из следующего: заслонки впускного дросселя, клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и перепускного клапана охладителя РОГ.
6. Способ по п. 4, в котором:
открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха и включение устройства создания потока воздуха приводит к протеканию впускного воздуха мимо датчика массового расхода впускного воздуха;
определение целевой температуры фильтра твердых частиц осуществляют также на основании одного или более из следующего: скопления на фильтре твердых частиц, температуры воздуха окружающей среды и давления воздуха окружающей среды; и
регулирование электрической нагрузки электронагревателя также осуществляют на основании целевой температуры фильтра твердых частиц и температуры отработавших газов.
7. Способ по п. 6, в котором дополнительно регулируют величину потока впускного воздуха через фильтр твердых частиц на основании целевой температуры фильтра твердых частиц и температуры отработавших газов.
8. Способ регенерации фильтра твердых частиц выпускной системы двигателя, в котором:
в первом режиме, в котором двигатель работает, регулируют количество впрыскиваемого в двигатель топлива на основании, по меньшей мере, результата определения массового расхода впускного воздуха посредством контроллера, при этом результат определения массового расхода впускного воздуха получают посредством датчика массового расхода впускного воздуха двигателя; и
во втором режиме, в котором двигатель не работает, регулируют одно или более из следующего: поток впускного воздуха через фильтр твердых частиц, расположенный в выпускной системе, и электрическую нагрузку электронагревателя, соединенного с фильтром твердых частиц, посредством контроллера, на основании по меньшей мере результата определения массового расхода впускного воздуха, причем регулирование одного или более из следующего: потока впускного воздуха через фильтр твердых частиц и электрической нагрузки электронагревателя на основании измеренного массового расхода впускного воздуха включает в себя определение целевой температуры фильтра твердых частиц в зависимости от результата определения массового расхода впускного воздуха и регулирование электрической нагрузки электронагревателя для достижения целевой температуры фильтра твердых частиц.
9. Способ по п. 8, в котором второй режим дополнительно включает в себя выдачу команды выполнить регенерацию фильтра твердых частиц в ответ на скопление на фильтре твердых частиц, превышающее пороговое скопление, и в котором дополнительно: во втором режиме приводят в действие один или несколько клапанов потока впускного воздуха впускной системы, соединенной с двигателем, включают устройство создания потока воздуха, расположенное во впускной или выпускной системе, для протягивания воздуха мимо датчика массового расхода впускного воздуха двигателя и в фильтр твердых частиц и включают электронагреватель для выполнения регенерации фильтра твердых частиц.
10. Способ по п. 8, в котором регулирование одного или более из следующего:
потока впускного воздуха через фильтр твердых частиц и электрической нагрузки электронагревателя на основании результата определения массового расхода впускного воздуха включает в себя регулирование потока впускного воздуха через фильтр твердых частиц для достижения целевой температуры фильтра твердых частиц.
11. Способ по п. 10, в котором регулирование потока воздуха через фильтр твердых частиц включает в себя одно или более из следующего: регулирование положения одного или нескольких из одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха и регулирование скорости устройства создания потока воздуха, расположенного во впускной или выпускной системе.
12. Способ по п. 9, в котором дополнительно выключают электронагреватель в ответ на результат измерения температуры отработавших газов или результат измерения концентрации кислорода в отработавших газах ниже по потоку от фильтра твердых частиц, равные результату измерения температуры отработавших газов или результату измерения концентрации кислорода в отработавших газах выше по потоку от фильтра твердых частиц.
13. Способ по п. 8, в котором регулирование количества впрыскиваемого в двигатель топлива на основании результата определения массового расхода впускного воздуха включает в себя увеличение количества впрыскиваемого в двигатель топлива при увеличении результата определения массового расхода впускного воздуха.
14. Способ регенерации фильтра твердых частиц выпускной системы двигателя, в котором:
в режиме с работающим двигателем направляют впускной воздух мимо датчика массового расхода воздуха в двигатель и регулируют по меньшей мере один параметр работы двигателя на основании выходного сигнала датчика массового расхода воздуха посредством контроллера; и
в режиме с неработающим двигателем регенерируют фильтр твердых частиц, присоединенный в выпускной системе ниже по потоку от двигателя, посредством направления впускного воздуха мимо датчика массового расхода воздуха и через фильтр твердых частиц посредством контроллера, причем впускной воздух идет в обход двигателя, при этом регулируют электрическую нагрузку электронагревателя, соединенного с фильтром твердых частиц, на основании выходного сигнала датчика массового расхода воздуха.
15. Способ по п. 14, в котором направление впускного воздуха мимо датчика массового расхода воздуха и через фильтр твердых частиц включает в себя открытие одного или нескольких клапанов потока впускного воздуха впускной системы, соединенной с двигателем, и включение устройства создания потока воздуха, расположенного во впускной или выпускной системе, для протягивания впускного воздуха из места выше по потоку от датчика массового расхода воздуха, мимо датчика массового расхода воздуха и в фильтр твердых частиц.
16. Способ по п. 15, в котором дополнительно: во время регенерирования фильтра твердых частиц регулируют поток впускного воздуха через фильтр твердых частиц на основании выходного сигнала датчика массового расхода воздуха.
17. Способ по п. 14, в котором дополнительно:
в режиме с неработающим двигателем определяют целевую температуру фильтра твердых частиц на основании выходного сигнала датчика массового расхода впускного воздуха посредством контроллера, а также на основании одного или более из следующего: скопления на фильтре твердых частиц, температуры воздуха окружающей среды и давления воздуха окружающей среды; и
дополнительно регулируют электрическую нагрузку электронагревателя на основании целевой температуры фильтра твердых частиц и температуры отработавших газов посредством контроллера.
18. Способ по п. 14, в котором фильтр твердых частиц регенерируют в ответ на скопление на фильтре твердых частиц, превышающее пороговое скопление.
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| Приспособление для суммирования отрезков прямых линий | 1923 |
|
SU2010A1 |
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
| US 8720192 B2, 13.05.2014 | |||
| Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем | 1924 |
|
SU2012A1 |
| НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2011 |
|
RU2571706C2 |
