СПОСОБ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОЧИСТКОЙ ЛОВУШКИ ОБЕДНЕННЫХ ОКИСЛОВ АЗОТА
METHOD FOR ADAPTIVE CONTROL OF PURIFICATION OF DEPLETED NITROGEN OXIDES

Настоящее изобретение относится к автомобильному транспортному средству, содержащему систему снижения выбросов, которая содержит ловушку обедненных окислов азота, и, более конкретно, к способу адаптации стратегии, используемой для периодической очистки ловушки обедненных окислов азота от накопленных окислов азота.
Широко известно использование ловушки обедненных окислов азота ЛООА (lean NOx trap, LNT) для удаления окислов азота из потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания автомобильного транспортного средства.
Существующие стратегии очистки ЛООА (LNT) или регенерации ЛООА (LNT) содержат осуществление обогащенного сгорания при определенном воздушно-топливном отношении в течение определенного времени для очистки ЛООА (LNT) от накопленных в ней окислов азота.
Законодательство о выбросах в редакции Евро 6.2 требует, чтобы выбросы, вырабатываемые при работе в любом реальном ездовом цикле, или эталонном ездовом цикле, представляющем такой реальный ездовой цикл, соответствовали соответствующим пределам выбросов, законодательно установленным для такого ездового цикла.
В реальных обстоятельствах возможность очистки ЛООА (LNT) ограничена множеством факторов, среди которых температура ЛООА (LNT) и отношение величины потока подаваемых газов к объему подушки каталитического нейтрализатора ЛООА (LNT) (объемная скорость), и оба этих фактора зависят от условий работы транспортного средства, таких как скорость транспортного средства.
Для обеспечения потока обогащенных газов на входе ЛООА (LNT) крутящий момент двигателя должен быть выше определенного порогового значения, и если текущий ездовой цикл является очень неустойчивым и/или конкретный водитель использует педаль акселератора агрессивно (например, часто нажимает/отпускает ее), крутящий момент двигателя может не достигать необходимого порогового значения в течение достаточного времени для преобразования существенного количества окислов азота, накопленных в ЛООА (LNT).
В конечном счете такая неэффективная очистка ЛООА (LNT) приведет к накоплению в ЛООА (LNT) окислов азота, и потере эффективности преобразования окислов азота.
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа адаптивного управления очисткой ЛООА (LNT) с целью поддержания эффективной очистки ЛООА (LNT).
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предложен способ адаптивного управления очисткой от накопленных окислов азота ловушки окислов азота, выполненной с возможностью приема потока подаваемого от двигателя внутреннего сгорания газа, содержащий определение наличия условий работы, требуемых для очистки ловушки обедненных окислов азота, и, при условии наличия таких условий работы, требуемых для очистки ловушки обедненных окислов азота, сравнение параметра, указывающего на эффективность очистки, с целевым значением эффективности очистки, причем стратегия очистки адаптируется в зависимости от динамики работы транспортного средства, посредством использования стандартной стратегии очистки в случае, если параметр, указывающий на эффективность очистки, превышает целевое значение, и, в случае, если параметр, указывающий на эффективность очистки, меньше целевого значения, адаптации стандартной стратегии очистки посредством изменения по меньшей мере одного из таких величин, как частота событий очистки, длительность каждого из событий очистки, и обогащение подаваемых во время очистки в ловушку окислов азота газов, и использование адаптированной стратегии очистки для очистки ловушки обедненных окислов азота.
Адаптация стратегии очистки может быть произведена посредством увеличения частоты событий очистки по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Адаптация стратегии очистки может быть произведена посредством увеличения обогащения газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота, по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Адаптация стратегии очистки может быть произведена посредством увеличения частоты событий очистки и увеличения обогащения газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота, по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Длительность каждого из событий очистки может быть снижена по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Параметром, указывающим на эффективность очистки, может быть эффективность преобразования окислов азота по завершению события очистки, и целевым значением может быть целевое значение эффективности преобразования окислов азота.
Параметром, указывающим на эффективность очистки, может быть среднее время очистки, определенное за некоторое число предыдущих событий очистки, и целевым значением может быть целевое значение среднего времени очистки.
Параметром, указывающим на эффективность очистки, может быть оценочное значение количества восстановителя, поданного во время заранее определенного числа предшествующих событий очистки, и целевым значением является целевое значение количества восстановителя, подаваемого во время этого же числа событий очистки.
Стандартная стратегия очистки может иметь оптимальную частоту событий очистки, оптимальную длительность каждого из событий очистки, и оптимальное обогащение газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота во время каждого из событий очистки.
Упомянутый способ может дополнительно содержать сравнение долговременное среднее значение длительности очистки с пороговым долговременным средним значением длительности очистки, и, если долговременное среднее значение длительности очистки меньше порогового долговременного среднего значения длительности очистки, использование этого в качестве указания на то, что адаптированная стратегия очистки должна быть немедленно принята, как только разрешена очистка.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложено автомобильное транспортное средство, содержащее двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью выпуска газов в ловушку обедненных окислов азота, и электронную систему управления для управления работой двигателя, причем электронная система управления выполнена с возможностью определения наличия условий работы, требуемых для очистки ловушки обедненных окислов азота от накопленных в ней окислов азота, и выполнена с возможностью, при условии наличия таких условий работы, требуемых для очистки ловушки обедненных окислов азота, сравнения параметра, указывающего на эффективность очистки, с целевым значением эффективности очистки, и выполнена с возможностью адаптации стратегии очистки ловушки обедненных окислов азота в зависимости от динамики работы транспортного средства, посредством использования стандартной стратегии очистки в случае, если параметр, указывающий на эффективность очистки, превышает целевое значение, и, в случае, если параметр, указывающий на эффективность очистки, меньше целевого значения, выполнена с возможностью адаптации стандартной стратегии очистки посредством увеличения по меньшей мере одного из таких величин, как частота событий очистки и обогащение подаваемых в ловушку окислов азота газов, а также дополнительно выполнена с возможностью использования адаптированной стратегии очистки для очистки ловушки обедненных окислов азота.
Далее настоящее изобретение будет раскрыто на примере и со ссылкой на прилагаемые чертежи, среди которых:
Фиг. 1 представляет собой высокоуровневую блок-схему способа адаптивного управления очисткой ловушки обедненных окислов азота, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему транспортного средства, сконструированного в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 3 представляет собой график зависимости между эффективностью ловушки окислов азота и длительностью очистки при оптимальной стратегии очистки, стратегии очистки, на которую повлиял ездовой цикл или стиль вождения, и адаптированной стратегии очистки в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 4 представляет собой график зависимости между количеством преобразованных окислов азота, выраженным в процентах, и накопленными между очистками окислами азота, для трех стратегий, показанных на фиг. 3;
Фиг. 5 представляет собой график зависимости скорости накопления окислов азота от времени, при стандартной стратегии очистки, показанной на фиг. 3;
Фиг. 6 представляет собой график зависимости скорости накопления окислов азота от времени, при стратегии очистки, на которую повлиял ездовой цикл или стиль вождения, показанной на фиг. 3; и
Фиг. 7 представляет собой график зависимости скорости накопления окислов азота от времени, при адаптированной стратегии очистки, показанной на фиг. 3;
Обратимся к фиг. 1, где представлен способ адаптивного управления очисткой от окислов азота ЛООА (LNT) 112, которая является частью транспортного средства 100. Транспортное средство 100 содержит двигатель 110 внутреннего сгорания, подающий в ЛООА (LNT) 112 газ через выпускную систему 111. Подаваемые газы, после прохождения через ЛООА (LNT) 112 и перед выходом в атмосферу через выхлопную трубу 111t выпускной системы 111, протекают через один или несколько последующих выпускных компонентов 114, к которым могут относиться в том числе, но не ограничиваясь, например, глушитель и фильтр частиц. Для управления работой двигателя 110, и, в частности, для управления работой двигателя 110 во время очистки ЛООА (LNT) 112, предусмотрена электронная система 130 управления. В представленном примере электронная система 130 управления получает входные сигналы от верхних и нижних по ходу потока датчиков 115 и 116 окислов азота, но следует понимать, что уровни содержания окислов азота выше и ниже ЛООА (LNT) 112 по ходу потока могут быть определены по модели, основанной на знаниях о текущей и предшествующей работе двигателя 110.
Во любом случае, электронная система 130 управления дополнительно получает входные сигналы от множества других датчиков, необходимых для управления обычной работой двигателя 110, совместно обозначенных позицией 140.
Электронная система 130 управления содержит некоторое количество электронных процессоров (не показаны), выполненных с возможностью управления работой двигателя 110 в соответствии с сохраненными командами и логикой, и с целью реализации адаптивного способа очистки, показанного на фиг. 1.
Обратимся к фиг. 1, где представлен адаптивный способ очистки ЛООА (LNT). Упомянутый способ начинается в блоке 10 событием Включения. То есть, двигатель 110 транспортного средства 100 запущен и, как показано в блоке 15, работает нормально.
Затем, в блоке 20 осуществляется проверка необходимости очистки ЛООА (LNT) 112. Этот этап может быть основан на времени, которое прошло с последней очистки, или может быть основан на анализе работы ЛООА (LNT) 112 после последней очистки, таком как, например, оценка текущего количества накопленных в ЛООА (LNT) 112 окислов азота.
Вне зависимости от средств, используемых для определения необходимости очистки ЛООА (LNT) 112, если в текущий момент времени очистка не требуется, упомянутый способ возвращается к блоку 15, при работающем двигателе 110. Однако, если при проверке в блоке 20 очистка ЛООА (LNT) 112 является необходимой, упомянутый способ переходит от блока 20 к блоку 30, где осуществляется проверка наличия подходящих условий для очистки ЛООА (LNT) 112 от окислов азота.
К этим подходящим условиям могут относиться такие условия, как двигается ли транспортное средство 100, или двигается ли оно со скоростью, превышающей определенное значение, находится ли выбранная в данный момент передача в заранее определенном диапазоне передач, подходящих для очистки, таком как, например, третья передача или выше, находится ли температура газов, выходящих из двигателя 110 или поступающих в ЛООА (LNT) 112, в заранее определенном диапазоне температур, таком как, например, от 250 до 450°C, превышает ли температура двигателя 110 нижнее пороговое значение, то есть, например, превышает ли температура охлаждающей жидкости двигателя 60°C, достигнуты ли заранее определенная скорость вращения двигателя и уровень крутящего момента двигателя, или ускоряется ли транспортное средство.
Если выполнено по меньшей мере одно, а обычно - сочетание нескольких упомянутых выше условий или других подходящих условий для очистки ЛООА (LNT) 112, упомянутый способ переходит от блока 30 к блоку 40, в противном случае упомянутый способ возвращается к блоку 15, поскольку в текущий момент очистка невозможна.
В блоке 40 определяют, приемлема ли стандартная стратегия очистки. В настоящей заявке под стратегией очистки понимается сочетание частоты событий очистки, длительности каждого из событий очистки, и воздушно-топливного отношения для каждого из событий очистки.
Стандартной стратегией очистки является стратегия, оптимизированная для обеспечения требуемого улучшения эффективности ЛООА (LNT) при минимальном использовании топлива и минимальных выбросах CO2.
Возвращаясь к блоку 40 на фиг. 1, могут быть использованы множество способов для определения приемлемости стандартной стратегии очистки, но в каждом случае осуществляется сравнение параметра, указывающего на эффективность очистки, с целевым значением.
В данном случае параметром эффективности очистки является эффективность преобразования окислов азота по завершению события очистки. При этом датчики 115, 116 используются для непосредственного измерения эффективности преобразования окислов азота. Содержание окислов азота в поступающих газах измеряют перед ЛООА (LNT) 112 по ходу потока посредством датчика 115 окислов азота, и сравнивают с содержанием окислов азота в поступающих газах после ЛООА (LNT) 112 по ходу потока, измеренным датчиком 116.
В качестве альтернативы, могут быть использованы смоделированные значения содержания окислов азота выше или ниже по ходу потока, или по меньшей мере одно из значений содержания окислов азота выше или ниже по ходу потока может быть измерено, а другое смоделировано. Вне зависимости от способа, используемого для установления эффективности преобразования окислов азота по завершению очистки, это значение сравнивают с заранее установленным целевым значением, таким как, в качестве неограничивающего примера, 70%. Если по окончанию очистки эффективность очистки превышает 70%, используют стандартную стратегию очистки, как показано переходом способа от блока 40 к блоку 70. В блоке 70 используется стандартная стратегия для очистки ЛООА (LNT) 112, после чего способ переходит к блоку 80 для проверки, произошло ли событие выключения, и, если нет, возвращается к блоку 20 при работающем двигателе. Однако, если при проверке в блоке 80 событие выключения произошло, способ завершается, как показано блоком 99.
С другой стороны, если проверяемая в блоке 40 эффективность по завершению очистки меньше 70%, стандартная стратегия очистки не обеспечивает приемлемой эффективности ЛООА (LNT), поэтому требуется адаптация стандартной стратегии очистки, и способ переходит к блоку 50.
Для определения возможности использования стандартной стратегии очистки в блоке 40 могут быть использованы различные другие способы. В качестве неограничивающего примера, параметром, указывающим на эффективность очистки, может быть среднее время очистки, определенное за некоторое число предыдущих событий очистки, и целевым значением, в таком случае, может быть целевое значение среднего времени очистки, такое как, например, стандартная длительность в 8 секунд. В таком случае для каждой очистки измеряют длительность очистки, и, если после нескольких событий очистки, например, трех, средняя длительность очистки меньше 8 секунд, то стандартную стратегию очистки можно считать неприемлемой. Следует понимать, что для этих событий очистки воздушно-топливное отношение и частота событий очистки соответствует стандартной стратегии очистки.
avg
avg
thresh
avg
avg
avg
thresh
Кроме того, средняя длительность очистки может быть вычислена для одного или нескольких полных циклов, следующих за включением двигателя, с получением долговременного среднего значения длительности очистки PT, которое может быть сохранено в запоминающем устройстве электронной системы 130 управления. Это долговременное среднее значение PT длительности очистки может быть сравнено с пороговым долговременным средним значением PT длительности очистки, и, если долговременное среднее значение PT длительности очистки меньше порогового долговременного среднего значения Ptthresh длительности очистки, это может быть использовано в качестве указания на то, что адаптированная стратегия очистки должна быть немедленно принята, как только разрешена очистка. В таком случае упомянутый способ может по меньшей мере при первом выполнении блока 30, переходить от блока 30 непосредственно к блоку 60, и использовать заранее определенную адаптированную стратегию очистки, основанную на долговременном среднем значении PT. Блок 30 может содержать проверку установления флага, указывающего на необходимость использования адаптированной стратегии очистки. Этот флаг может быть установлен, если долговременное среднее значение PT длительности очистки меньше порогового значения PT. Преимущество использования такого долговременного среднего значения длительности очистки в том, что не обязательно проверять необходимость применения адаптированной стратегии очистки, и вместо ожидания для проверки текущей эффективности очистки, которое может привести к плохому контролю выбросов окислов азота в начале ездового цикла, она может быть выбрана с самого начала ездового цикла.
В качестве дополнительной альтернативы, параметром, указывающим на эффективность очистки, может быть количество восстановителя, требуемое для успешного события очистки, то есть параметром, указывающий на эффективность очистки может быть факт подачи целевой массы восстановителя во время одного или нескольких предшествующих событий очистки.
Возвращаясь к блоку 50 фиг. 1, степень и тип необходимой адаптации либо зависит от данных, сохраненных в одной или нескольких справочных таблицах, либо может быть оценен с использованием смоделированной системы ЛООА (LNT), либо может быть вычислен с использованием одного или нескольких алгоритмов, либо может быть установлен на основе сочетания двух или нескольких из вышеперечисленных вариантов. Способ определения необходимой адаптации может использовать в качестве вспомогательных для получения подходящей адаптированной стратегии статистические данные о работе транспортного средства за предшествующий период. Например, о том, как водитель управлял педалью акселератора, как долго обеспечивалась выдача требуемого значения крутящего момента, или любой другой фактор, влияющий на доступность условий, подходящих для очистки ЛООА (LNT) 112.
Вне зависимости от способа, используемого для количественного определения величины и типа необходимой адаптации, адаптацию осуществляют посредством изменения по меньшей мере одного из таких величин, как частота событий очистки, длительность каждого из событий очистки, и обогащение газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота во время события очистки.
То есть, например, стратегия очистки может быть адаптирована посредством увеличения частоты событий очистки по сравнению со стандартной стратегией очистки.
В качестве альтернативы, стратегия очистки может быть адаптирована посредством увеличения обогащения газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота, по сравнению со стандартной стратегией очистки. То есть, уменьшения воздушно-топливного отношения (λ).
В качестве дополнительной альтернативы, стратегия очистки может быть адаптирована посредством увеличения частоты событий очистки и увеличения обогащения газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота, по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Поскольку часты случаи, когда неэффективность стандартной стратегии очистки обусловлена недоступностью достаточного времени очистки для каждого из событий очистки, часто уменьшают длительность каждого из событий очистки по сравнению со стандартной стратегией очистки.
Возвращаясь к фиг. 1, от блока 50 упомянутый способ переходит к блоку 60, в котором адаптированную стратегия очистки используют для очистки ЛООА (LNT) 112. После этого упомянутый способ переходит от блока 60 к блоку 80 для проверки, произошло ли событие выключения, и, если нет, возвращается к блоку 20 при работающем двигателе. Однако, если при проверке в блоке 80 событие выключения произошло, способ завершается, как показано блоком 99.
Если упомянутый способ возвращается от блока 80 к блоку 20, блоки 20 и 30 выполняются как раскрыто выше, и, если очистка все еще необходима и присутствуют подходящие условия, блоки с 40 по 80 также выполняются снова, и этот процесс повторяется до обнаружения события выключения, которое в этом случае происходит в блоке 80. Следует понимать, что на практике упомянутый способ завершается в любой момент времени, когда происходит событие выключения, и использование единственной проверки события выключения, показанной на фиг. 1, приведено для упрощения понимания настоящего изобретения.
На фиг. 3, 4 и 5 представлены значения для типичной стандартной стратегии очистки, обозначенные ссылочным номером 1. В данном примере стандартной стратегии очистки соответствует частота в одну очистку каждые 180 секунд, длительность очистки в 8 секунд и воздушно-топливное отношение, равное 0.96.
Значения для очистки, на которую повлиял ездовой цикл или поведение водителя, обозначены на фиг. 3, 4 и 5 ссылочным номером 2. В данном примере частота очисток остается равной одной в каждые 180 секунд, воздушно-топливное отношение также остается равным 0.96, но эффективная длительность очистки снижена до 2 секунд. Это обусловлено тем, что транспортным средством 100 управляют беспорядочно, с резкими, но короткими интервалами ускорений, поэтому период времени, необходимый для очистки с использованием стандартной стратегии очистки, недоступен. В результате этого эффективность преобразования окислов азота снижена до уровня 2, показанного на фиг. 3 и 4, из-за чего скорость накопления окислов азота сильно снижена, как показано на фиг. 6, по сравнению с оптимальной скоростью накопления окислов азота, обеспечиваемой при возможности использования стандартной стратегии очистки, как показано на фиг. 5. Именно этот тип ухудшения очистки устраняет настоящее изобретение.
На фиг. 3, 4 и 5 представлены значения для адаптированной стратегии очистки по настоящему изобретению, обозначенные ссылочным номером 3. В данном примере адаптированной стратегии очистки соответствует частота в одну очистку каждые 120 секунд, длительность очистки в 3 секунды и воздушно-топливное отношение, равное 0.92.
В данном случае примененная адаптация приводит к увеличению частоты, уменьшению воздушно-топливного отношения (более обогащенным поступающим газам) и снижению длительности очистки, по сравнению со стандартной стратегией очистки. При такой адаптированной стратегии очистки для каждого события очистки требуются всего 3 секунды, по сравнению с 8 секундами в случае использования стандартной стратегии очистки. Поэтому, по сравнению со стандартной стратегией очистки увеличивается вероятность успешного завершения событий очистки. Поэтому, как показано на фиг. 3 ссылочным номером 3, при использовании адаптированной стратегии очистки эффективность преобразования окислов азота ЛООА (LNT) 112 восстанавливается до требуемого или целевого уровня, тогда как в случае управления работой транспортного средства 100 с использованием стандартной стратегии очистки эффективность преобразования окислов азота снизилась бы до уровня, обозначенного на фиг. 3 ссылочным номером 2.
То есть, в целом, очистка ЛООА (LNT) основана не на заранее определенной и фиксированной стратегии очистки, но адаптируется в зависимости от динамики работы транспортного средства. По возможности, используется стандартная или оптимальная стратегия очистки, поскольку это обеспечивает наилучший компромисс между потреблением топлива и выбросами CO2, однако если параметр, указывающий на эффективность очистки, снижается до уровня ниже целевого, стратегию очистки адаптируют посредством изменения по меньшей мере одного из таких величин, как частота событий очистки, длительность каждого из событий очистки, и обогащение газов, поступающих в ловушку обедненных окислов азота во время события очистки, с целью восстановления эффективности очистки до целевого уровня.
Специалисту в области техники должно быть ясно, что, несмотря на описание настоящего изобретения на примерах со ссылками на один или несколько вариантов осуществления, оно не ограничено описанными вариантами осуществления, и могут быть сконструированы альтернативные варианты осуществления, не выходящие за объем настоящего изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения.